專利名稱：海藻生產及收獲設備的制作方法
技術領域：
本發明大體來說涉及海藻生物產物及燃料的生產。更特定來說，本發明涉及海藻生產及收獲。
背景技術：
化石燃料(例如，煤炭及汽油)當前提供世界上的大多數能量需要，包含美國。而且，這些年來，對化石燃料的需求一直在穩定增長。在1973年的石油禁運時候，美國的凈石油進口比率僅為總消耗的三分之一，而今天，美國的凈石油進口比率接近總消耗的三分之二。在近10年來美國石油消耗速率增長接近11%的情形下且在原油現貨價格記錄每桶遠高于140美元的情形下，美國經濟在接下來的十年里面臨接近7000億美元的進口石油燃料賬單。由于化石燃料的儲備量縮小且成本增加以及化石燃料可對環境具有的破壞效應， 因此當前正開發可再生且對環境具有較小破壞的替代能源。替代能源通常包含天然氣、風能、水利發電、太陽能、氫、核能及生物燃料。雖然天然氣是比汽油燃燒得清潔的化石燃料，但其產生二氧化碳，即主要的溫室氣體。風能，一種最古老且最清潔形式的能，不雅觀且嘈雜。水利發電，一種古老且良好發展的能源，具有有限的擴展容量。所有能源(除了核能之外)最終都從太陽能獲取，太陽能也可直接使用光電池來聚集。隨著燃料電池的出現，已證明氫是用于運載工具的可行燃料源。然而，使用氫作為能源提出了關于其生產、存儲及分配的問題。核能包含成本高昂且產生有毒廢物的核裂變及清潔但已證明難運轉的核聚變。生物燃料通常定義為從最鮮活的有機體獲得的固體、液體或氣體燃料，包含植物、 動物及其副產物。其是一種基于碳循環的可再生能源，不同于其它天然資源，例如石油、煤炭及核燃料。生物燃料可從樹木、單細胞及多細胞植物材料、動物糞便及細菌獲得。乙醇是一種類型的生物燃料，其與汽油組合廣泛用于運輸行業中。由于生物燃料也可從植物油獲取，因此已證明從海藻獲取的生物燃料是有前途的替代能源。然而，各種障礙阻擋了海藻生物燃料的大規模制造及使用。常規海藻燃料生產固有的一個主要障礙是不能生產及收獲充分數量的海藻來提供足夠的海藻燃料從而服務社會的能量需要。利用現有的方法，生產充分數量的海藻燃料將需要在大型生產池塘或光生物反應器中生長海藻，所述大型生產池塘及光生物反應器中的每一者都受生產及經濟效率低限制。據估計，將需要大約200，000公頃(大約450，000 英畝或780平方英里)的生產池塘表面積來生產足夠替換當前美國每年所消耗的石油數量的數量的海藻生物柴油。在開放式池塘系統中生長的海藻原料經受許多系統效率低及挑戰，其中的一些也是開放式及封閉式系統光生物反應器系統兩者所共有的。所述挑戰中的一些包含(列舉幾個實例)光譜、強度及光循環持續時間的可控制性；溫度控制或季節性溫度變化；不利的風攜帶的微粒的污染；及收獲、運輸、預處理及存儲的成本。常規海藻養殖方法的這些及其它相關挑戰實際上限制海藻燃料的商業可行性。封閉式系統光生物反應器(另一種常規海藻燃料生產系統)遭受與開放式池塘系統相關聯的許多相同的限制、缺陷及劣勢。舉例來說，已知封閉式光生物反應器系統妨礙對光數量、光譜、持續時間及循環的充分控制。額外問題包含土地面積要求、大規模生產應用的支持及基本結構要求及收獲效率低。雖然封閉式系統光生物反應器克服或實質上消除與開放式池塘系統相關聯的環境及生物學問題中的許多問題，但封閉式系統光生物反應器尚未取得產生足夠減少國家對外國石油的依賴的數量的海藻生物質所需的充足效率水平。因此，存在尚未得到滿足的對適于海藻的大量生產及收獲的海藻生物產物生產及收獲設備的需要。需要克服伴隨著開放式池塘系統、封閉式設備光生物反應器及其它已知系統的前述限制、劣勢及缺點的設備。將期望提供實現對海藻曝光變量的極大改進的控制 (舉例來說，包含對光循環、光數量、光譜及光持續時間的控制)的此設備。將進一步期望提供還實現及促進已知影響海藻生長速率的其它變量的精確監視及控制(舉例來說，包含海藻暴露溫度、營養含量及氣體(例如，O2及CO2)含量)的此設備。為了解決與現有開放式池塘系統及封閉式系統光生物反應器相關聯的前述土地要求問題，將高度期望提供具有需要與現有系統相比較小的占用面積的結構配置的設備。總之，將高度期望提供這樣的設備 低成本、易于維護、易于再造及使操作者能夠精確地控制卡爾文循環(Calvin Cycle)的所有方面以最大化生產及收獲量及效率，而不論正生長的海藻的所期望品系如何。

發明內容
