RU2575087C2

RU2575087C2 - System of photobioreactor and method of growing algae

Info

Publication number: RU2575087C2
Application number: RU2012143602/10A
Authority: RU
Inventors: Кристофер Уэйн ТЕРНЕР; Брайан Рия МакКАРТИ; Питер Аллен ЛЕТВИН; Брайан Деннис УИЛЛСОН; Дэниел Роберт ХЕРБОЛЬДСХАЙМЕР
Original assignee: Соликс Байосистемз, Инк.; Колорадо Стейт Юниверсити Рисерч Фаундейшн
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of biotechnology, in particular to bioreactors and a method of growing algae for further processing them into biofuel. The system of photobioreactor comprises a reservoir for a liquid, a photobioreactor having a level of upper surface, formed as a flexible tube and floating in the liquid. The photobioreactor comprises a growth chamber comprising a medium for growing algae, and the ballast chamber comprising a first fluid which has a first effective density greater than that of the liquid, so that the ballast chamber applies to the photobioreactor the first force acting in a downward direction, and a floating chamber containing a second fluid. The second fluid has a second effective density less than that of the said liquid, so that the floating chamber applies to the photobioreactor the second force acting in the upward direction. The method of growing algae in the photobioreactor system comprises control of the depth of the photobioreactor placement by controlling the volume and/or density of the ballast in the ballast tube and/or by controlling the volume and/or density of the gas in the floating tube.

EFFECT: group of inventions provides improved performance and ease of use.

22 cl, 20 dwg

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США, серийный номер 61/313474, поданной 12 марта 2010 года, которая включается в настоящий документ посредством ссылки во всей ее полноте для всех целей.[0001] This application claims the priority of provisional patent application US serial number 61/313474, filed March 12, 2010, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

[0002] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся в целом к биореакторам, а более конкретно - к плавающим закрытым панелям биореакторов.[0002] Embodiments of the present invention relate generally to bioreactors, and more particularly to floating, closed panels of bioreactors.

Уровень техникиState of the art

[0003] Получение биотоплива, такого как биодизельное топливо, биоэтанол и/или биобензин, из возобновляемых источников энергии дает многочисленные преимущества. Возрастающие затраты, возрастающая сложность извлечения и истощение известных резервов ископаемых топлив помогает активизировать разработку таких альтернатив топливных источников топлива. Делаются попытки разрабатывать возобновляемое энергетическое топливо, такое как этанол, из зерен кукурузы, или биодизельное топливо из канолы, пальмы, рапса и других источников. Количество биотоплива, которое может быть получено из пищевых растительных материалов, часто ограничено, и связанное с этим увеличение цен на пищевые товары часто отрицательно влияет на доступность пищи в развивающихся странах, на цены на продовольствие в развивающемся мире, на ограниченные иным образом площади для получения пищевых продуктов.[0003] Obtaining biofuels, such as biodiesel, bioethanol and / or bio-gasoline, from renewable energy sources provides numerous advantages. Increasing costs, increasing complexity of extraction and depletion of known reserves of fossil fuels helps to accelerate the development of such alternatives to fuel sources of fuel. Attempts are being made to develop renewable energy fuels, such as ethanol, from corn kernels, or biodiesel from canola, palm, rape and other sources. The amount of biofuels that can be obtained from edible plant materials is often limited, and the resulting increase in food prices often negatively affects the availability of food in developing countries, food prices in the developing world, and otherwise limited food areas products.

[0004] Имеются попытки генерирования биотоплива и биохимикалиев из непищевых материалов, таких как целлюлозный этанол из древесной пульпы, кукурузной соломы или выжимок сахарного тростника. Водоросли и другие фотосинтезирующие микроорганизмы могут обеспечить исходные материалы для биотоплива и биохимического синтеза. Производство биотоплива, биохимикалиев и биомассы из водорослей может повысить производительность на единицу площади участка на несколько порядков, чем для кукурузы, рапса, пальмы, канолы, сахарного тростника и других традиционных сельскохозяйственных структур. В дополнение к биотопливам биохимикалии и биомасса могут обеспечить постоянные исходные материалы для пластиков, химических добавок, главных пищевых добавок для людей и кормов для животных.[0004] There have been attempts to generate biofuels and biochemicals from non-food materials such as cellulosic ethanol from wood pulp, corn straw or sugarcane squeezes. Algae and other photosynthetic microorganisms can provide raw materials for biofuels and biochemical synthesis. The production of biofuels, biochemicals and biomass from algae can increase productivity per unit area by several orders of magnitude than for corn, rape, palm, canola, sugarcane and other traditional agricultural structures. In addition to biofuels, biochemicals and biomass can provide consistent starting materials for plastics, chemical additives, major food additives for humans, and animal feed.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

[0005] Варианты осуществления настоящего изобретения включают гибкие и/или плавающие и/или пленочные панели фотобиореакторов, имеющих плавучую трубу для того, чтобы обеспечить плавучесть панелей фотобиореактора. Такие фотобиореакторы могут включать плавучую трубу, заполненную или частично заполненную газом, а также балластную трубу, заполненную материалом, который имеет плотность, большую, чем окружающая текучая среда, чтобы сделать возможной плавучесть гибкой панели фотобиореактора в объеме воды, поддерживая в то же время панель фотобиореактора в вертикальной или по существу вертикальной конфигурации, при которой плавучая труба находится поверх поверхности или на поверхности или вблизи поверхности и при которой балластная труба находится внизу или еще дальше от поверхности.[0005] Embodiments of the present invention include flexible and / or floating and / or film panels of photobioreactors having a floating pipe in order to ensure buoyancy of the panels of the photobioreactor. Such photobioreactors may include a floating tube, partially or partially filled with gas, as well as a ballast tube, filled with a material that has a density greater than the surrounding fluid, to make the flexible panel of the photobioreactor buoyant in the volume of water, while supporting the panel of the photobioreactor in a vertical or substantially vertical configuration in which the floating pipe is on top of or on the surface or near the surface and in which the ballast pipe is in studying or further away from the surface.

[0006] Любые известные виды водорослей или фотосинтезирующих или нефотосинтезирующих микроорганизмов могут выращиваться в фотобиореакторе и использовать такие стратегии удерживания в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения такие виды, как, но не ограничиваясь этим, Nannochloropsis oculata, Nannochloropsis gaditana, Nannochloropsis salina, Tetraselmis suecica, Tetraselmis chuii, Nannochloropsis sp., Chlorella salina, Chlorella protothecoides, Chlorella ellipsoidea, Dunalielltertiolecta, Dunaliella salina, Phaeodactulum tricornutum, Botrycoccus braunii, Chlorella emersonii, Chlorella minutissima, Chlorella pyrenoidosa, Chlorella sorokiniana, Chlorella vulgaris, Chroomonas salina, Cyclotella cryptica, Cyclotella sp., Euglena gracilis, Gymnodinium nelsoni, Haematococcus pluvialis, Isochrysis galbana, Monoraphidium minutum, Monoraphidium sp., Neochloris oleoabundans, Nitzschia laevis, Onoraphidium sp., Pavlova lutheri, Phaeodactylum tricornutum, Porphyridium cruentum, Scenedesmus obliquuus, Scenedesmus quadricaula Scenedesmus sp., Stichococcus bacillaris, Spirulina platensis, Thalassiosira sp., могут выращиваться либо по-отдельности, либо как сочетание видов.[0006] Any known species of algae or photosynthetic or non-photosynthetic microorganisms can be grown in a photobioreactor and use such retention strategies in accordance with embodiments of the present invention. In accordance with some variants of implementation of the present invention, species such as, but not limited to, Nannochloropsis oculata, Nannochloropsis gaditana, Nannochloropsis salina, Tetraselmis suecica, Tetraselmis chuii, Nannochloropsis sp., Chlorella salina, Chlorella protothellaunlella, Chlorella protothecounella, Chlorella protothecounella, Chlorella protothecolali, Chlorella protothecounali, Chlorella protothecoulali, Chlorella protothecolali, Chlorella protothecoelali, Chlorella protothecoelali , Phaeodactulum tricornutum, Botrycoccus braunii, Chlorella emersonii, Chlorella minutissima, Chlorella pyrenoidosa, Chlorella sorokiniana, Chlorella vulgaris, Chroomonas salina, Cyclotella cryptica, Cyclotella sp., Euglena gracilis, Gymnodinium nelsoni, Haematococcus pluvialis, Isochrysis galbana, Monoraphidium minutum, Monoraphidium sp. , Neochloris oleoabundans, Nitzschia laevis, Onoraphidium sp., Pavlova lutheri, Phaeodactylum tricornutum, Porphyridium cruentum, Scenedesmus obliquuus, Scenedesmus quadricaula Scenedesmus sp., Stic hococcus bacillaris, Spirulina platensis, Thalassiosira sp., can be grown either individually or as a combination of species.

[0007] Система фотобиореакторов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает резервуар, содержащий жидкость, жидкость, имеющую уровень верхней поверхности, фотобиореактор, при этом фотобиореактор является гибким и плавает в жидкости, фотобиореактор содержит камеру роста, содержащую среду, в которой можно выращивать организмы, и балластную камеру, содержащую текучую среду, текучая среда имеет эффективную плотность, большую, чем у жидкости, так что балластная камера прикладывает к фотобиореактору силу, действующую в направлении вниз.[0007] The photobioreactor system in accordance with embodiments of the present invention includes a reservoir containing a liquid, a liquid having a top surface level, a photobioreactor, the photobioreactor being flexible and floating in a liquid, the photobioreactor comprising a growth chamber containing a medium in which organisms can be grown and the ballast chamber containing the fluid, the fluid has an effective density greater than that of the liquid, so that the ballast chamber exerts a force on the photobioreactor downward.

[0008] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0007], где текучая среда представляет собой первую текучую среду, где эффективная плотность представляет собой первую эффективную плотность, где сила представляет собой первую силу, и где фотобиореактор дополнительно включает плавучую камеру, содержащую вторую текучую среду, вторая текучая среда имеет вторую эффективную плотность, меньшую, чем у жидкости, так что плавучая камера прикладывает к фотобиореактору вторую силу, действующую в направлении вверх.[0008] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0007], wherein the fluid is the first fluid, where the effective density is the first effective density, where the force is the first force, and where the photobioreactor further includes a floating chamber, containing the second fluid, the second fluid has a second effective density lower than that of the liquid, so that the floating chamber applies a second force to the photobioreactor in the upward direction.

[0009] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0008], где фотобиореактор дополнительно содержит камеру продувки, имеющую множество отверстий, открывающихся в камеру роста, камера продувки содержит продувочный газ или смесь газов, выполненных с возможностью прохождения через множество отверстий и восхождения через среду.[0009] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0008], wherein the photobioreactor further comprises a purge chamber having a plurality of openings opening into the growth chamber, the purge chamber comprises a purge gas or a mixture of gases configured to pass through the plurality of openings and climbing through Wednesday.

