CN102439129A - 海藻生产及收获设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光生物反应器模块(112)，其适于将多个此类模块堆叠以用于生产海藻生物产物，所述光生物反应器模块包含各自具有多个开口(123)的至少上部光传输部件(128)及下部光传输部件(122)，其中所述上部光传输部件与下部光传输部件彼此间隔开，且所述上部光传输部件及下部光传输部件中的至少一者包含用于从光源耦合输入光且横向传输所述光的至少一个光连接端子。各自从所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的相应开口延伸的多个光生物反应器导管(132)界定海藻围阻内部空间，其中所述多个光生物反应器导管沿着接触区域接触所述上部光传输部件及下部光传输部件。由所述上部光传输部件及下部光传输部件横向传输的所述光沿着所述接触区域耦合到所述多个光生物反应器导管中。

Description

海藻生产及收获设备
技术领域
本发明大体来说涉及海藻生物产物及燃料的生产。更特定来说，本发明涉及海藻生产及收获。
背景技术
化石燃料(例如，煤炭及汽油)当前提供世界上的大多数能量需要，包含美国。而且，这些年来，对化石燃料的需求一直在稳定增长。在1973年的石油禁运时候，美国的净石油进口比率仅为总消耗的三分之一，而今天，美国的净石油进口比率接近总消耗的三分之二。在近10年来美国石油消耗速率增长接近11％的情形下且在原油现货价格记录每桶远高于140美元的情形下，美国经济在接下来的十年里面临接近7000亿美元的进口石油燃料账单。
由于化石燃料的储备量缩小且成本增加以及化石燃料可对环境具有的破坏效应，因此当前正开发可再生且对环境具有较小破坏的替代能源。替代能源通常包含天然气、风能、水利发电、太阳能、氢、核能及生物燃料。
虽然天然气是比汽油燃烧得清洁的化石燃料，但其产生二氧化碳，即主要的温室气体。风能，一种最古老且最清洁形式的能，不雅观且嘈杂。水利发电，一种古老且良好发展的能源，具有有限的扩展容量。所有能源(除了核能之外)最终都从太阳能获取，太阳能也可直接使用光电池来聚集。随着燃料电池的出现，已证明氢是用于运载工具的可行燃料源。然而，使用氢作为能源提出了关于其生产、存储及分配的问题。核能包含成本高昂且产生有毒废物的核裂变及清洁但已证明难运转的核聚变。
生物燃料通常定义为从最鲜活的有机体获得的固体、液体或气体燃料，包含植物、动物及其副产物。其是一种基于碳循环的可再生能源，不同于其它天然资源，例如石油、煤炭及核燃料。生物燃料可从树木、单细胞及多细胞植物材料、动物粪便及细菌获得。乙醇是一种类型的生物燃料，其与汽油组合广泛用于运输行业中。由于生物燃料也可从植物油获取，因此已证明从海藻获取的生物燃料是有前途的替代能源。然而，各种障碍阻挡了海藻生物燃料的大规模制造及使用。
常规海藻燃料生产固有的一个主要障碍是不能生产及收获充分数量的海藻来提供足够的海藻燃料从而服务社会的能量需要。利用现有的方法，生产充分数量的海藻燃料将需要在大型生产池塘或光生物反应器中生长海藻，所述大型生产池塘及光生物反应器中的每一者都受生产及经济效率低限制。据估计，将需要大约200,000公顷(大约450,000英亩或780平方英里)的生产池塘表面积来生产足够替换当前美国每年所消耗的石油数量的数量的海藻生物柴油。
在开放式池塘系统中生长的海藻原料经受许多系统效率低及挑战，其中的一些也是开放式及封闭式系统光生物反应器系统两者所共有的。所述挑战中的一些包含(列举几个实例)光谱、强度及光循环持续时间的可控制性；温度控制或季节性温度变化；不利的风携带的微粒的污染；及收获、运输、预处理及存储的成本。常规海藻养殖方法的这些及其它相关挑战实际上限制海藻燃料的商业可行性。
封闭式系统光生物反应器(另一种常规海藻燃料生产系统)遭受与开放式池塘系统相关联的许多相同的限制、缺陷及劣势。举例来说，已知封闭式光生物反应器系统妨碍对光数量、光谱、持续时间及循环的充分控制。额外问题包含土地面积要求、大规模生产应用的支持及基本结构要求及收获效率低。虽然封闭式系统光生物反应器克服或实质上消除与开放式池塘系统相关联的环境及生物学问题中的许多问题，但封闭式系统光生物反应器尚未取得产生足够减少国家对外国石油的依赖的数量的海藻生物质所需的充足效率水平。
