用于光生物反應器系統(tǒng)的光能供應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光生物反應器系統(tǒng)，其包括供應原料處理子系統(tǒng)、反應器子系統(tǒng)、產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)和太陽能供應子系統(tǒng)。反應器子系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，反應混合物包括光合作用反應試劑。供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給反應器提供供應原料，供應原料包括光合作用反應試劑中的至少一種。產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成用于接收從反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離。太陽能供應子系統(tǒng)包括至少一個太陽能收集器，其中，至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在光生物反應器上并包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，以便提供至少一個太陽能收集器表面來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至能量供應組件，能量供應組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將能量供應給其它子系統(tǒng)中的至少一個?？偟倪B接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。
【專利說明】用于光生物反應器系統(tǒng)的光能供應器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及利用入射太陽輻射的光生物反應器。
【背景技術(shù)】
[0002]為了生產(chǎn)燃料源，已廣泛栽培光養(yǎng)生物。工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣也已通過為光養(yǎng)生物提供在光合作用中需要消耗的二氧化碳而被用來促進光養(yǎng)生物的生長。通過提供用于此類用途的廢氣，可降低對環(huán)境的影響并且可同時生成潛在的有用的燃料源。然而，對于將此工藝引入現(xiàn)有設備中而言，要使此工藝更具經(jīng)濟吸引力，則還存在挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個方面中，本發(fā)明提供一種光生物反應器系統(tǒng)，其包括供應原料處理子系統(tǒng)、反應器子系統(tǒng)、產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)和太陽能供應子系統(tǒng)。所述反應器子系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射(photosynthetically active light radiation)下時能有效地進行光合作用，其中，所述反應混合物包括光合作用反應試劑。所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給所述光生物反應器提供供應原料，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種。所述產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成用于接收從所述光生物反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離。所述太陽能供應子系統(tǒng)包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在所述光生物反應器上并包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，以便提供至少一個太陽能收集器表面來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至能量供應組件，所述能量供應組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應給其它子系統(tǒng)中的至少一個。所述總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。
[0004]在另一方面中，本發(fā)明提供一種光生物反應器系統(tǒng)，其包括供應原料處理子系統(tǒng)、反應器子系統(tǒng)、產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)和太陽能供應子系統(tǒng)。所述反應器子系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，其中，所述反應混合物包括光合作用反應試劑。所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給所述光生物反應器提供供應原料，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種。所述產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成用于接收從所述光生物反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離。所述太陽能供應子系統(tǒng)包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在所述光生物反應器的有效安裝表面上并且包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至能量供應組件，所述能量供應組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應給其它子系統(tǒng)中的至少一個。所述有效安裝表面相對于豎直方向定向在45度的范圍內(nèi)。[0005]在另一方面中，本發(fā)明提供一種光生物反應器，其包括容器和多個有效光傳輸組件。所述容器構(gòu)造成用于容納反應區(qū)中的反應混合物，其中，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，并且所述反應混合物包括光合作用反應試劑，其中，所述反應區(qū)具有至少3000升的容積。所述多個有效光傳輸組件構(gòu)造成給所述光生物反應器的所述反應區(qū)供應光能，從而使得在所述反應區(qū)的至少80%內(nèi)的所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下，其中，所述有效光傳輸組件中的每一個都安裝至所述反應區(qū)并從所述光生物反應器的內(nèi)表面的有效部分向所述反應區(qū)內(nèi)延伸有效距離，其中所述有效距離小于5米。
[0006]在另一方面中，本發(fā)明提供一種光生物反應器系統(tǒng)，其包括供應原料處理子系統(tǒng)、反應器子系統(tǒng)、產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)和太陽能供應子系統(tǒng)。所述反應器子系統(tǒng)包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，其中，所述反應混合物包括光合作用反應試劑。所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給反應器提供供應原料，其中，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種。所述產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成用于接收從所述反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并實現(xiàn)對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離。所述太陽能供應子系統(tǒng)包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，并且所述太陽能供應子系統(tǒng)還包括多個沿豎直方向隔開的能量供應組件，其中，所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應至其它子系統(tǒng)中的至少一個，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的至少一個。所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都從所述光生物反應器的內(nèi)表面的有效部分延伸到所述反應區(qū)內(nèi)，其中，所述光生物反應器的內(nèi)表面限定了包括反應區(qū)的空間。所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都相對于其它所述沿豎直方向隔開的能量供應組件設置在不同的豎直位置。
【專利附圖】

【附圖說明】[0007]現(xiàn)在將結(jié)合以下附圖來描述本發(fā)明優(yōu)選實施例的工藝:[0008]圖1是光生物反應器系統(tǒng)的實施例的框圖；[0009]圖2是在可在光生物反應器系統(tǒng)的實施例中操作的工藝的實施例的工藝流程圖；以及[0010] 閱圖3是可在光生物反應器系統(tǒng)的實施例中操作的工藝的另一實施例的工藝流程圖; [0011]圖4是包括多個太陽能收集器的光生物反應器系統(tǒng)的實施例的示意圖；[0012]圖5是包括太陽能收集器的光生物反應器系統(tǒng)的實施例的示意圖，該太陽能收集
器包括濾光器/反射鏡組件1006，該濾光器/反射鏡組件1006過濾太陽能收集器所接收的入射太陽輻射，以提供為光源目的而接收的入射太陽輻射部分和為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分；
[0013] 圖6是包括太陽能收集器的光生物反應器系統(tǒng)的另一實施例的示意圖，該太陽能收集器包括濾光器/反射鏡組件1006，該濾光器/反射鏡組件1006過濾太陽能收集器所接收的入射太陽輻射，以提供為光源目的而接收的入射太陽輻射部分和為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分；
[0014]圖7是包括多個太陽能收集器的光生物反應器系統(tǒng)的另一實施例的示意圖；以及
[0015]圖8是本發(fā)明的工藝的實施例的流體通道的一部分的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]在本說明書的全文中，當提及“ 一些實施例”時其含義是:結(jié)合一些實施例所描述的特定特征、構(gòu)造或特性并非必然就是指這些實施例。此外，可依任何適當?shù)姆绞较嗷ソM合所述特定特征、構(gòu)造或特性。
[0017]“光養(yǎng)生物”是在水性介質(zhì)內(nèi)接收光能時能通過光合營養(yǎng)生長的生物，諸如植物細胞和微生物等。光養(yǎng)生物可為單細胞或多細胞。在一些實施例中，例如，光養(yǎng)生物是經(jīng)人工改良或基因改造的生物。在一些實施例中，例如，光養(yǎng)生物是藻類。在一些實施例中，例如，藻類是微藻類(microalgae)。
[0018]“光養(yǎng)生物質(zhì)”是至少一種光養(yǎng)生物。在一些實施例中，例如，光養(yǎng)生物質(zhì)包括多于一種品種的光養(yǎng)生物。
[0019]“反應區(qū)10”限定光養(yǎng)生物質(zhì)生長的空間。在一些實施例中，例如，在光生物反應器12內(nèi)提供反應區(qū)10。在一些實施例中，例如，反應區(qū)內(nèi)的壓力為大氣壓力。
[0020]“光生物反應器12”是為光養(yǎng)生物質(zhì)的生長提供適當環(huán)境的任何構(gòu)造、配置、土地或區(qū)域?？赏ㄟ^為光養(yǎng)生物質(zhì)提供利用光能生長所需的空間從而作為光生物反應器12的特定構(gòu)造的實例包括，但不局限于貯罐、池塘、槽、渠、池、管、管道、渠道和水道。此類光生物反應器可為開放式、封閉式、部分封閉式、覆蓋式或部分覆蓋式。在一些實施例中，例如，光生物反應器12是開放式池塘，在這種情況下池塘可從周圍環(huán)境不受控制地接收原料和光能。在其它實施例中，例如，光生物反應器12是被覆蓋或被部分覆蓋的池塘，在這種情況下至少部分阻礙池塘從周圍環(huán)境接收原料。光生物反應器12包括含有反應混合物的反應區(qū)
