CN102286363A - 一种外置加固内部连通式平板光生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外置加固内部连通式平板生物光反应器，包括反应器底槽、封闭式透明反应装置及反应器外置加固结构；所述封闭式透明反应装置安装于所述反应器底槽上；所述反应器外置加固结构包括若干组前加固模块和后加固模块，每组前、后加固模块设置于所述封闭式透明反应装置的前、后主体两侧，且所述前、后加固模块的内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的前、后主体。本发明外置加固内部连通式平板生物光反应器可实现较大规模体积培养，具有藻液循环效果好、结构稳定性高、使用寿命长、维修方便和便于清洗的特点。

Description

一种外置加固内部连通式平板光生物反应器

技术领域

本发明涉及光生物反应器，具体来说是一种外置加固内部连通式平板光生物反应器。

背景技术

微藻是一类系统发生各异、个体小、通常为单细胞或群体的、能进行光合作用的水生(或陆生、气生、共生)低等植物。微藻资源丰富、种类繁多，可应用于生物制药、营养品、保健品、天然食品加工、生物饵料、生物肥料、废水处理和可再生能源生产等方面，具有重要的经济和社会价值。单个微藻细胞相当于一棵高等植物的植株，它可以不断繁殖并行使多种多样的生理、生化功能。这些单细胞的微藻可通过类似于微生物发酵的方式，在透明的培养装置——光生物反应器中进行规模化培养。因此，一种高效的光生物反应器是快速实现微藻规模化培养的关键设备。

用于微藻培养的光生物反应器主要有敞开式和封闭式两种类型。敞开式光生物反应器具有结构简单、容易放大和成本低等优点，已被应用于微藻的商业化大规模培养中。但它也存在诸多缺点，如比表面积小、光能和CO2利用率低、易污染、环境条件(温度、光照、pH值)控制能力差等，目前仅有少数几种微藻(小球藻、盐生杜氏藻、节旋藻或螺旋藻等)能够采用敞开式光生物反应器进行培养，而对于培养条件要求温和、种群竞争能力较弱的微藻，则只能采用封闭式光生物反应器培养。与敞开式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器具有以下优点：(1)不易受到灰尘、昆虫及杂菌等污染，能实现单种培养；(2)温度、pH值等培养条件易于控制；(3)培养密度高，便于收获；(4)适合于绝大多数微藻的光自养培养；(5)有较高比表面积；(6)光能和CO2利用率较高等优点。但是，封闭式光生物反应器的投资和操作成本高。

封闭式光生物反应器主要有四种类型：管道式反应器、柱式反应器、袋式反应器和平板式反应器。其中管道式光生物反应器溶解氧解析困难、不易清洗、成本高、温度控制较困难。柱式光生物反应器不存在氧解析和混合问题，但其培养体积较小、不易放大(纵向和径向)、比表面积小、且反应器中心光线不易穿透，生产效率低。袋式反应器同样存在氧解析困难、透明材料无法反复使用等缺点，另外其膜透光性差，外加固结构遮光明显，将其应用在规模化培养中，还需进一步的改进。目前也存在一些针对上述三种反应器的改进模型，但均未达到工业级别的光生物反应器设计要求。平板反应器相对于上述三种反应器，则具有诸多优点：比表面积大、光利用率高、结构相对简洁、易清洗、容易加工制造、成本造价低、可根据需要设计不同的光径、还可改变反应器角度使之面向光线照射方向、氧的累积浓度低、适合户外培养，其短的光通路及气流强烈湍动，是实现高密度高产培养的有利条件。

平板光生物反应器的历史最早可追溯到1953年，Burlew利用自行设计的矩形透明容器培养小球藻，为平板反应器的应用奠定了基础(Kuamr，P.，1953.In：Burlew，J.S.(Ed.)，Algal culture fromlaboratory to pilot plant.Carnegie Institution，Washington，DC)。此后于1985年，加拿大Samson和Leduy设计了一种垂直的、双侧照光和利用压缩空气进行搅动微藻培养物液流的平板式光生物反应器，至此平板光生物反应器的核心设计理念逐渐形成(SamsonR，Leduy A.Multistage continuous cultivationof blue-green alga Spirulina maxima in the flat tank photobioreactors with recycle[J].TheCanadian Journal of Chemical Engineeiring，1985，63：105-112)。1992年，Tredici和Materassi进一步强化了平板式光生物反应器的设计，发明了垂直嵌合板光生物反应器(Tredici，M.R.，Materassi，R.，1992.From open ponds tovertical alveolar panels：theItalian experience in the development of reactor for the mass cultivation of photoautotrophicmicroorganisms.J.Appl.Phycol.4，221-231.)。在此以后，许多学者在此核心思想的基础上加以改进，设计出多种不同类型的平板光生物反应器，如多层平行排列板式光生物反应器、倾斜鼓泡板式光生物反应器、平板反应器单元组合和带挡板的新型平板反应器等，并应用到不同种类的微藻规模化培养中(Zittelli G C，2000；Pulz O.，1995；Degen J，2001；Hu et al.，1996；Zhang et al.，2002；Hoekema et al.，2002)。

