CN201541550U

CN201541550U - 自动化藻类培养装置

Info

Publication number: CN201541550U
Application number: CN2009201789724U
Authority: CN
Inventors: 杨咏翔; 俞铭诚; 郑俊明; 邓宗禹; 林健峯
Original assignee: BIOTREE BIOLOGICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BIOTREE BIOLOGICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2019-10-12

Abstract

本实用新型是有关于一种自动化藻类培养装置，包括光合反应器模块及辅助设备模块。光合反应器模块包括透光容器，其用以容纳含有藻类的藻液。辅助设备模块包括液压过滤器、缓冲水槽及曝气机。液压过滤器用以过滤出藻液中的藻类，而液压过滤器与透光容器的出水口连通以利用重力过滤藻类。缓冲水槽与透光容器的入水口连通。曝气机与该透光容器的入气口连通。本实用新型的自动化藻类培养装置能使养藻的设备小型化及普及化；此外，本实用新型所提出的自动化藻类培养装置的用途可应用于节能减碳、清净空气、造景及照明。

Description

自动化藻类培养装置

技术领域

本实用新型涉及一种藻类培养装置及其用途以及藻类培养方法，特别是涉及一种自动化藻类培养装置及其用途以及自动化藻类培养方法。

背景技术

利用藻类养殖设施饲养藻类，以其光合作用吸收二氧化碳，作为减碳的设施，已为人所周知，微藻类固定二氧化碳的效率可达一般陆生植物的数十倍，为以生物减碳的最佳应用。

目前用于藻类养殖的设备，大型养殖场一般皆使用开放式平面池，需要广大面积，且易受天候影响，导致产量不稳定，且有遭外来生物污染之虞。为克服此问题，乃有所谓密闭式的光合生物反应器的产生，所谓光合生物反应器，将培养基灌注其内，接种藻种后，以曝气的方式提供二氧化碳并于光合生物反应器内循环。

待藻类成长至一定浓度时，则配合连续式离心机、压滤机及喷雾干燥机，将藻类干燥成干燥藻体状态，以进行进一步的加工处理。

此类光合生物反应器多为养藻场或专业实验室使用，并需搭配诸多周边配备如曝气机、营养剂补充槽、补水帮浦、藻类回收设备以及专业的操作人员运转及维护。也因此仅能用于专业化的商业运转，难以普及。

此外，在温室效应日趋严重的今天，如果养藻的设备能够普及化，让公共空间或家庭中皆能轻松的培养藻类，如同多数家庭中皆有的水族缸，对于节能减碳将有范围更广大的助力，同时，在人群密集的公共空间中，培养微藻更能快速且有效的净化室内空气品质。这些都是目前专业化的养殖设备作不到的。

最主要需要克服的技术障碍有二，其一是如何简便有效的收成微藻，让养殖设备中的藻类生物质量(biomass)维持在快速增殖的阶段并达到最高密度；其二是维持密闭养殖系统中的环境稳定，包括水质、酸碱度、营养剂含量、光照条件、曝气量等，皆能长期保持在适合藻类生长的条件。

由此可见，上述现有的藻类培养装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的自动化藻类培养装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有的藻类培养装置存在的缺陷，而提供一种新的自动化藻类培养装置，所要解决的技术问题是使其能使养藻的设备小型化及普及化，非常适于实用。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种自动化藻类培养装置，包括光合反应器模块及辅助设备模块。光合反应器模块包括透光容器，其用以容纳含有藻类的藻液。辅助设备模块包括液压过滤器、缓冲水槽及曝气机。液压过滤器用以过滤出藻液中的藻类，而液压过滤器与透光容器的出水口连通以利用重力过滤藻类。缓冲水槽与透光容器的入水口连通。曝气机与透光容器的入气口连通。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，光合反应器模块更包括辅助光源，设置于透光容器上。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，液压过滤器包括滤袋或滤网。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，当自动化藻类培养装置具有多个光合反应器模块时，光合反应器模块的排列方式包括平行式排列、串联式排列或矩阵式排列。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，液压过滤器与缓冲水槽连通。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，液压过滤器该曝气机连通。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，辅助设备模块更包括液位补充泵，连通透光容器与缓冲水槽。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，辅助设备模块更包括中央控制器，与设置于透光容器上的感测器相连接。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，环境参数包括藻液温度、藻液酸碱值、藻液液位、透光容器的入气口处的第一二氧化碳浓度、透光容器的出气口处的第二二氧化碳浓度、照光时间、收成时间或上述参数的组合。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，更包括除雾过滤模块，罩住透明容器的出气口，且除雾过滤模块包括滤网及除雾隔板。滤网设置于出气口上方。除雾隔板设置于出气口与滤网之间。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，透光容器包括薄板式容器或管柱式容器。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，依照光合反应器模块与辅助设备模块之间为分离设置或结合设置的情况，自动化藻类培养装置包括分离式装置或结合式装置。

