深海宏生物保真培养装置及培养方法与流程

[0001]
本发明涉及一种海底生物培养装置，特别涉及一种深海宏生物保真培养装置及培养方法。


背景技术：

[0002]
研究结果表明，挖掘海洋生物资源有助于探寻全新的物种和生命机制；同时，海洋生物作为理想药物和工业材料资源，具有潜在的经济价值。如果能够在开展海底生物原位培养实验的同时，有效地保存海底宏生物活体样品，将为揭示深海生物地球化学循环机理提供更全面的数据支撑和依据。专利cn111471576a提出了一种自带压力补偿的深海微生物原位培养装置，该装置可在深海环境进行微生物的富集培养与回收，但只保持了微生物的原位压力，而无法控制回收过程的温度变化。专利cn111109159a提出了一种搭载式深海宏生物保压取样装置，该装置能够将捕获的大生物完整地进行转移，但是不能保温转移，而且不适于长时间保真储存深海宏生物样品。这将对该海底区域生物的生存状况、海底环境等精确研究产生极大的影响。为此，亟待研制一种结构简单、操作方便、自动化的深海宏生物保真培养装置，从而为深海宏生物群落生命演化等科学研究提供高质量海底原位样品。


技术实现要素：

[0003]
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、自动化程度高的深海宏生物保真培养装置，并提供一种安全可靠的深海宏生物保真培养方法。
[0004]
本发明解决上述问题的技术方案是：一种深海宏生物保真培养装置，包括支撑调节模块、控制模块、培养模块、制冷模块，所述支撑调节模块固定安装在集装箱上，培养模块可转动安装在支撑调节模块上，培养模块上设有制冷模块，所述控制模块分别与培养模块、制冷模块连接。
[0005]
上述深海宏生物保真培养装置，所述培养模块包括保压筒、端盖，所述保压筒为一端开口的半封闭筒体，保压筒开口端用端盖密封，所述端盖外端面设有水密接头ⅱ，水密接头ⅱ连接控制模块，端盖内端面设有与水密接头ⅱ连接的水密接头ⅰ，水密接头ⅰ与设置在保压筒内腔中的高压相机、高压灯、压力传感器、温度传感器相连，所述端盖中心处设有用于与采样模块对接的对接孔、用于供宏生物通过的通孔，保压筒内腔中设有用于封闭或打开通孔的翻板密封机构，翻板密封机构上设有喇叭口，端盖上设有用于驱动翻板密封机构的开关阀；所述端盖上开有若干高压管连接孔，保压筒内腔通过高压管连接孔与设置在端盖外端面的压力表、溢流阀、高压阀连接。
[0006]
上述深海宏生物保真培养装置，所述端盖上设有饵料自动投递装置，饵料自动投递装置通过高压管连接孔与保压筒内腔连通。
[0007]
上述深海宏生物保真培养装置，所述保压筒底部设有排水装置，排水装置包括高压球阀、排水筒、排水阀，高压球阀一端与保压筒内腔连通，另一端与排水筒一端连通，排水筒另一端与排水阀连接；所述保压筒内腔底部设有用于限制深海海底生物个体大小的过滤
板，过滤板上设有过滤孔。
[0008]
上述深海宏生物保真培养装置，所述制冷模块包括冷凝管、制冷机，所述保压筒内腔中设有冷凝管，保压筒侧面设有冷凝管出、入口的连接孔，制冷机一端与冷凝管入口连接，另一端与冷凝管出口连接，制冷机与控制模块连接。
[0009]
上述深海宏生物保真培养装置，所述控制模块包括电脑、控制器；所述电脑与控制器连接，控制器与水密接头ⅱ连接；电脑的显示器包括温度曲线、压力曲线、实时温度、压强数据显示窗口，电脑的控制按钮包括温度阈值设置按钮、压力阈值设置按钮、数据实时保存按钮。
[0010]