目前，国外已公开的平板反应器发明专利有：

(1)Boussiba Sammy等的平板光生物反应器(WO 2005/006838A2，2005-01-27)。该反应器由矩形金属网状支架、塑料袋、气路、控温管组成。使用时，将塑料袋安装在网状支架内，由底部进气使培养液形成循环，该反应器适宜室外大规模培养。

(2)James S Craigie等的内光源箱式光生物反应器(美国专利，US2003/0059932A1，2003-03-27)，该反应器采用内光源形式，存在独立安装内光源的腔体，消除了藻液粘附光源的问题。

(3)Qiang Hu等的平板式光生物反应器(美国专利，US2010/0028976A1，2010-02-04)，包括平板反应器、温控系统、通气系统等，它利用内挡板和外加固金属框实现平板反应器的串联和培养规模的扩大，可调节反应器与水平面保持一定角度，该培养系统可用于微藻的室外大规模培养。

上述三专利也存在缺陷。在Boussiba Sammy的发明专利中，利用了塑料透明薄膜构建平板反应器，塑料薄膜透光性差，且外加固结构遮光严重，光线利用率低，并且塑料透明薄膜无法反复多次使用，增加生产成本。James S Craigie的内光源箱式光生物反应器专利中，未提及反应器扩大培养问题，采用内光源作为光源形式，从能源消耗上来考虑并不经济。Qiang Hu的平板式光生物反应器培养系统采用反应器内部加固和外部加固相结合的方式解决反应器规模扩大问题，但内挡板的存在限制了藻液的充分循环，增加了反应器内部死角的数量和体积，从而加大了反应器的清洗难度。

目前，国内已公开的关于平板反应器的专利有：

(1)李元广等新的多节式平板光生物反应器(发明专利，CN200610026539.X，2006-12-20)。该反应器包括：透明平板式箱体、箱体中存在中空导流挡板、箱体内安装内光源和通气装置，该发明专利克服了传统光生物反应器微藻培养系统在放大中出现的问题，增加光生物反应器光照利用效率，同时该发明具有加工简单，操作方便，成本低廉等特点，适宜大规模低成本培养。

(2)李维仁的平板式光生物反应器(实用新型专利，CN94218456.4，1995-05-17)。该反应器仅由透明材料组成的五面槽体，槽体由多块平板玻璃拼接粘合而成，槽体内部通过尺寸相同且垂直于底面的隔板连接，该反应器占地面积小，生产效率高，成本低。

上述两专利及现有的适用于微藻大规模培养的平板式光生物反应器一般是由透明的平板箱体组成，箱体所用材料为硅酸盐玻璃或有机玻璃；在箱体内部，采用相同材料的隔板粘于前后平板之间，从而起到一定的加固作用。此外，有的还在反应器外部粘结封条用于进一步加固。然而，这种由若干玻璃平板与酸性玻璃胶粘合而成的透明容器，维持反应器结构稳定的粘合力均由酸性玻璃胶提供，当微藻培养液体积加大、液体高度的升高时它对反应器壁的压力增强，这时极易引起内部隔板与反应器前后板粘结处的玻璃胶脱裂，最终导致整个反应器破裂。而目前一些微藻生产单位设计了一种金属不锈钢的外加固平板光生物反应器，该反应器外加固材料严重遮挡光线，且极不美观，因而不适合工业级别的光生物反应器设计要求。

平板式光生物反应器无论应用于实验室研究中还是大规模生产中，除了要考虑到它的放大性能、操作性能、培养效率外，还必须考虑它的承重能力、耐用性和使用寿命以及美观程度等方面。

由于受玻璃生产工艺、玻璃强度及玻璃粘合技术等因素的限制，在设计较大培养规模的平板光生物反应器时，通常采用下述两种方案，第一种方案，将平板光生物反应器看作是由若干较小平板反应器单元组成的整体，通过引入内拉筋结构，将若干较小体积反应器单元连接成为一个较大的整体，从而实现反应器培养规模的放大；第二种方案，平板光生物反应器腔体内部没有或仅有很少的内拉筋，通过在反应器外部焊接金属加固框，从而为保证反应器结构的稳定性。通过上述两种方案设计的平板光生物反应器虽然可以实现反应器培养规模的扩大，但就目前的技术来看，仍存在诸多缺点：

