專利名稱：帶有光分布器的光生物反應(yīng)器以及生產(chǎn)光合培養(yǎng)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含水性液體和至少一個光分布器的光生物反應(yīng)器，所述水性液 體包含光合培養(yǎng)物。本發(fā)明還涉及所述光分布器。本發(fā)明還涉及在生物反應(yīng)器中生產(chǎn)光合 培養(yǎng)物的方法，并涉及可通過所述方法獲得的光合培養(yǎng)物產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
用于培養(yǎng)光合培養(yǎng)物(例如藻類)的光生物反應(yīng)器為本領(lǐng)域中已知。使光線高 效率地進入含有光合培養(yǎng)物的液體是一種挑戰(zhàn)。例如，US 3，986，297公開了一種用于人工 培養(yǎng)光合物質(zhì)(例如小球藻)的密封雙水箱裝置。高純度培養(yǎng)物的加速生長是通過用于 放出二氧化碳和氨氣的混合氣體的多個噴嘴、用于間歇施加基本上類似于自然光的光線的 光源、以及用于攪拌內(nèi)水箱中培養(yǎng)液的攪拌器葉片和用于控制溫度的外水箱的組合而獲得 的。這里，所述光源不是日光，而是氙燈，根據(jù)US 3，986，297的記載，其基本上類似于自然 光。US 6，602，703公開了一種用于培養(yǎng)光合生物的光生物反應(yīng)器。這種光生物反應(yīng)器提供 可清洗所述光源的部件。所述光生物反應(yīng)器具有容納用于培養(yǎng)光合生物的液體培養(yǎng)基的容 器和安裝在所述容器內(nèi)的發(fā)光管。所述光生物反應(yīng)器還具有安裝在所述容器內(nèi)用于清洗所 述發(fā)光管外表面的清洗裝置和用于驅(qū)動所述清洗裝置的致動器。所述發(fā)光管可為氖管。
上述光生物反應(yīng)器使用人工照明。US 4，699，086使用日光并公開了一種利用了日 光收集裝置的養(yǎng)魚設(shè)備和一種安裝在海洋、湖泊或池塘等中的藻類培養(yǎng)裝置。所述設(shè)備包 括由圓柱體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、安裝在所述結(jié)構(gòu)上方水表面上的日光收集裝置以及安裝在水中用 于培養(yǎng)藻類等的培養(yǎng)裝置；其中所述結(jié)構(gòu)通過將圓柱體垂直安裝在水中并使用水平圓柱體 使各圓柱體相互連通而構(gòu)建。通過所述日光收集裝置收集日光，并將其通過光導(dǎo)體纜索透 射至用于培養(yǎng)藻類等的培養(yǎng)裝置，用作藻類等的光合作用光源。所述培養(yǎng)裝置通過利用水 中所含的二氧化碳CO2、磷、氮、營養(yǎng)鹽等來培養(yǎng)藻類。
WO 05068605描述了一種用于培養(yǎng)光養(yǎng)微生物的反應(yīng)器，其中將日光通過使用一 個或多個活動的平行光管引入到間格的壁中。所述間格的壁是透明的并且光線可從那里分 布到所述反應(yīng)器中。這一反應(yīng)器具有改善的光照收集和改善的到所述反應(yīng)器中的光照分 布，從而提供更高效率的反應(yīng)器和更高效率的光養(yǎng)微生物培養(yǎng)。
此外，Terry 等人在 Enzyme Microb. Technol.，1985 (7)的第 474-487 頁，Tredici 等人在 Biotech, and Bioeng. 1998(57)的第 187-197 頁以及 Mayer 等人在 Biotech, and Bioeng. 1964(VI)的第173-190頁描述了光生物反應(yīng)器的設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容
一些現(xiàn)有技術(shù)的一個缺點是上述光生物反應(yīng)器是應(yīng)用人造光，但使用日光是優(yōu)選 的，例如出于能量和效率的原因。此外，某些現(xiàn)有光生物反應(yīng)器的另一個缺點可為有時日光 的低效率內(nèi)耦合(incoupling)。此外，某些上述現(xiàn)有光生物反應(yīng)器具有比較復(fù)雜的構(gòu)造并 有時使用復(fù)雜的光學(xué)器件來為含有光合培養(yǎng)物的液體照明。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種可供選擇的光生物反應(yīng)器，其優(yōu)選地消除了 上述缺點中的一個或多個。本發(fā)明的另一個目的是提供一種構(gòu)造較廉價并且光學(xué)器件比較 廉價的光生物反應(yīng)器。此外，本發(fā)明進一步的或另一個目的是提供這樣一種可供選擇的光 生物反應(yīng)器，其可進行良好的均化從而使得在整個所述光合培養(yǎng)物中的光分布比較均勻。
