TWI477430B - 定量連續進料裝置 - Google Patents

Description

定量連續進料裝置

本發明係關於一種定量連續進料裝置，尤其是一種應用於發酵反應製程中將原料進料至發酵槽的定量連續進料裝置。

再生能源的技術發展當中，以生質燃料之生質酒精的開發最受矚目，其係由於生質酒精可利用非糧食作物(例如：麥桿、稻桿、玉米梗、甘蔗渣等農業廢棄物或軟木、硬木、芒草等)作為原料，而避免產生糧食資源競爭的問題，並且同時具有低原料成本、來源多樣化的優點，進而成為目前生質能源的發展趨勢。

以稻桿作為原料為例，稻稈中的纖維素含量約38.7%、半纖維素含約18.3%、木質素含量約15%以及灰分含量約14.5；其中，由於纖維素與半纖維素被難以降解的木質素包覆，而導致其結晶結構難以被破壞，使得纖維水解酵素無法有效接觸底部纖維，而造成木質纖維素應用上之障礙。因此，在纖維酒精生產的製程中，必須藉由例如酸處理、鹼處理、水熱法處理等前處理程序破壞木質纖維素的高級結構，進而讓纖維素與半纖維素裸露出來，再經纖維水解酵素作用使木質纖維素作為纖維酒精之來源。

應用木徽菌(Trichoderma sp.)之微生物菌種的發酵過程中，可藉由添加纖維性誘導物來生產纖維水解酵素。在 以饋料批次之形式進行發酵製程時，纖維性誘導物之饋入頻率為生產高活性纖維水解酵素之關鍵因子。然而，習知應用於發酵製程之進料裝置係利用拉料方式或推料方式等轉動方式來輸送原料，由於不同種類的物料之重量，體積纖維長度係不同，藉由拉料方式或推料方式可能導致原料堆積的現象而無法適用於所有類型之原料，進而對產品之品質造成不良影響。此外，習知技術中採用正壓形式進行發酵製程的發酵槽在輸入原料時，必須將槽內之壓力降低至常壓後，再開啟人孔蓋進行投料，而易導致外界污染物進入發酵槽當中，而不利於發酵菌株的控制及產品之品質。

因此，習知應用於發酵槽的進料裝置係無法依原物料重量精確地控制饋料速度，且無法連續定量地輸送原料；並且，習知應用於發酵槽的進料裝置係不利於應用正壓之發酵槽進行饋料程序，而容易導致污染物進入發酵槽之缺點。

本發明之一目的係提供一種定量連續進料裝置，係應用於發酵反應製程中，並可依原料之重量以定量的方式進行輸送，並可將原料連續地進料至發酵槽中。

為了達成上述目的，本發明提供一種定量連續進料裝置，係應用於發酵反應製程中將原料進料至一發酵槽中，包含：一基座；一重量監控單元，係承載於該基座上；一原料輸送單元，具有一進料部、一螺旋輸送機構及一下料 部，該螺旋輸送機構係承載於該重量監控單元上並連接至該進料部與該下料部，用以將投入該進料部之原料輸送至該下料部，且該重量監控單元係量測該螺旋輸送機構內之原料重量並依據量測到的原料重量變化來控制該螺旋輸送機構輸送該原料之饋料速度；以及一壓差進料單元，係具有一壓差進料桶、連接該下料部之一入料閥及連接該發酵槽之一出料閥，且該入料閥與該出料閥係分別設置於該壓差進料桶兩端之開口，該壓差進料桶連接至一氣體填充系統以控制該壓差進料桶內之氣體壓力。。

於較佳實施例中，該重量監控單元係具有一電子磅秤、一第一可程式控制器及一架台，該電子磅秤係設置於該架台之底部且固定於該基座上，該第一可程式控制器係電性連接該電子磅秤及該螺旋輸送機構，該架台係用於承載該螺旋輸送機構。

於較佳實施例中，該原料輸送單元之螺旋輸送機構係具有一輸送桶及設置於該輸送桶內之螺旋攪拌軸，該進料部及該下料部係分別設置於該輸送桶之兩端，由該進料部投入之原料係藉由該螺旋攪拌軸推動輸送至該下料部。

