反應(yīng)器板式外置光源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物反應(yīng)器，特別是指一種反應(yīng)器板式外置光源。
【背景技術(shù)】
[0002]光合自養(yǎng)型微生物和植物細(xì)胞的合成代謝和分解代謝所需能量和物質(zhì)均通過光合作用獲得，用光合生物反應(yīng)器來培養(yǎng)這些生物是本領(lǐng)域公知的技術(shù)。光生物反應(yīng)器是一種密閉式培養(yǎng)裝置，因?yàn)楣庹盏男枰磻?yīng)器一般用可透光的材質(zhì)制作釜體，再輔以光源照射。1983年P(guān)irt等人開創(chuàng)性的研宄工作為光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，理想的光反應(yīng)器應(yīng)該具有最大的表面積與體積比、最有效的光照系統(tǒng)、光傳遞到微藻的最短光路等，為此，各種類型和形狀的密閉式光生物反應(yīng)器應(yīng)運(yùn)而生，例如，圓柱筒狀、管狀、環(huán)狀、平板狀、立方體狀。
[0003]眾所周知，光是影響光合微生物生長和代謝的最重要影響因素，培養(yǎng)時(shí)需要外加光源照射。而光的利用效率又直接關(guān)系到細(xì)胞的生長速率以及能源的消耗，它與光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光照頻率和光循環(huán)周期等因素有關(guān)，因此光照是培養(yǎng)光合微生物的關(guān)鍵控制條件之一。光合微生物均有適宜生長的光照強(qiáng)度，在光限制階段光照強(qiáng)度是微藻生長的限制因子，隨光強(qiáng)增加光合作用速率升高，而在光飽和階段光合作用速率達(dá)到最大并隨光強(qiáng)升高而產(chǎn)生光抑制，而且有些微藻在不同的生長階段所需要的光照強(qiáng)度也不相同。微藻的光合作用過程可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，在光反應(yīng)階段細(xì)胞吸收光量子轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，在暗反應(yīng)階段細(xì)胞利用化學(xué)能合成細(xì)胞組份，在這個(gè)階段強(qiáng)光照對(duì)細(xì)胞生長反而有害，因此，對(duì)單個(gè)細(xì)胞而言持續(xù)的光照意味著光量子的浪費(fèi)，相反，以一定頻率的間歇性光照有利于光的利用效率。
[0004]光合反應(yīng)器的光照利用效率低已是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)難題，目前很多研宄都集中在如何改變反應(yīng)器的形狀和結(jié)構(gòu)來提高光利用效率，但卻忽略了光源結(jié)構(gòu)的影響。現(xiàn)有的一些反應(yīng)器的光源比較簡單，大多在反應(yīng)器周圍零星的放置一些燈管或燈泡，這樣的光源有很大缺點(diǎn):1、單個(gè)燈管或燈泡發(fā)出的光強(qiáng)隨著向周圍的發(fā)散呈遞減趨勢(shì)，這容易造成最接近光源燈的反應(yīng)器表面光照過強(qiáng)，超出了微生物最適光強(qiáng)范圍，抑制了該區(qū)域細(xì)胞的生長，而距離光源燈較遠(yuǎn)的地方光照較弱而限制了細(xì)胞的生長，造成整體的細(xì)胞生長速率變慢，這種光照不均的現(xiàn)象降低了光利用效率；2、光照強(qiáng)度很難調(diào)節(jié)，當(dāng)需要調(diào)整光照以適應(yīng)菌種的光需求和培養(yǎng)的需要時(shí)，目前的做法是增加或減少光照燈的數(shù)量或更換不同功率的燈，這樣不斷的拆解和組裝燈具使得操作非常麻煩；3、光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)不連續(xù)，改變光照燈的數(shù)量或功率會(huì)導(dǎo)致光照強(qiáng)度的突躍性改變，很難準(zhǔn)確設(shè)定在一個(gè)特定值，這對(duì)于光照要求較高的菌種的培養(yǎng)不利，降低了光吸收效率。4、光照時(shí)間和光暗循環(huán)周期需人工控制，無法進(jìn)行自動(dòng)控制，浪費(fèi)人力；5、光線散射使光源燈發(fā)出的光不能被有效利用，造成能量浪費(fèi)；6、目前所普遍使用的光合反應(yīng)器種類繁多，形狀各異，當(dāng)在釜體外放置光源時(shí)，需要根據(jù)釜體的各種形狀來擺設(shè)光源，或者設(shè)計(jì)不同形狀的光源架來放置光源，這樣給光源的配置帶來了困難和麻煩。近年來一些研宄為了提高光的利用效率，將一些防水的光源直接置于反應(yīng)器內(nèi)，這樣雖然縮短了光照距離，但內(nèi)置光源表面容易被光合微生物附著而阻斷了光的擴(kuò)散，反而不能提高光的利用效率，并且內(nèi)置光源散發(fā)的熱量容易使其附近的微生物細(xì)胞因過熱死亡，甚至可能會(huì)發(fā)生漏電的安全隱患，所以外置光源仍然是普遍應(yīng)用的光照方式。