本發明大體來說涉及一種海藻生產及收獲設備，其適于大量生產及收獲充分數量的海藻生物產物以生產海藻燃料。所述設備為可垂直縮放的，且因此，具有與其它已知海藻生物產物生產及收獲系統與方法相比較小的占用面積的益處。所述設備可提供對已知影響海藻的生長速率的溫度、光及其它因素的特性的精確控制以便最大化生產效率的能力。所述設備并入以促進有效部署及隨后修理的方式布置的相對低成本組件。唯一垂直布置利用自然流體動力學用于補充設備結構支撐。在一項實施例中，用于海藻生物產物生產及收獲的可垂直堆疊模塊化設備包括至少上部光傳輸部件及下部光傳輸部件，其各自具有多個開口，其中所述上部光傳輸部件與下部光傳輸部件彼此間隔開且所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件中的至少一者包含用于從光源耦合輸入光且橫向傳輸所述光的至少一個光連接端子。各自從所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的相應開口延伸的多個光生物反應器導管各自界定海藻圍阻內部空間，其中所述多個光生物反應器導管沿著接觸區域接觸所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件。由所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件橫向傳輸的光沿著所述接觸區域耦合到所述多個光生物反應器導管中。


在下文中將結合隨附圖式來描述所揭示的實施例，所述隨附圖式經提供用于圖解說明而非限制所附的權利要求書，其中相同符號標示相同元件，且其中圖1是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的部分示意性側視圖；圖2是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的側視圖，其中收集容器提供于光生
5物反應器模塊下面，且產物傳送組合件經提供在光生物反應器模塊與收集容器之間流體連通；圖3是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊中的多個光生物反應器導管或管的俯視圖，更特定來說其圖解說明實例性矩形光生物反應器通道幾何形狀；圖4是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊中的多個光生物反應器通道的俯視圖，更特定來說其圖解說明實例性六角形光生物反應器通道幾何形狀；圖5是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊中的多個光生物反應器通道的俯視圖，更特定來說其圖解說明實例性圓形光生物反應器通道幾何形狀；圖6是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的實施方案中的多個經堆疊光生物反應器模塊的側視圖；圖7是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊的分解透視圖；圖8是延伸穿過光傳輸模塊面板的多個光生物反應器通道的透視圖；圖9是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊的俯視圖，其中光生物反應器通道具有矩形幾何形狀；圖10是一對經堆疊光生物反應器模塊的分解視圖，部分呈截面形式，其圖解說明間置于光生物反應器模塊之間的襯墊；圖11是一對經堆疊光生物反應器模塊的截面視圖，更特定來說其圖解說明通過使提供于上部光生物反應器模塊上的模塊支腳坐落于提供于下部光生物反應器模塊上的模塊容座中來將上部光生物反應器模塊緊固在下部光生物反應器模塊上的實例性方式；圖12是光生物反應器模塊的上部拐角的截面視圖，其中模塊提升鉤環(或提升銷)旋擰到提供于海藻生產及收獲設備的最上面光生物反應器模塊中的模塊容座開口(未圖解說明)中代替模塊容座；圖13是圖解說明在海藻生產及收獲設備的說明性實施例的光生物反應器模塊中包含分別用于氣體、流體及光的傳感器的示意圖；圖14是海藻生產及收獲設備的說明性實施例的側視圖，其中在海藻生物產物收獲設備的光生物反應器模塊中，分別在一對光生物反應器導管中提供一對傳感器；圖15是具有間置于模塊之間的襯墊的一對經堆疊光生物反應器模塊的截面視圖；圖16是用于提供經堆疊光生物反應器模塊之間的密封的說明性襯墊的透視圖；圖17是每一光生物反應器導管與產物傳送組合件之間的實例性海藻閘門的截面視圖；且圖18是圖17中所圖解說明的實例性海藻閘門的俯視圖。
具體實施例方式以下詳細說明在實質上僅為實例性且并不打算限制所描述的實施例或所描述的實施例的應用及用途。如本文中所使用，詞語“實例性”或“說明性”意指“充當實例、例子或說明”。本文中描述為“實例性”或“說明性”的任何實施方案未必被解釋為比其它實施方案更優或有利。下文描述的所有實施方案是經提供以使得所屬領域的技術人員能夠實踐本發明的實例性實施方案且并不打算限制所附權利要求書的范圍。此外，并不打算受先前技術領域、背景、發明內容或以下實施方式中所呈現的任何明確表示或隱含的理論限制。參考圖式，海藻生產及收獲設備(后文稱為“設備”)的說明性實施例大體由圖1及圖2中的參考編號100指示。設備100可包含至少一個光生物反應器模塊112，所述光生物反應器模塊適于容納及維持海藻133(圖8)的生長，如后文將進一步描述。