CN101679929A - 具有光分布器的光生物反应器和用于生产光合培养物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光生物反应器(1)，其包括容器(10)和光分布器(30)，所述容器容纳有包含光合培养物的水成液。所述光分布器具有被布置为接收光(40)的表面931)以及被布置为发出至少一部分所接收光的锥形表面(32)。所述锥形表面(32)的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中。通过相对简单且廉价的设备，光可被有效地分布在包含光合培养物的水成液中。所述反应器允许高的照射体积分数。

Description

具有光分布器的光生物反应器和用于生产光合培养物的方法
技术领域
本发明涉及一种光生物反应器(photo bioreactor)，其包括含有光合培养物(photosynthetic culture)的水成液(aqueous liquid)，还包括光分布器(photo distributor)。本发明进一步涉及这种光分布器。本发明还涉及一种用于在生物反应器中生产光合培养物的方法，以及通过该方法可获得的光合培养物产品。
背景技术
用于培育光合培养物--诸如藻类--的光生物反应器在本领域是公知的。如何将光有效地结合至包含光合培养物的液体中，是一项挑战。例如，US 3,986,297公开了一种用于人r培养光合物质--诸如小球藻--的密封的双层罐组件(sealed double tank assembly)。借助以下组合来实现高纯度培养物的加速生长：用以放出二氧化碳和氨的混合气体的多个喷嘴；用于不间断地施加基本类似于自然光的光的光源；以及用于搅动内罐中的培养物液体的搅动器叶片(agitatorvane)；以及用于温度控制的外罐。这里，光源不是太阳光，而是氙气灯(xenon lamp)；这种氙气灯，根据US 3,986,297，基本类似于自然光。US 6,602,703公开了一种用于培养光合有机物的光生物反应器。这种光生物反应器提供了允许清洁光源的特征。这种光生物反应器具有用于容纳液体培养物培养基(liquid culture medium)以培养光合有机物的储存器，以及安装在该储存器内的发光管。这种光生物反应器还具有安装在储存器内用于清洁发光管的外表面的清洁设备，以及用于致动所述清洁设备的致动器(actuator)。所述发光管可以是氖管(neon tube)。
上述光生物反应器应用人工照射。US 4,699,086使用太阳光，并且公开了一种利用太阳光线收集设备(solar ray collecting device)和藻类培养设备的喂鱼装置(fish feeding plant)，其安装在海洋、湖泊或池塘等中。所述装置包括：由圆柱体制成的结构，该结构是通过将圆柱体垂直地设置在水中并用水平圆柱体使各个圆柱体相互连接而构建的；安装在所述结构上方的水面上的太阳光线收集设备；以及安装在水中用于培养藻类或类似物的培养物设备。太阳光线被太阳光线收集设备收集并通过光导体缆(optical conductor cable)传送至培养物设备用于培养藻类或类似物，并且太阳光线被用作用于藻类或类似物的光合光源(photo-synthesis light source)。该培养物设备通过利用包含在水中的二氧化碳(CO2)、磷、氮、营养盐(nutritioussalt)等来培养藻类。
WO 05068605描述了一种用于培养光养微生物(phototrophicmicro organism)的反应器，其中通过使用一个或多个可移动准直器(collimator)将太阳光导入分隔墙(compartment wall)中。所述分隔墙是透明的，并且光从这里被分布到反应器中。这种反应器具有改进的光线收集能力，并且具有改进的将光线分布到反应器中的能力，从而提供更加有效的反应器并更加有效地培养光养微生物。
另外，Terry等人在1985年第(7)期的“Enzyme Microb.Technol.”的第474-487页、Tredici等人在1998年第(57)期的“Biotech.andBioeng.”的第187-197页，以及Mayer等人在1964年第(VI)期的“Biotech.and Bioeng.”的第173-190页描述了关于光生物反应器的设计。
发明内容
上述现有技术光生物反应器中的一些的一个缺点是，应用的是人工光，然而例如由于能量和效率的原因，优选的是使用太阳光。而且，现有技术光生物反应器中的一些的另一个缺点可能是，有时结合太阳光的效率低。另外，上述现有技术光生物反应器中的一些具有相对复杂的构造，并且有时使用复杂的光学器件(optic)来照射含有光合培养物的液体。
因此，本发明的一个目的在于，提供另一种光生物反应器，其优选地消除了上述缺点中的一个或多个。本发明的另一目的在于，提供一种具有相对廉价的构造以及相对廉价的光学器件的光生物反应器。而且，本发明的又一目的在于，提供另一种允许良好均质化(homogenization)的光生物反应器，使得光合培养物上的光分布相对均匀。
为此，第一方面，本发明提供了一种光生物反应器，其包括容器(vessel)，该容器容纳有(在使用过程中)包含光合培养物的水成液，还包括光分布器，尤其是多个光分布器，其中所述(每个)光分布器具有被布置为接收光的表面以及被布置为发出至少一部分所接收光的锥形表面，其中所述锥形表面的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中。这种光生物反应器--尤其是根据本发明的光分布器的使用--的优点在于，借助相对简单且廉价的设备，光可被有效地分布，诸如在包含光合培养物的水成液中达到大约200～300μmol/m2/s的等级。这种构思允许高的照射体积分数(high illuminatedvolume fraction)(包含接收用于细胞生长的充足光线的光合培养物的水成液的体积对包含光合培养物的水成液的总体积之比)，例如至少大约50％，更优选地至少大约80％。然而，例如在“普通(normal)”池塘中，在藻类培养中仅可使用水的上层，但使用本发明，光更深地射入池塘，从而用光照射更多的光合培养物。而且，本发明可在培养物中分布最佳数目的光子(大约50～400μmol/m2/s；取决于培养物)，然而在现有的池塘中，上层接收少量的光，其中仅有一部分可用于光合物。
甚至也可通过向锥形表面添加反射器来提高光分布。因此在一个实施方案中，所述锥形表面的至少一部分包括反射器，所述反射器被布置为将所接收的光的至少一部分反射回光分布器。光可以这种方式被提供至液体表面下方更深处的水成液。
在一个实施方案中，所述光分布器具有从如下组中选择的形状，所述组由圆锥形状、抛物线形状和棱锥状形状组成。
在另一个实施方案中，所述光分布器是空心体，其中该空心体可选地适于容纳液体，例如水。当空心光分布器充有水(和/或另一种液体)时，光分布器内的反射次数可增加。以这样的方式，也可将光提供至液体表面下方更深处的水成液。所述光分布器也可包含多种材料。例如，在一个实施方案中，所述空心光分布器充有另一种固体透明材料。因此，所述空心体的空腔可至少部分地充有(即，包含)液体，并且/或者可至少部分地充有(即，包含)固体。
在一个具体优选实施方案中，所述光生物反应器进一步包括第二主体，该第二主体包括具有锥形表面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主体被布置为这样的配置，其中所述光分布器被至少部分地布置在空腔中，并且其中在第二主体的空腔的锥形表面和光分布器的锥形表面之间存在一距离。优选地，空腔和光分布器具有基本相应的形状。以这样的方式，第二主体和光分布器可被布置为凹凸布置(male-female arrangement)，并且可在空腔(多个空腔)的锥形表面(多个锥形表面)和分布器(多个分布器)的锥形表面(多个锥形表面)之间获得基本均质的流动。优选地，在空腔(多个空腔)的锥形表面(多个锥形表面)和分布器的锥形表面(多个锥形表面)之间的至少一部分空隙具有恒定宽度，即，空腔(多个空腔)的锥形表面(多个锥形表面)的至少一部分和分布器(多个分布器)的锥形表面(多个锥形表面)的至少一部分被布置为相距恒定距离。
