一种改进的人工光合作用反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于模拟自然界光合作用并把太阳能转化为化学能从而得到碳氢有机化合物的改进的人工光合作用反应器，包括一个具有植物树叶外形结构的密闭透明的反应场外壳，在反应场外壳壁上开有反应液入口和出口，在反应场外壳内装有由多级树枝分叉式双层套管构成的流通通道，流通通道内管的一端与反应场外壳的入口连通，流通通道内管和外管间通路的一端与反应场外壳的出口连通，在流通通道的外管壁上均匀开有多个微孔，在反应场外壳内位于流通通道外的壳腔中填充有多个嵌入了多种光合作用酶的多孔小球，在反应场外壳的上部壳壁上开设有一个多孔小球装填和更换通口。产品具有设计结构合理、能量转化效率高且使用寿命长等优点。
【专利说明】一种改进的人工光合作用反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于能源利用【技术领域】，涉及一种对太阳能进行能量转化并存储的反应器，具体涉及一种用于模拟自然界光合作用并把太阳能转化为化学能从而得到碳氢有机化合物的人工光合作用反应器。
【背景技术】
[0002]传统的化石能源(煤炭、石油和天然气等)在人类长期、连续、过度的开发中，正在走向枯竭的边缘，同时化石能源的大量使用又带来了一系列环境和生态问题，如环境污染和温室效应等，这些无疑都将严重影响到社会和经济的可持续发展。为此，发展新型可再生清洁能源势在必行。
[0003]太阳能具有储量巨大、无地域限制及清洁无污染等优势，是取之不尽、用之不竭、清洁并廉价的理想能源。自然界光合作用系统中的植物、海藻和蓝细菌以太阳光为动力，把大气中的二氧化碳和水转化成富含能量的有机化合物，并释放出氧气。但是由于叶绿素只能吸收占太阳入射光能量不到一半的400?700nm波长光子、叶面对光的反射、细胞呼吸作用以及卡尔文循环的热力学效率不高等因素，自然界光合作用效率较低，理论上最大效率仅为4.6%?6.0%。由于上述原因，促使各国科学家致力寻找更为有效的途径来通过模拟自然界的光合作用来高效地利用太阳能，其中重要的研究方向之一就是模仿植物叶片设计的光合作用反应器，它通过模拟自然界的光合作用过程，可以清洁、高效地转化太阳能生产能源和各种化学品。
[0004]本实用新型 申请人:曾在申请号为201320486536.X的专利申请文本中提出了一种人工光合作用反应器，它包括由内部嵌有反应酶的多孔材料制备的反应场、设置在所述反应场内部用于反应液流动的流道以及用于阻止反应液泄露且使光线可透射的透明封装膜。该反应器具有结构简单，能量利用率高，易于成型制造，重量轻，运输存储方便等优点。但在该人工光合作用反应器制品的具体实验及应用过程中， 申请人:观察到其还存在有一些问题，具体包括:(一)、具有片状结构的内部嵌有反应酶的多孔材料反应场在酶活性降低或酶失活时无法更换或更新，使反应器随即失去功效；(二)、反应场内部设置的用于反应液流动的一级、二级或者三级流道在发生堵塞时不能更换或更新，亦使反应器随即失去功效；(三)、所述的一级流道的起始端汇集于反应场一端，所述一级流道的终止端汇集于反应场另一端，由于反应液在流道中流动阻力远小于其在具有片状结构反应场中的流动阻力，反应液很难在嵌有反应酶的多孔材料反应场中流动，而只从流道中流过，会导致酶不能充分利用，造成反应器的效率降低。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于对现有技术特别是201320486536.X专利技术存在的问题加以解决，提供一种设计结构更加合理、能量转化效率更高且使用寿命得以延长的改进的人工光合作用反应器。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术解决方案是:
[0007]一种改进的人工光合作用反应器，包括一个具有植物树叶外形结构的密闭透明的反应场外壳，在反应场外壳的一侧壁上开有反应液入口和出口，在反应场外壳内装有由多级树枝分叉式双层套管构成的流通通道，流通通道内管的一端与反应场外壳的入口连通，流通通道内管和外管间通路的一端与反应场外壳的出口连通，在流通通道的外管壁上均匀开有多个微孔，在反应场外壳内位于流通通道外的壳腔中填充有多个嵌入了多种光合作用酶的多孔小球，在反应场外壳的上部壳壁上开设有一个多孔小球装填和更换通口。
[0008]上述改进的人工光合作用反应器中，在反应场外壳内固定的流通通道至少包括一条纵贯反应场外壳内腔的一级套管流道，在一级套管流道的两侧分布有至少两条二级套管流道，在各二级套管流道的两侧均分布有至少两条三级套管流道。
[0009]上述改进的人工光合作用反应器中，流通通道上内管的各端口开通，内管和外管间的通路除与反应场外壳的出口连通端外，其它端口封闭。
[0010]上述改进的人工光合作用反应器中，流通通道外管壁上所开微孔的孔径为
0.10 ?0.50mm。
[0011]上述改进的人工光合作用反应器中，反应场外壳内所填充多孔小球的密度为I?loo 个 /W。