因此，存在尚未得到满足的对适于海藻的大量生产及收获的海藻生物产物生产及收获设备的需要。需要克服伴随着开放式池塘系统、封闭式设备光生物反应器及其它已知系统的前述限制、劣势及缺点的设备。将期望提供实现对海藻曝光变量的极大改进的控制(举例来说，包含对光循环、光数量、光谱及光持续时间的控制)的此设备。将进一步期望提供还实现及促进已知影响海藻生长速率的其它变量的精确监视及控制(举例来说，包含海藻暴露温度、营养含量及气体(例如，O2及CO2)含量)的此设备。为了解决与现有开放式池塘系统及封闭式系统光生物反应器相关联的前述土地要求问题，将高度期望提供具有需要与现有系统相比较小的占用面积的结构配置的设备。总之，将高度期望提供这样的设备：低成本、易于维护、易于再造及使操作者能够精确地控制卡尔文循环(Calvin Cycle)的所有方面以最大化生产及收获量及效率，而不论正生长的海藻的所期望品系如何。
发明内容
本发明大体来说涉及一种海藻生产及收获设备，其适于大量生产及收获充分数量的海藻生物产物以生产海藻燃料。所述设备为可垂直缩放的，且因此，具有与其它已知海藻生物产物生产及收获系统与方法相比较小的占用面积的益处。所述设备可提供对已知影响海藻的生长速率的温度、光及其它因素的特性的精确控制以便最大化生产效率的能力。所述设备并入以促进有效部署及随后修理的方式布置的相对低成本组件。唯一垂直布置利用自然流体动力学用于补充设备结构支撑。
在一项实施例中，用于海藻生物产物生产及收获的可垂直堆叠模块化设备包括至少上部光传输部件及下部光传输部件，其各自具有多个开口，其中所述上部光传输部件与下部光传输部件彼此间隔开且所述上部光传输部件及下部光传输部件中的至少一者包含用于从光源耦合输入光且横向传输所述光的至少一个光连接端子。各自从所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的相应开口延伸的多个光生物反应器导管各自界定海藻围阻内部空间，其中所述多个光生物反应器导管沿着接触区域接触所述上部光传输部件及下部光传输部件。由所述上部光传输部件及下部光传输部件横向传输的光沿着所述接触区域耦合到所述多个光生物反应器导管中。
附图说明
在下文中将结合随附图式来描述所揭示的实施例，所述随附图式经提供用于图解说明而非限制所附的权利要求书，其中相同符号标示相同元件，且其中：
图1是海藻生产及收获设备的说明性实施例的部分示意性侧视图；
图2是海藻生产及收获设备的说明性实施例的侧视图，其中收集容器提供于光生物反应器模块下面，且产物传送组合件经提供在光生物反应器模块与收集容器之间流体连通；
图3是海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块中的多个光生物反应器导管或管的俯视图，更特定来说其图解说明实例性矩形光生物反应器通道几何形状；
图4是海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块中的多个光生物反应器通道的俯视图，更特定来说其图解说明实例性六角形光生物反应器通道几何形状；
图5是海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块中的多个光生物反应器通道的俯视图，更特定来说其图解说明实例性圆形光生物反应器通道几何形状；
图6是海藻生产及收获设备的说明性实施例的实施方案中的多个经堆叠光生物反应器模块的侧视图；
图7是海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块的分解透视图；
图8是延伸穿过光传输模块面板的多个光生物反应器通道的透视图；
图9是海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块的俯视图，其中光生物反应器通道具有矩形几何形状；
图10是一对经堆叠光生物反应器模块的分解视图，部分呈截面形式，其图解说明间置于光生物反应器模块之间的衬垫；
图11是一对经堆叠光生物反应器模块的截面视图，更特定来说其图解说明通过使提供于上部光生物反应器模块上的模块支脚坐落于提供于下部光生物反应器模块上的模块容座中来将上部光生物反应器模块紧固在下部光生物反应器模块上的实例性方式；
图12是光生物反应器模块的上部拐角的截面视图，其中模块提升钩环(或提升销)旋拧到提供于海藻生产及收获设备的最上面光生物反应器模块中的模块容座开口(未图解说明)中代替模块容座；
图13是图解说明在海藻生产及收获设备的说明性实施例的光生物反应器模块中包含分别用于气体、流体及光的传感器的示意图；
图14是海藻生产及收获设备的说明性实施例的侧视图，其中在海藻生物产物收获设备的光生物反应器模块中，分别在一对光生物反应器导管中提供一对传感器；
图15是具有间置于模块之间的衬垫的一对经堆叠光生物反应器模块的截面视图；
图16是用于提供经堆叠光生物反应器模块之间的密封的说明性衬垫的透视图；
图17是每一光生物反应器导管与产物传送组合件之间的实例性海藻闸门的截面视图；且
