CN102533521B - 光生物反应器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光生物反应器装置，包括：由透光材料制成的螺旋管，在所述螺旋管中容纳光合微生物培养液；和由透光材料制成的第一保温套，所述第一保温套的内部中空腔中流通保温流体，用于把所述螺旋管内的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。在本发明的光生物反应装置中，由于提供了保温套，从而能够把光合微生物培养液保持在适宜的温度，从而保证光合微生物细胞快速生长、提高光合微生物对光的利用效率和提高光合微生物产量。另外，本发明还在光生物反应装置的内部设有光源，从内部向光合微生物培养液提供额外光照，从而能够增加光合微生物细胞受光几率，提高整体产量。

Description

光生物反应器装置

技术领域

本发明涉及一种光生物反应器装置。

背景技术

微藻是一种光自养生物，微藻自养过程中光是影响其生物量的主要限制因子之一。现有的光生物反应器由于受光不均匀，存在一侧受光强，另一侧受光弱的问题。微藻细胞接受光照的几率不均等，影响了微藻细胞对光的利用效率。

微藻需要在一个稳定的适宜温度条件下才能实现持续快速生长。但现有的光生物反应器由于受外界环境温度的变化影响波动比较大，不能保持微藻生长需要的稳定的适宜温度，在不断变化的温度条件下，微藻细胞不能保持快速生长状态，从而降低了微藻的光的利用效率，进而影响了微藻的总生物量。

在光自养培养过程中，微藻通过光合作用将光能最终转换成稳定的化学能。微藻细胞对光能利用效率的高低直接影响着微藻生物量。一般条件下微藻对光能的利用效率仅为2.5％，而理论最大值为10％。因此提高光能利用效率的空间还很大。

现有的光生物反应器在用于微藻细胞的高密度养殖中，由于细胞之间存在相互遮掩作用，随着细胞密度的增加，遮掩作用越严重。细胞之间的遮掩作用使藻液内部的个体微藻细胞的受光几率不均等，影响了微藻细胞对光的吸收利用(绿藻一般当细胞密度吸光度在750nm下为1.0左右，在藻液深度为5cm处光已经衰减掉将近90％)因此，有效提高培养液中微藻细胞整体对光的利用效率成为一大难题。

现有的光生物反应器，例如申请号为200420042934.3的中国实用新型专利公开的“螺旋管式光生物反应器”，其仅是考虑了用螺旋管式光生物反应器环绕在光源周围，以提高光合利用效率，但没有考虑到微藻培养液温度会受光源以及光生物反应器所处环境温度变化的影响，从而影响微藻的快速生长。

发明内容

本发明提供一种光生物反应器装置，其能够把光生物反应器内的培养液保持在适宜的温度内，从而能够提高光合微生物对光的利用效率、维持光合微生物细胞快速生长和提高光合微生物产量。

根据本发明的一个方面，提供一种光生物反应器装置，包括：由透光材料制成的螺旋管，在所述螺旋管中容纳光合微生物培养液；和由透光材料制成的第一保温套，所述第一保温套用于把所述螺旋管内的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一保温套为圆筒形，具有内壁和外壁；并且所述螺旋管位于所述第一保温套的内壁所环绕的内部中空腔中。

在本发明的另一优选实施例中，所述第一保温套(2)为圆筒形，具有内壁(2a)和外壁(2b)；并且所述螺旋管(3)盘绕在所述第一保温套(2)的外壁(2b)上。

在本发明的一个优选实施例中，所述的光生物光合微生物反应装置还包括由透光材料制成的第二保温套，所述第二保温套套在所述第一保温套的外面；并且所述螺旋管位于所述第一保温套和第二保温套之间。

在本发明的一个优选实施例中，所述预定的温度范围为10℃至40℃。

在本发明的一个优选实施例中，所述预定的温度范围为20℃至35℃。

在本发明的一个优选实施例中，所述预定的温度范围为25℃至30℃。

在本发明的一个优选实施例中，所述光生物反应器装置还包括光源，所述光源设置在所述第一保温套的内部中空腔中，用于向螺旋管中的光合微生物培养液提供额外的光照。

在本发明的一个优选实施例中，所述光生物反应器装置还包括光源支架，所述光源支架放置在所述第一保温套的内部中空腔中，用于安装所述光源。

在本发明的一个优选实施例中，所述光源为防水灯管，所述防水灯管的两端分别固定在光源支架上。

在本发明的一个优选实施例中，所述光生物反应器装置包括多个光源支架，所述多个光源支架沿第一保温套的轴线方向间隔地布置，并且任意两个相邻的光源支架之间的间距等于防水灯管的长度；并且在任意两个相邻的光源支架之间安装有一个或多个防水灯管。