(1)通过设计内拉筋结构来连接反应器单元、稳固反应器的同时，不可避免的会在反应器内部形成了一定的空间阻隔，这些阻隔会对培养物液流的循环流动产生一定影响，降低生产效率；另一方面，内拉筋结构增加了反应器内部死角的体积和数量，进一步增加了清洗反应器的难度，给规模化生产带来一定难度。

(2)目前用于微藻规模化生产的外置加固式平板光生物反应器，外加固用材较多，美观度较差，而且这些外部用材还遮挡了一定的光线进入反应器；

(3)无论内置拉筋组件的平板式光生物反应器还是外置加固式平板光生物反应器，当反应器某一单元出现故障后，维修都较复杂；

(4)平板光生物反应器培养规模扩大后，无法实现自动或半自动清洗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可用于微藻大规模培养的外置加固内部连通式平板光生物反应器，用以解决传统平板反应器难以实现较大规模体积培养、藻液循环效果差、结构稳定性低、使用寿命短、维修繁琐和难以实现方便快速清洗的缺点。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：一种外置加固内部连通式平板生物光反应器，包括反应器底槽、封闭式透明反应装置及反应器外置加固结构；所述封闭式透明反应装置安装于所述反应器底槽上；所述反应器外置加固结构包括若干组前加固模块和后加固模块，每组前、后加固模块设置于所述封闭式透明反应装置的前、后主体两侧，且所述前、后加固模块的内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的前、后主体。

较优地，所述封闭式透明反应装置的前、后主体分别由多块透明平板粘合而成。

较优地，每组前、后加固模块的内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的前、后主体的相邻透明平板粘合部。

较优地，所述前加固模块分别包括前垂直板和前倾斜支架；所述后加固模块包括后垂直板和后倾斜支架；所述前、后垂直板的底部分别垂直固定于水平安装面上，中部分别与所述前、后倾斜支架固定，每组前、后加固模块顶部通过一内支撑加固组件连成一体。

较优地，所述内支撑加固组件包括一连接杆及一套管；所述连接杆的一端连接所述前垂直板的顶部，另一端连接所述后垂直板的顶部；所述套管外套于所述连接杆上，并夹设于所述封闭式透明反应装置的前、后主体之间。

较优地，所述前、后垂直板分别设置有向内的扣板，相应卡住所述封闭式透明反应装置的前、后主体。

较优地，所述前、后垂直板的内侧设置有软垫。

较优地，所述前、后垂直板的中部外侧设置一刚性凹槽或一倾斜挡板，形成固定所述前、后倾斜支架的锚定结构。

较优地，所述前、后倾斜支架分别包括一水平边及一斜边；所述水平边固定于水平面上，并在接近所述水平边的后端位置固定一挡块；所述斜边的一端与所述水平边固定，另一端与垂直板的中部固定。

较优地，所述前、后垂直板分别包括一水平边及一垂直边；所述水平边固定于水平面上；所述垂直边与所述水平边固定。

较优地，所述前、后垂直板分别为一垂直边，所述垂直边的下缘低于所述封闭式透明反应装置的下缘。

较优地，所述垂直边的下端上开设有贯穿孔，以安装紧固件。

较优地，所述反应器外置加固结构包括左、右侧面固定板，分别安装在所述封闭式透明反应装置的左、右主体两侧，且内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的左、右主体。

较优地，所述反应器底槽包括一底板及设置于所述底板上的一前导轨、一后导轨及一排料口；所述前、导轨上开设有卡槽，用以固定所述封闭式透明反应装置的前、后主体的。

较优地，所述排料口包括排料管及安装于所述排料管上的阀门；所述排料管贯穿所述反应器底槽，且所述排料管的上沿与所述反应器底槽的上表面平齐或低于所述反应器底槽的上表面。

较优地，其特征在于，包括一反应器半自动清洗装置，所述反应器半自动清洗装置包括一电机、一清洁毛刷及一牵引机构；所述电机与所述牵引机构连接，在所述牵引机构带动下进行移动；所述清洁毛刷安装于所述电机的转动轴上，且可完全触及所述封闭式透明反应装置的底部。

较优地，所述清洁毛刷上开设有若干贯穿孔，供培养液流过。

较优地，所述电机的上端高度低于所述前、后加固模块的连接件的高度。

较优地，所述牵引机构包括皮带轮及转动手柄；所述转动手柄设置在所述封闭式透明反应装置的顶部；所述皮带轮的轮轴连接所述转动手柄；所述电机固定在绕于所述皮带轮的皮带上。

较优地，包括导轨及带滑轮的移动小车；所述导轨设置于所述封闭式透明反应装置的顶部；所述移动小车的主体固定在所述皮带上，所述移动小车的滑轮安装于所述导轨上；所述电机固定在所述移动小车的主体上。

