CN101353619B - 藻类微生物光合反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种藻类微生物光合反应系统，用以供注入藻类微生物及培养液于此系统中循环培养，包含一光合反应单元、一储液单元、一加压输液单元、一排氧集液装置及一调节区。光合反应单元为一透光管路，排氧集液装置主要由一排氧筒及一集液筒所组成，通过光合反应单元、储液单元、加压输液单元、排氧集液装置及调节区的连接与作用，使得藻种培养液得以于系统中循环培养出品质良好的藻类。另外，可更进一步包含一温度调控单元、一洒水单元及一补光单元，以控制适合藻类生长的环境温度及光源亮度，并可根据不同藻类所适合的生长环境来改变温度及光源或光度。

Description

藻类微生物光合反应系统

技术领域

本发明涉及一种光合反应系统，尤指一种用于培养藻类微生物的藻类微生物光合反应系统。 

背景技术

蓝藻(螺旋藻，Spirulina)中含有丰富的蛋白质、矿物质、维生素和酵素等多种有益人体的营养成分，近年来被广为推荐食用。蓝藻的培养液经过一光合反应系统作充足的光合作用以满足其藻细胞所需的养分，并排出生成于培养液中的氧气，使蓝藻能够大量地生长繁殖。 

现有的蓝藻光合反应系统，为一露天的大培养池。蓝藻的培养液容纳于该露天的大培养池内，以进行光合作用。然而该大培养池不仅占地面积大、能源消耗多，而且使用受制于气候的影响，尤其易受污染而影响该蓝藻的品质，造成生产业者诸多的不良困扰。 

现有的另一种蓝藻光合反应系统，如中国专利号C N 95219504.6述及一种螺旋藻光合反应器，其由一反应塔和一立式双排平螺旋式管道所构成。该反应塔和该管道为透光材质所制成，以便于流动于其内的培养液进行光合作用。该反应塔内并设有一鼓泡板和一冷热交换器等装置，以排出生成于该培养液中的氧气和控制该培养液的温度。该螺旋藻光合反应器主要在于提供一封闭式的循环系统，以克服现有大培养池的种种问题。然而该螺旋藻光合反应器仍有氧气难以被排出，培养液的温度难以控制于需求标准、且反应塔的清洗维护不易以致于降低光合作用的效果和影响蓝藻的品质等问题存在，不适用于工业化大量生产。 

鉴于现有的蓝藻光合反应系统有制造上及使用上的困难，且不适合进行大量快速生产，于是本发明人提出一种可有效改善上述问题的本发明。 

发明内容

本发明的主要目的在于，提出一种藻类微生物光合反应系统，不仅使其所需占地面积减小、能源使用减少、运转不受气候的影响及避免受污染以维护藻类的优良品质，更进一步能够顺利排出藻类产生的氧气，以达到大量且快速地生长繁殖，可用以降低成本。 

其次，本发明的另一目的在于，提出一种藻类微生物光合反应系统，可提供准确控制培养液的温度及光度和光源，以达到大量且快速地生长繁殖，可用以降低成本。 

为了达到上述目的，本发明提供一种藻类微生物光合反应系统，包括：一光合反应单元，其为一透光管路；一储液单元，其具有一储液槽及一流管，该储液槽对应连通于该透光管路的出口端；一加压输液单元，该流管连通该加压输液单元的入口端及该储液槽的出口端；一排氧集液装置，其为中空管路，该排氧集液装置包括相结合的一排氧筒和一集液筒，该排氧筒设有一排气口和一排气管，该排氧筒及该集液筒之间设有一进液口，该进液口连通于该加压输液单元的出口端，该排气口位于该排氧筒的顶端，该排气管自该排气口向下延伸；以及一调节区，其两端分别连通于该集液筒及该透光管路。 

本发明具有的效益：通过该光合反应单元、该储液单元、该加压输液单元、该排氧集液装置及该调节区的连接组成，使注入于其内的藻类微生物的培养液及藻种能够于呈垂直立体多排管道密封循环地进行藻类微生物培养，因此所需占地面积减小而且能源使用减少；由于可在半密闭的空间中进行培养，因而运转不受气候的影响，且能避免受污染以维护所产生藻类的优良品质，尤其是储液单元的使用能大幅 地提升产量及效率。 

另外，通过该进液口、该排气口和该中空管壁的配置，使生成于培养液中的氧气易于被排出，以提高生产效率。 

再者，依据本发明的特色，可进一步地装设一洒水装置，及于透光管路与加压输液单元之间装设一温度调控单元，即可用以调控温度以使培养液温度维持在适于培养藻类的范围，以及在透光管路的任一侧或两侧，加设有一补光单元，可适度调整光度或光源。另外，于集液筒及调节区之间的连通管路装设一开关阀组件，即可于清洗时，将系统中的培养液排出以利清洗，或可作为采收口。 