[0010] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0009], где уровень верхней поверхности представляет собой уровень верхней поверхности резервуара, где камера роста содержит заполненное газом пространство над уровнем верхней поверхности сред, и где заполненное газом пространство обеспечивает аккумуляцию продувочного газа или смеси газов.[0010] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0009], wherein the level of the upper surface is the level of the upper surface of the tank, where the growth chamber contains gas-filled space above the level of the upper surface of the media, and where the gas-filled space provides accumulation of purge gas or a mixture of gases.

[0011] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0010], где плавучая камера является изолированной от заполненного газом пространства и находится непосредственно рядом с ним.[0011] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0010], wherein the floating chamber is isolated from the gas-filled space and is located immediately adjacent to it.

[0012] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0011], где балластная камера является изолированной от нижней части камеры роста и находится непосредственно рядом с ней.[0012] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0011], wherein the ballast chamber is isolated from the bottom of the growth chamber and is located immediately adjacent to it.

[0013] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0012], где камера продувки располагается в нижней части камеры роста, и где балластная камера является изолированной от камеры продувки и находится непосредственно рядом с ней.[0013] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0012], wherein the purge chamber is located at the bottom of the growth chamber, and where the ballast chamber is isolated from and directly adjacent to the purge chamber.

[0014] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0013], где балластная камера и плавучая камера поддерживают фотобиореактор по существу в вертикальном положении, когда фотобиореактор плавает в жидкости.[0014] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0013], wherein the ballast chamber and the floating chamber support the photobioreactor essentially in upright when the photobioreactor floats in a liquid.

[0015] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0014], где резервуар представляет собой объем воды, выбранный из группы, состоящей из: океана, озера, моря, пруда, реки, бассейна, ванны, плавательного бассейна и танка.[0015] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0014], wherein the reservoir is a volume of water selected from the group consisting of: ocean, lake, sea, pond, river, pool, bath, swimming pool and tank.

[0016] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0015], где резервуар представляет собой объем воды, встречающийся в природе.[0016] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0015], wherein the reservoir is a volume of water found in nature.

[0017] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0016], где первая текучая среда представляет собой соленую воду, и где вторая текучая среда представляет собой воздух.[0017] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0016], wherein the first fluid is salt water and where the second fluid is air.

[0018] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0017], где балластная камера содержит, по меньшей мере, один проход, через который текучая среда может добавляться в балластную камеру или удаляться из нее.[0018] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0017], wherein the ballast chamber comprises at least one passage through which fluid can be added to or removed from the ballast chamber.

[0019] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0018], где плавучая камера содержит, по меньшей мере, один проход, через который вторая текучая среда может добавляться в плавучую камеру или удаляться из нее.[0019] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0018], wherein the floating chamber comprises at least one passage through which the second fluid can be added to or removed from the floating chamber.

[0020] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0019], где фотобиореактор представляет собой один из множества фотобиореакторов, каждый из которых является по существу таким же, как этот фотобиореактор, где множество фотобиореакторов плавают в жидкости, и где множество фотобиореакторов позиционируется один за другим таким образом, что расстояние между двумя соседними фотобиореакторами из множества фотобиореакторов определяется шириной расположенных рядом смежных балластных камер.[0020] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0019], wherein the photobioreactor is one of a plurality of photobioreactors, each of which is substantially the same as this photobioreactor, where the plurality of photobioreactors float in a liquid, and where the plurality of photobioreactors is positioned one after the other so that the distance between two adjacent photobioreactors from the set of photobioreactors is determined by the width of adjacent adjacent ballast chambers.

[0021] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0020], где каждый из множества фотобиореакторов содержит верхний клапан, где верхний клапан конфигурирован для расположения поверх верхней части соседнего фотобиореактора или поверх уровня верхней поверхности жидкости между соседними фотобиореакторами.[0021] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0020], wherein each of the plurality of photobioreactors comprises an upper valve, where the upper valve is configured to be located on top of the adjacent portion of the photobioreactor or on top of the level of the upper liquid surface between adjacent photobioreactors.

[0022] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0021], где фотобиореактор, по меньшей мере, частично сформирован из, по существу, прозрачной пластиковой пленки.[0022] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0021], wherein the photobioreactor is at least partially formed from a substantially transparent plastic film.

[0023] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0022], где фотобиореактор, по меньшей мере, частично сформирован из одной или нескольких добавок против биологического обрастания, выбранных из группы, состоящей из: полиэтиленгликоля (PEG), сверхразветвленного фторполимера (HBFP), полиэтилена (PE), поливинилхлорида (PVC), полиметилметакрилата (PMMA), природного каучука (NR), полидиметилсилоксана (PDMS), полистирола (PS), перфторполиэфира (PFPE), политетрафторэтилена (PTFE), силиконов и производных, или покрыт ими.[0023] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0022], wherein the photobioreactor is at least partially formed from one or more anti-fouling additives selected from the group consisting of: polyethylene glycol (PEG), a hyperbranched fluoropolymer ( HBFP), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), polymethylmethacrylate (PMMA), natural rubber (NR), polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene (PS), perfluoropolyether (PFPE), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicones and derivatives, or coated by them.

[0024] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0023], где среда содержат одну или несколько добавок против биологического обрастания, выбранных из группы, состоящей из: полиэтиленгликоля (PEG), силиконов и производных, биоцидов, фторуглеродов и четвертичных аминов.[0024] The photobioreactor system according to any one of paragraphs [0005] to [0023], wherein the medium contains one or more anti-fouling additives selected from the group consisting of: polyethylene glycol (PEG), silicones and derivatives, biocides, fluorocarbons and quaternary amines .

[0025] Система фотобиореакторов по любому из абзацев [0005]-[0024], где, по меньшей мере, нижняя поверхность балластной камеры является армированной для сведения к минимуму возможности прокола.[0025] The photobioreactor system according to any one of [0005] to [0024], wherein at least the lower surface of the ballast chamber is reinforced to minimize puncture.

[0026] Способ удерживания водорослей для роста в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения включает обеспечение плавучести фотобиореактора в резервуаре, содержащем жидкость, жидкость имеет уровень верхней поверхности, при этом фотобиореактор является гибким и содержит камеру роста и балластную камеру, добавление среды в камеру роста, при этом среда адаптирована для поддержки суспензионной культуры водорослей, и добавление текучей среды в балластную камеру, текучая среда имеет эффективную плотность, большую, чем у жидкости, так что балластная камера прикладывает к фотобиореактору силу, действующую в направлении вниз.[0026] A method for holding algae for growth in accordance with embodiments of the present invention includes providing buoyancy of the photobioreactor in a reservoir containing liquid, the liquid has a level of upper surface, wherein the photobioreactor is flexible and contains a growth chamber and a ballast chamber, adding medium to the growth chamber, wherein the medium is adapted to support a suspension culture of algae, and the addition of fluid to the ballast chamber, the fluid has an effective density greater than that of fluid, so that the ballast chamber applies a downward force to the photobioreactor.

[0027] Способ по абзацу [0026], где текучая среда представляет собой первую текучую среду, где эффективная плотность представляет собой первую эффективную плотность, где сила представляет собой первую силу, и где фотобиореактор дополнительно включает плавучую камеру, при этом способ дополнительно включает добавление второй текучей среды в плавучую камеру, где вторая текучая среда имеет вторую эффективную плотность, меньшую, чем у жидкости, так что плавучая камера прикладывает к фотобиореактору вторую силу, действующую в направлении вверх.[0027] The method according to [0026], wherein the fluid is a first fluid, where the effective density is the first effective density, where the force is the first force, and where the photobioreactor further includes a floating chamber, the method further comprising adding a second fluid into the floating chamber, where the second fluid has a second effective density lower than that of the liquid, so that the floating chamber applies a second force to the photobioreactor in the upward direction.

[0028] Способ по абзацу [0026] или [0027], где резервуар представляет собой океан, способ дополнительно включает выращивание суспензионной культуры водорослей в средах и перемешивание суспензионной культуры водорослей посредством плавания фотобиореактора таким образом, который позволяет фотобиореактору перемещаться в ответ на волны в океане.[0028] The method of [0026] or [0027], wherein the reservoir is an ocean, the method further comprises growing a suspension culture of algae in media and mixing the suspension culture of algae by floating the photobioreactor in a manner that allows the photobioreactor to move in response to waves in the ocean .

[0029] Способ по любому из абзацев [0026]-[0028], где фотобиореактор представляет собой один из множества по существу сходных фотобиореакторов, способ дополнительно включает размещение множества по существу сходных фотобиореакторов в конфигурации бок о бок, плавающих в жидкости, и регулировку расстояния между соседними фотобиореакторами посредством добавления текучей среды в балластные камеры соседних фотобиореакторов или удаления текучей среды из них.[0029] The method according to any one of paragraphs [0026] to [0028], wherein the photobioreactor is one of a plurality of substantially similar photobioreactors, the method further comprises placing a plurality of substantially similar photobioreactors in a side-by-side configuration floating in a liquid, and adjusting the distance between adjacent photobioreactors by adding fluid to the ballast chambers of neighboring photobioreactors or removing fluid from them.

[0030] Способ по любому из абзацев [0026]-[0029], дополнительно включающий регулировку глубины фотобиореактора в жидкости посредством добавления текучей среды в балластную камеру или удаления текучей среды из нее.[0030] The method according to any one of [0026] to [0029], further comprising adjusting the depth of the photobioreactor in the liquid by adding fluid to or removing the fluid from the ballast chamber.

[0031] Способ по любому из абзацев [0026]-[0030], дополнительно включающий регулировку глубины фотобиореактора в жидкости посредством добавления второй текучей среды в плавучую камеру или удаления второй текучей среды из нее.[0031] The method according to any one of [0026] to [0030], further comprising adjusting the depth of the photobioreactor in the liquid by adding a second fluid to the floating chamber or removing a second fluid from it.

[0032] Способ по любому из абзацев [0026]-[0031], дополнительно включающий удаление второй текучей среды из плавучей камеры до тех пор, пока фотобиореактор по существу не погрузится ниже уровня верхней поверхности.[0032] The method according to any one of paragraphs [0026] to [0031], further comprising removing the second fluid from the floating chamber until the photobioreactor substantially sinks below the level of the upper surface.

[0033] Хотя описывается множество вариантов осуществления, другие варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области из следующего далее подробного описания, которое показывает и описывает иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Соответственно чертежи и подробное описание должны рассматриваться как иллюстративные по природе и не ограничивающие.[0033] Although many embodiments are described, other embodiments of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description, which shows and describes illustrative embodiments of the present invention. Accordingly, the drawings and detailed description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

[0034] Фиг.1 иллюстрирует укороченный общий вид с передней стороны фотобиореактора в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0034] Figure 1 illustrates a shortened front view of a photobioreactor in accordance with embodiments of the present invention.

