CN213118727U - 一种内置式led光照装置及光发酵罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置式LED光照装置及光发酵罐，光照装置包括玻璃管、下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；上法兰、下法兰的中心处设有通孔；玻璃管管口安装于下法兰的中心通孔处；下法兰的顶部从下自上分别顺次安装有上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；LED灯条固定架包括固定底板以及固定连接在固定底板上的方管；固定底板中心处设有中心通孔，中心通孔附近设有多个底板孔；方管上粘贴有LED灯条；方管依次穿过上法兰、下法兰的中心通孔，并伸入玻璃管内；罩壳上设有贯通的进风口，内部设有排风弯管，排风弯管的一端安装于固定底板的中心通孔上端，另一端穿过罩壳一侧，LED灯条固定架的端部安装有轴流风扇。本实用新型涉及生物发酵设备技术领域。

Description

一种内置式LED光照装置及光发酵罐

技术领域

本实用新型涉及生物发酵设备技术领域，特别涉及一种内置式LED光照装置及光发酵罐。

背景技术

光生物反应器是一种利用光源为能源的微生物培养系统，通常用于需要光的光合细菌、微藻等微生物培养过程。光生物反应器一般采用透明玻璃、有机玻璃材质构成箱体、柱体或罐体，绝大部分是外置式光照(如太阳光、多种人工光源)。因受材料性质、密封、承压、耐温等因素限制，极少采用内置式人工光源。人工光源一般采用白炽灯、普通荧光灯为光源，这些灯普遍存在光能转化率低，电能消耗大、发热(热耗散)量大、使用寿命短、容易损坏等劣势。目前越来越广泛应用LED光源，在一定程度上解决了上述问题。光生物反应器一般适用于常温、常压、小体积的光合微生物培养应用场景，而大型工业装置在放大过程中存在着密封、承压、耐温、罐内光分布、防控生物污染等诸多方面难以克服的技术瓶颈。

光发酵罐属于光生物反应器的一类，是在普通发酵罐基础上增加人工光源部分，是应用于光合微生物(光合细菌、藻类等)的无菌发酵的新型生物发酵设备。普通发酵罐是一种利用机械搅拌、气升式搅拌等混合方式为微生物生长提供溶解氧的生物发酵设备，一般采用内循环方式，用搅拌桨分散和打碎通入气体(空气，或空气与氧气的混合气体)气泡，溶氧供给速率高，混合效果好。

小型玻璃发酵罐和小型不锈钢发酵罐通常采用外置式人工光源(白炽灯、普通荧光灯、LED灯)，或罐盖顶插管式内置人工光源(普通荧光灯、LED灯)升级为光发酵罐，但大型工业发酵罐只能采用内置式人工光源(LED灯)升级为光发酵罐。工业发酵罐作为耐高温的压力容器，光源装置需要内置于发酵罐内，则光源装置与发酵罐不锈钢罐体的密封问题极为突出，密封不严则发酵液极易泄露，造成人员伤害及环境污染。另外，在发酵过程中光源产生的热量和发酵热同时作用，内置式光源装置无法散热将极大地影响其使用寿命。因此，大型工业发酵罐的内置式光照系统依然存在着密封、承压、耐温、罐内光分布、防控生物污染无死角等诸多的技术瓶颈需要亟待解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种内置式LED光照装置，该装置内置LED灯条，且散热效果好，密封严密，使用寿命长。

本实用新型的另一个目的在于提供了一种安装有内置式LED光照装置的光发酵罐。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：一种内置式LED光照装置，包括玻璃管、下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；所述上法兰、下法兰的中心处都设有通孔；所述玻璃管管口安装于下法兰的中心通孔处；在下法兰的顶部从下自上分别顺次安装有上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；

所述LED灯条固定架包括固定底板以及固定连接在固定底板上的方管；所述固定底板中心处设有中心通孔，中心通孔附近设有多个底板孔；所述方管上粘贴有LED灯条；所述方管依次穿过上法兰、下法兰的中心通孔，并伸入玻璃管内；

所述罩壳上设有贯通的进风口，内部设有排风弯管，所述排风弯管的一端安装于固定底板的中心通孔上端，另一端穿过罩壳一侧，LED灯条固定架的端部安装有轴流风扇；或者罩壳上设有多个排风口，且罩壳内安装有压缩空气管道，所述压缩空气管道一端穿过罩壳顶部，另一端穿过固定底板的中心通孔并伸入方管内。

