CN215288761U

CN215288761U - 一体式光合生物制氢装置

Info

Publication number: CN215288761U
Application number: CN202121608308.6U
Authority: CN
Inventors: 蒋丹萍; 水雪楠; 杨佳斌; 金鹏; 陈州; 张全国; 荆艳艳; 李亚猛
Original assignee: Henan Agricultural University
Current assignee: Henan Agricultural University
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2031-07-15

Abstract

本实用新型属于光生物反应器技术领域，具体涉及一体式光合生物制氢装置。所述装置包括反应器本体，所述反应器本体内设有气体过滤组件和光照组件。反应器本体的顶部开口，气体过滤组件位于开口处，且气体过滤组件通过连接件与反应器本体可拆卸连接；气体过滤组件的尺寸与开口处反应器本体的内径相适配，保证气体过滤组件与反应器本体连接后反应器本体呈密封状态；所述气体过滤组件的结构包括固定层和至少一层过滤层；所述光照组件沿竖直方向设于反应器本体内，光照组件包括罩体和设于罩体内的光源。本实用新型装置不仅能够为反应过程提供充分的光源，还能在产氢结束后吸收反应过程中产生的杂质气体，得到较为纯净的氢气。

Description

一体式光合生物制氢装置

技术领域

本实用新型属于光生物反应器技术领域，具体涉及一体式光合生物制氢装置。

背景技术

随着化石燃料的大规模应用，其导致的环境污染和能源枯竭逐渐成为人类亟待解决的难题。近年来，氢能作为一种高热值、零污染、可再生的清洁能源，逐渐走进人们的视野，生物制氢技术也受到了研究者和科学家的广泛关注。生物制氢技术中的光合制氢技术，是生物制氢技术方面非常具有发展前景的研究课题，不仅可以利用各种有机废弃物作为底物，还起到保护环境和促进能源生产的双重作用。

光合制氢中的产氢微生物主要为光合细菌，其具有利用光能将有机分子转移到细胞生物量的能力。光合细菌在产氢过程中不仅能够生产高浓高度的氢气，还有较高的理论转化率，此外，它在有机基质利用方面具有较高的灵活性，包括来自各种生物质废物（即农业残渣、废水、牲畜粪便）的碳水化合物和小分子有机酸。

专利CN100494047A公开了一种太阳能光合生物制氢装置，包括太阳能采集器、光导纤维、光生物反应器、净化装置、储氢装置和恒温加热器；光导纤维的前端与太阳能采集器联结，后端与光生物反应器联结，光生物反应器通过管道依次与净化装置和储氢装置联结，在光生物反应器外侧设有恒温加热器。该装置采用能高效吸收利用太阳光的光合产氢菌种，使进入太阳能光合生物制氢体系中的部分太阳光与光合产氢菌的吸收光谱特性相耦合，降低了单位面积光导纤维传输的光负荷，同时改善了反应器内的光照条件，有效提高光能转化率。

但是目前的光生物反应器存在以下缺点：反应料液与光源接触不充分，采光面积不足，影响产氢效率；气体收集时常有CO₂和水蒸气等杂质气体混入，不仅降低氢气浓度，还严重影响氢气利用效率；反应器结构及产氢流程复杂，需要投入过大的人力物力。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的是提出一体式光合生物制氢装置，该装置不仅能够为反应过程提供充分的光源，还能在产氢结束后吸收反应过程中产生的杂质气体，得到较为纯净的氢气。

为了实现上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

一体式光合生物制氢装置，所述装置包括反应器本体，反应器本体上部设有进料口，反应器本体底部设有排料口；所述反应器本体内设有气体过滤组件和光照组件；

所述反应器本体的顶部开口，气体过滤组件位于开口处，且气体过滤组件通过连接件与反应器本体可拆卸连接；气体过滤组件的尺寸与开口处反应器本体的内径相适配，保证气体过滤组件与反应器本体连接后反应器本体呈密封状态；所述气体过滤组件的结构包括固定层和至少一层过滤层；气体过滤组件的顶部设有排气口；

