TWI245797B - Method of culturing microalgae and device therefor - Google Patents

Description

1245797 五、發明説明 <發明所屬技術領域> ,本毛月係關於用以培養光合成生物之微細藻類之密 閉型的微細藻類培養裝置。 〈習知之技術> 光合成生物之微細簾類，係用以吸收二氧化碳藉光合 成作用製造維生素、氨基酸、色素類、蛋白質、多糖類、 脂肪酸等之有用成分，—般作為養殖飼料用被培養著。又 该種微細藻類係被利用作為處理形成地球溫暖化的原因之 :乳化％之裝置，近年來正研究著大量培養該等藻類 蚕裝置。 :、、、:而坨養衣置係在培養液中培養微細藻類，利用光 合仙所需要之光主要是太陽光，二氧化碳係藉將空氣或 -乳化碳與空氣的混合氣吹入培養液來供給。 ^ 在坧養衣置中，為了有效率的利用太陽能源有 效率的培養微細藻類，必須具備幾項要點： ο)受光量要多 (2) 充分龄培養液，微細藻類有效率的接觸光，均一 的供給營養份與二氧化碳，同時料由微細藻類所排出氧氣。 (3) 實現不使培養液滞留之攪拌，謀求防止因微細藻 附著於壁面形成光透過降低與群體之沉澱。 、習知利用培養池與舖設型培養池等之開放型培養方 式作為微細藻類的培養法，但該方式由 的授掉，所以光只能達到表層，培養濃度降低，由： 之 類 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

- - .....— I裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂........... 4 1245797 A7