為此目的，在第一方面中，本發(fā)明提供一種包括水性液體和至少一個光分布器的 光生物反應(yīng)器，所述水性液體包含光合培養(yǎng)物，所述光分布器包含至少一個布置用于接收 光線的光線接收表面和至少一個布置用于發(fā)出至少部分接收光線的光線發(fā)出表面，其中至 少部分光線發(fā)出表面浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體中，并且所述光分布器包含至少 一個包括彈性體材料壁的裝有流體的密封空腔，所述流體和使用的彈性體材料將光線從所 述光線接收表面透射到所述光線發(fā)出表面。
這種光生物反應(yīng)器的一個優(yōu)點，尤其是使用本發(fā)明的光分布器的一個優(yōu)點，是可 以非常低廉的方式生產(chǎn)光分布器。這使得廣闊的區(qū)域例如海洋和湖泊區(qū)域可以以經(jīng)濟的方 式利用以產(chǎn)生例如大量藻類。為此目的，所提出的光分布器裝置可非常便宜地生產(chǎn)。此外， 其可以大量生產(chǎn)方法生產(chǎn)。
在一個實施方案中，所述液體具有高于環(huán)境壓力、特別是高于大氣壓的壓力，以保 持所述光分布器的形狀。
在一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器包含多個所述光分布器，其通過框架彼此 相連(couple)。因此，可形成一組排好的具有規(guī)定間距的光分布器。
在一個實施方案中，所述一個或多個光分布器包含用于所述流體的進口和出口。
在一個具有多個光分布器的實施方案中，它們通過所述進口和所述出口彼此相 連，并且所述進口以流體連接或相連的形式連接于所述出口，使得所述流體流過多個所述 光分布器。因此，可防止生物膜的形成。
在一個實施方案中，所述流體的密度低于所述水性液體的密度。通常選擇低 5-20%。相對于所述水性液體的密度選擇流體密度使得可以設(shè)定所述光分布器相對于所述 水性液體的表面的位置。在一個實施方案中，所述光線接收表面因此高于所述水性液體的 表面。相同的效果可通過設(shè)計所述光分布器的重量分布實現(xiàn)。使用較低密度液體的另一個 優(yōu)點可以是所述光分布器可漂浮。
然而，在另一個實施方案中，所述流體的密度高于所述水性液體的密度。在這些實 施方案中，光分布器可例如用于含有所述水性液體的反應(yīng)器的底部上。
在一個實施方案中，所述光分布器包含延伸入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中 的尖端，其中所述尖端的密度使得當所述光分布器漂浮在所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體 中時，所述光分布器尖端向下沒入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中。
在一個實施方案中，所述光分布器在所述水性液體中延伸最遠的部分的密度高于 所述水性液體的密度。
在一個實施方案中，所述光分布器在所述水性液體中延伸最遠的部分具有定位部 件。上述這些方法可使所述光分布器正確定向和定位。
在一個實施方案中，所述光分布器由具有空穴的塑料薄片形成，所述空穴構(gòu)成延 伸入含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的所述光線發(fā)出表面的至少一部分。
在一個實施方案中，所述空穴是在所述塑料薄片中真空成型的凹陷。
在一個實施方案中，所述光分布器由具有空穴的塑料薄片形成，所述空穴構(gòu)成延 伸入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的所述光線發(fā)出表面的至少一部分，并且其中所述 空穴是在所述塑料薄片中經(jīng)吹塑或注模而形成的凹陷。所述凹陷還可使用本身為本領(lǐng)域技 術(shù)人員所熟知的真空成型技術(shù)在塑料材料的膜或薄片中形成。隨后，可將另一個塑料材料 的薄片或膜或箔密封在第一個具有凹陷的薄片上以密封所述凹陷。之前，它們可裝有所述 流體，或可提供所述流體的進口和出口。
本發(fā)明還涉及一種包括水性液體和至少一個光分布器的光生物反應(yīng)器，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線的光線接收表面和至 少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件(extending part)以及至少一個布置用于發(fā)出 至少部分接收光線的光線發(fā)出表面，其中至少部分光線發(fā)出表面浸沒在包含光合培養(yǎng)物的 水性液體中，所述光分布器的所述延伸部件包含至少一個裝有流體的密封空腔，所述密封 空腔由至少兩個密封在一起以形成所述空腔的塑料箔部件構(gòu)成。