10。在一些實施例中，光生物反應器12被構(gòu)造成接收光養(yǎng)試劑(在某些實施例中，還可選地包括補充養(yǎng)分)的供應，并且還被構(gòu)造成可排放出反應區(qū)10內(nèi)生長的光養(yǎng)生物質(zhì)。就此而言，在一些實施例中，光生物反應器12包括用于接收光養(yǎng)試劑和補充養(yǎng)分的供應的一個或多個入口，并且還包括回收或收獲反應區(qū)10內(nèi)生長的生物質(zhì)的一個或多個出口。在一些實施例中，例如，一個或多個入口被構(gòu)造成可按照周期性的或斷續(xù)的時間間隔暫時封閉。在一些實施例中，例如，一個或多個出口被構(gòu)造成可按照周期性的或斷續(xù)的時間間隔暫時密封或?qū)嵸|(zhì)上密封。光生物反應器12被構(gòu)造成容納在暴露于光合有效光輻射下能有效地進行光合作用的反應混合物。光生物反應器12還被構(gòu)造成在其內(nèi)為照射光養(yǎng)生物質(zhì)而提供光合有效光輻射(例如可由太陽或其它光源發(fā)射出的波長介于約400?700nm的光)。使反應混合物暴露于光合有效光輻射下可使光養(yǎng)生物質(zhì)產(chǎn)生光合作用并生長。在一些實施例中，例如，通過置于光生物反應器12內(nèi)的人造光源14提供光輻射。例如，適當?shù)娜嗽旃庠窗ǔ寥胧焦饫w、光導、發(fā)光二極管(LED)、LED燈帶和熒光燈。本領域已知的任何LED燈帶均可適用于光生物反應器12。在使用沉入式LED的一些實例中，為該LED供應電力的能源例如包括諸如風、光伏電池、燃料電池等替代能源。光生物反應器12的外部或內(nèi)部可使用熒光燈作為備用系統(tǒng)。在一些實施例中，例如，所提供的光來自于自然光源16，該光是從光生物反應器12的外部發(fā)射的并且穿過傳輸構(gòu)件。在一些實施例中，例如，傳輸構(gòu)件是光生物反應器12外殼結(jié)構(gòu)的一部分，其至少能部分地使光合有效光輻射透過，并且被構(gòu)造成能將光傳輸至反應區(qū)10以被光養(yǎng)生物質(zhì)接收。在一些實施例中，例如，自然光被太陽能收集器接收、經(jīng)選擇性波長濾光器過濾、然后經(jīng)光纖材料或光導件傳輸至反應區(qū)10。在一些實施例中，例如，通過自然光源和人造光源這二者來提供光生物反應器12內(nèi)的光合有效光輻射。
[0021]“水性介質(zhì)”是一種包括水的環(huán)境。在一些實施例中，例如，水性介質(zhì)還包括有助于光養(yǎng)生物質(zhì)存活和生長的充足養(yǎng)分。在一些實施例中，例如，補充養(yǎng)分可包括例如NOx和SOx中其一或二者。適當?shù)乃越橘|(zhì)已詳述于以下文獻中:Rogers, L.J.和GallonJ.R.的 “Biochemistry of the Algae and Cyanobacteria”(藻類和藍藻細菌的生物化學)，牛津 Clarendon 出版社 1988 ;Burlew, John S.的 “Algal Culture:From Laboratoryto Pilot Plant”(藻類培養(yǎng):從實驗室到試驗工廠)，Carnegie學院華盛頓出版社600,華盛頓特區(qū) 1961 (下文稱為“Burlesl961 ”)；以及 Round, F.E., The Biology of the Algae(藻類生物學)，紐約圣瑪丁出版社1965 ;上述文獻分別以引用方式并入本文。一種被稱為“Bold基礎培養(yǎng)基”的適當?shù)难a充營養(yǎng)成分已詳述于Bold, H.C.1949, The morphologyof Chlamydomonas chlamydogama sp.nov.Bull.Torrey Bot.Club.76:101-8 (衣藻屬chlamydogama 種的形態(tài)學)(也可參見 Bischoff, H.W.和 Bold, H.C.1963, PhycologicalStudies IV.Some soil algae from Enchanted Rock and related algal species (藻類研究IV.來自著魔巖和相關藻類的一些土壤藻)，德州大學出版社，6318:1?95 ;以及Stein, J.(編輯)，Handbook of Phycological Methods, Culture methods and growthmeasurements (藻類法、培養(yǎng)法和生長測定手冊),劍橋大學出版社第7?24頁)。
[0022]本發(fā)明提供一種光生物反應器系統(tǒng)100。圖2和圖3示出了在光生物反應器系統(tǒng)100的實施例中操作的培養(yǎng)光養(yǎng)生物質(zhì)的示例性工藝。
[0023]反應區(qū)10包括在暴露于光合有效光輻射下能有效地進行光合作用的反應混合物。反應混合物包括光合作用反應試劑。光合作用反應試劑包括光養(yǎng)生物質(zhì)原料、二氧化碳和水。在一些實施例中，反應區(qū)包括置于水性介質(zhì)內(nèi)的光養(yǎng)生物質(zhì)和二氧化碳。在反應區(qū)內(nèi)，光養(yǎng)生物質(zhì)被設置成與二氧化碳和水兩者進行質(zhì)量傳遞交換。
[0024]光生物反應器系統(tǒng)100包括原料供應子系統(tǒng)110、反應器子系統(tǒng)120、產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130、以及太陽能供應子系統(tǒng)140。
[0025]原料供應子系統(tǒng)110構(gòu)造成將原料111供應至反應器子系統(tǒng)120的反應區(qū)10。原料供應子系統(tǒng)所供應的原料包括一種或多種光合作用反應試劑。在一些實施例中，所供應的光合作用反應試劑包括水和二氧化碳。在一些實施例中，水和二氧化碳中的每一種單獨引入到反應器子系統(tǒng)120中。在其它實施例中，水和二氧化碳以水性混合物的形式引入。所供應的光合作用反應試劑限定了供應原料處理子系統(tǒng)的各個工藝物料成分。在一些實施例中，例如，所供應的原料還包括補充營養(yǎng)物供料42。
[0026]在一些實施例中，例如，供應至反應區(qū)10的二氧化碳是氣態(tài)排放物18。就此而言，在一些實施例中，通過氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20供應二氧化碳，因此，通過氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20產(chǎn)生氣態(tài)排放物18來實現(xiàn)所述供應。氣態(tài)排放物18包括二氧化碳。氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20包括實現(xiàn)氣態(tài)排放物的產(chǎn)生的任何過程。在一些實施例中，例如，氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20是在燃燒設備中實現(xiàn)的燃燒過程。在這些實施例中的一些實施例中，例如，使用諸如煤炭、石油或天然氣等礦物燃料進行燃燒過程。例如，燃燒設備是礦物燃料電廠、工業(yè)焚燒設備、工業(yè)爐、工業(yè)用加熱器或內(nèi)燃機中的任何一種。在一些實施例中，例如，燃燒設備是水泥窯。
[0027]反應區(qū)供給物料22被供應至反應區(qū)10，從而使供給物料22中的二氧化碳被接收到反應區(qū)10內(nèi)。在所述工藝的至少一些操作期間，至少一部分的反應區(qū)供給物料22是通過由氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20排放的氣態(tài)排放物18供應的。供應至反應區(qū)供給物料22的任何氣態(tài)排放物18被供應作為反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24。應當理解的是，并非全部氣態(tài)排放物18都必需供應至反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24，或至少不是在所述工藝實施的整個時間段內(nèi)氣態(tài)排放物18都必需供應至反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24。反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24包括二氧化碳。在一些實施例中，例如，基于氣態(tài)排放物18的總體積計算，氣態(tài)排放物18包含的二氧化碳的濃度為至少2% (體積)。就此而言，在一些實施例中，例如，基于反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的總體積計算，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24包含的二氧化碳的濃度為至少2% (體積)。一些實施例中，例如，基于氣態(tài)排放物18的總體積計算，氣態(tài)排放物18包含的二氧化碳的濃度為至少4% (體積)。就此而言，在一些實施例中，例如，基于反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的總體積計算，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24包含的二氧化碳的濃度為至少4% (體積)。在一些實施例中，例如，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24還包括NOx和SOx中的一者或二者。
[0028]在一些實施例中，例如，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24是氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20所產(chǎn)生的氣態(tài)排放物18的至少一部分。在某些情況下，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24是氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20所產(chǎn)生的氣態(tài)排放物18。
[0029]在一些實施例中，例如，至少一部分由氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20所產(chǎn)生的氣態(tài)排放物18作為分流氣態(tài)排放物60被供應至另一操作單元62。分流氣態(tài)排放物60包括二氧化碳。所述另一操作單元對分流氣態(tài)排放物60進行轉(zhuǎn)化，從而降低其對環(huán)境的影響。在一些實施例中，例如，所述另一操作單元62是煙筒。
[0030]在一些實施例中，例如，在將反應區(qū)供給物料22供應至反應區(qū)10之前冷卻反應區(qū)供給物料22，使得反應區(qū)供給物料22的溫度趨近適于光養(yǎng)生物質(zhì)生長的溫度。在一些實施例中，例如，供應至反應區(qū)供給物料22的反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的溫度被設定于110至150°C之間。在一些實施例中，例如，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的溫度為約132°C。在一些實施例中，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的溫度被設置成遠高于上述溫度，并且在一些實施例中，例如來自煉鋼廠的反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的溫度超過500°C。在一些實施例中，例如，供應有反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的反應區(qū)供給物料22被冷卻至介于20°C和50°C之間(例如約30°C)。供應較高溫度的反應區(qū)供給物料22可能會阻礙反應區(qū)10內(nèi)的光養(yǎng)生物質(zhì)的生長，甚至會殺死反應區(qū)10內(nèi)的光養(yǎng)生物質(zhì)。在這些實施例中的一些實施例中，在冷卻反應區(qū)供給物料22時，在換熱器26 (例如冷凝器)內(nèi)冷凝反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24中的任何水蒸汽的至少一部分、并使冷凝產(chǎn)物與反應區(qū)供給物料22分離而成為水性物料70。在一些實施例中，形成的水性物料70被轉(zhuǎn)移至容器28 (將在下文中說明)，在容器28中，水性物料70提供了用于供應至反應區(qū)10的補充水性物質(zhì)供料44。在一些實施例中，冷凝作用產(chǎn)生從反應區(qū)供給物料22至傳熱介質(zhì)30的熱傳遞，因此傳熱介質(zhì)30的溫度上升而產(chǎn)生了被加熱的傳熱介質(zhì)30，然后被加熱的傳熱介質(zhì)30被供應至(例如流向)干燥機32 (將在下文中說明)，進行從被加熱的傳熱介質(zhì)30至中間濃縮反應區(qū)產(chǎn)物34的熱傳遞，以干燥中間濃縮反應區(qū)產(chǎn)物34，由此產(chǎn)生最終的反應區(qū)產(chǎn)物36。在一些實施例中，例如，從干燥機32排放之后，傳熱介質(zhì)30被再循環(huán)至換熱器26。適當?shù)膫鳠峤橘|(zhì)30的實例包括導熱油和乙二醇溶液。
