專利名稱：特別用于光合異養(yǎng)微生物的生長和培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，光生物反應(yīng)器特別是用于光合異養(yǎng)微生物如微藻或藍(lán)細(xì)菌的生長和培育。
背景技術(shù)：
微藻和藍(lán)細(xì)菌是這樣的水生生物其尺寸大小從一微米到百來微米變化和其使用光作為能量源來固定二氧化碳(CO2)。如同陸生植物，微藻和藍(lán)細(xì)菌能以脂質(zhì)的形式蓄積所吸收的碳，這允許設(shè)想對(duì)之進(jìn)行使用來產(chǎn)生生物燃料。由于微藻和藍(lán)細(xì)菌所具有的光合效率和細(xì)胞生長率非常高(是陸生油料作物如油菜、葵花等的一到數(shù)十倍)和由于直接可使用的生物量部分最大(相反地，陸生植物將一部分吸收的碳引向更難甚至無法再利用的木質(zhì)纖維素分子)，這類使用更加是大有希望的。為使可使用脂質(zhì)(基本是甘油三酯)的生成最大化，合適的是使微藻和藍(lán)細(xì)菌經(jīng)受使生長和油質(zhì)生成交替的周期。在較低的平均光照強(qiáng)度下，通過給微藻供給二氧化碳和氮獲得生長；油質(zhì)生成通過由缺氮和/或光照強(qiáng)度的突然增強(qiáng)所產(chǎn)生的應(yīng)激壓力來激發(fā)。 當(dāng)條件優(yōu)化時(shí)，微藻和藍(lán)細(xì)菌可蓄積的脂質(zhì)量直達(dá)到其凈重的80%。現(xiàn)今存在生產(chǎn)微藻和藍(lán)細(xì)菌的兩種方式在“賽場”類型的池塘中露天培育，和在稱為光生物反應(yīng)器的透明封閉殼體中進(jìn)行培育。開放式培育所提供的效率較小，要求大量供水以對(duì)蒸發(fā)進(jìn)行補(bǔ)償和對(duì)污染敏感。借助于對(duì)獲取營養(yǎng)資源、光線照射和使(X)2從氣態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的條件的更大掌控，光生物反應(yīng)器可通過高生產(chǎn)率來補(bǔ)償高成本。存在兩大類光生物反應(yīng)器平板光生物反應(yīng)器和管道光生物反應(yīng)器。平板光生物反應(yīng)器基本由平行的兩透明板組成，一培養(yǎng)基薄層在這兩板之間按照擋板路徑流動(dòng)。由于其所遇到的泄露、其污垢癖性(源于擋板)和為考慮工業(yè)和商業(yè)運(yùn)營而需要實(shí)施的大量單元的問題，現(xiàn)今平板光生物反應(yīng)器遭到舍棄。管道光生物反應(yīng)器包括一個(gè)或多個(gè)具有不同的長度和直徑(或?qū)挾?的透明管道。可區(qū)分以下類型-柱式光生物反應(yīng)器，其由直徑通常在30cm到60cm之間變化的垂直豎立的寬柱體形成；-平面式光生物反應(yīng)器，其包括多個(gè)通常直徑較小(不足15cm)的剛性管道，這些管道并排布置和以蛇形的方式相連接，這些管道全部在同一水平、傾斜或豎直的平面中延伸；-三角式光生物反應(yīng)器，其包括并排布置的多個(gè)三角形管道，光生物反應(yīng)器因此呈具有三角形底的棱柱形式；-螺旋式光生物反應(yīng)器，其借助單一管道構(gòu)成，該單一管道具有大長度，圍繞一豎直結(jié)構(gòu)呈螺旋形卷繞；-其管道在一雙壁擠壓剛性板中形成的光生物反應(yīng)器。光線對(duì)微生物的照射取決于光生物反應(yīng)器的幾何形狀。管道光生物反應(yīng)器允許在尺寸大小和容積方面具有大靈活性，和可容易地根據(jù)所培育的微藻或藍(lán)細(xì)菌，配有多種類型的攪動(dòng)和循環(huán)裝置。但是，已知的管道光生物反應(yīng)器具有占地尺寸大的弊端，這限制了所獲得的每單位面積(hectare)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在通過提出一種具有創(chuàng)新型幾何形狀的管道光生物反應(yīng)器來消除該弊端，對(duì)于與由已知的相同培育容積的光生物反應(yīng)器所提供的效率等同或比其高的效率，其占地尺寸被減小。