在一些應用中， 多個光生物反應器模塊112可彼此上下堆疊以在不增加其占用面積的情形下增加設備100 的海藻生長容量。收集容器(顯示為“收集器”)101可提供于光生物反應器模塊112下面以從生長于光生物反應器模塊112中的海藻133(圖8)收集海藻生物產物(未圖解說明)。 海藻生物產物包含海藻133的可用于生產海藻燃料或其它有用產品的任何產物。海藻生物產物包含(但不限于)海藻、海藻生物質、海藻排泄物及海藻衍生產物。產物處理器102可與收集容器101連通以接收海藻生物產物并將其處理成海藻燃料或其它產品。產物處理器 102可利用所屬領域的技術人員已知的常規方法將海藻生物產物轉換成海藻燃料或其它產品。產物處理器102可為干燥器、壓榨機、酯交換反應處理器、提純處理器、微波處理器或聲波處理器，此是舉例說明而非限制。可采用各種工藝來實現最終所需產品及針對特定產品的具體實施方案，如所屬領域的技術人員將明了。在一些實施例中，模塊支撐框架108可將光生物反應器模塊112支撐于收集容器 101上方。模塊支撐框架108可包含多個垂直拐角框架部件109(其支撐光生物反應器模塊 112的相應拐角)及多個中央框架部件110(圖2中以幻影指示)(其支撐光生物反應器模塊112的中央部分)。在一些實施例中，通常呈歧管(即，許多輸入及單個輸出)形式的產物傳送組合件104可間置于光生物反應器模塊112與收集容器101之間以促進海藻生物產物從光生物反應器模塊112排泄到收集容器101中，如后文將進一步描述。產物傳送組合件104可包含從光生物反應器模塊112延伸到收集容器101的多個產物傳送管105。另一選擇為，可將產物收集在陣列的管道連接內，且隨后直接傳輸到產物處理器102。然而，也可通過以下方式從堆疊模塊設備100的頂部收獲海藻將產物傳送組合件104放置在設備 100的頂部上且從下面(例如，通過歧管)將水抽送到光反應器導管132中，從而導致水向上流動，進而致使所有光反應器導管132中的水位攀升，因此將浮游的海藻攜帶到上部產物傳送組合件104中。如圖7中所圖解說明，設備100的每一光生物反應器模塊112可包含模塊框架 113。至少一個光傳輸部件122、1沈、1觀可提供于模塊框架113上。每一光傳輸部件122、 1沈、1 包括光傳輸材料，例如聚碳酸酯，此為舉例說明而非限制。眾所周知，聚碳酸酯可高度透過可見光，且具有比許多種類的玻璃更好的光傳輸特性。用于光生物反應器導管132 的多個開口 123可提供于每一光傳輸部件122、1沈及128中。多個光生物反應器導管132 陣列(其每一者為透明且光傳輸材料，例如，聚碳酸酯，此為舉例說明而非限制)可延伸穿過每一光傳輸面板122、1沈及128的相應開口 123。每一開口 123可在形狀及大小上對應于每一光生物反應器導管132的橫截面配置。因此，每一光生物反應器導管132出于后文將描述的目的沿著光生物反應器導管132與每一光傳輸部件122、1 及1 之間的接觸表面區域相對于每一光傳輸面板122、1沈及128以光接收關系安置。熱塑性塑料組件(即，包括聚碳酸酯的光傳輸面板122、1 及128、光生物反應器導管13 可使用激光焊接焊接在一起。熱塑性塑料的激光焊接相依于其它塑料焊接工藝遵循的相同樹脂相容性原則中的許多原則，但比大多數其它塑料焊接工藝更寬容樹脂化學性質或熔化溫度差。激光焊接的優勢包含無微粒產生及高光學質量焊接接合區域。也可使用溶劑焊接。在溶劑焊接中，應用可在室溫下暫時溶解聚合物的溶劑。當此發生時，聚合物鏈在液體中自由移動且可與其它組份的其它類似經溶解的鏈混合。在時間充分的情形下， 溶劑將穿過聚合物且出來進入到環境中，使得鏈失去其活動性。此留下構成溶劑焊接的纏結的聚合物鏈的實體。每一光生物反應器導管132的光傳輸特性可促進從光傳輸面板122、1沈及1 接收的光沿著大致光生物反應器導管132的整個長度傳輸。在一項實施例中，折射可提供光到光生物反應器導管132的內部中的傳播。在其它實施例中，折射效率可通過使用(例如， 在擠出期間或之后)可蝕刻到管壁中的全息折射光學器件或可沿光生物反應器導管132的內表面或外表面施加的膜及反射涂層或其組合來增加。每一光生物反應器導管132適于容納海藻133 (圖8)且可在幾何學上經成形及配置以最大化所容納的海藻133暴露于光及最大化光在整個光生物反應器導管132中的內部分布。應注意，光傳輸部件122、128中的開口 123的間隔是出于說明性目的。如將明了，設備的一個方面是提供呈極密集布置的導管。因此，鄰近導管壁的外部表面可與另一者物理接觸。此外，雖然在圖7中將設備圖解說明為延伸穿過光傳輸部件中的開口 123的多個個別導管132，但本發明涵蓋一體式或單件模塊的替代制作，所述一體式或單件模塊具有以使得鄰近通道共享側壁的此方式延伸穿過所述一體式結構的多個平行線性通道。在所述情況下，每一線性通道界定內部通道空間，所述內部通道空間可經挑選而具有預定統一橫截面面積以最大化特定海藻品系的生長。