於較佳實施例中，該螺旋攪拌軸係具有一傾斜角度，該進料部係設置在低於該下料部的位置，以使該輸送桶內之原料藉由該螺旋攪拌軸向上推動輸送。

於較佳實施例中，該螺旋攪拌機構係具有設置於該螺旋攪拌軸上之一螺旋葉片及連接於該螺旋攪拌軸之一驅動馬達，該驅動馬達係驅動該螺旋攪拌軸，以使該螺旋葉片 推動原料。

於較佳實施例中，該進料部係具有一斗槽及設置於該斗槽中的旋轉攪拌器。

於較佳實施例中，該壓差進料桶係具有一進氣口及一排氣口，用以連接該氣體填充系統之管路及控制閥。

於較佳實施例中，該壓差進料單元更包含一壓力表，其係設置於該壓差進料桶上以偵測並顯示該壓差進料桶內部之氣體壓力。

於較佳實施例中，該壓差進料單元更包含一第二可程式控制器，且該第二可程式控制器係與該氣體填充系統電性連接，用以控制該氣體填充系統之控制閥、該入料閥或該出料閥之開啟或關閉。

於較佳實施例中，該壓差進料單元之第二可程式控制器係依據一原料重量設定值、一加壓時間值或一出料時間值來控制該氣體填充系統之控制閥、該入料閥或該出料閥之開啟或關閉的時機。

因此，根據本發明之定量連續進料裝置係可藉由該重量監控單元以原料之重量進行饋料速度之控制，而可達成定量饋料、可依原料種類控制饋料速度等優點；同時，該定量連續進料裝置係可藉由該壓差進料單元使該壓差進料桶與該發酵槽產生相對地壓差，有利於作為纖維性誘導物之原料可連續地進入無菌之發酵槽當中，進而提高誘導碳源濃度並提升產物生成量，同時，可確保發酵槽在進料時維持正壓而避免外界污染物進入槽內而影響發酵品質

為充分了解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由以下具體實施例，並配合所附圖式，對本發明作一詳細說明。

請參照第1圖及第2圖，第1圖係為本發明實施例之定量連續進料裝置連接於發酵槽用以進行發酵反應製程的示意圖；第2圖係為第1圖中定量連續進料裝置的示意圖；本發明實施例之定量連續進料裝置1係應用於發酵反應製程中將例如稻桿等農業廢棄物的固態原料進料至一發酵槽10中，以進行纖維轉化生質酒精的發酵反應製程。

如第1圖及第2圖所示，本發明實施例之定量連續進料裝置1主要包含一基座100、一重量監控單元200、一原料輸送單元300及一壓差進料單元400，其中該重量監控單元200係承載於該基座100上；該原料輸送單元300具有一進料部310、一螺旋輸送機構320及一下料部330，該螺旋輸送機構320係承載於該重量監控單元200上並連接至該進料部310與該下料部330，用以將投入該進料部310之原料輸送至該下料部330，且該重量監控單元200係量測該螺旋輸送機構320內之原料重量並依據量測到的原料重量變化來控制該螺旋輸送機構320輸送該原料之饋料速度；該壓差進料單元400係具有一壓差進料桶410、連接該下料部330之一入料閥420及連接該發酵槽10之一出料閥430，且該入料閥420與該出料閥430係分別設置於該壓差進料桶410兩端之開口，該壓差進料桶410連接至一氣體填充系統(圖未示)以控制該壓差進料桶410內之氣體壓力。

本發明實施例之定量連續進料裝置1係藉由該重量監控單元200量測該螺旋輸送機構320內之原料重量並依據量測到的原料重量變化來控制該螺旋輸送機構320輸送該原料之饋料速度，而可達成定量控制的饋料作業；並且，本發明實施例之定量連續進料裝置1在該壓差進料單元400將該原料進料至該發酵槽10內時，該壓差進料桶410內係藉由該氣體填充系統加壓而相對正壓的該發酵槽10為較高壓狀態，而可達成連續輸送的饋料作業。

本實施例之重量監控單元200中，如第2圖所示，該重量監控單元200係具有一電子磅秤210、一第一可程式控制器(圖未示)及一架台220，該架台220係用於承載該螺旋輸送機構320，且該電子磅秤係設置於該架台220之底部且固定於該基座100上，用以量測該螺旋輸送機構320內之原料重量；該第一可程式控制器係電性連接該電子磅秤210及該螺旋輸送機構320，用以依據該電子磅秤210量測到的原料重量之變化而控制該螺旋輸送機構320輸送該原料之饋料速度。

本實施例之原料輸送單元300中，如第2圖所示，該原料輸送單元300之螺旋輸送機構320係具有一輸送桶321及設置於該輸送桶內之螺旋攪拌軸322，該進料部310及該下料部330係分別設置於該輸送桶321之兩端，由該進料部310投入之原料係藉由該螺旋攪拌軸322推動輸送至該下料部330；該螺旋輸送機構320之該螺旋攪拌軸322係具有一傾斜角度，容置該螺旋攪拌軸322之輸送桶321係呈 傾斜設置的長桶狀，並且，該進料部310係設置在該輸送桶321上低於該下料部330的位置，以使該輸送桶321內之原料藉由該螺旋攪拌軸322向上推動輸送至該下料部330。