為此，本發(fā)明提出一種光生物反應(yīng)器，這種光生物反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)管道，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器包括至少一反射器，所述至少一反射器布置在光生物反應(yīng)器的一側(cè)；并且，管道按多個(gè)層布置，所述多個(gè)層沿在反射器中心區(qū)域中所取的反射器法線方向相接續(xù)，每層均包括多個(gè)管道。優(yōu)選地，管道布置在光生物反應(yīng)器中，以使沿法線方向每個(gè)管道不會(huì)被另一管道完全遮蔽。根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器用于安裝在外部，以使得反射器在管道下方延伸和將太陽光線向管道反射。優(yōu)選地，光生物反應(yīng)器被安裝以使得前面所確定的法線方向與天頂方向基本重合。因此，本發(fā)明在于反射器的使用和管道層的豎直疊置的結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器具有的體積尺寸相對(duì)于已知的(三角式或平面式)管道光生物反應(yīng)器減小。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器的所有管道相互串聯(lián)連接。作為變型，所有管道并聯(lián)連接。作為變型，光生物反應(yīng)器包括多組管道，同一組的管道串聯(lián)連接，而管道組并聯(lián)連接。有利地，根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器的所有管道是直線形的和沿正交于反射器法線方向的相同方向延伸。當(dāng)光生物反應(yīng)器被安裝以使得反射器法線方向基本與天頂方向重合時(shí)，管道因而水平地延伸。有利地，反射器是呈圓弧形或橢圓形截面(例如拋物線形或半橢圓形)的柱形狀的，管道平行于反射器的母線延伸。因此，當(dāng)光生物反應(yīng)器被安裝以使得管道沿南北方向或在南北平面中延伸時(shí)，每個(gè)管道在其整個(gè)長度上基本接收相同的光照強(qiáng)度。根據(jù)一優(yōu)選布置，全部層都是圓形或橢圓形截面的柱形狀的和是同心的。層因此 “隨循著”日光行程。有利地，根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器具有至少兩個(gè)相互間連接的不同直徑的管道。培養(yǎng)基的循環(huán)流量在光生物反應(yīng)器內(nèi)部從一管道到另一管道是恒定的，循環(huán)速度在小直徑管道中加快。培養(yǎng)基的這種加速避免微生物的沉淀和絮凝。優(yōu)選地，同一層的管道具有相同的直徑和管道的直徑自光生物反應(yīng)器的周沿向中心從一層到下一層減小。需要注意的是，術(shù)語“直徑”這里一般表示每個(gè)管道的最大橫向尺寸(僅僅當(dāng)管道具有圓形的直截面時(shí)，這涉及該術(shù)語的通常含義的直徑，但需要明確的是， 本發(fā)明并不局限于圓形截面的管道)。這類布置不僅允許在延伸在光生物反應(yīng)器中心部分的管道中使培養(yǎng)基加速，而且還優(yōu)化管道受光。實(shí)際上，對(duì)于在一個(gè)管道中的每個(gè)微生物實(shí)際可用的光線數(shù)量及質(zhì)量不僅取決于照在管道上的入射光流量，還取決于所述管道的直徑輻照度根據(jù)培養(yǎng)基的深度(對(duì)于給定的細(xì)胞濃度)在管道內(nèi)部持續(xù)快速地減弱，這是由于以自遮蔽的名稱已知的現(xiàn)象，該現(xiàn)象源自微生物對(duì)光線的吸收和散射。在根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器中，位于光生物反應(yīng)器中心部分的管道能夠根據(jù)入射光線的方向，被位于光生物反應(yīng)器的周邊部分的管道局部地遮掩。這些管道因此接納一入射光線流量，該入射光線流量根據(jù)白晝時(shí)間會(huì)小于照在周邊管道上的入射光線流量。為對(duì)這種較弱的照射進(jìn)行補(bǔ)償，有利地，中心管道具有較小的直徑，這限制在管道內(nèi)部由于自遮蔽造成的能量損耗。