图18是图17中所图解说明的实例性海藻闸门的俯视图。
具体实施方式
以下详细说明在实质上仅为实例性且并不打算限制所描述的实施例或所描述的实施例的应用及用途。如本文中所使用，词语“实例性”或“说明性”意指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“实例性”或“说明性”的任何实施方案未必被解释为比其它实施方案更优或有利。下文描述的所有实施方案是经提供以使得所属领域的技术人员能够实践本发明的实例性实施方案且并不打算限制所附权利要求书的范围。此外，并不打算受先前技术领域、背景、发明内容或以下实施方式中所呈现的任何明确表示或隐含的理论限制。
参考图式，海藻生产及收获设备(后文称为“设备”)的说明性实施例大体由图1及图2中的参考编号100指示。设备100可包含至少一个光生物反应器模块112，所述光生物反应器模块适于容纳及维持海藻133(图8)的生长，如后文将进一步描述。在一些应用中，多个光生物反应器模块112可彼此上下堆叠以在不增加其占用面积的情形下增加设备100的海藻生长容量。收集容器(显示为“收集器”)101可提供于光生物反应器模块112下面以从生长于光生物反应器模块112中的海藻133(图8)收集海藻生物产物(未图解说明)。海藻生物产物包含海藻133的可用于生产海藻燃料或其它有用产品的任何产物。海藻生物产物包含(但不限于)海藻、海藻生物质、海藻排泄物及海藻衍生产物。产物处理器102可与收集容器101连通以接收海藻生物产物并将其处理成海藻燃料或其它产品。产物处理器102可利用所属领域的技术人员已知的常规方法将海藻生物产物转换成海藻燃料或其它产品。产物处理器102可为干燥器、压榨机、酯交换反应处理器、提纯处理器、微波处理器或声波处理器，此是举例说明而非限制。可采用各种工艺来实现最终所需产品及针对特定产品的具体实施方案，如所属领域的技术人员将明了。
在一些实施例中，模块支撑框架108可将光生物反应器模块112支撑于收集容器101上方。模块支撑框架108可包含多个垂直拐角框架部件109(其支撑光生物反应器模块112的相应拐角)及多个中央框架部件110(图2中以幻影指示)(其支撑光生物反应器模块112的中央部分)。在一些实施例中，通常呈歧管(即，许多输入及单个输出)形式的产物传送组合件104可间置于光生物反应器模块112与收集容器101之间以促进海藻生物产物从光生物反应器模块112排泄到收集容器101中，如后文将进一步描述。产物传送组合件104可包含从光生物反应器模块112延伸到收集容器101的多个产物传送管105。另一选择为，可将产物收集在阵列的管道连接内，且随后直接传输到产物处理器102。然而，也可通过以下方式从堆叠模块设备100的顶部收获海藻：将产物传送组合件104放置在设备100的顶部上且从下面(例如，通过歧管)将水抽送到光反应器导管132中，从而导致水向上流动，进而致使所有光反应器导管132中的水位攀升，因此将浮游的海藻携带到上部产物传送组合件104中。
如图7中所图解说明，设备100的每一光生物反应器模块112可包含模块框架113。至少一个光传输部件122、126、128可提供于模块框架113上。每一光传输部件122、126、128包括光传输材料，例如聚碳酸酯，此为举例说明而非限制。众所周知，聚碳酸酯可高度透过可见光，且具有比许多种类的玻璃更好的光传输特性。用于光生物反应器导管132的多个开口123可提供于每一光传输部件122、126及128中。多个光生物反应器导管132阵列(其每一者为透明且光传输材料，例如，聚碳酸酯，此为举例说明而非限制)可延伸穿过每一光传输面板122、126及128的相应开口123。每一开口123可在形状及大小上对应于每一光生物反应器导管132的横截面配置。因此，每一光生物反应器导管132出于后文将描述的目的沿着光生物反应器导管132与每一光传输部件122、126及128之间的接触表面区域相对于每一光传输面板122、126及128以光接收关系安置。
热塑性塑料组件(即，包括聚碳酸酯的光传输面板122、126及128、光生物反应器导管132)可使用激光焊接焊接在一起。热塑性塑料的激光焊接相依于其它塑料焊接工艺遵循的相同树脂相容性原则中的许多原则，但比大多数其它塑料焊接工艺更宽容树脂化学性质或熔化温度差。激光焊接的优势包含无微粒产生及高光学质量焊接接合区域。也可使用溶剂焊接。在溶剂焊接中，应用可在室温下暂时溶解聚合物的溶剂。当此发生时，聚合物链在液体中自由移动且可与其它组份的其它类似经溶解的链混合。在时间充分的情形下，溶剂将穿过聚合物且出来进入到环境中，使得链失去其活动性。此留下构成溶剂焊接的缠结的聚合物链的实体。