[0031]就反應區(qū)供給物料22而言，反應區(qū)供給物料22是流體。在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22是氣態(tài)物料。在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22包括置于液態(tài)物料內(nèi)的氣態(tài)物料。在一些實施例中，例如，液態(tài)物料是水性材料。在這些實施例中的一些實施例中，例如，至少一部分的氣態(tài)物料溶解于液態(tài)物料內(nèi)。在這些實施例中的一些實施例中，例如，至少一部分的氣態(tài)物料被設置成分散于液態(tài)物料內(nèi)的氣體分散體。在這些實施例中的一些實施例中，例如，在實施所述工藝的至少一些階段里，反應區(qū)供給物料22中的氣態(tài)物料含有由反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24供應的二氧化碳。在這些實施例中的一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22以物料流的方式被供應至反應區(qū)10。
[0032]在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22以一股或多股反應區(qū)供給物料流的方式被供應至反應區(qū)10。例如，所述一股或多股反應區(qū)供給物料流分別流經(jīng)各自的反應區(qū)供給物料流體通道。在這些實施例中的一些實施例中，當存在多于一股反應區(qū)供給物料流時，反應區(qū)供給物料流之間具有不同的物料組成。在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料流22包括反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的物料流。在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料流22是反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的物料流。
[0033]在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22向反應區(qū)10的供應可導致反應區(qū)10內(nèi)至少一部分的光養(yǎng)生物質(zhì)被攪動。就此而言，在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22被引入反應區(qū)10中較低的部分。在一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22自反應區(qū)10的下方引入，因而可導致反應區(qū)10的內(nèi)容物被混合。在這些實施例中的一些實施例中,例如，所導致的混合(或攪動)可使反應區(qū)10內(nèi)任何兩點之間的光養(yǎng)生物質(zhì)濃度的任何差異均低于20%。在一些實施例中，例如，反應區(qū)10內(nèi)任何兩點之間的光養(yǎng)生物質(zhì)濃度的任何差異低于10%。在這些實施例中的一些實施例中，例如，所導致的混合可使得反應區(qū)10內(nèi)產(chǎn)生均質(zhì)的懸浮液。在這些使用光生物反應器12的實施例中，就這些實施例中的一些實施例而言，例如，反應區(qū)供給物料22的供應被構(gòu)造成可與光生物反應器12協(xié)同操作，使得置于反應區(qū)10內(nèi)的至少一部分光養(yǎng)生物質(zhì)產(chǎn)生所需的攪動。
[0034]進一步針對反應區(qū)供給物料22向反應區(qū)10的供應導致置于反應區(qū)10內(nèi)的至少一部分光養(yǎng)生物質(zhì)被攪動的這些實施例而言，在這些實施例中的一些實施例中，例如，反應區(qū)供給物料22在被引入反應區(qū)10之前流經(jīng)諸如噴頭(sparger) 40等注氣機構(gòu)。在這些實施例中的一些實施例中，例如，噴頭40使供應至反應區(qū)10的反應區(qū)供給物料22形成含有被夾帶于液相內(nèi)的微氣泡的氣-液混合物，以使光養(yǎng)生物質(zhì)與反應區(qū)供給物料22中的二氧化碳(以及在一些實施例中，例如SOx和NOx中的一者或兩者)之間形成的界面接觸面積最大化。這有助于光養(yǎng)生物質(zhì)有效地吸收光合作用所需的二氧化碳(以及在一些實施例中吸收其它氣體成分)，因而可促使光養(yǎng)生物質(zhì)的生長速率達到最佳化。另外，在一些實施例中，例如，噴頭40使反應區(qū)供給物料22形成較大的氣泡，氣泡攪動反應區(qū)10內(nèi)的光養(yǎng)生物質(zhì)，從而促進反應區(qū)10內(nèi)各成分的混合。適當?shù)膰婎^40的實例為密蘇里州哥倫比亞市Enviornmental Dynamics 公司的 EDI FlexAir?T_ 系列 91X1003 型號的噴管。在一些實施例中，例如，此噴頭40被置于光生物反應器12內(nèi)，光生物反應器12具有6000升容積的反應區(qū)10，并且藻類濃度介于0.8克/升至1.5克/升之間，而且反應區(qū)供給物料22是以介于10立方英尺/分鐘至20立方英尺/分鐘之間的流速以及約68英寸水柱的壓力來供應的氣態(tài)流體流。
[0035]關于噴頭40，在一些實施例中，例如，在考慮反應區(qū)10的壓頭(fluid head)的情況下設計噴頭40，使得以能促進光養(yǎng)生物質(zhì)對二氧化碳的吸收達到最佳化的方式向反應區(qū)10供應反應區(qū)供給物料22。就此而言，調(diào)節(jié)氣泡的尺寸，使得氣泡小到足以促進光養(yǎng)生物質(zhì)對反應區(qū)供給物料中的二氧化碳的吸收達到最佳。同時，氣泡的尺寸要大到足以使得至少一部分氣泡上升通過反應區(qū)10的整個高度，同時減少反應區(qū)供給物料22 “鼓泡式穿過”反應區(qū)10而未被光養(yǎng)生物質(zhì)吸收就被釋放的情況。在一些實施例中，為了促進最佳氣泡尺寸的實現(xiàn)，在噴頭40的上游利用壓力調(diào)節(jié)器控制反應區(qū)供給物料22的壓力。
[0036]就反應區(qū)10置于光生物反應器12內(nèi)的實施例而言，在這些實施例中的一些實施例中，例如，噴頭40被置于光生物反應器12的外部(參見圖3)。在其它實施例中，例如，噴頭40被置于光生物反應器12內(nèi)。在這些實施例中的一些實施例中，例如，噴頭40從光生物反應器12的底部(并且在光生物反應器12內(nèi))延伸。
[0037]在一些實施例中，例如，以使反應區(qū)供給物料22流經(jīng)至少70英寸的反應區(qū)深度(豎直范圍)的壓力來供應反應區(qū)供給物料22。在一些實施例中，例如，所述深度為至少10英尺。在一些實施例中，例如，所述深度為至少20英尺。在一些實施例中，例如，所述深度為至少30英尺。在這些實施例中的一些實施例中，例如，當氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20產(chǎn)生氣態(tài)排放物18并且至少一部分氣態(tài)排放物18供應至反應區(qū)供給物料22 (作為反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24)時，實現(xiàn)反應區(qū)供給物料22的供應。在這些實施例中的一些實施例中，例如，在被供應至反應區(qū)10之前增加反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24(不論就其本身還是作為反應區(qū)供給物料流22的一部分)的物料流的壓力。在一些實施例中，例如，至少部分利用原動機(prime mover) 38增加所述壓力。就這些實施例而言,所述壓力的增加至少部分歸因于原動機38。就反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24是反應區(qū)供給物料流22的一部分、并且反應區(qū)供給物料包括液態(tài)物料的實施例而言，適當?shù)脑瓌訖C38的實例為泵。就通過氣流增加所述壓力的實施例而言，適當?shù)脑瓌訖C38的實例包括鼓風機、壓縮機和空氣泵。在其它實施例中，例如，通過射流泵或噴射器增加所述壓力。就通過射流泵或噴射器增加所述壓力的實施例而言，在這些實施例中的一些實施例中，例如，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24被供應至射流泵或噴射器，并且利用文丘里效應從另一流動流體(即“動力流體流”(motive fluidflow))向氣態(tài)排放物反應區(qū)傳遞壓力能，從而增加反應區(qū)供給物料流22的反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24成分內(nèi)的壓力。就此而言，在一些實施例中，例如，參見圖8，提供動力流體流700，其中動力流體流700的原料具有動力流壓力Pmi，其中Pmi高于反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的壓力(PE)。通過使動力流體流700從上游流道部分702流至中間下游流道部分704,而使動力流體流700的壓力從Pmi降低至Ρκ。第一中間下游流道部分704的特征為:相對于上游流道部分702具有較小的橫截面積。此外，Pm2低于ΡΕ。當動力流體流700的壓力降低至Pm2時，動力流體流700與反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24之間產(chǎn)生流體連通，由此，響應于反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24與動力流體流700之間的壓差，反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24被引導為在中間下游流道部分704內(nèi)與動力流體流700混合，從而產(chǎn)生源自反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料的流體24A。源自反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料的流體24A(其包括反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料)的壓力被升高至PM3，使得反應區(qū)二氧化碳供料2402的壓力也被升高至PM3，其中Pm3高于PE。通過使源自反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料的流體24A從中間下游流道部分704流至“動能向靜壓能轉(zhuǎn)換”的下游流道部分706，可使壓力升高。所述“動能向靜壓能轉(zhuǎn)換”的下游流道部分706的橫截面積大于中間下游流道部分704的橫截面積。源自反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料的流體24A (其包括反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24)的壓力設置成高于Pe并且足以使流體24A的原料流(作為反應區(qū)供給物料流22的至少一部分)通過反應區(qū)10的至少70英寸的深度。在一些實施例中，例如，流道的收縮噴嘴部分限定第一中間下游流道部分704，而流道的擴張噴嘴部分限定所述“動能向靜壓能轉(zhuǎn)換”的下游流道部分706。在一些實施例中，例如，第一中間下游流道部分704和“動能向靜壓能轉(zhuǎn)換”的下游流道部分706的組合由文氏噴嘴(venture nozzle)所限定。在一些實施例中，例如,第一中間下游流道部分704和“動能向靜壓能轉(zhuǎn)換”的下游流道部分706的組合被置于噴射器或射流泵內(nèi)。在這些實施例中的一些實施例中，例如，所述動力流體流包含液體水性物料，并且，就此而言，流體24A包含液體和氣體原料的組合。就此而言，在一些實施例中，例如，源自反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料的流體24A包含氣態(tài)物料在液態(tài)物料內(nèi)的分散體，其中氣態(tài)物料的分散體包括反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24中的二氧化碳?；蛘?，在這些實施例中的一些實施例中，例如，動力流體流是另一種氣體流，例如空氣流，并且流體24A是空氣流。流體24A的原料(作為反應區(qū)供給物料流22的至少一部分)以壓力高于Pe并且足以通過反應區(qū)10的至少70英寸深度的方式被供應至反應區(qū)10。該壓力的升高被設計為克服反應區(qū)10內(nèi)的壓頭。