依照本实用新型的一实施例所述，在上述的自动化藻类培养装置中，辅助设备模块对应一个或多个光合反应器模块。

借由上述技术方案，本实用新型自动化藻类培养装置至少具有下列优点及有益效果：

由于本实用新型所提出的自动化藻类培养装置将数个组成构件整合至辅助设备模块中，因此能使养藻的设备小型化及普及化。

此外，利用本实用新型所提出的自动化藻类培养方法可藉由中央控制器及液压过滤器自动化地回收藻体。此外，收成的干燥藻体，还可进一步应用于食品、化妆品或生质能源等用途。

另外，本实用新型所提出的自动化藻类培养装置的用途可应用于节能减碳、清净空气、造景及照明。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为本实用新型的一实施例的自动化藻类培养装置的示意图。

图2至图7所绘示为本实用新型的其他实施例的自动化藻类培养装置的示意图。

图8所绘示为本实用新型一实施例的自动化藻类培养方法的流程图。

图9所绘示为本实用新型的第一实验例的螺旋藻的成长曲线图。

图10所绘示为本实用新型的第二实验例的螺旋藻的成长曲线图。

图11所绘示为本实用新型的第一及第二实验例所使用的藻浓度检量线的曲线图。

100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6：自动化藻类培养装置

102：光合反应器模块

104：辅助设备模块

106：透光容器

106a：管柱式容器

108：藻液

110：辅助光源

112：液压过滤器

114：缓冲水槽

116：曝气机

116a：曝气头

118：出水口

120：滤袋或滤网

122：入水口

124：入气口

126：液位补充泵

128：中央控制器

130：出气口

132：温度感测器

134：酸碱感测器

136：液位感测器

138：二氧化碳浓度感测器

140：除雾过滤模块

142：滤网

144：除雾隔板

S100、S102、S104、S106、S108：步骤标号

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的自动化藻类培养装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1所绘示为本实用新型的一实施例的自动化藻类培养装置的示意图。图2至图7所绘示为本实用新型的其他实施例的自动化藻类培养装置的示意图。在图2至图7中，与图1相同模块(即模组，以下均称为模块)可具有相同的构件，其中相同的构件则使用相同的标号，且不再进行赘述。

请参照图1所示，自动化藻类培养装置100，包括光合反应器模块102及辅助设备模块104。在自动化藻类培养装置100中，辅助设备模块104可对应一个或多个光合反应器模块102。在本实施例中，是以一个辅助设备模块104对应一个光合反应器模块102为例进行说明。

光合反应器模块102包括透光容器106，其用以容纳含有藻类的藻液108。其中，本实施所养殖的藻类依照生长水域的不同可为淡水藻种或海水藻种，依照体型的不同可为微藻或大型藻。本实施所养殖的藻类例如是绿藻、蓝绿藻或红藻等。藻液108中除了所植入的藻种之外，还具有用于培养藻类的培养液。透光容器106的材料例如是玻璃、亚克力或塑胶，其制造方法例如是利用射出成型、真空成型、押出成型或吹出成型等方法制造。

请同时参照图1至图2所示，本实用新型的透光容器并不限于图1中以薄板式容器的形态呈现的透光容器106，只要是透明且可容纳藻液108的容器即可。举例来说，透光容器也可以是图2中的自动化藻类培养装置100-1的管柱式容器106a。

