CN206956046U - 一种可旋转的封闭式光生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可旋转的封闭式光生物反应器，包括基架和设置在基架上的多个管柱状的培养容器，基架上设有第一横向转轴，以实现基架以第一横向转轴为轴进行旋转；基架的顶部设有第二电机和第二横向转轴，第二横向转轴上固设有多个主动锥齿轮；培养容器的顶端设有密封盖；密封盖的顶部固设有纵向转轴，纵向转轴上固设有从动锥齿轮，从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合形成锥齿轮传动结构。本实用新型可根据光照度通过调整基架和培养容器旋转一定角度，能够使微藻受光均匀。此外，通过控制基架和培养容器的旋转运动能够为培养液流动提供动力，促进微藻循环运动，使微藻充分接触培养液和光照，提高了光合作用的效率，进而提高了产率。

Description

一种可旋转的封闭式光生物反应器

技术领域

本实用新型属于微藻生物培养技术领域，具体涉及一种可旋转的封闭式光生物反应器。

背景技术

微藻吸收二氧化碳和水进行光合作用可合成大量蛋白质、脂肪、多糖、维生素、色素等丰富的生物质资源，在医药、食品、保健品、水产饵料、动物饲料、水质净化、生物燃料等方面有广泛应用，具有重要的经济价值和社会效益。由于微藻具有光合作用效率高、含油量高、生长周期短、单位面积产率高、不占用耕地等特点，近年来成为生物能源生产原料的研究热点，用于生物柴油、生物乙醇、生物燃气、生物油等的研究开发。根据微藻组成，每生产1吨微藻生物质，大约可吸收约1 .8吨二氧化碳，不仅可以有效缓解能源短缺问题，还有助于温室气体的减排。此外，与传统污水处理方法相比，微藻可以快速吸收污水中的氮磷等元素并转化为生物质，可进一步进行生物炼制。

由于微藻需要光能进行光合作用，光强提高光合作用的能量，能否保证反应器中所有藻液均匀及时地受光，是光生物反应器设计的重点。目前微藻培养的封闭式反应器已有管式、板式、气升式、柱式等多种类型。与其他类型光生物反应器相比，管式光生物反应器具有光照比表面积大、培养参数易于监测以及能够连续化生产等优势。但是，一般规模化生产均位于室外的环境，自然光作为光源，光源强度的方向无法调整，导致光生物反应器中的微藻受到的光照不均匀，进而会影响微藻的产率，导致产率下降以及生长速率下降。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的光生物反应器中的微藻受光不均匀进而影响产率的问题，本实用新型提供了一种可旋转的封闭式光生物反应器，通过旋转基架和培养容器使微藻受光均匀，提高了微藻光合作用的效率，增加了产率。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种可旋转的封闭式光生物反应器，包括基架和设置在基架上的多个管柱状的培养容器，所述基架上设有第一横向转轴，第一横向转轴穿过基架的两侧部且通过轴承与基架的两侧部转动连接，第一横向转轴的一端与第一电机的输出轴连接，另一端与第一支撑架转动连接，以实现基架以第一横向转轴为轴进行旋转；

基架的顶部设有第二电机和第二横向转轴，第二横向转轴的一端与第二电机的输出轴连接，另一端与第二支撑架转动连接，第二横向转轴上固设有多个主动锥齿轮；

所述多个培养容器分别纵向设置在所述基架上，培养容器的顶端设有与培养容器螺纹连接的密封盖；密封盖的顶部固设有纵向转轴，纵向转轴穿过所述基架的顶部且通过轴承与基架转动连接；纵向转轴上固设有从动锥齿轮，从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合形成锥齿轮传动结构，以实现第二横向转轴转动时带动纵向转轴转动。

进一步的，还包括控制箱、第一控制器、第一光照度传感器、第二控制器和第二光照度传感器，第一控制器置于控制箱内，第一光照度传感器置于控制箱外，第一控制器的输出端与第一电机的输入端相连，第一控制器的输入端与第一光照度传感器的输出端相连；

第二控制器和第二光照度传感器置于基架的顶部，第二控制器的输出端与第二电机的输入端相连，第二控制器的输入端与第二光照度传感器的输出端相连。

进一步的，所述密封盖上设有第三控制器、气泵、温度传感器和排气电磁阀，气泵的出气口穿过密封盖进入培养容器内，温度传感器的测量端穿过密封盖与培养容器内的液体接触；

第三控制器的输入端与温度传感器的输出端相连，第三控制器的输出端与气泵的输入端和排气电磁阀的输出端相连。

进一步的，所述基架上固设有多个与所述培养容器对应的弹性卡座，所述培养容器的底端与弹性卡座弹性卡接，弹性卡座采用硅胶制成。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮的外部设有保护罩。