[0038]在一些實施例中，例如，向反應區(qū)10供應補充營養(yǎng)物供料42。在一些實施例中，例如，通過諸如計量泵之類的泵來供應補充營養(yǎng)物供料42。在其它實施例中，例如，補充營養(yǎng)物供料42被手動供應至反應區(qū)10。反應區(qū)10內(nèi)的營養(yǎng)物被光養(yǎng)生物質(zhì)所處理或消耗，以及在一些情況下優(yōu)選的是，再補充已被處理或消耗的營養(yǎng)物。一種適當?shù)臓I養(yǎng)組合物為“Bold 氏基礎培養(yǎng)基”,其已描述于 Bold, H.C.1949, The morphology of Chlamydomonaschlamydogama sp.(衣藻屬 chlamydogama 種的形態(tài)學)，Nov.Bull.Torr.Bot.Club.76:101 ?8(也可參見Bischoff, H.W.和Bold, H.C.1963,Phycological Studies IV.Some soilalgae from Enchanted Rock and related algal species (藻類研究 IV.來自著魔巖和相關藻類的一些土壤藻)，德州大學出版社，6318:1?95 ;以及Stein, J.(編輯)Handbookof Phycological Methods, Culture methods and growth measurements (藻類法、培養(yǎng)法和生長測定手冊)，劍橋大學出版社，第7?24頁)。補充營養(yǎng)物供料42用于補充反應區(qū)內(nèi)的營養(yǎng)物，如補充“Bold氏基礎培養(yǎng)基”或者其一種或多種溶解的成分。就此而言，在一些實施例中，例如，補充營養(yǎng)物供料42包括“Bold氏基礎培養(yǎng)基”。在一些實施例中，例如，補充營養(yǎng)物供料42包括“Bold氏基礎培養(yǎng)基”的一種或多種溶解的成分，諸如NaN03、CaCl2,MgSO4, KH2PO4, NaCl等，或其溶解的組成成分中的其它物質(zhì)。
[0039]在這些實施例中的一些實施例中，控制向反應區(qū)10供應補充營養(yǎng)物供料42的供應速率以匹配反應區(qū)10內(nèi)光養(yǎng)生物質(zhì)的所需生長速率。在一些實施例中，例如，通過測量反應區(qū)10內(nèi)的ρΗ、Ν03濃度以及傳導率的任意組合來監(jiān)控對營養(yǎng)物添加所做的調(diào)節(jié)。
[0040]在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44被供應至反應區(qū)10，以便補充光生物反應器12的反應區(qū)10內(nèi)的水分。在一些實施例中，例如，所述補充水性物料是水。在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44包含下列物料中的至少一種:(a)在反應區(qū)供給物料22被供應至反應區(qū)10之前經(jīng)受冷卻時，從反應區(qū)供給物料22中冷凝出的水性物料70 ；以及(b)從排放的含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58 (參見下文)中分離出的水性物料。在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44來自諸如城市供水等獨立的來源。
[0041]在一些實施例中，例如，通過泵281供應補充水性物質(zhì)供料44。在這些實施例中的一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44被持續(xù)供應至反應區(qū)10，反應區(qū)10在一些實施例中通過溢流方式使至少一些含生物質(zhì)的產(chǎn)物58排出(從反應區(qū)10排出，參見下文)。
[0042]在一些實施例中，例如，至少一部分補充水性物質(zhì)供料44是由容器28供應的(將于下文作進一步說明)?；厥沼伤鲞^程排出的水性物料中的至少一部分，并將其供應至容器28以提供容器28盛放的補充水性物料。
[0043]參照圖3，在一些實施例中，補充營養(yǎng)物供料42及補充水性物質(zhì)供料44在被供應至反應區(qū)10之前，通過噴頭40被供應至反應區(qū)供給物料22。在反應區(qū)10被置于光生物反應器12內(nèi)的實施例中的一些實施例中，例如，噴頭40被置于光生物反應器12的外部。在一些實施例中，優(yōu)選的是，在噴頭40內(nèi)混合反應區(qū)供給物料22、補充營養(yǎng)物供料42和補充水性物質(zhì)供料44，因為這樣會使得這些成分能比分開供應反應區(qū)供給物料22、補充營養(yǎng)物供料42和補充水性物質(zhì)供料44時獲得更好的混合效果。另一方面，借助于摻混的混合物內(nèi)反應區(qū)供給物料22中的氣態(tài)物料的飽和極限來限制反應區(qū)供給物料22向反應區(qū)10的供應速率。由于此折衷方法，當向反應區(qū)10提供經(jīng)調(diào)節(jié)的二氧化碳供應所需的響應時間相對不那么緊迫時(這取決于所使用的光養(yǎng)生物的生物需求)，此類實施例更為合適。
[0044]在一些實施例中，例如，將至少一部分補充營養(yǎng)物供料42與容器28內(nèi)的補充水性物料相混合，以提供富含營養(yǎng)物的補充水性物質(zhì)供料44，富含營養(yǎng)物的補充水性物質(zhì)供料44被直接供應至反應區(qū)10或與噴頭40內(nèi)的反應區(qū)供給物料22相混合。在一些實施例中，例如，通過泵281直接或間接供應富含營養(yǎng)物的補充水性物質(zhì)供料。
[0045]反應器子系統(tǒng)120包括被構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器12。反應混合物限定了反應器子系統(tǒng)的各個工藝物料成分。反應器子系統(tǒng)120被構(gòu)造成在光生物反應器12的反應區(qū)10中將反應混合物暴露于光合有效光輻射下以進行光合作用。光合作用促使光養(yǎng)生物質(zhì)生長。光生物反應器12包括至少一個用于接收來自原料供應子系統(tǒng)110的供應原料的入口和至少一個用于將反應區(qū)產(chǎn)物500從光生物反應器12排出以便供應給產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130的出口。
[0046]在一些實施例中，例如，光生物反應器12或多個光生物反應器12被構(gòu)造成使得光養(yǎng)生物質(zhì)的二氧化碳吸收度達到最佳化并降低能量需求。就此而言，這個(或這些)光生物反應器被構(gòu)造成可延長二氧化碳于反應區(qū)10內(nèi)的駐留時間。另外，使二氧化碳的水平移動距離最小化，從而降低能量消耗。為此目的，這個(或這些)光生物反應器12相對較高并且占地面積(footprint)較小,從而在節(jié)約能量的同時延長二氧化碳的駐留時間。
[0047]置于反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物被暴露于光合有效光輻射下以進行光合作用。反應混合物包括光合作用反應試劑。光合作用促使光養(yǎng)生物質(zhì)生長。在一些實施例中，在進行反應區(qū)供給物料22的供應的同時使反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
[0048]在一些實施例中，例如，光合有效光輻射的特征在于波長介于400?700nm之間。
[0049]在一些實施例中，例如，控制所提供的光的強度，以匹配反應區(qū)10內(nèi)光養(yǎng)生物質(zhì)所需的生長速率。在一些實施例中，根據(jù)對反應區(qū)10內(nèi)光養(yǎng)生物質(zhì)生長速率的測定來調(diào)節(jié)所提供的光的強度。在一些實施例中，根據(jù)向反應區(qū)供給物料22供應二氧化碳的摩爾速率來調(diào)節(jié)所提供的光的強度。
[0050]在一些實施例中，例如，根據(jù)反應區(qū)10的條件來提供預定波長的光。已經(jīng)說過，通常，所述光是由藍光光源和紅光光源按1:4的比例提供的。此比例根據(jù)所使用的光養(yǎng)生物而有所不同。此外，當需要模擬每日循環(huán)時可改變所述比例。例如，當模擬黎明或黃昏時，提供更多的紅光，而當模擬中午狀況時則提供更多的藍光。此外，可改變此比例以通過提供更多的藍光來模擬人工回收循環(huán)。
[0051]已發(fā)現(xiàn)，藍光會促進藻類細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重建(在一段快速生長之后藻類細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會變得受損)，而紅光則促進藻類的生長。另外，已發(fā)現(xiàn)，只要提供足夠的二氧化碳(以及在一些實施例中，提供其它營養(yǎng)物)，從光譜中排除綠光可使藻類在甚至超過先前已被確定為藻類在水中的“飽和點”的情況下仍在反應區(qū)10內(nèi)持續(xù)地生長。
[0052]在一些實施例中，例如，光養(yǎng)生物質(zhì)的生長速率取決于可用的反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24。其繼而限定了使光養(yǎng)生物質(zhì)生長速率最大化所需的營養(yǎng)物、水和光強度。在一些實施例中，例如，反應器子系統(tǒng)120包括控制器，例如采用計算機的系統(tǒng)，以用于監(jiān)視和控制反應器子系統(tǒng)120的各個元件的操作，這些元件包括燈、閥門、傳感器、鼓風機、風扇、氣閘、泵等。
[0053]產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130構(gòu)造成用于接收從光生物反應器12排出的反應區(qū)產(chǎn)物500并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物500進行液體成分的分離。反應區(qū)產(chǎn)物500包括含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58。就此而言，反應區(qū)產(chǎn)物500的排出實現(xiàn)了對光養(yǎng)生物質(zhì)的收集。在一些實施例中，例如，反應區(qū)產(chǎn)物500還包括反應區(qū)氣態(tài)排放產(chǎn)物80。排出的反應區(qū)產(chǎn)物500限定了產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130的各個工藝物料成分。
