專利名稱：光反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
光生物反應(yīng)器是指能用于光合微生物及具有光合能力的組織或細(xì)胞培養(yǎng)的一類裝置，與一般的生物反應(yīng)器有相似的結(jié)構(gòu)，有光、溫度、溶解氧、C02、pH和營養(yǎng)物質(zhì)等培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)。光生物反應(yīng)器有較高的光能利用效率，在最佳狀態(tài)下可達(dá)到18 %，而植物和森林僅能利用入射光能的0.2%，并且可以進(jìn)行全天候的連續(xù)或半連續(xù)培養(yǎng)，因此能實(shí)現(xiàn)光合生物的高密度培養(yǎng)并獲得較高的單位面積或體積生物量產(chǎn)量。
藻類尤其是單細(xì)胞微藻能有效地利用光能、CO2和無機(jī)鹽類合成蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、油以及多種高附加值生物活性物質(zhì)，故目前光生物反應(yīng)器主要用于微藻的大量和高密度培養(yǎng)。隨著人類對(duì)微藻的認(rèn)識(shí)不斷加深，用于微藻高密度大量培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器受到國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的高度重視，開發(fā)和研制新型高效、低能耗、適合于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的光生物反應(yīng)器，已成為藻類生物技術(shù)和微藻生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。
圖1為透明或非透明材料搭砌成的池子，池子中間有一道隔流墻，在池的一端裝有攪拌槳，由于攪拌池中的培養(yǎng)液，使培養(yǎng)物懸浮，其中通過種子管路和培養(yǎng)基管路向培養(yǎng)池中提供種子和培養(yǎng)基。圖1技術(shù)缺點(diǎn)是培養(yǎng)物受光面積有限，產(chǎn)量低。
圖2為使用多片透明或半透明的硬質(zhì)或軟質(zhì)材料制成的板式光反應(yīng)器，多片材料中部具有一定的空間，其中布有曝氣裝置，用于培養(yǎng)物的攪拌和提供培養(yǎng)物所需氣體營養(yǎng)源。外部加有框架，用于加固。用于培養(yǎng)物的光反應(yīng)。圖2技術(shù)缺點(diǎn)是溫度易受外界環(huán)境影響，難以控制，容易超過培養(yǎng)物的耐受溫度；即使人工控溫，能耗較大；同時(shí)曝氣兼有攪拌功能，能耗較大。反應(yīng)器清洗困難，不易于大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光反應(yīng)裝置、以及光合微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，在使用本發(fā)明培養(yǎng)光合微生物時(shí)，培養(yǎng)液整體溫度不高，不至于培養(yǎng)物由于溫度過高而致死，而且培養(yǎng)液的受光面積增加，產(chǎn)量提高。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明 提供了一光反應(yīng)裝置，包括:頂端敞開的培養(yǎng)池，在該培養(yǎng)池中形成有供培養(yǎng)液在其中循環(huán)流動(dòng)的循環(huán)通道，循環(huán)通道的一部分通道由至少一個(gè)流體通道構(gòu)成，每個(gè)流體通道由底壁、連接在底壁上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁形成，并且至少一個(gè)側(cè)壁為透明或半透明材料制成。
優(yōu)選地，在培養(yǎng)池中還設(shè)有由循環(huán)通道環(huán)繞的隔流槽，并且隔流槽構(gòu)成循環(huán)通道的通道側(cè)壁的一部分，其中，隔流槽為頂端敞開底端封閉的中空容器，其由底壁、連接在底壁上并圍成一圈的四個(gè)側(cè)壁構(gòu)成，四個(gè)側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁由透明或半透明材料制成。
優(yōu)選地，隔流槽的橫截面為上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)，四個(gè)側(cè)壁中的兩個(gè)側(cè)壁構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)邊，另兩個(gè)側(cè)壁中的每個(gè)與隔流槽的底壁夾角大于等于90°。