与现有技术相比，本发明针对现有光生物反应器的问题设计了一种外置加固内部连通式平板光生物反应器的模式结构，可实现较大规模体积培养，具有藻液循环效果好、结构稳定性高、使用寿命长、维修方便和便于清洗的特点。具体而言，包括但不仅限于以下技术效果：其一，解决平板式光生物反应器的培养体积小，串联困难问题；其二，消除内拉筋结构造成的反应器内部空间不连续及死角多等问题，便于清洁反应器；其三，提供一种新型的平板反应器外置加固组件，减少传统外加固式组建用料多，对光线遮挡严重，不美观等问题；其四，进一步提供了反应器半自动清洗装置，实现反应器方便快速的清洗。

附图说明

图1为本发明外置加固内部连通式平板光生物反应器的立体图；

图2为图1所示外置加固内部连通式平板光生物反应器的俯视图；

图3为封闭式透明反应装置的示意图；

图4A为外置加固结构类型一的示意图；

图4B为外置加固结构类型二的示意图；

图4C为外置加固结构类型三的示意图；

图4D为外置加固结构类型四的示意图；

图4E为外置加固结构类型五的示意图；

图4F为外置加固结构类型六的示意图；

图5A为不锈钢底槽类型一的结构示意图；

图5B为不锈钢底槽类型二的结构示意图；

图5C为不锈钢底槽类型三的结构示意图；

图5D为水泥底槽类型一的结构示意图；

图5E为水泥底槽类型二的结构示意图；

图6为内支撑加固组件的结构示意图；

图7为清洗装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的新型外置加固内部连通式平板光生物反应器(以下简称反应器)的一较优实施例，包括反应器底槽、封闭式透明反应装置、反应器外置加固结构、反应器半自动清洗装置等部件，以下对各部件分别进行说明。

所述封闭式透明反应装置(以下简称反应装置)为平板光生物反应器的主体部分，是由若干特定规格大小的透明平板，通过粘合剂粘合而形成的封闭透明容器，微藻细胞在其中接收光能和各种营养成分，进行细胞分裂生长。该封闭式透明反应装置特征之一是其内部无任何加固结构，无阻碍藻液循环的内拉筋结构，因而反应器内部完全贯通，藻液可以在整个反应器中循环流动，不受空间限制；另一特征为整个反应器系统的前后主体透明板由若干规格相同的透明平板粘合而成，而非整体，透明板的尺寸根据实际需要(培养规模)进行选择。透明板具有以下特点：(1)高透光性；(2)高硬度；(3)低成本；(4)易加工；(5)抗腐蚀。符合本发明专利特征的透明板材质有：普通玻璃(0.8-2.0cm厚)、有机玻璃(亚克力、聚碳酸酯和聚乙烯)、钢化玻璃和硼硅玻璃等。

所述反应器外置加固结构(以下简称外置加固结构)由刚性材料构成，通过对反应器前后主体透明板施加一定的支撑力，来维持反应器整体结构的稳定性。其结构包括：垂直板，倾斜支架，侧面固定板，内支撑加固组件等。构建反应器外置加固结构的材料应具有刚性、美观且具有抗腐蚀性等特点，可供选择的材料有不锈钢方管、不锈钢板材(1.0mm-3.0mm)、硬质塑料等，其中：

所述垂直板为一垂直于反应器底面，且同时紧贴两相邻反应器单元(透明板)的长形板状结构，垂直板上部具有贯穿孔，下部固定于水平面上，中部具有一锚定结构，用于固定倾斜支架。位于反应器正面(前侧)及背面(后侧)的垂直板的上部通过长螺栓进行连接，将反应器上部固定，两对称垂直板下部固定于水平面上，防止相邻反应器单元(透明板)下部连接处破裂。所述倾斜支架为一加强筋结构，其一端固定在水平面上，另一端连接在垂直板结构中部，通过施加一定的推力在垂直板中部，从而加强了反应器中部牢固程度。

所示侧面固定板为反应器侧面加固装置，每一反应器具有两块侧面固定板，分别安装在反应器两侧面，用于加强两侧面的稳定性。

所述内支撑加固组件的作用是保证反应器上部结构的稳定性：当由垂直板和倾斜支架提供的推力过大时，如反应器上部无内支撑加固组件，会引起反应器透明板向内侧倾斜，损坏反应器；而当反应器上端安装内支撑加固组件后，可防止反应器正面及背面透明板倾斜。