此單件模塊結構將取代對單獨導管132及光傳輸部件122、1沈及128的需要以及對外部支撐結構的需要。返回到實例性實施例，每一光生物反應器模塊112的模塊框架113可具有任何適于支撐至少一個光傳輸部件122、126、128的設計或結構。如圖7中進一步所圖解說明，在一些實施例中，模塊框架113可具有大體立方體形配置，所述大體立方體形配置具有四個垂直拐角支撐件114及將鄰近拐角支撐件114連接到彼此的一對上部及下部水平橫向支撐件115。在一些實施例中，底部光傳輸部件122可提供于模塊框架113的下部橫向支撐件 115上。頂部光傳輸部件1 可提供于上部橫向支撐件115上。一個或一個以上間隔開的中間光傳輸部件126可提供于模塊框架113中底部光傳輸部件122與頂部光傳輸部件1 之間。每一光生物反應器導管132可延伸穿過分別提供于底部光傳輸部件122、中間光傳輸部件1 及頂部光傳輸部件128中的對準的開口 123。底部光傳輸部件122、中間光傳輸部件1 及頂部光傳輸部件1 可使用粘合劑、扣件及/或所屬領域的技術人員已知的任一其它適合附接技術附接到模塊框架113。如圖9中所圖解說明，在一些實施例中，至少一個中央板支撐件118可延伸穿過提供于光傳輸部件122、1沈及1 中的每一者中的中央支撐開口(未圖解說明)以用于加強。 每一中央板支撐件118可相對于光生物反應器導管132以大體平行且鄰近的關系延伸。在一些實施例中，四個中央板支撐件118可延伸穿過光傳輸部件122、1沈及128中的中央支撐開口。
每一光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132可具有任一所期望橫截面配置。如圖3中所圖解說明，在一些實施例中，每一光生物反應器導管132可具有大體矩形橫截面。如圖4中所圖解說明，在一些實施例中，每一光生物反應器導管132可具有大體六角形橫截面。如圖5中所圖解說明，在一些實施例中，每一光生物反應器導管132可具有大體圓形橫截面。可具有其它橫截面幾何形狀，例如三角形、五角形及八角形，此為舉例說明而非限制。如圖8中所圖解說明，在后文將描述的設備100的實施方案中，出于從海藻133收獲海藻生物產物(未圖解說明)的目的，海藻133可生長于每一光生物反應器導管132中。 每一光生物產生器導管132的特定橫截面幾何形狀及橫截面面積可相依于例如以下的因素生長于海藻生長導管132中的海藻133的特定品系的特性、任何特定品系的海藻用于最大化光合作用效率所需的環境參數的范圍、對各種光源及光譜的可變暴露要求、暴露強度、 圍阻體積及用于制作海藻生長導管132所使用的特定制造方法。如圖式的圖1及圖2中所圖解說明，顯示為燈泡(僅舉例來說)的光源134可經安置與光傳輸部件122、1 及128中的每一者光連通。在一些實施例中，光纖光傳輸纜線 135可經安置與光源134光連通。光管分支136從每一光傳輸纜線135分支。光傳輸連接端子137可用來將光傳輸纜線分支136連接到光傳輸部件122、1 及128。光源134可為自然光、人造光或自然光與人造光兩者的組合。每一光傳輸部件122、1 及1 賦予光生物反應器模塊112結構剛性且提供用于將光從光源134傳送到光生物反應器導管132的介質。如圖式的圖1及圖6中所圖解說明，在設備100的一些應用中，多個光生物反應器模塊112可彼此上下堆疊以選擇性地增加設備100的海藻生長容量。經堆疊光生物反應器模塊112可根據所屬領域的技術人員已知的任一適合技術彼此上下穩定。舉例來說， 如圖10到圖12中所圖解說明，在一些實施例中，多個模塊容座140(每一者具有容座基座 142(圖9))可提供于每一光生物反應器模塊112的頂部光傳輸部件1 的相應拐角處。每一模塊容座140可裝配有多個容座螺紋141以促進每一模塊容座140旋擰插入到對應模塊框架(未圖解說明)中的經提供穿過頂部光傳輸面板128的對應容座開口中。多個模塊框架支腳144可提供于相應拐角處穿過每一光生物反應器模塊112的底部光傳輸部件122。 每一模塊支腳144可裝配有多個支腳螺紋145以促進每一模塊支腳144到經提供穿過底部光傳輸部件122的對應支腳開口(未圖解說明)中的旋擰插入。因此，如圖11中所圖解說明，上部光生物反應器模塊112的模塊支腳144可坐落于相應模塊容座140的容座基座 142(圖9)中以將上部光生物反應器模塊112穩定在下部光生物反應器模塊112上。如圖6 中所圖解說明，所屬領域的技術人員將了解任何數目個光生物反應器模塊112可堆疊在設備100中以對應地增加設備100的海藻生長容量。此外，多個設備100(每一者具有多個經堆疊光生物反應器模塊11 可以鄰近關系提供以增加海藻生長容量，同時最小化設備100 所占據的占用面積空間。如圖12中所圖解說明，在一些實施例中，模塊提升鉤環巧4可插入到經提供穿過設備100中的最上面光生物反應器模塊112的頂部光傳輸面板128的每一模塊容座開口 (未圖解說明)中。