本發(fā)明還涉及一種包括水性液體和至少一個光分布器的光生物反應(yīng)器，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線的光線接收表面和至 少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件，其具有至少一個布置用于發(fā)出至少部分接收光 線的光線發(fā)出表面，其中至少部分光線發(fā)出表面浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體中。在 此實施方案中，所述光分布器的所述延伸部件包含至少一個裝有流體的密封空腔，并且所 述光分布器由至少一個具有空穴的塑料薄片形成，所述空穴構(gòu)成所述空腔，所述具有空穴 的塑料薄片形成延伸入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的所述光線發(fā)出表面的至少一 部分。
本發(fā)明還涉及一種包括水性液體和至少一個光分布器的光生物反應(yīng)器，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線的光線接收表面和至 少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件，其具有至少一個布置用于發(fā)出至少部分接收光 線的光線發(fā)出表面，其中至少部分光線發(fā)出表面浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體中。在 此實施方案中，所述光分布器包含部分浸沒在所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的、裝有 流體的、透光的漂浮體。
這一漂浮體在使用中通常在稍延伸超出所述水性液體表面之上的光線接收表面 上接收光線。此光線隨后通過浸沒在所述水性液體中的(一個或多個)光線發(fā)出表面發(fā)出。 因此，所述漂浮體將光線從其接收表面透射至其光線發(fā)出表面。因此，培養(yǎng)光合培養(yǎng)物的水 性液體的體積有效地增大，或者所述水性液體中的光線照射量增加，或者兩者同時發(fā)生。
在這些進一步的發(fā)明中，在此說明書中描述的特征可以組合。這些進一步的發(fā)明 提供了上述優(yōu)點中的至少一部分。
在一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器(在使用過程中)包含水性液體和光分 布器，特別是多個光分布器，所述水性液體包含光合培養(yǎng)物，其中所述(每個)光分布器 (都)具有布置用于接收光線的表面和布置用于發(fā)出至少部分接收光線的錐面(tapered surface)，其中至少部分所述錐面浸沒在所述包含光合培養(yǎng)物的水性液體中。這種光生物 反應(yīng)器——特別是使用本發(fā)明的光分布器——的優(yōu)點有光線可通過比較簡單廉價的方式 高效率地——例如最高至約200-300 μ w/m2的水平——分布在所述包含光合培養(yǎng)物的水性 液體中。此概念可獲得高照明體積分數(shù)(接收用于細胞生長的充足光線的包含光合培養(yǎng)物的水性液體的體積與包含光合培養(yǎng)物的水性液體的總體積的比例)，例如至少約50%、更 優(yōu)選地至少約80 %。例如在“普通”池塘中，藻類培養(yǎng)期間“只能利用水的上層，然而利用 本發(fā)明，光線可穿透到所述池塘的更深處，并因此用光線照明更多的光合培養(yǎng)物。此外，最 佳數(shù)量的光子(約50-400ymol/m2/S ；取決于所述培養(yǎng)物)的分布可遍及所述培養(yǎng)物，而在 現(xiàn)有技術(shù)中，池塘上層接收少量光線，這些光線只有部分可用于光合作用。此外，用本發(fā)明 實施方案的光生物反應(yīng)器可培養(yǎng)比較大面積的光合培養(yǎng)物。
通過在所述錐面上加上反射器可進一步加強所述光分布。因此在一個實施方案 中，至少部分錐面包含布置用于將至少部分接收光線反射回所述光分布器中的反射器。通 過這種方式可將光線提供給所述水性液體表面之下更深處的水性液體。
在一個實施方案中，所述光分布器具有選自圓錐形、拋物線形和類棱錐形的形狀。
在另一個實施方案中，所述光分布器具有基本上為球形——例如氣球——的形 狀。所述球形也可為延長的(elongated)球形。