所述反应器底槽(以下简称底槽)为反应器底部加固装置，保护平板反应器底部玻璃板不被硬质地面损坏。另外，应器底槽上具有排料接口，还可安装各类通气及冷却装置。反应器底槽可由不锈钢板材(1.0mm-3.0mm)或硬质塑料构建而成。该反应器底槽主要结构包括排料口、对称凹型前、后导轨结构和硬质底板等部件：排料口由一根不锈钢圆管和一个阀门组成，不锈钢圆管穿过不锈钢底槽和反应器底部玻璃板，圆管上沿稍低于或与反应器底部玻璃板平齐，保证排料彻底；硬质底板增加了反应器底部抗损坏的能力；对称凹型半导轨结构可将玻璃板放置于卡槽中，保证透明板的稳定性，同时也可将反应器界定为多个单元。

所述反应器半自动清洗装置(以下简称清洗装置)主要用于清洗培养过程中沉积在反应器内表面的钙镁沉淀或者粘附在反应器内表面的藻细胞，从而增加反应器的透光性；同时，可用于批次培养结束后反应器的彻底清洗。该反应器半自动清洗装置包括的微型电机(自带蓄电池)、清洁毛刷、皮带轮、导轨、转动柄等，其中：微型电机固定在具有四个滑动轮的移动小车上，滑动轮安装在导轨内；微型电机与清洁毛刷连接，并带动毛刷在反应器内转动，其自带蓄电池可避免电源线给清洗带来的不便；清洁毛刷是一个上面布满细毛的圆柱型装置，可触及反应器底部，且清洁毛刷上具有若干贯穿的孔，可使培养液穿过；皮带轮与微型电机连接成一个整体，当皮带轮转动时，可带动微型电机水平移动，从而实现反应器的半自动清洗。为保证清洗装置在反应器内移动顺畅，本发明中的微型电机上端高度低于外加固装置中的长螺栓高度。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1～图6，为本发明外置加固内部连通式平板光生物反应器的一较优实施例，其包括：由特定规格大小的玻璃平板，然后用玻璃胶将它们粘合在一起而形成的一个封闭式透明反应器装置1；若干外置加固式不锈钢组件2；不锈钢反应器底槽3；以及反应器半自动清洗装置4。

所述封闭式透明反应器装置1为平板式光生物反应器的主体部分，微藻在其中接收光能和各种功能营养成分，从而进行细胞分裂生长。该封闭式透明反应器装置1是由若干规格大小相同的玻璃平板11和两侧面玻璃板12，通过酸性玻璃胶粘合而形成的五面槽体(封闭生物反应空间)，其上部开口，槽体内部封闭且完全贯通，其正面及背面为照光面。一般地，根据培养体积的要求，可选择合适玻璃板厚度、高度和玻璃平板的数量。在本实施例中，封闭式透明反应器装置1的材料为普通玻璃，也可采用其它透明材料，如有机玻璃、钢化玻璃等。

所述反应器外置加固结构2是由不锈钢材料焊接构成的加固支架，用于维持反应器整体结构的稳定性和实现平板反应器培养体积的增大。其结构包括垂直板21、倾斜支架22、侧面固定板23、内支撑加固组件24、塑料软垫25等部件。垂直板21为一垂直于反应器底面，且同时紧贴两相邻玻璃平板的长形板状结构，与倾斜支架22一起形成“稳固三角结构”，保证相邻反应器单元的稳定性。侧面固定板23为反应器侧面加固装置：每一反应器具有两块侧面固定板23，分别安装在反应器两侧面，加强两侧面的稳定性。内支撑加固组件24的作用是保证反应器上部结构的稳定性。本实施例中，构建反应器外置加固结2的材料为不锈钢方管，也可采用不锈钢板材(1.0mm-3.0mm)、硬质塑料等进行构建。

所述反应器底槽3为反应器底部的加固装置，保护平板反应器底部玻璃板不被硬质地面损坏。该应器底槽3主要结构包括排料口31、对称凹型半导轨结构32和不锈钢底板33。排料口31由一根不锈钢圆管和一个阀门组成，不锈钢圆管穿过不锈钢底槽，不锈钢圆管上沿与反应器底槽上表面平齐，保证排料彻底。对称凹型半导轨结构32可将玻璃板固定于卡槽中，保证透明板的稳定性，同时也将反应器界定为多个单元；不锈钢底板33增加了反应器底部抗损坏的能力。

所述反应器半自动清洗装置4可实现反应器半自动清洗，该反应器清洗装置4包括微型电机(自带蓄电池)41、清洁毛刷42、皮带轮43、导轨44、转动柄45等，当微型电机41带动清洁毛刷水平42移动时，就可以实现反应器的清洗，

