一种用于营造厌氧条件的装置制造方法
【专利摘要】本专利公开了一种用于营造厌氧条件的装置，该装置主要由氧化棒、铜质导管、酒精喷灯、数字显示屏、集成电板模块、微型真空泵、自动控制阀、自动控制三通、冷凝器、空气干燥器、氮气流量计、换热孔、热吸收室、氧化室、箱体、橡皮软管等构成。本专利能够通过两种模式营造厌氧条件，第一种模式通过铜网的氧化反应消耗空气中氧气达到除去有限空间内空气中氧气的效果，第二种模式通过真空泵抽吸、注入氮气的方式排出空气，营造厌氧条件，两种模式都通过自动控制的方式加以实现。相对传统的除氧及厌氧条件获取方式，该装置具有精确度高，效果好，耗时少，操作简便，效率高等优点，适用于土壤及其它相关研究中厌氧环境的获取。
【专利说明】—种用于营造厌氧条件的装置
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种用于营造厌氧条件的装置，具体来说是一种依靠铜氧化反应出去空气中氧气或依靠氮气取代空气从而营造出厌氧环境的装置。
【背景技术】
[0002]土壤中甲烷氧化菌好氧氧化已经取得了较多的研究成果，通常情况下，土壤好氧甲烷氧化的培养条件易于实现和控制。但是关于土壤中甲烷氧化菌厌氧氧化的研究还鲜有报道，这一方面的研究已经逐渐成为这个领域的热点。通常情况下，实验室研究甲烷氧化是采用带塞血清瓶进行培养，把一定量的土壤置于瓶中，塞紧瓶塞后注入定量的CH4，通过分析CH4浓度的变化研究甲烷氧化菌的氧化情况。
[0003]在土壤中甲烷氧化菌厌氧氧化的研究方面，相关实验设备还不能满足实验要求。为了模拟填埋场覆盖土层中厌氧条件下的甲烷氧化，目前已有的研究中都是采用氮气排空气的方法营造厌氧条件。但是采用氮气排空气的方法有很多缺点:第一，空气的平均分子质量为29g/mol, N2的平均分子质量为28g/mol,平均分子质量相差不大,这种情况下就存在N2和空气的混合，通常实验室采用5分钟氮气排空气法，这并不能保证空气被完全排除；第二，也有研究显示，N2的存在可能会对甲烷氧化菌甲烷氧化产生一定影响，则如果采用队排空气法，培养瓶中的N2会对厌氧实验研究产生影响。
[0004]目前，实验室厌氧培养条件的创造基本都是依附于厌氧培养罐、厌氧反应袋和厌氧培养箱，但这些设备都不能满足该研究对大量批式培养的要求，即甲烷氧化菌厌氧氧化的研究通常涉及较多的控制条件，又必须包含平行组，在这种情况下，培养瓶数量通常能达到40-150左右，故培养罐、反应袋和培养箱根本不能满足实验要求。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术缺点，本专利提供了一种厌氧条件营造装置，该装置在运行运行模式一下通过自动控制微型真空泵的启闭时间、氧化棒中铜网的氧化及酒精喷灯的启闭，实现了对培养瓶中有限空间内空气的除氧，在运行模式二下通过自动控制微型真空泵及氮气流量计阀门启闭时间，实现了对培养瓶空气的排出及氮气的注入。相对传统的除氧及厌氧条件获取方式，该装置具有精确度高，效果好，耗时少，操作简便，效率高等优点，适用于土壤及其它相关研究中厌氧环境的获取。
[0006]本专利为实现上述目的采用如下技术方案:
一种用于营造厌氧条件的装置，其中:箱体内设置有氧化棒、陶瓷变径管、铜网、氮化硅陶瓷外壳、铜质导管、陶瓷支架、酒精喷灯、冷凝水进水管、玻璃曲管、冷凝水出水管、集成电板模块、微型真空泵、自动控制阀、自动控制三通、冷凝器、空气干燥器、海绵、氯化钙粉末、氮气进气口、氮气流量计、培养瓶、三通、换热孔、热吸收室、氧化室、橡皮软管、培养室侧门；所述的装置主体外壳为长方体形，氧化室顶盖通过固定螺母与箱体相连，氧化室顶盖上设有换热孔；培养室侧门通过转轴与箱体相连；箱体的侧面上设有空气出气口 ；箱体内部被分隔为9个小室，分别为热吸收室，氧化室，装有玻璃曲管前冷凝室和后冷凝室，装有微型真空泵的设备室，装有空气干燥器的干燥室，装有集成电板模块的控制室，装有培养瓶的装载室和装有氮气流量计的计量室，9个小室之间依靠箱体进行隔开，其中热吸收室和氧化室、设备室和前冷凝室、前冷凝室和氧化室、氧化室和后冷凝室、后冷凝室和干燥室、干燥室和计量室两两之间均通过铜质导管进行连接，干燥室和装载室、三通之间均通过橡皮软管进行连接；数字显示屏整体通过焊接的方式连接到箱体；铜质导管、冷凝水进水管、冷凝水出水管及氮气进气口均采用螺丝进行固定于箱体中；冷凝水进水管通过橡皮软管穿过箱体的侧面与自来水龙头相连接，冷凝水出水管通过橡皮软管穿过箱体的侧面与外界收集器相连接；氮气进气管通过橡皮软管与氮气贮气瓶相连接；氧化室由氧化棒、陶瓷支架及酒精喷灯组成，陶瓷支架设置在氧化棒的底部用于起支撑作用；冷凝器由冷凝水进水管、冷凝水出水管及玻璃曲管组成；空气干燥器由海绵及氯化钙粉末组成，空气干燥器内设有海绵和氯化钙粉末；微型真空泵和酒精喷灯都固定在所在室的底部。
[0007]所述装置的氧化棒由氮化硅陶瓷外壳包裹铜网而组成，呈椭球型，两端设置氮化硅陶瓷材料的变径管，在运行模式一下，通过变径管导入空气，由酒精喷灯高温加热氧化棒完成铜网的氧化反应，从而消耗掉氧气，除氧的空气通过变径管从另一端排出。
[0008]所述装置的主体外壳材料采用316型不锈钢，氧化室内表面材料采用Si3N4陶瓷，氧化室的支撑材料采用A3或45#型钢材。
[0009]所述装置的冷凝水进出水管采用PP—R交联聚丙烯高密度网状工程塑料管，空气干燥器中的海绵采用细孔海绵，连接主要单元的空气导管菌采用铜质细导管。
[0010]所述装置的氧化棒、海绵、氯化钙粉末及热吸收室的冷水都可以进行更换。
[0011]所述装置所有阀门的启闭都通过集成电板模块进行控制，且启闭时间根据培养瓶的容积和氮气的流量进行确定。
[0012]所述装置在第一种运行模式下，通过真空泵抽吸，培养瓶中的空气过铜网，氧气成分被消耗，培养瓶在真空状态下会主动吸收去氧后的空气，从而实现了整个运行系统中无氧空气的循环，达到除氧的目的；在第二种运行模式下，通过设定好真空泵抽吸时间，实现对培养瓶中空气的抽出，再通过控制氮气的注入时间，达到对培养瓶中注满氮气的要求。
[0013]所述装置在运行模式二下，通过控制微型真空泵的启闭从而控制空气的抽气量，通过氮气流量计调整氮气的进气流量，通过进气管上的自动控制阀控制氮气的进气时间，进气完毕，手动关闭培养瓶上的三通。
[0014]本专利具有以下有益效果:
1、在运行运行模式一下，采用铜网氧化除氧的产物中不产生气体，避免了去氧空气中杂气产生对实验的影响。
[0015]2、通过自动控制方式操作阀门的自动启闭，可以严格精确控制抽气补气时间，减少了实验中的误差。
[0016]3、减少了人工操作 的时间，提高了制备效率。
[0017]4、提供了两种可供选择的模式，可以根据实际需要进行选择。
[0018]5、适用于实验室较大数量培养瓶下厌氧条件的营造。
【专利附图】
【附图说明】[0019]图1是本专利的内部结构示意图。
[0020]图2是本专利外观立体结构示意图。
[0021]图3是本专利中氧化棒I的结构示意图。
[0022]图中:氧化棒1、陶瓷变径管2、铜网3、氮化硅陶瓷外壳4、铜质导管5、陶瓷支架6、酒精喷灯7、氧化室顶盖8、固定螺母9、数字显示屏10、冷凝水进水管11、玻璃曲管12、冷凝水出水管13、集成电板模块14、微型真空泵15、自动控制阀16、自动控制三通17、冷凝器18、空气干燥器19、海绵20、氯化钙粉末21、氮气进气口 22、氮气流量计23、培养瓶24、三通25、换热孔26、热吸收室27、氧化室28、箱体29、空气出气口 30、橡皮软管31、培养室侧门32。
【具体实施方式】
[0023]下面对本专利及其【具体实施方式】作进一步详细说明。