进一步地，所述LED灯条通过导热胶粘贴于方管的四个面上。导热胶为耐高温的导热胶，可有效地将LED灯条粘贴在方管上。

进一步地，所述LED灯条还通过耐温胶圈捆扎于方管上。为防止导热胶失效导致LED灯条掉落，可以使用耐温胶圈进一步将LED灯条捆扎在方管上。

进一步地，所述LED灯条与灯条引出线连接，所述罩壳上设有引出孔，所述灯条引出线穿过引出孔。灯条引出线与外部控制电路连接，可控制灯条的亮度(即光强)。

进一步地，所述玻璃管的管口与下法兰之间安装有耐高温、膨胀系数极低的硅胶圈。硅胶圈可以起到密封作用，避免光发酵罐内的液体泄漏。硅胶圈性能稳定，无毒，可在食品和制药环境使用。

进一步地，所述方管的端部设有风扇安装板，所述轴流风扇通过螺丝与风扇安装板连接。

进一步地，所述罩壳内安装有压缩空气管道时，在LED灯条固定架的端部安装有轴流风扇。压缩空气与轴流风扇的结合方式，可能提高光照装置的冷却效率。在大型工业装置内光管长度较长时，使用轴流风扇与压缩空气联用，对于光照装置散热具有重要的补充作用。

本实用新型的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种安装有内置式LED光照装置的光发酵罐，包括罐体、搅拌轴、搅拌电机以及沿罐体轴向安装的一层或多层光照系统；所述搅拌轴与搅拌电机的输出轴连接，并伸入罐体内；每层光照系统包括多个沿罐体径向中心成放射形均布设置的光照装置。

进一步地，所述下法兰与光发酵罐的罐体焊接固定。

进一步地，所述光照装置内的玻璃管贯穿罐体，两端都开口，两开口端分别依次固定下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本实用新型的内置式LED光照装置，在方管上粘贴有LED灯条，替换白炽灯、荧光灯，光能转化效率高。通过轴流风扇与压缩空气强制冷却，降低光照装置的内部温度，提高装置使用寿命。光照装置的整体密封性高，发酵液不易泄漏，保证人员安全。

本实用新型的应用场景非常广泛，是光合微生物光发酵(兼养)系统的创新设计。通过在成熟的工业发酵罐中内置LED光照系统，能将电能高效转化成光能，解决了传统光发酵罐中光照的提供和分布、光强与光谱的调节、压力容器中光照系统的密封和散热等瓶颈问题，可实现光合微生物光合自养与异养发酵两个生物过程的有机结合，在光合微生物高密度培养、光诱导积累特色产物(如蛋白质、天然色素)等方面具有突出优势，在光合微生物发酵装备领域具有变革性的创新意义。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中光照装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中LED灯条固定架的结构示意图；

图3是图2在A-A处的剖视图；

图4是本实用新型实施例二中光照装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例三中光照装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中光发酵罐的结构示意图；

图7是本实用新型实施例中每层光照系统中光照装置的布置方式示意图。

其中：1：玻璃管，2：下法兰，3：上法兰，4：LED灯条固定架，41：固定底板，411：固定底板的中心通孔，412：底板孔，42：方管，43：风扇安装板，5：罩壳，51：进风口，52：排风弯管，53：引出孔，54：排风口，6：LED灯条，7：轴流风扇，8：灯条引出线，9：硅胶圈，10：压缩空气管道，11：罐体，12：搅拌轴，13：搅拌电机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，一种内置式LED光照装置，包括玻璃管1、下法兰2、上法兰3、LED灯条固定架4以及罩壳5。下法兰2、上法兰3的中心处都设有通孔，玻璃管1的底部为圆头的，开口端安装于下法兰的中心通孔处。玻璃管为加厚的硼硅玻璃或石英玻璃，它们都具有良好的耐温性、承压性、表面抗结垢性，石英玻璃管的紫外线透过性能更优。为了实现密封，在玻璃管的管口与下法兰之间安装硅胶圈9，硅胶圈采用耐高温的硅胶材料制作，能够有效防止光发酵罐内部的发酵液泄漏。上法兰3通过八个M8*25的内六角螺栓安装在下法兰2的顶部。LED灯条固定架4通过四个M6*15的内六角螺栓安装在上法兰的顶部。