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。 

附图说明

图1为本发明的第一实施例的示意图； 

图2为本发明的第二实施例的示意图； 

图3为本发明的第三实施例的示意图； 

图4为本发明的第四实施例的示意图； 

图5为本发明的第五实施例的示意图。 

图中符号说明 

1     光合反应单元 

12    直管           11     弯管 

13    辅助开口 

2     储液单元 

21    储液槽         211    开口 

22    流管 

3    加压输液单元 

31   输送管 

4    排氧集液装置 

41   排氧筒          411    排气口 

412  中空管壁        413    缩颈部 

414  侧排气口 

42   集液筒          43     进液口 

44   排气管          441    扩张部 

5    调节区 

51   扩张管          52     直管 

6    连通装置 

61   开关阀组件 

7    采收阀组件 

8    温度调控单元 

81   加/降温管        82    入口转接部 

83   出口转接部 

9    洒水单元 

1a   补光单元 

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供一种藻类微生物光合反应系统，其用以培养藻类微生物(如蓝藻、红藻等)，该藻类微生物光合反应系统包括一光合反应单元1、一储液单元2、一加压输液单元3、一排氧集液装置4、一调节区5及一连通装置6。 

光合反应单元1为由玻璃等透光材质所制成的透光管路，其包括多个直管11及多个弯管12，所述的直管11及弯管12间隔串接成一双排倾斜的立体盘旋式透光管路，而另有一辅助开口13设置于该透光管路最上端的部分。 

储液单元2的入口端连通于透光管路的出口端，而该储液单元2具有一向上开口211的储液槽21及一流管22，储液槽21外形不限且可由透光或非透光材质所制成，用以对应连通该透光管路的出口端，流管22用以连通该储液槽21的出口端及该加压输液单元3的入口端。加压输液单元3为一加压输液泵，其入口端连通于储液单元2的出口端。 

排氧集液装置4为一中空管路，其包括相互结合的一排氧筒41及一集液筒42，而排氧筒41可以由不锈钢材质制成，集液筒42可以由玻璃或压克力等透光材质制成，或可由如不锈钢等的不透光材质所制成。该排氧筒41的上段设有一排气口411和一中空管壁412，且排氧筒41和集液筒42之间设有一进液口43，在此实施例中，该进液口43设于该排氧筒41的上段处，即朝远离集液筒42的位置处，而该进液口43用一输送管31连通于该加压输液单元3的出口端，该排气口411位于该排氧筒41的顶端，该中空管壁412自该排气口411向下延伸且相对地位于该进液口43的内侧。 

该排氧筒41的中段设有一缩颈部413，可进一步设有一侧排气口414，其设于缩颈部413的下方。该排氧集液装置4另包括一排气管44，该排气管44组接于该排氧筒41内，自排气口411向下延伸，且该排气管44的上端穿设于该中空管壁412内，该排气管44的下端可进一步地形成一扩张部441。其中，该扩张部441的外形，其可依不同种类的藻种的需求而改变其形状，或者依实际的需求而亦可不形成该扩张部441。 

该调节区5具有一扩张管51，而该调节区5的一端连通于该光合反应单元1，另一端则以该连通装置6连通于该排氧集液装置4的集液筒42，而该连通装置6连接于该集液筒42底部的出口端及该调节区5底部的入口端。该连通装置6并具有一开关阀组件61。该透光管路的入口端向下弯折连通于该调节区5。 

本发明的藻类微生物光合反应系统并包括一采收阀组件7。该采收阀组件7连接于该储液单元2的出口端和该加压输液单元3的入口端之间，可用以汲取流动于该透光管路内的藻类微生物及培养液。 

使用本发明的藻类微生物光合反应系统时，由该透光管路的辅助开口211注入藻类微生物藻种及培养藻类微生物的培养液于透光管路内，该培养液与藻类微生物流动于该透光管路内并进行光合作用产生氧气，该培养液并先流向该储液单元2后，该培养液再流向该加压输液单元3。其中，储液单元2用以大量储存和收集该培养液以增加产量，且该储液槽21的开口211可使用一透光材料件加以盖合，以防止尘埃落入，或可将整体的藻类微生物光合反应系统设置于温室内，令储液槽21可防止尘埃落入。 

当培养液再流向加压输液单元3时，开启该加压输液单元3以强迫该培养液自该储液单元2流向该排氧集液装置4；此时，当进液口43设于排氧筒41上段时，该培养液可经由该进液口43而以喷射方式进入至该排氧筒41内部，该培养液首先冲击于该排氧集液装置4的排氧筒41内以形成一旋转水花状以利于氧气自该排气口411排出；接着，该培养液落下收集至该缩颈部413后冲击该排气管44的扩张部441而形成一扩散飞溅状以利于氧气可自侧排气口414排出；然而，侧排气口414可依实际的需求而设置，亦即当培养液不需要大量地排出氧气时，即可不设置所述的侧排气口414。 

