超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備的製作方法

2023-05-17 19:08:16

專利名稱：超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超高壓脈衝電場的應用技術，主要用於利用微藻生產生物柴油的 產業中，對微藻進行中大規模的破壁處理，具體涉及一種超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴 油製取設備。
背景技術：
隨著生產柴油技術的研究發展，利用微藻生產生物柴油成為生物柴油研究的一個 方向，要大規模地從微藻中提取生物柴油，首先需要解決微藻的細胞壁破壁技術問題，利用 物理方法處理微藻具有綠色環保的優點。在現有技術中，公開了一種利用高速流體顆粒的 強力碰撞，形成巨大機械作用力，完成破碎微藻細胞的厚壁，該技術要使微藻物料得到3倍 以上的音速快速噴出，生產條件苛刻，製造成本高昂，難以進入大批量低成本生產。

實用新型內容由於微藻的個體很小，一般在微米級，如果能在這個小個體上施加大於36伏/微 米的電場強度，即產生360kV/cm的電位梯度，就可使微藻的細胞膜通透性增加，讓細胞膜 穿孔，達到破壁之目的。為解決現有技術中，利用高速流體顆粒的強力碰撞，破碎微藻細胞 壁，生產條件苛刻，製造成本高昂的問題，本實用新型提供一種超高壓脈衝電場微藻破壁生 物柴油製取設備，其實施方案如下超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，該生物柴油製取設備由變壓器、倍 壓電路、旋轉式超高壓脈衝開關和同軸式流體處理空腔構成；變壓器次級線圈與倍壓電路、 旋轉式超高壓脈衝開關、同軸式流體處理空腔相互串聯連接；所述倍壓電路採用若干級積木式倍壓單元串聯疊合連接而成，每級倍壓單元由 主、副電容器組，和主、副二極體組，連接而成，其中主、副電容器組，均由多個電容器串聯連 接而成，主、副二極體組，均由多個二極體串聯連接而成，主電容器組的尾端與主二極體組 的陽極連接，主二極體組的陰極與副電容器組的首端連接；副二極體組的陰極與主二極體 組的陽極連接，副二極體組的陰極與副電容器組的尾端連接；相鄰的兩級倍壓單元，後一級倍壓單元的主電容器組的首端與前一級倍壓單元的 主電容器組的尾端連接，後一級倍壓單元的副電容器組的首端與前一級倍壓單元的副電容 器組的尾端連接；初級倍壓單元的主電容器組的首端與變壓器次級線圈的高端連接，初級倍壓單元 的副電容器組的首端與變壓器次級線圈的低端連接並接地；末級倍壓單元的副電容器組的尾端與絕緣箱體中設置的底部尖端導體連接；絕緣箱體內有旋轉式超高壓脈衝開關，所述超高壓脈衝開關包括由減速電動機帶 動旋轉的轉軸上的中部尖端導體，絕緣箱體上下相應位置裝有靜止的底部尖端導體和頂部 尖端導體，中部尖端導體與底部尖端導體和頂部尖端導體之間有擊穿間隙；所述同軸式流體處理空腔包括中空的流體腔，流體腔有進水管和出水管，導電棒沿軸向穿入流體腔中，導電棒與流體腔接觸部位之間有絕緣軸密封，位於流體腔中部的導 電棒上有直徑大於導電棒直徑的圓軸狀的放電頭，絕緣軸密封延伸至放電頭處，流體腔在 靠近放電頭處具有呈圓筒狀的放電外殼，放電頭與放電外殼之間具有放電間隙，導電棒與 絕緣箱體中設置的頂部尖端導體連接，流體腔與變壓器次級線圈的低端聯接。使用時通過水泵使含有微藻的流體從流體腔進水管中通入，並使其從出水管處排 出，當流體經過放電頭與放電外殼之間的放電間隙時，間歇瞬間輸出的超高壓脈衝電場就 對流體進行微藻破壁處理，通過本實用新型破壁設備可以將微藻破壁，使微藻內富含脂肪 的生物活性物質釋放出來，從而從中提取出生物柴油。