優(yōu)選地，在周邊管道和中心管道之間的直徑差被選擇成不完全地補(bǔ)償管道的光照差，以產(chǎn)生輻照度較弱的區(qū)域和輻照度較強(qiáng)的區(qū)域。輻照度的突然增強(qiáng)實(shí)際上會(huì)刺激微生物上的脂質(zhì)的生成。但是并不排除這種情況選擇調(diào)整周邊管道和中心管道的直徑，以獲得在整個(gè)光生物反應(yīng)器中(沿著管道)線性地基本均勻的輻照度。有利地，對(duì)于每層的管道的直徑和數(shù)目被選擇以使得管道占據(jù)層的面積的35%到 50%之間(所述層經(jīng)過管道的中心軸線)。換句話說，50%到65%的入射光線自光生物反應(yīng)器的周邊向中心從一層到下一層過渡。這類布置允許同時(shí)優(yōu)化光生物反應(yīng)器的體積尺寸和位于光生物反應(yīng)器中心部分的管道的太陽照射。有利地，根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器包括至少一裝置，優(yōu)選泵或如有需要?dú)怏w噴射器，用以培養(yǎng)基在每個(gè)管道內(nèi)部的軸向流動(dòng)。此外，對(duì)于每個(gè)管道，光生物反應(yīng)器包括至少一導(dǎo)流器，優(yōu)選地是螺旋形的導(dǎo)流器，這些導(dǎo)流器方便培養(yǎng)基的混合和均勻化。在多個(gè)管道或每個(gè)管道中，可用槳葉、渦輪機(jī)等類型的攪動(dòng)部件來替代(固定的)導(dǎo)流器和泵，因?yàn)檫@些部件不會(huì)損傷微生物。導(dǎo)流器的使用具有保持細(xì)胞完整性的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，管道通過布置在光生物反應(yīng)器的相對(duì)的兩端面上的連接彎管串聯(lián)連接。 有利地，連接彎管被布置以使得同一層的至多三個(gè)管道(或如有需要四個(gè))是接連的。換句話說，在一個(gè)完整周期的過程中，培養(yǎng)基數(shù)次從一層到另一層通過；培養(yǎng)基因此以不同的循環(huán)速度等經(jīng)受不同日照，而這是以交替的方式進(jìn)行的。還是優(yōu)選地，當(dāng)光生物反應(yīng)器被安裝成使得反射器法線方向基本與天頂方向重合和/或使得管道水平地延伸時(shí)，連接彎管被布置以使得由流動(dòng)中的培養(yǎng)基所經(jīng)過的路線盡可能是水平的。為更好地控制在根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器的管道中實(shí)施的合成，在一實(shí)施變型中提出至少某些管道每個(gè)都配有至少一擴(kuò)散器，其允許將物質(zhì)輸入光生物反應(yīng)器的管道內(nèi)部。因此作為示例，可在光生物反應(yīng)器中輸入co2、NOx，營養(yǎng)物、有機(jī)碳等。依舊為更好地控制在光生物反應(yīng)器中的合成，有利地設(shè)置允許對(duì)反應(yīng)管道進(jìn)行照射的至少一人工光源。當(dāng)沒有陽光或白光不足時(shí)，這因而還允許對(duì)光生物反應(yīng)器的管道進(jìn)行照射。在管道呈同心層布置的有利實(shí)施方式中，人工光源優(yōu)選地被布置在層的中心，以獲得更好的效率。一優(yōu)選實(shí)施變型提出反射器是選擇性波長反射器，即其反射在一波長范圍內(nèi)的光線而讓在所述波長范圍外的光線經(jīng)過。在這種情形中，穿過反射器的光能有利地通過布置在反射器下的至少一光伏式傳感器回收。這樣在光伏式傳感器處被回收的能量因而可被使用于對(duì)人工光源進(jìn)行供能。最后，可設(shè)置光生物反應(yīng)器此外包括保護(hù)遮篷，保護(hù)遮篷可例如被使用于保證夜
6間的熱保護(hù)。


