一種正位移輸送管式光生物反應器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種正位移輸送管式光生物反應器，由正位移傳動系統、光合反應系統和支撐附件組成。正位移傳動系統由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內將藻液分段密封運送進入光合反應系統，為藻液循環提供動力來源；光合反應系統包括光合反應管段、分水槽、水槽、連接管和出水管，光合反應管段內安轉單元組合轉子，為微藻光合反應提供反應場所；支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架，將整個系統支撐固定。本實用新型避免了微藻細胞受泵剪切力傷害，利于實現微藻高密度培養；分水槽所連接的光合反應管段數目根據流量、流速及培養規模調整，結構靈活，適應性強。
【專利說明】
_種正位移輸送管式光生物反應器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種用于微藻人工培養的光生物反應器，特別是涉及正位移輸送的管式光生物反應器，屬于微藻生物技術領域。
【背景技術】
[0002]微藻是光合效率最高的原始植物，比農作物的單位面積產率高出數十倍，是自然界生長最快的植物。藻類尤其是單細胞微藻能有效利用光能、二氧化碳和無機鹽類合成蛋白質、油脂、碳水化合物、以及多種高附加值生物活性物質。但自然界直接獲取的微藻并不能用于高附加值產品的提取，仍需要人工大規模培養獲取生產原料。微藻的高密度培養是實現微藻資源綜合開發利用的關鍵，而構建適合于微藻生長的光生物反應器則是實現微藻高密度培養的重要課題。
[0003]光生物反應器一般指用于培養光合微小生物及具有光合能力的植物組織、細胞的設施或裝置，通常具有光、溫度、PH值、營養鹽、氣體交換等培養條件的調節控制系統，能進行半連續或連續培養并具有較高的光能利用率，因而能獲得較高的生物密度和單位面(體)積產量。目前，光生物反應器主要有開放式光生物反應器和封閉式光生物反應器兩大類，開放式光生物反應器的結構相對容易、制造價格低、易于實現，但開放式裝置有非常多的不足，它只能用于少數抗逆性強的藻種的培養，而且同時存在容易染雜菌、難以控制培養參數、水的蒸發量大、培養條件不穩定等諸多問題，因而不少學者認為開放式光生物反應器已沒有繼續提升的空間，從而將發展目光轉向了封閉式光生物反應器。與開放式光生物反應器相比，封閉式光生物反應器生產期更長，各種參數控制精度更高，藻液濃度更高。目前封閉式反應器已有管式、板式、氣升式、柱式等多種類型。與其他類型光生物反應器相比，管式光生物反應器具有光照比表面積大、培養參數易于監測以及能夠連續化生產等優勢，成為得到大規模應用的光生物反應器類型。
[0004]但是管式光生物反應器也存在著混合傳質效果較差、沿管長方向溶氧容易積累和微藻容易附生在反應器內壁等主要問題，影響了其應用效果，特別是由于管式光生物反應器一般直徑較小，清洗困難，附壁現象會嚴重影響管式光生物反應器的生產效率和微藻生長密度的提高。針對以上問題，中國實用新型專利ZL201520040553.X提出一種智能調光自清潔管式光合生物反應系統，利用流體流動帶動光合反應器內組合轉子轉動，微藻跟隨轉子內外翻滾，產生擾流作用，增加混合微藻培養液在反應器內的徑向二次流，有利于養分傳質分散，強化換熱。單元組合轉子對微藻培養密度有明顯促進作用，但是在該系統中必須采用栗來實現藻液的循環，若選擇離心栗、軸流栗等都會對微藻細胞產生剪切傷害，選擇蠕動栗不會有剪切力，但是流量過小，不能應用于微藻規模化培養。因而栗的選擇嚴重制約著智能調光自清潔管式光合生物反應系統的性能。
【實用新型內容】
[0005]為解決上述問題，本實用新型采用的技術方案如下:一種正位移輸送管式光生物反應器，由正位移傳動系統、光合反應系統和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內將藻液分段密封運送進入光合反應系統，為藻液循環提供動力來源;光合反應系統包括光合反應管段、分水槽、水槽、連接管、出水管等，光合反應管段內安轉單元組合轉子，為微藻光合反應提供反應場所;支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架等，將整個系統支撐固定。
[0006]電機通過傳動軸帶動主動齒輪轉動，在鏈條的帶動下，從動齒輪圍繞齒輪轉軸轉動，鏈條由內鏈板和外鏈板通過銷釘穿過銷釘孔進行固定安裝，鏈條上均勻安裝有密封塞，密封塞主體與鏈條之間通過楔塊進行固定；密封圈可直接套在密封塞主體上，也可將密封塞主體加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈沿鏈條軸向滑動，當使用一段時間密封圈被磨損導致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈。隨鏈條的運動，密封塞通過入口錐進入上水管，并在上水管內自下而上運動，密封塞主體外圈的密封圈與上水管管壁緊密配合，且上水管內涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞下部管段體積增大壓力降低，水槽中的藻液跟隨密封塞運動而進入上水管，到達一定高度后通過出水管進入光合反應系統。鏈條上均勻安裝密封塞的間距應小于上水管長度，保證隨密封塞向上運動其上下空間內產生足夠的壓差，將藻液吸入上水管，實現藻液的正位移輸送，在整個系統中循環流動。