本實用新型一種採用串級式發生器(8-30級倍壓)和旋轉法方便獲取所需的 大功率的超高壓脈衝，該脈衝因採用旋轉法獲得，具有超高壓(200KV-1000KV)、大功率 (5KW-500KW)、脈衝前沿陡峭、脈衝頻率低(0. 1Ηζ-30Ηζ)和作用時間極短的特點，爆炸效應 使微藻細胞膜一次性穿孔，破壁了之。本實用新型工作原理是變壓器先產生一個中壓，再由100-100000個電容器組和 二極體組，將該中壓進一步升高並存儲電荷。電容器採用低價位的國產電容器串聯而成，從 而大幅度地降低了製作成本。本實用新型所產生的脈衝電場因脈衝前沿陡峭，爆炸效應好， 擊穿能力強，脈衝電場放電時間短，能耗低。旋轉式超高壓脈衝開關採用動態旋轉法，由減速電動機帶動兩對(四個)尖端導 體轉動，當旋轉的中部尖端導體與絕緣箱上相應位置固定靜止的底部尖端導體和頂部尖端 導體相互接近時，高壓開關接通，旋轉式超高壓脈衝開關瞬間釋放超高壓電荷，獲得大功率 的脈衝電流。脈衝電流通過導線送入同軸式動態流體處理空腔的陽極導體上，在放電頭 與放電外殼之間的放電間隙區域形成超高壓脈衝電場，超高壓脈衝電場在這個間隙瞬間放 電，流經這個空腔中陽極和陰極間隙處的微藻則被擊穿破壁。當旋轉式超高壓脈衝開關的 導體與絕緣箱上固定導體相互離開時，開關斷開，完成一個脈衝過程。通過調節中部尖端導 體與底部尖端導體和頂部尖端導體之間的距離可改變脈衝寬度，通過調節電動機的轉速可 改變脈衝的頻率。顯然，該機械開關能有效地解決超高壓、大電流的開關問題，比起晶閘管 開關技術的成本降低上千倍。本實用新型超高壓旋轉脈衝電場微藻破壁生物柴油生產技術具有設備結構簡單， 加工製作時精度要求不高，易於實施，其成本低廉。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明


圖1為本實用新型超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備的主視圖。
具體實施方式
實施例一如
圖1所示的超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，該生物 柴油製取設備選用四個高壓電埸柱(圖中僅示出了其中一個高壓電埸柱與外部裝置的連 接)，每個高壓電埸柱均與旋轉式超高壓脈衝開關4、同軸式流體處理空腔3相互串聯連接， 每個高壓電埸柱由五箱電容器和十二串二極體連接成多倍壓電路1，將電壓進一步升高並 存儲這些高壓電荷，其中每箱電容器有120個電容器，每串二極體有50個二極體；[0019]所述多倍壓電路1採用五級積木式倍壓單元100串聯疊合連接而成，每級倍壓單 元100由主、副電容器組111，112和主、副二極體組121，122連接而成，其中主、副電容器組 111，112均由每箱電容器中的各個電容器串聯連接而成，主、副二極體組121，122均由每串 二極體中的各個二極體串聯連接而成，主電容器組的尾端102與主二極體組121的陽極連 接，主二極體組121的陰極與副電容器組的首端104連接；副二極體組122的陰極與主二極 管組111的陽極連接，副二極體組122的陰極與副電容器組的尾端103連接；相鄰的兩級倍壓單元，後一級倍壓單元的主電容器組的首端與前一級倍壓單元的 主電容器組的尾端連接，後一級倍壓單元的副電容器組的首端與前一級倍壓單元的副電容 器組的尾端連接；初級倍壓單元的主電容器組的首端與變壓器次級線圈的高端22連接，初級倍壓 單元的副電容器組的首端與變壓器次級線圈的低端23連接並接地；末級倍壓單元的副電容器組的尾端與絕緣箱體40中設置的底部尖端導體41連 接；絕緣箱體40內有旋轉式超高壓脈衝開關4，所述超高壓脈衝開關4包括由減速電 