本發(fā)明的其它的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)下文描述的閱讀得到展示，所述描述參照附圖和針對(duì)一些優(yōu)選的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式作為非限定的示例提供。在附圖中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器的主要部分的示意圖，-圖2是圖1的光生物反應(yīng)器的管道和反射器的示意性橫剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1和圖2上示出的根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器在對(duì)應(yīng)其使用位置的位置中進(jìn)行觀察?！柏Q直的”、“水平的”、“在......上方”、“在......下方”、“下”、“上”等術(shù)語參照
該位置。示出的光生物反應(yīng)器包括下反射器101，下反射器用于朝太陽方向取向。該反射器是呈拋物形或圓弧形的截面的柱形狀的。多個(gè)柱形的管道1到44在該反射器的上方延伸。 所有管道平行于反射器101的母線。每個(gè)管道1到44有大約6米長，管道彼此相對(duì)地橫向延伸。每個(gè)管道1到44在其各個(gè)端部通過一支撐板102、103支承。僅這兩個(gè)支撐板用于所有管道的固定和支撐。每個(gè)管道1到44具有一圓形直截面，這是以限制可能在管道內(nèi)壁上形成的沉積物。每個(gè)管道1到44以合成材料制成，合成材料如聚碳酸酯，優(yōu)選地是防粘附的或配有防粘內(nèi)涂層，以避免或限制在管道的內(nèi)壁上形成沉積物。標(biāo)記N指示包含在該反射器的縱向中平面內(nèi)的反射器101的法線方向(術(shù)語“中” 表示該平面將反射器分割成兩個(gè)相等部分)。根據(jù)本發(fā)明，管道呈層布置，這些層在反射器 101上方按該法線方向相接續(xù)。作為示例，光生物反應(yīng)器包括呈圓形截面的柱形狀的三個(gè)層。此外這些層是同心的，它們的公共中心處在距地面約3米的高處。這類構(gòu)型允許每單位占地面積容置最大數(shù)目的管道，同時(shí)對(duì)于每個(gè)管道保證最優(yōu)的輻照度。更為確切的說，示出的光生物反應(yīng)器包括-半徑Rl大約為182cm的外層104(圓形截面的柱形狀)，該層104包括標(biāo)記為1 到16的16個(gè)管道，所有這些管道的內(nèi)徑大約為34cm ；-半徑R2大約為142cm的中間層105(圓形截面的柱形狀)，該層105包括標(biāo)記為 17到31的15個(gè)管道，所有這些管道的內(nèi)徑大約為^cm;-半徑R3大約為92cm的內(nèi)層106(圓形截面的柱形狀)，該層106包括標(biāo)記為32 到44的13個(gè)管道，所有這些管道的內(nèi)徑大約為22cm。中間層105的管道根據(jù)一安裝角相對(duì)于外層104的管道成角度固定，該安裝角被選擇成以最大化到達(dá)中間層的管道的光線量。為此，管道17優(yōu)選地相對(duì)于管道1和16成角度地定中心。同樣地，內(nèi)層106的管道根據(jù)一安裝角相對(duì)于外層104和中間層105的管道成角度地固定，該安裝角被選擇成以最大化到達(dá)內(nèi)層的管道的光線量。作為示例，管道33 相對(duì)于管道18和19呈角度地被定中心。此外，所有管道的布置被選擇成入射光線的一大部分穿過所有層和到達(dá)反射器101，以將所述光線向管道反射。在示出的構(gòu)型中，根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器具有大約為235m2的陽光照射面積和占據(jù)35m2的占地面積，即為6. 7的倍增系數(shù)。此外其可接納為17210升的培養(yǎng)基量。在每個(gè)圓形層上，管道間隔開一段圓弧，圓弧的長度等于該層的管道的直徑加上介于1. 01到1. 15之間的倍增系數(shù)。借助于連接彎管45-49，這些管道串聯(lián)連接，所述連接彎管從支撐板102、103凸伸出地(向光生物反應(yīng)器外部)延伸。出于清晰的考量，僅示出位于支撐板102側(cè)的彎管。