TWI752766B

TWI752766B - 藻類生長裝置

Info

Publication number: TWI752766B
Application number: TW109145881A
Authority: TW
Inventors: 陳興
Original assignee: 詮興開發科技股份有限公司
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-01-11
Also published as: TW202225395A

Abstract

一種藻類生長裝置，其包括循環保溫管路、發光件、儲液容器、液泵、氣體循環管路以及氣泵。培養液在該循環保溫管路中循環流動，該循環保溫管路包括一管壁以及一保溫絕熱材，保溫絕熱材覆蓋於管壁的外周面，且絕熱材與管壁間具有至少一容置部，管壁為可透光，藻類放置於循環保溫管路的培養液中。發光件設置於至少一容置部，且發光件發出的光穿過管壁而照射至培養液。儲液容器儲存培養液。液泵設置於循環保溫管路中，其使培養液在循環保溫管路中循環流動。氣泵設置於氣體循環管路，將空氣導入氣體循環管路使循環保溫管路中的培養液產生擾動。

Description

藻類生長裝置

本發明係有關於一種藻類生長的技術領域，特別是有關於一種將藻類放置於管體中培養、以保溫絕熱材保持管體內溫度、對管體導入空氣產生擾動並對管體照射光線，以利藻類進行光合作用加速生長的藻類生長裝置。

微型藻類是生長在水中的植物，其可以轉化水中的物質成為營養素，例如產生omega-3脂肪酸的EPA和DHA，除了成為水中生物的食物來源之外，經由食品加工技術，微型藻類也已經成為健康食品，供人類食用，例如藻油或各種藻類食品。另外，藻類在生長的過程中行光合作用時需吸收二氧化碳，也可以藉此消耗二氧化碳而達到減碳的功效。現有的藻類生長裝置包括開放式的培養池與封閉式的光生物反應器兩種型態。開放式的培養池雖然設置成本低，但是不易控制環境因素的影響，而且容易被其他藻類汙染繁殖。因此封閉式的光生物反應器成為目前多數高品質藻類的選擇。

現有的封閉式的藻類生長裝置，如第1圖及第2圖所示，藻類生長裝置100其包括一培養液循環管路10、多個發光件20、一儲液容器30、一液泵40、一氣體循環管路50、一致冷件60以及一控制器70。如圖2所示，發光件20設置在培養液循環管路10旁，發光件20發出的光線穿過培養液循環管路10的管壁而照射至培養液中，藻類養殖於培養液循環管路10，並接受發光件20所發出的光線照射，進行光合作用，而逐漸成長。

液泵40使培養液在培養液循環管路10以及儲液容器30中流動，氣體循環管路50連通於培養液循環管路10，空氣經由氣泵加壓進入培養液循環管路10，使培養液循環管路10中的培養液產生擾動，培養液中的藻類藉由空氣產生的擾動而在培養液中翻轉移動，使得藻類的各部位都能被發光件20的光線照射到，因而可以加速藻類的生長。

致冷件60對藻類生長裝置100所在的環境的空氣進行降溫，藉由使藻類生長裝置100所在的環境的室溫控制在既定的溫度範圍，使培養液循環管路10中的培養液與環境空氣達到熱平衡而使培養液循環管路10中的培養液維持在既定的溫度範圍內。

控制器70電性連接於液泵40、氣泵及致冷件60，控制培養液在培養液循環管路10的流速、空氣在氣體循環管路50中的流速以及致冷件60的運轉使環境的室溫維持在既定的溫度範圍內。

但是上述現有的藻類生長裝置100由於是利用致冷件60控制環境的室溫，再利用環境室溫與培養液循環管路10達成熱平衡的方式，控制培養液循環管路10內培養液的溫度，但是這種以控制環境室溫而間接控制培養液溫度的方式，由於需對環境的空氣進行溫度的調控，相當消耗能源，而且這種間接的溫度控制方式，培養液的溫度需要較長的時間才會調整致希望的溫度範圍，會產生控制延遲的問題。

有鑑於此，本發明的目的再於提供一種藻類生長裝置，其致冷件係直接對培養液進行降溫，而培養液流動的循環保溫管路以保溫絕熱材包覆，以避免溫度較高環境空氣與培養液進行熱交換而使培養液的溫度偏離希望控制的範圍。另一方面，由於保溫絕熱材多半希望反射輻射熱的電磁波，因此保溫絕熱材多半以不透明材料製成，因此發光件不能設置在保溫絕熱材外部，否則發光件的光線無法照射至培養液中的藻類。如此在保溫絕熱材與循環保溫管路的管壁接觸的內表面形成容置部，供設置發光件，以便光發件的光線可以照射至培養液中的藻類，而使藻類可以進行光合作用。