[0054]如上所述，通過排出含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58來回收或收集光養(yǎng)生物質(zhì)。含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58包括反應區(qū)10的內(nèi)容物的至少一部分。就反應區(qū)10置于光生物反應器12內(nèi)的實施例而言，在這些實施例中的一些實施例中，反應區(qū)10內(nèi)的光養(yǎng)生物質(zhì)懸浮液的上部部分從光生物反應器12溢流(例如光養(yǎng)生物質(zhì)經(jīng)由光生物反應器12的溢流口排出)，從而提供作為溢流物59的含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58。在光養(yǎng)生物質(zhì)包含藻類的這些實施例中，以與藻類生長速率相匹配的速率來排放產(chǎn)物58，以減輕反應區(qū)10內(nèi)的藻類所受的沖擊。就一些實施例而言，例如，通過補充水性物質(zhì)供料44的供應速率來控制產(chǎn)物58的排放，這會影響從光生物反應器12置換作為光生物反應器12的溢流物的含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58。在其它實施例中，例如，利用置于與光生物反應器12出口流體連通的流道內(nèi)的閥門來控制產(chǎn)物58的排放。
[0055]在一些實施例中，例如，連續(xù)地排放所述產(chǎn)物。在其它實施例中，例如，定期地排放所述產(chǎn)物。在一些實施例中，例如，將所述產(chǎn)物的排放設計為使得含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58內(nèi)的生物質(zhì)的濃度維持在相對較低的濃度。在光養(yǎng)生物質(zhì)包含藻類的實施例中，就一些實施例而言，優(yōu)選的是，以較低的濃度排放產(chǎn)物58以減輕反應區(qū)10內(nèi)的藻類的生長速率發(fā)生突然改變的程度。這種突然改變可能會造成藻類受到?jīng)_擊，從而導致在較長的時間內(nèi)產(chǎn)量較低。在一些實施例中，當光養(yǎng)生物質(zhì)是藻類，更具體而言是斜生柵藻(scenedesmusobliquus)時，在含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58內(nèi)這種藻的濃度可在0.5至3克/升之間。所排放的藻類產(chǎn)物58的所需濃度視不同藻株而定，因而其濃度范圍隨著藻株不同而變化。就此而言，在一些實施例中，優(yōu)選的是，在反應區(qū)內(nèi)維持預定的水含量以促進光養(yǎng)生物質(zhì)的最優(yōu)生長，也可以通過控制對補充水性物質(zhì)供料44的供應來獲得這種效果。
[0056]含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58包含水。在一些實施例中，例如，含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58被供應至分離器52，以從含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58移除至少一部分的水，從而得到中間濃度的含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34及回收的水性物料72 (—般是水)。在一些實施例中，例如，分離器52是高速離心分離器52。分離器52的其它適當?shù)膶嵗▋A析器、沉降器或沉降池、絮凝裝置、或浮選裝置。在一些實施例中，回收的水性物料72被供應至容器28，例如用于供所述工藝再利用的容器。
[0057]在一些實施例中，例如，在排出產(chǎn)物58之后并且在將所排出的產(chǎn)物58供應至分離器52之前，含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58被供應至收集池54。收集池54既起到光生物反應器12和分離器52之間的緩沖器的作用，而且在收集池54從多個光生物反應器接收不同的生物質(zhì)株時還起到混合容器的作用。就后一種情況而言，采用根據(jù)要由生物質(zhì)株的混合物制備的燃料類型或等級而設計的一套預定的特征，可定制生物質(zhì)株的混合物。
[0058]如上所述，容器28提供用于反應區(qū)10的補充水性物質(zhì)供料44的來源。在一些實施例中，由于含光養(yǎng)生物質(zhì)的終產(chǎn)物36中含有水分以及由于在干燥機32內(nèi)的蒸發(fā)，因而會產(chǎn)生水分損失。從所述工藝收集(回收)的裝在容器28內(nèi)的補充水性物料可被供應至反應區(qū)10，作為補充水性物質(zhì)供料44。在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44通過泵被供應至反應區(qū)10。在其它實施例中，若實施所述工藝的系統(tǒng)的工藝設備配置容許的話，可通過重力進行所述供應。如上所述，從所述工藝收集的補充水性物料包含下列物料中的至少一種:(a)在反應區(qū)供給物料22被供應至反應區(qū)10之前將反應區(qū)供給物料22冷凝時，從反應區(qū)供給物料22中冷凝出的水性物料70 ;以及(b)從含光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物58中分離出的水性物料72。在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44被供應至反應區(qū)10，從而通過提高反應區(qū)10的內(nèi)容物的上液位來實現(xiàn)產(chǎn)物58的溢流。在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44被供應至反應區(qū)10，從而通過稀釋反應區(qū)的內(nèi)容物來獲得反應區(qū)的光養(yǎng)生物質(zhì)的所需預定濃度。
[0059]如上所述，可被用作容器28 (可容納從所述工藝收集的水性物料)的具體構(gòu)造的實例包括但不局限于貯罐、池塘、槽、渠、池、管、管道、渠道和水道。
[0060]在一些實施例中，例如，在由氣態(tài)排放物產(chǎn)生過程20產(chǎn)生氣態(tài)排放物18的同時實施補充水性物質(zhì)供料向反應區(qū)10的供應。在一些實施例中，例如，在將反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24供應至反應區(qū)供給物料22的同時實施補充水性物質(zhì)供料向反應區(qū)10的供應。在一些實施例中，例如，在將反應區(qū)供給物料22供應至反應區(qū)10的同時實施補充水性物質(zhì)供料向反應區(qū)10的供應。在一些實施例中，例如，在實施補充水性物質(zhì)供料向反應區(qū)10的供應的同時將置于水性介質(zhì)內(nèi)的富含二氧化碳的光養(yǎng)生物質(zhì)暴露于光合有效光輻射下。
[0061]在一些實施例中，例如，當光生物反應器12內(nèi)的反應區(qū)10內(nèi)容物的上液位變得低于預定最低液位時，啟動(已從所述工藝回收的)補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應、或增加補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應摩爾速率。在這些實施例中的一些實施例中，例如，提供液位傳感器76以用于檢測光生物反應器內(nèi)的反應區(qū)10內(nèi)容物的上液位的位置，并且將代表反應區(qū)10內(nèi)容物的上液位的信號傳輸?shù)娇刂破?。在控制器將來自液位傳感?6的代表反應區(qū)10內(nèi)容物的上液位的接收信號與預定低液位值進行比較，并且確認反應區(qū)內(nèi)容物的實測上液位低于預定低液位值時，控制器啟動補充水性物質(zhì)供料44的供應、或增加補充水性物質(zhì)供料44的供應摩爾速率。當通過泵281將補充水性物質(zhì)供料44供應至反應區(qū)10時，控制器驅(qū)動泵281，從而啟動補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應、或增加補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應速率。當通過重力進行補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應時，控制器使控制閥門打開，從而啟動補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應、或增加補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應摩爾速率。例如，對反應區(qū)10內(nèi)容物的上液位的位置的控制與那些從反應區(qū)10的較低部分進行收集的實施例中的一些實施例的操作相關。在通過溢流進行收集的這些實施例中的一些實施例中，對反應區(qū)10的內(nèi)容物的上液位的位置的控制與光生物反應器12的“播種期(seeding stage)”的操作過程有關。
[0062]在一些實施例中，補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應取決于藻類濃度。就此而言，可通過細胞計數(shù)器(例如上述的細胞計數(shù)器)來檢測反應區(qū)內(nèi)的藻類摩爾濃度。檢測到的藻類摩爾濃度被傳輸至控制器，并且當控制器確認所檢測到的藻類摩爾濃度超過預定的藻類濃度上限值并且當通過泵281將補充水性物質(zhì)供料44供應至反應區(qū)10時，控制器驅(qū)動泵281，從而啟動補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應。當通過重力進行補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應時，控制器通過使控制閥門打開而作出響應，從而啟動補充水性物質(zhì)供料44向反應區(qū)10的供應、或增加補充水性物質(zhì)供料44的供應摩爾速率。
[0063]在一些實施例中，例如，利用置于與光生物反應器12出口流體連通的流道內(nèi)的閥門441控制產(chǎn)物58的排放，通過細胞計數(shù)器(例如上述的細胞計數(shù)器)來檢測反應區(qū)內(nèi)的藻類摩爾濃度。檢測到的藻類摩爾濃度被傳輸至控制器，當控制器確認所檢測到的藻類摩爾濃度超過預定的藻類濃度上限值時，控制器通過使閥門打開而作出響應，從而使產(chǎn)物58從反應區(qū)10排出的摩爾速率增加。
[0064]在一些實施例中，例如，提供額外的補充水來源68來緩解補充水性物質(zhì)供料44不足的情況，以彌補實施工藝期間所損失的水分。就此而言，在一些實施例中，例如，補充水性物質(zhì)供料44在噴頭40內(nèi)與反應區(qū)供給物料22相混合。相反，在一些實施例中，例如，提供用于從容器28向排水溝66進行排放的設施以緩解從所述工藝回收的水性物料超過補充需求的情況。
[0065]含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34被供應至干燥機32，干燥機32為含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34提供熱量從而蒸發(fā)含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34中的至少一部分水，由此得到含光養(yǎng)生物質(zhì)的終產(chǎn)物36。如上所述，在一些實施例中，供給含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34的熱量是由傳熱介質(zhì)30提供的，傳熱介質(zhì)30已經(jīng)用于在反應區(qū)供給物料22被供應至反應區(qū)10之前對反應區(qū)供給物料22進行冷卻。通過進行這種冷卻，熱量從反應區(qū)供給物料22傳遞至傳熱介質(zhì)30，從而使傳熱介質(zhì)30的溫度升高。在此類實施例中，含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34處于相對較暖的溫度，并且從含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34蒸發(fā)水分所需的熱量不太多，因而使用傳熱介質(zhì)30作為熱源來干燥含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34是可行的。如上所述，在加熱含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34之后，已失去一些能量因而變得處于較低溫度的傳熱介質(zhì)30再循環(huán)至換熱器26，以冷卻反應區(qū)供給物料22。干燥機32所需的熱量取決于含中間濃度的光養(yǎng)生物質(zhì)的產(chǎn)物34向干燥機32的供應速率。通過控制器調(diào)整(換熱器26的)冷卻需求和(干燥機32的)加熱需求，以便通過對反應區(qū)供給物料22的流速和溫度以及通過從光生物反應器排出產(chǎn)物58所得到的產(chǎn)物58的生產(chǎn)速率進行監(jiān)控來平衡這兩種操作。