所述光照组件沿竖直方向设于反应器本体内，光照组件包括罩体和设于罩体内的光源；所述罩体顶部呈闭合结构，罩体底部与反应器本体密封闭合连接。

优选的，所述气体过滤组件包括过滤槽，盖板以及设于过滤槽内的过滤层；所述过滤槽底部的尺寸与开口处反应器本体的内径相适配；过滤槽通过连接件与反应器本体可拆卸连接，从而实现过滤组件与反应器本体的可拆卸连接。

进一步优选的，所述过滤槽的底部开设有若干透气孔，过滤层与过滤槽之间设有防水透气膜；所述防水透气膜由透气防水材质制成。

优选的，所述光照组件设于反应器本体的轴向中心线上，从而保证反应过程中反应器本体内各个位置光照均匀。

进一步优选的，所述反应器本体底部的中央开设有固定槽，固定槽内壁开设有内螺纹；罩体底部的外侧开设有外螺纹，通过内螺纹与外螺纹的配合连接，实现罩体与反应器本体的密封闭合连接。

优选的，所述光源为冷光源；进一步的，所述光源为LED灯柱。

优选的，所述反应器本体底部还设有基座。

优选的，所述罩体和反应器本体由透明材质制成。

本实用新型在使用前先利用杀菌装置进行灭菌处理，然后将配制好的反应物料由进料口置入反应器本体中；安装气体过滤组件，通过螺栓将气体过滤组件与反应器本体固定好，保证内部密闭环境；将装置整体放置于设定好温度的培养箱内或室温条件下，打开外部电源开启照明进行光合生物产氢反应，反应过程中产生的氢气经气体过滤组件过滤后，由排气口排出收集；反应结束后料液由排料口排出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本装置内设有可拆卸的内部光源，能有效提高反应体系的光强，避免反应后期由于反应体系浑浊导致的外部光源难以穿透的情况，延长反应时间，提高产氢效率；

2、气体过滤组件设计巧妙，既能对反应所得气体初步过滤，减少水汽和二氧化碳对所得氢气纯度的影响，又便于拆卸和更换，减少了后续的维护成本。

附图说明

图1 本申请所述一体式光合生物制氢装置的主视图；

图2 为图1中沿A-A’的剖视图；

其中，1，反应器本体；2，进料口；3，排料口；4，盖板；5，过滤槽；6，基座；7，第一过滤层；8，第二过滤层；9，第二固定环；10，第一固定环；11，排气管；12，罩体；13，光源；14，支撑环；21，外螺纹塞。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。需要说明的是，实施例中所述“内”、“外”、“上”、“下”等用语，仅为阐明各结构的相对位置关系，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例

一体式光合生物制氢装置，如图1-2所示，所述装置包括反应器本体1，反应器本体1的侧壁设有进料口2，进料口2上设有外螺纹塞21；反应器本体1的底部设有排料口3，排料口3处设有内螺纹塞（未标出）；

反应器本体1的顶部为开口结构，开口处设有气体过滤组件。所述气体过滤组件包括盖板4、过滤槽5以及设于过滤槽5内的过滤层；

所述过滤槽5底部的尺寸与开口处反应器本体1的内径相适配，过滤槽5底部的边缘固设有若干卡扣，反应器本体1的对应位置设有若干第一固定环10，通过卡扣与第一固定环10卡接，实现气体过滤组件与反应器本体1的可拆卸连接。以上卡扣和第一固定环也可以用可旋转的螺杆和固定螺母替代，所述连接件的替换不影响本实用新型的实质性内容。为了保证气密性，反应器本体1开口处的内壁设有支撑环14，支撑环14上放置有橡胶垫圈，从而保证过滤组件与反应器本体连接后反应器本体内呈密封状态。过滤槽5底部开设有若干透气孔，过滤槽5内设有防水透气膜，防水透气膜位于过滤层的下部；所述防水透气膜为醋酸纤维膜，从而保证反应过程中只有气体可以进入气体过滤组件。所述过滤层包括第一过滤层7和第二过滤层8；第一过滤层7由碱石灰压制而成，第二过滤层8由固体氢氧化钠压制而成；第一过滤层7和第二过滤层8之间也设有醋酸纤维膜，从而将两个过滤层分隔开。为了便于开启与固定，盖板4的边缘也设有若干卡扣，过滤槽5顶部的对应位置设有若干第二固定环9，通过卡扣与第二固定环9卡接，实现盖板4与过滤槽5的可拆卸连接。盖板4中央开设有排气口，排气口处连接有排气管11，反应器本体1内产生的气体最终由排气管11排出收集。

