一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于管式光合生物反应器内的防垢、扰流、强化传质的梳形柔性内插件。
【背景技术】
[0002]微藻是地球上非常古老的一类低等生物，它分布十分广泛，海洋、淡水湖泊、河流中都十分常见。微藻的种类丰富，数量庞大，目前已知的微藻种类就达几万种。微藻光合微生物具有分布十分广泛、微藻细胞内油脂含量高、环境适应能力强、光合作用效率高、生长速度快、产品附加值高等特点，每年由微藻固定的二氧化碳占全球总固碳量的40%以上，可见微藻在能量转换和碳元素循环中起到举足轻重的作用。除此之外，作为可再生新能源，微藻还可用于生物制氢、生物燃料制备、重金属污水处理、工业排放废气处理、医疗和医药制造等多个领域。可从微藻中提炼清洁生物燃料，供给汽车、飞机等，又能够吸收大气中排放的二氧化碳，从而降低污染物和温室气体排放量；另外可从微藻中提取高附加值产品，如虾青素、DHA等，用作动物饲料、化妆品、保健品和营养品等的原料。因此，微藻被视为理想的清洁能源载体，微藻能源被认为是极具发展前景的可再生能源，基于藻类光合微生物的零污染，可持续生物质能将是未来新能源领域最具潜力的发展方向之一。
[0003]然而，自然界并没有大量可直接收集利用的微藻，开发微藻资源需要通过工程培养生产原料。近几年，微藻培育装置迅速发展，逐渐向大型化、工业化方向发展。但培育装置发展过程中始终存在微藻生长过程中易附壁、易沉积、易结团的问题，使生产装置内部光照不均匀，二氧化碳吸收率低，严重影响微藻生长速率和品质质量。中国专利申请号CN201510029957.3公开了名称为“一种智能调光自清洁管式光合生物反应器”的发明专利，该专利提出利用流体流动带动光合反应器内组合转子转动，微藻跟随转子内外翻滚，产生扰流作用，增加混合微藻培养液在反应器内的径向二次流，有利于养分传质分散，强化换热，同时，转子对反应器内壁产生清洁作用，从而使微藻均匀接受光照和培养液中的二氧化碳，避免微藻生长过程中的附壁、沉积、结团等现象。但是，单元组合转子会对藻液流动产生一定阻力，转子会一定程度上阻挡光照，影响光照的均匀分布，且通过实验发现管壁仍然会有一定量微藻附着。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提出一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子，柔性梳形齿与管式光合生物反应器管壁直接接触，起到了良好的管壁清洁作用，转子转动对藻液产生扰流作用，促使微藻及二氧化碳气泡在光合反应器内均匀分布，同时梳形结构和梳形齿的柔性材料有效降低了转子转动对流体流动造成的阻力。
[0005]为实现上述功能，本发明采用的技术方案如下:一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子，由凸台、叶片主体、梳形齿、凹台、过渡曲面和空心轴组成，凸台和凹台分别位于空心轴的两端，梳形齿、叶片主体和过渡曲面依次排布在空心轴外圆柱面上，凸台、叶片主体、梳形齿、凹台、过渡曲面和空心轴成型为一体或粘接为一体，梳形齿排布在叶片主体上并与反应管内壁接触，叶片主体提供刚性支撑，梳形齿部分极薄的多齿结构，梳形齿部分为柔性材料制成，多个转子通过穿过空心轴的转轴进行组合，不同转子间的凸台与凹台相互配合保证同轴度并减少转子磨损。
[0006]在叶片表面沿轴向粘贴反光膜，反光膜为直线条或折线条，反光膜为单条或多条，在叶片表面粘贴横向反光膜，反应管外入射光线及管内转轴处内置光源的光线被反光膜反射，大大增加了光线在藻液处的停留时间，提高了光能利用率。反光膜除横条形状外，也可根据转子轴长度设计为沿轴向不均匀变化的折线形反光膜，使光线在径向不同位置都可以被反射，提高光照吸收率。反光膜可以为表面光滑的，也可通过表面压花设计为表面有微凸起的结构，使光照在反光膜处的反射角度更加多样，光照被多角度反射进入藻液。
[0007]柔性梳形齿直径比反应管管径略大，可以与管式光合生物反应器管壁直接接触，起到了良好的管壁清洁作用，梳形结构有效降低了转子转动对流体流动造成的阻力。可根据光合生物反应器内部流体特性选择梳形齿的直径大小、径向长度大小以及叶片的径向长度大小。
[0008]叶片主体为有机玻璃或硅酸盐玻璃等透明材料制成，叶片在接近空心轴处有过渡曲面，叶片厚度变化，因而光线在此处的折射率变化明显，当转轴为通体光纤等其他光源时，光照从转子中心产生，穿过转子射入反应管内，过渡曲面对光照进行更充分的折射作用，使光照在管内分布更加均匀。
[0009]叶片主体上可设减阻透空结构以降低阻力。转子的叶片主体和空心轴由透明的刚性高分子材料或刚性高分子基复合材料支撑，梳形齿由柔性高分子材料或柔性高分子基复合材料制成。
[0010]使用时，将一定数量转子成组串至转轴上，由限位件限定转子位置，反应管两端的挂件进行支撑固定。藻液的流动带动梳形柔性转子的转动，梳形齿轻轻扫过反应管管壁，避免微藻细胞的附壁现象，促进光照的均匀分布；转子的转动产生扰流作用，藻液产生涡流，使二氧化碳气泡、微藻细胞在管内充分混合、均匀分布，促进微藻的高密度培养；透明的转子材料便于光照的传播，过渡曲面保证了内部光源的充分折射，提高了光照照射程度。
[0011]本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子，其优点和作用为:
[0012](I)梳形柔性齿结构加强了对反应管管壁的清洁作用，解决了微藻培养当中微藻细胞易缠结、易附壁等问题，避免了附壁成分对光照的阻挡，提高了微藻的光能利用率；(2)过渡曲面对光的折射作用促进内部光照更加均匀的射入反应管内，同时转子的透明结构利于光照的均匀分布。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子的结构图。
[0014]图2是本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子在藻液流动方向侧面图。
[0015]图3是本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子安装应用示意图。
[0016]图4是本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子的横向反光膜结构图。
[0017]图5是本发明一种管式光合生物反应器内梳形柔性