優(yōu)選地，培養(yǎng)池的兩端分別為帶弧狀的第一和第二池體，培養(yǎng)池的中間為將這兩個(gè)池體連通的兩個(gè)連接通道，這兩個(gè)連接通道中的每個(gè)構(gòu)成流體通道，并且這兩個(gè)連接通道的側(cè)壁均由透明或半透明材料制成。
優(yōu)選地，隔流槽分別設(shè)在第一和第二池體中，這兩個(gè)連接通道位于隔流槽的一側(cè)或兩側(cè)。
優(yōu)選地，培養(yǎng)池的池壁圍成一個(gè)封閉池圈，流體通道形成在隔流槽的一側(cè)或兩側(cè)。
優(yōu)選地，流體通道為至少兩個(gè)，每個(gè)流體通道為獨(dú)立通道，每相鄰兩個(gè)流體通道之間按設(shè)定距離平行排列，并且所有流體通道的所有側(cè)壁均由透明或半透明材料制成。
優(yōu)選地，本發(fā)明還包括用于攪拌培養(yǎng)液的攪拌槳、以及氣體營養(yǎng)液提供裝置，攪拌槳和氣體營養(yǎng)液提供裝置設(shè)于培養(yǎng)池中。
優(yōu)選地，培養(yǎng)池由PE材料制成。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
1、利用本發(fā)明裝置進(jìn)行光合微生物培養(yǎng)時(shí)(例如微藻培養(yǎng)時(shí))培養(yǎng)液整體溫度不高，不至于培養(yǎng)物由于溫度過高而致死。因?yàn)槌伢w部分(培養(yǎng)池所包圍的區(qū)域)表面積較大，水分蒸發(fā)量較大，可以維持其溫度，在流體通道溫度升高的液體到其他部分(循環(huán)通道中不具有流體通道的部分)與溫度不高的液體混合，進(jìn)行熱交換，達(dá)到降溫目的。
2、相對(duì)于傳統(tǒng)跑道池，本發(fā)明光反應(yīng)裝置中，由于采用了流體通道，并且流體通道頂部敞開底端封閉，構(gòu)成流體通道的所有側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁是由透明或半透明材料制成的，這使得培養(yǎng)液的受光面積增加，產(chǎn)量提高。
3、相對(duì)于平板式反應(yīng)器，本發(fā)明使用機(jī)械攪拌，即采用由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌漿，從而不需鼓風(fēng)機(jī)提供大量氣體進(jìn)行攪拌，能耗降低。
4、培養(yǎng)結(jié)束后，本發(fā)明裝置易清洗；而且本發(fā)明裝置容易規(guī)模應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的光反應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施例，示出了培養(yǎng)池平面圖2是現(xiàn)有技術(shù)平板式光反應(yīng)器的透視圖3是本發(fā)明光反應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施例；
圖4是圖3中流體通道的立體示意圖5是圖3中隔流槽的立體示意圖6是本發(fā)明光反應(yīng)裝置的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
以下參見附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
[本發(fā)明光反應(yīng)裝置的實(shí)施例1]
參見圖3-5描述本發(fā)明光反應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施例，其包括頂部敞開的培養(yǎng)池。培養(yǎng)池的兩端分別為帶弧狀的第一和第二池體5、7，培養(yǎng)池的中間為將這兩個(gè)池體5和7連通的兩個(gè)連接通道1 、2。如圖4中示出的，這兩個(gè)連接通道I和2各自由底壁C、連接在底壁c上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁a和b形成，其中至少一個(gè)側(cè)壁(優(yōu)選為兩個(gè)側(cè)壁)由透明或半透明材料制成，而底壁c可以由任何材料制成。在攪拌漿的攪動(dòng)下，培養(yǎng)液從第一池體5開始，依次經(jīng)連接通道2、第二池體7、連接通道I后再回到第一池體5以構(gòu)成循環(huán)流動(dòng)，培養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)所經(jīng)過的區(qū)域一起構(gòu)成了循環(huán)通道。顯然在該實(shí)施例中，這兩個(gè)連接通道I和2均構(gòu)成了循環(huán)通道的一部分，此處每個(gè)連接通道I和2可稱之為流體通道。應(yīng)該理解，流體通道的底壁c可以是獨(dú)立于培養(yǎng)池池底的、用于與培養(yǎng)池池底固定連接(例如粘接)的底板；也可以是培養(yǎng)池池底本身的一部分，即流體通道由池底、以及固定在池底上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁構(gòu)成。