本发明中的反应器外置加固结构2(包括内支撑加固组件24)、反应器底槽3、和反应器半自动清洗装置4为关键部件，它可以采用多种结构形式，现举例进行说明：

实施例一：反应器外置加固结构2的多种类型

(1)类型一

参见图4A，该类型包括垂直板21及倾斜支架22，其中垂直板的垂直边211与水平边212焊接在一起。水平边212上部开设贯穿孔，可通过螺栓固定于水平面上。前、后垂直板21的垂直边211紧贴反应器单元连接处，对称分布在反应器正面及背面，垂直211通过在其上面的贯穿孔214中穿过螺栓进行固定。倾斜支架锚定结构213为一焊接在垂直板21上的刚性凹槽，其中倾斜支架22的斜边221锲入锚定结构213中，使垂直板21与倾斜支架22成为整体。倾斜支架22的水平边222与垂直板的水平边212固定在同一水平面上，而其斜边与221与水平222的之间的角度需要根据反应器高度及反应器底槽的宽度进行测算确定。为了进一步加强“外置三角加固结构”的稳定性，可在离水平边222后端2-3mm处的水平面上固定一挡板。扣板215为一带孔不锈钢板，通过螺栓固定在垂直板21上，用于将相邻两玻璃板连接成为一个整体。

(2)类型二

参见图4B，该类型包括垂直板21及倾斜支架22。该外置加固结构中无水平边212，且垂直边211下边缘低于反应器下缘。该垂直边211下端具有一个贯穿孔，螺栓可穿入。倾斜支架锚定结构213为一焊接在垂直边211上的刚性凹槽，斜边221锲入锚定结构213中，使垂直板21与倾斜支架22成为整体。

(3)类型三

参见图4C，该反应器外置加固结构与类型二相似，不同之处在垂直边211下端无贯穿孔，且垂直边211通过插入反应器底槽3的凹形结构中，起到稳固反应器的作用。

(4)类型四

参见图4D，该反应器外置加固结构与类型一结构相似，仅将锚定结构213替换为一倾斜挡板结构。

(5)类型五

参见图4E，该反应器外置加固结构与类型二结构相似，仅将锚定结构213替换为一倾斜挡板结构。

(6)类型六

参见图4F，该反应器外置加固结构与类型三结构相似，仅将锚定结构213替换为一倾斜挡板结构。

实施例二：反应器底槽3的多种类型

(1)用不锈钢或硬质塑料出模制作做反应器底槽

参见图5A，该反应器底槽3包括排料口31、对称凹型半导轨结构32和不锈钢底板33。制作该底槽模型时：首先切割不锈钢板获得需要尺寸的不锈钢底板33；然后制作一个凹槽，并焊接在不锈钢底板33的中心线处；再根据玻璃平板的尺寸，制作长度相匹配的不锈钢板，并均匀焊接在凹槽外侧。该反应器底槽可安装上述反应器外置加固结构类型一和类型四。

参见图5B，当使用类型三或类型六的加固结构时，需将反应器底槽3稍加改进：在相邻不锈钢板之间，焊接不锈钢卡槽，外加固结构的垂直边211可固定在卡槽中。如垂直边211与玻璃板之间存在缝隙，可通过放入软质塑料进行填充。

参见图5C，当使用类型二或类型五的加固结构时，需在反应器下端焊接带孔凹槽35，通过螺栓将外加固三角支架下端与该凹槽结合在一起。同样该反应器底槽也可以用硬质塑料进行制作，但必须需要制作模具进行生产。

(2)用水泥做反应器底槽

参见图5D，该反应器底槽模型主要用于微藻的室外规模化培养，该模型包括水泥台面331、预埋排料管332、预埋螺栓333、内水泥支撑板334、外金属支撑板335等。首先制作水泥台面331，将预埋排料管332与预埋螺栓333预先固定在水泥台面331上；然后根据反应器光径的要求，制作内水泥支撑板334；待水泥完全硬化后，进行玻璃的安装；最后将外金属支撑板335贴紧玻璃板，并固定在水泥台面上，完成组装。

参见图5E，为水泥反应器底槽的另一种形式，在水泥台面331上表面预留两条4-5cm深的浅凹槽，两凹槽之间距离为反应器光径尺寸，并在水泥浅凹槽内嵌入不锈钢材质的凹槽。加工反应器时，首先用玻璃胶填充不锈钢凹槽，然后将透明板下端插入不锈钢凹槽中，再利用玻璃胶进行密封。

实施例三：内支撑加固组件的类型

如图6所示，在长螺栓63上外套一不锈钢空心圆管64，圆管尺寸与反应器光径一致，当外加固组件对透明板施加过大推力时，不锈钢圆管64可以防止透明板向内侧倾斜。

实施例四：反应器半自动清洗装置的类型

选择合适功率的市售微型电机41，并安装在四轮可移动的小车上；根据反应器光径制作特定规格的清洁毛刷42，并安装在微型电机的转动轴上，清洁毛刷42需完全触及反应器封闭式透明反应装置的底部，且清洁毛刷42上具有若干贯穿孔，以便培养液可顺利流过；皮带轮43与转动柄45提供微型电机41水平移动的牵引力。优选地，微型电机41的高度低于长螺栓63的高度，保证清洗装置4在反应器内移动顺畅。而四轮可移动的小车固定在导轨44中，避免微型电机41上下移动。