[0035] Фиг.2 иллюстрирует увеличенный вид частичного поперечного сечения фотобиореактора фиг.1 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0035] FIG. 2 illustrates an enlarged partial cross-sectional view of the photobioreactor of FIG. 1 in accordance with embodiments of the present invention.

[0036] Фиг.3 иллюстрирует увеличенный частичный общий вид края фотобиореактора, показанного на фиг.1 и 2, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0036] FIG. 3 illustrates an enlarged partial general view of the edge of the photobioreactor shown in FIGS. 1 and 2, in accordance with embodiments of the present invention.

[0037] Фиг.4 иллюстрирует вид сбоку в разрезе фотобиореактора, показанного на фиг.1, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0037] FIG. 4 illustrates a cross-sectional side view of the photobioreactor shown in FIG. 1 in accordance with embodiments of the present invention.

[0038] Фиг.5 иллюстрирует ряд щелей, которые могут быть сформированы на камере продувки, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0038] FIG. 5 illustrates a series of slots that can be formed on a purge chamber, in accordance with embodiments of the present invention.

[0039] Фиг.6 иллюстрирует ряд щелей на фиг.5 в проточном состоянии в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0039] FIG. 6 illustrates a series of slots in FIG. 5 in a flowing state in accordance with embodiments of the present invention.

[0040] Фиг.7 иллюстрирует вид сбоку фотобиореактора в разрезе, показывающий расположение отверстий камеры продувки для получения преимуществ при смешивании и/или преимуществ для борьбы против биологического обрастания в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0040] FIG. 7 illustrates a cross-sectional side view of a photobioreactor showing the arrangement of openings of a purge chamber to obtain mixing advantages and / or anti-fouling benefits in accordance with embodiments of the present invention.

[0041] Фиг.8 иллюстрирует вид сбоку фотобиореактора в разрезе с армированной нижней частью балластной камеры в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0041] FIG. 8 illustrates a sectional side view of a photobioreactor with a reinforced bottom of a ballast chamber in accordance with embodiments of the present invention.

[0042] Фиг.9 иллюстрирует вид сбоку множества фотобиореакторов, размещенных бок о бок, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0042] FIG. 9 illustrates a side view of a plurality of photobioreactors arranged side by side, in accordance with embodiments of the present invention.

[0043] Фиг.10 иллюстрирует вид сбоку фотобиореактора с клапанами сверху в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0043] FIG. 10 illustrates a side view of a photobioreactor with valves from above in accordance with embodiments of the present invention.

[0044] Фиг.11 иллюстрирует множество фотобиореакторов, размещенных бок о бок с клапанами сверху, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0044] FIG. 11 illustrates a plurality of photobioreactors arranged side by side with valves on top, in accordance with embodiments of the present invention.

[0045] Фиг.12 иллюстрирует альтернативный фотобиореактор в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0045] FIG. 12 illustrates an alternative photobioreactor in accordance with embodiments of the present invention.

[0046] Фиг.13 иллюстрирует общий вид с частичным поперечным сечением другого альтернативного фотобиореактора в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0046] FIG. 13 illustrates a partial cross-sectional general view of another alternative photobioreactor in accordance with embodiments of the present invention.

[0047] Фиг.14 иллюстрирует вид с торца фотобиореактора на фиг.13 в разрезе в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0047] FIG. 14 is a cross-sectional end view of the photobioreactor of FIG. 13 in accordance with embodiments of the present invention.

[0048] Фиг.15 иллюстрирует вид сбоку в разрезе фотобиореактора, показанного на фиг.13 и 14, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0048] FIG. 15 illustrates a cross-sectional side view of the photobioreactor shown in FIGS. 13 and 14, in accordance with embodiments of the present invention.

[0049] Фиг.16 иллюстрирует три стадии формирования фотобиореактора, показанного на фиг.13-15, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0049] FIG. 16 illustrates three stages of forming the photobioreactor shown in FIGS. 13-15, in accordance with embodiments of the present invention.

[0050] Фиг.17 иллюстрирует расположение проходов во время изготовления фотобиореактора фиг.13-15 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0050] FIG. 17 illustrates the arrangement of passages during the manufacture of the photobioreactor of FIGS. 13-15 in accordance with embodiments of the present invention.

[0051] Фиг.18 иллюстрирует вид сбоку частичного разреза края фотобиореактора с конусообразной балластной трубой в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0051] FIG. 18 illustrates a partial sectional side view of the edge of a cone-shaped ballast tube photobioreactor in accordance with embodiments of the present invention.

[0052] Фиг.19 иллюстрирует вид сбоку в разрезе фотобиореактора, показывающий процедуру сбора урожая, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0052] FIG. 19 illustrates a cross-sectional side view of a photobioreactor showing a harvesting procedure in accordance with embodiments of the present invention.

[0053] Фиг.20 иллюстрирует вид в разрезе фотобиореактора с двойными плавучими камерами в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0053] FIG. 20 illustrates a cross-sectional view of a dual-buoyancy photobioreactor in accordance with embodiments of the present invention.

[0054] Хотя настоящее изобретение может изменяться с помощью различных модификаций и альтернативных форм, конкретные варианты осуществления показаны в качестве примера на чертежах и описаны подробно ниже. Однако ограничения настоящего изобретения конкретными описанными вариантами осуществления не предполагается. Наоборот, настоящее изобретение, как предполагается, покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в рамки настоящего изобретения, как они определяются прилагаемой формулой изобретения.[0054] Although the present invention may be modified by various modifications and alternative forms, specific embodiments are shown by way of example in the drawings and are described in detail below. However, the present invention is not intended to be limited by the particular described embodiments. On the contrary, the present invention is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Подробное описаниеDetailed description

[0055] Исследователи изучают выращивание водорослей в качестве исходных материалов для биодизельного топлива. Во многих конструкциях водоросли выращивают внутри закрытых биореакторов, состоящих из стекла или пластика, либо жестких, либо гибких. Примеры закрытых систем биореакторов, пригодных для выращивания водорослей и других микроорганизмов, описываются в публикации заявки на патент США № 2008/0160591, опубликованной 3 июля 2008 года ("Публикация "'591"), в Международной публикации WO 2010/108049 A1, опубликованной 23 сентября 2010 года ("Публикация "'049"), и в Международной публикации WO 2010/151606 A1, опубликованной 29 декабря 2010 года ("Публикация"'606"), и все они включаются в настоящий документ путем ссылок во всей их полноте.[0055] Researchers are studying algae cultivation as starting materials for biodiesel. In many designs, algae is grown inside closed bioreactors, consisting of glass or plastic, either rigid or flexible. Examples of closed bioreactor systems suitable for growing algae and other microorganisms are described in US Patent Application Publication No. 2008/0160591, published July 3, 2008 ("Publication" '591'), in International Publication WO 2010/108049 A1, published 23 September 2010 ("Publication" '049 "), and in International Publication WO 2010/151606 A1, published December 29, 2010 (" Publication "' 606"), and all of them are incorporated herein by reference in their entirety.

[0056] Полная стоимость цикла жизни в закрытом биореакторе зависит от различных факторов, но, как правило, она значительно больше, на единицу массы получаемой биомассы, чем в открытом пруду или резервуаре, если основываться на предыдущих конструкционных подходах и материалах. Несмотря на традиционно очень высокую производительность, прозрачные жесткие трубы, установленные на стойке в теплице, часто являются еще более дорогостоящими по отношению к жизненному циклу.[0056] The total cost of a life cycle in a closed bioreactor depends on various factors, but, as a rule, it is much higher per unit mass of biomass produced than in an open pond or tank, based on previous construction approaches and materials. Despite traditionally very high productivity, transparent rigid pipes mounted on a rack in a greenhouse are often even more expensive in relation to the life cycle.

[0057] Как описано в Публикации '591, Публикации '049 и Публикации '606, панель прозрачных тонких гибких закрытых пластиковых фотобиореакторов может подвешиваться в бассейне, заполненном водой, или в резервуаре, будучи привязанной к дну бассейна, например, с помощью балласта в трубах, для облегчения усовершенствования технологии выращивания и сбора урожая, что приводит к значительному сокращению затрат по сравнению с традиционными конструкциями с прозрачными жесткими трубами. Как используется в настоящем документе, термин "резервуар" используют в его самом широком смысле для упоминания любого объема воды, либо большого (например, океана), либо малого (например, пруда или танка), и либо встречающегося в природе (например, озера), либо искусственного или созданного человеком (бассейн).[0057] As described in Publications' 591, Publications' 049 and Publications' 606, a panel of transparent thin flexible closed plastic photobioreactors can be suspended in a pool filled with water or in a tank while being tied to the bottom of the pool, for example, using ballast in pipes , to facilitate the improvement of cultivation and harvesting technology, which leads to a significant reduction in costs compared to traditional designs with transparent rigid pipes. As used herein, the term “reservoir” is used in its broadest sense to refer to any volume of water, either large (eg, ocean), or small (eg, pond or tank), or either found in nature (eg, lake) , either artificial or human-made (pool).

[0058] Варианты осуществления настоящего изобретения могут демонстрировать структуру и системы удерживания водорослей, сходные с теми, которые описаны в Публикации '591, Публикации '049 и Публикации '606. Варианты осуществления настоящего изобретения могут включать плавучую трубу в верхней части и балластную трубу в нижней части закрытой панели фотобиореактора, которая обеспечивает очень экономически эффективные средства для стабильного подвешивания панели в воде бассейна на земной основе или делает возможным использование глубокого или мелкого объема воды, озера, лагуны или другого объема воды. В дополнение к этому варианты осуществления настоящего изобретения включают усиление диффузной освещенности, меры против биологического обрастания, меры против испарения и условия для повторного использования газов, включенные в конструкцию, чтобы связать усовершенствование системы в единую систему производства в технологии. В дополнение к этому упомянутая в заглавии система панели фотобиореактора не требует специального выбора или выравнивания земных поверхностей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0058] Embodiments of the present invention may exhibit algal retention structure and systems similar to those described in Publications' 591, Publications' 049 and Publications' 606. Embodiments of the present invention may include a floating pipe in the upper part and the ballast tube in the lower part of the closed panel of the photobioreactor, which provides very cost-effective means for stable suspension of the panel in the water of a ground-based pool or makes it possible to use a deep or shallow volume of water, a lake, a lagoon or another volume of water. In addition to this, embodiments of the present invention include diffuse illumination enhancement, anti-fouling measures, anti-evaporation measures and gas reuse conditions included in the design to integrate system improvement into a single production system in the technology. In addition, the photobioreactor panel system mentioned in the title does not require special selection or alignment of earth surfaces in accordance with embodiments of the present invention.

