一种智能化二氧化碳固碳系统及其应用的制作方法

1.本发明涉及固碳技术领域，尤其是涉及一种智能化二氧化碳固碳系统及其应用。


背景技术：

2.由于co2排放的不断增加以及森林面的找不见减小，造成全球气候变化愈演愈烈。尤其是很多固碳微生物在固碳的同时还能够释放大量的氧气，为空气补充氧气来源的同时其自身的营养价值也逐渐得到了人们的重视，固碳微生物的工业化智能化培养将会是未来环保行业乃至大健康行业的又一个增长点。
3.目前传统固碳微生物(如螺旋藻)养殖方式主要为“跑道”培养器，箱式培养器等。传统固碳微生物养殖方式存在一定缺陷，一方面放大养殖时容易受到场地面积影响，另一方面，目前的养殖设备内部容易沉积杂质，不容易清晰，滋生霉菌，对后续固碳微生物养殖不利。将固碳微生物养殖(固碳)能够工业放大，并能够根据自身需求进行实时环境调节的系统，目前国内很少遇见，尤其固碳设备容易清洗的方面还处于空白阶段。
4.专利“一种二氧化碳培养设备”(201810622356.7)提供的系统包括上箱体、下箱体、箱门、启动按钮、把手、二氧化碳浓度调节旋钮、二氧化碳湿度调节旋钮、温度调节旋钮、底板、支撑脚、升降结构，上箱体位于下箱体顶端，箱门固定在下箱体外侧，启动按钮位于箱门外侧，把手固定在箱门外侧，二氧化碳浓度调节旋钮、二氧化碳湿度调节旋钮、温度调节旋钮都固定在上箱体外侧，升降结构位于下箱体底端，底板固定在升降结构底端，底板底端设有多个支撑脚。该发明能够对培养箱内的滋生的霉菌进行有效杀除，以保护研究成果，防止样品被污染。但该装置无法保证装置内部培养基以及光照的均匀性，且培养后的箱体棱角很多容易出现死角，不容易清晰干净，造成霉菌滋生，影响后续固碳生产。
5.专利“一种多功能二氧化碳培养装置”(201420085763.6)提供，包括箱体和箱门，在箱体内设有一层横向隔板，所述的隔板上设置卡座，卡座上活动连接混液桶；所述的隔板上还设有活动连接的烛桶；在箱体壁上设有通气孔和控制阀孔，所述的通气孔和控制阀孔均设有密封盖，所述的通气孔用于连接二氧化碳储罐；所述的混液桶包括上液桶和下液桶，上液桶与下液桶活动连接，其中上液桶呈锥形结构，该上液桶的下部通过导液管与下液桶联通，在导液管上设置控制阀，控制阀的控制杆与控制孔相配合。该装置结构简单，体积小，功能多样，能够根据使用场所和目的选择不同培养方式，可广泛用于教学、试验、科研、临床使用。该装置在使用过程中仅为小试或者试验使用，无法进行智能化固碳微生物批量固碳操作。


技术实现要素：

6.基于现有技术中固碳系统存在的技术缺陷，本发明提供一种智能化二氧化碳固碳系统及其应用。
7.本发明的智能化二氧化碳固碳系统通过水体内温度、ph值、co2浓度等的监测和反馈，实时调节成较为适合的固碳环境，并通过设备内部旋转光源及外部固定光源的光照，实
现设备内部微生物的均匀照明，通过搅拌螺带的搅拌保证了培养液的均匀性，从而实现了智能化高效化二氧化碳固碳操作。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.本发明提供一种智能化二氧化碳固碳系统，包括设备筒体，在设备筒体内设置有中空旋转轴，所述中空旋转轴与外部的旋转驱动相连，所述支撑用光源管均匀的分布在中空旋转轴上，所述支撑用光源管末端与搅拌螺带连接，所述中空旋转轴上开设有小孔，所述设备筒体与外部的换热装置相连，用以维持设备筒体内温度，所述设备筒体上设置有用于使菌种及培养液加入的进料开关阀、用于co2加入的co2加入调节阀、用于调节设备筒体内部ph值的ph值调节液调节阀、ph计、用于排料的排料口、用于排气的排气口、温度变送器以及co2浓度检测仪，所述co2加入调节阀与中空旋转轴相连通。
10.在本发明的一个实施方式中，所述中空旋转轴由不锈钢金属加工而成，轴的内部为中空结构，中空直径范围4mm-20mm，中空旋转轴上每隔20mm-200mm均匀打孔，孔的直径范围在1mm-10mm。
11.在本发明的一个实施方式中，所述设备筒体上端安装有装置上盖，所述进料开关阀、co2加入调节阀以及ph值调节液调节阀安装在装置上盖上，所述进料开关阀另一端与微生物及培养源系统相连接，co2加入调节阀与外部co2加入系统连接，ph值调节液调节阀与外部ph值调节液加入系统相连接。