在另一個實施方案中，所述光分布器為中空體，其中所述中空體任選地適合容納 液體例如水。當所述中空光分布器裝有水(和/或其他液體)時，所述光分布器內(nèi)的反射次 數(shù)可能增加。通過這種方式也可將光線提供給所述水性液體表面之下更深處的水性液體。 如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，在所述光分布器為(裝有所述液體的)中空體的實施方 案中，所述光分布器所含的液體優(yōu)選地可透過光線。合適的液體可例如選自水、乙醇、甘油 和Y-丁內(nèi)酯——特別是水、乙醇和甘油——中的一種或多種(即混合物)。此外，所述中 空光分布器優(yōu)選地為液密性的，即所述光分布器所含的液體和所述光生物反應(yīng)器中的水性 液體是相互隔開的并且原則上不能有接觸，即優(yōu)選地所述光分布器是密封性地隔離的。所 述光分布器還可包含多種材料。例如，在一個實施方案中，所述中空光分布器裝有另一種固 體透明材料。因此，所述中空體的空腔可至少部分裝有(即包含)液體和/或可至少部分 裝有(即包含)固體。
在一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器還包含第二主體，所述第二主體包含具有 錐面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主體按照如下構(gòu)造布置所述光分布器至少部 分地布置在所述空腔中，并且在所述第二主體的空腔的錐面和所述光分布器的錐面之間有 一段距離。優(yōu)選地，所述空腔和所述光分布器具有基本上對應(yīng)的形狀。通過這種方式，所述 第二主體和(一個或多個)所述光分布器可按照凸凹配置布置，并且可在(一個或多個) 所述空腔的(一個或多個)錐面和(一個或多個)所述分布器的(一個或多個)錐面之間 獲得一股基本上均勻的液流。優(yōu)選地，(一個或多個)所述空腔的(一個或多個)錐面和 (一個或多個)所述分布器的(一個或多個)錐面之間的(一個或多個)空隙中的至少一 部分具有固定寬度，即(一個或多個)所述空腔的(一個或多個)錐面的至少一部分和(一 個或多個)所述分布器的(一個或多個)錐面的至少一部分以固定距離布置。
因此，在一些實施方案中，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器包含多個光分布器并任選地還 包含含多個空腔的第二主體。
在一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器還包含一種構(gòu)造，其中所述構(gòu)造包含多個 光分布器。所述光分布器可例如布置在所述構(gòu)造中或整合在所述構(gòu)造中。在一個特別的實 施方案中，所述包含多個光分布器的構(gòu)造為波紋狀構(gòu)造，并且所述光分布器為波紋狀物。所 述光分布器可例如具有楔形(或V形)或弧形的錐面，即所述波紋狀物可為楔形(或V形)或弧形的，特別是拋物線形的。在所述光生物反應(yīng)器的使用過程中，所述波紋狀物的布置使 至少部分所述錐面浸沒在所述包含光合培養(yǎng)物的水性液體中。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明 了的，所述構(gòu)造還可包括楔形(或V形)和弧形分布器(即這里特別指波紋狀物)的組合。
因此，在一個實施方案中，本發(fā)明提供一種(在使用過程中)包含水性液體和多個 光分布器的光生物反應(yīng)器，所述水性液體包含光合培養(yǎng)物，其中所述光分布器具有布置用 于接收光線的表面和布置用于發(fā)出至少部分接收光線的錐面，其中至少部分所述錐面浸沒 在所述包含光合培養(yǎng)物的水性液體中，其中所述光生物反應(yīng)器還包含一種包含多個所述光 分布器的構(gòu)造，其中所述包含多個所述光分布器的構(gòu)造是一種波紋狀構(gòu)造，并且其中所述 光分布器為波紋狀物。
在一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器還包含第二主體，所述第二主體包含多個 具有錐面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主體按照如下構(gòu)造布置所述光分布器至 少部分布置在所述空腔中，并且在所述第二主體的空腔的錐面和所述光分布器的錐面之間 有一段距離d2，其中所述多個空腔構(gòu)成波紋狀副構(gòu)造(coimterconstruction)，并且其中 優(yōu)選地所述空腔和所述光分布器具有基本上對應(yīng)的形狀(凸凹配置)。
在一個實施方案中，所述構(gòu)造和所述第二主體是一體反應(yīng)器。更特別地，所述構(gòu)造 和所述第二主體是擠壓成的反應(yīng)器主體。通過這種方式，可容易地生產(chǎn)、加工和運輸所述反 應(yīng)器。另一優(yōu)點是大量生產(chǎn)是比較容易可行的，這使得可使用大面積的所述反應(yīng)器。在一 個特別的實施方案中，使用了多個反應(yīng)器，其中相鄰反應(yīng)器的通道相互連通。