[0005]公開號(hào)為CN204097451U的專利文獻(xiàn)中公開了一種多功能發(fā)酵罐，公開號(hào)為CN204224591U的專利文獻(xiàn)中公開了一種光合微生物發(fā)酵罐，二者雖然采用了光反射板，因其采用固定式結(jié)構(gòu)，通配性較差。公開號(hào)為CN202415537U的專利文獻(xiàn)公開了一種光合細(xì)菌培養(yǎng)裝置，將光源置于環(huán)形腔體內(nèi)部，雖然提高了光源利用率，但因其采用專用結(jié)構(gòu)，不適于與現(xiàn)有的光反應(yīng)器配套使用且光損失較大。公開號(hào)為CN103374511A專利文獻(xiàn)中公開了一種氣升式環(huán)流光生物反應(yīng)器，分別設(shè)置了內(nèi)置光源和外置光源。由于外置光源未采用遮光措施，光能未能得到有效利用。公開號(hào)為CN102224236A的專利文獻(xiàn)公開了一種托盤堆疊成的立體式光生物反應(yīng)器，以自然光為光源并能夠高效捕獲光能，由于采用自然光為光源，照射強(qiáng)度不能根據(jù)光合微生物的實(shí)際需要進(jìn)行有效控制。以上所述的反應(yīng)器仍然存在光利用效率低的問題。
[0006]目前，關(guān)于光合反應(yīng)器的發(fā)明設(shè)計(jì)已有很多的報(bào)道，但仍沒有一種專門的、完善的、匹配各種光合反應(yīng)器的外置光源。因此，迫切需要一種光照分布均勻、光照強(qiáng)度連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)、使用方便、發(fā)光周期頻率可調(diào)的高效外置光源，以提高光利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)器板式外置光源，以解決光利用效率低的問題，提高了細(xì)胞生長速率和光合反應(yīng)器的產(chǎn)率，并且所述光源可以方便靈活地組裝后適配與現(xiàn)有不同形狀的反應(yīng)釜。
[0008]本發(fā)明的整體技術(shù)構(gòu)思是:
[0009]反應(yīng)器板式外置光源，包括面板，設(shè)置于面板內(nèi)表面的反光板，裝配于反光板表面的光源；面板左右兩側(cè)設(shè)有可與相鄰的面板側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)裝配的銷孔。
[0010]可以顯而易見的是，反光板應(yīng)選用可使光有效反射的材質(zhì)制作，優(yōu)選采用鏡面材質(zhì)。面板優(yōu)選采用不透光的材質(zhì)制作，其中包括但不局限于采用金屬、木質(zhì)、工程塑料等常用的且易于成型的材質(zhì)，為便于散熱且便于工業(yè)化成型，優(yōu)選采用金屬。面板的形狀可以根據(jù)反應(yīng)器的外形制作成平板狀、弧面板狀或異形板狀結(jié)構(gòu)，均不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
[0011]本發(fā)明的具體技術(shù)構(gòu)思還有:
[0012]為便于對(duì)光源實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端控制，優(yōu)選的技術(shù)方案是，還包括一光感控制電路，該光感控制電路的感應(yīng)端設(shè)于與光源位于同側(cè)的面板表面，光感控制電路的控制端外置。
[0013]光感控制電路可以選用多種現(xiàn)有方式實(shí)現(xiàn)，均不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。其中較為優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式是，所述的光感控制電路包括光度感應(yīng)器及光感控制器。
[0014]為對(duì)光源發(fā)出的照射光的頻率進(jìn)行有效控制，以滿足不同光合微生物或同一光合微生物在不同階段的生長需要，優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式是，還包括一頻閃電路，該頻閃電路的輸出〗而接光源。
[0015]更為優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式是，采用頻閃電路控制的光源所發(fā)出的頻閃光的光/暗周期頻率為 10ms-2s/30ms-3so
[0016]為對(duì)光源發(fā)出的照射光的強(qiáng)度進(jìn)行有效調(diào)整，以適應(yīng)不同光合微生物的生長需要，還包括一調(diào)光電路，該調(diào)光電路的輸出端接光源。
[0017]調(diào)光電路可以選用多種現(xiàn)有方式實(shí)現(xiàn)，均不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。其中較為優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式是，所述的調(diào)光電路包括電控器及可調(diào)電阻。
[0018]頻閃電路、調(diào)光電路、光感控制電路因?qū)儆诂F(xiàn)有技術(shù)范疇，申請(qǐng)人在此對(duì)其具體結(jié)構(gòu)不再贅述。