12.在本发明的一个实施方式中，所述co2加入调节阀与装置上盖之间设置有进气密封，所述进气密封下部有碳化硅圆环状结构与中空旋转轴顶端连接，所述进气密封上部的上盖与装置上盖相连接，进气密封上部的上盖与装置上盖之间有o型圈或者密封圈进行密封。
13.在本发明的一个实施方式中，所述设备筒体下端的底盘与机封总承上端连接，机封总承下端与旋转驱动连接，机封总承内部还安装有驱动轴，所述中空旋转轴下部与驱动轴的上端连接，驱动轴的下端与旋转驱动连接。所述机封总承内部带有机械密封、驱动轴及旋转固定轴承等结构对上部装置筒体内部物质进行密封，对下部旋转驱动部分进行连接和固定。
14.在本发明的一个实施方式中，所述换热装置包括安装在设备筒体底盘上的换热盘管，换热盘管与换热液体进出口相连接，换热液体进出口与外界板式换热器系统连接。
15.在本发明的一个实施方式中，所述换热盘管为不锈钢金属材质。
16.在本发明的一个实施方式中，所述换热液体进出口安装在设备筒体底盘下面。
17.在本发明的一个实施方式中，所述设备筒体的筒壁为透明材质加工而成，在设备筒体的外侧安装有照明光源。
18.在本发明的一个实施方式中，所述支撑用光源管为led光源，光源强度可以调节，支撑用光源管两端带有金属结构，一端安装在中空旋转轴上，另一端与搅拌螺带连接。
19.在本发明的一个实施方式中，所述搅拌螺带为金属材质，所述搅拌螺带形式上可以是单螺带也可以是双螺带。
20.在本发明的一个实施方式中，所述旋转驱动可变频调节转速，旋转速度控制在 5r/min-300r/min范围。
21.在本发明的一个实施方式中，所述设备筒体的顶部和底部有法兰结构，可以通过
螺栓螺母与装置上盖和不锈钢材质的底盘进行固定和连接。
22.在本发明的一个实施方式中，所述温度变送器、ph计、co2浓度检测仪安装在设备筒体的壁面上，排气口安装在装置上盖上，所述排料口安装在设备筒体的底盘。
23.在本发明的一个实施方式中，所述排料口带有旋转接头，材质方面可根据需要采用不锈钢或者有色金属等材料。
24.本发明还提供所述智能化二氧化碳固碳系统的应用，包括以下步骤：
25.(1)微生物培养操作
26.固碳微生物和营养液通过进料开关阀进入到设备筒体中，通过由ph值调节液调节阀和ph计以及ph值调节液加入系统组成的培养液ph控制系统对设备筒体内的ph值进行实时调节；co2则通过co2加入调节阀与co2浓度检测仪以及co2加入系统组成的co2培养控制系统进行实时调节进入到中空旋转轴内部，然后通过中空旋转轴上的小孔进入到设备筒体内部；设备筒体内温度则通过温度变送器、换热装置进行调节；
27.(2)水体物料交换
28.在固碳微生物固碳培养过程中，微生物通过在适当的光照、温度、ph值以及 co2浓度等条件下，吸收营养物质以及co2后，都会释放出一定的氧气等气体，气体通过排气口排出设备筒体外；
29.(3)卸料操作
30.当水体中固碳微生物需要更换时，关闭进料开关阀、co2加入调节阀、ph值调节液调节阀，打开排料口，根据情况开启并调节旋转驱动，将固碳微生物排出，关闭相关设备的电源。
31.在本发明的一个实施方式中，所述智能化二氧化碳固碳系统的应用时，首先进行工艺准备，根据工艺要求，准备好固碳微生物的微生物及培养液、ph值酸碱调节液以及co2源，根据微生物类型选择好培养的温度，ph值，光照强度以及co2浓度等参数，然后连接好装置管路以及电源。
32.在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，固碳微生物可以选择螺旋藻、小球藻等。
33.在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，在微生物培养过程中根据养殖需要打开支撑用光源管与照明装置，并打开旋转驱动带动中空旋转轴、搅拌螺带进行旋转，通过旋转可对内部固碳微生物及培养基进行均匀搅拌，实现微生物培养液接收光照均匀。
34.在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，为均匀搅拌而开启的旋转通过装置上盖上安装的进气密封进行气体与液体的密封，防止培养液或者碳源的损失。
35.与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