每一模塊提升鉤環1 可包含螺紋155及環156。提供于起重設備(未圖解說明)上的纜線(未圖解說明)可固定到每一模塊提升鉤環154的鉤環環156以促進通過操作起重設備相對于堆疊的緊接下伏光生物反應器模塊112來選擇性地提高及降低最上面的光生物反應器模塊112。如圖10、圖15及圖16中所圖解說明，在一些實施例中，襯墊148可間置于每一光生物反應器模塊112的頂部光傳輸部件1 與堆疊中的下一最高光生物反應器模塊112的底部光傳輸部件122之間。如圖16中所圖解說明，每一襯墊148可包含多個導管開口 149， 所述導管開口建立相應經堆疊光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132之間的流體連通。在一些實施例中，至少一個中央支撐開口 150可提供于襯墊148的中央部分中以容納中央板支撐件118中的至少一者的末端。拐角開口 151可提供于每一襯墊148的相應拐角處以容納下部光生物反應器模塊112上的模塊容座140及上部光生物反應器模塊112上的模塊支腳144。因此，襯墊148可提供鄰近光生物反應器模塊112的光生物反應器導管 132之間的流體密閉密封。除了促進對與光及溫度相關的因素的控制以外，所揭示的設備允許控制影響海藻的生長速率的其它元素的控制，例如CO2濃度、O2含量及營養含量。如圖式的圖13中所圖解說明，氣體160、流體161、光162及其它物質或元素可按照每一光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132中的每一者中的海藻133的維持及生長的需要來提供。如上文所述，光162可為光源134(圖1)提供的自然光、人造光或其組合。氣體160、流體161及海藻 133的維持及生長所需的其它元素可提供于生長介質(未圖解說明)中，在所述生長介質中海藻133懸浮于每一光生物反應器導管132中。在一些實施例中，每一光生物反應器模塊 112可包含傳感器(其在圖13中示意性標示為“傳感器A”、“傳感器B”及“傳感器C”)，所述傳感器適于感測氣體160、流體161、光162及海藻133的維持及生長所需的其它物質或元素的各種參數。舉例來說，在圖13中，傳感器A可為氣體傳感器164，其感測光生物反應器導管132中的維持海藻的氣體160的存在、濃度及/或其它參數；傳感器B可為流體傳感器165，其感測光生物反應器導管132中的流體161的存在、數量及/或其它參數；且傳感器C可為光傳感器166，其感測海藻133暴露于的光162的存在、光譜及/或其它參數。氣體傳感器164、流體傳感器165及/或光傳感器166可適于確定氣體160、流體161及/或其它物質或元素的濃度或數量及光162的光譜、強度、在設備100內的源及目的地的可允許范圍，以促進濃度、數量及其它參數的改變以便確保海藻133于光生物反應器導管132中的最優生長。如圖14中所圖解說明，氣體傳感器164、流體傳感器165、光傳感器166(圖13) 及任何額外傳感器可提供于每一光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132中的一者或一者以上中。碳分子、生長介質及對于海藻133的維持及生長可為必須的其它物質可通過各種過程供應到海藻133，包含(但不限于)大氣或環境洗滌器、壓縮的濃縮物及工業排放物。在一些實施例中，冷卻劑(未圖解說明)可提供于每一光生物反應器導管132中以幫助控制內部環境溫度。如圖式的圖17及圖18中所圖解說明，在一些實施例中，柔韌多分叉雙向海藻閘門 170可提供且定位于光反應器導管132的下部邊緣與歧管布置(例如，包括多個產物傳送管105的產物傳送組合件104(參見圖1))之間。產物傳送組合件104具有與光反應器導管132的末端配合的孔，其中所述孔與光反應器導管132的內部尺寸(例如，直徑)為相同或幾乎相同尺寸(例如，直徑)。每個光反應器導管132存在一個海藻閘門170。海藻閘門170經設計以在橫跨所述海藻閘門存在差分壓力時打開且充當允許向上或向下流動(此相依于差分壓力的方向)的低阻力雙向閥。當流動方向為向下時，海藻閘門170可允許輕輕脫落的海藻細胞休止于其上表面上，從而為海藻細胞提供最后一處休止圣地，且仍繼續其在被光照的光反應器導管132中的生長。海藻閘門170包括外輪緣171及多個柔韌內裝置薄片(“叉形件”)172，所述多個柔韌內裝置薄片從裝置輪緣171向內延伸。如上文所述，海藻閘門170準許在差分壓力的影響下的流體流動，一個側為光生物反應器導管132側且另一側為產物傳送組合件104側的產物傳送管105。如圖1中所示，產物傳送管105經耦合以允許由適合收集容器收集(例如)到圖1中所示的產品收集器101。海藻的浮力通常將海藻保持在導管132中。根據所屬領域的技術人員的知識，接觸光生物反應器導管132的下部邊緣的裝置輪緣171的作用類似于“0”形環的密封。