此外，请继续参照图1所示，光合反应器模块102更可包括设置于透光容器106上的辅助光源110，可于夜间提供藻液108中的藻类足够的照明时间。辅助光源110例如是LED晶粒或日光灯，而本实施例是以LED晶粒为例进行说明。辅助光源110的功率例如是30W至300W。

辅助设备模块104包括液压过滤器112、缓冲水槽114及曝气机116。请同时参照图1与图3所示，依照光合反应器模块102与辅助设备模块104之间为分离设置或结合设置的情况，自动化藻类培养装置100可为分离式装置或结合式装置。在图1的实施例中，自动化藻类培养装置100为光合反应器模块102与辅助设备模块104一体化的结合式装置，但本实用新型并不以为限。在图3的实施例中，自动化藻类培养装置100-2也可为光合反应器模块102与辅助设备模块104彼此分离的分离式装置。

请同时参照图1、图3及图4所示，虽然在图1及图3中，是以一个辅助设备模块104对应一个光合反应器模块102为例进行说明，但本实用新型并不以此为限。举例来说，在图4的自动化藻类培养装置100-3中，一个辅助设备模块104可对应多个(两个)光合反应器模块102。

此外，请同时参照图5至图7所示，当自动化藻类培养装置具有多个光合反应器模块102时，在此技术领域具有通常知识者依据需求可将光合反应器模块102进行特定方式的排列。在图5的自动化藻类培养装置100-4中，光合反应器模块102的排列方式例如是平行式排列。在图6的自动化藻类培养装置100-5中，光合反应器模块102的排列方式例如是串联式排列。在图7的自动化藻类培养装置100-6中，光合反应器模块102的排列方式例如是矩阵式排列。

同样地，虽然图5至图7中的自动化藻类培养装置100-4、100-5、100-6各个单元为一体化的结合式装置，且以一个辅助设备模块104对应一个光合反应器模块102的形态为例进行说明。然而，在此技术领域具有通常知识者可参照图3及图4所揭露的内容，将图5至图7中的自动化藻类培养装置100-4、100-5、100-6设计成分离式装置，及/或一个辅助设备模块104对应多个光合反应器模块102的形态。

请再次参照图1所示，液压过滤器112可利用透明容器106中的藻液108的液压，过滤出藻液108中的藻类，而液压过滤器112与透光容器106的出水口118连通以利用重力过滤藻类，且不需外接电源。液压过滤器112包括滤袋或滤网120。滤袋或滤网120的材料例如是不织布、铁氟龙(Teflon)、塑胶、人造纤维等材料。滤袋或滤网120的孔径例如是0.5微米至200微米，可视养殖藻种不同而进行孔径的选择。

缓冲水槽114与透光容器106的入水口122连通，用以维持透明容器106中藻液的108的所需液位高度。缓冲水槽114更可与液压过滤器112连通，以容纳从液压过滤器112所过滤出的滤液。透明容器106与缓冲水槽114的总容积的比值例如是10％至80％。藻体收成时，一般将过滤总藻液体积的30％至80％，剩余藻液则提供足够的起始浓度供下一阶段养殖。而滤出液则视藻种条件的不同可循环使用一周至半年，再进行更换新水。若因空间限制使缓冲水槽114的体积小于过滤藻液体积，可由液位补充泵126持续将滤出液回补回透明容器106，而由于透明容器106中的藻液浓度受到滤液的持续稀释，可延长过滤时间增加总过滤量，以达预定的干燥藻体收成量。

曝气机116与透光容器106的入气口124连通，抽取曝气机116周遭的空气，曝气机116的曝气头116a将空气打入透光容器106中的藻液108中，造成混合搅拌以及使二氧化碳溶解的作用。由于二氧化碳较大气中主要成份的氧气与氮气重，曝气机116由低处抽气，可抽取到浓度较高的二氧化碳；或者可将曝气机116的进气端连结工厂、厨房或焚化炉等的排烟管道或公共空间、家庭等处的污浊空气，提供更高浓度的二氧化碳。