36.(1)本发明为一种智能化二氧化碳固碳系统及应用，碳源的均匀出料以及螺带搅拌桨的使用，令培养固碳微生物的设备返回到传统发酵行业的桶装结构，容易实现工业化放大培养，且圆桶结构可以减少死角，更容易实现沉底清洗。
37.(2)本发明智能化二氧化碳固碳系统装置内部安装有co2浓度检测仪、温度传感器、ph计以及相应的调节阀，与外界的进料系统实现固碳微生物生长环境智能化控制，且智能化二氧化碳固碳系统的内部以及外部分布多处可调节光强的光源，可以全方位对固碳微生物的生产提供环境保障。
附图说明
38.图1为本发明实施例1中智能化二氧化碳固碳系统及应用流程示意图。
39.图2为智能化二氧化碳固碳系统中进气密封的详细剖面图。
40.图中标号所述：
41.进料开关阀1、装置上盖2、支撑用光源管3、搅拌螺带4、换热盘管5、换热液体进出口6、机封总承7、旋转驱动8、co2加入调节阀9、ph值调节液调节阀 10、进气密封11、温度变送器12、排气口13，设备筒体14、中空旋转轴15、照明光源16、ph计17、驱动轴18、排料口19、co2浓度检测仪20。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
43.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
46.实施例1
47.本实施例提供一种智能化二氧化碳固碳系统，参考图1，包括设备筒体14，在设备筒体14内设置有中空旋转轴15，所述中空旋转轴15与外部的旋转驱动8相连，所述支撑用光源管3均匀的分布在中空旋转轴15上，所述支撑用光源管3末端与搅拌螺带4连接，所述中空旋转轴15上开设有小孔，设备筒体14与外部的换热装置相连，用以维持设备筒体14内温度，所述设备筒体14上设置有用于使菌种及培养液加入的进料开关阀1、用于co2加入的co2加入调节阀9、用于调节设备筒体14内部ph值的ph值调节液调节阀10、ph计17、用于排料的排料口19、用于排气的排气口13、温度变送器12以及co2浓度检测仪20，所述co2加入调节阀9与中空旋转轴15相连通。
48.本实施例中，所述中空旋转轴15由不锈钢金属加工而成，轴的内部为中空结构，中空直径范围4mm-20mm，中空旋转轴15上每隔20mm-200mm均匀打孔，孔的直径范围在1mm-10mm。
49.本实施例中，所述设备筒体14上端安装有装置上盖2，所述进料开关阀1、 co2加入调节阀9以及ph值调节液调节阀10安装在装置上盖2上，所述进料开关阀1另一端与微生物及培养源系统相连接，co2加入调节阀9与外部co2加入系统连接，ph值调节液调节阀10与外部ph值调节液加入系统相连接。
50.参考图2，本实施例中，所述co2加入调节阀9与装置上盖2之间设置有进气密封11，所述进气密封11下部有碳化硅圆环状结构与中空旋转轴15顶端连接，所述进气密封11上部
的上盖与装置上盖2相连接，进气密封11上部的上盖与装置上盖2之间有o型圈或者密封圈进行密封。
51.本实施例中，所述设备筒体14下端的底盘与机封总承7上端连接，机封总承 7下端与旋转驱动8连接，机封总承7内部还安装有驱动轴18，所述中空旋转轴 15下部与驱动轴18的上端连接，驱动轴18的下端与旋转驱动8连接。所述机封总承7内部带有机械密封、驱动轴18及旋转固定轴承等结构对上部装置筒体内部物质进行密封，对下部旋转驱动8部分进行连接和固定。
52.本实施例中，所述换热装置包括安装在设备筒体14底盘上的换热盘管5，换热盘管5与换热液体进出口6相连接，换热液体进出口6与外界板式换热器系统连接。所述换热盘管5为不锈钢金属材质。所述换热液体进出口6安装在设备筒体 14底盘下面。
53.本实施例中，所述设备筒体14的筒壁为透明材质加工而成，在设备筒体14 的外侧安装有照明光源16。
54.本实施例中，所述支撑用光源管3为led光源，光源强度可以调节，支撑用光源管3两端带有金属结构，一端安装在中空旋转轴15上，另一端与搅拌螺带4 连接。
55.本实施例中，所述搅拌螺带4为金属材质，所述搅拌螺带4形式上可以是单螺带也可以是双螺带。
56.本实施例中，所述旋转驱动8可变频调节转速，旋转速度控制在5r/min-300r/min 范围。
57.本实施例中，所述设备筒体14的顶部和底部有法兰结构，可以通过螺栓螺母与装置上盖2和不锈钢材质的底盘进行固定和连接。