動機45帶動旋轉的轉軸46上的一對中部尖端導體43，絕緣箱體40上下相應位置裝有靜止 的底部尖端導體41和頂部尖端導體42，中部尖端導體43與底部尖端導體41和頂部尖端導 體42之間有擊穿間隙44;當旋轉的中部尖端導體43與絕緣箱體40上下匹配位置固定的底部尖端導體41 和頂部尖端導體42相互接近時，兩對尖端同時放電，高壓開關接通；離開時，開關斷開，完 成脈衝的形成過程，調節中部尖端導體43和底部尖端導體41以及頂部尖端導體42的距離 可改變脈衝寬度，調節電動機的轉速可改變脈衝的頻率；底部尖端導體41和頂部尖端導體42外形呈大體積圓錐導體，其尖端熱鍍鉬金；中 部尖端導體43外形呈小體積圓錐體，在這對小體積圓錐體的尖端上熱鍍了鉬金；中部尖端 導體43被安裝在轉動的扁擔形狀的轉軸46上；擊穿間隙44 彡 lcm/30000V 或 30000V/cm，例如輸出高壓為260kv時，擊穿間隙為8. 67cm以下；所述同軸式流體處理空腔3包括中空的流體腔33，流體腔33有進水管35和出水 管34，導電棒31沿軸向穿入流體腔33中，導電棒31與流體腔33接觸部位之間有絕緣軸密 封38，位於流體腔33中部的導電棒31上有直徑大於導電棒31直徑的圓軸狀的放電頭32， 絕緣軸密封38延伸至放電頭32處，流體腔33在靠近放電頭32處具有呈圓筒狀的放電外 殼37，放電頭32與放電外殼37之間具有放電間隙36，導電棒31與絕緣箱體40中設置的 頂部尖端導體42連接，流體腔33與變壓器次級線圈的低端23聯接。本實用新型實施中具體問題的處理(1)變壓器的選擇設計功率為5KVA時，可購買1臺11KV/5KVA的降壓變壓器倒過 來用即可；設計功率為10KVA時，如果買不到10KVA的單相變壓器，可購買2臺11KV/5KVA 的降壓變壓器按同極性並聯；如果設計功率大於20KVA時，則應使用三相倍壓電路。(2)電容器的選擇400uF/450V的電容器，市場批發價5元/只，每一箱電容器的 設計耐壓值應大於實際電壓值，這樣可以保證在個別電容器擊穿後整體的安全性。例如，選 用IlKV的變壓器時，實際電壓峰值為IlKV X V2 =16KV.設計耐壓值為450VX 120 = 54KV。120隻電容器串聯後的電容值為C = 400uF/120 = 3. 75uF，容量已能滿足要求。(3)每一箱電容器的製作為解決好絕緣問題，箱體用絕緣材料製作，絕緣材料可 用木材，但不能用鐵釘緊固。箱內每一個電容器須用絕緣紙套上，且層與層之間應有絕緣材 料隔開。箱與箱之間應有一定距離。(4) 二極體的選擇1A/1000V的二極體，可選1N4007，市場批發價0. 1元/只。本實用新型實施設計流體流速0. 2米/秒，脈衝頻率4赫茲，陽極長度5釐米，放 電間隙6毫米，脈衝電位梯度430千伏/釐米，微藻處理量600升/小時，電費為0. 02元/升。
權利要求超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，其特徵在於該生物柴油製取設備由變壓器(2)、倍壓電路(1)、旋轉式超高壓脈衝開關(4)和同軸式流體處理空腔(3)構成；變壓器次級線圈(21)與倍壓電路(1)、旋轉式超高壓脈衝開關(4)、同軸式流體處理空腔(3)相互串聯連接；所述倍壓電路(1)採用若干級積木式倍壓單元(100)串聯疊合連接而成，每級倍壓單元(100)由主、副電容器組(111，112)和主、副二極體組(121，122)連接而成，其中主、副電容器組(111，112)均由多個電容器串聯連接而成，主、副二極體組(121，122)均由多個二極體串聯連接而成，主電容器組的尾端(102)與主二極體組(121)的陽極連接，主二極體組(121)的陰極與副電容器