[0059] Следующее далее представляет собой краткое описание одного из вариантов осуществления упоминаемого в заглавии фотобиореактора 100, иллюстрируемого на фиг.1-4. Как используется в настоящем документе, термин "упомянутый в заглавии фотобиореактор" используют в самом широком его смысле для упоминания фотобиореактора, который способен плавать в воде и который имеет плавучий элемент и балластный элемент. Плавучий элемент будет, как правило, находиться в верхней части фотобиореактора или вблизи нее, а балластный элемент будет, как правило, находиться в нижней части фотобиореактора или вблизи нее, хотя возможны и другие конфигурации для поддержания фотобиореактора в вертикальном и/или полувертикальном положении, когда он плавает, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Биореактор 100 может включать камеру 101 для удерживания микроорганизмов, которая может также упоминаться как камера роста, плавучую трубу 102, выпускную камеру 103, которая также может упоминаться как заполненное газом пространство, балластную камеру 104, проходы 105, 106 для заполнения балластной камеры, проход 107 для сбора урожая/высевания, проход 108 для подачи продувочного газа, проход 109 для подачи в плавучую камеру, выпускные/приемные проходы 110, 111 и/или камеру 112 продувки в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0059] The following is a brief description of one embodiment of the title photobioreactor 100 illustrated in FIGS. 1-4. As used herein, the term “photobioreactor referred to in the title” is used in its broadest sense to refer to a photobioreactor that is capable of floating in water and which has a floating element and a ballast element. The floating element will typically be located at or near the top of the photobioreactor, and the ballast will typically be located at or near the bottom of the photobioreactor, although other configurations are possible to maintain the photobioreactor in a vertical and / or semi-vertical position when he swims, in accordance with the variants of implementation of the present invention. The bioreactor 100 may include a microorganism containment chamber 101, which may also be referred to as a growth chamber, a floating pipe 102, an exhaust chamber 103, which may also be referred to as a gas filled space, a ballast chamber 104, ballast chamber passages 105, 106, passage 107 for harvesting / sowing, passage 108 for supplying a purge gas, passage 109 for feeding into the floating chamber, exhaust / receiving passages 110, 111 and / or chamber 112 purge in accordance with the variants of implementation of the present invention.

[0060] Фотобиореактор 100 может быть изготовлен из различных слоев прозрачной, полупрозрачной, отражающей, полуотражающей, непрозрачной цветной, просвечивающей цветной и/или имеющей обработанную поверхность (для создания структуры или текстуры) пленок, селективно сваренных друг с другом для формирования различных камер, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это сводит к минимуму стоимость изготовления фотобиореакторов, которые таким образом являются гибкими. Фиг.4 показывает нижний шов 408, где две нижних кромки двух слоев сварены вместе для формирования нижней части балластной камеры 104 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0060] The photobioreactor 100 can be made of various layers of transparent, translucent, reflective, semi-reflective, opaque color, translucent color and / or having a processed surface (to create a structure or texture) of films selectively welded together to form various chambers, in accordance with embodiments of the present invention. This minimizes the cost of manufacturing photobioreactors, which are thus flexible. FIG. 4 shows a lower seam 408 where two lower edges of two layers are welded together to form a lower portion of a ballast chamber 104 in accordance with embodiments of the present invention.

[0061] Когда фотобиореактор 100 развернут, фотобиореактор (который может быть изготовлен из гибкой мембраны или пленки, состоящей из LDPE, HDPE, Nylon, Mylar, PVC или подробного материала) помещают в резервуар (например, бассейн с водой). Этот бассейн может быть сделан человеком с помощью создания земляных дамб или чего-либо подобного, или он может представлять собой озеро, бухту или любой другой объем воды. Плавучую трубу 102 заполняют газом (например, воздухом, CO₂, дымовым газом или чем-либо подобным) до заданного давления через проход 109 для заполнения плавучей трубы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном из вариантов осуществления эта труба 102 имеет диаметр приблизительно 2,5 дюйма и заполняется газом до давления в пределах между 1 и 4 фунт/кв. дюйм (0,062-0,25 кг/кв. см). Эта труба 102 может иметь больший или меньший диаметр в зависимости от размера и массы материала в балластной трубе в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Когда объема газа в этой трубе 102 становится достаточно для плавучести, плавучесть будет поднимать балластную трубу 104 со дна водного бассейна. После заполнения плавучей трубы 102 проходы 109, соединенные с этой трубой, могут быть закрыты, чтобы предотвратить любую утечку газа в этой трубе 102. Альтернативно проход 109 может быть соединен с источником давления (накопителем, емкостью высокого давления, насосом, воздуходувкой и тому подобным) для поддержания давления в этой трубе 102. Если источник подачи воздуха в плавучую трубу присоединен через контрольный клапан, плавучая труба 102 будет оставаться надутой даже в случае отказа источника давления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0061] When the photobioreactor 100 is deployed, the photobioreactor (which may be made of a flexible membrane or film consisting of LDPE, HDPE, Nylon, Mylar, PVC or a detailed material) is placed in a tank (for example, a water pool). This pool can be made by man by creating earth dams or the like, or it can be a lake, bay or any other volume of water. The floating pipe 102 is filled with gas (e.g., air, CO ₂ , flue gas, or the like) to a predetermined pressure through the passage 109 for filling the floating pipe in accordance with embodiments of the present invention. In one embodiment, this pipe 102 has a diameter of about 2.5 inches and is filled with gas to a pressure between 1 and 4 psi. inch (0.062-0.25 kg / sq. cm). This tube 102 may have a larger or smaller diameter depending on the size and mass of the material in the ballast tube in accordance with embodiments of the present invention. When the volume of gas in this pipe 102 becomes sufficient for buoyancy, buoyancy will raise the ballast pipe 104 from the bottom of the water basin. After filling the floating pipe 102, the passages 109 connected to this pipe can be closed to prevent any gas leakage in this pipe 102. Alternatively, the passage 109 can be connected to a pressure source (accumulator, high-pressure tank, pump, blower, and the like) to maintain pressure in this pipe 102. If an air supply source to the floating pipe is connected through a check valve, the floating pipe 102 will remain inflated even in the event of a pressure source failure in accordance with embodiments I am the present invention.

[0062] Затем балластную трубу 104 можно заполнить через входной проход 105 для балласта в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Материал или жидкость, которую закачивают в балластную трубу 104, имеет плотность, большую, чем вода, образующая объем воды, в которой плавает система 100 фотобиореактора. Эта жидкость может представлять собой соляной раствор, раствор сахара, суспензию песка и/или любую другую жидкость или гель с более высокой плотностью в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления этот балласт может состоять из твердого материала (например, из вулканической породы, горных пород, песка, бетона и тому подобного). В одном из вариантов осуществления 2,5 фунта (1 кг) соли добавляют на каждый галлон свежей воды для получения соляного раствора, который закачивают в балластную трубу 104. В другом варианте осуществления 2,0 фунта (800 г) соли добавляют на каждый галлон свежей воды для получения соляного раствора, который закачивают в балластную трубу 104.[0062] Then, the ballast tube 104 can be filled through the ballast inlet 105 in accordance with embodiments of the present invention. The material or liquid that is pumped into the ballast tube 104 has a density greater than water, which forms the volume of water in which the photobioreactor system 100 floats. This liquid may be a saline solution, a sugar solution, a suspension of sand and / or any other liquid or gel with a higher density in accordance with embodiments of the present invention. In some embodiments, the implementation of this ballast may consist of solid material (for example, from volcanic rock, rocks, sand, concrete and the like). In one embodiment, 2.5 pounds (1 kg) of salt is added per gallon of fresh water to form a saline solution that is pumped into ballast pipe 104. In another embodiment, 2.0 pounds (800 g) of salt is added per gallon of fresh water to obtain a saline solution, which is pumped into the ballast pipe 104.

[0063] Плотность балластной трубы составляет приблизительно 1,17 кг/л, в то время как вода в бассейне состоит из пресной воды или морской воды, имеющей плотность приблизительно в пределах 1 кг/л-1,03 кг/л, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Когда балластную трубу 104 заполняют, край, который заполнен балластным раствором, начинает погружаться до тех пор, пока пленка, образующая камеру 101 для удерживания водорослей, не натянется, по меньшей мере, на одной стороне, между балластной трубой 104 и плавучей трубой 102, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Любой газ (например, воздух), который находится в балластной трубе 104, когда она заполняется, выталкивается к другому краю балластной трубы 104, другими словами, в продольном направлении, и может выпускаться из системы 100 через балластный проход 106, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Когда балластная труба 104 заполняется, один или несколько балластных проходов 105, 106 могут закрываться для предотвращения каких-либо протечек балластной жидкости в окружающий бассейн. В одном из вариантов осуществления, например в варианте осуществления, показанном на фиг.9, каждая из балластных труб 904a, 904b имеет диаметр приблизительно шесть дюймов (15 см), так что когда множество панелей 900a, 900b располагают бок о бок, расстояние между панелями будет составлять приблизительно шесть дюймов (15 см) и/или не менее шести дюймов (15 см), в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Расстояние D между соседними фотобиореакторами 900a, 900b будет приблизительно таким же, как диаметр балластных камер 904a, 904b в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Если панели в водном бассейне упаковываются достаточно плотно, расстояние между соседними панелями равно диаметру балластной трубы, например, шесть дюймов (15 см), в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0063] The density of the ballast tube is approximately 1.17 kg / l, while the water in the pool consists of fresh water or sea water having a density of about 1 kg / l-1.03 kg / l, in accordance with embodiments of the present invention. When the ballast tube 104 is filled, the edge that is filled with the ballast solution begins to sink until the film forming the algae holding chamber 101 is stretched on at least one side between the ballast tube 104 and the floating tube 102 to in accordance with embodiments of the present invention. Any gas (eg, air) that is in the ballast pipe 104 when it is being filled is pushed to the other edge of the ballast pipe 104, in other words, in the longitudinal direction, and can be discharged from the system 100 through the ballast passage 106, in accordance with embodiments of the present invention. When the ballast tube 104 is filled, one or more ballast passages 105, 106 may be closed to prevent any leakage of ballast fluid into the surrounding pool. In one embodiment, for example, in the embodiment shown in FIG. 9, each of the ballast tubes 904a, 904b has a diameter of approximately six inches (15 cm), so that when the plurality of panels 900a, 900b are placed side by side, the distance between the panels will be approximately six inches (15 cm) and / or at least six inches (15 cm), in accordance with embodiments of the present invention. The distance D between adjacent photobioreactors 900a, 900b will be approximately the same as the diameter of the ballast chambers 904a, 904b in accordance with embodiments of the present invention. If the panels in the water pool are packed tight enough, the distance between adjacent panels is equal to the diameter of the ballast tube, for example, six inches (15 cm), in accordance with embodiments of the present invention.