在本发明的一个优选实施例中，所述光源支架为具有多个螺旋叶片的螺旋桨状支架，所述防水灯管安装在所述螺旋桨状支架的中心或各个螺旋叶片上。

根据本发明的另一个方面，还提供一种光生物反应器装置，包括：由透光材料制成的第一保温套；和由透光材料制成的第二保温套，所述第二保温套套在所述第一保温套的外面。其中，在所述第一保温套的内部中空腔中容纳光合微生物培养液，并且在第一保温套和第二保温套之间的间隙(g)中流通保温流体，用于把所述第一保温套的内部中空腔(2c)中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。

根据本发明的另一个方面，还提供一种光生物反应器装置，包括：由透光材料制成的第一保温套；和由透光材料制成的第二保温套，所述第二保温套套在所述第一保温套的外面。在第一保温套和第二保温套之间的间隙中容纳光合微生物培养液，并且在所述第一保温套的内部中空腔(2c)中流通保温流体，用于把所述第一保温套和第二保温套之间的间隙中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。

在本发明的光生物反应器装置中，由于提供了保温套，从而能够把光合微生物培养液保持在适宜的温度，从而保证光合微生物细胞快速生长、提高光合微生物对光的利用效率和提高光合微生物产量。另外，本发明还在光生物反应器装置的内部设有光源，从内部向光合微生物培养液提供额外光照，从而能够增加光合微生物细胞受光几率，提高整体产量。

附图说明

图1显示根据本发明的第一优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；

图2显示图1所示的光生物反应器装置的俯视图；

图3显示图1所示的光生物反应器装置中的第一保温套的结构示意图；

图4显示在光生物反应器装置的光源支架上安装多个灯管的示意图；

图5显示根据本发明的第二优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；

图6显示图5所示的光生物反应器装置的俯视图；

图7显示根据本发明的第三优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；

图8显示图7所示的光生物反应器装置的俯视图；

图9显示根据本发明的第四优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；

图10显示图9所示的光生物反应器装置的俯视图；

图11显示根据本发明的第五优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；和

图12显示图11所示的光生物反应器装置的俯视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

[第一实施例]

图1显示根据本发明的第一优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；图2显示图1所示的光生物反应器装置的俯视图。

如图1所示，在图示的优选实施例中，光生物反应器装置主要包括由透光材料制成的螺旋管3和由透光材料制成的第一保温套2。在本发明的优选实施例中，制造螺旋管3和第一保温套2的透光材料可以为透明玻璃、透明塑料等。

图3显示图1所示的光生物反应器装置中的第一保温套的结构示意图。如图3所示，第一保温套2为圆筒形，具有内壁2a和外壁2b。第一保温套2的内部中空腔2c中限定容纳保温流体的流体腔，该容纳保温流体的流体腔与外部冷暖流体机(未图示)相通，形成一个流体闭合循环管路。在该循环管路中，流体温度通过冷暖流体机调节，可以设定一个适宜的温度范围，例如25℃至30℃，使得保温套2中的流体保持在该设定的温度范围内。若环境温度过冷或过热，为了保证保温套中的流体温度的波动不至于过大，可以加快流体循环速度，达到保温的效果。

如图1、图2和图3所示，在该优选实施例中，螺旋管3中容纳光合微生物(例如，微藻)培养液。并且螺旋管3盘绕在第一保温套2的外壁2b上。这样，第一保温套2就可以与螺旋管3中的光合微生物培养液之间进行热传递，从而将光合微生物培养液的温度保持在适宜的预定的温度范围内。

由于各个不同的光合微生物的适宜生长温度存在一定的差异，因此，前述预定的温度范围根据不同的光合微生物可以有所不同。

在本发明的一个优选实施例中，预定的温度范围可以为10℃至40℃。优选地，预定的温度范围可以为15℃至35℃。优选地，预定的温度范围可以为20℃至35℃。优选地，预定的温度范围可以为20℃至30℃。优选地，预定的温度范围可以为25℃至30℃。

当然，前述预定的温度范围还可以是围绕某个固定的温度上下稍微波动的温度范围，例如，可以为(T-e)℃至(T+e)℃，其中T为最适合光合微生物生长的固定的温度，e为温度波动。例如，在本发明的一个优选实施例中，T可以为25℃，e可以为小于1℃。

如图1、图2和图3所示，在本发明的一个优选实施例中，光生物反应器装置还包括光源4。该光源4设置在第一保温套2的内部中空腔2c中，用于向螺旋管3中的光合微生物提供额外的光照。这样，不仅在自然光照不足的情况下，可以为螺旋管3中的光合微生物提供更多的光照，而且能够使位于螺旋管3内侧的光合微生物也能够获得充足的光照，这样就能够提高光合微生物细胞受光几率，提高整体产量。