上述深海宏生物保真培养装置，所述支撑调节模块包括底座、支撑架、电机、从动齿轮，所述底座安装在集装箱上，底座上两侧对称设置两个支撑架，所述保压筒侧面对称设有两个轴肩，每个轴肩上均安装有转动轴，转动轴一端安装在对应侧的轴肩上，转动轴另一端通过轴承安装在位于对应侧的支撑架顶部的轴承座内，其中一个转动轴上固定设有主动齿轮，主动齿轮与位于其下方的从动齿轮啮合，从动齿轮通过传动轴与固定安装在支撑架上的电机相连，电机与控制器连接。
[0011]
上述深海宏生物保真培养装置，所述保压筒、排水筒使用的材料为316不锈钢，保压筒、排水筒、高压相机、高压灯、压力传感器、温度传感器、溢流阀和高压阀承受的压力上限大于110mpa。
[0012]
上述深海宏生物保真培养装置，所述的电机转速为1450r/min，主动齿轮的齿数为24，从动齿轮的齿数为72。
[0013]
一种深海宏生物保真培养方法，包括以下步骤：（1）加压过程：采样模块与培养模块对接前，往培养模块注入海水，通过加压泵连接端盖上的高压阀，向培养模块注入高压水，压力传感器测量培养模块中的实时压力，输出压力信号至电脑，电脑的显示器显示实时压力值，待压力达到要求，关闭高压阀；（2）制冷过程：制冷机内的低温水通过冷凝管入口流入冷凝管，从而冷却保压筒内的高压海水，冷凝管的水通过冷凝管出口流入制冷机，实现循环利用，温度传感器测量培养模块中的实时温度，输出温度实时信号至电脑，电脑的显示器显示实时温度值，使宏生物培养模块中的温度维持在2℃-4℃；（3）转移过程：通过端盖上的对接孔将采样模块与培养模块对接，通过翻板密封机构打开端盖上的通孔，采样模块内的宏生物经通孔转移到保压筒内腔中，宏生物完全转移后，再通过翻板密封机构封闭端盖上的通孔；（4）培养过程：宏生物完全转移至培养模块后，通过电脑的显示器实时监测保压筒内的温度、压力，当压力低于设定的阈值时，控制器输入端接受来自压力传感器的实时压力信号，控制器输出端输出控制信号，控制加压泵加压；当温度高于设定的阈值时，控制器输入端接受来自温度传感器的实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制制冷机的制冷功率，使宏生物培养模块中的温度维持在2℃-4℃；通过饵料自动投递装置自动投递饵料至保压筒内；（5）排水过程：宏生物在培养模块内培养一段时间后，更换保压筒内的水，通过控制器控制电机驱动从动齿轮转动，从动齿轮与主动齿轮啮合从而带动主动齿轮转动，转动齿轮带动转动轴旋转，从而带动培养模块转动角度90度，使培养模块水平放置，打开保压筒底部
的高压球阀，使保压筒内的水流出至排水筒内，进行分批次转移保压筒内的海水，实现无压降转移；转移完成后，关闭高压球阀，通过控制器控制电机驱动从动齿轮转动，从而带动培养模块转动角度90度，通过加压泵向培养注入高压水，继续步骤（1）（2）（4）。
[0014]
本发明的有益效果在于：1、本发明的深海宏生物保真培养装置可实现对宏生物培养过程的状态参数进行监测，采用的电脑显示器界面简洁、直观，可以准确地观察出深海宏生物采样装置内的温度曲线和压力曲线。
[0015]
2、本发明的深海宏生物保真培养装置通过电脑设定温度、压力阈值，控制制冷机的制冷功率，实现低温的要求，控制加压泵实现高压的要求，能够保证深海宏生物所处环境压力和温度近似于其原位压力和温度。
[0016]
3、本发明的深海宏生物保真培养装置可以实现对宏生物的长时间培养，通过设计排水装置可以对培养装置内的水及宏生物排泄物进行排出，并进行定期更换培养装置内的水，整个过程都保持无压降。
附图说明
[0017]
图1为本发明的立体结构示意图。
[0018]
图2为本发明的立体结构右视图。
[0019]
图3为本发明的培养过程结构示意图。