[0064] В соответствии с одним из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемом на фиг.20, фотобиореактор 2000 может содержать две плавучие трубы 2002, 2004. Заполненное газом пространство 103 расположено выше камеры 101 роста, и продувочный газ имеет возможность прохождения между плавучими трубами 2002, 2004 в заполненное газом пространство 103, как показано стрелкой 2006, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0064] In accordance with one alternative embodiment of the present invention illustrated in FIG. 20, the photobioreactor 2000 may comprise two floating tubes 2002, 2004. The gas-filled space 103 is located above the growth chamber 101, and the purge gas is allowed to pass between the floating tubes 2002, 2004 into a gas-filled space 103, as shown by arrow 2006, in accordance with embodiments of the present invention.

[0065] Затем камера 101 для удерживания микроорганизмов может заполняться средой через проход 107 для сбора урожая/высевания. В одном из вариантов осуществления эти среды разработаны для роста микроводорослей, но их можно также разрабатывать для роста других микроорганизмов, таких как бактерии, цианобактерии и тому подобное. Водоросли в этой части панели 101 перемешивают, и вводят CO₂ посредством барботирования газа, обогащенного CO₂, через продувочный проход 108 в продувочную трубу 112, которая может, например, проходить по всей длине фотобиореактора 100, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. CO₂ может поступать от тепловой электростанции, работающей на угле, от пивоварни, цементного завода, это может быть CO₂ от устройства для извлечения воздуха или подобной установки, которая производит газовый поток, обогащенный CO₂. Продувочная труба 112 содержит малые отверстия, которые позволяют газу в продувочной трубе 112 протекать в форме пузырьков в смесь водоросли/среда и через нее. Как иллюстрируется на фиг.5 и 6, эти перфорации могут представлять собой малые отверстия, например, щели 502 и/или полукруговые клапаны. Эти пузырьки перемещаются от продувочной трубы 112, расположенной в нижней части камеры 101 с водорослями до верхней части камеры 101 с водорослями. Когда эти пузырьки проходят через среду, вода, вступающая в контакт с этими пузырьками, циркулирует. Это циркуляция помогает уменьшить градиенты питательных веществ в средах, циркуляция водорослей из светлых частей реактора в темные поддерживает водоросли суспендированными в фотобиореакторе, удаляет O₂, уменьшает термическую стратификацию и тому подобное. Как иллюстрируется на фиг.7, если перфорации располагаются в направлении внутренних стенок 706 камеры 101 роста, в таких положениях, как положение 702 и положение 704, барботируемые пузырьки могут также помочь в извлечении и/или удалении наросших биологических объектов на внутренней поверхности боковых стенок 706, в дополнение к потенциальным преимуществам циркуляции, перемешивания и удаления O₂.[0065] Then, the microorganism containment chamber 101 may be filled with medium through the passage 107 for harvesting / sowing. In one embodiment, these media are designed for microalgae growth, but can also be developed for the growth of other microorganisms, such as bacteria, cyanobacteria, and the like. Algae in this part of the panel 101 is stirred, and is introduced by bubbling CO ₂ gas enriched CO ₂ through the purge passage 108 to purge tube 112 which may, for example, extend over the entire length of the photobioreactor 100 in accordance with embodiments of the present invention. CO ₂ can come from a coal-fired thermal power plant, from a brewery, cement plant, it can be CO ₂ from an air extraction device or similar plant that produces a gas stream enriched in CO ₂ . The purge pipe 112 contains small openings that allow gas in the purge pipe 112 to flow in the form of bubbles into and through the algae / medium mixture. As illustrated in FIGS. 5 and 6, these perforations can be small holes, for example, slots 502 and / or semicircular valves. These bubbles move from the purge pipe 112 located in the lower part of the algae chamber 101 to the upper part of the algae chamber 101. When these bubbles pass through the medium, water coming in contact with these bubbles circulates. This circulation helps to reduce the gradients of nutrients in the media, the circulation of algae from the light parts of the reactor to the dark supports the algae suspended in the photobioreactor, removes O ₂ , reduces thermal stratification and the like. As illustrated in FIG. 7, if the perforations are located in the direction of the inner walls 706 of the growth chamber 101, in positions such as position 702 and position 704, bubbling bubbles can also help to remove and / or remove overgrown biological objects on the inner surface of the side walls 706 , in addition to the potential benefits of circulating, mixing and removing O ₂ .

[0066] После распада пузырьков на свободной поверхности 113 сред газ протекает по длине выпускной трубы 103 в один из выпускных проходов 110, 111 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном из вариантов осуществления выпускная труба 103 располагается рядом с плавучей трубой 102 постольку, поскольку плавучая труба 102 является надутой, выпускная труба 103 будет находиться выше уровня воды в бассейне. Давление в выпускной трубе 103 может поддерживаться на уровне атмосферного давления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Благодаря положению и давлению в выпускной трубе 103 она не добавляет дополнительной силы плавучести фотобиореактору 100 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это может помочь в поддержании желательного положения и/или глубины панели в воде. Другим словами, когда скорость потока продувочного газа регулируется или даже отключается, плавучесть панели не изменяется, что приводит к получению стабильной глубины панели в воде, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0066] After the disintegration of the bubbles on the free surface 113 of the media, gas flows along the length of the exhaust pipe 103 into one of the exhaust passages 110, 111 in accordance with embodiments of the present invention. In one embodiment, the exhaust pipe 103 is positioned adjacent to the floating pipe 102 insofar as the floating pipe 102 is inflated, the exhaust pipe 103 will be above the pool water level. The pressure in the exhaust pipe 103 may be maintained at atmospheric pressure in accordance with embodiments of the present invention. Due to the position and pressure in the exhaust pipe 103, it does not add additional buoyancy to the photobioreactor 100 in accordance with embodiments of the present invention. This can help maintain the desired position and / or depth of the panel in the water. In other words, when the flow rate of the purge gas is controlled or even turned off, the buoyancy of the panel does not change, resulting in a stable panel depth in water, in accordance with embodiments of the present invention.

[0067] Фиг.4 иллюстрирует резервуар, содержащий жидкость 410, жидкость 410 имеет уровень верхней поверхности 402, фотобиореактор 100, фотобиореактор является гибким и плавает в жидкости 410, фотобиореактор содержит камеру 101 роста, содержащую среду, в которой можно выращивать организмы, и балластную камеру 104, содержащую текучую среду, текучая среда имеет эффективную плотность, большую, чем у жидкости 410, так что балластная камера 104 прикладывает силу к фотобиореактору 100, действующую в направлении вниз, как показано стрелкой 404. Фиг.4 иллюстрирует также плавучую камеру 102, содержащую другую текучую среду, например воздух, так что плавучая камера 102 прикладывает к фотобиореактору вторую силу, действующую в направлении вверх, как показано стрелкой 406. Эти силы плавучести помогают поддерживать фотобиореактор 100 в вертикальном положении, как иллюстрируется на фиг.4, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0067] FIG. 4 illustrates a reservoir containing liquid 410, liquid 410 has a level of upper surface 402, photobioreactor 100, photobioreactor is flexible and floats in liquid 410, photobioreactor contains a growth chamber 101 containing a medium in which organisms can be grown, and ballast a fluid containing chamber 104, the fluid has an effective density greater than that of the liquid 410, so that the ballast chamber 104 exerts a downward force on the photobioreactor 100, as shown by arrow 404. FIG. 4 also illustrates a floating chamber 102 containing another fluid, such as air, so that the floating chamber 102 applies a second force to the photobioreactor acting upward, as shown by arrow 406. These buoyancy forces help keep the photobioreactor 100 in an upright position, as illustrated in FIG. 4 , in accordance with embodiments of the present invention.

[0068] В одном из вариантов осуществления (не показано) часть выпускной трубы 103 и плавучей трубы 102, расположенных на одном краю фотобиореактора 100, будут существовать без балластной трубы 104 или с балластной трубой уменьшенного диаметра, расположенной непосредственно под ними. Фиг.18 иллюстрирует балластную камеру 104, имеющую конусообразный край в положении 180, которая конфигурируется для создания меньшего балласта в области под выпускным проходом 111. В случае когда остальная часть фотобиореактора погружается, аккумулируемый продувочный газ будет аккумулироваться по направлению к краю фотобиореактора с конусообразной балластной камерой 104, который будет находиться в воде выше, чем остальная часть фотобиореактора, поскольку она имеет меньше балласта в этом положении. Другими словами, это смещает эту часть панели 100 таким образом, что она находится в бассейне выше, чем остальная часть фотобиореактора. Следовательно, если в плавучей трубе 102 возникнет протечка, что вызовет неотвратимое погружение фотобиореактора 100, эти края без балласта (или с уменьшенным балластом) должны захватывать воздух в выпускной трубе 103 за выпускным проходом 111 (который в основном представляет собой пустое пространство или "заполненное газом пространство" в камере 101 выше свободной поверхности 113 сред), и панель 100 должна находиться выше поверхности воды в бассейне в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Поддерживание выпускных проходов 110, 111 выше уровня воды в бассейне сводит к минимуму или к нулю вероятность того, что вода из бассейна попадет в фотобиореактор, или что среда уйдет в воду бассейна в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0068] In one embodiment (not shown), a portion of the exhaust pipe 103 and the floating pipe 102 located on one edge of the photobioreactor 100 will exist without a ballast pipe 104 or with a smaller diameter ballast pipe located directly below them. Fig. 18 illustrates a ballast chamber 104 having a cone-shaped edge at position 180, which is configured to create less ballast in the area under the outlet passage 111. In the event that the rest of the photobioreactor is immersed, the accumulated purge gas will accumulate towards the edge of the photobioreactor with a cone-shaped ballast chamber 104, which will be higher in water than the rest of the photobioreactor, since it has less ballast in this position. In other words, this biases this part of the panel 100 so that it is in the pool higher than the rest of the photobioreactor. Therefore, if a leak occurs in the buoyancy pipe 102, which causes the imminent immersion of the photobioreactor 100, these edges without ballast (or with reduced ballast) must trap air in the exhaust pipe 103 behind the exhaust passage 111 (which basically is an empty space or “filled with gas” space "in the chamber 101 above the free surface 113 of the media), and the panel 100 should be above the surface of the water in the pool in accordance with the variants of implementation of the present invention. Maintaining the outlet passages 110, 111 above the pool water level minimizes or eliminates the likelihood that the pool water will enter the photobioreactor or that the medium will go into the pool water in accordance with embodiments of the present invention.