本發明的藻類生長裝置的一實施例包括一循環保溫管路、一發光件、一儲液容器、一液泵、一氣體循環管路、一氣泵以及一致冷件。一培養液在該循環保溫管路中循環流動，該循環保溫管路包括一管壁以及一保溫絕熱材，該保溫絕熱材覆蓋於該管壁的外周面，且該絕熱材與該管壁間具有至少一容置部，該管壁為可透光，藻類放置於該循環保溫管路的培養液中。發光件設置於該至少一容置部，且該發光件發出的光穿過該管壁而照射至該培養液。儲液容器儲存該培養液，且該循環保溫管路的進水口與出水口係連通於該儲液容器。液泵設置於該循環保溫管路中，其使培養液在該循環保溫管路中循環流動。氣體循環管路連通於該循環保溫管路。氣泵設置於氣體循環管路，該氣泵作動將空氣導入氣體循環管路，並使空氣進入該循環保溫管路，使該循環保溫管路中的培養液產生擾動。儲液容器中的培養液係導入致冷件中，致冷件使培養液的溫度保持在一溫度範圍，保持在溫度範圍的培養液再導入儲液容器。

本發明的藻類生長裝置係將培養液導入致冷件，由致冷件直接對培養液降溫，而且在循環保溫管路的管壁外部設置保溫絕熱材，避免培養液與環境空氣做熱交換而影響培養液的溫度。由於培養液是直接由致冷件降溫，致冷件只需要直接對培養液降溫，不需要對整體環境的空氣進行降溫，可以達到節能的功效。

10:培養液循環管路

10’:循環保溫管路

10”:溫度控制管路

10''':熱介質循環管路

11’:盤管

12’:出水口

13’:進水口

14’:保溫絕熱材

20:發光件

30:儲液容器

40:液泵

50:氣體循環管路

51:進氣口

52:排氣口

60:致冷件

70:控制器

80:支架

90:支架

100、100’:藻類生長裝置

101’:管壁

141’:容置部

142’:第一半部

143’:第二半部

144’:第一卡合機構

145’:第二卡合機構

S:容置空間

第1圖為先前技術之藻類生長裝置的整體配置的立體示意圖。

第2圖為先前技術之藻類生長裝置的培養液循環管路與發光件的相對位置的剖視圖。

第3A圖為本發明的藻類生長裝置的整體配置的一實施例的立體示意圖。

第3B圖為本發明的藻類生長裝置的整體配置的另一實施例的立體示意圖。

第4圖為本發明的包覆保溫絕熱材的循環保溫管路的剖視圖。

第5圖為本發明的包覆保溫絕熱材的循環保溫管路的分解圖。

請參閱第3A圖、第3B圖、第4圖及第5圖，其表示本發明的藻類生長裝置的一實施例。本發明的藻類生長裝置100’包括一循環保溫管路10’、一發光件20、一儲液容器30、一液泵40、一氣體循環管路50、一氣泵以及一致冷件60。

如第3A圖所示，循環保溫管路10’包括多個盤管11’，多個盤管11’以上下堆疊的結構設置於一支架80，支架80係立設於地面，在支架80內設有一容置空間S，多個盤管11’設置於容置空間S中。儲液容器30設置於另一支架90，而且鄰近於支架80。循環保溫管路10’的出水口12’連接於儲液容器30的頂端，而循環保溫管路10’的進水口13’連接於儲液容器30的底端。氣體循環管路50設置在支架80的頂端及側邊，氣體循環管路50連通於循環保溫管路10’。

培養液在循環保溫管路10’中循環流動。如第4圖所示，循環保溫管路10’包括一管壁101’以及一保溫絕熱材14’，保溫絕熱材14’覆蓋於管壁101’的外周面，且保溫絕熱材14’與管壁101’間具有至少一容置部141’，管壁101’為可透光，藻類放置於循環保溫管路10’的培養液中生長。發光件20設置於容置部141’，且發光件20發出的光穿過管壁101’而照射至培養液。保溫絕熱材14’可以是例如PE發泡材料或保麗龍材質，其具有低的熱傳導係數而且具有高的紅外線反射率，可以達到良好的保溫絕熱的效果。在本實施例中，保溫絕熱材14’包括一第一半部142’以及一第二半部143’，該第一半部142’具有一第一卡合機構144’，第二半部143’具有一第二卡合機構145’，第一卡合機構144’卡合於第二卡合機構145’，使得第一半部142’結合於第二半部143’。第一卡合機構144’包括一階梯狀的突起，第二卡合機構145’包括一階梯狀的凹部，藉由突起卡合於凹部，使第一半部142’結合於第二半部143’。培養液包括水以及溶解於水中的作為藻類生長所需的物質。