因此，在一些优选实施方案中，根据本发明的光生物反应器包括多个光分布器，并且可选地进一步包括包含多个空腔的第二主体。
在一个特别优选的实施方案中，所述光生物反应器进一步包括一构造物，其中该构造物包括多个光分布器。例如，光分布器可被布置在这样的构造物中，或者被集成在这样的构造物中。在一个具体实施方案中，所述包含多个光分布器的构造物是一种波纹状构造物，并且光分布器是波纹(corrugations)。例如，光分布器可具有楔形(或者V形)或者弯曲的锥形表面，即，所述波纹可以是楔形(或者V形)或者弯曲的，尤其是抛物线式弯曲(parabolically curved)的。在使用光生物反应器的过程中，所述波纹被布置为使得锥形表面的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中。正如对于本领域技术人员显而易见的，该构造物还可包括楔形(或者V形)及弯曲的分布器(即，这里尤其是波纹状)的组合。
因此，根据再一方面，本发明还针对包括多个光分布器的构造物。
再一方面，本发明提供了一种用于生产光合培养物的方法，该方法包括：向光生物反应器的容器提供水成液和光合培养物；提供根据本发明的光分布器，尤其是多个光分布器，或者提供根据本发明的构造物；并将光分布器(多个光分布器)的锥形表面(多个锥形表面)的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中；并且向光分布器(多个光分布器)的被布置为接收光的表面(多个表面)提供光。在再一些方面，本发明提供将根据本发明的光分布器或构造物用于在光生物反应器中分布光，以及将根据本发明的光生物反应器用来生产光合培养物(即，形成生物量)。
根据再一方面，本发明提供了由根据本发明的方法所生产的光合培养物，特别地，其中所述光合培养物包括藻类，更特别地，其中所述光合培养物包括微藻(micro algae)。因此，通过根据本发明的方法可获得的光合培养物也是本发明的一部分。
附图说明
现在将参照所附的示意图，仅通过实施例的方式描述本发明的实施方案，在所述附图中相应的参考标记表示相应的部分：
图1以侧视图示意性地描绘了根据本发明的光生物反应器和光分布器的一个通用实施方案以及其变体；
图2a～2c示意性地描绘了从侧面观察(2a，2c)以及从底部观察(2b)的多个光分布器；图2d示意性地描绘了这些实施方案的一个变体；
图3以侧视图示意性地描绘了根据本发明的光生物反应器的另一个实施方案；
图4a～4c示意性地描绘了在容器中布置光分布器的实施方案的俯视图；
图5a～5c示意性地描绘了拉长型(elongated)光分布器的实施方案；图5b是图5a或图5b的拉长型光分布器的侧视图；图5a和5c是立体图；
图6a～6c示意性地描绘了包含光分布器的构造物的实施方案，其中图6a示意性地描绘了在光生物反应器中的这种构造物的侧视图，图6b示意性地描绘了该构造物(诸如从图6a中)的一个实施方案的立体图，并且其中图6c示意性地描绘了具有多个光分布器(其不是拉长型的)的另一种构造物，并且其中光分布器具有抛物线式锥形(parabolically tapered)表面。
具体实施方式
图1以侧视图示意性地描绘了根据本发明的光生物反应器1和光分布器30的一个通用实施方案及其变体。光生物反应器1包括反应器或容器10。优选地，本发明的光生物反应器1是闭合的(closed)光生物反应器。然而，光生物反应器1也可以是开放的(open)。
容器10在实施方案中可以是池塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部分、河流的一部分、沟渠(canal)的一部分、或者海洋的一部分。例如，容器10可以是具有反应器底部13和壁14的人造容器，但是容器10也可以是池塘或其一部分，其中所述壁14被布置在池塘中在池塘底部13上，以在池塘中获得容器10。本发明还将涉及容器10。在本文中，术语“人造容器”指的是壁14和底部13为人造的容器、贮存器或者反应器，诸如包括由一种或多种以下材料制成的壁14和底部13的容器，所述材料是从由钢铁、塑料、混凝土和其他可用于组装所述容器的材料组成的组中选择的。在一个实施方案中，壁14包括透明材料。容器10被布置并构建为容纳液体20。
容器10容纳有--至少在使用光生物反应器1的过程中--水成液20，优选地是水，所述水成液包含光合培养物21。据此，容器10被布置或者构建为，在使用过程中容纳有包含光合培养物21的水成液20。
光合培养物21可包括(微)藻类，以及其他可将太阳光线转化为生物量的物种--例如光合紫色细菌。可在液体中成长并由此形成生物量和/或其他有用材料、必需光才能成长的生命物种在本文中被称为光合培养物。光合培养物21不仅仅指(绿)藻类，而是指所有的光合微生物，诸如蓝藻、红藻门(红藻)、绿藻门(绿藻)、甲藻门、金藻门(金黄褐色藻)、普林藻门(定鞭藻门)、硅藻门(硅藻)、黄藻门、黄绿藻(Eustigmatophyte)、针胞藻门、褐藻门(褐藻)、以及光合紫色细菌。合适的藻类对于本领域技术人员是公知的。例如，可使用盐生杜氏藻属、雨生红球藻属、微拟球藻种(Nannochloropsis sp.)、小球藻属、莱茵衣藻、节旋藻种、念珠藻种、栅藻属、紫球藻属、融合微藻、螺旋藻种等。用于本发明的光合培养物21可包括其他有机物的细胞培养物，诸如经过基因改造的(genetically modified)(微)藻类，经过基因改进的(genetically improved)(微)藻类等。此外，两种或更多种不同的光合培养物的组合也可被用作光合培养物21。
有利的是，本发明提供了容器10，其中液体20包含大约1～50克/升的光合培养物21。可以获得大约5到50克/升，或者可能更高的浓度，然而现有技术的用于培养光合培养物21的反应器可包括含有2～3克/升的光合培养物21的液体。以这样的方式，相比于现有技术中的反应器，本发明的反应器容量可被更好地利用。
光生物反应器1进一步包括光分布器30。在本文中，术语“光分布器”也包括多个光分布器。光分布器30具有被布置为接收光40的表面31，以及被布置为发射至少一部分所接收光40的锥形表面32。因此，表面31也可被表示为光接收表面31，并且表面32也可被表示为发光表面32。在使用光生物反应器1的过程中，光分布器30被布置在反应器1中，其中表面31的至少一部分位于液体表面22的上方，但是优选地，整个表面31位于液体表面22的上方。同样地，在使用光生物反应器1的过程中，光分布器30被布置在反应器1中，其中锥形表面32的至少一部分位于液体20中。优选地，在光生物反应器1的运行过程中，锥形表面32的至少大约50％、诸如大约50～80％、更优选地至少大约70％、诸如大约70～90％，并且更优选地至少大约90％，诸如大约90～100％浸没在液体中。
光分布器30可在一个实施方案中被构建为漂浮的。本领域技术人员知道如何使物体漂浮，例如，通过选择材料的类型及其比重、形状和气腔的存在等。
光分布器30具有顶表面38，所述顶表面可包括一个开口。当顶表面38闭合时，顶表面38包括光接收表面31(即，包括顶表面38基本由光接收表面31组成的实施方案)，当顶表面38开放时，光40可基本无障碍地透到光分布器的边缘。这种开口可具体地被布置为允许光40--诸如太阳光--透入空心的光分布器30(也参见下文)。
然而，光分布器30也可被容纳在这样的构造物中，所述构造物被布置在液体20上方或者液体20之中。这种构造物被布置为在使用过程中使得锥形表面32的至少一部分保持在于液体表面22下方，并且表面31的至少一部分被布置为在液体表面22上方接收光40(也参见上文)。这种构造物的实施方案在图6a～6c中被示意性地描绘(参见下文)。