[0069] В некоторых случаях может быть желательно позволить фотобиореакторам 100 опуститься под воду для предотвращения повреждений, вызываемых неблагоприятной погодой, такой как град, шторм и тому подобное. Это может осуществляться посредством откачки некоторого количества или всего газа из плавучей трубы 102 с получением равнодействующей силы, действующей в направлении вниз, создаваемой балластной трубой 104. Тогда балластная труба 104 утонет, например опустится на дно бассейна с водой. Различные проходы, описанные в настоящем документе, могут прикрепляться к трубам для дополнения и/или удаления и/или для протекания газов или текучих сред; как таковые, текучие среды в балластной трубе 104 и плавучей трубе могут контролироваться для того, чтобы поддерживать выпускной проход 111 для газа выше уровня верхней поверхности воды (или другой жидкости) в резервуаре, в котором плавает фотобиореактор, независимо от того, погружается ли или всплывает остальная часть фотобиореактора, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0069] In some cases, it may be desirable to allow the photobioreactors 100 to descend into the water to prevent damage caused by adverse weather such as hail, storm and the like. This can be accomplished by pumping out a certain amount or all of the gas from the floating pipe 102 to produce a downward acting force generated by the ballast pipe 104. Then the ballast pipe 104 will sink, for example, sink to the bottom of the pool of water. The various passages described herein may be attached to pipes to supplement and / or remove and / or for the flow of gases or fluids; as such, the fluids in the ballast pipe 104 and the floating pipe can be controlled in order to maintain the gas outlet 111 for gas above the level of the upper surface of the water (or other liquid) in the tank in which the photobioreactor floats, whether it sinks or floats the rest of the photobioreactor, in accordance with the variants of implementation of the present invention.

[0070] Как иллюстрируется на фиг.19, другая ситуация, когда может быть желательным погружение фотобиореактора на дно бассейна, возникает во время сбора урожая сред в камере 201. В частности, после того как газ из плавучей трубы откачивают, заставляя фотобиореактор 100 погружаться на дно бассейна, газ может нагнетаться в одну сторону камеры 201 для удерживания водорослей через выпускной проход 210. Это заставит эту сторону фотобиореактора (сторону, противоположную проходу для сбора урожая) принудительно перемещать водоросли и среду в камере для удерживания водорослей в направлении другой стороны реактора, где их можно извлекать через проход 207 для сбора урожая/высевания, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0070] As illustrated in FIG. 19, another situation where immersion of the photobioreactor on the pool bottom may be desirable occurs during media harvesting in chamber 201. In particular, after gas is evacuated from the floating pipe, causing the photobioreactor 100 to sink onto the bottom of the pool, gas can be pumped to one side of the chamber 201 to hold the algae through the outlet passage 210. This will force this side of the photobioreactor (the side opposite to the harvesting passage) to force the algae and the medium in the chamber to escape living algae in the direction of the other side of the reactor, where they can be removed through the passage 207 for harvesting / sowing, in accordance with the variants of implementation of the present invention.

[0071] Система фотобиореакторов в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения включает набор емкостей для удерживания со встроенными прозрачными гибкими стенками, которые содержат плавучую камеру (например, трубу, заполненную воздухом в верхней части), камеру для удерживания питательной среды для водорослей с областью для выпуска газа, находящуюся рядом с плавучей камерой над питательной средой для водорослей, камеру для продувочного газа (например, трубу под камерой для удерживания питательной среды для водорослей) и камеру для удерживания балласта в нижней части, содержащую материал (например, соль и воду и/или песок и воду и/или другой материал с более высокой плотностью, который является текучим, для целей заполнения и пополнения) с плотностью, превышающей плотность пресной или морской воды, так что когда каждая камера заполняется до соответствующего уровня, емкость 100 всплывает в воде до уровня поверхности воды и достигает высоты, соответствующей уравновешиванию сил плавучести.[0071] A photobioreactor system in accordance with one embodiment of the present invention includes a set of holding containers with integrated transparent flexible walls that comprise a floating chamber (for example, a tube filled with air at the top), an algae culture holding chamber with an area for the release of gas, located next to the floating chamber above the algae growth medium, a purge gas chamber (for example, a pipe under the chamber for holding the nutrient medium for hydrogen donkey) and a ballast holding chamber at the bottom containing material (e.g. salt and water and / or sand and water and / or other material with a higher density, which is flowable, for the purpose of filling and replenishing) with a density exceeding the density fresh or sea water, so that when each chamber is filled to the appropriate level, the tank 100 floats in the water to the level of the water surface and reaches a height corresponding to balancing the buoyancy forces.

[0072] Такой вариант осуществления предусматривает работу в режиме выращивания в виде плавучего удерживания. В режиме подъема для сбора урожая он предусматривает заполнение удерживающей емкости для сбора урожая водорослей газом (например, воздухом и/или CO₂ и/или N₂ и тому подобным), начиная с одного края емкости, с получением подъема емкости в целом на достаточную высоту, чтобы вызвать появление потока питательной среды для водорослей в противоположную сторону емкости для сбора урожая, под действием силы тяжести или с помощью насоса. В конструкции с поршневым потоком это обеспечивает такую же работу, как и в режиме выращивания, за исключением того, что можно осуществлять периодический приток и отток сред и питательной среды для водорослей посредством как расширения, так и сокращения емкости для питательной среды для водорослей, для управления потока и поддержания стабильного положения всплывания, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Такая конструкция устраняет или уменьшает затраты, связанные с присоединением дорогостоящей балластной трубы к нижней части фотобиореактора, включая работу по сборке, соединительные материалы и создание плоского дна бассейна для обеспечения выравнивания панели таким образом, чтобы не создавался выпускной поток. Возникновение выпускного потока может вызывать нежелательный подъем емкостей, утечку и потери водорослей. Упомянутый в заглавии фотобиореактор может также сделать возможными применения вдали от берега и предотвращение затрат на связывание с землей.[0072] Such an embodiment provides for growing operation in the form of floating holding. In the harvest lifting mode, it involves filling the holding tank for algae harvesting with gas (for example, air and / or CO ₂ and / or N ₂ and the like), starting from one edge of the tank, with getting the tank as a whole to a sufficient height to cause the flow of algae growth media to the opposite side of the harvesting tank, by gravity or by pump. In a piston flow design, this provides the same operation as in growing mode, except that it is possible to periodically inflow and outflow media and nutrient medium for algae by expanding and reducing the capacity of the nutrient medium for algae to control flow and maintain a stable floating position, in accordance with the variants of implementation of the present invention. This design eliminates or reduces the costs associated with attaching an expensive ballast tube to the bottom of the photobioreactor, including assembly work, connecting materials and creating a flat pool bottom to ensure that the panel is aligned so that no exhaust flow is created. The emergence of an exhaust stream can cause unwanted tank lifting, leakage, and algae loss. The photobioreactor mentioned in the title may also make it possible to use offshore applications and to prevent the cost of binding to the ground.

[0073] Плавучая камера может надуваться и сдуваться (например, посредством добавления или удаления воздуха или другого газа, используемого для заполнения плавучей камеры), чтобы контролировать глубину емкости 100 в целом, а также, чтобы позволить ей погружаться ниже поверхности 402 воды или на дно бассейна или лагуны, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это обеспечивает защиту емкости 100 фотобиореактора во время дождливой или штормовой погоды, ветра, града, снега и тому подобного. Погружение фотобиореактора 100, таким образом, также облегчает периодическую очистку наружной площади, которая обычно соприкасается с воздухом, посредством предоставления воде возможности для отмывания аккумулированных остатков, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0073] The floating chamber may be inflated and deflated (for example, by adding or removing air or other gas used to fill the floating chamber) to control the depth of the container 100 as a whole, and also to allow it to sink below the surface of water 402 or to the bottom pool or lagoon, in accordance with the variants of implementation of the present invention. This protects the photobioreactor tank 100 during rainy or stormy weather, wind, hail, snow, and the like. The immersion of the photobioreactor 100 thus also facilitates the periodic cleaning of the outer area, which is usually in contact with air, by allowing water to wash off the accumulated residues, in accordance with embodiments of the present invention.

[0074] Выпускная область 103 выше питательной среды 101 для водорослей поддерживается выше бассейна с водой (или сходного объема воды) с помощью плавучей камеры 102, что позволяет выпускной камере 103 поддерживать адекватную область потока для удаления выпускных газов из фотобиореактора 100 без создания значительного обратного давления из-за потерь, связанных с потоками, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это расположение обеспечивает не содержащий препятствий выпускной путь из емкости с минимальным обратным давлением в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Такое расположение сводит к минимуму нежелательное надувание и последующую всплываемость камеры 101 роста, которые могут вызывать потери питательной среды для водорослей через соединительный выпускной проход 111, а также ухудшение контроля продувки и общую нестабильность емкости.[0074] The outlet region 103 above the algae nutrient medium 101 is maintained above the water basin (or a similar volume of water) by the use of the buoyancy chamber 102, which allows the outlet chamber 103 to maintain an adequate flow area to remove exhaust gases from the photobioreactor 100 without creating significant back pressure due to losses associated with flows in accordance with embodiments of the present invention. This arrangement provides an obstruction-free outlet from the vessel with minimal back pressure in accordance with embodiments of the present invention. This arrangement minimizes unwanted inflation and subsequent emergence of the growth chamber 101, which can cause loss of algae growth medium through the connecting outlet passage 111, as well as poor purge control and overall tank instability.

[0075] Выпускной выход 111 для высвобождения позиционируется таким образом, чтобы он находился выше наружной поверхности 402 воды, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В случае отказа подачи газа в систему и последующего перезапуска подачи газа эта конфигурация предотвращает необходимость очистки выпускного выхода 111 для высвобождения от питательной среды для водорослей либо вручную, либо с помощью отдельного механизма, для восстановления функции выпуска в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0075] Graduation the release outlet 111 is positioned so that it is above the outer surface 402 of the water, in accordance with embodiments of the present invention. In the event that the gas supply to the system fails and the gas supply is subsequently restarted, this configuration prevents the need to clean the outlet 111 to release the algae growth medium, either manually or using a separate mechanism, to restore the discharge function in accordance with embodiments of the present invention.

[0076] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения геометрия продувочных отверстий (отверстий, проделанных между продувочной трубой 112 и камерой 101 роста), которые имеют такую форму, которая вызывает изгибное или открывающееся расширение во время продувки, для разрушения образующихся мостиков или отложения вокруг продувочных отверстий, для сведения к минимуму ограничений потока, связанных с биологическим обрастанием. Как иллюстрируется на фиг.5 и 6, такие продувочные отверстия могут представлять собой скорее щели 502, чем круглые отверстия, и могут также быть сформированы в других формах в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Биологическое обрастание и осаждение солей в некоторых обстоятельствах дают тенденцию к образованию отложений вокруг продувочных отверстий и поверх них. Щель 502 имеет характеристику изгиба, когда давление, действующее на нее, повышается, как иллюстрируется с помощью открытой щели 506, и закрывания, когда давления на нее не оказывают, как иллюстрируется с помощью закрытой щели 502, предотвращая, таким образом, обратное протекание, а также уменьшая биологическое обрастание, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0076] In accordance with some embodiments of the present invention, the geometry of the purge openings (openings made between the purge pipe 112 and the growth chamber 101) that are shaped to cause bending or opening expansion during purging to break the bridges or deposit around purge openings, to minimize flow restriction associated with fouling. As illustrated in FIGS. 5 and 6, such purge holes may be slots 502 rather than round holes, and may also be formed in other shapes in accordance with embodiments of the present invention. Bio-fouling and salt deposition in some circumstances tend to form deposits around and over the purge holes. The slot 502 has a bending characteristic when the pressure acting on it rises, as illustrated by the open slot 506, and closing when no pressure is exerted on it, as illustrated by the closed slot 502, thereby preventing backflow, and also reducing fouling, in accordance with embodiments of the present invention.