連接彎管被布置成允許培養(yǎng)基按以下的路線流通管道1、管道2、管道3、管道19、 管道18、管道17、管道32、管道33、管道34、管道20、管道4、管道5、管道6、管道22、管道 21、管道35、管道36、管道37、管道23、管道7、管道8、管道9、管道25、管道24、管道38、管道39、管道40、管道沈、管道10、管道11、管道12、管道觀、管道27、管道41、管道42、管道 29、管道13、管道14、管道30、管道43、管道44、管道31、管道15、管道16。有利地，該路線被確定成限制培養(yǎng)基的豎直流動(dòng)。培養(yǎng)基進(jìn)入光生物反應(yīng)器中是通過管道1在光生物反應(yīng)器的頂上部分進(jìn)行；同樣地，培養(yǎng)基通過管道16在頂上部分離開，以進(jìn)行過濾、或重輸入管道1中，以進(jìn)行一附加循環(huán)。因此，在支撐板102側(cè)設(shè)置有以下彎管連接管道2和3的彎管45、連接管道19和 18的彎管、連接管道17和32的彎管、連接管道33和34的彎管、連接管道20和4的彎管、 連接管道5和6的彎管、連接管道22和21的彎管、連接管道35和36的彎管、連接管道37 和23的彎管、連接管道7和8的彎管、連接管道9和25的彎管、連接管道M和38的彎管、 連接管道39和40的彎管、連接管道沈和10的彎管、連接管道11和12的彎管、連接管道 28和27的彎管、連接管道41和42的彎管、連接管道四和13的彎管、連接管道14和30的彎管、連接管道43和44的彎管、連接管道31和15的彎管。 因此在支撐板103側(cè)設(shè)置有以下彎管連接管道3和19的彎管、連接管道18和17 的彎管、連接管道32和33的彎管、連接管道34和20的彎管、連接管道4和5的彎管、連接管道6和22的彎管、連接管道21和35的彎管、連接管道36和37的彎管、連接管道23和 7的彎管、連接管道8和9的彎管、連接管道25和M的彎管、連接管道38和39的彎管、連接管道40和沈的彎管、連接管道10和11的彎管、連接管道12和28的彎管、連接管道27 和41的彎管、連接管道42和四的彎管、連接管道13和14的彎管、連接管道30和43的彎管、連接管道44和31的彎管、連接管道15和16的彎管。作為實(shí)施變型，在管道中的行進(jìn)順序也可如下管道1，繼而6、7、5、2、41、40、3、4、 8、12、13、14、15、11、9、10、16、17、18、19、24、23、20、21、22、27、26、25、30、31、32、29、28、33、 34、35、36、37、38、39、42、43和最后在出口的管道44。彎管因此被布置以允許生物量按該走向在光生物反應(yīng)器中流通。每個(gè)管道配有至少三個(gè)可變流量擴(kuò)散器(未顯示)，這些擴(kuò)散器在所述管道入口 (在培養(yǎng)基的流通方向上)布置在支撐板102、103處，即第一擴(kuò)散器，其能夠在管道中釋放(X)2 ；第二擴(kuò)散器，其能夠在管道中釋放氮氧化物(NOx)，以暫時(shí)性地和適時(shí)地引起含氮壓力；第三擴(kuò)散器，用于釋放營養(yǎng)物(特別是微量元素和二氧化硅)。每個(gè)管道還可配有第四擴(kuò)散器，如果培養(yǎng)基含有碳異養(yǎng)微生物，則第四擴(kuò)散器用于釋放有機(jī)碳。作為變型，僅僅某些管道配有一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散器(C02，N0x，營養(yǎng)物或有機(jī)碳)。還可設(shè)置一特定擴(kuò)散器，用以光生物反應(yīng)器以異養(yǎng)模式運(yùn)行。這類擴(kuò)散器例如配有一桿，該桿的長度可大約為25cm(示意的而非限制性的值)，以將營養(yǎng)物引到每個(gè)管道的中心入口。