每一光生物反应器导管132的光传输特性可促进从光传输面板122、126及128接收的光沿着大致光生物反应器导管132的整个长度传输。在一项实施例中，折射可提供光到光生物反应器导管132的内部中的传播。在其它实施例中，折射效率可通过使用(例如，在挤出期间或之后)可蚀刻到管壁中的全息折射光学器件或可沿光生物反应器导管132的内表面或外表面施加的膜及反射涂层或其组合来增加。
每一光生物反应器导管132适于容纳海藻133(图8)且可在几何学上经成形及配置以最大化所容纳的海藻133暴露于光及最大化光在整个光生物反应器导管132中的内部分布。应注意，光传输部件122、128中的开口123的间隔是出于说明性目的。如将明了，设备的一个方面是提供呈极密集布置的导管。因此，邻近导管壁的外部表面可与另一者物理接触。
此外，虽然在图7中将设备图解说明为延伸穿过光传输部件中的开口123的多个个别导管132，但本发明涵盖一体式或单件模块的替代制作，所述一体式或单件模块具有以使得邻近通道共享侧壁的此方式延伸穿过所述一体式结构的多个平行线性通道。在所述情况下，每一线性通道界定内部通道空间，所述内部通道空间可经挑选而具有预定统一横截面面积以最大化特定海藻品系的生长。此单件模块结构将取代对单独导管132及光传输部件122、126及128的需要以及对外部支撑结构的需要。
返回到实例性实施例，每一光生物反应器模块112的模块框架113可具有任何适于支撑至少一个光传输部件122、126、128的设计或结构。如图7中进一步所图解说明，在一些实施例中，模块框架113可具有大体立方体形配置，所述大体立方体形配置具有四个垂直拐角支撑件114及将邻近拐角支撑件114连接到彼此的一对上部及下部水平横向支撑件115。在一些实施例中，底部光传输部件122可提供于模块框架113的下部横向支撑件115上。顶部光传输部件128可提供于上部横向支撑件115上。一个或一个以上间隔开的中间光传输部件126可提供于模块框架113中底部光传输部件122与顶部光传输部件128之间。每一光生物反应器导管132可延伸穿过分别提供于底部光传输部件122、中间光传输部件126及顶部光传输部件128中的对准的开口123。底部光传输部件122、中间光传输部件126及顶部光传输部件128可使用粘合剂、扣件及/或所属领域的技术人员已知的任一其它适合附接技术附接到模块框架113。
如图9中所图解说明，在一些实施例中，至少一个中央板支撑件118可延伸穿过提供于光传输部件122、126及128中的每一者中的中央支撑开口(未图解说明)以用于加强。每一中央板支撑件118可相对于光生物反应器导管132以大体平行且邻近的关系延伸。在一些实施例中，四个中央板支撑件118可延伸穿过光传输部件122、126及128中的中央支撑开口。
每一光生物反应器模块112的光生物反应器导管132可具有任一所期望横截面配置。如图3中所图解说明，在一些实施例中，每一光生物反应器导管132可具有大体矩形横截面。如图4中所图解说明，在一些实施例中，每一光生物反应器导管132可具有大体六角形横截面。如图5中所图解说明，在一些实施例中，每一光生物反应器导管132可具有大体圆形横截面。可具有其它横截面几何形状，例如三角形、五角形及八角形，此为举例说明而非限制。如图8中所图解说明，在后文将描述的设备100的实施方案中，出于从海藻133收获海藻生物产物(未图解说明)的目的，海藻133可生长于每一光生物反应器导管132中。每一光生物产生器导管132的特定横截面几何形状及横截面面积可相依于例如以下的因素：生长于海藻生长导管132中的海藻133的特定品系的特性、任何特定品系的海藻用于最大化光合作用效率所需的环境参数的范围、对各种光源及光谱的可变暴露要求、暴露强度、围阻体积及用于制作海藻生长导管132所使用的特定制造方法。
如图式的图1及图2中所图解说明，显示为灯泡(仅举例来说)的光源134可经安置与光传输部件122、126及128中的每一者光连通。在一些实施例中，光纤光传输缆线135可经安置与光源134光连通。光管分支136从每一光传输缆线135分支。光传输连接端子137可用来将光传输缆线分支136连接到光传输部件122、126及128。光源134可为自然光、人造光或自然光与人造光两者的组合。每一光传输部件122、126及128赋予光生物反应器模块112结构刚性且提供用于将光从光源134传送到光生物反应器导管132的介质。