[0077] Как показано на фиг.7, размещение продувочных отверстий может осуществляться стратегически для доведения до максимума перемешивания и обеспечения размеров и формы пузырьков, которые должны возникать вблизи стенки 706 емкости для водорослей, для обеспечения гидродинамической очистки стенки 706, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это может уменьшить или устранить биологическое обрастание до такой степени, что оно сводит к минимуму помехи для проникновения света в питательную среду для водорослей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают механизм очистки с помощью пузырьков, который является очень экономичным по сравнению с ручными механическими или химическими способами.[0077] As shown in Fig.7, the placement of the purge holes can be carried out strategically to maximize mixing and ensure the size and shape of the bubbles that should occur near the wall 706 of the tank for algae, to provide hydrodynamic cleaning of the wall 706, in accordance with the options for implementation of the present invention. This can reduce or eliminate biological fouling to such an extent that it minimizes interference with light from entering the algae growth medium in accordance with embodiments of the present invention. Embodiments of the present invention provide a bubble cleaning mechanism that is very economical compared to manual mechanical or chemical methods.

[0078] Добавки к материалу удерживающей емкости могут быть использованы для подавления биологического обрастания областей удерживания питательной среды для водорослей, областей для продувочного газа, балласта и плавучести в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Гидрофобные, гидрофильные, имеющие низкую адгезию и/или токсичные добавки могут добавляться к материалу удерживающей емкости, например полиэтиленгликоль (PEG), сверхразветвленный фторполимер (HBFP), полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), полиметилметакрилат (PMMA), природный каучук (NR), полидиметилсилоксан (PDMS), полистирол (PS), перфторполиэфир (PFPE), политетрафторэтилен (PTFE), силиконы и производные и тому подобное. Обработку пленки в коронном разряде также можно использовать, чтобы увеличить гидрофильность поверхности пленки, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0078] Additives to the material of the holding container can be used to suppress the biological fouling of the holding areas of the algae growth medium, the purge gas, ballast and buoyancy areas in accordance with embodiments of the present invention. Hydrophobic, hydrophilic, low adhesion and / or toxic additives can be added to the holding vessel material, for example polyethylene glycol (PEG), hyperbranched fluoropolymer (HBFP), polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate (PMMA), natural rubber (NR) ), polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene (PS), perfluoropolyether (PFPE), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicones and derivatives and the like. Corona film treatment can also be used to increase the hydrophilicity of the film surface, in accordance with embodiments of the present invention.

[0079] Добавки к питательной среде для водорослей и/или средам могут быть использованы для подавления биологического обрастания и вспенивания питательной среды для водорослей в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Гидрофобные, гидрофильные, имеющие низкую адгезию и/или токсичные добавки могут быть добавлены к питательной среде для водорослей и/или к средам, например PEG, силиконы и производные, биоциды, фторуглероды, четвертичные амины в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0079] Additives to algae culture media and / or media can be used to inhibit fouling and foaming of algae culture media in accordance with embodiments of the present invention. Hydrophobic, hydrophilic, low adhesion and / or toxic additives can be added to algae culture media and / or to media, for example PEG, silicones and derivatives, biocides, fluorocarbons, quaternary amines in accordance with embodiments of the present invention.

[0080] Добавки и поверхностная обработка поверхностей удерживающей емкости могут быть использованы для повышения уровней света и оптимизации распределения света, чтобы довести до максимума рост, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Белые поверхности, полуотражающие, структурированно непрозрачные и/или текстурированные поверхности, увеличивают уровень диффузного света для данного уровня фотосинтетически активного излучения ("PAR"). Водоросли являются значительно более эффективными при использовании только лишь части солнечного света, чтобы довести до максимума рост и свести к минимуму фотоингибирование. Использование белого пластика 803 вместо прозрачного пластика на балластной камере 104 дает искривленную отражающую поверхность для рассеяния и диффузного распределения большего количества света, чем можно получить с помощью прозрачной поверхности, имеющей цвет глины, используемой для балласта, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Нижняя часть 802 балластной камеры 104 может армироваться, например, с помощью дополнительного слоя или более толстого слоя, чтобы лучше противостоять проколам. Белый пластик 803 может также служить для замены белого покрытия на дне бассейна, чтобы отражать свет, это может понизить стоимость способа получения покрытия в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0080] Additives and surface treatment of the surfaces of the holding container can be used to increase light levels and optimize light distribution to maximize growth, in accordance with embodiments of the present invention. White surfaces, semi-reflective, structured opaque and / or textured surfaces, increase the level of diffuse light for a given level of photosynthetically active radiation ("PAR"). Algae are significantly more effective when using only a fraction of the sunlight to maximize growth and minimize photoinhibition. Using white plastic 803 instead of transparent plastic on ballast chamber 104 provides a curved reflective surface for scattering and diffuse distribution of more light than can be obtained using a transparent surface having the color of clay used for ballast, in accordance with embodiments of the present invention. The lower portion 802 of the ballast chamber 104 may be reinforced, for example, with an additional layer or a thicker layer to better withstand punctures. White plastic 803 can also serve as a substitute for white coating at the bottom of the pool to reflect light, this can lower the cost of the coating method in accordance with embodiments of the present invention.

[0081] Размер и/или диаметр балластной емкости 104 может выбираться для обеспечения механизма контроля разделительного расстояния D между соседними емкостями 900a, 900b, как иллюстрируется на фиг.9. Таким образом балластная труба 104 может выполнять две функции, тем самым понижая затраты: для контроля экспонирования света и для управления разделительным расстоянием между панелями в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0081] The size and / or diameter of the ballast vessel 104 may be selected to provide a mechanism for controlling the separation distance D between adjacent vessels 900a, 900b, as illustrated in FIG. 9. Thus, the ballast tube 104 can perform two functions, thereby reducing costs: for controlling exposure to light and for controlling the separation distance between panels in accordance with embodiments of the present invention.

[0082] Природа плавающей емкости делает возможной конфигурацию, которая реагирует на действие волн в бассейне и лагуне в форме перемешивания питательной среды для водорослей, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Это является очень дешевой формой энергии, доступной для перемешивания питательной среды для водорослей с целью увеличения или поддержания высоких скоростей роста и для уменьшения или устранения потребления энергии для продувки, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0082] The nature of the floating tank makes possible a configuration that responds to the action of waves in the pool and lagoon in the form of mixing algae growth media, in accordance with embodiments of the present invention. This is a very cheap form of energy available for mixing algae growth media to increase or maintain high growth rates and to reduce or eliminate purge energy consumption, in accordance with embodiments of the present invention.

[0083] Различные емкости 101, 102, 104 фотобиореактора 100 могут иметь стратегически размещенные армирующие материалы, примененные к каждой области удерживания, и/или использовать более толстые материалы для обеспечения устойчивости, чтобы пережидать дождливую погоду и действие волн в большом объеме воды, озере или океане, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, нижняя поверхность 802 балластной камеры 104 может армироваться, как обсуждается выше.[0083] The various containers 101, 102, 104 of the photobioreactor 100 may have strategically placed reinforcing materials applied to each retention area and / or use thicker materials to provide stability in order to wait for rainy weather and the action of waves in a large volume of water, lake or the ocean, in accordance with the variants of implementation of the present invention. For example, the lower surface 802 of the ballast chamber 104 may be reinforced, as discussed above.

[0084] Как показано на фиг.10 и 11, верхняя часть фотобиореактора 100 может содержать один или несколько клапанов 1002, 1004 или выступов плавучей емкости 102 для удерживания, которые могут быть сконструированы либо из материала емкости, либо из какого-либо другого плавучего пластика, который может соединяться с исходным материалом, для того, чтобы служить сегментированным покрытием, которое перекрывается с соседним фотобиореактором 100, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Альтернативно вместо перекрывания с соседним фотобиореактором такие верхние клапаны 1002, 1004 могут просто покрывать верхнюю поверхность воды между соседними фотобиореакторами 100 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Такие клапаны или выступы могут сводить к минимуму испарения, уменьшая тем самым потребление воды, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Такая конфигурация представляет собой очень недорогой способ сведения к минимуму испарения, поскольку стоимость материалов может быть очень низкой, и потребовались бы только минимальные затраты труда по сравнению с установкой отдельных покрытий для удерживания тепла или сведения к минимуму испарений. Такие клапаны 1002, 1004 можно также использовать в качестве альтернативного пути для поддержания соответствующего расстояния между панелями в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг.11 иллюстрирует множество расположенных рядом фотобиореакторов 100 с расположенными сверху клапанами 1002, 1004, направленных к соседним фотобиореакторам 100, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0084] As shown in FIGS. 10 and 11, the top of the photobioreactor 100 may comprise one or more valves 1002, 1004 or protrusions of the holding vessel 102, which may be constructed from either the vessel material or some other floating plastic which can be coupled to the starting material in order to serve as a segmented coating that overlaps with the adjacent photobioreactor 100, in accordance with embodiments of the present invention. Alternatively, instead of overlapping with an adjacent photobioreactor, such top valves 1002, 1004 may simply cover the upper surface of water between adjacent photobioreactors 100 in accordance with embodiments of the present invention. Such valves or protrusions can minimize evaporation, thereby reducing water consumption, in accordance with embodiments of the present invention. This configuration is a very inexpensive way to minimize evaporation, since the cost of materials can be very low and would require only minimal labor compared to installing separate coatings to retain heat or minimize evaporation. Such valves 1002, 1004 can also be used as an alternative way to maintain appropriate panel spacing in accordance with embodiments of the present invention. 11 illustrates a plurality of adjacent photobioreactors 100 with upstream valves 1002, 1004 directed to adjacent photobioreactors 100, in accordance with embodiments of the present invention.