在一個實施方案中，所述構(gòu)造和所述第二主體(特別是所述波紋狀副構(gòu)造)的布 置提供基本上平行的通道以容納所述包含光合培養(yǎng)物的水性液體，其中例如所述通道具有 基本上為楔形或弧形的形狀。然而其他形狀也是可行的，同樣見下文。
在另一個實施方案中，所述光生物反應(yīng)器的布置使得在與所述通道基本上平行的 方向上形成一股所述包含光合培養(yǎng)物的水性液體的液流。
因此，根據(jù)另一個方面，本發(fā)明還涉及所述包含多個光分布器的構(gòu)造。特別地，本 發(fā)明還涉及一種包含多個光分布器的構(gòu)造，其中所述構(gòu)造為波紋狀構(gòu)造，并且其中所述光 分布器為波紋狀物(即布置用于形成波紋狀結(jié)構(gòu))。
此外，本發(fā)明在一個方面中還涉及包含波紋狀構(gòu)造和波紋狀副構(gòu)造的反應(yīng)器主 體，其中所述波紋狀構(gòu)造和波紋狀副構(gòu)造的布置在所述波紋狀構(gòu)造和波紋狀副構(gòu)造之間提 供基本上平行的通道以容納包含光合培養(yǎng)物的水性液體。
更特別地，所述波紋狀構(gòu)造的波紋狀物和所述波紋狀副構(gòu)造的波紋狀物可獨立地 具有選自拋物線形、類正弦形、楔形(V形)和矩形波形——特別選自拋物線形、類正弦形 和楔形——的形狀。這是指，所述波紋狀構(gòu)造的波紋狀物具有選自拋物線形、類正弦形、楔 形和矩形波的形狀，并且所述波紋狀副構(gòu)造的波紋狀物獨立地具有選自拋物線形、類正弦 形、楔形和矩形波的形狀。然而其他形狀也是可行的。因此，所述光分布器也可具有例如 選自拋物線形、類正弦形、楔形和矩形波——特別選自拋物線形、類正弦形和楔形——的形 狀。
本發(fā)明在另一方面中提供一種生產(chǎn)光合培養(yǎng)物的方法，其包括提供水性液體和 光合培養(yǎng)物，提供本發(fā)明的光分布器(特別是多個光分布器)或本發(fā)明的構(gòu)造，及將(一個 或多個)所述光分布器的(一個或多個)錐面至少部分浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體中，以及向(一個或多個)所述光分布器的布置用于接收光線的(一個或多個)表面提供光 線。在另外一些方面中，本發(fā)明還提供本發(fā)明的光分布器或構(gòu)造用于在光生物反應(yīng)器中分 布光的用途，以及本發(fā)明的光生物反應(yīng)器用于生產(chǎn)光合培養(yǎng)物(即形成生物質(zhì))的用途。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供通過本發(fā)明方法生產(chǎn)的光合培養(yǎng)物，特別地其中所述 光合培養(yǎng)物包括藻類，更特別地其中所述光合培養(yǎng)物包括微藻。因此，可通過本發(fā)明方法獲 得的光合培養(yǎng)物也是本發(fā)明的一部分。
應(yīng)明了可將上面提到的方面組合以提供更有利的效果。例如，特定的形狀如楔形、 弧形(例如拋物線形)或者棱錐形可用于能漂浮的裝有流體的主體。


現(xiàn)在僅以舉例的方式結(jié)合所附示意圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，在所述示意 圖中相應(yīng)的標記符號表示相應(yīng)的部件
圖1以側(cè)視圖示意性地描繪了本發(fā)明的光生物反應(yīng)器和光分布器的一般性實施 方案及其變型；
圖2a_2c示意性地描繪了從側(cè)面(h，2c)觀察的和從底部Qb)觀察的多個光分 布器；圖2d示意性地描繪了這些實施方案的一種變型；
圖3以側(cè)視圖示意性地描繪了本發(fā)明光生物反應(yīng)器的另一個實施方案；
圖4a4c示意性地描繪了光分布器在容器中排布的實施方案的俯視圖5a_5c示意性地描繪了延長的光分布器的實施方案；圖恥是圖如或恥的延長 的光分布器的側(cè)視圖；圖fe和5c是透視圖6a_6c示意性地描繪了包含光分布器的構(gòu)造的實施方案，其中圖6a示意性地描 繪了光生物反應(yīng)器中這種構(gòu)造的側(cè)視圖，圖6b以透視圖示意性地描繪了所述構(gòu)造的一種 實施方案(例如圖6a的構(gòu)造)，并且其中圖6c示意性地描繪了具有多個光分布器(未被延 長的)的另一構(gòu)造，并且其中所述光分布器具有拋物線形的錐面；
圖7a_7f示意性地描繪了本發(fā)明的多個實施方案；
圖8示意性地描繪了一種包含多個一系列連接反應(yīng)器的反應(yīng)器；