本实用新型的有益效果：本实用新型可根据光照度以及光的方向通过调整基架旋转一定的角度，能够使培养容器内的微藻均匀的受到自然光源的照射，满足微藻生长的光照条件。同时，通过锥齿轮传动结构调整培养容器的旋转角度，进一步使微藻能够受光均匀，锥齿轮传动结构通过一个第二横向转轴转动带动多个纵向转轴转动，传动平稳且承载能力高，无需单独设置每个纵向转轴的旋转装置，节约成本。本实用新型通过控制基架和培养容器的旋转运动能够为培养液流动提供动力，促进液体周向和径向流动带动微藻循环运动，防止微藻附着在培养容器底部和管壁上，使微藻充分接触培养液和光照，提高了光合作用的效率，进而提高了产率。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型电路结构框图一；

图3是本实用新型电路结构框图二；

图4是本实用新型电路结构框图三。

图中：1、基架；2、培养容器；3、第一电机；4、第一横向转轴；5、第一支撑架；6、第二电机；7、第二横向转轴；8、第二支撑架；9、主动锥齿轮；10、密封盖；11、纵向转轴；12、从动锥齿轮；13、控制箱；14、第一控制器；15、第一光照度传感器；16、第二控制器；17、第二光照度传感器；18、第三控制器；19、气泵；20、温度传感器；21、排气电磁阀；22、弹性卡座；23、保护罩。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

如图1和图2所示，为了解决光生物反应器中的微藻受光不均匀进而影响产率的问题，本实施例提供一种可旋转的封闭式光生物反应器，包括基架1和设置在基架1上的多个管柱状的培养容器2，基架1上设有第一横向转轴4，第一横向转轴4穿过基架1的两侧部且通过轴承与基架1的两侧部转动连接，第一横向转轴4的一端与第一电机3的输出轴连接，另一端与第一支撑架5转动连接，以实现基架1以第一横向转轴4为轴进行旋转。控制箱13用于安装第一电机3，第一控制器14置于控制箱13内，第一光照度传感器15置于控制箱13外，第一控制器14的输出端与第一电机3的输入端相连，第一控制器14的输入端与第一光照度传感器15的输出端相连。第一电机3开始工作后，驱动第一横向转轴4转动一定角度，进而带动基架1转动一定的角度，使基架1上的培养容器2能够从不同的角度充分接受光照。第一横向转轴4通过轴承与第一支撑架5转动连接，第一支撑架5对第一横向转轴4起到支撑作用，为第一横向转轴4提供承载力。第一电机3可手动控制启停，或通过第一控制器14自动进行控制启停，控制第一横向转轴4的工作过程，以调整基架1的旋转角度。第一控制器14可用于控制第一电机3工作，通过第一光照度传感器15可将测量到的光照度强度值发送至第一控制器14，通过第一控制器14上的显示屏显示测量数据，为调节基架1的旋转角度提供参考信息。基架1旋转一定角度的过程中可使培养容器2内的培养液发生运动和流动，进而带动微藻运动，避免微藻附着在培养容器2底部。根据微藻的生长状况，可以将基架1旋转置于水平位置等其他位置，或将基架上下翻转旋转，以使微藻循环运动并充分接触培养液中的养分和接受均匀的光照，提高了光合作用的效率和微藻的生长速率。控制箱13对第一控制器14起到保护作用，防止进水。

第一光照度传感器15可采用SM3560M型光照度传感器或HB-LX100型光照度传感器，具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种场所。其中，HB-LX100型光照度传感器的技术参数如下：供电电压：5-24Vdc；测量范围：0-2000lux、0-20000lux、0-200000lux可选；测量精度：±3％FS；线性度：±2％FS；输出信号：DC0-2V、DC0-5V、DC0-10V；工作环境：温度-40-80℃；湿度：10％-95％；功耗：≤25mW/12V；供电电压说明：0-10V信号输出时，请采用12V-24V供电电压。HB-LX100型光照度传感器采用法兰安装方法，通过螺栓紧固在控制箱13上。第一控制器14可采用51系列单片机，如STC12C5A60S2型单片机。