[0007]藻液進入光合反應系統后，首先通過出水管進入分水槽，分水槽可根據流速、流量及生產規模等的需要與多根光合反應管段相連接，分水槽與光合反應管段由連接管連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。光合反應管段內裝有單元組合轉子，包括限位件、掛件、轉子和轉軸，藻液流動帶動轉子轉動，從而產生擾流，使營養成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。藻液經過光合反應管段后充分進行光合作用，流回水槽，其中水槽內藻液高度應高于入口錐入口端所在平面。
[0008]支撐附件為整個裝置提供支撐作用。電機架用于放置電機，使電機輸出端與主動齒輪中心在同一水平高度，通過傳動軸連接。支撐架、左橫梁與右橫梁組成光合反應系統的支撐部分，分水槽搭在支撐架上，右橫梁開有半圓孔，用于光合反應管段的固定。主動齒輪連接的傳動軸和從動齒輪連接的齒輪轉軸都連接在齒輪支撐板上，齒輪支撐板與左橫梁焊接在一起，將齒輪位置固定。
[0009]該光生物反應器的光照采用外部光照，可根據需要將水槽密閉起來，形成封閉式培養環境，向水槽內通二氧化碳，加取樣口等。
[0010]本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應器，其優點和作用為:
[0011](I)電機帶動下的齒輪傳動實現了密封塞在上水管內對藻液的正位移輸送，使藻液在光合反應系統內循環流動，正位移輸送方式流量大，藻液流動能夠帶動單元組合轉子轉動，本實用新型避免了微藻細胞受栗的剪切力傷害，利于實現微藻的高密度培養；
[0012](2)分水槽所連接的光合反應管段數目可根據流量、流速及培養規模調整，結構靈活，適應性強；
[0013](3)動態循環的培養模式大大提高了微藻的生長速率，利于實現微藻的規模化培養。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應器的結構圖。
[0015]圖2是圖1的俯視圖。
[0016]圖3是圖1的右視圖。
[0017]圖4是鏈條與密封塞配合處結構圖。
[0018]圖5是圖4的左視圖。
[0019]圖6是圖4的俯視圖。
[0020]圖7是槽內鏈條與密封塞配合處結構圖。
[0021 ]圖8是光合反應管段結構圖。
[0022]圖中:1-從動齒輪，2-齒輪轉軸，3-入口錐，4-左橫梁，5-齒輪支撐板，6_上水管，7_電機架，8-電機，9-密封塞，I O-鏈條，11-主動齒輪，12-傳動軸，13-出水管，14-分水槽，15-連接管，16-支撐架，17-右橫梁，18-光合反應管段，19-水槽，20-內鏈板，21-銷釘孔，22-外鏈板，23-銷釘，24-密封塞主體，25-密封圈，26-楔塊，27-限位件，28-掛件，29-轉子，30-轉軸。
【具體實施方式】
[0023]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應器，由正位移傳動系統、光合反應系統和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統由齒輪、傳動軸12、電機8、密封塞9、鏈條10、A 口錐3和上水管6組成，采用電機8帶動齒輪轉動，通過鏈條10傳動，使密封塞9在上水管6內將藻液分段密封運送進入光合反應系統，為藻液循環提供動力來源;光合反應系統包括光合反應管段18、分水槽14、水槽19、連接管15和出水管13等，光合反應管段18內安轉單元組合轉子，為微藻光合反應提供反應場所;支撐附件包括電機架7、齒輪支撐板5和支撐架16等，將整個系統支撐固定。
[0024]如圖4-圖7所示，電機8通過傳動軸12帶動主動齒輪11轉動，在鏈條10的帶動下，從動齒輪I圍繞齒輪轉軸2轉動，鏈條10由內鏈板20和外鏈板22通過銷釘23穿過銷釘孔21進行固定安裝，鏈條10上均勻安裝有密封塞9，密封塞主體24與鏈條10之間通過楔塊26進行固；密封圈25可直接套在密封塞主體24上，也可將密封塞主體24加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈25沿鏈條10軸向滑動，當使用一段時間密封圈25被磨損導致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈25。隨鏈條10的運動，密封塞9通過入口錐3進入上水管6，并在上水管6內自下而上運動，密封塞主體24外圈的密封圈25與上水管6管壁緊密配合，且上水管6內涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞9下部管段體積增大壓力降低，水槽19中的藻液跟隨密封塞9運動而進入上水管6，到達一定高度后通過出水管13進入光合反應系統。鏈條10上均勻安裝密封塞9的間距應小于上水管6長度，保證隨密封塞9向上運動，其上下空間內產生足夠的壓差，實現藻液的正位移輸送，在整個系統中循環流動。