袭t'· ij 線4 · 五、發明説明（3 ) <解決課題的手段> 為達成上述目的，申請專利範圍第以發明之微細藻 類培養裝置，係將培養餘人頂部具#開σ部之培養容器 中’藉-面將含有二氧化碳之氣體吹入該培養液中，一面 使可見光射人’而可在前述培養容器内培養微細藻類者， 又，以内外雙重曲面壁使前述培養容器成形為撤物狀，同 時至少以可透過可見光之透明材料構成外側之曲面壁，且 藉吹入前述氣體’在前述培養容”形成前述培養液的渦 旋流。 申請專利範圍第2項之發明，係在中請專利範圍第旧 之微細蒸類培養裝置，其中前述培養容器的正面視外形形 狀為圓形、橢圓形或長圓形。 申請專利範圍第3項之發明，係在申請專利範圍第_ 項之微細㈣培養裝置，其巾前述培養容㈣設置成相對 水平面傾斜者。 申請專利範圍第4項之發明，係在申請專利範圍第㈣ 之微細藻類培養裝置，其中前述培養容器的角度係可變者。 申請專利範圍第5項之發明，係在申請專利範圍第η 項之微細藻類培養裝置，其中藉由自前述培養容器之下部 中央部吹入前述氣體，使培養液形成沿著寬方向中心上 升，且在上部分成左右而沿著外周下降之流動。 申請專利範圍第6項之發明，係在中請專利範圍第卜5 項之微細藻類培養裝置，其中藉朝前述培養容器噴 水來控制前述培養液之溫度。 、°皿 1245797 發明説明（4 ) 從而:若依據申請專利第1IM之發明，由 體’在培養容器中形成培養液的渦旋流，所以可以充分的 ㈣培養液，微細藻類可以公平的受光，藉此可以達成高 生產性。又，培養液藉氣泡通過時之混相札流與在壁面中 之亂流境界層及沿著拋物狀之培養容器的曲面壁流動發生 旋轉渦流’由外側的曲面壁向内側的曲面壁及由内侧二曲 面壁向外侧的曲面壁發生渦流，由於藉該渴流培養液不會 滞留被充分的擾拌，所以微細藻類不會附著於培養容以 壁面，也不會形成群體沉殺’微細藻類不會遮蔽光的透過 由於微細蒸類很有效率且均—的受光，所以可以有效率 培養微細藻類，可以長期的雉拄古 长功的維持兩的培養效率。更由於以 耐壓強度高之曲面壁構成培養容器，所以可以抑制其厚度 於幸父小谋求裝置的輕量化與降低成本。 若依據申請專利範圍第2項之發明，由於採用圓、橢 圓或長圓之左右對稱形狀作為培養容器的正面視外形形 狀，所以在該培養容器内可以容易的形成沿著其外周旋轉 之培養液的流動，培養容器的製造容易化。 若依據申請專利範圍第3項之發明，由於將培養 設置成對水平面傾斜，所以可以提高太陽光線的利用 同犄可以更一層的防止培養液在培養容器内的滯留， 確貝的防止培養液附著於微細藻類的壁面。 若依據申請專利範圍第4項之發明，由於培養容 角度可變，所以可以追隨太陽高度的變化改變培養容 傾斜角度，使其經常可以收集到最大限度之太陽光，可 的 的 容器 率， 可Ο 器 器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝— •訂丨 線— 本紙張尺度翻巾_家鮮（⑽）A4規格⑵⑽撕公爱） 五、發明説明（5 ) 又，在有可能發生因光過強產生光 ’就可以 確保更高的培養效率。 合成的光阻害的場合， 防止如此光阻害的發生 改變培養容器的傾斜角度 右依據申請專利範圍第5項之發明 沿著培養容器的寬方向中心上升，在上部分成== 周下降之流動，所以以簡易之構造就: 液防止其滯留，在培養液中之任何萍::择培養 光實現高生產性。 了“也可以公平的接觸 6項之發明，由於藉由對培養 液的溫度，所以保養液不因季 可以有效果的解除對藻類成長 若依據申請專利範圍第 谷姦喷灑調溫水來控制培養 節一年中均可以保持適溫， 之不良影響。 <發明的實施型態> =下依據所添附圖面說明本發明之實施型態。 一第_為關於本發明之微細藻類培養裝置的透視圖， 弟2圖為同微細蘿麵立| ” 、〇養衣置的正面圖，第3圖為同微細藻 … < 衣置的側截面圖’第4圖為第3圖之Α部擴大詳細圖。 關於本發明之微細藻類培養裝置卜係由外形形狀正 面看形成圓形之拋物狀之培養容器2僅以一定角度•照 第3圖)傾斜設置於支撐台3上所構成。 上述培養容器2其中央部形成凸球面狀，在内側之曲 面壁4的外侧形成相同之凸球面同心的組合曲面壁$成形抛 、在藉形成於该培養容器2内之兩曲面壁4、5所圍成的 空間内注人培養液6(參照第。 1245797 A7 ----—--—____ 五、發明説明（7 ) 培養液6排出至外部。 更在培養容器2的外側（受光側）之曲面壁5的下部外周 3處所（通過曲面壁5的中心垂直下方位置與該位置之左右 之位置3處所）穿設圓孔狀之氣體吹入口 ％(第4圖僅圖示工 個）。 一方面，在培養容器2的下部前面側（外側的曲面壁5 的外方），氣體導入管14被延設於水平之左右方向，由該氣 體導入官14分歧向培養容器2側延伸之3跟支管15，被插入 粘合於穿設在培養容器2的外侧之曲面壁5的下部外周之前 述氣體吹入口 5b。又，氣體導入管14被接續於未圖示之供 給空氣或二氧化碳與f氣的混合氣體之壓縮機等之氣體供 給源。 另一方面，在培養容器2的頂部（也就是外側的曲面壁5 的頂邛）女裝圓筒狀之氣體排出筒丨6，其内部係形成開口於 培養容器2内之氣體排出用開口部17。而且，在氣體排出筒 16的上部覆蓋著向下開口反盤狀之蓋18，氣體排出用開口 邛17藉蓋18覆蓋著，可以防止飛塵與垃圾或空氣中之浮游 微生物等混入培養容器2内之培養液6。又。即使在氣體 出用開口部17設置過濾器來替代蓋18亦可以得到同樣之效 果。 又，在培養容器2的上部前面侧，調溫水導入管19被 延，於與前述氣體導入管14平行之左右方向，該調溫水導 入官19藉左右-對之支撐支架2G安裝於培養容器2。而且， 在該調溫水導入管19的下部，如第2圖所示，穿設多數（在 本紙張尺度相鮮（CNS) A4規格（2歌297公釐) 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— :線丨 1245797 A7 ---— _B7 _ 五、發明説明（8 ) 圖示之例為5個）之灑水口 19a，調溫水導入管19被接續於冷 卻水泵等之未圖示之調溫水供給源。