另外，曝气机116可与液压过滤器112连通，藉此可利用曝气机116的气压将残余的藻液108或滤液打入缓冲水槽114中，以及将过滤出的藻类吹干，而形成干燥藻体。

此外，辅助设备模块104更可包括液位补充泵126及中央控制器128。液位补充泵126连通透光容器106与缓冲水槽114，可将缓冲水槽114中的滤液以及添加于滤液中的营养剂注入透光容器106。此营养剂可以液态剂型或固态粉末直接加入缓冲水槽114中，或将营养剂粉末加入新的滤袋或滤网120中，在每次过滤藻液108的同时，将营养剂溶出至滤出液中，再由液位补充泵126将营养剂送入透明容器106中。

中央控制器128与用以监控藻液108的环境参数的感测器相连接，感测器例如是设置于透光容器106上及透光容器106的入气口124与出气口130处。环境参数例如是藻液温度、藻液酸碱值、藻液液位、透光容器106的入气口124的第一二氧化碳浓度、透光容器106的出气口130的第二二氧化碳浓度、照光时间、收成时间或上述参数的组合。中央控制器128例如是藉由辅助设备模块104的温度感测器132、酸碱感测器134、液位感测器136及二氧化碳浓度感测器138来分别量测藻液温度、藻液酸碱值、藻液液位、透光容器106的入气口124处的第一二氧化碳浓度及透光容器106的出气口130处的第二二氧化碳浓度。其中，藉由量测透光容器106的入气口124处的第一二氧化碳浓度及透光容器106的出气口130处的第二二氧化碳浓度可即时得知二氧化碳吸收的效率。同时，可加装光度感测器(ODsensor)(未绘示)至透光容器106内，以即时监控藻液浓度。

另一方面，自动化藻类培养装置100更包括除雾过滤模块140，罩住透明容器106的出气口130，以去除光合反应器模块102排放气体中的水汽及异味。如本系统设至于室外或用于处理工厂废气，可选择不加装除雾过滤模块140。

除雾过滤模块140包括滤网142及除雾隔板144。滤网142设置于出气口130上方。滤网142例如是活性碳滤网。除雾隔板144设置于出气口130与滤网142之间。在自动化藻类培养装置100加装除雾过滤模块140的情况下，用于量测透光容器106的出气口130处的第二二氧化碳浓度的二氧化碳浓度感测器138设置于除雾过滤模块138中且位于滤网142上方。

基于上述，由于自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6将数个组成构件整合至辅助设备模块104中，而可藉由自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6建立一个完整的自动化藻类培养系统，因此能使养藻的设备小型化、简单化及普及化。

藉此，上述实施例中的自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6的用途可应用于室内空间的窗边，白天阳光强烈时吸收阳光及阻隔热能，减低空调系统负荷，同时净化室内空气，吸收二氧化碳，排出光合作用中生成的氧气进入室内。在夜间，自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6可开启辅助照明，维持光合作用进行，并成为室内的温和光照来源。同时，藉由养殖不同颜色的藻类(如绿藻、蓝绿藻、红藻等)，本自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6可呈现不同的色彩，是室内景观墙的绝佳应用。因此，自动化藻类培养装置100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6同时兼俱清净空气、节能减碳、照明、造景与装置艺术的功能。

图8所绘示为本实用新型一实施例的自动化藻类培养方法的流程图。在此自动化藻类培养方法中，所使用的自动化藻类培养设备例如是如上述图1至图7中所揭露的自动化藻类培养设备100、100-1、100-2、100-3、100-4、100-5、100-6。

请参照图8所示，首先进行步骤S100，在透光容器中加入含有藻类的藻液。其中，藻液中更包括培养液。

接着，进行步骤S102，藉由中央控制器监控环境参数，以防止自动化藻类培养装置发生异常。环境参数例如是藻液温度、藻液酸碱值、藻液液位、透光容器的入气口的第一二氧化碳浓度、透光容器的出气口的第二二氧化碳浓度、照光时间、收成时间或上述参数的组合。

然后，进行步骤S104，到达收成时间时，进行多次循环抽水。其中，进行一次循环抽水包括下列步骤。首先，藻液自动排至液压过滤器，以过滤出藻类及滤液，其中滤液流入缓冲水槽。接着，使滤液从缓冲水槽回流至透光容器，直至达到预定藻液液位。其中，在使滤液从缓冲水槽回流至透光容器之前，更可在滤液中加入营养剂。步骤S104例如是藉由中央控制器控制打开阀门的时间，而使藻液自动排至液压过滤器，且例如是藉由液位补充泵使滤液从缓冲水槽回流至透光容器。