光生物反應(yīng)器此外包括可變流量泵(未顯示)，用于培養(yǎng)基的循環(huán)。示出的光生物反應(yīng)器的容積大約為17m3，泵有利地被選擇成以能保證在17m3/h到105m3/h之間的流量， 即在每小時(shí)一到六個(gè)完整循環(huán)之間。培養(yǎng)基的流通速度在外層104的管道1到16與內(nèi)層 106的管道32到44之間變化一到兩倍。需要注意的是，如有需要，光生物反應(yīng)器可必要時(shí)包括多個(gè)泵。每個(gè)管道具有兩個(gè)螺旋式導(dǎo)流器50 (其呈葉片螺旋槳形式，或根據(jù)未顯示的一變型呈螺栓形)，其中一個(gè)導(dǎo)流器位于管道入口而另一個(gè)導(dǎo)流器位于管道出口。作為變型，導(dǎo)流器可容納在連接彎管中。導(dǎo)流器的形狀(迎角、間距、長度、直徑、圓形邊緣等)和構(gòu)成材料被選擇成不會(huì)損傷微生物。這些導(dǎo)流器有利于培養(yǎng)基的攪拌混合。優(yōu)選地，光生物反應(yīng)器還包括出口緩沖儲(chǔ)存器，該緩沖儲(chǔ)存器被布置以接納從管道16離開的培養(yǎng)基。該緩沖儲(chǔ)存器的容積可為約1000升。該緩沖儲(chǔ)存器優(yōu)選地與管道16 的出口處于相同高度，以避免與高差相關(guān)的各種載荷損失。該緩沖儲(chǔ)存器還可用作旁路儲(chǔ)存器，用于使兩個(gè)光生物反應(yīng)器相互間串聯(lián)地或并聯(lián)地連接。在頂上部分中，緩沖儲(chǔ)存器有利地配有一隔膜，該隔膜透氧氣而不透二氧化碳。必要時(shí)，如有需要，還可設(shè)置一泵或作為選擇可設(shè)置一泵，用以保證緩沖儲(chǔ)存器中的局部真空，以排出由微生物釋出的氧。這類光生物反應(yīng)器用于被安裝成法線方向N與天頂方向基本重合和管道1到44 按南北(水平)方向延伸，以沿著太陽行程引受最大光能。還可使光生物反應(yīng)器略微傾斜， 以使得在正午時(shí)(在太陽最高時(shí))入射光線與管道的軸線正交。根據(jù)本發(fā)明的光生物反應(yīng)器特別地用于生物燃料工業(yè)(用于富脂質(zhì)微藻的開發(fā)利用)以及用于農(nóng)產(chǎn)食品加工業(yè)和美容業(yè)與制藥業(yè)。在某些條件中，可設(shè)置人工光源51 (圖幻。在圖上示出的優(yōu)選實(shí)施方式中，即在管道層是同心的圓形層的情形下，人工光源有利地就位在這些管道層的中心。該人工光源51 優(yōu)選地平行于光生物反應(yīng)器的管道延伸，以更好地照射所述管道。該人工光源51在此情形下是離心光源，其主要照射被照射得最差的區(qū)域。該人工光源51也(或作為選擇)允許在其它區(qū)域上產(chǎn)生光線集中，因而刺激光合微生物。為培育異養(yǎng)藻，即依靠有機(jī)物質(zhì)來進(jìn)行其生長和其供給的藻，人工光源51也可被使用于中斷夜間循環(huán)和在異養(yǎng)模式改善有機(jī)物質(zhì)的固定。這里還提出對(duì)該人工光源51進(jìn)行供能。在一實(shí)施變型中，反射器101是一選擇性反射器，其反射在微生物所使用的波長范圍內(nèi)的光線來實(shí)施光合作用和其任由在該波長范圍外的光線通過。因而有利的是，這樣穿過反射器101的光線通過布置在反射器101下的光伏式傳感器板52接收。一般性地，利于微生物的光線的波長在400nm到700nm(10_9m)之間，這對(duì)應(yīng)太陽發(fā)射的光線的約45%。如果反射器對(duì)于在該波長范圍外的光波因而是通透的，則因此正是 55 %的太陽能對(duì)于板52和因此發(fā)電是潛在可用的。這樣被回收的能量可被人工光源51直接地使用和因而以一角度照射管道，其中該角度與從陽光的直接照射角或通過反射器101反射的角度是不同的。一實(shí)施變型還可設(shè)置將通過板52回收的能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器(未顯示)中和因而可被任意使用于對(duì)管道進(jìn)行照射。為更好地掌控在光生物反應(yīng)器中的溫度，提出將光生物反應(yīng)器與一個(gè)、優(yōu)選地多個(gè)遮篷進(jìn)行配合。例如可能夜間溫度、或甚至冬天某些白天的白晝溫度對(duì)于微生物而言過低。在此情形下，所使用的遮篷例如以一種透明合成材料制成，其使得對(duì)光合作用有用的光線通過和此外具有產(chǎn)生熱量和隔離的能力。為限制在涼夜或冷夜時(shí)溫度的流失，可設(shè)計(jì)厚的和暗的遮篷。也可給光生物反應(yīng)器覆蓋兩個(gè)遮篷。例如在冬天，光生物反應(yīng)器可在白天由以 (溫室型)透明薄膜制成的遮篷覆蓋，以保持系統(tǒng)內(nèi)部的溫度，和在晚上，可給該遮篷再加上一更厚的遮篷。