有利的是，根据本发明的光分布器30可因此被用于在光生物反应器1中分布光，其中容器10是例如池塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部分、河流的一部分、沟渠的一部分、或者海洋的一部分。通过将液体容纳在壁14和底部13之间并将光分布器30布置在液体20中，获得了光生物反应器1，在其中可培养藻类等。所述光分布器30的一部分将从液体20中突出(即，从液体20中伸出)，并且该部分可接收光40。以这种方式，天然池塘等可被轻易用作光生物反应器1。因此，本发明还提供了光分布器30本身，所述光分布器具有被布置为接收光40的表面31以及被布置为发射至少一部分所接收光40的锥形表面32。根据本发明的光分布器30具体地是一种用于光生物反应器的光分布器30，所述光生物反应器包括容器，所述容器容纳有包含光合培养物21的水成液20，所述光分布器30具有被布置为从光源接收光40的表面31，所述光源诸如太阳和/或人工光源--诸如一个或多个灯和/或一个或多个LED，所述光源被布置在水成液20的外部(即，贮存器或容器10中的液体表面22上方)，所述光分布器30还具有锥形表面32，其被布置为将所接收的光40的至少一部分射入水成液20中。
因此，在使用过程中光分布器30被布置为使得锥形表面32的至少一部分浸没在包含光合培养物21的水成液20中。光分布器30具有锥形部分，所述锥形部分具有锥形表面32，以及光分布器30还具有这样的部分--该部分被设计为接收光，其中表面31被布置为接收光40。在使用过程中，被布置为接收光的表面31被至少部分地布置在液体的表面22上方。光生物反应器1可进一步包括使光40聚集到液体20中的附加装置。例如，光分布器30的表面31可包括透镜等。
正如对于本领域技术人员显而易见的，光分布器30的材料必需是透明的。这意味着光分布器30的至少一部分，尤其是对于接收光40并将该光传递至锥形表面32的至少一部分所必要的那部分是透明的。优选地，光分布器30由透明材料制成。术语“透明的”对于本领域技术人员是公知的。“透明的”在本文中具体地表示，垂直照射1cm厚的一块材料的可见光透射了至少大约70％，更优选地至少大约90％，再优选地至少大约95％，高达基本100％。可使用的透明材料可例如选自由以下各项组成的组：玻璃、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(胶质玻璃或有机玻璃)、醋酸丁酸(CAB)、聚碳酸脂(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，以及乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)。在另一个实施方案中，所述材料包括丙烯酸盐，例如PMA或PMMA，尤其是PMMA。这种材料在本领域中也被公知为透明塑料。在再一个实施方案中，所述材料包括商业上公知为PERSPEXTM或者PRISMEXTM的透明塑料。优选地，根据本发明的光分布器30必需由透明材料组成。
由于光分布器30的形状，所接收的光将传播至光分布器30，并在锥形表面32被透射和/或反射。被透射的光可被液体20中的接近于锥形表面32的光合培养物21吸收。被反射的光将进一步传播穿过光分布器30并遇到锥形表面32的另一部分，并且可在此处被透射和/或反射。反射次数越多，所接收的光40就透入到光分布器30越低处，从而在容器10的越低处使所接收的光40可被光合培养物21吸收。透射进入液体20中的光用参考数字42表示。
光分布器30之间的距离，其被表示为锥形表面32的末端部分(endpart)或“顶部(top)”之间的距离d 3，可以是大约2～200cm。
为了提高反射的次数，在一个实施方案中锥形表面32的至少一部分包括反射器33，该反射器被布置为将所接收的光40的至少一部分反射回光分布器30。在图1中，示出了这种反射器33。优选地，该反射器占据锥形表面32的大约10～90％的范围；优选地，反射器仅被布置在锥形表面32的上部之中或之上。反射器在本领域中是公知的，并且例如可包括反射箔(reflective foil)。在一个实施方案中，反射器33也可被布置为透射所接收光40的至少一部分(例如，反射器被构建为透射所接收光40的大约2～25％之间)。反射器32可周向围绕锥形表面32的至少一部分。反射器33可周向围绕光分布器30，并且可占据锥形表面32的大约10～90％的范围。
如上所述，反射次数越多，所接收的光40就透入到光分布器30越低处，从而在容器10的越低处使所接收的光40可被光合培养物21吸收。因此，光分布器30优选地具有从由圆锥形状、抛物线形状和棱锥状形状组成的组中选择的形状。正如对于本领域技术人员显而易见的，光生物反应器1可包括不同类型的光分布器30，并且在运行过程中(在使用过程中)可应用不同类型的光分布器30。从而，可在光生物反应器1中应用两种或更多种不同形状的光分布器30的组合。在一个实施方案中优选的是抛物线形状，因为相比于弯曲(圆形)形状，似乎入射光线会以更高比例截留住，从而使光可透到液体更深处。因此，锥形表面32尤其是“抛物线式弯曲的”或者“抛物线式锥形的”或者“抛物线式曲锥形的(parabolically curved tapered)”。
图2a～2c示意性地描绘了光分布器30的数个非限制性可能类型。图2a示意性地示出了可能的光分布器30的侧视图，图2b示意性地示出了光分布器30的仰视图。光分布器具有顶端(apex)或光接收表面31以及末端部分34。末端部分34事实上是棱锥、四面体或者圆锥在数学意义上的顶点。
在本文中，还可使用截头圆锥、四面体或棱锥。此外，还可使用其他形状，诸如五棱锥、三角圆顶(triangular cupolas)、正方圆顶、五角圆顶、五角圆形物(pentagonal rotunda)或者其拉长型，例如，拉长圆锥、拉长正方锥、拉长四面体、拉长五棱锥、拉长三角圆顶、拉长正方圆顶、拉长五角圆顶、拉长五角圆形物。光分布器可以是规则形状的，但是也可以是不规则或者非对称形状的。所有这些形状，以及其他形状，在本文中都被表示为具有锥形表面32的锥形形状。正如对于本领域技术人员显而易见的，锥形表面32因此也可包括多个表面，诸如3(四面体)、4(正方锥)等。在本文中，包括多个表面的表面32(也参见图2b的示意图)，被表示为表面32。正如对于本领域技术人员显而易见的，光生物反应器1可包括不同类型的光分布器30，并且在操作过程中(在使用过程中)可应用不同类型的光分布器30。从而可在光生物反应器1中应用两种或者更多种不同形状的光分布器30的组合。
在本文中，为了简化，仅进一步讨论圆锥、四面体和棱锥。这些对象具有(可选地弯曲的)基部(base)，所述基部主要包括光接收表面31和具有锥形表面32的锥形部分，所述锥形部分逐渐变细直到顶点34。应注意的是在使用过程中，顶点34将位于液体20中，然而所述基部将至少部分地，并且更优选地全部位于液体表面22的上方。
图2a的第I种类型示出了圆锥形、四面体形或棱锥形的光分布器30的侧面图；第II种类型与第I种类型相似，然而，顶表面31--即被布置为接收光40的表面--是弯曲的，在这里优选是凸起的。锥形表面32与穿过锥形主体(即光分布器30)的纵向轴线形成角度α。角度α优选地在大约1～45°的范围内，更优选地在大约2～40°的范围内，再优选地在大约5～35°的范围内。因此，在一个实施方案中，锥形表面32是平直的并且与光分布器30的纵向轴线100成角度α，优选地在大约1～45°的范围内。
图2b示出了末端部分34的左视图；即，沿着纵向轴线从顶点34那侧所观察的。在正方锥的情况下，将看到左数第一个视图；在四面体的情况下，将看到左数第二个视图；在圆锥的情况下，将看到右边两个视图之一。通过实施例的方式，图2从左到右示出了：一个具有基本平坦表面32的正方锥(尽管在一个实施方案中，表面32也可以是弯曲的)、一个具有弯曲表面32的四面体(尽管在一个实施方案中，表面32也可以是平坦的)、一个抛物线形状、以及再一个具有反射器33的抛物线形状的仰视图。应注意的是，所有示意性地描绘的光分布器30在表面32之上或者在其至少一部分之上可包括也可不包括反射器33。
因此，替代(或者除了)第I种和第II种类型的光分布器30，还可应用具有曲锥形表面32的光分布器30。这些类型在图2a中被表示为第III种和第IV种类型。本领域技术人员理解的是，将从第I种和第II种类型的末端部分34看到基本相同的侧视图。从而，在一个实施方案中，本发明提供了一种光分布器30，其锥形表面32是弯曲的。第III种和第IV种类型在本文中也被称为“抛物线形状”。这种类型可具有抛物线式弯曲的锥形表面32。