请继续参见图1、图2和图3，图示的光生物反应器装置还包括光源支架1，该光源支架1放置在第一保温套2的内部中空腔2c中，用于把光源4固定和安装在其上。

在本发明的一个优选实施例中，光源4为防水灯管，防水灯管的两端分别固定在光源支架1上。

尽管未图示，在本发明的一个优选实施例中，光生物反应器装置包括多个光源支架1，该多个光源支架1沿第一保温套2的轴线方向间隔地布置，并且任意两个相邻的光源支架1之间的间距等于防水灯管的长度。

在本发明的一个优选实施例中，在任意两个相邻的光源支架1之间可以安装有一个或多个防水灯管。图1和图2显示在光生物反应器装置的两个相邻的光源支架之间安装一个灯管的示意图。图4显示在光生物反应器装置的两个相邻的光源支架之间安装多个灯管的示意图。

请参见图1、图2和图4，在本发明的一个优选实施例中，光源支架1为具有多个螺旋叶片的螺旋桨状支架，防水灯管安装在螺旋桨状支架的中心或各个螺旋叶片上。

[第二实施例]

图5显示根据本发明的第二优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图；图6显示图5所示的光生物反应器装置的俯视图。

如图5和图6所示，与图1至图4所示的第一优选实施例相比，本发明的第二优选实施例的一个主要不同点在于：第二优选实施例的光生物反应器装置还包括透光材料制成的第二保温套5。

如图5和图6所示，在本发明的第二优选实施例中，第二保温套5套在第一保温套2的外面，并且螺旋管3位于第一保温套2和第二保温套5之间。这样，第一保温套2用于与螺旋管3进行热交互，而第二保温套5相当于一层防护外套，有助于防止螺旋管3向外散热，能够起到一定的保温效果，因此，与第一优选实施例相比，第二优选实施例能够更有效地将光合微生物培养液的温度保持在预定的温度范围内。

在本发明的该优选实施例中，第二保温套5除了内径尺寸大于第一保温套2外，其余结构与第一保温套2相同，故省略其进一步的详细说明。

[第三实施例]

图7显示根据本发明的第三优选实施例的光生物反应装置的立体示意图；和图8显示图7所示的光生物物反应装置的俯视图。

如图7和图8所示，与图1至图4所示的第一优选实施例相比，本发明的第三优选实施例的一个主要不同点在于：第三优选实施例的光生物反应器装置的螺旋管3位于第一保温套2的内壁2a所环绕的内部中空腔2c中，而不是像第一优选实施例那样盘绕在第一保温套2的外壁2b上。这样，螺旋管3就浸没在第一保温套2的内部中空腔2c中的保温流体中，从而能够更有效地将螺旋管3内的光合微生物培养液的温度保持在预定的温度范围内。

[第四实施例]

图9显示根据本发明的第四优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图，和图10显示图9所示的光生物反应器装置的俯视图。

如图9和图10所示，第四优选实施例的光生物反应器装置主要包括由透光材料制成的第一保温套2和由透光材料制成的第二保温套5，并且第二保温套5套在第一保温套2的外面。

如图9和图10所示，在第一保温套2的内部中空腔2c中容纳光合微生物培养液，并且在第一保温套2和第二保温套5之间的间隙g中流通保温流体，用于把第一保温套2的内部中空腔2c中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。

另外，如图9和图10所示，在第一保温套2的内部中空腔2c中还安装有与前面各个优选实施例相同或类似的光源和光源支架，至于光源和光源支架的具体结构可以参见前面的各个优选实施例，为了简洁起见，这里不再赘述。

图9和图10所示的第四优选实施例与图5和图6所示的第三优选实施例相比，一个主要优点在于去除了螺旋管，因此，能够节省成本。

[第五实施例]

图11显示根据本发明的第五优选实施例的光生物反应器装置的立体示意图，和图12显示图11所示的光生物反应器装置的俯视图。

如图11和图12所示，第五优选实施例的光生物反应器装置主要包括由透光材料制成的第一保温套2和由透光材料制成的第二保温套5，并且第二保温套5套在第一保温套2的外面。

如图11和图12所示，在第一保温套2和第二保温套5之间的间隙g中容纳光合微生物培养液，并且在第一保温套2的内部中空腔2c中流通保温流体，用于把第一保温套2和第二保温套5之间的间隙g中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内。

另外，如图11和图12所示，在第一保温套2的内部中空腔2c中还安装有与前面各个优选实施例相同或类似的光源和光源支架，至于光源和光源支架的具体结构可以参见前面的各个优选实施例，为了简洁起见，这里不再赘述。

