一种光合制氢装置

摘要

本发明涉及微生物学装置，具体涉及一种光合制氢装置，该装置由圆柱形反应筒(1)和同轴设置于反应筒(1)内的导流筒(2)以及设在反应筒(1)上部的电加热管(4)组成；其中，所述导流筒(2)的筒壁内设有光源；所述反应筒(1)的上部设有气体出口(5)和反应液出口(3)；其特征在于，反应液入口管(6)设在所述的反应筒(1)的顶部，并由导流筒(2)的上部延伸至导流筒(2)内；所述的反应液出口(3)的标高高于导流筒(2)的上端面。本光合制氢装置可借助于液流泵的压力和反应液其本身的重力势能推动导流筒内的反应液向下流动，从而加速反应液在反应器内循环流动，具有制氢效果好，辅助能源消耗低的显著效果。

权利要求

1.一种光合制氢装置，该装置由圆柱形反应筒（1）和同轴设置于反应筒（1）内的导流筒（2）以及设在反应筒（1）上部的电加热管（4）组成；其中，所述导流筒（2）的筒壁内设有光源；所述反应筒（1）的上部设有气体出口（5）和反应液出口（3）；其特征在于，反应液入口管（6）设在所述的反应筒（1）的顶部，并由导流筒（2）的上部延伸至导流筒（2）内；所述的反应液入口管（6）伸进导流筒（2）内的长度为导流筒（2）长度的1/5～1/3；所述的反应液出口（3）的标高高于导流筒（2）的上端面。

2.根据权利要求1所述的一种制氢装置，其特征在于，所述导流筒（2）为用透明玻璃制成的双层结构，其内层筒壁（2-1）的中部设有环形凹槽，日光灯管（8）安装于所述的环形凹槽内；其外层筒壁（2-2）由两个半圆柱筒组合而成。

3.根据权利要求1所述的一种制氢装置，其特征在于，所述导流筒（2）的内壁和外壁上均密布有LED（2-4），每一LED（2-4）的头部露出导流筒（2）的筒壁。

说明书

一种光合制氢装置

技术领域

[0001] 本发明涉及微生物学装置，具体涉及一种生物制氢装置。

背景技术

[0002] 生物制氢是一项利用微生物的生理代谢作用分解有机物产生氢气的生物工程技术，它对处理有机物废弃物以及解决能源紧缺问题具有重要的意义。目前，生物制氢的方法主要有光解水制氢、发酵制氢和光合制氢。光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气的制氢方法；发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过发酵作用产生氢气的制氢方法；光合制氢是光合细菌在光照条件下分解有机物产生氢气的一种制氢方法。与其他制氢方法性比，光合制氢具有以下的特点：光合细菌产氢的速率比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起，因而目前对光合制氢的相关研究最多，是具有潜在应用前景的制氢方法。

[0003] 通常，光合制氢装置主要包括反应器和光源两部分，工作时，反应器中通入有机物反应液及光合细菌，在设置于反应器内部或外部的光源的照射下，光合细菌与有机物进行生物反应进而产生氢气。例如，专利号为200620032282.4的中国专利公开了一种“光合微生物制氢反应器”，该制氢反应器由反应罐和置于该反应罐内的四个透明管筒构成，所述透明管筒内设有与外部光源连接的光导纤维，所述反应罐的上部设有原料入口、菌株接种入口和产气出口，底部设有菌液出口。该制氢反应器存在以下的缺点：反应液在反应器内单向流动，光合细菌与有机物原料的接触流程短，使得反应不充分，产氢率低。

[0004] 专利号为95213562.0的中国专利公开了一种用于污水处理的内循环生物流化床，该生物流化床的床体为一下端封闭的直筒，床体内同轴设置两端敞口的提升管，该提升管的上端套设有导流管，该导流管的上端为直径小于提升管直径的敞口筒，下端为直径大于提升管直径的敞口筒，中部为位于提升管上端口处的锥形过渡部分，所述导流管的上端还设有隔离管；床体的下端设有曝气头以及入水口，上端设有出水口。待处理的废水从床体下端的入水口进入反应器内，压缩空气通过床体下端的曝气头对废水进行曝气充氧，废水在提升管内向上流流动，在提升管的上端口处一部分废水在导流管中间锥形过渡部分的阻挡下，弯折向下流动，使得废水在床体内形成循环流动。当将这种生物流化床应用于光合制氢时，由于反应液在反应器内能形成循环流动，提高了反应液与光合细菌接触的机率，使得反应液与光合细菌接触更充分，有利于提高产氢率，但是这种生物流化床结构必须有辅助气源，并且这个气源必须能提供足够大的压力以推动液体克服重力向上流动并形成循环流动，消耗的辅助能量较多。