为了示例起见，具有反射器33的圆锥型(其可以是第I～IV种类型)被进一步表示在图2b中(右侧)。在图2a中，通过实施例的方式，这种反射器33仅在第IV种类型中被描绘，尽管所有类型都可具有这种反射器33。还参见图1中的组成光分布器30的反射器的一个实施例，在图1中，中间的光分布器30通过实施例的方式包括反射器33。
本发明还提供了光分布器30，其中光分布器30是空心体，并且其中所述空心体可选地适于容纳液体或固体材料。图2c示意性地描绘了这种空心型光分布器30。光分布器30具有空腔35，该空腔具有空腔壁36。优选地，空腔35不充有包含光合培养物21的水成液。优选地，该空腔可充有水或者其他液体；可选地充有液体或固体材料的空腔35增加了反射的次数。所述空腔可以是闭合的，例如被光接收表面31闭合，或者可以是开放的，如图2c中示意性地描绘的。应注意的是，在图2c中通过实施例的方式示意性地描绘了一个变体，其中空腔壁36的至少一部分包括反射器37。如上所述，当顶表面38闭合时，光分布器30基本被光接收表面31闭合；当光分布器30开放时，即，当顶表面38包括开口时，光接收表面31可至少部分地与空腔壁36相吻合。图2c中的光分布器30被示意性地描绘为具有开口39。当光分布器30开放时，诸如在例如图2c中被示意性地描绘的，空腔壁36的至少一部分可具有光接收表面的功能。
光分布器30具有高度h1，并且在圆锥形分布器30(圆锥型或者抛物线形)的情况下，具有直径d1。在棱锥形(正方锥或四面体)或其他形状的情况下，光分布器30具有宽度w1和长度L1。优选地，h1在大约5～100cm的范围内，d1、w1和L1独立地分别在大约1～20cm的范围内。h1/L1、h1/w1，以及h1/d1的比值独立地分别优选地在大约5～30的范围内。被布置为接收光的表面31优选地具有大约4～400cm2的面积(用参考数字131表示)，优选地在大约4～100cm2的范围内。被布置为将光透射至包含光合培养物水成液的锥形表面32优选地具有大约10～4000cm2的面积232。优选地，表面32是表面31的大约2～50倍大，尤其是大约2～40倍，更优选地大约4～30倍，尤其是大约5～30倍。因而，在一个优选实施方案中，表面32的表面积232与表面31的表面积131之比在大约2～50的范围内，尤其是2～40，诸如大约4～30，例如尤其是5～30。本领域技术人员可例如根据光生物反应器将被应用所处的纬度以及可选地根据藻类种类，来调整器尺寸的范围和比值。当光分布器30开放时，即，当顶表面38可包括开口39时，表面32的表面积232与表面31的表面积131之比可以在大约1～50的范围内。当L1/w1的比值不基本为1时，可获得拉长型光分布器30，该光分布器是沿着垂直于纵向轴线100的轴线被拉长的(参见图5a～5c和图6a～6c)。
参照图2d，光分布器30也可具有非对称形状，例如在该图中示意性地描绘的。在光生物反应器1的使用过程中，被布置为浸没在水成液21中的部分外表面可以是基本非锥形地直的，并且部分外表面可以是锥形的，即，可以是锥形表面32，如本文所定义的。参照第I种和第II种类型，被布置为浸没在液体20中的部分外表面具有α＝0°，并且被布置为浸没在液体20中的部分外表面具有0°＜α＜90°。根据待应用光生物反应器1所处的纬度来选择α可以是有利的。当使用这种非对称的光分布器30时，在使用光生物反应器1的过程中，被布置为浸没在水成液21中的通常大约一半外表面可以是非锥形地直的(即，相对于地表或者相对于液体表面22垂直)，并且在使用光生物反应器1的过程中，被布置为浸没在水成液21中的一半外表面可包括如本文所定义的锥形表面32。为了便于理解，在使用光生物反应器1的过程中，被布置为浸没在水成液21中的部分外表面进一步用参考数字432表示；非锥形(直)表面用参考数字430表示。从而，被布置为浸没的部分外表面430实质上不包括光接收表面31。因此，在根据本发明的光分布器30的一个实施方案中，光分布器30具有被布置为接收光40的表面31以及在使用光生物反应器1的过程中被布置为浸没在水成液21中的外表面432，其中至少部分外表面432包括被布置为发出至少一部分所接收光40的锥形表面32，并且可选地，部分外表面432包括非锥形(直)表面430。正如对于本领域技术人员显而易见的，表面432的表面积与表面31的表面积之比可以在大约2～50的范围内，更尤其是大约5～30(进一步也参见上文)。
此外，这些实施方案可包括反射器33，如图2d中的第IV种类型所示。因此，为了提高反射的次数，在一个实施方案中，锥形表面32的至少一部分和非锥形表面430的至少一部分可包括反射器33--其被布置为将所接收的光40的至少一部分反射回光分布器30。在图2d1中示出了这种反射器。优选地，反射器占据锥形表面32和非锥形表面430的大约10～90％的范围；优选地，反射器仅被布置在锥形表面32和非锥形表面430的上部之中或之上。
另外，正如对于本领域技术人员显而易见的，也可应用具有非对称锥形表面32的光分布器30。例如，在一个实施方案中，光分布器可具有部分曲锥形、部分直锥形的锥形表面32。假设图2d中的第I种和第III种类型通过公共面430相互连接，则可获得具有非对称曲锥形表面32的光分布器30的一个实施方案。
在一个具体实施方案中，根据本发明的光生物反应器1进一步包括第二主体60。这在图3中被示意性地示出。第二主体60包括具有锥形表面62的空腔61。以这样的方式，在容器10--诸如反应器或者池塘(的一部分)--中，光分布器30和第二主体60可被布置为这样的配置，其中光分布器30被至少部分地布置在空腔61中。为了使液体20能够流动，在第二主体60的空腔61的锥形表面62和光分布器30的锥形表面32之间存在距离d2。光分布器30和第二主体60的空腔61以这种方式被布置为凹凸(male-female)配置。正如对于本领域技术人员显而易见的，空腔61和光分布器30优选地具有基本相应的形状。空腔61的锥形表面62的形状基本相应于光分布器30的锥形表面32的形状。例如，当光分布器30是圆锥时，提供圆锥状的空腔61。从而，空腔61的形状或其表面62与光分布器30的形状或其锥形表面32是至少部分全等的(congruent)，并且它们被构建为允许光分布器30进入至少部分空腔61(凹凸配置)，同时保持各个表面之间存在至少距离d2。第二主体60可被布置在容器10的底部。例如，第二主体60可被布置在池塘等的底部。原则上，第二主体60也可以是漂浮的。第二主体60可由如上所述的一种或多种材料制成，但是也可由一种或多种其他材料组成。在本文所描述的实施方案中，第二主体60不必须包含透明材料。
光分布器30和第二主体60的空腔61的锥形表面62之间的距离d2也可表示为最短距离。在空腔的整个表面62上以及光分布器30的整个表面32上，该距离可以是变化的。所述距离d2通常在大约2～15cm的范围内。优选地，所述距离被选择，以使最佳光分布进入液体20。大于光42的穿透深度的距离d2在原则上不是必须的。由于距离d2，在光分布器30和空腔61之间形成了通道或空隙64。这种通道可用于形成均匀的流。以这样的方式，所述光可基本相等地分布于整个光合培养物21，而空腔中的流使得能够连续更新表面上以及通道中的培养物。
可选地，第二主体60的空腔61的至少部分锥形表面62可包括反射器63。
优选地，光生物反应器1包括多个光分布器30。对于每容器30，所述多个光分布器30可包括例如10～10000个光分布器30。此外，所述多个光分布器30可包括不止一种类型的光分布器30。所述多个光分布器30可具有基本相同的尺寸，但也可应用尺寸在一范围内的光分布器30。如上所述，光生物反应器1可包括不同类型的光分布器30，并且在工作过程中(在使用过程中)，可应用不同类型的光分布器30。从而，在光生物反应器1中可应用两种或更多种不同形状类型的光分布器30的组合。