圖9示出了延長的楔形互連的光分布器的一個實施方案；
圖10示出了一系列棱錐形互連的光分布器；
圖Ila示出了由塑料薄片制成的光分布器裝置的仰視圖lib示出了穿過圖Ila的光分布器裝置的截面；
圖12示出了由兩個部分構(gòu)成的光分布器的側(cè)視圖13示出了在一側(cè)具有光分布器裝置并在另一側(cè)也具有光分布器裝置的光生物 反應(yīng)器；
圖14示出了多種光分布器形狀和實施方案。
具體實施方式
圖1以側(cè)視圖示意性地描繪了光生物反應(yīng)器1和光分布器30的一般性實施方案 及其變型。所述光生物反應(yīng)器1可包括反應(yīng)器或容器10。優(yōu)選地，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器 1是封閉的光生物反應(yīng)器。然而，所述光生物反應(yīng)器也可是開放的。
在一個實施方案中，容器10可為池塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部 分、河流的一部分、溝渠的一部分，或者海洋的一部分。例如，容器10可為具有反應(yīng)器底13 和壁14的人造容器，但容器10也可為池塘或其一部分，其中壁14布置在池塘中池塘底13 上以在池塘中形成容器10。本發(fā)明還會涉及容器10。本文中，術(shù)語“人造容器”是指這樣 的容器或反應(yīng)器，其中(一個或多個)壁14和底13為人造的，例如包括由一種或多種材料 制成的(一個或多個)壁14和底13的容器，所述材料選自鋼、塑料、混凝土和其他可用于 裝配容器的材料。在一個實施方案中，(一個或多個)壁14由一種透明材料制成。容器10 被布置和構(gòu)建成用于容納液體20。在下述實施方案中，也可不包括容器10。因此，光生物 反應(yīng)器1可包括容器10，但在其他實施方案中也可包括內(nèi)部通道(或“反應(yīng)器通道”)。
容器10容納有——至少在光生物反應(yīng)器1的使用過程中——包含光合培養(yǎng)物21 的水性液體20 (優(yōu)選水)。因此，容器10被布置或構(gòu)建以在使用過程中容納包含光合培養(yǎng) 物21的水性液體20。
所述光合培養(yǎng)物21可包括藻類(微藻)，以及可將太陽的輻射轉(zhuǎn)化為生物 質(zhì)的其他物種，例如光合紫細菌(purper bacteria)。可培養(yǎng)在液體中并由此形成生 物質(zhì)和/或其他有用物質(zhì)、并且光線為其生長所必需的生物物種在本文中被稱為光合 培養(yǎng)物。光合培養(yǎng)物21不僅指(綠)藻類，還指所有光合微生物，例如藍細菌、紅藻 (Rhodophyta)、綠藻(Chlorophyta)、甲藻門(Dinophyta)、金褐藻(Chrysophyta)、定鞭 藻門(Prymnesiophyta)、娃藻門(Bacillariophyta)、黃藻門(Xanthophyta)、黃綠藻 (Eustigmatophya)、針胞藻(Rhaphidophyta)、褐藻門(Phaeophyta)和光合紫細菌。合適 的藻類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。例如，可使用杜氏鹽藻(Dunaliella salina)、雨生紅球藻 (Haematococcuspluvialis)、微綠球藻屬(Nannochloropsis sp·)、小球藻屬(Chlorella sp·)、萊茵衣藻(Chlamydomonas rheinhardtii)、節(jié)方寵藻屬(Arthrospira sp.)、念珠藻屬 (Nostoc sp.)、柵藻(Scenedesmus)、紫球藻(Porphyridium)、扁藻(Tetraselmis)、螺方寵藻 屬(Spirulina sp.)等。用于本發(fā)明的光合培養(yǎng)物21還可包括其他生物——如遺傳修飾 的藻類(微藻)、遺傳改良的藻類(微藻)等——的細胞培養(yǎng)物。兩種或多種不同光合培養(yǎng) 物的組合也可用作光合培養(yǎng)物21。
有利的是，本發(fā)明提供這樣的容器10，其中的液體20含有約l_50g/l的光合培養(yǎng) 物21。可獲得約5至50g/l、或可能甚至更高的濃度，而本領(lǐng)域現(xiàn)有的用于培養(yǎng)光合培養(yǎng)物 21的反應(yīng)器中容納的液體可含有2-3g/l的光合培養(yǎng)物21。這樣，與本領(lǐng)域現(xiàn)有的反應(yīng)器 相比，反應(yīng)器容積可得以更好的利用。