如图式的图1及图6中所图解说明，在设备100的一些应用中，多个光生物反应器模块112可彼此上下堆叠以选择性地增加设备100的海藻生长容量。经堆叠光生物反应器模块112可根据所属领域的技术人员已知的任一适合技术彼此上下稳定。举例来说，如图10到图12中所图解说明，在一些实施例中，多个模块容座140(每一者具有容座基座142(图9))可提供于每一光生物反应器模块112的顶部光传输部件128的相应拐角处。每一模块容座140可装配有多个容座螺纹141以促进每一模块容座140旋拧插入到对应模块框架(未图解说明)中的经提供穿过顶部光传输面板128的对应容座开口中。多个模块框架支脚144可提供于相应拐角处穿过每一光生物反应器模块112的底部光传输部件122。每一模块支脚144可装配有多个支脚螺纹145以促进每一模块支脚144到经提供穿过底部光传输部件122的对应支脚开口(未图解说明)中的旋拧插入。因此，如图11中所图解说明，上部光生物反应器模块112的模块支脚144可坐落于相应模块容座140的容座基座142(图9)中以将上部光生物反应器模块112稳定在下部光生物反应器模块112上。如图6中所图解说明，所属领域的技术人员将了解任何数目个光生物反应器模块112可堆叠在设备100中以对应地增加设备100的海藻生长容量。此外，多个设备100(每一者具有多个经堆叠光生物反应器模块112)可以邻近关系提供以增加海藻生长容量，同时最小化设备100所占据的占用面积空间。
如图12中所图解说明，在一些实施例中，模块提升钩环154可插入到经提供穿过设备100中的最上面光生物反应器模块112的顶部光传输面板128的每一模块容座开口(未图解说明)中。每一模块提升钩环154可包含螺纹155及环156。提供于起重设备(未图解说明)上的缆线(未图解说明)可固定到每一模块提升钩环154的钩环环156以促进通过操作起重设备相对于堆叠的紧接下伏光生物反应器模块112来选择性地提高及降低最上面的光生物反应器模块112。
如图10、图15及图16中所图解说明，在一些实施例中，衬垫148可间置于每一光生物反应器模块112的顶部光传输部件128与堆叠中的下一最高光生物反应器模块112的底部光传输部件122之间。如图16中所图解说明，每一衬垫148可包含多个导管开口149，所述导管开口建立相应经堆叠光生物反应器模块112的光生物反应器导管132之间的流体连通。在一些实施例中，至少一个中央支撑开口150可提供于衬垫148的中央部分中以容纳中央板支撑件118中的至少一者的末端。拐角开口151可提供于每一衬垫148的相应拐角处以容纳下部光生物反应器模块112上的模块容座140及上部光生物反应器模块112上的模块支脚144。因此，衬垫148可提供邻近光生物反应器模块112的光生物反应器导管132之间的流体密闭密封。
除了促进对与光及温度相关的因素的控制以外，所揭示的设备允许控制影响海藻的生长速率的其它元素的控制，例如CO2浓度、O2含量及营养含量。如图式的图13中所图解说明，气体160、流体161、光162及其它物质或元素可按照每一光生物反应器模块112的光生物反应器导管132中的每一者中的海藻133的维持及生长的需要来提供。如上文所述，光162可为光源134(图1)提供的自然光、人造光或其组合。气体160、流体161及海藻133的维持及生长所需的其它元素可提供于生长介质(未图解说明)中，在所述生长介质中海藻133悬浮于每一光生物反应器导管132中。在一些实施例中，每一光生物反应器模块112可包含传感器(其在图13中示意性标示为“传感器A”、“传感器B”及“传感器C”)，所述传感器适于感测气体160、流体161、光162及海藻133的维持及生长所需的其它物质或元素的各种参数。举例来说，在图13中，传感器A可为气体传感器164，其感测光生物反应器导管132中的维持海藻的气体160的存在、浓度及/或其它参数；传感器B可为流体传感器165，其感测光生物反应器导管132中的流体161的存在、数量及/或其它参数；且传感器C可为光传感器166，其感测海藻133暴露于的光162的存在、光谱及/或其它参数。气体传感器164、流体传感器165及/或光传感器166可适于确定气体160、流体161及/或其它物质或元素的浓度或数量及光162的光谱、强度、在设备100内的源及目的地的可允许范围，以促进浓度、数量及其它参数的改变以便确保海藻133于光生物反应器导管132中的最优生长。如图14中所图解说明，气体传感器164、流体传感器165、光传感器166(图13)及任何额外传感器可提供于每一光生物反应器模块112的光生物反应器导管132中的一者或一者以上中。碳分子、生长介质及对于海藻133的维持及生长可为必须的其它物质可通过各种过程供应到海藻133，包含(但不限于)大气或环境洗涤器、压缩的浓缩物及工业排放物。在一些实施例中，冷却剂(未图解说明)可提供于每一光生物反应器导管132中以帮助控制内部环境温度。
