一种脉冲光生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及光生物反应器领域，具体涉及一种一种脉冲光生物反应器。本发明专利技术提出了一种脉冲光生物反应器，包括培养容器、混合装置、进出料装置、电源及控制器，还包括：聚光定日镜、运动反射镜及驱动电机、扫描腔、导光板阵列、外壳；在聚光定日镜的焦点附近设置运动反射镜及驱动电机，运动反射镜处于扫描腔内，导光板阵列由多个导光板组成，导光板由接受光照的入光口和为培养容器中藻细胞提供照明的出光面构成，多个导光板的入光口排列在扫描腔内，多个导光板的出光面将培养容器分割成多个照明空间，外壳的作用是遮光保温；工作时，聚光定日镜跟踪太阳，反射汇聚日光到运动反射镜，在电机驱动下旋转或往复运动的运动反射镜反射出扫描光束对多个导光板的入光口进行扫描式照明，每个导光板出光面间歇性发光照亮所在的照明空间，处于照明空间中的藻细胞获得脉冲光照明进行光合作用。以实现稀释阳光、增大藻液内部照明面积，将日光转变成脉冲光的户外封闭式光生物反应器。生物反应器。生物反应器。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲光生物反应器


[0001]本专利技术涉及光生物反应器领域，具体涉及一种脉冲光生物反应器。

技术介绍

[0002]微藻是一类能实现光能自养的单细胞藻类，其因具有光合速率高、生长速度快、环境适应能力强、其生物质种类多用途广泛、附加值高等优点，可用于生产药品、化妆品、保健品等产品，具有良好的经济效益。另外，微藻还可用于高效固定二氧化碳实现生物固碳，处理污水减少环境污染，还具备生产生物燃料的潜力，具备广阔的应用前景。
[0003]光生物反应器是用于培养微藻的装置，光生物反应器为微藻的生长提供适宜的光照、温度、pH、营养物质等条件。现阶段，用于微藻培养的光生物反应器主要分为开放式反应器和封闭式反应器两大类。开放式光生物反应器主要指跑道池、圆形池、天然池塘，封闭式反应器包括平板式、管式、柱式等。开放式光生物反应器投入成本低，现阶段应用最广，但具有培养条件不可控、微藻生物质产量低、藻种易受污染、水分蒸发损失大、占地面积大等缺点，只适用于小球藻、盐藻、微拟球藻等少数耐受性较强的藻种的培养，限制了其应用领域。封闭式光生物反应器具有培养条件可控、不受外界污染、微藻产量提高等优点，可用于微藻的高密度纯种培养，理论上适用于所有藻种的培养，但是现有的封闭式反应器普遍存在设备投入资金量大、生产成本高的缺陷，以至于现阶段只用于高附加值的微藻，比如雨生红球藻的培养。
[0004]微藻的光自养生长是通过光合作用实现的，因此，光照对于微藻的生长至关重要，一个理想的微藻光生物反应器应能确保所有微藻细胞均能得到充足的光照。然而在实际培养过程中，随着微藻细胞浓度的增加，微藻细胞间的相互遮挡效应愈发显著，存在明显光衰减现象，导致反应器内光强分布不均。面向光源的区域因光强高于藻细胞的光饱和点而产生光抑制，不利于微藻细胞的生长，过高的光强甚至会杀死藻细胞。而远离光源区域内的微藻细胞因得不到充足的光照，而使其生长受限，最终限制反应器的性能。
[0005]一百年前，藻类闪光实验发现了光合作用由光反应和暗反应两个阶段组成，同等的光能和光照强度，以脉冲光的方式照明相比连续光照明的光合作用光能利用率能提高4倍。但实验的方法是以转盘遮挡大部分光照的方式获得脉冲光，一直没有能用于实际种养殖生产的将自然光转变成脉冲光照明装置。
[0006]直射阳光的光照强度达到10万Lux，而微藻适宜生长光照强度一般在是3000Lux至1万Lux，如果将阳光充分稀释，增大照明面积，也能够实现数十倍的产量提升。
[0007]中国专利CN 105368699 A提出了一种利用导光板将人工光源的光照均匀分布到藻液里增大照明面积的技术方案，但是这个方案需要耗电进行照明，光合作用对光能需求高，耗电量大，提高了微藻养殖的成本。中国专利CN 105462816 A 提出了一种利用导光板将太阳光导入露天跑道池的藻液的技术方案，利用免费的自然光，增大了照明面积，成本较低，但也存在开放式光生物反应器的其他缺陷。
[0008]因此，需要开发一种能够稀释阳光、增大藻液内部照明面积，将日光转变成脉冲光
的户外封闭式光生物反应器。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的问题是提供一种稀释阳光、增大藻液内部照明面积，将日光转变成脉冲光的户外封闭式光生物反应器。