海藻閘門170保持平面形狀及相關聯的水平平面定位，且因此只要橫跨叉形件172的流體壓力相等或幾乎相等，海藻閘門便是關閉的。當所述平衡條件改變時(例如，通過打開下游閥)，叉形件172將沿流體流動的方向彎曲。如果從下方啟動正壓力泵，那么水及產物將向上流動，且叉形件172將向上彎曲，從而允許水及產物流過。叉形件172基本上為浮動的，但偏好其中間水平平面位置。其提供供海藻133 棲息于其上的一種支架，從而將海藻133保持處于導管132的被光照部分中，因此防止海藻133落入黑暗的產物傳送管105中。此還允許導管132中的個別水柱與產物傳送組合件 104(或歧管)且因此進一步與底面(或底座)的實質上無障礙流體連通，此完成包括經由水利傳送的水重量支撐原理的特征。由海藻閘門170提供的向上流動可為重要特征，因為可從設備的頂部或底部對模塊進行收獲。取決于生長階段，海藻可受正浮力或負浮力。收獲可發生在所述海藻的浮力的不同特性階段處。因此，在從經堆疊模塊設備的頂部收獲正浮力海藻的情況下，可從下方將水抽送到導管132中(例如，通過產物傳送組合件/歧管104)，從而導致水向上流動穿過海藻閘門170，致使水位在所有導管132中增加，因此將浮游的海藻攜帶到上部收獲歧管中。海藻閘門170可由各種物質形成。舉例來說，耐水且柔韌的材料，例如許多合成橡膠材料中的任一者，例如，氯丁橡膠。材料也可提供對弱酸或弱堿的抵抗。海藻閘門170的外輪緣171幾何形狀可經制造以符合導管132中所采用的不同幾何形狀中的任一者，所述不同幾何形狀的實例可發現于圖3、圖4及圖5中。在典型應用中，設備100可用于生產及收獲海藻生物產物(未圖解說明)，例如，海藻生物質、海藻排泄物及海藻衍生產物，此為舉例說明而非限制。海藻生物產物可用于生產海藻燃料或其它有用產品。因此，如圖8中所圖解說明，海藻133可放置于每一光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132中的每一者中。海藻133可懸浮于含有氣體160及流體161 (圖13)以及對于海藻133的維持及生長可為必須的任何其它化學品、物質及營養的海藻生長介質(未圖解說明)中。光生物反應器導管132的內部可通過提供于光生物反應器模塊112的頂部光傳輸面板128中的相應開口 123(圖7)來接達。相依于待從海藻133收獲的海藻生物產物的生產要求，選定數目個光生物反應器模塊112可(舉例來說)以之前相對于圖10及圖 11描述的方式彼此上下堆疊。此外，如圖6中所圖解說明，各自具有選定數目個經堆疊光生物反應器模塊112的多個設備100可相對于彼此以大體鄰近關系放置，以進一步增加設備100的海藻生長容量。光源134(圖1)可操作以分別通過光傳輸纜線135、光管分支136及光傳輸部件 122、1沈及1 將光162(圖1 傳輸到每一光生物反應器模塊112的每一光生物反應器導管132中。光162在光傳輸部件122、1 及1 與每一對應光生物反應器導管132之間的接觸表面處從每一光傳輸部件122、1 及1 傳輸到每一光生物反應器導管132中。因此，海藻133由安置在每一光生物反應器導管132內部的生長介質中的氣體160、流體161、 光162及營養和物質來維持。氣體傳感器164、流體傳感器165、光傳感器166(圖1 及任何額外傳感器(未圖解說明)可指示海藻133于每一光生物反應器導管132中暴露于的氣體160、流體161、光162及其它物質的各種參數的范圍。氣體160、流體161、光162及其它物質的類型及數量可經調整以將所述元素維持在海藻133于光生物反應器導管132中的最優維持及生長的范圍內。作為其生長及新陳代謝的結果，海藻133產生海藻生物產物(未圖解說明)，其可包含(但不限于)海藻生物質、海藻排泄物及海藻衍生產物。由海藻133產生的海藻生物產物可通過產物傳送組合件104的產物傳送管105從每一光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132排泄到設備100的收集容器101中。在一些實施例中，真空泵(未圖解說明)可操作以通過產物傳送組合件104的產物傳送管105從每一光生物反應器導管132將海藻生物產物吸取到收集容器101中。可接著將海藻生物產物從收集容器101抽送、運輸、 投入或以其它方式移動到產物處理器102中。產物處理器102可將海藻生物產物轉變成海藻燃料或其它產品。在其中多個光生物反應器模塊112堆疊在設備100的產物傳送組合件 104上的應用中，間置于光生物反應器模塊112之間的襯墊148(圖10、圖15及圖16)提供相應光生物反應器模塊112的光生物反應器導管132之間的流體密閉密封。光生物反應器模塊112可通過將模塊提升銷154(圖1 附接到每一所添加或所移除的光生物反應器模塊112的頂部光傳輸面板128(代替模塊容座140(圖11))且使附接到起重設備(未圖解說明)的纜線(未圖解說明)延伸穿過每一模塊提升銷154的銷環156來選擇性地從設備 100移除或添加到設備100。