另外，本實施例之螺旋輸送機構320係具有設置於該螺旋攪拌軸322上之一螺旋葉片323及連接於該螺旋攪拌軸322之一驅動馬達324，該驅動馬達係驅動該螺旋攪拌軸322，以使該螺旋葉片323推動原料；並且，該驅動馬達324係與該重量監控單元200電性連接，具體而言，該驅動馬達324係電性連接該重量監控單元200之第一可程式控制器，該第一可程式控制器依據該電子磅秤210量測到的原料重量之變化而控制該驅動馬達324驅動該螺旋攪拌軸322的轉動速度，進而控制該螺旋攪拌軸322及該螺旋葉片323推動輸送該原料之饋料速度。

同樣請參照第2圖，該原料輸送單元300之進料部310係具有一斗槽311及設置於該斗槽311中的旋轉攪拌器312，該斗槽之底部係連通該輸送桶321，原料係投入該斗槽311中並以該旋轉攪拌器312攪拌，以避免固態之原料未充分混合而產生架橋現象。

本實施例之壓差進料單元400中，請同樣參照第2圖，該壓差進料桶410係具有一進氣口411及一排氣口412，用以連接該氣體填充系統之管路31及控制閥32a,32b，該控制閥32a係設置於連通該進氣口411的管路31上，當開啟該控制閥32a並關閉該控制閥32b時，該氣體填充系統係 將氣體透過該進氣口411填充於該壓差進料桶410內，以使該壓差進氣桶410內部之壓力增加；當開啟該控制閥32b並關閉該控制閥32a時，該壓差進料桶410內部之氣體係經由該排氣口412及管路31排出，以使該壓差進氣桶410內部之壓力減少。

該壓差進料單元400更包含一第二可程式控制器(圖未示)，且該第二可程式控制器係與該氣體填充系統電性連接，用以控制該氣體填充系統之控制閥32a,32b之開啟或關閉，進而控制該壓差進料桶410內部之氣體壓力；此外，該入料閥420或該出料閥430係可利如為氣動球塞閥。

另外，本實施例之壓差進料單元400更包含一壓力表440，其係設置於該壓差進料桶410上以偵測並顯示該壓差進料桶410內部之氣體壓力，以進行該壓差進料桶410內部之氣體壓力監測或記錄。

該壓差進料單元400更包含一第二可程式控制器，且該第二可程式控制器係與該氣體填充系統電性連接，用以控制該氣體填充系統之控制閥32a,32b、該入料閥420或該出料閥430之開啟或關閉；此外，該壓差進料單元400之第二可程式控制器係依據一原料重量設定值、一加壓時間值或一出料時間值來控制閥32a,32b、該入料閥420或該出料閥430之開啟或關閉的時機。本實施例之定量連續進料裝置1將原料進料至發酵槽10的過程中，操作者係可預先進行該壓差進料單元400之第二可程式控制器之設定，其中該原料重量設定值係該螺旋輸送機構320輸送至該壓差 進料桶410中的原料重量、該加壓時間值係該氣體填充系統持續將氣體填充至該壓差進料桶410中的時間、該出料時間值係該壓差進料桶410中之原料持續出料至該發酵槽10中的時間。

本實施例之定量連續進料裝置1運作時，操作者可預先設定該原料重量設定值、該加壓時間值或該出料時間值，之後，原料由該進料部310投入，該螺旋輸送機構320係啟動並將原料定量地輸送至該下料部330，此時，該入料閥420係開啟，以使原料定量地進入該壓差進料桶410中，持續入料直到原料達該原料重量設定值為止，此時，該螺旋輸送機構320停止且該入料閥420關閉；接著，該控制閥32a開啟以使該氣體填充系統將氣體透過該進氣口411填充於該壓差進料桶410內，以使該壓差進氣桶410內部之壓力增加，持續加壓直到該加壓時間值為止；然後，該出料閥430開啟，此時，該壓差進氣桶410內部之氣體壓力係大於該發酵槽10內部之氣體壓力，該壓差進氣桶410內之原料係連續進入該發酵槽10當中，持續出料直到達到該出料時間值為止，最後，該出料閥430關閉。

據此，根據本發明之實施例，該定量連續進料裝置係可藉由該重量監控單元以原料之重量進行饋料速度之控制，而可達成定量饋料、可依原料種類控制饋料速度等優點；同時，該定量連續進料裝置係可藉由該壓差進料單元使該壓差進料桶與該發酵槽產生相對地壓差，有利於作為纖維性誘導物之原料可連續地進入無菌之發酵槽當中，進 而提高誘導碳源濃度並提升產物生成量，同時，可確保發酵槽在進料維持正壓而避免外界污染物進入槽內而影響發酵品質。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，上述實施例僅用於說明本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍應以下文之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧定量連續進料裝置