[0066]在一些實施例中，在從反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24向反應區(qū)供給物料22的供應速率發(fā)生改變時起經(jīng)過顯著的延時(例如在某些情況中為超過三(3)小時，有時甚至為更長的時間)之后，實現(xiàn)了由反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24向反應區(qū)供給物料22的供應速率改變而導致的光養(yǎng)生物質(zhì)生長速率的改變。比較而言，基于反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24向反應區(qū)供給物料22的供應速率改變而導致的傳熱介質(zhì)30的熱值的改變能夠更快地實現(xiàn)。就此而言，在一些實施例中，提供熱緩沖器，以用于儲存任何過量熱能(以傳熱介質(zhì)30的形式)，以及為干燥機32對反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24的變化的熱傳遞特性響應引入一段延時。在一些實施例中，例如，熱緩沖器是傳熱介質(zhì)貯存罐。選擇性地，在將反應區(qū)用氣態(tài)排放物供料24供應至反應區(qū)進給物料22的過渡期內(nèi)，可能需要外部熱源來補充干燥機32所需的熱量。為了適應光養(yǎng)生物質(zhì)生長速率的變化，或者為了適應所述工藝的啟動或關閉，可能需要使用熱緩沖器或額外的熱量。例如，若光養(yǎng)生物質(zhì)的生長減緩或停止，則干燥機32可通過使用緩沖器內(nèi)的儲熱而繼續(xù)運轉(zhuǎn)直至儲熱被耗盡；或者，在一些實施例中，使用第二熱源。
[0067]參照圖4至圖7，太陽能供應子系統(tǒng)140包括至少一個太陽能收集器142，至少一個太陽能收集器142中的每一個都包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面。
[0068]太陽能收集器142的實例包括拋物面收集器、菲涅耳透鏡和卡塞格倫光學系統(tǒng)。
[0069]至少一個太陽能收集器142中的每一個都可操作地與能量供應組件144相聯(lián)接，能量供應組件144構(gòu)造成用于供應源自所接收的入射太陽輻射的能量并將能量供應至其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個。
[0070]在一些實施例中，例如，就至少一個太陽能收集器142中的至少一個而言，可操作地與太陽能收集器142相聯(lián)接的能量供應組件144包括光傳輸組件146，光傳輸組件146構(gòu)造成用于將源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能供應至置于光生物反應器12的反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物，從而使反應混合物暴露于光合有效光輻射下。在一些實施例中，例如，太陽能收集器142通過光纖可操作地與光傳輸組件146相聯(lián)接。示例性的光傳輸組件包括波導件、光導件、液體光導件、光管和光纖。
[0071]在一些實施例中，例如，光傳輸組件146包括一個或多個光波導件(或“光導件”)。就此而言，通過光纖使一個或多個光波導件中的每一個都可操作地聯(lián)接至太陽能收集器表面，以傳輸用于向置于光生物反應器12的反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物供應的所接收的入射太陽輻射的至少一部分，從而使反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
[0072]在一些實施例中，例如，參照圖5和圖6，太陽能供應子系統(tǒng)140包括用于至少一個太陽能收集器142中的至少一個的濾光組件148。濾光組件148構(gòu)造成過濾所接收的入射太陽輻射并給反應區(qū)10提供所需波長的光。例如，過濾包括使用常規(guī)反射鏡的過濾。就此而言，通過太陽能收集器142給光傳輸組件146提供經(jīng)過濾的光。
[0073]在一些實施例中，例如，除了源自所接收的入射太陽輻射的光以外，光傳輸組件146還包括高功率LED陣列，高功率LED陣列能夠提供特定波長的光以根據(jù)需要對陽光加以補充、或者在黑暗期間(例如夜間)為反應區(qū)10提供全部所需的光。在一些實施例中，就光導件而言，例如，使透明的傳熱介質(zhì)(例如乙二醇溶液)在光生物反應器12內(nèi)的光導件中循環(huán)，以調(diào)節(jié)光導件內(nèi)的溫度，并且在一些情況下，提供傳熱介質(zhì)以使光導件的熱量受控地消散并進入反應區(qū)10內(nèi)。在一些實施例中，例如，可根據(jù)針對氣態(tài)排放物18所觀察到的趨勢來預測LED的功率需求，并繼而對所述功率需求加以控制，這是因為這些觀察到的趨勢有助于預測光養(yǎng)生物質(zhì)未來的生長速率。
[0074]在一些實施例中，例如，參照圖5和圖6，就至少一個太陽能收集器142中的至少一個而言，可操作地聯(lián)接至太陽能收集器142的能量供應組件144包括能量轉(zhuǎn)換和供應組件148，能量轉(zhuǎn)換和供應組件148構(gòu)造成用于將所接收的入射太陽輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成電力并傳輸該電力來給一個或多個電力負載供電，一個或多個電力負載中的每一個都構(gòu)造成給其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個提供能量。在一些實施例中，例如，給其它子系統(tǒng)中的至少一個提供能量包括給其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個的各個工藝物料成分提供能量。在一些實施例中，例如，能量轉(zhuǎn)換和供應組件148包括電聯(lián)接至一個或多個電力負載的光伏電池。
[0075]可選擇地，在一些實施例中，能量轉(zhuǎn)換和供應組件148構(gòu)造成將所接收的入射太陽輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成熱能并將該熱能提供給其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個的一個或多個散熱器(heat sink)。就此而言,在一些實施例中,例如,能量轉(zhuǎn)換和供應組件包括太陽能加熱器，太陽能加熱器用于吸收入射太陽輻射并將所接收的入射太陽輻射轉(zhuǎn)換成太陽能加熱器的工作流體的熱能。然后，經(jīng)過加熱的工作流體被供應至設置在其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個中的諸如干燥機32等各種散熱器中。
[0076]在一些實施例中，例如，由能量轉(zhuǎn)換和供應組件148供電而驅(qū)動的電力負載是人造光源202，人造光源202構(gòu)造成給反應區(qū)10供應光合有效光輻射，從而使反應混合物暴露于光合有效光輻射下。就人造光源而言，例如，適當?shù)娜嗽旃庠窗ǔ寥胧焦饫w、發(fā)光二極管(“LED”，包括沉入式LED)、LED燈帶和熒光燈。在一些實施例中，例如，光傳輸組件146包括一個或多個人造光源202。
[0077]在一些實施例中，例如，由能量轉(zhuǎn)換和供應組件供電而驅(qū)動的電力負載是反應器子系統(tǒng)120的電力負載，諸如反應器子系統(tǒng)120的燈、閥門、傳感器、鼓風機、風扇、氣閘和泵中的任何一個。
[0078]在一些實施例中，例如，由能量轉(zhuǎn)換和供應組件供電而驅(qū)動的電力負載是產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130的電力負載，諸如產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)130的燈、閥門、傳感器、鼓風機、風扇、氣閘和泵中的任何一個。
[0079]在一些實施例中，例如，參照圖5和圖6，太陽能供應子系統(tǒng)140包括濾光器/反射鏡組件1006 (例如包括干涉濾光器/反射鏡組件、電介質(zhì)橢圓鏡和分色鏡濾光器中的任何一個)，該濾光器/反射鏡組件1006過濾太陽能收集器所接收的入射太陽輻射，以提供為光源目的而接收的入射太陽輻射部分和為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。為光源目的而接收的入射太陽輻射部分具有在反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物暴露于其下時進行光合作用所需的波長。在一些實施例中，例如，為光源目的而接收的入射太陽輻射部分具有介于400?700nm之間的波長。在一些實施例中，例如，為光源目的而接收的入射太陽輻射部分是可見光。利用光傳輸組件146將為光源目的而接收的入射太陽輻射部分傳輸至反應區(qū)。為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分被傳輸至能量轉(zhuǎn)換和供應組件，以便被轉(zhuǎn)換成電力來驅(qū)動一個或多個電力負載，或轉(zhuǎn)換成熱能來傳輸給散熱器。
[0080]參照圖5，在一些實施例中，例如，太陽能收集器142包括反射拋物面1008。干涉濾光器/反射鏡組件1006利用支架1010安裝在反射拋物面1008上并由反射拋物面1008支撐。光伏電池148安裝在干涉濾光器/反射鏡組件1006的后面以接收為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。拋物面1008構(gòu)造成將照射在拋物面1008上的入射太陽輻射反射(利用拋物面的焦點)在干涉濾光器/反射鏡組件1006上。在一些實施例中，例如，干涉濾光器/反射鏡組件1006是反射可見光同時傳輸紅外光的冷光鏡。干涉濾光器/反射鏡組件1006構(gòu)造成將入射太陽輻射中的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分(其被拋物面1008反射)反射、聚焦和集中在光傳輸組件146上,光傳輸組件146將所接收的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分傳輸至反應區(qū)10。干涉濾光器/反射鏡組件1006還構(gòu)造成允許為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分傳輸至光伏電池148。光伏電池148將所接收的為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分轉(zhuǎn)換成電力來驅(qū)動其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個的一個或多個電力負載。例如，一個或多個電力負載包括LED燈202。例如，一個或多個電力負載包括用于將含碳氣體供應至反應區(qū)的原動機204 (諸如鼓風機或風扇等)。例如，一個或多個電力負載包括用于干燥從反應區(qū)10回收的含光養(yǎng)生物質(zhì)的干燥機206。
[0081]圖6示出了另一種構(gòu)造。在該構(gòu)造中，光傳輸組件146從干涉濾光器/反射鏡組件1006的后面延伸，并且光伏電池148相對于拋物面1008定位，以接收從干涉濾光器/反射鏡組件1006反射而來的被聚焦和集中的為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。
[0082]在另一方面中，參照圖4至圖7，至少一個太陽能收集器142中的至少一個安裝在光生物反應器12上，從而提供至少一個安裝(連接)至光生物反應器的太陽能收集器的表面1422來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為50平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為100平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為150平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為250平方米，并且由多個太陽能收集器限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積。