繼續(xù)參見圖3，第一池體5和第二池體7中還設(shè)有隔流槽4，隔流槽4可以在任意位置，其將循環(huán)流動(dòng)的培養(yǎng)液隔離成往返兩個(gè)方向，即，隔流槽4與第一池體5之間的區(qū)域、以及隔流槽4與第二池體7之間的區(qū)域均構(gòu)成循環(huán)通道的一部分。這兩個(gè)連接通道1、2可以在隔流槽4的兩側(cè)也可以在隔流槽4的一側(cè)。根據(jù)培養(yǎng)液的循環(huán)路徑可知，隔流槽4由循環(huán)通道環(huán)繞并且構(gòu)成循環(huán)通道的通道側(cè)壁的一部分。在具體實(shí)施時(shí)，隔流槽4可以單體使用、也可多個(gè)橫向、縱向聯(lián)用。本發(fā)明光反應(yīng)裝置內(nèi)部具有一定的深度，可盛裝一定體積的液體(培養(yǎng)液)，顯然，連接通道1、2與第一和第二池體5、7部分的深度可以相同，也可以不同。
參見圖5，隔流槽4為頂端敞開而底端封閉的中空容器，其由底壁d、連接在底壁d上并圍成一圈的四個(gè)側(cè)壁e、f、g、h構(gòu)成，這四個(gè)側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁(優(yōu)選地所有側(cè)壁)由透明或半透明材料制成，而底壁d可以由任何材料制成。其中底壁d可以是培養(yǎng)池池底的一部分，本實(shí)施例中底壁d可以是第一和第二池體5和7的池底本身的一部分，也可以是獨(dú)立于培養(yǎng)池池底并且用以固定在池底上的底板。從圖5還可看出，隔流槽4的橫截面為上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu) ，隔流槽4的四個(gè)側(cè)壁中的兩個(gè)側(cè)壁e、f構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)邊，另兩個(gè)側(cè)壁g、h中的每個(gè)與隔流槽4的底壁d的夾角大于等于90°。由于隔流槽4構(gòu)成了循環(huán)通道的通道側(cè)壁的一部分，因此隔流槽的敞開頂部高于培養(yǎng)池中培養(yǎng)液液面。
進(jìn)一步，圖3中還示出，本發(fā)明裝置包括:設(shè)置在第一池體5中攪拌漿3、設(shè)在第二池體7中的氣體營養(yǎng)源提供裝置6。作為一種優(yōu)選方式，第一池體、第二池體可以由PE(聚乙烯)板制成。
[本發(fā)明光反應(yīng)裝置的實(shí)施例2]
參見圖6所不，不出了另一培養(yǎng)池15,該培養(yǎng)池的池壁圍成一個(gè)封閉池圈,在封閉池圈中設(shè)有隔流槽4，隔流槽4結(jié)構(gòu)與前述實(shí)施例1中描述的隔離槽結(jié)構(gòu)相同，只是尺寸有變化而已。隔流槽4將培養(yǎng)池劃分為供培養(yǎng)液往返流動(dòng)的兩個(gè)區(qū)域。在圖6中，培養(yǎng)液(優(yōu)選為藻液)沿箭頭方向圍繞隔流槽4循環(huán)流動(dòng)。在隔流槽4的一側(cè)(圖6中隔流槽4的下方區(qū)域)形成有5個(gè)通道101、102、103、104、105，這5個(gè)通道是由間隔設(shè)置的5個(gè)側(cè)壁將隔流槽4與池壁之間的區(qū)域劃分而成的；這5個(gè)側(cè)壁中至少一個(gè)(優(yōu)選為所有側(cè)壁)由透明或半透明材料制成。上述的5個(gè)通道構(gòu)成了供培養(yǎng)液循環(huán)流動(dòng)的循環(huán)通道的一部分。結(jié)合圖4和圖6，顯然可以理解，這5個(gè)通道與前述的連接通道具有相同的構(gòu)思，即二者均是流體通道均由底壁、連接在底壁上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁組成，并且兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁是由透明或半透明材料組成，而底壁可以是池底本身的一部分也可以是固定在池底上的底板。只是在圖6的這5個(gè)通道中，每相鄰兩個(gè)通道之間共用一個(gè)側(cè)壁，通道105的一個(gè)側(cè)壁是培養(yǎng)池15的池壁本身。除了前述的共用一個(gè)側(cè)壁的情形之外，還可以是如下情形:流體通道為至少兩個(gè)，每個(gè)流體通道為獨(dú)立通道，每相鄰兩個(gè)流體通道之間按設(shè)定距離平行排列，并且所有流體通道的所有側(cè)壁均由透明或半透明材料制成。