10‧‧‧發酵槽

31‧‧‧管路

32a,32b‧‧‧控制閥

100‧‧‧基座

200‧‧‧重量監控單元

210‧‧‧電子磅秤

220‧‧‧架台

300‧‧‧原料輸送單元

310‧‧‧進料部

311‧‧‧斗槽

312‧‧‧旋轉攪拌器

320‧‧‧螺旋輸送機構

321‧‧‧輸送桶

322‧‧‧螺旋攪拌軸

323‧‧‧螺旋葉片

324‧‧‧驅動馬達

330‧‧‧下料部

400‧‧‧壓差進料單元

410‧‧‧壓差進料桶

411‧‧‧進氣口

412‧‧‧排氣口

420‧‧‧入料閥

430‧‧‧出料閥

440‧‧‧壓力表

第1圖係為本發明實施例之定量連續進料裝置連接於發酵槽用以進行發酵反應製程的示意圖。

第2圖係為第1圖中定量連續進料裝置的示意圖。

1‧‧‧定量連續進料裝置

10‧‧‧發酵槽

32a,32b‧‧‧控制閥

100‧‧‧基座

200‧‧‧重量監控單元

300‧‧‧原料輸送單元

310‧‧‧進料部

320‧‧‧螺旋輸送機構

330‧‧‧下料部

400‧‧‧壓差進料單元

410‧‧‧壓差進料桶

420‧‧‧入料閥

430‧‧‧出料閥

Claims (10)

1. 一種定量連續進料裝置，係應用於發酵反應製程中將原料進料至一發酵槽中，包含：一基座；一重量監控單元，係承載於該基座上；一原料輸送單元，具有一進料部、一螺旋輸送機構及一下料部，該螺旋輸送機構係承載於該重量監控單元上並連接至該進料部與該下料部，用以將投入該進料部之原料輸送至該下料部，且該重量監控單元係量測該螺旋輸送機構內之原料重量並依據量測到的原料重量變化來控制該螺旋輸送機構輸送該原料之饋料速度；以及一壓差進料單元，係具有一壓差進料桶、連接該下料部之一入料閥及連接該發酵槽之一出料閥，且該入料閥與該出料閥係分別設置於該壓差進料桶兩端之開口，該壓差進料桶連接至一氣體填充系統以控制該壓差進料桶內之氣體壓力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定量連續進料裝置，其中該重量監控單元係具有一電子磅秤、一第一可程式控制器及一架台，該電子磅秤係設置於該架台之底部且固定於該基座上，該第一可程式控制器係電性連接該電子磅秤及該螺旋輸送機構，該架台係用於承載該螺旋輸送機構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之定量連續進料裝置，其中該原料輸送單元之螺旋輸送機構係具有一輸送桶及設置於該輸送桶內之螺旋攪拌軸，該進料部及該下料部係分別設 置於該輸送桶之兩端，由該進料部投入之原料係藉由該螺旋攪拌軸推動輸送至該下料部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之定量連續進料裝置，其中該螺旋攪拌軸係具有一傾斜角度，該進料部係設置在低於該下料部的位置，以使該輸送桶內之原料藉由該螺旋攪拌軸向上推動輸送。
5. 如申請專利範圍第3項所述之定量連續進料裝置，其中該螺旋攪拌機構係具有設置於該螺旋攪拌軸上之一螺旋葉片及連接於該螺旋攪拌軸之一驅動馬達，該驅動馬達係驅動該螺旋攪拌軸，以使該螺旋葉片推動原料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之定量連續進料裝置，其中該進料部係具有一斗槽及設置於該斗槽中的旋轉攪拌器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之定量連續進料裝置，其中該壓差進料桶係具有一進氣口及一排氣口，用以連接該氣體填充系統之管路及控制閥。
8. 如申請專利範圍第7項所述之定量連續進料裝置，其中該壓差進料單元更包含一壓力表，其係設置於該壓差進料桶上以偵測並顯示該壓差進料桶內部之氣體壓力。
9. 如申請專利範圍第8項所述之定量連續進料裝置，其中該壓差進料單元更包含一第二可程式控制器，且該第二可程式控制器係與該氣體填充系統電性連接，用以控制該氣體填充系統之控制閥、該入料閥或該出料閥之開啟或關閉。
10. 如申請專利範圍第9項所述之定量連續進料裝置，其中該壓差進料單元之第二可程式控制器係依據一原料重量設 定值、一加壓時間值或一出料時間值來控制該氣體填充系統之控制閥、該入料閥或該出料閥之開啟或關閉的時機。