[0083]在另一方面中，參照圖4，太陽能供應子系統(tǒng)140包括至少一個太陽能收集器142，并且至少一個太陽能收集器142中的每一個都安裝在光生物反應器12的有效安裝表面122上并包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面1422。在一些實施例中，例如，至少一個太陽能收集器是多個太陽能收集器。有效安裝表面相對于豎直方向定向在45度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，例如，有效安裝表面相對于豎直方向定向在25度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，例如，有效安裝表面相對于豎直方向定向在15度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，例如，有效安裝表面相對于豎直方向定向在5度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，例如，光生物反應器系統(tǒng)設置在赤道以北至少25度(北緯)的地方或設置在赤道以南至少25度(南緯)的地方。在一些實施例中，例如，至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在光生物反應器12上并包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，從而提供至少一個太陽能收集器表面來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為50平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為100平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為150平方米。在一些實施例中，例如，總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為250平方米。在一些實施例中，例如，至少一個太陽能收集器為多個太陽能收集器，并且由多個太陽能收集器限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積。在一些實施例中，例如，太陽能收集器142包括反射拋物面1008。在一些實施例中，例如，干涉濾光器/反射鏡組件1006利用支架1010安裝在反射拋物面1008上并由反射拋物面1008支撐。拋物面1008構(gòu)造成將照射在拋物面1008上的入射太陽輻射反射(利用拋物面焦點)在干涉濾光器/反射鏡組件1006上。干涉濾光器/反射鏡組件1006過濾由太陽能收集器所接收的入射太陽輻射來提供為光源目的而接收的入射太陽輻射部分。干涉濾光器/反射鏡組件1006構(gòu)造成將入射太陽輻射中的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分(其被拋物面1008反射)反射、聚焦和集中在光傳輸組件146上，光傳輸組件146將所接收的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分傳輸至反應區(qū)10，同時過濾掉某些無用或基本上無用的波長(例如，紅外波長)的入射太陽輻射(其被拋物面1008反射)，以便當反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物暴露于經(jīng)過濾的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分時進行光合作用，從而減少無用或基本上無用的光對反應區(qū)的加熱，以實現(xiàn)光合作用。在一些實施例中，例如，干涉濾光器/反射鏡組件1006是反射可見光同時傳輸紅外光的冷光鏡。在一些實施例中，過濾的結(jié)果是，還可提供為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。在通過過濾來提供為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分的一些實施例中，光伏電池安裝在干涉濾光器/反射鏡組件1006的后面以接收為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。光伏電池將所接收的為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分轉(zhuǎn)換成電力來驅(qū)動其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個的一個或多個電力負載。
[0084]在另一方面中，參照圖7,提供了多個有效光傳輸組件146A,并且多個有效光傳輸組件146A構(gòu)造成給光生物反應器12的反應區(qū)10供應光能，從而使得在反應區(qū)的至少80%內(nèi)的反應混合物暴露于光合有效光輻射下。在一些實施例中，例如，所提供的多個有效光傳輸組件146A構(gòu)造成給光生物反應器12的反應區(qū)10供應光能，從而使得在反應區(qū)的至少90%內(nèi)的反應混合物暴露于光合有效光輻射下。有效光傳輸組件146A中的每一個都安裝至反應區(qū)10 (限定在光生物反應器12內(nèi))并從光生物反應器12的內(nèi)表面的有效部分124向反應區(qū)10內(nèi)延伸有效距離，其中反應區(qū)的容積大于3000升。在一些實施例中，反應區(qū)的容積大于5000升。有效距離小于五(5)米。在一些實施例中，例如，有效距離小于三(3)米。示例性的光傳輸組件包括波導件、光導件、液體光導件、光管和光纖。在一些實施例中，有效光傳輸組件146A包括諸如LED等人造光源。就此而言,在一些實施例中，例如，有效光傳輸組件146A包括用于給反應區(qū)10供應光能的LED。在一些實施例中，例如，由有效光傳輸組件146A所傳輸?shù)墓饽艿闹辽僖徊糠衷醋杂芍辽僖粋€太陽能收集器142所接收的入射太陽輻射。在一些實施例中，例如，太陽能收集器142包括用于接收入射太陽輻射并將所接收的入射太陽輻射的至少一部分供應至光傳輸組件146A的反射拋物面1008。在一些實施例中，例如，干涉濾光器/反射鏡組件1006利用支架1010安裝在反射拋物面1008上并由反射拋物面1008支撐。拋物面1008構(gòu)造成將照射在拋物面1008上的入射太陽輻射反射(利用拋物面焦點)在干涉濾光器/反射鏡組件1006上。干涉濾光器/反射鏡組件1006過濾由太陽能收集器所接收的入射太陽輻射來提供為光源目的而接收的入射太陽輻射部分。干涉濾光器/反射鏡組件1006構(gòu)造成將入射太陽輻射中的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分(其被拋物面1008反射)反射、聚焦和集中在光傳輸組件146A上，光傳輸組件146將所接收的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分傳輸至反應區(qū)10，同時過濾掉某些無用或基本上無用的波長(例如，紅外波長)的入射太陽輻射(其被拋物面1008反射)，以便當反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物暴露于其下時進行光合作用，從而減少無用或基本上無用的光對反應區(qū)的加熱，以便當反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物暴露于經(jīng)過濾的為光源目的而接收的入射太陽輻射部分時進行光合作用。在一些實施例中，例如，干涉濾光器/反射鏡組件1006是反射可見光同時傳輸紅外光的冷光鏡。在一些實施例中，過濾的結(jié)果是，還可提供為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。在通過過濾而提供為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分的一些實施例中，光伏電池安裝在干涉濾光器/反射鏡組件1006的后面以接收為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分。光伏電池將所接收的為發(fā)電目的而接收的入射太陽輻射部分轉(zhuǎn)換成電力來驅(qū)動其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個的一個或多個電力負載。
[0085]在另一方面中，參照圖4和圖7，太陽能供應子系統(tǒng)140包括多個太陽能收集器。多個太陽能收集器中的每一個都包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面。太陽能供應子系統(tǒng)還包括多個沿豎直方向隔開的能量供應組件(在本例中為光傳輸組件146或146A)。沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將能量供應至其它子系統(tǒng)110、120和130中的至少一個。多個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至沿豎直方向隔開的能量供應組件中的至少一個。沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都從光生物反應器12的內(nèi)表面的有效部分延伸到反應區(qū)10內(nèi)。光生物反應器12的內(nèi)表面限定了包括反應區(qū)10的空間。沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都相對于其它沿豎直方向隔開的能量供應組件設置在不同的豎直位置。在一些實施例中，例如，就能量供應組件中的至少兩個而言，能量供應組件包括光傳輸組件，光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將光能供應至置于光生物反應器12的反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物，從而使反應混合物暴露于光合有效光福射下。
[0086]在一些實施例中，例如，沿豎直方向隔開的能量傳輸裝置中的每一個都從(光生物反應器12的)內(nèi)表面的有效部分延伸到反應區(qū)內(nèi)，從而提供多個內(nèi)表面有效部分。內(nèi)表面有效部分中的每一個都相對于其它內(nèi)表面有效部分設置在不同的豎直位置。在一些實施例中，例如，內(nèi)表面有效部分中的每一個都相對于豎直方向定向在45度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，例如，沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都安裝在光生物反應器上。在一些實施例中，例如，就至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，可操作地聯(lián)接至太陽能收集器的至少一個能量供應組件中的至少一個包括光傳輸組件，光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將光能供應給置于光生物反應器12的反應區(qū)10內(nèi)的反應混合物，從而使反應混合物暴露于光合有效光輻射下。在一些實施例中，例如，光生物反應器12包括反應區(qū)10，反應區(qū)10具有大于反應區(qū)10的直徑或?qū)挾鹊淖钚∩疃?。[0087]為了幫助對本發(fā)明的全面理解，用于解釋目的的上述說明中提及了許多細節(jié)。然而，對于本領域技術(shù)人員來說顯而易見的是，這些具體的細節(jié)對于實施本發(fā)明來說并非必需。雖然針對所述示例性實施例的實施描述了某些尺寸和材料，但是也可使用在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它適合的尺寸和/或材料。所有這些修改和變化，包括所有在技術(shù)上合適的目前和將來的適當變化，都應被認為是在本發(fā)明的領域和范圍內(nèi)。在此通過引用的方式完整地并入全部所提及的參考文獻。
【權(quán)利要求】