[0020]
图4为本发明的保压筒端盖立体结构示意图。
[0021]
图5为本发明的排水过程结构示意图。
[0022]
图6为本发明的排水过程结构示意图。
[0023]
图7为本发明的翻板密封机构和齿轮机构结构示意图。
[0024]
图8为本发明的深海宏生物保真培养系统操作方法流程图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0026]
如图1-8所示，一种深海宏生物保真培养装置，包括支撑调节模块7、控制模块、培养模块6、制冷模块4，所述支撑调节模块7固定安装在集装箱上，培养模块6可转动安装在支撑调节模块7上，培养模块6上设有制冷模块4，所述控制模块分别与培养模块6、制冷模块4连接。
[0027]
所述培养模块6包括保压筒609、端盖606，所述保压筒609为一端开口的半封闭筒体，保压筒609开口端用端盖606密封，所述端盖606外端面设有水密接头ⅱ601，水密接头ⅱ601连接控制模块，端盖606内端面设有与水密接头ⅱ601连接的水密接头ⅰ611，水密接头ⅰ611与设置在保压筒609内腔中的高压相机、高压灯、压力传感器、温度传感器相连，所述端盖606中心处设有用于与采样模块对接的对接孔613、用于供宏生物通过的通孔614，保压筒609内腔中设有用于封闭或打开通孔614的翻板密封机构607，端盖606上设有用于驱动翻板密封机构607的开关阀605；所述端盖606上开有若干高压管连接孔，保压筒609内腔通过高压管连接孔与设置在端盖606外端面的压力表612、溢流阀604、高压阀603、排气阀608连接。所述端盖606上设有饵料自动投递装置602，饵料自动投递装置602通过高压管连接孔与保
压筒609内腔连通。
[0028]
所述翻板密封阀机构607包括翻板阀座103、翻板阀盖101、密封圈ⅰ102、扭簧104、翻板轴105，翻板阀座103通过密封圈102与保压筒609密封连接，所述的翻板阀座103上设有阀孔，阀孔处设有翻板轴105，所述的扭簧104安装在翻板轴105上，翻板阀盖101通过翻板轴105与翻板阀座103铰接，且翻板阀座103在铰接处的形状为齿轮状，翻板阀座103通过齿轮机构9开闭。
[0029]
所述的齿轮机构9包括充气接口901、齿轮杆903、齿轮杆容纳腔、o型密封圈ⅱ902，所述齿轮杆容纳腔位于保压筒609外壁内，所述的充气接口901设在保压筒609上且与齿轮杆容纳腔连通，所述齿轮杆容纳腔内设有齿轮杆903，且齿轮杆903外径与齿轮杆容纳腔内径相匹配，齿轮杆903可在齿轮杆容纳腔内移动，齿轮杆903远离充气接口901的一端设有齿，齿与翻板阀座ⅰ603铰接处相啮合，通过加压泵连接齿轮机构9中充气接口901，向保压筒609内加压，齿轮杆903在压力的作用下左移，从而带动翻板密封阀机构的翻板阀盖101顺时针旋转，打开保压筒609出口；齿轮杆903与齿轮杆容纳腔内壁之间通过o型密封圈ⅱ902进行密封。
[0030]
所述保压筒609底部设有排水装置5，排水装置5包括高压球阀502、排水筒501、排水阀503，高压球阀502一端与保压筒609内腔连通，另一端与排水筒501一端连通，排水筒501另一端与排水阀503连接；所述保压筒609内腔底部设有用于限制深海海底生物个体大小的过滤板610，过滤板610上设有过滤孔616。
[0031]
所述制冷模块4包括冷凝管402、制冷机401，所述保压筒609内腔中设有冷凝管402，保压筒609侧面设有冷凝管402出、入口的连接孔，制冷机401一端与冷凝管402入口连接，另一端与冷凝管402出口连接，制冷机401与控制模块连接。