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而且，具有以上構造之培養容器2係被支撐於形成框 体構造之前述支撐台3的斜面部，外侧的曲面壁5被設置成 僅傾斜一定角度a(在本實施形態，a= 60。）使其面對太陽。 其次，針對關於本實施形態之微細藻類培養裝置1的 作用加以說明。 將該當微細藻類培養裝置1設置於屋外，同時在培養 合态2放入需要培養之微細藻類與培養液6，驅動未圖示之 氣體供給源，將包含二氧化碳之氣體（空氣或二氧化碳與空 氣之混合氣體）流到氣體導入管14後，氣體由3跟之支管被 供給至培養容器2内。 被供給至培養容H2内之氣體，係由培養容器2的底部 3處所如第3圖所示，形成氣泡沿著外側之曲面壁$的内面 上升在其過f壬供給二氧化碳到培養液6中之微細藻類。藉 該氣體的秦泡的上升，在培養容器2内，如第2圖箭頭符號 所示，培養液6形成沿著寬方向中心上升，在上部分成左右 沿著外周下降之渦漩流。 又，面對太陽透過培養容器2之外侧的曲面壁5之太陽 光線射入培養容器2内，同時由於直射光及散亂光也由内侧 之曲面土4射人’所以培養容器2内之微細藻類的平均每個 細胞的受光量變多，微細藻類藉光合成作用製造維生素、 氨基1色素類、蛋白質、多糖類、脂肪酸等之有用成分， 同時吸收處理造成地球溫暖化的原因之二氧化碳。而且， 五、發明説明（9 ) 猎=合成㈣發生之氧氣，通過形成於培養容w之頂部之 用開口部17及氣體排出筒16之蓋18的間隙被排出 至大氣中。 而且’因應f要若驅動調溫水供給源將調溫水（冷卻水） 流到調溫水導入管19的話，則調溫水由穿設於調溫水導入 官19之多數之灑水Dl9a灑水，沿著外側之曲面壁5的外面 ••動曰可以將蛣養液不依季節的整年都保持在適當溫度， 特别疋在夏天可以有效果的解除因培養液6的過度昇溫對 微細藻類成長帶來不良的影響。 以上’在關於本實施形態之微細藻類培養裝置ι中， 由於藉吹人氣體’在培養容器2切成培養㈣的渦旋流， 所以充分的㈣培養液6，微細藻類可以公平的受光，藉此 可以達成高生產性。 曲 曲 於 藻 受 又，培養液6藉在培養液6t之氣泡通過時之混相亂流 與在壁面中之a流境界層及沿㈣物狀之培養容器2的 面壁4、5流動發生旋轉渦流，由外側的曲面壁$向内側的 面壁及由内側的曲面壁4向外側的曲面壁5發生渦流，由 藉該渦流培養液6不會滯留被充分_拌，所以微細薄類不 會附著於培養容器2的壁面，也不會形成群體沉澱，:: 類不會遮蔽光的透過，由於微細藻類很有效率且均一的又 光，所以可以有效率的培養微細藻類，可以長期的維持高 的培養效率。 、 更進一步，由於以耐壓強度高的曲面壁4、5構成培養 谷益2，所以可以抑制其厚度較小謀求培養裝置丨的輕量化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1245797 五、發明説明（10 ) 及降低成本。 、由於抓用圓形之左右對稱形狀作為培養容哭2 正面視外形形狀，所以在今與 巧。蚕合益2之 易形成_^^66^ 器2㈣著其相可以容 化。轉之^6的流動，同時培養容器2的製造容易 ^在本實施形態’由於將培養容器2設置成對水平面 僅Γ疋角^傾斜’所以可以提高太陽光線的利用率，同時 可以更確實的防止培養液6在培養容器2内之滞留，更可以 碟實的防止附著於微細_ ”面。X，附設可變機構若 可以變化㈣容H2的傾斜角度a的話，則可以追隨太陽高 f的交化改變培養容器2的傾斜角度，使其經常可以收集到 取大限度之太陽光。又’在有可能發生因光過強產生光合 成的光阻害的場合，藉改變料容器2的傾斜肖度a，就可 以防止如此光阻害的發生。 又，在本實施形態，由於培養液6形成沿著培養容器2 的見方向中心上升，在上部分成左右沿著外周下降之流 動，所以可以以簡單的構造均一的攪拌培養液6防止其滯 畕對於培養液6中之任何藻類也可以公平的接觸光實現高 生產性。 在此，第5圖為表示關於本實施形態使用微細藻類培 養裝置1之實際生產設備例，在實際之生產設備中，如圖示 將多數之微細藻類培養裝置丨連續成一列連結者配設成多 數列。該場合在各列中，氣體導入管14與調溫水導入管19 各1跟在各培養裝置1共用。 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 1245797 五、發明説明（11 其次’關於本發明針對使用微細藻類培養裝置所進行 之培養實驗的結果加以說明。 使用小綠藻（Chlorococcum littorale)經過13天進行培 養貝駟作為微細藻類。該場合之日照時間為1 〇小時/日，南 中日守光量子量800umol/m2/s、曰中平均光量子量 340umol/m2/s、培養液為70公升，培養結果為平均增值速 度〇·〇9乾燥量/公升/日。又，培養期間中沒有發生附著於微 細藻類的培養容器壁面。 又，在別的培養實驗中，培養藍螺旋藻 platenCls)作為微細藻類的結果，相對於習知之培養池方式 培養濃度為〇.3〜0.5/公升、生產性為0·1〜0.2g/公升/日， 於本發明之微細藻類培養裝置，則可以得到所謂培養濃 為10 20/A升、生產性為18〜4.5g/公升/日的好結果。 <發明的效果> 乂上„兄明可以明白’若依據本發明，一種微細藻 培養，置’在將培養液放入頂部具有開口部之培養容 t ’藉-面將含有二氧化碳之氣體吹入該培養液中：_ 使可見光射人’在前述培養容器内培養微細藻類，又，… 内外雙重曲面壁將前述培養容器成形成拋物狀，同時至少 以透過可見光之透明材料構成外側之曲面壁，由於藉吹 前述氣體在㈣培衫11切《述騎㈣㈣流，所 以可以實現充分嶋培養液得到較高的生產性，同時可 以防止微細蒸類附著於培養容器壁面與職於培養容哭 面，得到所謂可以長期维持較高培養效率之效果。- 類 器 面 以 入 底 本紙張尺度㈣ 關 度