光生物反應(yīng)器1還包括光分布器30。在本文中術(shù)語“光分布器”也包括多個光分 布器。光分布器30具有布置用于接收光線40的表面31和布置用于發(fā)出至少部分接收光 線40的光線發(fā)出表面532(此處為錐面32)。因此表面31也可被稱為光接收表面31，表 面32也可被稱為光線發(fā)出表面532。在光生物反應(yīng)器1的使用過程中，(一個或多個)光 分布器30被布置在反應(yīng)器1中使得至少部分表面31位于液面22之上，然而優(yōu)選整個表面 31位于液面22之上。同樣，在光生物反應(yīng)器1的使用過程中，(一個或多個)光分布器30 被布置在反應(yīng)器1中使得至少部分錐面32浸沒在液體20中。優(yōu)選地至少約50%，例如約 50-80 %、更優(yōu)選地至少約70 %，例如約70-90 %、更優(yōu)選地至少約90 %，例如約90-100 %的 錐面32在光生物反應(yīng)器1的運行過程中浸沒在所述液體中。
光分布器30可任選地容納一種流體。此流體在本文中以標記135示出。為便于理 解，大多數(shù)在本文中示意性地描繪的實施方案都以容納這種流體135的光分布器30示出， 但是本發(fā)明不限于這些實施方案。
在一個實施方案中，光分布器30可被構(gòu)建為漂浮的。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉如何使 物體漂浮，例如通過選擇材料類型及其比重、形狀、存在空氣室等。
光分布器30具有頂面38，其可包含開口。當頂面38封閉時，頂面38包含光接收 表面31 (即包括其中頂面38基本上由光接收表面31構(gòu)成的實施方案)；當頂面38開放時， 光線40可基本上不受阻礙地穿透至所述光分布器的邊緣。所述開口可被特別地布置以使 光線40例如日光可透射到中空光分布器30中(也見下文)。
然而，(一個或多個)光分布器30也可包含在被布置在液體20之上或之中的構(gòu) 造中。所述構(gòu)造布置用于保持至少部分錐面32在使用過程中位于液面22之下，并且保持 至少部分布置用于接收光線40的表面31位于液面22之上(也見上文)。所述構(gòu)造的實施 方案示意性地描繪于圖6a-6c中(見下文)。
因此，有利地，(一個或多個)本發(fā)明光分布器30可用于將光線分布到光生物反 應(yīng)器1中，在一個實施方案中光生物反應(yīng)器1可被布置在容器10中，其中容器10為例如池 塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部分、河流的一部分、溝渠的一部分，或者海洋的 一部分。通過將液體容納在壁14和底13之間并將所述光分布器布置在液體20中，得到可 在其中培養(yǎng)藻類等的光生物反應(yīng)器1。光分布器30的一部分會從液體20中突出(即從液 體20中延伸出)，這部分可接收光線40。這樣，天然池塘等可容易地用作光生物反應(yīng)器1。 因此，本發(fā)明還提供這樣的光分布器30，其本身具有布置用于接收光線40的表面31和布置 用于發(fā)出至少部分接收光線40的錐面32。本發(fā)明的光分布器30尤其是這樣一種用于光 生物反應(yīng)器的光分布器30，所述光生物反應(yīng)器包括一個容納包含光合培養(yǎng)物21的水性液 體20的容器，所述光分布器30具有布置用于接收光線40的表面31和布置用于發(fā)出至少 部分接收光線40使其進入水性液體20的錐面32，其中光線40來自位于水性液體20的外 部(即在所述容器10中液面22之上)的光源，例如太陽和/或人造光源(如(一個或多 個)燈和/或(一個或多個)LED)。
因此，將(一個或多個)所述光分布器30布置成在使用過程中至少部分錐面32浸 沒在包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20中。(一個或多個)光分布器30包括具有錐面32 的錐形部分和被設(shè)計以通過布置用于接收光線40的表面31來接收光線的部分。在使用過 程中，布置用于接收光線的表面31至少部分地被布置在液面22之上。光生物反應(yīng)器1還 可包括將光線40集中到液體20中的附加裝置。例如，(一個或多個)光分布器30的表面 31可包括透鏡等。
如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，(一個或多個)光分布器30的材料基本上是透 明的。這是指(一個或多個)光分布器30中至少一部分——特別是那些對接收光線40和 將此光線透射到至少部分錐面32上而言必需的部分——是透明的。優(yōu)選地，(一個或多個) 光分布器30由透明材料制成。術(shù)語“透明的”為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。在本文中，透明的尤 其是指可見光在垂直照射Icm厚的材料塊時透過至少約70%、更優(yōu)選地透過至少約90%、 甚至更優(yōu)選地透過至少約95%、最高達基本上透過100%。