可接著操作起重設備以從設備100提升最上面的光生物反應器模塊112或將額外光生物反應器模塊112下降到設備100的最上面光生物反應器模塊112 上。由于可對本文中的所述實施例做出細節上的許多修改、變化及改變，因此打算將前面說明中及附圖中所顯示的所有事物解釋為說明性且不具有限制意義。因此，本發明的范圍應由所附權利要求書及其法律等效內容來確定。通過舉例方式，盡管在實例性實施例中未顯示，但涵蓋替代導管布置，例如，同心布置的導管的并入。此外，雖然本文中所描述及所描繪的實例性實施例詳細說明從模塊的底部收回或收獲海藻材料，但所屬領域的技術人員將明了海藻材料可同樣容易地經由安裝(例如)收集器管及歧管裝置來從模塊的頂部收
-M-犾。
權利要求
1.一種用于生產海藻生物產物的光生物反應器模塊，其包括至少上部光傳輸部件及下部光傳輸部件，其各自具有多個開口，其中所述上部光傳輸部件與所述下部光傳輸部件彼此間隔開，且所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的至少一者包含用于從光源耦合輸入光且橫向傳輸所述光的至少一個光連接端子，多個光生物反應器導管，其各自從所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的相應開口延伸且界定海藻圍阻內部空間，其中所述多個光生物反應器導管沿著接觸區域接觸所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件，且其中由所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件橫向傳輸的所述光沿著所述接觸區域耦合到所述多個光生物反應器導管中。
2.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其進一步包括至少一個固體支撐件，所述至少一個固體支撐件從所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件中的所述多個開口中的相應開口之間延伸以用于結構加強。
3.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其中所述多個光生物反應器導管共享側壁。
4.根據權利要求3所述的光生物反應器模塊，其中所述光生物反應器模塊為單件(一體式)結構。
5.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其中所述多個光生物反應器導管各自具有其自己的側壁，其中所述側壁的鄰近表面物理接觸。
6.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其中所述光連接端子經配置以用于接納光傳輸纜線。
7.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其進一步包括所述光生物反應器導管中的至少一者中的氣體傳感器、流體傳感器、溫度傳感器及光傳感器中的至少一者。
8.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其進一步包括間置于所述上部光傳輸部件與所述下部光傳輸部件之間的至少一個額外光傳輸部件。
9.根據權利要求1所述的光生物反應器模塊，其中所述下部光傳輸部件及所述上部光傳輸部件以及所述多個光生物反應器導管都包括聚碳酸酯。
10.一種用于海藻生產及收獲的垂直堆疊模塊化設備，其包括多個光生物反應器模塊，其彼此上下堆疊以用于生產海藻生物產物，所述光生物反應器模塊各自包括至少上部光傳輸部件及下部光傳輸部件，其各自具有多個開口，其中所述上部光傳輸部件與所述下部光傳輸部件彼此間隔開，且所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的至少一者包含用于從光源耦合輸入光且橫向傳輸所述光的至少一個光連接端子，多個光生物反應器導管，其各自從所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的相應開口延伸且界定海藻圍阻內部空間，其中所述多個光生物反應器導管沿著接觸區域接觸所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件，其中由所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件橫向傳輸的所述光沿著所述接觸區域耦合到所述多個光生物反應器導管中，及襯墊，其包括多個導管開口，間置于所述多個光生物反應器模塊中的鄰近光生物反應器模塊之間以用于為所述多個光生物反應器導管中的彼此上下堆疊的相應光生物反應器導管之間的模塊/模塊流體連通提供流體密閉密封。