如图式的图17及图18中所图解说明，在一些实施例中，柔韧多分叉双向海藻闸门170可提供且定位于光反应器导管132的下部边缘与歧管布置(例如，包括多个产物传送管105的产物传送组合件104(参见图1))之间。产物传送组合件104具有与光反应器导管132的末端配合的孔，其中所述孔与光反应器导管132的内部尺寸(例如，直径)为相同或几乎相同尺寸(例如，直径)。
每个光反应器导管132存在一个海藻闸门170。海藻闸门170经设计以在横跨所述海藻闸门存在差分压力时打开且充当允许向上或向下流动(此相依于差分压力的方向)的低阻力双向阀。当流动方向为向下时，海藻闸门170可允许轻轻脱落的海藻细胞休止于其上表面上，从而为海藻细胞提供最后一处休止圣地，且仍继续其在被光照的光反应器导管132中的生长。
海藻闸门170包括外轮缘171及多个柔韧内装置薄片(“叉形件”)172，所述多个柔韧内装置薄片从装置轮缘171向内延伸。如上文所述，海藻闸门170准许在差分压力的影响下的流体流动，一个侧为光生物反应器导管132侧且另一侧为产物传送组合件104侧的产物传送管105。如图1中所示，产物传送管105经耦合以允许由适合收集容器收集(例如)到图1中所示的产品收集器101。海藻的浮力通常将海藻保持在导管132中。
根据所属领域的技术人员的知识，接触光生物反应器导管132的下部边缘的装置轮缘171的作用类似于“O”形环的密封。海藻闸门170保持平面形状及相关联的水平平面定位，且因此只要横跨叉形件172的流体压力相等或几乎相等，海藻闸门便是关闭的。当所述平衡条件改变时(例如，通过打开下游阀)，叉形件172将沿流体流动的方向弯曲。如果从下方启动正压力泵，那么水及产物将向上流动，且叉形件172将向上弯曲，从而允许水及产物流过。叉形件172基本上为浮动的，但偏好其中间水平平面位置。其提供供海藻133栖息于其上的一种支架，从而将海藻133保持处于导管132的被光照部分中，因此防止海藻133落入黑暗的产物传送管105中。此还允许导管132中的个别水柱与产物传送组合件104(或歧管)且因此进一步与底面(或底座)的实质上无障碍流体连通，此完成包括经由水利传送的水重量支撑原理的特征。
由海藻闸门170提供的向上流动可为重要特征，因为可从设备的顶部或底部对模块进行收获。取决于生长阶段，海藻可受正浮力或负浮力。收获可发生在所述海藻的浮力的不同特性阶段处。因此，在从经堆叠模块设备的顶部收获正浮力海藻的情况下，可从下方将水抽送到导管132中(例如，通过产物传送组合件/歧管104)，从而导致水向上流动穿过海藻闸门170，致使水位在所有导管132中增加，因此将浮游的海藻携带到上部收获歧管中。
海藻闸门170可由各种物质形成。举例来说，耐水且柔韧的材料，例如许多合成橡胶材料中的任一者，例如，氯丁橡胶。材料也可提供对弱酸或弱碱的抵抗。海藻闸门170的外轮缘171几何形状可经制造以符合导管132中所采用的不同几何形状中的任一者，所述不同几何形状的实例可发现于图3、图4及图5中。
在典型应用中，设备100可用于生产及收获海藻生物产物(未图解说明)，例如，海藻生物质、海藻排泄物及海藻衍生产物，此为举例说明而非限制。海藻生物产物可用于生产海藻燃料或其它有用产品。
因此，如图8中所图解说明，海藻133可放置于每一光生物反应器模块112的光生物反应器导管132中的每一者中。海藻133可悬浮于含有气体160及流体161(图13)以及对于海藻133的维持及生长可为必须的任何其它化学品、物质及营养的海藻生长介质(未图解说明)中。光生物反应器导管132的内部可通过提供于光生物反应器模块112的顶部光传输面板128中的相应开口123(图7)来接达。相依于待从海藻133收获的海藻生物产物的生产要求，选定数目个光生物反应器模块112可(举例来说)以之前相对于图10及图11描述的方式彼此上下堆叠。此外，如图6中所图解说明，各自具有选定数目个经堆叠光生物反应器模块112的多个设备100可相对于彼此以大体邻近关系放置，以进一步增加设备100的海藻生长容量。
光源134(图1)可操作以分别通过光传输缆线135、光管分支136及光传输部件122、126及128将光162(图13)传输到每一光生物反应器模块112的每一光生物反应器导管132中。光162在光传输部件122、126及128与每一对应光生物反应器导管132之间的接触表面处从每一光传输部件122、126及128传输到每一光生物反应器导管132中。因此，海藻133由安置在每一光生物反应器导管132内部的生长介质中的气体160、流体161、光162及营养和物质来维持。气体传感器164、流体传感器165、光传感器166(图13)及任何额外传感器(未图解说明)可指示海藻133于每一光生物反应器导管132中暴露于的气体160、流体161、光162及其它物质的各种参数的范围。气体160、流体161、光162及其它物质的类型及数量可经调整以将所述元素维持在海藻133于光生物反应器导管132中的最优维持及生长的范围内。