相应地，优选地，第二主体60包括多个空腔61。对于每个第二主体60，所述多个空腔61可包括例如10～10000个空腔61。此外，所述多个空腔61可包括不止一种类型的空腔61(即，不同形状的锥形空腔61)。所述多个空腔61的空腔61可具有基本相同的尺寸，但也可应用尺寸在一范围内的空腔61。第二主体60的多个空腔61本身形成了一个或多个突出物65(即，空腔61之间的隆起65)。事实上，多个光分布器30和包括多个隆起65的第二主体60的组合可被看作是多个钟乳石(stalactite)和石笋(stalagmite)，其中它们被布置为相互偏离(即，石笋不是位于钟乳石的正下方)。多个光分布器30和包括多个空腔61的第二主体60的组合优选地被布置为凹凸配置，优选地使得每个光分布器30被至少部分布置在空腔61中。从而，光分布器30的锥形表面32的至少一部分被空腔(多个空腔)61的锥形表面32的至少一部分周向围绕。因此，本发明还针对一种方法，该方法包括：提供多个光分布器30；并提供包括多个空腔61的第二主体60；以及将光分布器30和空腔61布置为凹凸配置(在容器10中)。
图4a、4b和4c以俯视图示意性地描绘了布置多个光分布器30的实施方案。图4a示出了圆锥(包括抛物线)形状的光分布器30的布置，图4b示出了正方锥形光分布器30的布置，图4c示出了四面体形光分布器30的布置。正如对于本领域技术人员显而易见的，也可应用不同形状的光分布器30的组合，例如多个圆锥和棱锥形状的光分布器30。这些光分布器可优选地被规则地布置在容器10中。优选地，光分布器30和相应空腔61的形状是基本上相同的；即，圆锥形状的光分布器30和反圆锥形状的空腔61，四面体形状的光分布器30和反四面体形状的空腔61，等等。
参照图4a、4b和4c，光分布器30可被包在六边形包装里，诸如在图4a和图4c中示意性地描绘的；或者被包在立方包装里，诸如图4b中示意性地描绘的。优选地，应用闭合包装，即，被这种辐射直接辐照(在垂直照射下)且不是被透射穿过锥形表面32的光所辐照的液体表面22的面积(该面积在图1、3、4a～4c和图6a中用参考数字122表示)尽可能地小，同时优选地，被穿过锥形表面32的光所辐照的液体20的面积(该面积在图1、3和6a的侧视图中用参考数字332表示)尽可能地大。参照图1、3、6a和6b，这可以是应用闭合包装并且光分布器30彼此相邻时的情形。另外，光分布器30可与相邻的光分布器30(未描绘)物理接触。优选地，光分布器30被如此布置，使得纵向轴线100基本平行。优选地，光分布器30与相邻的光分布器30物理接触。
在图5a～5c中示意性地描绘了光分布器30的其他实施方案。
在图5a中，光分布器30具有拉长型弯曲形状或者拉长型抛物线形状。参照图2a的第III种和第IV种类型，通过示例的方式，可通过沿着垂直于纵向轴线100的轴线拉长而获得如图5a示意性地描绘的光分布器30。以这样的方式，可获得一种弯曲的，或者更具体地是抛物线形状的锥形表面。特别地，抛物线曲锥形表面32产生了良好效果。而且，这种实施方案被标示为拉长型弯曲光分布器30。这种拉长型弯曲光分布器30可以是空心的或闭合的，即，顶表面38可以包括开口(如在图5a中用参考数字39表示的)也可以是闭合的。特别地，这种顶表面38包括开39。因此，被布置为接收光的表面31是拉长型弯曲光分布器30的内表面。
曲锥形表面32具有末端部分34，并且由于这种末端部分也是拉长型的，这种末端部分也可被理解为锥形边缘，用参考数字134表示。此外，拉长型弯曲光分布器30可具有前表面和后表面，用参考数字132表示。由此，在一个具体实施方案中，拉长型弯曲光分布器30是局部包围体，其由锥形表面32和前表面与后表面132形成。
这种拉长型弯曲光分布器30的长度，用参考数字L2表示，可以例如在大约0.5～10m的范围内，诸如大约1～5m。宽度d1可以例如是大约1～50cm，诸如大约1～20cm，尤其是大约10～20cm。高度h1可以是大约5～100cm，大约10～50cm，尤其是20～40cm。h1/L1、h1/w1，以及h1/d1的比值独立地分别优选地在大约5～30的范围内。长度L2和高度h1之比是至少大约1，更尤其是至少大约5，甚至更尤其是至少10。例如，L2/h1的比值可以在大约1～1000的范围内，诸如大约2～200。
优选地，表面32是表面31的大约2～50倍大，尤其是大约2～40倍，更优选地是大约4～30倍，诸如优选地是大约5～30倍。由此，在一个优选实施方案中，表面32的表面积232与表面31的表面积131之比在大约5～30的范围内。然而，注意，如上所述，空腔可以是闭合的，例如被光接收表面31闭合，但是在一个实施方案中也可以是开放的，诸如在图2c中示意性地示出的。当光分布器30开放--即顶表面38包括开口39--时，表面32的表面积232与表面31的表面积131之比可以在大约1～50的范围内。
前表面和后表面132可分别相对于顶表面38成角度β；β可以是例如90°，并且通常在大约70°～90°的范围内。
在另一个实施方案中，提供了一种楔形光分布器，如图5c中示意性地描绘的。这里，除了弯曲表面32是拉长型V形表面32，尤其是参照图5a和图5b如上所述的相同细节适用。由此，参照图2a的第I种和第II种类型，通过示例的方式，可通过沿着垂直于纵向轴线100的轴线拉长，来获得图5c中示意性地描绘的光分布器30。以这样的方式，可获得一种V形或楔形的锥形表面32。由此，如图5c中示意性地描绘的拉长型V形光分布器30或者拉长型楔形光分布器30也可以是本发明的光分布器30的一个实施方案。
在使用过程中，拉长型V形光分布器30、或拉长型楔形光分布器30、或拉长型弯曲光分布器30被布置为使得锥形表面32的至少一部分浸没在包含光合培养物21的水成液20中。光生物反应器1可包括一个或多个这种拉长型光分布器30。当应用多个这种拉长型锥形光分布器30时，可应用一种用参考数字300表示的波纹状构造物。
在图6a中，示意性地描绘了光生物反应器1的一个实施方案，该实施方案进一步包括构造物300，其中一个构造物300包括多个光分布器30。例如，光分布器30可被布置在构造物300中或者被集成为构造物300。在一个具体实施方案中，包括多个光分布器30的构造物300是波纹状构造物300，并且光分布器30是波纹(如所描绘的)。
如上所述，光分布器30可具有例如楔形(或V形)或弯曲的锥形表面，即，所述波纹可以是楔形(或V形)或弯曲的(如所描绘的)，尤其是抛物线形弯曲的(或者抛物线形锥形的)。在使用过程中，所述波纹被布置为使得锥形表面32的至少一部分沉浸在包含光合培养物21的水成液20中。
图6b示意性地描绘了这种构造物300。这种构造物300可以是一整块材料。由此，在一个实施方案中，包括多个光分布器30的构造物300是单个单元，尤其是单块材料。光生物反应器1可以可选地包括多个这种构造物300，并且可以可选地包括用于支撑构造物300的支撑物和/或托梁(joist)(未描绘)。光分布器被示意性地描绘为具有弯曲锥形表面32，然而，锥形表面32也可以是楔形的，如上所述(也参见图5c)。然而，优选的是，锥形表面32是抛物线锥形的。
图6c示出了构造物300的一个实施方案，该构造物也包括多个光分布器30，但是这种光分布器不是拉长型的，至少在垂直于纵向轴线的方向不是拉长型的，如上所述，并且如图2a～2d和3a～3d以及4a～4c中所描绘。
图6a示意性地描绘了一个实施方案，其中所述光生物反应器1进一步包括包含多个光分布器30的构造物。图6a～6b示意性地描绘了多个实施方案，其中，包括多个光分布器30的构造物300是波纹状构造物300，并且光分布器30是波纹，尤其是，其中，光分布器30具有楔形(参见图5c)或弯曲(参见图6a～6c，并且也参见图5a～5b)的锥形表面(32)。注意，在图6a～6c中光分布器30是不相邻的；然而，它们也可以是相邻的。
使用构造物300的一个优点也可以是，可以相对容易地提供闭合的光生物反应器1。术语“闭合的光生物反应器”尤其涉及基本上闭合的生物反应器。这并不意味着气密的(hermetically sealed)光生物反应器1，而是意味着基本上闭合的光生物反应器1。在一个实施方案中“光生物反应器基本闭合但不气密”，该事实意味着，被直接辐照且不被透射穿过锥形表面32的光所辐照的液体表面22的面积122尽可能地小(但不总是零)，而优选地，被穿过锥形表面32的光所辐照的液体20的面积332尽可能地大。由此，构造物300可被用作光生物反应器1的一种盖子。