如图2、3所示，LED灯条固定架4包括固定底板41以及焊接在固定底板上的方管42。方管42具有四个面，每个面上都可以用于粘贴LED灯条6。方管材质为不锈钢或铝基板，提供有机械强度又轻便的支撑体、良好导热散热的导体。LED灯条6通过专用的耐高温导热胶贴于方管的四个面，为了进一步防止LED灯条脱落，可以使用耐温胶圈捆扎LED灯条，使其牢固地固定在方管上。本实用新型中的LED灯条为全光谱植物生长光源，灯条的功率、色谱、光照强度可以根据光合微生物菌种进行选择。方管依次穿过上法兰中心通孔、下法兰中心通孔，并伸入玻璃管内。固定底板中心处设有中心通孔411，中心通孔411附近设有四个底板孔412，四个底板孔均匀分布在固定底板的中心通孔的四周。底板孔可以起到引入冷空气或排出热空气的作用。本实施例中，在方管的端部设有风扇安装板43，在风扇安装板上通过螺丝固定有轴流风扇7。在安装LED灯条固定架时，需要保证LED灯条固定架不与玻璃管碰擦接触，不允许任何额外负荷加载，防止玻璃管损坏。

如图1所示，罩壳5通过四个M6*10的内六角螺栓与LED灯条固定架连接。本实施例中罩壳5为长方体结构，根据光发酵罐整体设备的要求，还可以将其设计为球体结构。罩壳上设有贯通两个侧面的进风口51，罩壳内部安装有排风弯管52。排风弯管的一端安装于固定底板的中心通孔上端，排风弯管的内径大于固定底板的中心通孔，使排风弯管可以完全覆盖住固定底板的中心通孔。排风弯管的另一端穿过罩壳的另一个侧面，使排风弯管的通道与玻璃管内的通道连通，并可以将热空气排出玻璃管外。图1中所示的箭头为空气流动路线，启动轴流风扇后，光照装置外的冷空气从进风口处进入罩壳内，并依次流经LED灯条固定架上的底板孔、上法兰的中心通孔、下法兰的中心通孔进入玻璃管内，冷却后的空气则从方管的端部进入方管内，并从排风弯管排出，从而实现光照装置的冷却。本实施例中，将光照装置安装到光发酵罐时，应当将排风弯管管口朝下布置，防止万一玻璃管损坏后，罐内的发酵液喷出伤及人员。

LED灯条与灯条引出线8连接，灯条引出线为耐高温线，外部连接光源控制电路，实现对LED灯条发光量的控制。为了引出灯条引出线，在罩壳的侧壁上设有引出孔53，灯条引出线可从引出孔穿出。

本实施例中使用轴流风扇强制冷却，降低光照装置的内部温度，较为适用于容积50L以内的光发酵罐。

实施例二

如图4所示，本实施例中，一种内置式LED光照装置，包括玻璃管1、下法兰2、上法兰3、LED灯条固定架4以及罩壳5。为简化，图4中未画出LED灯条6、灯条引出线8以及引出孔53。罩壳5通过多个内六角螺栓与LED灯条固定架连接，罩壳5为长方体结构，在四个侧壁上对称分布有四个排风口54。罩壳内部安装有压缩空气管道10，压缩空气管道的一端穿过罩壳顶部，另一端穿过固定底板的中心通孔，并伸入方管内。在固定底板的中心通孔处设有固定装置，可以提高压缩空气管道的稳固性。图4所示的箭头为空气流动路线，压缩空气管道外接压缩空气源，将压缩空气通入压缩空气管道后，压缩空气将进入方管内，并从方管的端部依次流经下法兰中心通孔、上法兰中心通孔、固定底板上的底板孔，最后从罩壳上的排风口排出，从而实现光照装置的冷却。由于罐体容积较大时，玻璃管的管长更长，玻璃管内的灯条发热量也较大，因此采用压缩空气强制冷却的冷却效果更佳，本实施例适用于容积大于50L的光发酵罐。