基架1的顶部设有第二电机6和第二横向转轴7，第二横向转轴7的一端与第二电机6的输出轴连接，另一端与第二支撑架8转动连接，第二横向转轴7上固设有多个主动锥齿轮9；多个培养容器2分别纵向设置在基架1上，培养容器2的顶端设有密封盖10，密封盖10与培养容器2螺纹连接；密封盖10的顶部固设有纵向转轴11，纵向转轴11穿过基架1的顶部且通过轴承与基架1转动连接，纵向转轴11上固设有从动锥齿轮12，从动锥齿轮12与主动锥齿轮9啮合形成锥齿轮传动结构，以实现第二横向转轴7转动时带动纵向转轴11转动。第二控制器16和第二光照度传感器17置于基架1的顶部，第二控制器16的输出端与第二电机6的输入端相连，第二控制器16的输入端与第二光照度传感器17的输出端相连。每个培养容器2的密封盖10上固设有一纵向转轴11，每个纵向转轴11上固设有一从动锥齿轮12，从动锥齿轮12位于基架1的上方，且与主动锥齿轮9相啮合。主动锥齿轮9和从动锥齿轮12的外部设有保护罩23。第二横向转轴7通过轴承与第二支撑架8转动连接，第二支撑架8为第二横向转轴7提供支撑力和平衡力，使第二横向转轴7能够平稳的转动。保护罩23能够避免锥齿轮的齿轮结构进水以及损坏。当第二电机6开始工作后，驱动第二横向转轴7转动，同时设置在第二横向转轴7上的所有主动锥齿轮9都同时开始转动，进而带动所有的从动锥齿轮12以及纵向转轴11进行旋转运动，从而达到所有培养容器2进行旋转运动。通过第二光照度传感器17可将测量到的光照度强度值发送至第二控制器16，通过第二控制器16的显示屏显示测量数据，为调节培养容器2的旋转角度提供参考信息。根据自然光的强度和角度可手动或自动控制第二电机3工作，培养容器2旋转运动能够使其内的微藻从不同的角度接受光照，使微藻受光均匀，提高光合作用的效率。锥齿轮传动结构传动平稳且承载能力较高，且只需设置一台电机就可以操控多个培养容器2的转动，不但减轻了电机的负载，延长了使用寿命，而且减少了能源消耗和设备的投入，节约了成本。此外，每个培养容器2自身进行旋转，进一步为培养液流动提供动力，促进液体周向和径向流动带动微藻循环运动，防止微藻附着在培养容器底部和管壁上，使微藻充分接触培养液和光照，提高了光合作用的效率，进而提高了产率。

第二光照度传感器17可采用SM3560M型光照度传感器或HB-LX100型光照度传感器，具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种场所。其中，HB-LX100型光照度传感器的技术参数如下：供电电压：5-24Vdc；测量范围：0-2000lux、0-20000lux、0-200000lux可选；测量精度：±3％FS；线性度：±2％FS；输出信号：DC0-2V、DC0-5V、DC0-10V；工作环境：温度-40-80℃；湿度：10％-95％；功耗：≤25mW/12V；供电电压说明：0-10V信号输出时，请采用12V-24V供电电压。HB-LX100型光照度传感器采用法兰安装方法，通过螺栓紧固在控制箱13上。第二控制器16可采用51系列单片机，如STC12C5A60S2型单片机。

基架1上固设有多个与培养容器2对应的弹性卡座22，培养容器2的底端与弹性卡座22弹性卡接，弹性卡座22采用硅胶制成。弹性卡座22与培养容器2之间弹性接触或存在间隙，但不影响培养容器2旋转运动，不但能够使培养容器2在转动过程中保持平衡，而且拆卸培养容器2时可以将培养容器2拖住，避免损坏。

如图3和图4所示，密封盖10上设有第三控制器18、气泵19、温度传感器20和排气电磁阀21，气泵19的出气口穿过密封盖10进入培养容器2内，温度传感器20的测量端穿过密封盖10与培养容器2内的液体接触；第三控制器18的输入端与温度传感器20的输出端相连，第三控制器18的输出端与气泵19的输入端和排气电磁阀21的输出端相连。气泵19和温度传感器20均与密封盖10密封连接。第三控制器18用于接收温度传感器20的温度数据信息并显示在其显示屏上，或将数据信息传输至监控中心，由监控中心对微藻的生长环境温度进行监控，以便及时处理，避免温度过高或过低。第三控制器18控制气泵19启停，向培养容器2内泵入空气，使微藻能够在生长过程中按需补充二氧化碳。第三控制器18控制排气电磁阀21启闭，按照预设时间或根据需要控制排气电磁阀21开启后使培养容器2内空气进行交换和保持气压平衡。排气电磁阀21工作时，须保证培养容器2是直立的且密封盖位于基架1的上部。