[0024]实施例1、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:箱体29内设置有氧化棒1、陶瓷变径管2、铜网3、氮化硅陶瓷外壳4、铜质导管5、陶瓷支架6、酒精喷灯7、冷凝水进水管11、玻璃曲管12、冷凝水出水管13、集成电板模块14、微型真空泵15、自动控制阀16、自动控制三通17、冷凝器18、空气干燥器19、海绵20、氯化钙粉末21、氮气进气口 22、氮气流量计23、培养瓶24、三通25、换热孔26、热吸收室27、氧化室28、橡皮软管31、培养室侧门32 ;所述的装置主体外壳为长方体形，氧化室顶盖8通过固定螺母9与箱体29相连，氧化室顶盖8上设有换热孔26 ;培养室侧门32通过转轴与箱体29相连；箱体29的侧面上设有空气出气口30 ;箱体29内部被分隔为9个小室，分别为热吸收室27，氧化室28，装有玻璃曲管12前冷凝室和后冷凝室，装有微型 真空泵15的设备室，装有空气干燥器19的干燥室，装有集成电板模块14的控制室，装有培养瓶24的装载室和装有氮气流量计23的计量室，9个小室之间依靠箱体29进行隔开,其中热吸收室27和氧化室28、设备室和前冷凝室、前冷凝室和氧化室28、氧化室28和后冷凝室、后冷凝室和干燥室、干燥室和计量室两两之间均通过铜质导管进行连接，干燥室和装载室、三通25之间均通过橡皮软管31进行连接；数字显示屏10整体通过焊接的方式连接到箱体29 ;铜质导管5、冷凝水进水管11、冷凝水出水管13及氮气进气口 22均采用螺丝进行固定于箱体29中；冷凝水进水管11通过橡皮软管31穿过箱体29的侧面与自来水龙头相连接，冷凝水出水管13通过橡皮软管31穿过箱体29的侧面与外界收集器相连接；氮气进气管22通过橡皮软管31与氮气贮气瓶相连接；氧化室28由氧化棒1、陶瓷支架6及酒精喷灯7组成，陶瓷支架6设置在氧化棒I的底部用于起支撑作用；冷凝器18由冷凝水进水管11、冷凝水出水管13及玻璃曲管12组成；空气干燥器19由海绵20及氯化钙粉末21组成，空气干燥器19内设有海绵20和氯化钙粉末21 ;微型真空泵15和酒精喷灯7都固定在所在室的底部。
[0025]实施例2、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:氧化棒I由氮化硅陶瓷外壳4包裹铜网3而组成，呈椭球型，两端设置陶瓷变径管2，在运行模式一下，通过陶瓷变径管2导入空气，由酒精喷灯7高温加热氧化棒I完成铜网3的氧化反应，从而消耗掉氧气，除氧的空气通过陶瓷变径管2从另一端排出。其余同实施例1。
[0026]实施例3、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:除氧后的热空气通过在冷凝器18的玻璃曲管12中的曲折流动与冷水进行换热，达到冷凝空气的作用，在氧化室28的进出口都设置了冷凝器18，从而防止水蒸气回流对其它构件造成的危害。其余同实施例1或2。
[0027]实施例4、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:除氧后的空气通过干燥器19里的氯化钙粉末21的进行除水。其余同实施例1。
[0028]实施例5、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:在运行模式二下，通过控制微型真空泵15的启闭从而控制空气的抽气量，通过氮气流量计23调整氮气的进气流量，通过进气管上的自动控制阀16控制氮气的进气时间，进气完毕，手动关闭培养瓶24上的三通25。其余同实施例1。
[0029]实施例6、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:氧化室28的顶盖8上设置了条形换热孔26用于超温情况下排出热空气进行降温，热吸收室27与氧化室28相通，热吸收室27内装有冷水用于吸收氧化室28多余的热量。其余同实施例1或3。