尤其是，在本文所提到的光分布器30的形状和尺寸可由本领域技术人员设计，以尽可能多地截留光线，并将该光线均匀分布于整个液体20。本领域技术人员可适当留意应用光生物反应器1的纬度。如上所述，在光生物反应器1或者构造物300中可应用两种或更多种不同形状类型的光分布器30的组合，诸如分别是楔形、椭圆形和非对称形(也参见下文)。
参照图5a～5c、图6a和6b，所述波纹也可以是非对称的，类似于如上所述。同样地(如上所述)，这可应用于图6c中示意性地描绘的构造物300的光分布器30。从而，拉长型光分布器30，例如在构造物300中，也可以是非对称的。
光生物反应器1可包括用于光合培养物的含碳营养物的入口，诸如用于CO2的入口；液体20可以例如被充入二氧化碳(aerated)，但是空气也可以被吹入液体20。同样地，含有CO2的气体或者纯CO2气体也可被用于为液体20充气或吹入液体20。由此，光生物反应器1可包括用于含CO2液体的入口。另外，如果希望的话，可以添加和/或去除包含或不包含光合培养物21的水成液20。由此，光生物反应器1(即，尤其是容器10)可进一步包括用于引入水成液20的入口，以及可选地包括用于去除水成液20的出口。尤其是，光生物反应器1可包括分别用于引入或去除至少一部分光合培养物21的入口和出口。正如对于本领域技术人员显而易见的，优选地是将光合培养物21引入液体20和/或当光合培养物21存在于液体20中时将光合培养物21去除。由此，光生物反应器1进一步包括用于去除至少一部分光合培养物21的出口。而且，光生物反应器1可进一步包括用于引入用于光合培养物的营养物的入口，所述营养物诸如矿物质(除了CO2之外)。正如对于本领域技术人员显而易见的，可以将一个或多个入口和出口相组合。可通过本领域公知的手段收获光合培养物21。优选地，存在流过反应器的流。因而，为此目的，所述反应器包括入口11和出口12。入口11被布置为引入水成液，所述水成液可选地包含光合培养物21，并且出口12被布置为去除水成液，以及可选地去除光合培养物21。由此，在一个实施方案中，可通过经由开口12去除包含光合培养物21的水成液20来收获光合培养物。因此，在一个实施方案中，光生物反应器包括一个或多个入口，其用于引入从如下组中选择的一种或多种，所述组由含有CO2的液体、水成液(可选地包含光合培养物21)、以及用于光合培养物21的营养物组成；并包括一个或多个出口，其用于去除选自光合培养物21和水成液20中的一种或多种。术语“入口”和“出口”也可分别指多个入口和出口。在示意图中未描绘外围设施；所述外围设施，可选地或非可选地，对于本领域技术人员是公知的，诸如泵、阀、过滤器、循环泵、加热装置、照射设备、温度传感器、流量传感器、用于检测一种或多种化学物的浓度的传感器等。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于生产光合培养物21的方法。将水成液20和光合培养物21提供至容器10(即，包括提供含有光合培养物21的水成液20的实施方案)，所述容器在光生物反应器1的操作过程中将容纳液体20。此外，将根据本发明的一个或多个光分布器30(参见上文)提供至光生物反应器1，即，布置在容器10中。
在一个实施方案中，在存在液体20时，一个或多个光分布器30被布置为使得光分布器30的锥形表面32的至少一部分浸没在水成液20中。在提供了液体20之后，一个或多个光分布器30可被布置在液体20中，但是当所述一个或多个光分布器30在一个实施方案中被包含在一构造物中时，也可能所述光生物反应器1充有液体20和光合培养物21(即，包括提供包含光合培养物21的水成液20的实施方案)，直至所述一个或多个光分布器30的锥形表面32的至少一部分浸没在液体20中。正如对于本领域技术人员显而易见的，在使用光生物反应器1的过程中，液体表面22将保持在一高度，使得光接收表面31至少部分地位于液体表面22下方(也参见上文)。
将光40提供至被布置为接收光40的表面31。光40可以是太阳光或者人造光(诸如Xe灯和/或Ne灯)中的一种或多种。优选地应用太阳光。
该方法可进一步包括：提供含有CO2的液体、水成液以及用于光合培养物的营养物中的一种或多种；并收获所述光合培养物21的至少一部分。可通过本领域公知的手段来完成所述收获。为了使光合培养物21上方具有良好的光学分布，该方法优选地进一步包括：在容器10中的包含光合培养物21的水成液20中提供流动。这种流动可通过如下方式获得：在例如入口11处引入水成液，并经由出口12去除水成液20以及可选地去除光合培养物21。使用这种方法，可生产生物量，所述生物量可被用于产生能量和/或提供有用的化合物，诸如脂肪酸等。
因此，本发明还针对通过本发明的生产方法获得的光合培养物产品。尤其是，藻脂(algae lipids)是贮存脂(storage lipids)和膜脂(membrane lipids)的混合物。二十碳五烯酸(高价藻类衍生脂类产物中的一种)大部分以糖脂和磷脂的形式存在于微藻中。当从根据本发明的光生物反应器1中收获微藻时，二十碳五烯酸(EPA)可主要是膜脂而非贮存脂的形式，因为细胞大概处于指数增长阶段。由于膜脂远比贮存脂丰富，由此所培养的细胞在生产预期产品方面会更加有效。在光生物反应器中培养的微藻(特别是微拟球藻)可具有大约40％或更大重量比的、甘油二酰基甘油(glyco-diacylglycerides)和含磷的二酰基甘油(phospho-diacylglycerides)形式的脂类，以及至少大约5％，尤其是至少大约10％重量比的、由EPA组成的脂肪酸。
应注意的是，上述实施方案说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员将能够设计出许多替代性实施方案，而不脱离本发明的范围。在权利要求中，括号中的参考标记不应被理解为对权利要求的限制。动词“包括”及其变形(conjugation)的使用不排除存在权利要求陈述之外的其他组件或步骤。冠词“一”或“一个”不排除存在多个这种组件。可通过包括多种不同组件的硬件设备以及合适的编程计算机设备来实施本发明。在列举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的多个可由同一个硬件实现。特定方法记载在互不相同的从属权利要求中这个纯粹事实不表示不能利用这些方法的组合。
本领域技术人员应理解本文中的术语“基本地”。术语“基本地”也可包括“整体地”、“完全地”、“全部地”等实施方案。因此，在实施方案中也可去除形容词“基本地”。在适用的地方，术语“基本地”也可指90％或者更高，诸如95％或更高，尤其是99％或更高，甚至更尤其是99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包括这样的实施方案，其中术语“包括”意味着“由......组成”。
本文中的光生物反应器、光分布器和构造物等等是在运行过程中进行描述的。正如对于本领域技术人员显而易见的，本发明不限于运行中的操作方法或设备。

Claims (37)

1.一种光生物反应器(1)，其包括：
容器(10)，所述容器容纳有包含光合培养物(21)的水成液(20)；以及
光分布器(30)，其中所述光分布器(30)具有被布置为接收光(40)的表面(31)以及被布置为发出至少一部分所接收光(40)的锥形表面(32)，其中所述锥形表面(32)的至少一部分浸没在包含光合培养物(21)的水成液(20)中。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器(1)，其中所述光生物反应器(1)进一步包括包含多个光分布器(30)的构造物(300)。
3.根据权利要求2所述的光生物反应器(1)，其中所述包含多个光分布器(30)的构造物(300)是波纹状构造物(300)，并且光分布器(30)是波纹。