[0085] Фиг.12 иллюстрирует альтернативный фотобиореактор 1200 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фотобиореактор 1200 содержит фиксированные карманы для воздуха 1202, которые могут привариваться к боковой стороне основного материала панели. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, воздух не может вводиться или удаляться из фиксированных карманов 1202 для воздуха, так что они могут формироваться с достаточно малым объемом, чтобы сделать возможным контроль глубины фотобиореактора 1200, чтобы контролировать его на основе объема балласта 104 и/или скорости продувки. Между фиксированными карманами 1202 для воздуха находятся карманы 1204 для продувочного газа, которые представляют собой области, которые содержат продувочный газ 1208, после того, как его барботировали через камеру роста и перед его выпуском, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Выходные отверстия 1206 могут формироваться в верхней части одного или нескольких карманов 1204 для продувочного газа, чтобы сделать возможным выход продувочного газа 1208 из фотобиореактора 1200, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Эти выходные отверстия 1206 могут формироваться, например, оставляя верхние края слоев материала фотобиореактора не сваренными. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения два или более фиксированных кармана 1202 для воздуха могут находиться в сообщении по текучей среде друг с другом.[0085] FIG. 12 illustrates an alternative photobioreactor 1200 in accordance with embodiments of the present invention. The photobioreactor 1200 contains fixed pockets for air 1202, which can be welded to the side of the main material of the panel. In accordance with some embodiments of the present invention, air cannot be introduced or removed from the fixed air pockets 1202, so that they can be formed with a sufficiently small volume to make it possible to control the depth of the photobioreactor 1200 to control it based on the volume of ballast 104 and / or purge speeds. Between the fixed air pockets 1202, there are purge gas pockets 1204, which are regions that contain purge gas 1208, after it has been bubbled through the growth chamber and before being discharged, in accordance with embodiments of the present invention. Outlets 1206 may be formed at the top of one or more purge gas pockets 1204 to allow purge gas 1208 to exit the photobioreactor 1200, in accordance with embodiments of the present invention. These outlet openings 1206 may be formed, for example, leaving the upper edges of the layers of the photobioreactor material not welded. In accordance with one embodiment of the present invention, two or more fixed air pockets 1202 may be in fluid communication with each other.

[0086] Фиг.13 иллюстрирует общий вид в частичном поперечном сечении другого альтернативного фотобиореактора 200 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фотобиореактор 200 является сходным с фотобиореактором 100; однако фотобиореактор 200 является более симметричным, что стало возможным с помощью плавучей трубы, которая изменяется вдоль длины фотобиореактора 200 между трубой 142 полного диаметра и набором двух меньших труб 144, 146, расположенных одна поверх другой, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Заполненное газом пространство 143 располагают выше плавучих труб 142, 144, 146, и продувочный газ из продувочной камеры 112 получает возможность прохождения через плавучую трубу в заполненное газом пространство 143 в положениях плавучих труб 144, 146 меньшего диаметра в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Эта плавучая труба с переменной структурой может быть сформирована посредством использования множества (например, четырех) слоев пластиковой прокладки и размещения селективных линий сварки по длине как до, так и после складывания и/или перекрывания слоев. Краска (например, краска для маркировки), размещенная на пленке, предотвращает сваривание слоев в выбранных положениях с формированием различных камер и структур, как иллюстрируется на фиг.16. Например, сварные швы 152 на внутренних слоях в основном создают линию разделения между плавучей трубой 144 и плавучей трубой 146, в то время как сварные швы 153 на наружном слое создают в основном плавучие трубы 142 большего диаметра в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг.16 дополнительно иллюстрирует три стадии формирования фотобиореактора на фиг.13-15 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, а фиг.17 иллюстрирует размещение проходов во время изготовления фотобиореактора на фиг.13-15 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.[0086] FIG. 13 illustrates a partial cross-sectional general view of another alternative photobioreactor 200 in accordance with embodiments of the present invention. The photobioreactor 200 is similar to the photobioreactor 100; however, the photobioreactor 200 is more symmetrical, which is made possible by a floating pipe that varies along the length of the photobioreactor 200 between the full-diameter pipe 142 and a set of two smaller pipes 144, 146 arranged one on top of the other, in accordance with embodiments of the present invention. The gas-filled space 143 is positioned above the floating pipes 142, 144, 146, and the purge gas from the purge chamber 112 is allowed to pass through the floating pipe into the gas-filled space 143 at the positions of the smaller diameter floating pipes 144, 146 in accordance with embodiments of the present invention. This floating pipe with a variable structure can be formed by using multiple (for example, four) layers of plastic gasket and placing selective welding lines along the length both before and after folding and / or overlapping layers. A paint (e.g., marking paint) placed on a film prevents layers from being welded at selected positions to form various chambers and structures, as illustrated in FIG. 16. For example, welds 152 on the inner layers basically create a separation line between the floating pipe 144 and the floating pipe 146, while the welds 153 on the outer layer mainly create larger diameter pipes 142 in accordance with embodiments of the present invention. FIG. 16 further illustrates the three steps of forming the photobioreactor in FIGS. 13-15 in accordance with embodiments of the present invention, and FIG. 17 illustrates the placement of passages during manufacture of the photobioreactor in FIGS. 13-15 in accordance with embodiments of the present invention.

[0087] Различные модификации и дополнения могут быть выполнены по сравнению с обсуждаемыми иллюстративными вариантами осуществления без отклонения от объема настоящего изобретения. Например, в то время как варианты осуществления, описанные выше, относятся к конкретным признакам, объем настоящего изобретения также включает варианты осуществления, имеющие различные сочетания признаков и вариантов осуществления, которые не включают всех описанных признаков. Соответственно объем настоящего изобретения, как предполагается, охватывает все такие альтернативы, модификации и варианты как попадающие в объем формулы изобретения вместе со всеми ее эквивалентами.[0087] Various modifications and additions can be made in comparison with the discussed illustrative embodiments without deviating from the scope of the present invention. For example, while the embodiments described above are specific features, the scope of the present invention also includes embodiments having various combinations of features and embodiments that do not include all of the features described. Accordingly, the scope of the present invention is intended to encompass all such alternatives, modifications, and variations as fall within the scope of the claims along with all its equivalents.

Claims

1. A photobioreactor system comprising:
a reservoir containing a liquid having a level of the upper surface;
photobioreactor, and the photobioreactor is flexible and buoyant in liquid, the photobioreactor contains:
a growth chamber containing a medium in which organisms can be grown; and
a ballast chamber containing a first fluid medium that has a first effective density greater than that of a liquid, so that the ballast chamber exerts a first downward force on the photobioreactor, and
a floating chamber containing a second fluid, the second fluid having a second effective density lower than that of said fluid, so that the floating chamber applies a second force to the photobioreactor in an upward direction.

2. The photobioreactor system according to claim 1, wherein the photobioreactor further comprises:
a purge chamber having a plurality of openings opening into the growth chamber, the purge chamber contains a purge gas or a mixture of gases for passing through the plurality of openings and ascending through the medium.

3. The photobioreactor system according to claim 2, wherein the level of the upper surface is the level of the upper surface of the tank, the growth chamber contains a space filled with gas above the level of the upper surface of the media, and the space filled with gas provides the accumulation of purge gas or a mixture of gases.

4. The photobioreactor system according to claim 3, in which the floating chamber is isolated from the space filled with gas and is located directly next to it.

5. The photobioreactor system according to claim 4, in which the ballast chamber is isolated from the bottom of the growth chamber and is located directly next to it.

6. The photobioreactor system according to claim 4, wherein the purge chamber is located at the bottom of the growth chamber, and the ballast chamber is isolated from the purge chamber and is located directly next to it.

7. The photobioreactor system according to claim 1, wherein the ballast chamber and the floating chamber support the photobioreactor in a substantially vertical position when the photobioreactor floats in a liquid.

8. The photobioreactor system of claim 1, wherein the first fluid is salt water and the second fluid is air.

9. The photobioreactor system of claim 1, wherein the ballast chamber comprises at least one passage through which fluid can be added to or removed from the ballast chamber.

10. The photobioreactor system of claim 1, wherein the floating chamber comprises at least one passage through which a second fluid can be added to or removed from the floating chamber.

11. The photobioreactor system according to claim 1, wherein the photobioreactor is one of a plurality of photobioreactors, each of which is essentially the same as this photobioreactor, wherein the plurality of photobioreactors floats in a liquid, and the plurality of photobioreactors are positioned one after the other, that the distance between two adjacent photobioreactors from the set of photobioreactors is determined by the width of the adjacent ballast chambers.

12. The photobioreactor system according to claim 11, wherein each of the plurality of photobioreactors comprises an upper valve, the upper valve is configured to be located on top of the adjacent portion of the adjacent photobioreactor or on top of the level of the upper liquid surface between adjacent photobioreactors.

13. The photobioreactor system according to claim 1, wherein the photobioreactor is at least partially formed from a substantially transparent plastic film.

14. The photobioreactor system of claim 1, wherein the photobioreactor is at least partially formed from one or more anti-fouling additives selected from the group consisting of: polyethylene glycol (PEG), hyperbranched fluoropolymer (HBFP), polyethylene (PE) , polyvinyl chloride (PVC), polymethyl methacrylate (PMMA), natural rubber (NR), polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene (PS), perfluoropolyether (PFPE), polytetrafluoroethylene (PTFE) and silicones and derivatives or coated with them.

15. The photobioreactor system according to claim 1, wherein the medium contains an anti-fouling additive selected from the group
consisting of: polyethylene glycol (PEG), silicones and derivatives, biocides, fluorocarbons and quaternary amines.

16. The photobioreactor system of claim 1, wherein at least the lower surface of the ballast chamber is reinforced to minimize puncture.

17. A method of growing algae, comprising:
placing the photobioreactor in the tank containing the liquid, the liquid has a level of the upper surface, while the photobioreactor is flexible and floating in the liquid and contains a growth chamber, a ballast chamber and a floating chamber,
adding medium to the growth chamber, the medium being adapted to support a suspended algae culture,
adding to the ballast chamber a first fluid having a first effective density greater than that of a liquid, so that the ballast chamber exerts a first downward force on the photobioreactor, and
adding to the floating chamber a second fluid having a second effective density lower than that of said liquid, so that the floating chamber exerts a second upward force on the photobioreactor.

18. The method according to p. 17, in which the photobioreactor is located in the ocean, and the method further includes:
growing a suspended culture of algae in the medium and
mixing the suspended algae culture by floating the photobioreactor in a manner that allows the photobioreactor to move in response to waves in
the ocean.

19. The method according to p. 17, in which the photobioreactor is one of many essentially similar photobioreactors, and the method further includes
placing a plurality of substantially similar photobioreactors floating in a liquid in a side-by-side configuration; and
adjusting the distance between adjacent photobioreactors by adding fluid to the ballast chambers or removing fluid from the ballast chambers of neighboring photobioreactors.

20. The method according to p. 17, further comprising:
adjusting the swimming depth of the photobioreactor in the liquid by adding a first fluid to the ballast chamber or by removing the first fluid from the ballast chamber.

21. The method according to p. 17, further comprising:
adjusting the swimming depth of the photobioreactor in the liquid by adding a second fluid to the floating chamber or removing a second fluid from the floating chamber.

22. The method according to p. 21, further comprising
removing the second fluid from the floating chamber until the photobioreactor substantially sinks below the level of the upper surface.