[0032]
所述控制模块包括电脑1、控制器2；所述电脑1通过电缆3与控制器2连接，控制器2通过电缆3与水密接头ⅱ601连接；电脑1的显示器包括温度曲线、压力曲线、实时温度、压强数据显示窗口，电脑1的控制按钮包括温度阈值设置按钮、压力阈值设置按钮、数据实时保存按钮。
[0033]
所述支撑调节模块7包括底座701、支撑架702、电机704、从动齿轮705，所述底座701安装在集装箱上，底座701上两侧对称设置两个支撑架702，所述保压筒609侧面对称设有两个轴肩8，每个轴肩8上均安装有转动轴801，转动轴801一端安装在对应侧的轴肩8上，转动轴801另一端通过轴承安装在位于对应侧的支撑架702顶部的轴承座703内，其中一个转动轴801上固定设有主动齿轮802，主动齿轮802与位于其下方的从动齿轮705啮合，从动齿轮705通过传动轴与固定安装在支撑架702上的电机704相连，电机704与控制器2连接。所述的电机704转速为1450r/min，主动齿轮802的齿数为24，从动齿轮705的齿数为72。
[0034]
所述保压筒609、排水筒501使用的材料为316不锈钢，保压筒609、排水筒501、高压相机、高压灯、压力传感器、温度传感器、溢流阀604和高压阀603承受的压力上限大于110mpa。
[0035]
一种深海宏生物保真培养方法，包括以下步骤：（1）加压过程：采样模块与培养模块6对接前，往培养模块6注入海水，通过加压泵连接端盖606上的高压阀603，向培养模块6注入高压水，压力传感器测量培养模块6中的实时压力，输出压力信号至电脑1，电脑1的显示器显示实时压力值，待压力达到要求，关闭高压阀
603；（2）制冷过程：制冷机401内的低温水通过冷凝管402入口流入冷凝管402，从而冷却保压筒609内的高压海水，冷凝管402的水通过冷凝管402出口流入制冷机401，实现循环利用，温度传感器测量培养模块6中的实时温度，输出温度实时信号至电脑1，电脑1的显示器显示实时温度值，使宏生物培养模块6中的温度维持在2℃-4℃；（3）转移过程：通过端盖606上的对接孔613将采样模块与培养模块6对接，通过翻板密封机构607打开端盖606上的通孔614，采样模块内的宏生物经通孔614转移到保压筒609内腔中，宏生物完全转移后，再通过翻板密封机构607封闭端盖606上的通孔614；（4）培养过程：宏生物完全转移至培养模块6后，通过电脑1的显示器实时监测保压筒609内的温度、压力，当压力低于设定的阈值时，控制器2输入端接受来自压力传感器的实时压力信号，控制器2输出端输出控制信号，控制加压泵加压；当温度高于设定的阈值时，控制器2输入端接受来自温度传感器的实时温度信号，控制器2输出端输出控制信号，控制制冷机401的制冷功率，使宏生物培养模块6中的温度维持在2℃-4℃；通过饵料自动投递装置602自动投递饵料至保压筒609内；（5）排水过程：宏生物在培养模块6内培养一段时间后，更换保压筒609内的水，通过控制器2控制电机704驱动从动齿轮705转动，从动齿轮705与主动齿轮802啮合从而带动主动齿轮802转动，转动齿轮带动转动轴801旋转，从而带动培养模块6转动角度90度，使培养模块6水平放置，打开保压筒609底部的高压球阀502，使保压筒609内的水流出至排水筒501内，进行分批次转移保压筒609内的海水，实现无压降转移；转移完成后，关闭高压球阀502，通过控制器2控制电机704驱动从动齿轮705转动，从而带动培养模块6转动角度90度，通过加压泵向培养注入高压水，继续步骤（1）（2）（4）。