以下对本发明外置加固内部连通式平板生物光反应器试验项目的具体实施方案进行说明：

1、中试规模平板式光生物反应器的构建项目

构建培养体积为1000升左右的平板式光生物反应器体系，用以产油微藻中试规模的培养。考虑产油微藻油脂积累特性及培养空间限制，选择光径较小且高度较高的反应器，从而提高油脂收获量和减少反应器占地面积。在本实施项目设置中，平板式光生物反应器光径3cm，每个反应器单元尺寸120cm ×60cm×3cm(最大装液液面高度为100cm)，计算可得55个反应器单元，每一反应器单元培养体积为18L，考虑剥离对液体压强的承受能力和玻璃的成本，选择厚度为1.2cm的普通玻璃，外置反应器加固组件可以根据实际情况选择任意一种，具体实施步骤为：

(1)首先利用较为廉价的水泥或角铁制作反应器支架，可安装在室内，也可安装在室外；

(2)制作反应器底槽，尺寸为5cm×3cm×3300cm，反应器底槽可分段加工焊接(每段为5cm×3cm×3300cm)，反应器底槽设置一个排料口；

(3)将反应器底槽安装在反应器支架上，通过水平仪调节反应器底槽水平后，用玻璃胶将塑料透明软垫粘合到反应器底槽内，反应器玻璃底板粘合到透明软垫之上，完成反应器底部制作；

(4)首先将反应器单元的主体玻璃板粘合到指定位置，带玻璃胶干后，选择一种外置加固组件的构型，然后按照实施例中的构建方式安装外加固装置到指定位置，拧紧螺母或烧焊在相应位置，如图1所示，平板式光反应器主体部分制作完成；

(5)培养过程中所需光照设备、循环冷却设备及通气设备需另外配置。

2、微藻的高密度培养试验

试验所用平板式光生物反应器高120cm，宽180cm，光径3.0cm，装液体积54L。使用时，根据不同藻种的生长需要，在反应器中加入新鲜培养基进行微藻的培养。

采用上述平板式光生物反应器已成功进行了产油小球藻和栅藻的培养，培养条件如下：光强300μE·m^-2·s^-1、温度24℃±1℃，培养16天后可达到收获期，细胞干重可达5-6g·L^-1，细胞中总脂含量可达到干重的40～50％d.w。

上述反应器已使用1年以上，运行情况良好。

与传统平板式光生物反应器相比，本发明的外置加固内部连通式平板生物光反应器具有明显优势：

传统平板式光生物反应器培养体积较小，体系放大时通常采用多个反应器单元粘合在一起，不能形成一个完整贯通的整体结构；或是通过内加玻璃分隔拉条将前后玻璃板粘合形成多个单元内部部分连通的培养体系。但由于高水位压强大，往往在半年至一年的使用期内，玻璃分隔拉条与前后板粘结处的玻璃胶容易脱裂，从而导致整个反应器破裂。同时玻璃分隔拉条在反应器内部形成了一定的空间阻隔，这些阻隔会对培养物液流的循环流动产生一定影响，也增加了反应器内部死角的数量和体积，加大了反应器的清洗难度。而目前存在的外置加固式平板光生物反应器的加固结构复杂、外加固结构用材较多，会遮挡光线进入反应器，并且影响平板反应器美观。

本发明外置加固式平板光生物反应器，通过在平板光生物反应器外部增加刚性加固结构，则极大地提高了反应器的承重能力，并且反应器内部无任何挡板及拉筋结构，减少了死角数量，增加了培养物液流的循环性，同时引入反应器半自动清洗装置，可实现反应器方便快速的清洗。该新型平板反应器结构简单、结实耐用、且容易放大到工业化级别的培养体系。此外，本发明外置加固式平板光生物反应器的加固结构光线遮挡面极少，外形美观。

以上外置加固式平板光生物反应器实施例的关键点为通过外置加固方式串联并加固平板光生物反应器的设计理念。不论采用何种材料，只要在反应器外部增设加固组件的方式加固和串联反应器的设计，均在本发明专利的保护范围之内，具体包括但不限于：