此外，對(duì)于溫度過高的日子，可使用通風(fēng)系統(tǒng)來對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在具有光伏式傳感器板52的實(shí)施變型中，通風(fēng)系統(tǒng)也可通過儲(chǔ)能器或通過板52被直接供給電能。優(yōu)選地，也可保護(hù)光生物反應(yīng)器防御UV (紫外線)。第一保護(hù)可通過對(duì)實(shí)施管道的材料的選擇來獲得。這里提出的第二保護(hù)在于通過UV防反射透明遮篷來保護(hù)光生物反應(yīng)器，例如，該遮篷隨循著太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)呈圓弧形地布置在光生物反應(yīng)器上。本發(fā)明可相對(duì)于所示出的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)多種變型，只要這些變型進(jìn)入由權(quán)利要求所界定的范圍內(nèi)。例如，外層104可包括17個(gè)管道(直徑34cm)和具有為192cm的半徑。作為變型，光生物反應(yīng)器可具有以下的特征-半徑大約為200cm和呈圓形截面的柱形狀的第一層，該層包括25個(gè)內(nèi)徑為22cm
的管道；-半徑大約為160cm和呈圓形截面的柱形狀的第二層，該層包括25個(gè)內(nèi)徑為18cm 的管道；-半徑大約為IMcm和呈圓形截面的柱形狀的第三層，該層包括25個(gè)內(nèi)徑為14cm 的管道；-半徑大約為92cm和呈圓形截面的柱形狀的第四層，該層包括21個(gè)內(nèi)徑為12cm
的管道。對(duì)于13250升的培養(yǎng)基量(如果管道的長度為6m)，該實(shí)施方式提供301m2的照射面積和占據(jù)35m2的占地面積，即倍增系數(shù)為8. 62。在強(qiáng)日照區(qū)域中，可合適的是設(shè)置半徑從92cm到225cm的五個(gè)同心層，管道的直徑從Ilcm到Mem。一般性地，本發(fā)明不受限于所描述和示出的管道層的數(shù)目、管道層的半徑、管道的數(shù)目、管道的直徑及長度。特別是應(yīng)根據(jù)光生物反應(yīng)器的安裝地點(diǎn)的日照和所培育的微生物的多樣性，來選擇光生物反應(yīng)器的各種特征尺寸。本發(fā)明也不受限于圓形截面的管道層。例如本發(fā)明涵蓋平坦的管道層。
權(quán)利要求
1.光生物反應(yīng)器，所述光生物反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)管道，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器包括布置在該光生物反應(yīng)器一側(cè)的至少一反射器(101)；并且，所述反應(yīng)管道按多個(gè)層 (104-106)布置，所述多個(gè)層沿在所述反射器的中心區(qū)域中所取的反射器法線方向(N)相接續(xù)，每個(gè)層(104，105，106)均包括多個(gè)管道(1-16，17-31，32-44)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所有管道(1-44)都是直線形的并沿正交于所述反射器法線方向(N)的方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反射器(101)是呈圓弧形或橢圓形截面的柱形狀的；并且，所述反應(yīng)管道(1-44)平行于所述反射器的母線延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述層(104-106) 是呈圓形或橢圓形截面的柱形狀的并且是同心的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，同一層(104；105 ； 106)的管道(1-16 ；17-31 ；32-44)具有相同的直徑；并且，所述反應(yīng)管道的直徑從所述光生物反應(yīng)器的周沿向中心從一層到下一層減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，對(duì)于每層 (104-106)的所述反應(yīng)管道(1-16，17-31，32-44)的直徑和數(shù)目被選擇成所述反應(yīng)管道占據(jù)所述層的面積的35%到50%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，對(duì)于每個(gè)管道 (1-44)，所述光生物反應(yīng)器都具有至少一導(dǎo)流器(50)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所有管道(1-44) 彼此串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，連接彎管05-49) 布置在所述反應(yīng)管道之間和使得同一層的至多三個(gè)管道是接連的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器包括-外層(104)，所述外層是呈圓形截面的柱形狀的，所述外層的半徑(Rl)大約為182cm， 該外層包括十六個(gè)管道(1-16)，這十六個(gè)管道全部都具有大約為34cm的內(nèi)徑；-中間層(105)，所述中間層是呈圓形截面的柱形狀的，所述中間層的半徑(R2)大約為 142cm，該中間層包括十五個(gè)管道(17-31)，這十五個(gè)管道全部都具有大約為^cm的內(nèi)徑；-內(nèi)層(106)，所述內(nèi)層是呈圓形截面的柱形狀的，所述內(nèi)層的半徑(R3)大約為92cm， 該內(nèi)層包括十三個(gè)管道(32-44)，這十三個(gè)管道全部都具有大約為22cm的內(nèi)徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，至少某些反應(yīng)管道每個(gè)都配有允許將物質(zhì)輸入所述光生物反應(yīng)器的反應(yīng)管道內(nèi)的至少一擴(kuò)散器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器包括允許照射所述反應(yīng)管道的至少一人工光源(51)。
13.根據(jù)權(quán)利要求4和12所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器包括布置在所述層的中心的人工光源(51)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反射器 (101)是選擇性波長反射器，即其反射在一波長范圍內(nèi)的光線而任由在所述波長范圍外的光線通過；并且，所述光生物反應(yīng)器此外包括布置在所述反射器(101)下的至少一光伏式傳感器(52)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12和14所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，光伏式傳感器(52)被使用于對(duì)所述人工光源(51)供能。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述光生物反應(yīng)器此外包括保護(hù)遮篷。
全文摘要
本發(fā)明涉及光生物反應(yīng)器，特別是用于光合微生物如微藻或藍(lán)細(xì)菌的生長和培育。光生物反應(yīng)器包括至少一反射器(101)和管道，反射器布置在光生物反應(yīng)器的一側(cè)，和管道根據(jù)多層布置，多層沿在反射器中心區(qū)域所取的反射器法線方向(N)接續(xù)，每層包括多個(gè)管道。優(yōu)選地，管道(1，16......)是直線形的和沿正交于法線方向(N)的方向延伸，反射器是柱形的，呈圓形或橢圓形截面，和層是柱形的，呈圓形或橢圓形截面以及是同心的。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102459561SQ201080032281
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者愛德華·卡巴基昂 申請人:愛德華·卡巴基昂