作为其生长及新陈代谢的结果，海藻133产生海藻生物产物(未图解说明)，其可包含(但不限于)海藻生物质、海藻排泄物及海藻衍生产物。由海藻133产生的海藻生物产物可通过产物传送组合件104的产物传送管105从每一光生物反应器模块112的光生物反应器导管132排泄到设备100的收集容器101中。在一些实施例中，真空泵(未图解说明)可操作以通过产物传送组合件104的产物传送管105从每一光生物反应器导管132将海藻生物产物吸取到收集容器101中。可接着将海藻生物产物从收集容器101抽送、运输、投入或以其它方式移动到产物处理器102中。产物处理器102可将海藻生物产物转变成海藻燃料或其它产品。在其中多个光生物反应器模块112堆叠在设备100的产物传送组合件104上的应用中，间置于光生物反应器模块112之间的衬垫148(图10、图15及图16)提供相应光生物反应器模块112的光生物反应器导管132之间的流体密闭密封。光生物反应器模块112可通过将模块提升销154(图12)附接到每一所添加或所移除的光生物反应器模块112的顶部光传输面板128(代替模块容座140(图11))且使附接到起重设备(未图解说明)的缆线(未图解说明)延伸穿过每一模块提升销154的销环156来选择性地从设备100移除或添加到设备100。可接着操作起重设备以从设备100提升最上面的光生物反应器模块112或将额外光生物反应器模块112下降到设备100的最上面光生物反应器模块112上。
由于可对本文中的所述实施例做出细节上的许多修改、变化及改变，因此打算将前面说明中及附图中所显示的所有事物解释为说明性且不具有限制意义。因此，本发明的范围应由所附权利要求书及其法律等效内容来确定。通过举例方式，尽管在实例性实施例中未显示，但涵盖替代导管布置，例如，同心布置的导管的并入。此外，虽然本文中所描述及所描绘的实例性实施例详细说明从模块的底部收回或收获海藻材料，但所属领域的技术人员将明了海藻材料可同样容易地经由安装(例如)收集器管及歧管装置来从模块的顶部收获。

Claims (23)

1.一种用于生产海藻生物产物的光生物反应器模块，其包括：
至少上部光传输部件及下部光传输部件，其各自具有多个开口，其中所述上部光传输部件与所述下部光传输部件彼此间隔开，且所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的至少一者包含用于从光源耦合输入光且横向传输所述光的至少一个光连接端子，
多个光生物反应器导管，其各自从所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的相应开口延伸且界定海藻围阻内部空间，其中所述多个光生物反应器导管沿着接触区域接触所述上部光传输部件及下部光传输部件，且
其中由所述上部光传输部件及所述下部光传输部件横向传输的所述光沿着所述接触区域耦合到所述多个光生物反应器导管中。
2.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其进一步包括至少一个固体支撑件，所述至少一个固体支撑件从所述上部光传输部件及下部光传输部件中的所述多个开口中的相应开口之间延伸以用于结构加强。
3.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其中所述多个光生物反应器导管共享侧壁。
4.根据权利要求3所述的光生物反应器模块，其中所述光生物反应器模块为单件(一体式)结构。
5.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其中所述多个光生物反应器导管各自具有其自己的侧壁，其中所述侧壁的邻近表面物理接触。
6.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其中所述光连接端子经配置以用于接纳光传输缆线。
7.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其进一步包括所述光生物反应器导管中的至少一者中的气体传感器、流体传感器、温度传感器及光传感器中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其进一步包括间置于所述上部光传输部件与所述下部光传输部件之间的至少一个额外光传输部件。
9.根据权利要求1所述的光生物反应器模块，其中所述下部光传输部件及所述上部光传输部件以及所述多个光生物反应器导管都包括聚碳酸酯。
10.一种用于海藻生产及收获的垂直堆叠模块化设备，其包括：