1.一種光生物反應器系統(tǒng)，包括:供應原料處理子系統(tǒng)；反應器子系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，所述反應混合物包括光合作用反應試劑，其中，所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給所述光生物反應器提供供應原料，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種；產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)，其構(gòu)造成用于接收從所述光生物反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離；以及太陽能供應子系統(tǒng)，其包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在所述光生物反應器上并且包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，以便提供至少一個太陽能收集器表面來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至能量供應組件，所述能量供應組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應給其它子系統(tǒng)中的至少一個，其中，所述總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述光合作用反應試劑包括光養(yǎng)生物質(zhì)原料、二氧化碳和水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 光生物反應器系統(tǒng)，其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，所述能量供應組件包括能量轉(zhuǎn)換和供應組件，所述能量轉(zhuǎn)換和供應組件構(gòu)造成用于將所接收的入射太陽輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成電力并傳輸所述電力來給一個或多個電力負載供電，所述一個或多個電力負載中的每一個都構(gòu)造成給其它子系統(tǒng)中的至少一個提供能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，給其它子系統(tǒng)中的至少一個提供能量包括給其它子系統(tǒng)中的至少一個的各個工藝物料成分提供能量；由所述供應原料處理子系統(tǒng)所提供的所述光合作用反應試劑限定了所述供應原料處理子系統(tǒng)的各個工藝物料成分；反應區(qū)內(nèi)的所述光合作用反應試劑限定了所述反應器子系統(tǒng)的各個工藝物料成分；并且從所述光生物反應器排出的所述反應區(qū)產(chǎn)物限定了所述產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)的各個工藝物料成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，所述各個能量轉(zhuǎn)換和供應組件包括與所述一個或多個電力負載電聯(lián)接的光伏電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，可操作地與所述太陽能收集器相聯(lián)接的所述能量供應組件包括光傳輸組件，所述光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將所述光能供應給置于所述光生物反應器的所述反應區(qū)內(nèi)的所述反應混合物，從而使所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
7.一種光生物反應器系統(tǒng)，包括:供應原料處理子系統(tǒng)；反應器子系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，所述反應混合物包括光合作用反應試劑，其中，所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給所述光生物反應器提供供應原料，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種；產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)，其構(gòu)造成用于接收從所述光生物反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離；以及太陽能供應子系統(tǒng)，其包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在所述光生物反應器的有效安裝表面上并且包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至能量供應組件，所述能量供應組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應給其它子系統(tǒng)中的至少一個，其中，所述有效安裝表面相對于豎直方向定向在45度的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述有效安裝表面相對于豎直方向定向在25度的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的`光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述有效安裝表面相對于豎直方向定向在15度的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述有效安裝表面相對于豎直方向定向在5度的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述光生物反應器系統(tǒng)設置在赤道以北至少25度的地方或設置在赤道以南至少25度的地方。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，可操作地與所述太陽能收集器相聯(lián)接的所述能量供應組件包括光傳輸組件，所述光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將所述光能供應給置于所述光生物反應器的所述反應區(qū)內(nèi)的所述反應混合物，從而使所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都安裝在所述光生物反應器上并包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，以便提供至少一個太陽能收集器表面來限定總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積，其中，所述總的連接至光生物反應器的太陽能收集器的表面面積至少為75平方米。
14.一種光生物反應器系統(tǒng),包括:光生物反應器，其構(gòu)造成用于容納反應區(qū)中的反應混合物，其中，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，并且所述反應混合物包括光合作用反應試劑，其中，所述反應區(qū)具有至少3000升的容積；以及多個有效光傳輸組件，其構(gòu)造成給所述光生物反應器的所述反應區(qū)供應光能，從而使得在所述反應區(qū)的至少80%內(nèi)的所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下，其中，所述有效光傳輸組件中的每一個都安裝至所述反應區(qū)并從所述光生物反應器的內(nèi)表面的有效部分向所述反應區(qū)內(nèi)延伸有效距離，其中所述有效距離小于5米。
15.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，由所述光傳輸組件供應的所述光能的至少一部分能夠從安裝在所述光生物反應器上的太陽能收集器所接收的入射太陽輻射中獲得。
16.—種光生物反應器系統(tǒng),包括:供應原料處理子系統(tǒng)；反應器子系統(tǒng)，其包括構(gòu)造成用于容納反應混合物的光生物反應器，所述反應混合物在暴露于光合有效光輻射下時能有效地進行光合作用，所述反應混合物包括光合作用反應試劑，其中，所述供應原料處理子系統(tǒng)構(gòu)造成給所述光生物反應器提供供應原料，所述供應原料包括所述光合作用反應試劑中的至少一種；產(chǎn)物物料處理子系統(tǒng)，其構(gòu)造成用于接收從所述光生物反應器排出的反應區(qū)產(chǎn)物并對所接收的反應區(qū)產(chǎn)物進行液體成分的分離；以及太陽能供應子系統(tǒng)，其包括至少一個太陽能收集器，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都包括構(gòu)造成用于接收入射太陽輻射的太陽能收集器表面，并且所述太陽能供應子系統(tǒng)還包括多個沿豎直方向隔開的能量供應組件，其中，所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都構(gòu)造 成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的能量并將所述能量供應至其它子系統(tǒng)中的至少一個，其中，所述至少一個太陽能收集器中的每一個都可操作地聯(lián)接至所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的至少一個，其中，所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都從所述光生物反應器的內(nèi)表面的有效部分延伸到反應區(qū)內(nèi)，所述光生物反應器的內(nèi)表面限定了包括所述反應區(qū)的空間，并且所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都相對于其它沿豎直方向隔開的能量供應組件設置在不同的豎直位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光生物反應器系統(tǒng)，其中，所述沿豎直方向隔開的能量供應組件中的每一個都從所述光生物反應器的內(nèi)表面的有效部分延伸到所述反應區(qū)內(nèi)，從而提供多個內(nèi)表面有效部分，并且所述多個內(nèi)表面有效部分中的每一個都相對于其它內(nèi)表面有效部分設置在不同的豎直位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，所述內(nèi)表面有效部分中的每一個都相對于豎直方向定向在45度的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，所述沿豎直方向隔開的能量傳輸裝置中的每一個都安裝在所述光生物反應器上。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，可操作地與所述太陽能收集器相聯(lián)接的所述至少一個能量供應組件中的至少一個包括光傳輸組件，所述光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將所述光能供應給置于所述光生物反應器的所述反應區(qū)內(nèi)的所述反應混合物，從而使所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，就所述至少一個太陽能收集器中的至少一個而言，可操作地與所述太陽能收集器相聯(lián)接的所述至少一個能量供應組件中的至少一個包括光傳輸組件，所述光傳輸組件構(gòu)造成用于傳輸源自所接收的入射太陽輻射的至少一部分的光能并將所述光能供應給置于所述光生物反應器的所述反應區(qū)內(nèi)的所述反應混合物，從而使所述反應混合物暴露于光合有效光輻射下。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光生物反應器系統(tǒng)；其中，所述光生物反應器包括反應區(qū)，所述反應區(qū)具有大于所述反應區(qū)的直徑或?qū)挾鹊淖钚∩疃取
【文檔編號】G02B7/00GK103608103SQ201280012900
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月7日
【發(fā)明者】雅伊梅·A·岡薩雷斯, 馬克斯·科列斯尼克, 史蒂文·C·馬丁 申請人:波德生物燃料公司