第三控制器18可采用51系列单片机，如STC12C5A60S2型单片机。温度传感器20采用KZW-JPT-A系列防水型温度传感器，可扔在水中使用，完全防水；外形小巧美观、特别适用于培养容器的安装空间有限的环境下，体积小、质量轻、灌胶密封，带引线输出标配1米，电气连接也可以做成航空接头，技术参数如下：温度量程：-200℃~450℃；精度：±0.2%；安装方式：螺纹安装、不带螺纹直接吊线安装；输出方式：二线制4~20mA；供电电源：24VDC；可配外套管、可接延长引线。

由于本实用新型的电路简单，现有技术已十分常见，故这里不多陈述。

本实用新型的工作过程或原理如下：根据光照强度或预设条件，第一控制器14控制启动第一电机3，第一电机3驱动第一横向转轴4开始转动，从而基架1转动一定角度，从而培养容器2也随基架1转动一定的角度，基架1到合适位置后关闭第一电机3；同时或根据光照强度第二控制器16控制启动第二电机6，第二电机6驱动第二横向转轴7开始转动，第二横向转轴7上的所有主动锥齿轮9带动所有从动锥齿轮12运动，纵向转轴11开始转动，进而密封盖10和培养容器2转动一定角度，或持续转动。根据预设参数，第三控制器18对气泵19和排气电磁阀21进行启停控制。本实用新型可通过相应的控制器根据需要临时控制或预设参数控制基架1和培养容器2进行旋转运动，如需拆卸培养容器2时，可将培养容器2旋转后脱离密封盖10的内螺纹即可。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种可旋转的封闭式光生物反应器，包括基架（1）和设置在基架（1）上的多个管柱状的培养容器（2），其特征在于：所述基架（1）上设有第一横向转轴（4），第一横向转轴（4）穿过基架（1）的两侧部且通过轴承与基架（1）的两侧部转动连接，第一横向转轴（4）的一端与第一电机（3）的输出轴连接，另一端与第一支撑架（5）转动连接，以实现基架（1）以第一横向转轴（4）为轴进行旋转；

基架（1）的顶部设有第二电机（6）和第二横向转轴（7），第二横向转轴（7）的一端与第二电机（6）的输出轴连接，另一端与第二支撑架（8）转动连接，第二横向转轴（7）上固设有多个主动锥齿轮（9）；

所述多个培养容器（2）分别纵向设置在所述基架（1）上，培养容器（2）的顶端设有与培养容器（2）螺纹连接的密封盖（10）；密封盖（10）的顶部固设有纵向转轴（11），纵向转轴（11）穿过所述基架（1）的顶部且通过轴承与基架（1）转动连接；纵向转轴（11）上固设有从动锥齿轮（12），从动锥齿轮（12）与主动锥齿轮（9）啮合形成锥齿轮传动结构，以实现第二横向转轴（7）转动时带动纵向转轴（11）转动。

2.根据权利要求1所述的一种可旋转的封闭式光生物反应器，其特征在于：还包括控制箱（13）、第一控制器（14）、第一光照度传感器（15）、第二控制器（16）和第二光照度传感器（17），第一控制器（14）置于控制箱（13）内部，第一光照度传感器（15）置于控制箱（13）外部，第一控制器（14）的输出端与第一电机（3）的输入端相连，第一控制器（14）的输入端与第一光照度传感器（15）的输出端相连；

第二控制器（16）和第二光照度传感器（17）置于基架（1）的顶部，第二控制器（16）的输出端与第二电机（6）的输入端相连，第二控制器（16）的输入端与第二光照度传感器（17）的输出端相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种可旋转的封闭式光生物反应器，其特征在于：所述密封盖（10）上设有第三控制器（18）、气泵（19）、温度传感器（20）和排气电磁阀（21），气泵（19）的出气口穿过密封盖（10）进入培养容器（2）内，温度传感器（20）的测量端穿过密封盖（10）与培养容器（2）内的液体接触；

第三控制器（18）的输入端与温度传感器（20）的输出端相连，第三控制器（18）的输出端与气泵（19）的输入端和排气电磁阀（21）的输出端相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种可旋转的封闭式光生物反应器，其特征在于：所述基架（1）上固设有多个与所述培养容器（2）对应的弹性卡座（22），所述培养容器（2）的底端与弹性卡座（22）弹性卡接，弹性卡座（22）采用硅胶制成。

5.根据权利要求1或2所述的一种可旋转的封闭式光生物反应器，其特征在于：所述主动锥齿轮（9）和从动锥齿轮（12）的外部设有保护罩（23）。