本实施例中未提及部分同实施例一。

实施例三

如图5所示，本实施例中，一种内置式LED光照装置，包括玻璃管1、下法兰2、上法兰3、LED灯条固定架4、罩壳5以及轴流风扇7。罩壳5通过多个内六角螺栓与LED灯条固定架连接，罩壳5为长方体结构，在四个侧壁上对称分布有四个排风口54。罩壳内部安装有压缩空气管道10，压缩空气管道的一端穿过罩壳顶部，另一端穿过固定底板的中心通孔，并伸入方管内。本实施例在实施例二的基础上，在LED灯条固定架4的方管端部设有风扇安装板，并在风扇安装板上通过螺丝固定有轴流风扇7。通过轴流风扇与压缩空气结合的方式，可能提高光照装置的冷却效果。本实施例适用于容积大于50L的光发酵罐。

本实施例中未提及部分同实施例二。

如图6所示，光发酵罐包括罐体11、搅拌轴12、搅拌电机13以及沿罐体轴向安装的一层或多层光照系统。搅拌轴与搅拌电机的输出轴连接，并伸入罐体内，搅拌轴在搅拌电机的带动下，可以搅拌发酵液，通常在搅拌轴上还设有多个搅拌叶片，以提高搅拌效率。每层光照系统包括多个沿罐体径向中心成放射形均布设置的光照装置，每个光照装置的下法兰与罐体焊接固定。图6中的发酵罐设有七层光照系统，如图7所示每层光照系统包括七个光照装置，七个光照装置均布设置在罐体侧壁上。

除了如图6、7所示的光照装置布置方式，还可以将光照装置的玻璃管贯穿罐体，玻璃管两端都开口，两端分别依次固定下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳(该布置方式图中未示出)。即玻璃管两端的安装固定方式相同：玻璃管开口端安装于下法兰的中心通孔处，上法兰通过螺栓安装于下法兰外，LED灯条固定架的固定底板通过螺栓安装于上法兰外，LED灯条固定架的方管穿过上法兰中心通孔、下法兰中心通孔伸入玻璃管内，罩壳通过螺栓安装于固定底板外。贯穿式的布置方式，需要使玻璃管的位置避开搅拌轴，并能最大限度地延长玻璃管，起到增加光照量的作用。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内置式LED光照装置，其特征在于，包括玻璃管、下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；所述上法兰、下法兰的中心处都设有通孔；所述玻璃管管口安装于下法兰的中心通孔处；在下法兰的顶部从下自上分别顺次安装有上法兰、LED灯条固定架以及罩壳；

所述LED灯条固定架包括固定底板以及固定连接在固定底板上的方管；所述固定底板中心处设有中心通孔，中心通孔附近设有多个底板孔；所述方管上粘贴有LED灯条；所述方管依次穿过上法兰、下法兰的中心通孔，并伸入玻璃管内；

所述罩壳上设有贯通的进风口，内部设有排风弯管，所述排风弯管的一端安装于固定底板的中心通孔上端，另一端穿过罩壳一侧，LED灯条固定架的端部安装有轴流风扇；或者罩壳上设有多个排风口，且罩壳内安装有压缩空气管道，所述压缩空气管道一端穿过罩壳顶部，另一端穿过固定底板的中心通孔并伸入方管内。

2.根据权利要求1所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述LED灯条通过导热胶粘贴于方管的四个面上。

3.根据权利要求2所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述LED灯条还通过耐温胶圈捆扎于方管上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述LED灯条与灯条引出线连接，所述罩壳上设有引出孔，所述灯条引出线穿过引出孔。

5.根据权利要求1所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述玻璃管的管口与下法兰之间安装有硅胶圈。

6.根据权利要求1所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述方管的端部设有风扇安装板，所述轴流风扇通过螺丝与风扇安装板连接。

7.根据权利要求1所述的一种内置式LED光照装置，其特征在于，所述罩壳内安装有压缩空气管道时，在LED灯条固定架的端部安装有轴流风扇。

8.一种安装有权利要求1至7任一项所述的内置式LED光照装置的光发酵罐，其特征在于，包括罐体、搅拌轴、搅拌电机以及沿罐体轴向安装的一层或多层光照系统；所述搅拌轴与搅拌电机的输出轴连接，并伸入罐体内；每层光照系统包括多个沿罐体径向中心成放射形均布设置的光照装置。

9.根据权利要求8所述的光发酵罐，其特征在于，所述下法兰与光发酵罐的罐体焊接固定。

10.根据权利要求8或9所述的光发酵罐，其特征在于，所述光照装置内的玻璃管贯穿罐体，两端都开口，两开口端分别依次固定下法兰、上法兰、LED灯条固定架以及罩壳。

Images