具有光分布器的光生物反应器和用于生产光合培养物的方法技术

本发明专利技术提供一种光生物反应器（１），其包括容器（１０）和光分布器（３０），所述容器容纳有包含光合培养物的水成液。所述光分布器具有被布置为接收光（４０）的表面９３１）以及被布置为发出至少一部分所接收光的锥形表面（３２）。所述锥形表面（３２）的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中。通过相对简单且廉价的设备，光可被有效地分布在包含光合培养物的水成液中。所述反应器允许高的照射体积分数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光生物反应器(photo bioreactor)，其包括含有光合培养物(photosynthetic culture )的7JC成液(aqueous 1 iquid )，还包括光分布器(photo distributor)。本专利技术进一步涉及这种光分布器。本专利技术还涉及一种用于在生物反应器中生产光合培养物的方法，以及通过该方法可获得的光合培养物产品。
技术介绍
用于培育光合培养物一一诸如藻类一一的光生物反应器在本领域是公知的。如何将光有效地结合至包含光合培养物的液体中，是一项挑战。例如，US 3， 986， 297公开了一种用于人工培养光合物质——^者如小球藻--的密封的双层罐组件(sealed double tank assembly )。借助以下组合来实现高纯度培养物的加速生长用以放出二氧化碳和氨的混合气体的多个喷嘴；用于不间断地施加基本类似于自然光的光的光源；以及用于搅动内罐中的培养物液体的搅动器叶片(agitatorvane);以及用于温度控制的外罐。这里，光源不是太阳光，而是氣气灯(xenon lamp);这种氣气灯，才艮据US 3, 986, 297，基本类似于自然光。US 6， 602， 703公开了一种用于培养光合有机物的光生物反应器。这种光生物反应器提供了允许清洁光源的特征。这种光生物反应器具有用于容纳液体培养物培养基(liquid culture medium)以培养光合有机物的储存器，以及安装在该储存器内的发光管。这种光生物反应器还具有安装在储存器内用于清洁发光管的外表面的清洁设备，以及用于致动所述清洁设备的致动器(actuator)。所述发光管可以是氖管(neon tube )。上述光生物反应器应用人工照射。US 4， 699， 086使用太阳光，并且公开了一种利用太阳光线收集设备(solar ray collecting device)和藻类培养设备的喂鱼装置(fish feeding plant),其安装在海洋、湖泊或池塘等中。所述装置包括由圆柱体制成的结构，该结构是通过将圆柱体垂直地设置在水中并用水平圆柱体使各个圆柱体相互连接而构建的；安装在所述结构上方的水面上的太阳光线收集设备；以及安装在水中用于培养藻类或类似物的培养物设备。太阳光线被太阳光线收集i殳备收集并通过光导体缆(optical conductor cable)传送至培养物设备用于培养藻类或类似物，并且太阳光线被用作用于藻类或类^f以物的光合光源(photo—synthesis light source) 。 i亥培养物i殳备通过利用包含在水中的二氧化碳(C02)、磷、氮、营养盐(nutritioussalt)等来培养藻类。WO 05068605描述了 一种用于培养光养微生物(phototrophicmicro organism)的反应器，其中通过4吏用 一个或多个可移动准直器(collimator)将太阳光导入分隔墙(compartment wall)中。所述分隔墙是透明的，并且光从这里被分布到反应器中。这种反应器具有改进的光线收集能力，并且具有改进的将光线分布到反应器中的能力，从而提供更加有效的反应器并更加有效地培养光养微生物。另外，Terry等人在1985年第(7)期的Enzyme Microb. Technol.，，的第474-487页、Tredici等人在1998年第(57)期的Biotech, andBioeng.的第187-197页，以及Mayer等人在1964年第(VI)期的Biotech, and Bioeng.的第173-190页描述了关于光生物反应器的设计。