盡管圖6示出的是，構(gòu)成循環(huán)通道的一部分的流體通道(該實(shí)施例中示出的是5個(gè)通道)形成在隔流槽4的一側(cè)，但顯然流體通道可以形成在隔流槽4的兩側(cè)。
圖6還示出了設(shè)于培養(yǎng)池15中的攪拌槳3，其由三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并調(diào)整到所需要轉(zhuǎn)速。在培養(yǎng)池中還設(shè)有曝氣管9 (相當(dāng)于氣體營養(yǎng)源提供裝置)，曝氣管9上設(shè)有氣孔；曝氣管9中的氣體是由鋼瓶8提供的CO2，通過流量計(jì)16調(diào)整到所需要的流量。再進(jìn)一步，培養(yǎng)池15中置有上寬下窄的玻璃槽10，將所需要量的藻種和培養(yǎng)基通過泵14和閥門6加進(jìn)光反應(yīng)裝置中，然后開動(dòng)攪拌槳3，同時(shí)向曝氣管通入CO2，使藻液沿順時(shí)針(圖6中箭頭所示)方向流動(dòng)，開始進(jìn)行微藻的培養(yǎng)。
優(yōu)選地，在圖6示出的實(shí)施例中，培養(yǎng)池15由PE板制成，長6米，寬2米，高0.4米；在構(gòu)成5個(gè)通道101、102、103、104、105的所有側(cè)壁中，除了池壁之外，其余這5個(gè)通道的其余側(cè)壁均是由厚度5_的玻璃制成的，這5個(gè)通道長度為107cm，凈寬度(除去側(cè)壁的厚度)為5cm的流體通道，流體通道的底壁與池底PE板用膠將二者粘結(jié)密封。曝氣管9可以設(shè)置為長度為80cm，外徑為1cm，管上的氣孔的直徑為0.3mm。玻璃槽10的尺寸設(shè)置為其上底寬32cm,下底寬5cm,長度47cm。
根據(jù)以上本發(fā)明的光反應(yīng)裝置的兩個(gè)實(shí)施例，顯然，本發(fā)明的培養(yǎng)池中循環(huán)通道的一部分通道由至少一個(gè)流體通道構(gòu)成，進(jìn)一步在培養(yǎng)池中還設(shè)有由循環(huán)通道環(huán)繞的隔流槽。其中流體通道和隔流槽的所有側(cè)壁中至少一個(gè)側(cè)壁是有透明或半透明材料構(gòu)成的。顯然，由于流體通道為循環(huán)通道的一部分，所以流通通道的敞開頂端高出流經(jīng)的培養(yǎng)液液面；同樣地，由于隔流槽形成循環(huán)通道的通道側(cè)壁的一部分，因此隔流槽的敞開頂端也高出流經(jīng)的培養(yǎng)液液面。
另一方面本發(fā)明還提供一種光合微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，其包括本發(fā)明前述任一光反應(yīng)>J-U ρ α裝直。
綜上，本發(fā)明取得如下效果:
1、利用本發(fā)明裝置進(jìn)行光合微生物培養(yǎng)時(shí)(例如微藻培養(yǎng)時(shí))培養(yǎng)液整體溫度不高，不至于培養(yǎng)物由于溫度過高而致死。因?yàn)槌伢w部分(培養(yǎng)池所包圍的區(qū)域)表面積較大，水分蒸發(fā)量較大，可以維持其溫度，在流體通道溫度升高的液體到其他部分(循環(huán)通道中不具有流體通道的部分)與溫度不高的液體混合，進(jìn)行熱交換，達(dá)到降溫目的。
2、相對(duì)于傳統(tǒng)跑道池，本發(fā)明光反應(yīng)裝置中，由于采用了流體通道，并且流體通道頂部敞開底端封閉，構(gòu)成流體通道的所有側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁是由透明或半透明材料制成的，這使得培養(yǎng)液的受光面積增加，產(chǎn)量提高。
3、相對(duì)于平板式反應(yīng)器，本發(fā)明使用機(jī)械攪拌，即采用由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌漿，從而不需鼓風(fēng)機(jī)提供大量氣體進(jìn)行攪拌，能耗降低。