[0030]实施例7、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:微型真空泵15、自动控制阀16及自动控制三通17的启闭由电板模块14进行控制，且启闭时间根据培养瓶24的容积和氮气的流量进行确定。其余同实施例1或5。[0031]实施例8、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:箱体29顶上装载一块数字显示屏10配置调节键盘；微型真空泵15的开启时间及氮气的进气时间由数字显示屏10进行配置。其余同实施例1或5或7。
[0032]实施例9、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:箱体29的材料采用316型不锈钢，氧化室28内表面材料采用Si3N4陶瓷，氧化室28的陶瓷支架6的材料采用A3或45#型钢材。其余同实施I或8。
[0033]实施例10、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:冷凝水进水管11、冷凝水出水管13均采用PP — R交联聚丙烯高密度网状工程塑料管，空气干燥器19中的海绵20采用细孔海绵，连接主要单元的空气导管均采用铜质细导管。其余同实施例1或4。
[0034]实施例11、一种用于营造厌氧条件的装置，其中:氧化棒1、海绵20、氯化钙粉末21以及热吸收室27内的冷水都可以进行更换。其余同实施例1-4中的任意一种。其余同实施例I或2或4或6或10。
[0035]在运行模式一、二下，微型真空泵15的开启时间计算公式如下:
在运行运行模式一下，微型真空泵15的开启时间按公式(1)进行计算: t = k CnV^V2) /q(1)
其中=V1培养瓶容积(ml) ;n培养瓶数量^真空泵抽吸流量(ml/s) ;t真空泵抽吸时间(s) ;V2=系统内已有空气的体积(ml) ;k为变化系数，k的范围值取2~2.5。
[0036]在运行运行模式二下，微型真空泵15的开启时间按公式(1)方法进行计算，其中k的范围值取1.2~2.0。N2的注入时间(即氮气流量控制阀门开启的时间)按公式(2)进行计算:
ti = a CnV^V2) /q(2)
其中=V1培养瓶容积(ml) ；n培养瓶数量A1氮气流量计显示的流量(ml/s) ；N2的注入时间(即氮气流量控制阀门开启的时间)h ； α为变化系数，α的范围值取1.1~1.2。
[0037]以上的变化系数k和α都通过试验测得，是为了保证抽吸、氧化、注入效果而引入的。
[0038]实验室较大数量培养瓶下厌氧条件的营造采用本设备。所述装置在第一种运行模式下，通过调节键盘配置微型真空泵15抽吸时间t，在预定的抽吸时间t内，培养瓶中空气被微型真空泵15抽吸，通过氧化棒1，氧化棒I内衬铜网3，在酒精喷灯7的高温作用下，通过Si3N4陶瓷外壳4的热传导，铜网3达到氧化的最低温度，其表面发生氧化反应，消耗掉所抽吸空气中的氧气 ，达到除氧的效果，即厌氧的培养条件。
【权利要求】
1.一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:箱体(29)内设置有氧化棒(I)、陶瓷变径管(2)、铜网(3)、氮化硅陶瓷外壳(4)、铜质导管(5)、陶瓷支架(6)、酒精喷灯(7)、冷凝水进水管(11)、玻璃曲管(12)、冷凝水出水管(13)、集成电板模块(14)、微型真空泵(15)、自动控制阀(16)、自动控制三通(17)、冷凝器(18)、空气干燥器(19)、海绵(20)、氯化钙粉末(21)、氮气流量计(23)、培养瓶(24)、三通(25)、换热孔(26)、热吸收室(27)、氧化室(28)、橡皮软管(31)、培养室侧门(32);所述的装置主体外壳为长方体形，氧化室顶盖(8)通过固定螺母(9 )与箱体(29 )相连，氧化室顶盖(8 )上设有换热孔(26 );培养室侧门(32 )通过转轴与箱体(29)相连；箱体(29)的侧面上设有冷凝水进水管(11)、冷凝水出水管(13)和空气出气口(30);箱体(29)内部被分隔为9个小室，分别为热吸收室(27)，氧化室(28)，装有玻璃曲管(12)的前冷凝室和后冷凝室，装有微型真空泵(15)的设备室，装有空气干燥器(19)的干燥室，装有集成电板模块(14)的控制室，装有培养瓶(24)的装载室和装有氮气流量计(23)的计量室，9个小室之间依靠箱体(29)进行隔开，其中热吸收室(27)和氧化室(28 )、设备室和前冷凝室、前冷凝室和氧化室(28 )、氧化室(28 )和后冷凝室、后冷凝室和干燥室、干燥室和计量室两两之间均通过铜质导管进行连接，干燥室和装载室、三通(25)之间均通过橡皮软管(31)进行连接；数字显示屏(10)整体通过焊接的方式连接到箱体(29)上；铜质导管(5)、冷凝水进水管(11)、冷凝水出水管(13)及氮气进气口(22)均采用螺丝进行固定于箱体(29)中；冷凝水进水管(11)通过橡皮软管(31)穿过箱体(29)的侧面与自来水龙头相连接，冷凝水出水管(13)通过橡皮软管(31)穿过箱体(29)的侧面与外界收集器相连接；氮气进气管(22)通过橡皮软管(31)与氮气贮气瓶相连接；氧化室(28)由氧化棒(I)、陶瓷支架(6 )及酒精喷灯(7 )组成，陶瓷支架(6 )设置在氧化棒(I)的底部用于起支撑作用；冷凝器(18)由冷凝水进水管(11)、冷凝水出水管(13)及玻璃曲管(12)组成；空气干燥器(19 )由海绵(20 )及氯化钙粉末(21)组成，空气干燥器(19 )内设有海绵(20 )和氯化钙粉末(21);微型真空 泵(15 )和酒精喷灯(7 )都固定在所在室的底部。
2.根据权利要求书I所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:氧化棒(I)由铜网(3)、陶瓷变径管(2)及氮化硅陶瓷外壳(4)组成，铜网(3)封闭在氮化硅陶瓷外壳(4)内；在运行模式一下，通过陶瓷变径管(2)导入空气，由酒精喷灯(7)高温加热氧化棒(I)完成铜网(3)的氧化反应，从而消耗掉氧气，除氧的空气通过陶瓷变径管(2)从另一端排出。
3.根据权利要求书I或2所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:除氧后的热空气通过在冷凝器(18)的玻璃曲管(12)中的曲折流动与冷水进行换热，达到冷凝空气的作用，在氧化室(28)的进出口都设置了冷凝器(18)，从而防止水蒸气回流对其它构件造成的危害。
4.根据权利要求书I或2所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:除氧后的空气通过干燥器(19)里的氯化钙粉末(21)的进行除水。
5.根据权利要求书I所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:在运行模式二下，通过控制微型真空泵(15)的启闭从而控制空气的抽气量，通过氮气流量计(23)调整氮气的进气流量，通过进气管上的自动控制阀(16)控制氮气的进气时间，进气完毕，手动关闭培养瓶(24)上的三通(25)。
6.根据权利要求书I所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:氧化室(28)的顶盖(8)上设置了条形换热孔(26)用于超温情况下排出热空气进行降温，热吸收室(27)与氧化室(28)相通,热吸收室(27)内装有冷水用于吸收氧化室(28)多余的热量。
7.根据权利要求书I或5所述的一种用于营造厌氧条件的装置，其特征在于:微型真空泵(15 )、自动控制阀(16 )及自动控制三通(17 )的启闭由电板模块(14 )进行控制。
8.根据权利要求书I或5所述的一种用于营造 厌氧条件的装置，其特征在于:箱体(29)顶上装载一块数字显示屏(10)配置调节键盘；微型真空泵(15)的开启时间及氮气的进气时间由数字显示屏(10)进行配置。
【文档编号】C12M1/04GK103897982SQ201410115615
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】张卫风, 彭禹, 王秋华 申请人:华东交通大学