58.本实施例中，所述温度变送器12、ph计17、co2浓度检测仪20安装在设备筒体14的壁面上，排气口13安装在装置上盖2上，所述排料口19安装在设备筒体14的底盘。
59.本实施例中，所述排料口19带有旋转接头，材质方面可根据需要采用不锈钢或者有色金属等材料。
60.使用上述系统进行二氧化碳固碳工艺，包括以下步骤：
61.(1)工艺准备
62.根据工艺要求，准备好固碳微生物螺旋藻及培养液、经过实验室培养得知，其生长环境的ph值为8.5-10.5，co2浓度为12％-15％，温度为10℃-35℃，光照强度为2.5万lux-3万lux等参数，根据上述设定本次试验的ph值为9，co2浓度为 12％，温度为15℃，调整光照强度为2.8万lux，然后连接好装置管路以及电源；
63.(2)微生物培养操作
64.螺旋藻和营养液通过进料开关阀1进入到智能化二氧化碳固碳养殖装置中，通过由ph值调节液调节阀10和ph计17以及ph值调节液加入系统组成培养液ph 控制系统对装置内的ph值进行实时调节位置在9左右；co2则通过co2加入调节阀9与co2浓度检测仪20以及co2加入系统组成co2培养控制系统进行实时调节进入到中空旋转轴15内部，然后通过中空旋转轴15上的小孔进入到装置内部，测得co2浓度为维持在12％-13％之间；装置内温度则通过温度变送器12、换热盘管 5、换热液体进出口6以及外界的板框换热器进行调节，将温度控制在13℃-16℃之间；在养殖过程中通过打开支撑用光源管3与照明装置16调节照明后，测试通体内部的光照强度恒定在2.8万lux，然后并打开旋转驱动8，通过机封总承7内部
结构带动驱动轴18以及中空旋转轴15、搅拌螺带4进行旋转，通过旋转可对内部固碳微生物及培养基进行均匀搅拌，实现微生物培养液及收光照均匀。
65.(3)水体物料交换
66.在螺旋藻固碳培养过程中，螺旋藻通过调节好的光照、温度、ph值以及co2浓度等条件下，吸收营养物质以及co2后，释放出一定的氧气等气体，气体通过排气口13排出设备。
67.(4)卸料操作
68.7天后水体中螺旋藻成长到较为理想大小时，需要更换螺旋藻，关闭进料开关阀1、co2加入调节阀9、ph值调节液调节阀10，打开排料口19，根据情况开启并调节旋转驱动8，将固碳微生物排出。关闭电源。
69.实施例2
70.使用上述系统进行二氧化碳固碳工艺，包括以下步骤：
71.(1)工艺准备
72.根据工艺要求，准备好固碳微生物螺旋藻及培养液，设定本次试验的ph值为 10，co2浓度为14％，温度为25℃，调整光照强度为2.5万lux，然后连接好装置管路以及电源；
73.(2)微生物培养操作
74.螺旋藻和营养液通过进料开关阀1进入到智能化二氧化碳固碳养殖装置中，通过由ph值调节液调节阀10和ph计17以及ph值调节液加入系统组成培养液ph 控制系统对装置内的ph值进行实时调节位置在10左右；co2则通过co2加入调节阀9与2浓度检测仪20以及co2加入系统组成co2培养控制系统进行实时调节进入到中空旋转轴15内部，然后通过中空旋转轴15上的小孔进入到装置内部，测得co2浓度为维持在13％-15％之间；装置内温度则通过温度变送器12、换热盘管 5、换热液体进出口6以及外界的板框换热器进行调节，将温度控制在23℃-26℃之间；在养殖过程中通过打开支撑用光源管3与照明装置16调节照明后，测试通体内部的光照强度恒定在2.5万lux，然后并打开旋转驱动8，通过机封总承7内部结构带动驱动轴18以及中空旋转轴15、搅拌螺带4进行旋转，通过旋转可对内部固碳微生物及培养基进行均匀搅拌，实现微生物培养液及收光照均匀。
75.(3)水体物料交换
76.在螺旋藻固碳培养过程中，螺旋藻通过调节好的光照、温度、ph值以及co2浓度等条件下，吸收营养物质以及co2后，释放出一定的氧气等气体，气体通过排气口13排出设备。
77.(4)卸料操作
78.5天后水体中螺旋藻成长到较为理想大小时，需要更换螺旋藻，关闭进料开关阀1、co2加入调节阀9、ph值调节液调节阀10，打开排料口19，根据情况开启并调节旋转驱动8，将固碳微生物排出。关闭电源。
79.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。