如第4圖及第5圖所示，容置部141’為設於保溫絕熱材14’的內表面的一凹陷部，凹陷部沿循環保溫管路10’的軸向延伸。在本實施例中，發光件20為發光二極體的燈條，但不限於此，也可以是螢光燈管。發光件20可以是發出白光或特定波長的光線，其照射至培養液中，供藻類行光合作用所需。另外，如第4圖所示，在保溫絕熱材14’的第一半部142’以及第二半部143’分別設有一個容置部141’，發光件20可以選擇放置在第一半部142’或第二半部143’的容置部141’，或者是兩個容置部141’都設置發光件20。發光件20發出的光線穿過循環保溫管路10’的管壁101’而照射至循環保溫管路10’內的培養液，被藻類吸收。

如第3A圖及第3B圖所示，儲液容器30儲存培養液，且循環保溫管路10’的進水口13’與出水口12’係連通於儲液容器30。另外，培養液的溫度控制管路10”連接於致冷件60以及儲液容器30，儲液容器30的培養液經由溫度控制管路10”導入致冷件60中，致冷件60降低培養液的溫度達到希望控制的溫度範圍內，而此溫度範圍係根據不同種類的藻類生長的最佳溫度，在本實施例中，此溫度範圍為攝氏16度至18度。另外，在本實施例中，致冷件60為冰水機，其利用以冷媒為熱介質的冷凍系統產生冰水，並以冰水對培養液進行熱交換而使培養液降低至希望的溫度。在另一實施例中，致冷件60也可以是半導體的致冷晶片，利用致冷晶片的冷端與培養液進行熱交換而達到使培養液降溫的作用。在一實施例中，一熱介質循環管路10'''可連接於致冷件60，且盤繞於儲液容器30中，熱介質可在熱介質循環管路10'''中流動，致冷件60先對熱介質進行致冷，例如使水變成溫度較低的冰水，然後使低溫熱介質在熱介質循環管路10'''中流動，並與儲液容器30中的培養液進行熱交換，以控制培養液的溫度在希望的範圍內。熱介質可以是水或其他液態物質，視熱交換的溫度範圍而定。

請回到第3A圖，液泵40設置於循環保溫管路10’中，即液泵40連接於循環保溫管路10’，其使培養液在循環保溫管路10’中循環流動，培養液從儲液容器30的底端經進水口13’進入循環保溫管路10’後，經過液泵40加壓後從最下方的盤管11’逐漸向上流動。液泵40可以是軸流式泵或離心式泵。氣體循環管路50連通於循環保溫管路10’。氣體循環管路50具有兩個進氣口51以及一個排氣口52，其中兩個進氣口51連通於儲液容器30的頂端，一個進氣口51連接於氣泵，另一進氣口51連接於一負壓產生裝置，排氣口52設置於儲液容器30的底端。氣體循環管路50連接於液泵40的出流口。氣泵作動或負壓產生器將氣體從進氣口51導入氣體循環管路50，並使氣體從進氣口51進入氣體循環管路50並導入循環保溫管路10’，使循環保溫管路10’中的培養液產生擾動，培養液中的藻類藉由空氣產生的擾動而在培養液中翻轉移動，使得藻類的各部位都能被發光件20的光線照射到，因而可以加速藻類的生長。氣體可以是空氣或二氧化碳，除了可以使培養液產生擾動之外，也可以提供藻類行光合作用所需要的二氧化碳。進入循環保溫管路10’的氣體隨著培養液循著多個盤管11’由下而上移動，並由位於循環保溫管路10’上方的氣體循環管路50的排氣口52排出。

本發明的藻類生長裝置100’更包括一控制器70，其電性連接於液泵40、氣泵以及致冷件60，控制器70控制液泵40及氣泵的運轉速度，而控制培養液在循環保溫管路10’流動的速度、空氣在氣體循環管路50中流動的速度以及培養液的溫度。控制器70也設置在支架80上，以便於使用者或管理人員操作。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。