4、培養(yǎng)結(jié)束后，本發(fā)明裝置易清洗；而且本發(fā)明裝置容易規(guī)模應(yīng)用。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光反應(yīng)裝置，包括:頂端敞開的培養(yǎng)池，在該培養(yǎng)池中形成有供培養(yǎng)液在其中循環(huán)流動(dòng)的循環(huán)通道，其特征在于， 其中，所述循環(huán)通道的一部分通道由至少一個(gè)流體通道構(gòu)成，每個(gè)流體通道由底壁、連接在所述底壁上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁形成，并且至少一個(gè)所述側(cè)壁為透明或半透明材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 在所述培養(yǎng)池中還設(shè)有由所述循環(huán)通道環(huán)繞的隔流槽(4)，并且所述隔流槽(4)構(gòu)成所述循環(huán)通道的通道側(cè)壁的一部分， 其中，所述隔流槽(4)為頂端敞開底端封閉的中空容器，其由底壁、連接在所述底壁上并圍成一圈的四個(gè)側(cè)壁構(gòu)成，所述四個(gè)側(cè)壁中的至少一個(gè)側(cè)壁由透明或半透明材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述隔流槽(4)的橫截面為上寬下窄的梯形結(jié)構(gòu)，所述四個(gè)側(cè)壁中的兩個(gè)側(cè)壁構(gòu)成所述梯形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)邊，另兩個(gè)側(cè)壁中的每個(gè)與所述隔流槽(4)的底壁夾角大于等于90。。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述培養(yǎng)池的兩端分別為帶弧狀的第一池體(5)和第二池體(7)，所述培養(yǎng)池的中間為將這兩個(gè)池體連通的兩個(gè)連接通道(1、2)， 其中，這兩個(gè)連接通道(1、2)中的每個(gè)構(gòu)成所述流體通道，并且這兩個(gè)連接通道的側(cè)壁均由透明或半透明材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述隔流槽(4)分別設(shè)在所述第一池體(5)和第二池體(7)中，所述兩個(gè)連接通道(1、2)位于所述隔流槽(4)的一側(cè)或兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述培養(yǎng)池的池壁圍成一個(gè)封閉池圈，所述流體通道形成在所述隔流槽(4)的一側(cè)或兩側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述流體通道為至少兩個(gè)，每個(gè)流體通道為獨(dú)立通道，每相鄰兩個(gè)流體通道之間按設(shè)定距離平行排列，并且所有流體通道的所有側(cè)壁均由透明或半透明材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 還包括用于攪拌培養(yǎng)液的攪拌槳(3)、以及氣體營養(yǎng)液提供裝置￠)，所述攪拌槳(3)和氣體營養(yǎng)液提供裝置(6)設(shè)于所述培養(yǎng)池中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所 述的光反應(yīng)裝置，其特征在于， 所述培養(yǎng)池由PE材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一光反應(yīng)裝置，包括頂端敞開的培養(yǎng)池，在該培養(yǎng)池中形成有供培養(yǎng)液在其中循環(huán)流動(dòng)的循環(huán)通道，循環(huán)通道的一部分通道由至少一個(gè)流體通道構(gòu)成，每個(gè)流體通道由底壁、連接在底壁上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁形成，并且至少一個(gè)側(cè)壁為透明或半透明材料制成。在使用本發(fā)明培養(yǎng)光合微生物時(shí)，培養(yǎng)液整體溫度不高，不至于培養(yǎng)物由于溫度過高而致死，而且培養(yǎng)液的受光面積增加，產(chǎn)量提高。
文檔編號(hào)C12M1/00GK103184139SQ20111044485
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者陳彥平, 石蕾, 耿金峰, 吳義誠 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司