图11和图12所示的第五优选实施例与图5和图6所示的第三优选实施例相比，一个主要优点在于去除了螺旋管，因此，能够节省成本。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (7)

1.一种光生物反应器装置，包括：

由透光材料制成的螺旋管(3)，在所述螺旋管(3)中容纳光合微生物培养液；和

由透光材料制成的第一保温套(2)，所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中流通保温流体，用于把所述螺旋管(3)内的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内；

所述第一保温套(2)为圆筒形，具有内壁(2a)和外壁(2b)；并且所述螺旋管(3)盘绕在所述第一保温套(2)的外壁(2b)上，或者所述螺旋管(3)位于所述第一保温套(2)的内壁(2a)所环绕的内部中空腔(2c)中；

光源(4)，所述光源(4)设置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于向螺旋管(3)中的培养液中培养的光合微生物提供额外的光照；

光源支架(1)，所述光源支架(1)放置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于安装所述光源(4)；

所述光源(4)为防水灯管，所述防水灯管的两端分别固定在所述光源支架(1)上；

所述光源支架设有多个，所述光源支架(1)沿第一保温套(2)的轴线方向间隔地布置，并且任意两个相邻的所述光源支架(1)之间的间距等于所述防水灯管的长度；并且在任意两个相邻的所述光源支架(1)之间安装有一个或多个所述防水灯管；

所述光源支架(1)为具有多个螺旋叶片的螺旋桨状支架，所述防水灯管安装在所述螺旋桨状支架的中心或各个螺旋叶片上。

2.根据权利要求1所述的光生物反应器装置，还包括：

由透光材料制成的第二保温套(5)，所述第二保温套(5)套在所述第一保温套(2)的外面；并且

所述螺旋管(3)位于所述第一保温套(2)和第二保温套(5)之间。

3.根据权利要求1所述的光生物反应器装置，其特征在于：所述预定的温度范围为10℃至40℃。

4.根据权利要求1所述的光生物反应器装置，其特征在于：所述预定的温度范围为20℃至35℃。

5.根据权利要求1所述的光生物反应器装置，其特征在于：所述预定的温度范围为25℃至30℃。

6.一种光生物反应器装置，包括：

由透光材料制成的第一保温套(2)；和

由透光材料制成的第二保温套(5)，所述第二保温套(5)套在所述第一保温套(2)的外面，其中，在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中容纳光合微生物培养液，并且在第一保温套(2)和第二保温套(5)之间的间隙(g)中流通保温流体，用于把所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内；

光源(4)，所述光源(4)设置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于向第一保温套(2)的内部中空腔(2c)内的培养液中培养的光合微生物提供额外的光照；

光源支架(1)，所述光源支架(1)放置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于安装所述光源(4)；

所述光源(4)为防水灯管，所述防水灯管的两端分别固定在所述光源支架(1)上；

所述光源支架设有多个，所述光源支架(1)沿第一保温套(2)的轴线方向间隔地布置，并且任意两个相邻的所述光源支架(1)之间的间距等于所述防水灯管的长度；并且在任意两个相邻的所述光源支架(1)之间安装有一个或多个所述防水灯管；

所述光源支架(1)为具有多个螺旋叶片的螺旋桨状支架，所述防水灯管安装在所述螺旋桨状支架的中心或各个螺旋叶片上。

7.一种光生物反应器装置，包括：

由透光材料制成的第一保温套(2)；和

由透光材料制成的第二保温套(5)，所述第二保温套(5)套在所述第一保温套(2)的外面，其中，在第一保温套(2)和第二保温套(5)之间的间隙(g)中容纳光合微生物培养液，并且在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中流通保温流体，用于把所述第一保温套(2)和第二保温套(5)之间的间隙(g)中的光合微生物培养液保持在预定的温度范围内；

光源(4)，所述光源(4)设置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于第一保温套(2)和第二保温套(5)之间的间隙(g)内的培养液中培养的光合微生物提供额外的光照；

光源支架(1)，所述光源支架(1)放置在所述第一保温套(2)的内部中空腔(2c)中，用于安装所述光源(4)；

所述光源(4)为防水灯管，所述防水灯管的两端分别固定在所述光源支架(1)上；

所述光源支架设有多个，所述光源支架(1)沿第一保温套(2)的轴线方向间隔地布置，并且任意两个相邻的所述光源支架(1)之间的间距等于所述防水灯管的长度；并且在任意两个相邻的所述光源支架(1)之间安装有一个或多个所述防水灯管；

所述光源支架(1)为具有多个螺旋叶片的螺旋桨状支架，所述防水灯管安装在所述螺旋桨状支架的中心或各个螺旋叶片上。