[0005] 申请号为200910213692.7的发明专利申请说明书中公开了一种“高密度培养微藻的太阳能分光光合生物反应系统”，该系统包括光生物反应器和设置于该光生物反应器内的布光装置，所述布光装置由与光生物反应器同轴设置的双层透明内筒以及设置在该内筒双层间隙中的多根弥散光纤构成，该弥散光纤的一端与外部光源连接；所述光生物反应器的顶部设有进料口和排气口，底部设置出料口；在所述布光装置的下端与光生物反应器的底部之间设有气体分布器，该气体分布器为一与供气装置连接的环形管路，该环形管路上部均布数个曝气头。由供气装置提供的高压气源从气体分布器的曝气头喷出，冲击反应器内的培养液，通过气升环流的形式使培养液在布光装置内腔以及布光装置与反应器之间的通道内形成循环流动。当将该光合生物反应系统用于光合制氢气时，能够实现反应液在反应器内的循环流动，有利于反应液与光合细菌的充分接触，制氢率高，并且采用圆筒形的布光装置，使得培养液在循环流动的过程中具有较好的光照条件，制氢的效率高。但是，其亦需要提供外部的高压气源装置，消耗的辅助能量较多。

发明内容

[0006] 鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种反应液在反应器内可以循环流动，并且消耗的辅助能源小的制氢装置。

[0007] 本发明解决上述问题的技术方案为：

[0008] 一种光合制氢装置，该装置由圆柱形反应筒和同轴设置于反应筒内的导流筒以及设在反应筒上部的电加热管组成；其中，所述导流筒的筒壁内设有光源；所述反应筒的上部设有气体出口和反应液出口；其特征在于，反应液入口管设在所述的反应筒的顶部，并由导流筒的上部延伸至导流筒内；所述的反应液出口的标高高于导流筒的上端面。

[0009] 本发明所述的光合制氢装置，其中所述的入口管伸进导流筒内的长度为导流筒长度的1/5～1/3，以避免刚进入导流筒内的反应液直接从导流筒的上端翻入反应筒内而影响循环效果。

[0010] 本发明所述的光合制氢装置，其中所述的光源的波长通常为400-950nm，它可以是常见的日光灯光源，也可以是公知的LED光源或弥散光纤光源。

[0011] 本发明所述的光合制氢装置，由于所述的反应液入口管设置于反应筒的上端，且伸进导流筒的内腔中，借助于液流泵的压力和反应液其本身的重力势能，便可推动导流筒内的反应液向下流动，从而加速反应液在反应器内循环流动。由上面的描述可见，本发明所述的光合制氢装置在无高压气源的条件下即实现了反应液在反应器内循环流动，因此较现有技术具有能源消耗低的显著效果。

附图说明

[0012] 图1为本发明所述光合制氢装置的一个具体实施例的结构示意图，图中的箭头为反应液的流动方向。

[0013] 图2为本发明所述导流筒的一种具体结构示意图。

[0014] 图3为图2所示导流筒的局部纵向剖视图。

[0015] 图4为本发明所述导流筒的另一种具体结构示意图。

具体实施方式

[0016] 例1

[0017] 参见图1，本实施例的光合制氢装置的反应筒1为一上端敞口下端封闭的圆柱筒，其上部的外侧设有环形槽1-1，该环形槽1-1的顶面高于所述圆柱筒的顶面。所述环形槽1-1的侧壁上设有反应液出口3，上端设有筒盖1-2。所述筒盖1-2顶部的中心处设有反应液入口管6，反应液入口管6旁边设有电加热管4和气体出口5。

[0018] 参见图1～图3，导流筒2为用透明玻璃制成的双层结构，其内层筒壁2-1的中部设有环形凹槽，波长为500nm日光灯管8安装于该环形凹槽内；其外层筒壁2-2由两个半圆柱筒过螺钉连接组合而成。所述的导流筒2同轴安装于反应筒1内，由支撑杆2-3支撑在反应筒1内壁上；导流筒2上端面的标高低于反应液出口3的标高，其下端面与反应筒1的底部之间形成流动通道。反应液入口管6的下端伸进导流筒2的内腔中，伸入长度为导流筒2长度的1/4。

[0019] 例2

[0020] 参见图4，本实施例中的导流筒为一圆柱筒2，其内壁和外壁上均密布有LED2-4，每一LED灯2-4的头部露出圆柱筒2的筒壁。本例中，反应液入口管6伸进导流筒2内腔的长度为导流筒2长度的1/3。

[0021] 本例中，上述以外的其它实施方式与例1相同。

[0022] 以下结合实施例和附图描述本发明所述的光合制氢装置的工作原理：

[0023] 参见图1，有机物反应液在液流泵的作用下由反应液入口管6经导流筒2进入反应筒1。一旦反应液充满反应筒1从上端溢出时，新进入的反应液便推动导流筒2内的反应液向下流动，此时反应筒1底部的反应液便沿导流筒2外部上升；当液面上升到导流筒2的上端口时，有一部分反应液便进入导流筒2而加入下一个循环，另一部分反应液则继续上升从反应筒1的上端溢出。随着反应液的不断补充，导流筒2内的反应液不断地向下流动，导流筒2外的反应液则不断地向上流动，周而复始。在上述循环流动的过程中，反应液夹带着事先设置于反应筒底部的光合细菌生物载体7一起循环流动。在此过程中，反应液中的有机物与光合细菌在电加热管4提供的适宜温度和导流筒2内光源所产生的光照条件下产生氢气。