4.根据权利要求3所述的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有楔形或弯曲的锥形表面(32)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由圆锥形状、抛物线形状和棱锥状形状组成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有抛物线形弯曲的锥形表面(32)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由截头圆锥、四面体、五棱锥、三角圆顶、正方圆顶、五角圆顶、五角圆形物、拉长正方锥、拉长四面体、拉长五棱锥、拉长三角圆顶、拉长正方圆顶、拉长五角圆顶以及拉长五角圆形物组成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述锥形表面(32)的至少一部分包括反射器(33)，所述反射器被布置为将所接收的光(40)的至少一部分反射回光分布器(30)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(1)，其包括第二主体(60)，所述第二主体(60)包含具有锥形表面(62)的空腔(61)，其中所述光分布器(30)和所述第二主体(60)被布置为这样的配置，其中光分布器(30)被至少部分地布置在空腔(61)中，并且其中在第二主体(60)的空腔(61)的锥形表面(62)和光分布器(30)的锥形表面(32)之间存在距离(d2)。
10.根据权利要求9所述的光生物反应器(1)，其中所述空腔(61)和光分布器(30)具有基本相应的形状。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的光生物反应器(1)，其包括多个光分布器(30)，每个容器(10)具有10～10000个光分布器(30)。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的光生物反应器(1)，其包括根据权利要求4～5中任一项所述的第二主体(60)，所述第二主体包括多个空腔(61)。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述容器(10)包括从如下组中选择的容器，所述组由人造容器、池塘、池塘的一部分、湖泊、湖泊的一部分、小溪的一部分、河流的一部分、沟渠的一部分、或者海洋的一部分组成。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的光生物反应器(1)，其中所述光生物反应器(1)是闭合的光生物反应器(1)。
15.一种用于光生物反应器(1)的光分布器(30)，所述光生物反应器(1)包括容器(10)，所述容器容纳有含有光合培养物(21)的水成液(20)，所述光分布器(30)具有：
表面(31)，该表面被布置为从被布置在水成液(20)外部的光源接收光(40)；以及
锥形表面(32)，该锥形表面被布置为将所接收的光(40)的至少一部分射入水成液(20)中。
16.根据权利要求15所述的光分布器(30)，其中所述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由圆锥形状、抛物线形状和棱锥状形状组成。
17.根据权利要求15所述的光分布器(30)，其中所述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由截头圆锥、四面体、五棱锥、三角圆顶、正方圆顶、五角圆顶、五角圆形物、拉长正方锥、拉长四面体、拉长五棱锥、拉长三角圆顶、拉长正方圆顶、拉长五角圆顶以及拉长五角圆形物组成。
18.根据权利要求15～17中任一项所述的光分布器(30)，其中所述锥形表面(32)是直的，并且与光分布器(30)的纵向轴线(100)成角度α。
19.根据权利要求15所述的光分布器(30)，其中所述锥形表面(32)是弯曲的。
20.根据权利要求19所述的光分布器(30)，其中所述锥形表面(32)是抛物线形弯曲的。
21.根据权利要求15～20中任一项所述的光分布器(30)，其中所述锥形表面(32)的至少一部分包括反射器(33)，所述反射器被布置为将所接收的光(40)的至少一部分反射回光分布器(30)。
22.根据权利要求21所述的光分布器(30)，其中所述反射器(33)被布置为透射所接收的光(40)的至少一部分。
23.根据权利要求15～22中任一项所述的光分布器(30)，其中所述光分布器(30)是空心体，其中所述空心体可选地适于容纳液体或者固体材料。
24.根据权利要求15～23中任一项所述的光分布器(30)，其中所述光分布器必需由透明材料组成，并且其中表面(32)的表面积与表面(31)的表面积之比在2～50的范围内，更尤其是5～30。
25.一种包括多个光分布器(30)的构造物(300)。
26.根据权利要求25所述的构造物(300)，其中所述构造物(300)是波纹状构造物(300)，并且光分布器(30)是波纹。
27.根据权利要求25～26中任一项所述的构造物(300)，其中所述光分布器(30)具有楔形或弯曲的锥形表面(32)。
28.根据权利要求25～27中任一项所述的构造物(300)，其中所述光分布器(30)具有抛物线形弯曲的锥形表面(32)。
29.根据权利要求15～24中任一项所述的光分布器(30)用于在光生物反应器(1)中分布光。
30.根据权利要求25～28中任一项所述的构造物(300)用于在光生物反应器(1)中分布光。
31.一种用于生产光合培养物(21)的方法，包括：
向光生物反应器(1)的容器(10)提供水成液(20)和光合培养物(21)；
提供根据权利要求15～24中任一项所述的光分布器(30)或者根据权利要求25～28中任一项所述的构造物(300)；
将光分布器(30)的锥形表面(32)的至少一部分浸没在包含光合培养物(20)的水成液(20)中；以及
将光(40)提供至光分布器(30)的被布置为接收光的表面(31)。
32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括在容器(10)中的包含光合培养物(21)的水成液(20)中提供流动。
33.根据权利要求3132中任一项所述的方法，包括：提供多个光分布器(30)，并提供根据权利要求4～7中任一项所述的包括多个空腔(61)的第二主体(60)，并将所述光分布器(30)和所述空腔(61)布置为凹凸配置。
34.根据权利要求31～33中任一项所述的方法，其中所述光合培养物包括藻类。
35.由根据权利要求31～34中任一项所述的方法所生产的光合培养物。
36.根据权利要求35所述的光合培养物，其中所述光合培养物包括藻类。
37.根据权利要求35～36所述的光合培养物，其中所述光合培养物包括微藻。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103184138A (zh) * 2011-12-27 2013-07-03 新奥科技发展有限公司 分光反应器、光合微生物培养装置
CN107109321A (zh) * 2014-12-02 2017-08-29 桑诺里奥公司 用于通过光生物反应器和至少一个光分配器生产光合培养物的设备

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009051479A2 (en) * 2007-10-15 2009-04-23 Algaelink N.V. Photobioreactor and method for the production of phototropic organisms
US8033047B2 (en) * 2007-10-23 2011-10-11 Sartec Corporation Algae cultivation systems and methods
FR2941238B1 (fr) * 2009-01-22 2012-06-08 Arkema France Utilisation d'une composition transparente pour photobioreacteurs.