[0019]為避免漏光，便于對(duì)光源散射的照射能量進(jìn)行有效捕獲，優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述的面板頂部轉(zhuǎn)動(dòng)配合有上遮光板。更為優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述的面板底部轉(zhuǎn)動(dòng)裝配有下遮光板。更進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式是，上、下遮光板內(nèi)表面鋪設(shè)有反光板或采用反光材質(zhì)制作。
[0020]為便于外置光源的移動(dòng)和布置，使其便于與不同形狀和類型的反應(yīng)釜適配，優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述的面板底部裝配有底腳或滾輪。更為優(yōu)選的實(shí)施方式是采用滾輪。
[0021]為實(shí)現(xiàn)布線合理的要求，優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述的面板上開設(shè)有線槽。更為優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述的線槽開設(shè)于面板下部。為便于滿足面板通配和快速組裝的需要，優(yōu)選的技術(shù)方案是，可以通過接線器實(shí)現(xiàn)光源線及電線的快速連接。
[0022]為便于實(shí)現(xiàn)多個(gè)面板組裝后的固定，可以顯而易見的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是，在首尾兩端設(shè)置的面板上裝配有適配的鎖扣。
[0023]為便于多個(gè)面板連接后的結(jié)構(gòu)固定，更為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是，與面板兩側(cè)的銷孔適配的銷軸底端螺紋配合有螺栓，可以在面板裝配完畢后通過緊固螺栓的方式實(shí)現(xiàn)面板轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖定，進(jìn)而達(dá)到使結(jié)構(gòu)固定的功效。
[0024]本發(fā)明所取得的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步在于:
[0025]1、本發(fā)明采用能實(shí)現(xiàn)快速裝配的面板作為主要結(jié)構(gòu)單元，能夠有效根據(jù)現(xiàn)有不同形狀的反應(yīng)釜組配使用，便于實(shí)現(xiàn)光源照射均勻的要求，適用范圍廣、通配性好且便于運(yùn)輸和安裝。
[0026]2、光感控制電路和調(diào)光電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足不同光合微生物在生長過程中對(duì)光照的需求，便于控制。
[0027]3、采用面板左右兩側(cè)銷孔及面板下部底腳或滾輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和固定。
[0028]4、上、下遮光板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠保證光源照射能量的有效使用，避免光能的損失。
[0029]5、采用線槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足布線合理的前提下，能夠有效實(shí)現(xiàn)各類電源線、信號(hào)線的快速連接。
[0030]6、通過調(diào)節(jié)頻閃電路和調(diào)光電路，使光源發(fā)出頻率和光強(qiáng)可調(diào)的快速頻閃光，大大提高了光利用效率。
【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的附圖有:
[0032]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。
[0034]本發(fā)明的附圖標(biāo)記如下:
[0035]1、面板；2、反光板；3、光源；4、銷孔；5、上遮光板；6、光度感應(yīng)器；7、光感控制器；8、電控器；9、下遮光板；10、接線器；11、底腳或滾輪；12、線槽；13、鎖扣；14、頻閃電路；15、
可調(diào)電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求記載的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何依據(jù)說明書作出的等效技術(shù)手段替換，均不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]實(shí)施例1
[0038]本實(shí)施例的整體構(gòu)造如圖示，包括面板I，設(shè)置于面板I內(nèi)表面的反光板2，裝配于反光板2表面的光源3 ;面板I左右兩側(cè)設(shè)有可與相鄰的面板I側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)裝配的銷孔4。
[0039]還包括一光感控制電路，該光感控制電路的感應(yīng)端設(shè)于與光源3位于同側(cè)的面板I表面，光感控制電路的控制端外置。
[0040]所述的光感控制電路包括光度感應(yīng)器6及光感控制器7。