最后，该培养液落下收集于该集液筒42内，使氧气自该排气管44的上端排出。如此，可把大部分的氧气排出以提升该培养液光合作用的能力。由于该培养液行经该排氧筒41时已生成饱和的含氧气的液体，不易再进行光合作用，因此该排氧筒41可为不锈钢等不透光材质所制成；又该培养液收集于该集液筒42时已排出大部分的氧气，可继续进行光合作用，因此该集液筒42可为玻璃等透光材质所制成；或可为如 不锈钢等不透光材质所制成，而可不进行光合作用。 

当该培养液流经该连通装置6至该调节区5时，可暂时开启该开关阀组件61，以清除较重的沉积物，亦可采样测试该培养液，或者亦可作为采收口。通过让集液筒42所收集的培养液的液面高度高于该光合反应单元1的透光管路的最上层，而利用位能差并借着重力的作用，使培养液由调节区5自动流入该透光管路，进而让该培养液再次流向该储液单元2、该加压输液单元3。 

如此，该培养液即可于本发明的藻类微生物光合反应系统中反复循环培养以使藻类微生物逐渐繁殖，待该培养液中的藻类微生物含量达到可采收的程度时，即可由储液单元2中采收，或可开启采收阀组件7中以进行采收，同时也可开启开关阀组件61一起采收，以增加采收的速度。而在培养的过程中，该培养液经由该连通装置6流入该调节区5，由于该调节区5具有扩张管51，因此该培养液的流速在此处大幅减缓，使得培养液由扩张管51流入该透光管路需要较长的时间，而使得该培养液中的藻类微生物有足够的时间可以在该调节区5进行生理调节，以消除该加压输液单元3以及该排氧集液装置4的作用所带来的生理伤害，而得以最佳的生理状态进入该透光管路，也因此能够采收到最佳品质的藻类。 

此外，针对特殊藻种的需求，如以特定种类的红藻为例，为了避免培养液进入至排氧筒41内时，因喷射方式进而产生旋转水花状的切力过大，从而影响藻种的发育或发生死亡的情形，如图2所示，此实施例中，将所述的进液口43设于排氧筒41下段处，且位于扩张部441的上方。 

当培养液由此进液口43进入至排氧筒41内时，因进液口43高度降低，使得培养液产生的旋转水花状时间相对减少，令培养液直接落下至扩张部441后再落下至集液筒42内。因此，通过进液口43设置 于排氧筒41下段处，可避免因切力过大的生理伤害，而影响藻种的发育或发生死亡，进而影响了产量。 

另外，请参阅图1与图3，本发明的藻类微生物光合反应系统进一步包括一温度调控单元8、一洒水单元9及至少一补光单元1a。 

该温度调控单元8可设有多个加/降温管81、一入口转接部82及一出口转接部83，所述的加/降温管81经由该入口转接部82和该出口转接部83可分别连接于该储液单元2的出口端和该加压输液单元3的入口端之间。该温度调控单元8可以使用手动或自动感应的方式加热容置于该温度调控单元8内的水，使水的热能传递至所述的加/降温管81，以控制培养液的温度；或可直接加入冷水于该温度调控单元8内，以降低培养液的温度；或者该温度调控单元8可以手动或自动感应的方式直接降低容置于该温度调控单元8内的水，以降低培养液的温度。 

该洒水单元9位于该光合反应单元1的上方，并可依工作环境的需求而以手动或自动感应的方式进行定时定温的洒水，以降低该透光管路内的培养液温度。 

请再参阅图3所示，该补光单元1a可为日光灯或其它的光源如LED等，其数量可依实际需求而设置，且同时可设置于透光管路的任一侧，如上侧或下侧等，于此图中，以位于透光管路的下侧为实施例，而补光单元1a的光源可适度选为白光、红光或蓝光等，通过补光单元1a以提供透光管路可适度调整光度或光源，进而可根据不同藻类所适合的生长环境来改变光源或光度，可用以增加产量以降低成本。 

另外，如图4所示，在此实施例中，该藻类微生物光合反应系统的调节区5具有一直管52，该调节区5的一端同样与该光合反应单元1连通，而另一端也是以该连通装置6连通于该集液筒42，而藻类微生物同样经由该具有直管52的调节区5流入该光合反应单元1以进行 循环培养。由于该调节区5的目的是使藻类微生物在调节区5中进行生理调节，因此，对于生理调节所耗费的时间较短的藻类微生物，则可用该具有直管52的调节区5让藻类微生物可以加快流入该透光管路以进行循环培养，而对于需要进行较长时间生理调节的藻类微生物，则需要使用如图1所示，以具有扩张管51的调节区5，进而减缓该藻类微生物培养液在调节区5的流速，使得藻类微生物有足够的生理调节的时间。 