接下来，可选择性地进行步骤S106，藉由曝气机将液压过滤器中过滤出的藻类吹干，而形成干燥藻体。同时，可藉由曝气机将残余的藻液或滤液打入缓冲水槽中。

之后，进行步骤S108，回收过滤出的藻类。藻类回收的方法例如是从液压过滤器中取出滤袋或滤网，以回收附着于滤袋或滤网上的藻类。

由上述实施例可知，上述自动化藻类培养方法可藉由中央控制器及液压过滤器自动化地回收藻体自动化地回收藻体。此外，藉由上述方法回收的干燥藻体，还可进一步应用于食品、化妆品或生质能源等用途。

图9所绘示为本实用新型的第一实验例的螺旋藻的成长曲线图。图10所绘示为本实用新型的第二实验例的螺旋藻的成长曲线图。图11所绘示为本实用新型的第一及第二实验例所使用的藻浓度检量线的曲线图。

第一实验例与第二实验例的操作条件为利用上述实施例中的自动化藻类培养装置及方法培养螺旋藻S.maximun，以空气曝气，未额外供给二氧化碳。

请同时参照图9至图11所示，在图9及图10中藻类的浓度以吸光值代表(波长680nm)，图9中藻液的起始浓度的吸光值为0.1，图10中藻液的起始浓度的吸光值为0.2。在养殖5-8天内，最终浓度的吸光值皆可达起始浓度的吸光值的5-8倍。将图9及图10中最终浓度的吸光值带入图11中代表吸光值与浓度的检量线之后，可计算出图9中藻液的最终浓度约0.36g/L，而图10中藻液的最终浓度约为0.5g/L。

由第一及第二实施例可知，藉由上述实施例中的自动化藻类培养装置及方法在约一周时间内，可将养殖浓度增殖5-8倍。如果再提供高浓度的二氧化碳至自动化藻类培养装置中，养殖效率可再度提升1至2倍。

综上所述，上述实施例至少具有下列优点：

1.上述实施例的自动化藻类培养装置能使养藻的设备小型化及普及化。

2.上述实施例的自动化藻类培养方法可自动化地回收藻体，且外收成的干燥藻体可进一步应用于食品、化妆品或生质能源等用途。

3.上述实施例的自动化藻类培养装置的用途可应用于节能减碳、清净空气、造景及照明。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种自动化藻类培养装置，其特征在于包括：

一光合反应器模块，包括一透光容器，用以容纳含有一藻类的一藻液；以及

一辅助设备模块，包括：

一液压过滤器，用以过滤出该藻液中的该藻类，而该液压过滤器与该透光容器的一出水口连通以利用重力过滤藻类；

一缓冲水槽，与该透光容器的一入水口连通；以及

一曝气机，与该透光容器的一入气口连通。

2.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的光合反应器模块更包括一辅助光源，设置于该透光容器上。

3.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的液压过滤器包括滤袋或滤网。

4.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于，其中当该自动化藻类培养装置具有多个光合反应器模块时，该些光合反应器模块的排列方式包括平行式排列、串联式排列或矩阵式排列。

5.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的液压过滤器与该缓冲水槽连通。

6.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的液压过滤器与该曝气机连通。

7.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的辅助设备模块更包括一液位补充泵，连通该透光容器与该缓冲水槽。

8.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的辅助设备模块更包括一中央控制器，与设置于该透光容器上的一感测器相连接。

9.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其更包括一除雾过滤模块，罩住该透明容器的一出气口，且该除雾过滤模块包括：

一滤网，设置于该出气口上方；以及

一除雾隔板，设置于该出气口与该滤网之间。

10.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的透光容器包括薄板式容器或管柱式容器。

11.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于，其中依照该光合反应器模块与该辅助设备模块之间为分离设置或结合设置的情况，该自动化藻类培养装置包括一分离式装置或一结合式装置。

12.根据权利要求1所述的自动化藻类培养装置，其特征在于其中所述的辅助设备模块对应一个或多个光合反应器模块。