組的首端(104)連接；副二極體組(122)的陰極與主二極體組(111)的陽極連接，副二極體組(122)的陰極與副電容器組的尾端(103)連接；相鄰的兩級倍壓單元，後一級倍壓單元的主電容器組的首端與前一級倍壓單元的主電容器組的尾端連接，後一級倍壓單元的副電容器組的首端與前一級倍壓單元的副電容器組的尾端連接；初級倍壓單元的主電容器組的首端與變壓器次級線圈的高端(22)連接，初級倍壓單元的副電容器組的首端與變壓器次級線圈的低端(23)連接並接地；末級倍壓單元的副電容器組的尾端與絕緣箱體(40)中設置的底部尖端導體(41)連接；絕緣箱體(40)內有旋轉式超高壓脈衝開關(4)，所述超高壓脈衝開關(4)包括由減速電動機(45)帶動旋轉的轉軸(46)上的中部尖端導體(43)，絕緣箱體(40)上下相應位置裝有靜止的底部尖端導體(41)和頂部尖端導體(42)，中部尖端導體(43)與底部尖端導體(41)和頂部尖端導體(42)之間有擊穿間隙(44)；所述同軸式流體處理空腔(3)包括中空的流體腔(33)，流體腔(33)有進水管(35)和出水管(34)，導電棒(31)沿軸向穿入流體腔(33)中，導電棒(31)與流體腔(33)接觸部位之間有絕緣軸密封(38)，位於流體腔(33)中部的導電棒(31)上有直徑大於導電棒(31)直徑的圓軸狀的放電頭(32)，絕緣軸密封(38)延伸至放電頭(32)處，流體腔(33)在靠近放電頭(32)處具有呈圓筒狀的放電外殼(37)，放電頭(32)與放電外殼(37)之間具有放電間隙(36)，導電棒(31)與絕緣箱體(40)中設置的頂部尖端導體(42)連接，流體腔(33)與變壓器次級線圈的低端(23)聯接。
2.根據權利要求1所述的超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，其特徵在於 所述每級倍壓單元(100)中的主、副電容器組(111，112)均由100-100000個耐壓值為 3. 75uF的電容器串聯連接而成，每級倍壓單元(100)中的主、副二極體組(121，122)均由 100-100000個1A/1000V的二極體串聯連接而成。
3.根據權利要求2所述的超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，其特徵在於 所述倍壓電路(1)採用8-30級積木式倍壓單元(100)串聯疊合連接而成。
4.根據權利要求3所述的超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，其特徵在於 所述放電頭(32)與放電外殼(37)之間的放電間隙(36)為6毫米；所述超高壓脈衝開關 (4)上的轉軸(46)上的中部尖端導體(43)有兩對，中部尖端導體(43)與底部尖端導體 (41)和頂部尖端導體(42)之間的擊穿間隙(44)均為8. 67cm.
專利摘要超高壓脈衝電場微藻破壁生物柴油製取設備，屬於超高壓脈衝電場的應用技術，解決現有破碎微藻細胞壁設備，製造成本高昂的問題，本實用新型由變壓器、倍壓電路、旋轉式超高壓脈衝開關和同軸式流體處理空腔構成；變壓器次級線圈與倍壓電路、旋轉式超高壓脈衝開關、同軸式流體處理空腔相互串聯連接；所述倍壓電路採用若干級積木式倍壓單元串聯連接而成。使用時使含有微藻的流體從進水管中通入，從出水管處排出，當流體經過放電間隙時，超高壓脈衝電場就對微藻進行破壁處理，從而從中提取出生物柴油。
文檔編號C10L1/02GK201626950SQ20102011470
公開日2010年11月10日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者周永才 申請人:周永才