[0012]实际工作中，使启动光合作用的反应液和CO2通过输送装置由反应液入口经流通通道的内管进入反应场外壳内，夕卜壳腔内的嵌有多种光合作用酶的多孔小球均勻分散于进入外壳内部的反应液中并在光照下发生光合作用，生成有机物，反应液携带生成的有机物经流通通道外管管壁的微孔过滤掉多孔小球后由出口离开反应器，如此即通过简单方便的形式实现太阳能向碳氢有机化合物转变。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0014]一、该人工光合作用反应器设计更加合理，流通通道、反应液和嵌入酶的多孔小球具有独立的结构，可分别进行更换或更新，从而延长反应器的寿命；
[0015]二、该人工光合作用反应器设计的能量转化效率更高，分散悬浮在反应器内部的多孔小球可以有效提高反应器的转化效率。
[0016]三、该人工光合作用反应器中设置的具有多级树枝分叉式双层套管结构的流通通道可以更方便的实现产物与酶的分离过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种实施例的整体结构透视图。
[0018]图2为本实用新型的平面俯视图。
[0019]图3为本实用新型内反应液入口和出口的设置结构示意图。
[0020]图4为构成流通通道的双层套管(局部直杆体)结构示意图。
[0021]附图标记说明:1 一反应场外壳，2 —流通通道，3 — (嵌入了多种光合作用酶的)多孔小球，4 一多孔小球装填和更换通口，5 —反应液入口，6 —(反应液和产品)出口。
【具体实施方式】
[0022]参见附图，本实用新型所述的改进的人工光合作用反应器由反应场外壳I以及设置在反应场外壳I内的流通通道2、嵌入了多种光合作用酶的多孔小球3组成。反应场外壳I具有类似于植物树叶的密闭外形结构，采用透光性良好的材料如玻璃等制成，在反应场外壳I的一侧壁上开有反应液入口 5和用于使反应液和产品流出的出口 6(参见图1和图3)，在反应场外壳I的上部壳壁上开设有一个多孔小球装填和更换通口 4。由多级树枝分叉式双层套管构成的流通通道2固定在反应场外壳I的内部，流通通道2外管管壁具有均匀分布的孔径为0.10?0.50mm的微孔(图4)。图2所示的实施例结构中，流通通道2包括一条纵贯反应场外壳I内腔的一级套管流道，在一级套管流道的两侧共分布有7条二级套管流道，在各二级套管流道的两侧分别分布有2?3条三级套管流道，其中，一级套管流道内管的一端与反应场外壳的入口 5连通，一级套管流道内管和外管间通路的一端与反应场外壳的出口6连通。在反应场外壳I内部和流通通道2外部间的壳腔内装填入了多个嵌有多种光合作用酶的多孔小球3，反应场外壳I内所填充多孔小球3的密度为I?100个/mm3，多孔小球3的直径大于流通通道2外管管壁上微孔的孔径。
[0023]根据上述技术方案得到的人工光合作用反应器可用于模拟自然界光合作用并把太阳能转化为化学能得到糖类等有机物。实际工作中，反应液和0)2经由反应液入口 5通过流通通道的内管进入反应场外壳内，使得含有多种光合作用酶的多孔小球3均匀悬浮分散于其中，并在光照下发生光合作用生成有机物，之后这些生成的有机物再由反应液携带经流通通道外管管壁的微孔过滤掉多孔小球3后通过出口 6流出反应场外壳。
[0024]以上所述，仅为本实用新型的具体实施例的详细说明与附图，并非用以限制本实用新型的特征，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者，沿依本实用新型的精神所做的等效修饰或变化，皆应包含于本实用新型的专利范围中。
【权利要求】
1.一种改进的人工光合作用反应器，其特征在于:包括一个密闭透明的反应场外壳(I)，在反应场外壳(I)的一侧壁上开有反应液入口(5)和出口(6)，在反应场外壳(I)内装有由多级树枝分叉式双层套管构成的流通通道(2)，流通通道(2)内管的一端与反应场外壳的入口(5)连通，流通通道(2)内管和外管间通路的一端与反应场外壳的出口(6)连通，在流通通道(2)的外管壁上均匀开有多个微孔，在反应场外壳(I)内位于流通通道(2)外的壳腔中填充有多个嵌入了多种光合作用酶的多孔小球(3),在反应场外壳(I)的上部壳壁上开设有一个多孔小球装填和更换通口(4)。
2.根据权利要求1所述的改进的人工光合作用反应器，其特征在于:在反应场外壳(I)内固定的流通通道(2)至少包括一条纵贯反应场外壳(I)内腔的一级套管流道，在一级套管流道的两侧分布有至少两条二级套管流道，在各二级套管流道的两侧均分布有至少两条三级套管流道。
3.根据权利要求1或2所述的改进的人工光合作用反应器，其特征在于:流通通道(2)上内管的各端口开通，内管和外管间的通路除与反应场外壳的出口(6)连通端外，其它端口封闭。
4.根据权利要求1所述的改进的人工光合作用反应器，其特征在于:流通通道(2)外管壁上所开微孔的孔径为0.10?0.50mm。
5.根据权利要求1所述的改进的人工光合作用反应器，其特征在于:反应场外壳(I)内所填充多孔小球⑶的密度为I?100个/mm3。
【文档编号】C12M1/00GK203923165SQ201420287631
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】任秀彬, 杨来侠, 周安宁, 陈龙 申请人:西安科技大学