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· —線------- 1245797 A7 B7五、發明説明（l3 ) 元件標號對照 1…微細藻類培養裝置 2…培養容器 4…内側的曲面壁 5…外側的曲面壁 6…培養液 14…氣體導入管 17···氣體排出用開口部 18…蓋 19…調溫水導入管 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 16

Claims (1)

1245797 六、申請專利範圍 第91111681號專利申請案申請專利範圍修正本94年3月28日 1· -種微細藻類培養裝置，係將培養液放入頂部且有開口 ，部^培養容器中，藉一面將含有二氧化碳之氣體吹入該 =養液中’―面使可見光射人，俾在前述培養容器内培 養微細藻類者， 又’以内外雙重曲面壁使前述培養容器成形為朝外 側凸出的拋物狀’且至少外側之曲面壁係以可見光可穿 透之透明材料構成，再者，前述培養容器内側下部設有 用=吹人前述氣體之氣體吹人σ，俾在該培養容器内形 成前述培養液的渦漩流。 2·如申請專利範圍第旧之微細藻類培養裝置，其中前述 培養容器的正面視外形形狀為圓形、橢圓形或長圓形。 申明專利範圍第1或2項之微細藻類培養裝置，其中前 述培養谷态係設置成相對水平面傾斜者。 4· '申明專利範圍第3項之微細藻類培養裝置，其中前述 培養容器的傾斜角度係可變者。 5·如申印專利範圍♦第1或2項之微細藻類培養裝置，其係藉 由自丽述培養容器之下部中央部吹入前述氣體，使培養 液形成沿著寬方向中心上升，且在上部分成左右而沿著 外周下降之流動。 6·如申請專利範圍第1或2項之微細藻類培養裝置，其係藉 朝前述培養容器噴灑調溫水來控制前述培養液之溫度。