请参阅图5，及请配合参阅图1，在此实施例中，主要是针对氧气生成量较大的状况进行改良。在氧气生成量增加时，所必须排出的氧气量也必须增加，因此，此实施例中，可将中空管壁412进一步地移除，而当该培养液经由该排氧集液装置4的进液口43喷射于排氧筒41内，并冲击到排气管44的时候，即可排出部分氧气而不需等到冲击形成的旋转水花下落，如此即可大幅增加排氧量。 

请再参阅图5，在此实施例中，该温度调控单元8的设置处可作不同变化，可将该温度调控单元8设置于该储液槽21处，可依实际需求将温度调控单元8设于储液槽21内，或储液槽21其它的适当位置处，以在此处加以控制培养液的温度。由上述的说明，可依据实际需求将温度调控单元8设置于该透光管路的出口端与该加压输液单元3的入口端之间，进而达到控制培养液的温度。 

综合上述的说明，本发明的藻类微生物光合反应系统具有如下述的特点： 

1、该光合反应单元、该储液单元、该加压输液单元、该排氧集液装置及该调节单元的连接组成，使注入于其内的藻类微生物藻种及培养藻类微生物的培养液能够呈垂直立体多排管道密封循环地进行光合作用和排氧，因此，所需占地面积减小、能源使用减少、运转不受气候的影响，可在如半密闭的空间中培养(如温室等)，能避免受污染以维护所产生藻类的品质，尤其是储液单元的使用能大幅地提升产量 及效率。 

2、该进液口、该排气口和该中空管壁的配置，以及该排气管和该缩颈部的配置，形成易于排氧的效果，使生成于培养液中的氧气易于被迅速地排出，因此，提高生产效率，及利于工业化大量生产。 

3、该排氧筒和该集液筒相结合成该排氧集液装置，使其制造与组装简单且不易破损，以降低所需成本。 

4、该排氧筒和该集液筒的组接，以及该透光管路的设计，使其易于清洗维护，以确保光合作用的效果和藻类的品质。 

5、该温度调控单元、该洒水单元和该补光单元的配置，可依地域、季节、气候的不同或依培养液的需求作适当的温度调节，使其能有效地控制培养液的温度，及可适度调整光度或光源。 

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为之等效技术变化，均包含于本发明的范围内。 

Claims (17)

1.一种藻类微生物光合反应系统，其特征在于，包括：

一光合反应单元，其为一透光管路；

一储液单元，其具有一储液槽及一流管，该储液槽对应连通于该透光管路的出口端；

一加压输液单元，该流管连通该加压输液单元的入口端及该储液槽的出口端；

一排氧集液装置，其为中空管路，该排氧集液装置包括相结合的一排氧筒和一集液筒，该排氧筒设有一排气口和一排气管，该排氧筒及该集液筒之间设有一进液口，该进液口连通于该加压输液单元的出口端，该排气口位于该排氧筒的顶端，该排气管自该排气口向下延伸；以及

一调节区，其两端分别连通于该集液筒及该透光管路。

2.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该光合反应单元包括多个直管及多个弯管，所述的直管和所述的弯管间隔串接形成一双排倾斜的立体盘旋式透光管路。

3.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该透光管路设有一辅助开口，其位于该透光管路最上方部分。

4.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该储液单元的该储液槽具有一向上的开口，该储液槽对应连通该透光管路，该流管连通该储液槽及该加压输液单元。

5.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该加压输液单元为一加压输液泵。

6.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该排氧集液装置包括一中空管壁，该中空管壁组接于该排氧筒内，自该排气口向下延伸，该排气管的上端穿设于该中空管壁内。

7.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该排气管的下端进一步形成一扩张部。

8.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该排氧筒的中段设有一缩颈部。

9.如权利要求8所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该排氧筒设有一侧排气口，该侧排气口位于该缩颈部的下方。

10.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该进液口设于该排氧筒的上段。

11.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该进液口设于该排氧筒的下段。

12.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，该调节区为一扩张管或一直管以连通该集液筒及该透光管路。

13.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，更包括一连通装置，该连通装置两端分别连接于该集液筒的底部的出口端和该调节区的底部的入口端，该连通装置并具有一开关阀组件。

14.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，更包括一采收阀组件，该采收阀组件连接于该储液单元的出口端和该加压输液单元的入口端之间。

15.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，更包括一温度调控单元，该温度调控单元设置于该透光管路的出口端和该加压输液单元的入口端之间。

16.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，更包括一洒水单元，该洒水单元位于该光合反应单元的上方。

17.如权利要求1所述的藻类微生物光合反应系统，其特征在于，更包括至少一补光单元，该补光单元位于该透光管的一侧。

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