多个光生物反应器模块，其彼此上下堆叠以用于生产海藻生物产物，所述光生物反应器模块各自包括：
至少上部光传输部件及下部光传输部件，其各自具有多个开口，其中所述上部光传输部件与所述下部光传输部件彼此间隔开，且所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的至少一者包含用于从光源耦合输入光且横向传输所述光的至少一个光连接端子，
多个光生物反应器导管，其各自从所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的相应开口延伸且界定海藻围阻内部空间，其中所述多个光生物反应器导管沿着接触区域接触所述上部光传输部件及下部光传输部件，
其中由所述上部光传输部件及所述下部光传输部件横向传输的所述光沿着所述接触区域耦合到所述多个光生物反应器导管中，及
衬垫，其包括多个导管开口，间置于所述多个光生物反应器模块中的邻近光生物反应器模块之间以用于为所述多个光生物反应器导管中的彼此上下堆叠的相应光生物反应器导管之间的模块/模块流体连通提供流体密闭密封。
11.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块进一步包括安置在所述多个所述光生物反应器模块的一侧上的拐角上的螺纹容座及所述多个光生物反应器模块的另一侧的拐角上的螺纹模块支脚，且其中来自所述多个光生物反应器模块中的一个上部光生物反应器模块的所述螺纹模块支脚以旋拧方式插入到所述多个光生物反应器模块中的一个下部光生物反应器模块的所述螺纹容座中。
12.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块中的每一者进一步包括至少一个固体支撑件，所述至少一个固体支撑件从所述上部光传输部件及下部光传输部件中的相应开口之间延伸以用于结构加强。
13.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块中的每一者中的所述多个光生物反应器导管共享侧壁。
14.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块各自为单件(一体式)结构。
15.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块中的每一者中的所述多个光生物反应器导管各自具有其自己的侧壁，其中所述侧壁的邻近表面物理接触。
16.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其中所述多个光生物反应器模块中的每一者中的所述光连接端子经配置以用于接纳光传输缆线。
17.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其进一步包括光纤光传输缆线，所述光纤光传输缆线耦合到所述光连接端子以用于将所述光从所述光源传输到所述上部光传输部件及所述下部光传输部件中的每一者中。
18.根据权利要求10所述的垂直堆叠模块化设备，其进一步包括间置于所述上部光传输部件与所述下部光传输部件之间的至少一个额外光传输部件。
19.一种用于生产海藻生物产物的方法，其包括：
在至少一个生物反应器模块中提供海藻，所述至少一个生物反应器模块包括各自界定海藻围阻内部空间且各自从上部光传输部件及下部光传输部件中的相应开口延伸的多个光生物反应器导管，其中所述多个光生物反应器导管沿着接触区域接触所述上部光传输部件及所述下部光传输部件，
将由所述上部光传输部件及所述下部光传输部件接收的光横向传输到所述多个光生物反应器导管，及
沿着所述接触区域将所述光耦合输入于所述多个光生物反应器导管内以到达所述海藻。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述至少一个生物反应器模块包括彼此上下堆叠的多个光生物反应器模块。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述多个光生物反应器模块提供所述多个光生物反应器导管中的彼此上下堆叠的相应光生物反应器导管之间的模块/模块流体连通。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述耦合输入包括光纤耦合。
23.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括控制所述海藻围阻内部空间内的气体浓度、流体流量、温度及光级中的至少一者。
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