1、反应器。包括反应器底槽、封闭式透明反应装置、反应器外置加固结构、反应器半自动清洗装置等。

2、封闭式透明反应器装置。为平板式光生物反应器的主体部分，该结构是由若干规格大小相同的透明平板粘合而形成的五面槽体(封闭生物反应空间)，槽体内部完全贯通，微藻细胞在其中分裂生长。

3、反应器外置加固结构。是维持反应器结构稳定性和实现反应器多级串联的核心部件，其结构包括垂直板、倾斜支架、侧面固定板及内支撑加固组件等。其中反应器外置加固结构包括6种基本类型。

4、反应器底槽。为反应器底部加固装置，保护平板反应器底部玻璃板不被硬质地面损坏，反应器底槽主要结构包括：排料口、对称凹型半导轨结构和底板等。

5、反应器清洗装置。包括的微型电机(自带蓄电池)、清洁毛刷、皮带轮、导轨、转动柄等，可实现反应器方便快速的清洗。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，包括反应器底槽、封闭式透明反应装置及反应器外置加固结构；所述封闭式透明反应装置安装于所述反应器底槽上；所述反应器外置加固结构包括若干组前加固模块和后加固模块，每组前、后加固模块设置于所述封闭式透明反应装置的前、后主体两侧，且所述前、后加固模块的内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的前、后主体。

2.如权利要求1所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述封闭式透明反应装置的前、后主体分别由多块透明平板粘合而成。

3.如权利要求2所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，每组前、后加固模块的内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的前、后主体的相邻透明平板粘合部。

4.如权利要求1所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前加固模块分别包括前垂直板和前倾斜支架；所述后加固模块包括后垂直板和后倾斜支架；所述前、后垂直板的底部分别垂直固定于水平安装面上，中部分别与所述前、后倾斜支架固定，每组前、后加固模块顶部通过一内支撑加固组件连成一体。

5.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述内支撑加固组件包括一连接杆及一套管；所述连接杆的一端连接所述前垂直板的顶部，另一端连接所述后垂直板的顶部；所述套管外套于所述连接杆上，并夹设于所述封闭式透明反应装置的前、后主体之间。

6.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后垂直板分别设置有向内的扣板，相应卡住所述封闭式透明反应装置的前、后主体。

7.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后垂直板的内侧设置有软垫。

8.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后垂直板的中部外侧设置一刚性凹槽或一倾斜挡板，形成固定所述前、后倾斜支架的锚定结构。

9.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后倾斜支架分别包括一水平边及一斜边；所述水平边固定于水平面上，并在接近所述水平边的后端位置固定一挡块；所述斜边的一端与所述水平边固定，另一端与垂直板的中部固定。

10.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后垂直板分别包括一水平边及一垂直边；所述水平边固定于水平面上；所述垂直边与所述水平边固定。

11.如权利要求4所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述前、后垂直板分别为一垂直边，所述垂直边的下缘低于所述封闭式透明反应装置的下缘。

12.如权利要求11所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述垂直边的下端上开设有贯穿孔，以安装紧固件。

13.如权利要求1所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述反应器外置加固结构包括左、右侧面固定板，分别安装在所述封闭式透明反应装置的左、右主体两侧，且内侧面分别紧贴所述封闭式透明反应装置的左、右主体。

14.如权利要求1所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述反应器底槽包括一底板及设置于所述底板上的一前导轨、一后导轨及一排料口；所述前、导轨上开设有卡槽，用以固定所述封闭式透明反应装置的前、后主体的。

15.如权利要求14所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述排料口包括排料管及安装于所述排料管上的阀门；所述排料管贯穿所述反应器底槽，且所述排料管的上沿与所述反应器底槽的上表面平齐或低于所述反应器底槽的上表面。

16.如权利要求1～15任一项所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，包括一反应器半自动清洗装置，所述反应器半自动清洗装置包括一电机、一清洁毛刷及一牵引机构；所述电机与所述牵引机构连接，在所述牵引机构带动下进行移动；所述清洁毛刷安装于所述电机的转动轴上，且可完全触及所述封闭式透明反应装置的底部。

17.如权利要求16所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述清洁毛刷上开设有若干贯穿孔，供培养液流过。

18.如权利要求16所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述电机的上端高度低于所述前、后加固模块的连接件的高度。

19.如权利要求16所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，所述牵引机构包括皮带轮及转动手柄；所述转动手柄设置在所述封闭式透明反应装置的顶部；所述皮带轮的轮轴连接所述转动手柄；所述电机固定在绕于所述皮带轮的皮带上。

20.如权利要求19所述的外置加固内部连通式平板生物光反应器，其特征在于，包括导轨及带滑轮的移动小车；所述导轨设置于所述封闭式透明反应装置的顶部；所述移动小车的主体固定在所述皮带上，所述移动小车的滑轮安装于所述导轨上；所述电机固定在所述移动小车的主体上。

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