技术实现思路
上述现有技术光生物反应器中的一些的一个缺点是，应用的是人工光，然而例如由于能量和效率的原因，优选的是使用太阳光。而且，现有技术光生物反应器中的一些的另一个缺点可能是，有时结合太阳光的效率低。另外，上述现有技术光生物反应器中的一些具有相对复杂的构造，并且有时使用复杂的光学器件(optic)来照射含有光合培养物的液体。因此，本专利技术的一个目的在于，提供另一种光生物反应器，其优选地消除了上述缺点中的一个或多个。本专利技术的另一目的在于，提供一种具有相对廉价的构造以及相对廉价的光学器件的光生物反应器。而且，本专利技术的又一目的在于，提供另一种允许良好均质化(homogenization)的光生物反应器，使得光合培养物上的光分布相对均匀。为此，第一方面，本专利技术提供了一种光生物反应器，其包括容器(vessel)，该容器容纳有(在使用过程中)包含光合培养物的水成液，还包括光分布器，尤其是多个光分布器，其中所述(每个)光分布器具有被布置为接收光的表面以及被布置为发出至少一部分所接收光的锥形表面，其中所述锥形表面的至少一部分浸没在包含光合培养物的水成液中。这种光生物反应器一一尤其是根据本专利技术的光分布器的使用一一的优点在于，借助相对简单且廉价的设备，光可被有效地分布，诸如在包含光合培养物的水成液中达到大约200 ~ 300 nmol/mVs的等级。这种构思允许高的照射体积分数(high illuminatedvolume fraction)(包含接收用于细胞生长的充足光线的光合培养物的水成液的体积对包含光合培养物的水成液的总体积之比)，例如至少大约50%,更优选地至少大约80%。然而，例如在普通(normal )池塘中，在藻类培养中仅可使用水的上层，但使用本专利技术，光更深地射入池塘，从而用光照射更多的光合培养物。而且，本专利技术可在培养物中分布最佳数目的光子(大约50~ 400jumol/mVs;取决于培养物)，然而在现有的池塘中，上层接收少量的光，其中仅有一部分可用于光合物。甚至也可通过向锥形表面添加反射器来提高光分布。因此在一个实施方案中，所述锥形表面的至少一部分包括反射器，所述反射器被布置为将所接收的光的至少一部分反射回光分布器。光可以这种方式被提供至液体表面下方更深处的水成液。在一个实施方案中，所述光分布器具有从如下组中选择的形状，所述组由圆锥形状、抛物线形状和棱锥状形状组成。在另一个实施方案中，所述光分布器是空心体，其中该空心体可选地适于容纳液体，例如水。当空心光分布器充有水(和/或另一种液体)时，光分布器内的反射次数可增加。以这样的方式，也可将光提供至液体表面下方更深处的水成液。所述光分布器也可包含多种材料。例如，在一个实施方案中，所述空心光分布器充有另一种固体透明材料。因此，所述空心体的空腔可至少部分地充有(即，包含)液体，并且/或者可至少部分地充有(即，包含)固体。在一个具体优选实施方案中，所述光生物反应器进一步包括第二主体，该第二主体包括具有锥形表面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主体被布置为这样的配置，其中所述光分布器被至少部分地布置在空腔中，并且其中在第二主体的空腔的锥形表面和光分布器的锥形表面之间存在一距离。优选地，空腔和光分布器具有基本相应的形状。以这样的方式，第二主体和光分布器可被布置为凹凸布置(male-female arrangement)，并且可在空腔(多个空腔)的锥形表面(多个锥形表面)和分布器(多个分布器)的锥形表面(多个锥形表面)之间获得基本均质的流动。优选地，在空腔(多个空腔)的锥形表面(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生物反应器（１），其包括：　容器（１０），所述容器容纳有包含光合培养物（２１）的水成液（２０）；以及　光分布器（３０），其中所述光分布器（３０）具有被布置为接收光（４０）的表面（３１）以及被布置为发出至少一部分所接收光（４ ０）的锥形表面（３２），其中所述锥形表面（３２）的至少一部分浸没在包含光合培养物（２１）的水成液（２０）中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-3-19 07104403.61.