[0025]如圖8所示，藻液進入光合反應系統后，首先通過出水管13進入分水槽14，分水槽14可根據流速、流量及生產規模等的需要與多根光合反應管段18相連接，分水槽14與光合反應管段18由連接管15連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。光合反應管段18內裝有單元組合轉子，包括限位件27、掛件28、轉子29和轉軸30，藻液流動帶動轉子29轉動，從而產生擾流，使營養成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。藻液經過光合反應管段18后充分進行光合作用，流回水槽19，其中水槽19內藻液高度應高于入口錐3入口端所在平面。
[0026]支撐附件為整個裝置提供支撐作用。電機架7用于放置電機8，使電機8輸出端與主動齒輪11中心在同一水平高度，通過傳動軸12連接。支撐架16、左橫梁4與右橫梁17組成光合反應系統的支撐部分，分水槽14搭在支撐架16上，右橫梁17開有半圓孔，用于光合反應管段18的固定。主動齒輪11連接的傳動軸12和從動齒輪I連接的齒輪轉軸2都連接在齒輪支撐板5上，齒輪支撐板5與左橫梁4焊接在一起，將齒輪位置固定。
[0027]該光生物反應器的光照采用外部光照，可根據需要將水槽19密閉起來，形成封閉式培養環境，向水槽19內通二氧化碳，加取樣口等。
【主權項】
1.一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:主要由正位移傳動系統、光合反應系統和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內將藻液分段密封運送進入光合反應系統，為藻液循環提供動力來源;光合反應系統包括光合反應管段、分水槽、水槽、連接管、出水管等，光合反應管段內安轉單元組合轉子，為微藻光合反應提供反應場所;支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架等，將整個系統支撐固定。2.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:電機通過傳動軸帶動主動齒輪轉動，在鏈條的帶動下，從動齒輪圍繞齒輪轉軸轉動，鏈條由內鏈板和外鏈板通過銷釘穿過銷釘孔進行固定安裝，鏈條上均勻安裝有密封塞，密封塞主體與鏈條之間通過楔塊進行固定。3.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:密封圈可直接套在密封塞主體上，也可將密封塞主體加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈沿鏈條軸向滑動，當使用一段時間密封圈被磨損導致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈。4.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:密封塞通過入口錐進入上水管，并在上水管內自下而上運動，密封塞主體外圈的密封圈與上水管管壁緊密配合，且上水管內涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞下部管段體積增大壓力降低，水槽中的藻液跟隨密封塞運動而進入上水管，到達一定高度后通過出水管進入光合反應系統。5.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:鏈條上均勻安裝密封塞的間距應小于上水管長度，保證隨密封塞向上運動其上下空間內產生足夠的壓差，將藻液吸入上水管，實現藻液的正位移輸送，在整個系統中循環流動。6.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:分水槽與光合反應管段由連接管連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。7.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:光合反應管段內裝有單元組合轉子，包括限位件、掛件、轉子和轉軸，藻液流動帶動轉子轉動，從而產生擾流，使營養成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。8.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:藻液經過光合反應管段后充分進行光合作用，流回水槽，其中水槽內藻液高度應高于入口錐入口端所在平面。9.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:支撐附件為整個裝置提供支撐作用，電機架用于放置電機，使電機輸出端與主動齒輪中心在同一水平高度，通過傳動軸連接;支撐架、左橫梁與右橫梁組成光合反應系統的支撐部分，分水槽搭在支撐架上，右橫梁開有半圓孔，用于光合反應管段的固定;主動齒輪連接的傳動軸和從動齒輪連接的齒輪轉軸都連接在齒輪支撐板上，齒輪支撐板與左橫梁焊接在一起，將齒輪位置固定。10.根據權利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應器，其特征在于:光照采用外部光照，將水槽密閉起來，形成封閉式培養環境，向水槽內通二氧化碳，增加取樣口。
【文檔編號】C12M1/24GK205590687SQ201620372830
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】楊衛民, 王晗, 關昌峰, 閻華 , 何立臣, 丁玉梅
【申請人】北京化工大學