反应器本体1的轴向中心线上设有光源组件，所述光源组件沿竖直方向设置。光源组件包括罩体12和设于罩体12内的光源13；罩体12与反应器本体1等高，且罩体12的顶部呈闭合结构；反应器本体1底部的中央开设有固定槽（图中未画出），固定槽内壁开设有内螺纹，罩体12底部的外侧开设有外螺纹，通过内螺纹与外螺纹的配合连接，实现罩体12与反应器本体1的密封闭合连接。为了避免光源产热对光合细菌的影响，本实施例的光源13为LED灯柱，LED灯柱通过固定槽底部开设的线孔与外部电源电连接。为了增加透光性，上述装置中反应器本体1和罩体12均由透明有机玻璃制成。

所述装置在使用前先利用紫外灯进行灭菌处理；放置橡胶垫圈，然后安装气体过滤组件，利用卡扣或螺杆将气体过滤组件与反应器本体1连接固定，保证内部密闭环境。将配制好的反应底物由进料口2加入反应器本体1中，加入计算后的柠檬酸钠缓冲液及适量的酶；将pH传感器的探头通过进料口2伸入发酵液进行检测，调节发酵料液的pH为7，最后加入活化好的光合细菌以及产氢培养基，所述光合细菌的接种量为25~40%（v/v）。将装置整体放置于设定好温度的培养箱内或室温条件放置于基座6上，打开外部电源开启光源13进行光合产氢反应。反应过程中产生的氢气进入气体过滤组件进行过滤，第一过滤层7用于吸收二氧化碳，第二过滤层8可以吸收未被完全吸收的二氧化碳和水蒸气，最后氢气通过排气管11排出，用集气袋收集检测。制氢结束后发酵料液最终通过排料口3排出。

Claims

1.一体式光合生物制氢装置，所述装置包括反应器本体，反应器本体上部设有进料口，反应器本体底部设有排料口，其特征在于：所述反应器本体内设有气体过滤组件和光照组件；

所述反应器本体的顶部开口，气体过滤组件位于开口处，且气体过滤组件通过连接件与反应器本体可拆卸连接；气体过滤组件的尺寸与开口处反应器本体的内径相适配，保证气体过滤组件与反应器本体连接后反应器本体呈密封状态；所述气体过滤组件的结构包括固定部和至少一层过滤层；气体过滤组件的顶部设有排气口；

2.如权利要求1所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述气体过滤组件包括过滤槽，盖板以及设于过滤槽内的过滤层；所述过滤槽底部的尺寸与开口处反应器本体的内径相适配；过滤槽通过连接件与反应器本体可拆卸连接，从而实现过滤组件与反应器本体的可拆卸连接。

3.如权利要求2所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述过滤槽的底部开设有若干透气孔，过滤层与过滤槽之间设有防水透气膜；所述防水透气膜由透气防水材质制成。

4.如权利要求1所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述光照组件设于反应器本体的轴向中心线上。

5.如权利要求4所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于；所述反应器本体底部的中央开设有固定槽，固定槽内壁开设有内螺纹；罩体底部的外侧开设有外螺纹，通过内螺纹与外螺纹的配合连接，实现罩体与反应器本体的密封闭合连接。

6.如权利要求1所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述光源为冷光源。

7.如权利要求1所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述反应器本体底部还设有基座。

8.如权利要求1-7任一项所述的一体式光合生物制氢装置，其特征在于：所述罩体和反应器本体由透明材质制成。