EP2391705B1 (en) * 2009-01-30 2015-04-22 Zero Discharge PTY LTD Method and apparatus for cultivation of algae and cyanobacteria
GB201000593D0 (en) * 2010-01-14 2010-03-03 Morris Peter J Photo-bioreactor and method for cultivating biomass by photosynthesis
US8940520B2 (en) 2010-05-20 2015-01-27 Pond Biofuels Inc. Process for growing biomass by modulating inputs to reaction zone based on changes to exhaust supply
US8969067B2 (en) 2010-05-20 2015-03-03 Pond Biofuels Inc. Process for growing biomass by modulating supply of gas to reaction zone
US20120156669A1 (en) 2010-05-20 2012-06-21 Pond Biofuels Inc. Biomass Production
US11512278B2 (en) 2010-05-20 2022-11-29 Pond Technologies Inc. Biomass production
US8889400B2 (en) 2010-05-20 2014-11-18 Pond Biofuels Inc. Diluting exhaust gas being supplied to bioreactor
US9587211B2 (en) * 2011-04-20 2017-03-07 Arizona Technology Innovation Group, Inc. Photo-bioreactor system and method
US20120276633A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Pond Biofuels Inc. Supplying treated exhaust gases for effecting growth of phototrophic biomass
US8365462B2 (en) 2011-05-31 2013-02-05 Heliae Development, Llc V-Trough photobioreactor systems
USD682637S1 (en) 2011-06-10 2013-05-21 Heliae Development, Llc Aquaculture vessel
USD679965S1 (en) 2011-06-10 2013-04-16 Heliae Development, Llc Aquaculture vessel
US9845929B2 (en) 2012-02-28 2017-12-19 Institut National D'optique Sun tracking light distributor system
US9392757B2 (en) 2012-06-05 2016-07-19 Institut National D'optique Sun tracking light distributor system
US20130323713A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-05 Institut National D'optique Sun tracking light distributor system having a v-shaped light distribution channel
US9534261B2 (en) 2012-10-24 2017-01-03 Pond Biofuels Inc. Recovering off-gas from photobioreactor
CA2913707C (en) 2013-05-29 2019-11-12 Centre De Recherche Industrielle Du Quebec V-shaped light distributor system
WO2015056267A1 (en) * 2013-10-14 2015-04-23 Algalo Industries Ltd. Algae growth system and method
US9320201B2 (en) 2013-12-20 2016-04-26 Elwha Llc Reflective articles and methods for increasing photosynthesis
JP2018501956A (ja) 2014-11-07 2018-01-25 ビクター ウィルソン トリスタン 大型藻類を用いるバイオリアクター
CN104877892B (zh) * 2015-05-29 2017-03-08 北京化工大学 一种管式光合生物反应器内梳形柔性转子
CN108291183A (zh) 2015-11-20 2018-07-17 康宁股份有限公司 用于生物实体生长的照明容器
KR101662305B1 (ko) * 2016-07-07 2016-10-04 가톨릭관동대학교산학협력단 글리세롤을 이용한 바이오매스의 증식방법 및 장치
FR3056600B1 (fr) * 2016-09-27 2020-10-02 Suez Groupe Dispositif d'exposition a la lumiere d'une solution algale, photobioreacteur et procede de demarrage associes
GB201904561D0 (en) * 2019-04-01 2019-05-15 Walker Nicholas Simon Remote ligh source algae lighting tube for volume cultivation medium illumination

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2406424C2 (de) 1974-02-11 1983-05-19 Nath, Guenther, Dr., 8000 Muenchen Beleuchtungseinrichtung mit einem flüssigkeitsgefüllten Kunststoffschlauch-Lichtleiter
US3959923A (en) * 1974-12-04 1976-06-01 Erno Raumfahrttechnik Gmbh Equipment for growing algae
US4020989A (en) * 1975-10-20 1977-05-03 H. H. Robertson Company Light transmitting building panel
WO1979000282A1 (en) 1977-11-07 1979-05-31 A Kiuchi Method of dispersing a light beam in a liquid culture medium
JPS5898081A (ja) 1981-12-03 1983-06-10 Takashi Mori 光合成装置
US4599315A (en) * 1983-09-13 1986-07-08 University Of California Regents Microdroplet test apparatus
BE1004041A5 (fr) * 1989-06-22 1992-09-15 Faculte Polytechnique De Mons Procede et appareillage pour la collecte, le transport, l'introduction et la distribution de la lumiere a l'interieur de fluides.
US5162051A (en) * 1989-11-22 1992-11-10 Martek Corporation Photobioreactor
JPH089809A (ja) * 1994-07-04 1996-01-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 集光プラグ及びそれを用いた藻類培養装置
JP3950526B2 (ja) * 1997-10-17 2007-08-01 次郎 近藤 光合成培養装置及び集合光合成培養装置
DE19916597A1 (de) * 1999-04-13 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Photobioreaktor mit verbessertem Lichteintrag durch Oberflächenvergrößerung, Wellenlängenschieber oder Lichttransport
CA2458296A1 (en) * 2001-09-20 2003-03-27 3-Dimensional Pharmaceuticals, Inc. Conductive microtiter plate
DE10204531A1 (de) * 2002-02-01 2003-08-21 Inst Chemo Biosensorik Deckelelement
WO2003066907A1 (en) * 2002-02-05 2003-08-14 Genome Therapeutics Corporation Seal for microtiter plate and methods of use thereof
NL1025191C2 (nl) * 2004-01-08 2005-07-11 Agrotechnology And Food Innova Afdekking voor een zonnestraling gebruikend object.
US8551769B2 (en) * 2009-01-30 2013-10-08 Zero Discharge Pty Ltd. Method and apparatus for cultivation of algae and cyanobacteria

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103184138A (zh) * 2011-12-27 2013-07-03 新奥科技发展有限公司 分光反应器、光合微生物培养装置
CN103184138B (zh) * 2011-12-27 2015-07-29 新奥科技发展有限公司 分光反应器、光合微生物培养装置
CN107109321A (zh) * 2014-12-02 2017-08-29 桑诺里奥公司 用于通过光生物反应器和至少一个光分配器生产光合培养物的设备
CN107109321B (zh) * 2014-12-02 2020-11-13 桑诺里奥公司 用于通过光生物反应器和至少一个光分配器生产光合培养物的设备

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Publication number Publication date
US20100167381A1 (en) 2010-07-01
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