11.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊進一步包括安置在所述多個所述光生物反應器模塊的一側上的拐角上的螺紋容座及所述多個光生物反應器模塊的另一側的拐角上的螺紋模塊支腳，且其中來自所述多個光生物反應器模塊中的一個上部光生物反應器模塊的所述螺紋模塊支腳以旋擰方式插入到所述多個光生物反應器模塊中的一個下部光生物反應器模塊的所述螺紋容座中。
12.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊中的每一者進一步包括至少一個固體支撐件，所述至少一個固體支撐件從所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件中的相應開口之間延伸以用于結構加強。
13.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊中的每一者中的所述多個光生物反應器導管共享側壁。
14.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊各自為單件(一體式)結構。
15.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊中的每一者中的所述多個光生物反應器導管各自具有其自己的側壁，其中所述側壁的鄰近表面物理接觸。
16.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其中所述多個光生物反應器模塊中的每一者中的所述光連接端子經配置以用于接納光傳輸纜線。
17.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其進一步包括光纖光傳輸纜線，所述光纖光傳輸纜線耦合到所述光連接端子以用于將所述光從所述光源傳輸到所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的每一者中。
18.根據權利要求10所述的垂直堆疊模塊化設備，其進一步包括間置于所述上部光傳輸部件與所述下部光傳輸部件之間的至少一個額外光傳輸部件。
19.一種用于生產海藻生物產物的方法，其包括在至少一個生物反應器模塊中提供海藻，所述至少一個生物反應器模塊包括各自界定海藻圍阻內部空間且各自從上部光傳輸部件及下部光傳輸部件中的相應開口延伸的多個光生物反應器導管，其中所述多個光生物反應器導管沿著接觸區域接觸所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件，將由所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件接收的光橫向傳輸到所述多個光生物反應器導管，及沿著所述接觸區域將所述光耦合輸入于所述多個光生物反應器導管內以到達所述海藻。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述至少一個生物反應器模塊包括彼此上下堆疊的多個光生物反應器模塊。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述多個光生物反應器模塊提供所述多個光生物反應器導管中的彼此上下堆疊的相應光生物反應器導管之間的模塊/模塊流體連通。
22.根據權利要求19所述的方法，其中所述耦合輸入包括光纖耦合。
23.根據權利要求19所述的方法，其進一步包括控制所述海藻圍阻內部空間內的氣體濃度、流體流量、溫度及光級中的至少一者。
全文摘要
本發明涉及一種光生物反應器模塊(112)，其適于將多個此類模塊堆疊以用于生產海藻生物產物，所述光生物反應器模塊包含各自具有多個開口(123)的至少上部光傳輸部件(128)及下部光傳輸部件(122)，其中所述上部光傳輸部件與下部光傳輸部件彼此間隔開，且所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件中的至少一者包含用于從光源耦合輸入光且橫向傳輸所述光的至少一個光連接端子。各自從所述上部光傳輸部件及所述下部光傳輸部件中的相應開口延伸的多個光生物反應器導管(132)界定海藻圍阻內部空間，其中所述多個光生物反應器導管沿著接觸區域接觸所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件。由所述上部光傳輸部件及下部光傳輸部件橫向傳輸的所述光沿著所述接觸區域耦合到所述多個光生物反應器導管中。
文檔編號C12M1/00GK102439129SQ201080021323
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者阿瑟·W·P·馬斯 申請人:特里尼塔斯有限責任公司