一种光生物反应器(1)，其包括容器(10)，所述容器容纳有包含光合培养物(21)的水成液(20)；以及光分布器(30)，其中所述光分布器(30)具有被布置为接收光(40)的表面(31)以及被布置为发出至少一部分所接收光(40)的锥形表面(32)，其中所述锥形表面(32)的至少一部分浸没在包含光合培养物(21)的水成液(20)中。2. 根据权利要求1所述的光生物反应器(l)，其中所述光生物反 应器(1)进一步包括包含多个光分布器(30)的构造物(300 )。3. 根据权利要求2所述的光生物反应器(1),其中所述包含多个 光分布器(30 )的构造物(300 )是波紋状构造物(300 ),并且光分布 器(30)是波紋。4. 根据权利要求3所述的光生物反应器(1),其中所述光分布器 (30)具有楔形或弯曲的锥形表面(32)。5. 根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(l)，其中所 述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由圆锥形状、 抛物线形状和棱锥状形状组成。6. 根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(l)，其中所 述光分布器(30)具有抛物线形弯曲的锥形表面(32)。7. 根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(l),其中所 述光分布器(30)具有从如下组中选择的形状，所述组由截头圆锥、 四面体、五棱锥、三角圆顶、正方圓顶、五角圆顶、五角圆形物、拉 长正方锥、拉长四面体、拉长五棱锥、拉长三角圆顶、拉长正方圆顶、 拉长五角圆顶以及拉长五角圆形物组成。8. 根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(l),其中所 述锥形表面(32 )的至少一部分包括反射器(33 )，所述反射器被布置 为将所接收的光(40)的至少一部分反射回光分布器(30)。9. 根据上述权利要求中任一项所述的光生物反应器(l),其包括 第二主体(60),所述第二主体(60)包含具有锥形表面(62)的空腔(61 )，其中所述光分布器(30 )和所述第二主体(60 )被布置为这样的配置，其中光分布器(30)被至少部分地布置在空腔(61)中，并 且其中在第二主体(60)的空腔(61)的锥形表面(62)和光分布器 (30 )的锥形表面(32 )之间存在距离(d2 )。10. 根据权利要求9所述的光生物反应器(1 )，其中所述空腔(61) 和光分布器(30)具有基本相应的形状。11. 根据权利要求1~10中任一项所述的光生物反应器(1)，其 包括多个光分布器(30)，每个容器(10)具有10~ 10000个光分布器 (30)。12. 根据权利要求1~11中任一项所述的光生物反应器(1)，其 包括根据权利要求4~5中任一项所述的第二主体(60)，所述第二主 体包括多个空腔(61)。13. 根据权利要求1~12中任一项所述的光生物反应器(1)，其 中所述容器(10)包括从如下组中选择的容器，所述组由人造容器、 池塘、池塘的一部分、湖泊、湖泊的一部分、小溪的一部分、河流的 一部分、沟渠的一部分、或者海洋的一部分组成。14. 根据权利要求1~13中任一项所述的光生物反应器(1)，其 中所述光生物反应器(1)是闭合的光生物反应器(1)。15. —种用于光生物反应器(1)的光分布器(30)，所述光生物 反应器(1)包括容器(10)，所述容器容纳有含有光合培养物(21) 的水成液(20)，所述光分布器(30)具有表面(31 ),该表面被布置为从被布置在水成液(20 )外部的光源 接收光(40);以及锥形表面(32 ),该锥形表面被布置为将所接收的光(40 )的至少 一部分射入水成液(20)中。16. 根据权利要求15...

【专利技术属性】
技术研发人员：GF沃利，EJ西韦尔斯，
申请(专利权)人：费伊肯开发与实施有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]