[0010]为解决以上问题，本专利技术提出了一种脉冲光生物反应器，包括培养容器、混合装置、进出料装置、电源及控制器，还包括：聚光定日镜、运动反射镜及驱动电机、扫描腔、导光板阵列、外壳；在聚光定日镜的焦点附近设置运动反射镜及驱动电机，运动反射镜处于扫描腔内，导光板阵列由多个导光板组成，导光板由接受光照的入光口和为培养容器中藻细胞提供照明的出光面构成，多个导光板的入光口排列在扫描腔内，多个导光板的出光面将培养容器分割成多个照明空间，外壳的作用是遮光保温；工作时，聚光定日镜跟踪太阳，反射汇聚日光到运动反射镜，在电机驱动下旋转或往复运动的运动反射镜反射出扫描光束对多个导光板的入光口进行扫描式照明，每个导光板出光面间歇性发光照亮所在的照明空间，处于照明空间中的藻细胞获得脉冲光照明进行光合作用。
[0011]本专利技术的有利效果是，导光板阵列出光面的总面积大于聚光定日镜采光面积，实现了稀释阳光的效果，导光板阵列的出光面将培养容器分割成多个照明空间，实现增大藻液内部照明面积的效果，聚光定日镜和运动反射镜的组合运行实现了将日光转变成脉冲光的效果，外壳和培养容器实现户外封闭式光生物反应器的效果。
[0012]本申请人提出申请号2019112097994的专利，提供了一种温室外采光传导入温室内照明培养容器的光生物反应器，存在室内光生物反应器需要额外温室的建设成本、运动反射镜和导光板入光口外露等问题，本专利技术作为进一步改进，增加扫描腔，让运动反射镜和多个导光板入光口处于紧凑且独立的工作空间，更好实现防尘防潮效果，培养容器设置多个照明空间，实现培养容器内分区照明，减少导光镜，让光束在传播中减少至少一次反射损耗，另外在培养容器外增加保温遮光外壳，替代温室建筑，结构更紧凑，外壳覆盖材料面积更小成本更低，外壳遮挡外界的灰尘、杂物、杂菌孢子、原生动物等进入并污染藻液，实现封闭式培养，以达到满足户外使用的封闭式反应器效果。
[0013]优选的，培养容器可以是透明材料的管道式光生物反应器，平板式光生物反应器，薄膜袋式光生物反应器、柱式光生物反应器或一体式容器反应器，其中管道反应器，平板反应器，薄膜袋反应器设置于相邻两块导光板出光面之间的照明空间内，由导光板的出光面提供照明。一体式容器可以是池式容器，多个导光板的出光面插入一体式容器的藻液内，将一体式容器分割成多个照明空间。
[0014]优选的，多个所述照明空间之间的培养容器可以是连通的或独立的。
[0015]优选的，多个所述照明空间连通形成藻液循环流动的路径。
[0016]优选的，混合装置可以是气泵加曝气管组合，也可以是曝气柱，以实现藻液和二氧化碳气体混合，释放氧气，还可以使藻细胞保持流动不沉降。
[0017]优选的，聚光定日镜由聚光反射镜面和驱动支架、立柱及底座组成，驱动支架至少有两个运动自由度，以实现对太阳位置的跟踪，将光束汇聚到固定位置的焦点处。聚光定日镜的镜面为在x方向和y方向有两个曲率的轮胎面反射镜，或自由曲面镜，聚光定日镜设置于培养容器的一侧。
[0018]优选的，驱动支架还可以增加一个和俯仰转动轴相垂直并和反射聚光镜面连接的镜面自转轴及对应电机，镜面自转轴驱动镜面绕镜面的法线自转。
[0019]优选的，在北半球，聚光定日镜设置于培养容器的北面一侧，在南半球，聚光定日镜设置于培养容器的南面一侧。
[0020]优选的，运动反射镜可以是振镜或多面转镜或棱锥状多面转镜。振镜由振镜电机驱动反射镜快速往复式摆动，以实现扫描光束的往复式扫描运动。多面转镜由驱动电机驱动多面转镜旋转，围绕转动轴设置多个反射镜面，聚光定日镜汇聚的日光经过每一面转动的反射镜面就进行一次扫描动作，多面转镜转动一周，扫描光束对同一位置的扫描次数和反射镜面数量相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲光生物反应器，包括培养容器、混合装置、进出料装置、电源及控制器，其特征在于，还包括：聚光定日镜、运动反射镜及驱动电机、扫描腔、导光板阵列、外壳；在聚光定日镜的焦点附近设置运动反射镜及驱动电机，运动反射镜处于扫描腔内，导光板阵列由多个导光板组成，导光板由接受光照的入光口和为培养容器中藻细胞提供照明的出光面构成，多个导光板的入光口排列在扫描腔内，多个导光板的出光面将培养容器分割成多个照明空间，外壳的作用是遮光保温；工作时，聚光定日镜跟踪太阳，反射汇聚日光到运动反射镜，在电机驱动下旋转或往复运动的运动反射镜反射出扫描光束对多个导光板的入光口进行扫描式照明，每个导光板出光面间歇性发光照亮所在的照明空间，处于照明空间中的藻细胞获得脉冲光照明进行光合作用。2.根据权利要求1所述一种脉冲光生物反应器，其特征在于：所述培养容器是一体式容器，多个所述导光板的出光面插入一体式...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁廷山，
申请(专利权)人：广州清凉农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：