可用的透明材料例如可選自玻 璃、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) (Plexiglas或Perspex)、乙酸丁酸纖維素(CAB)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)和乙二醇改性聚對 苯二甲酸乙二酯(PETG)。在另一實施方案中，所述材料包括丙烯酸酯，例如PMA或PMMA，尤 其是PMMA。這些材料也是本領(lǐng)域中作為透明塑料已知的。在另一實施方案中，所述材料包 括商品名為PERSPEX 或PRISMEX 的透明塑料。優(yōu)選地，本發(fā)明的光分布器30基本上由透 明材料制成。
由于(一個或多個)光分布器30的形狀，接收到的光線會傳播至(一個或多個) 光分布器30并被透射和/或反射到錐面32上。透射的光線可被靠近錐面32的液體20中 的光合培養(yǎng)物21吸收。反射的光線會進一步傳播穿過(一個或多個)光分布器30，碰到錐 面32的另一部分，并在那里可被透射和/或反射。反射越多，接收光線40穿透進入(一個 或多個)光分布器30中的位置越低(并從而在容器10中可被光合培養(yǎng)物21吸收的接收 光線40的位置越低)。透射到液體20中的光線以標記數(shù)字42示出。
光分布器30之間的距離被標示為錐面32的末端之間或“頂點”之間的距離d3，可 為約 2-200cm。
為了增加反射次數(shù)，在一個實施方案中，至少部分錐面32包含布置用于將至少部 分接收光線40反射回光分布器30中的反射器33。在圖1中，示出了這種反射器33。優(yōu)選 地，所述反射器占據(jù)約10-90%的錐面32 ；優(yōu)選地，反射器只被布置在錐面32的上半部分中 或上半部分上。反射器為本領(lǐng)域所知，并可例如包括反射箔。在一個實施方案中，還可布置 反射器33用于透射至少部分接收光線40 (例如被構(gòu)建以透射約2-25%的接收光線40的反 射器)。(一個或多個)反射器33可環(huán)繞至少部分錐面32。反射器33可環(huán)繞光分布器30 并可占據(jù)約10-90%的錐面32。
如上所述，反射越多，接收光線40穿過進入(一個或多個)光分布器30中的位置 越低，從而在容器10中可被光合培養(yǎng)物21吸收的接收光線40的位置越低。因此，(一個或 多個)光分布器30優(yōu)選具有選自圓錐形、拋物線形和類棱錐形的形狀。如可為本領(lǐng)域技術(shù) 人員所明了的，光生物反應(yīng)器1可包括不同類型的光分布器30，并可在操作過程中(在使 用過程中)應(yīng)用不同類型的光分布器30。因此兩種或多種不同形狀的光分布器30的組合 可用于光生物反應(yīng)器1中。在一個實施方案中，拋物線形是優(yōu)選的，因為似乎會比弧形(圓 形)收集更高比例的入射光線，從而光線在液體中可透射得更深。因此，錐面32特別地為 “拋物線弧形的”或“拋物線錐形的”或“拋物線弧錐形的”。
圖2a_2c示意性地描繪了非限制性的多個可能類型的光分布器30。圖加示意性 地示出了可能的光分布器30的側(cè)視圖，圖2b示意性地示出了從光分布器30的底部觀察 的視圖。光分布器30具有頂點或光接收表面31以及末端34。末端34實際上是數(shù)學(xué)對象 (mathematical object)棱錐形、四面體形或圓錐形的頂點。
在本文中，也可使用截錐形、四面體形或棱錐形。此外，也可使用其他形狀，例如五 棱錐形、三角彎頂形、四角彎頂形、五角彎頂形、五角圓頂形(pentagonal rotunda)或它們 的延長的形狀，例如延長的圓錐形、延長的正方棱錐、延長的四面體形、延長的五棱錐形、延 長的三角彎頂形、延長的四角彎頂形、延長的五角彎頂形、延長的五角圓頂形。所述光分布 器可為規(guī)則形狀，但也可為不規(guī)則或不對稱形狀。全部這些形狀以及其他形狀在本文中都 被稱為帶有錐面32的錐形。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，錐面32因此還可包括多個 面，例如3個(四面體形)、4個(正方棱錐形)等。在本文中，包括多個面的表面32(也見圖2b的示意圖)也稱為表面32。如可為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，光生物反應(yīng)器1可包 括不同類型的光分布器30，并可在操作過程中(在使用過程中)應(yīng)用不同類型的光分布器 30。因此兩種或多種不同形狀的光分布器30的組合可用于光生物反應(yīng)器1中。
在本文中，為簡便起見，只對圓錐形、四面體型和棱錐形進行進一步討論。這些對 象具有一個(任選弧形的)基部，其基本上由光接收表面31構(gòu)成；和一個帶有錐面32的錐 形部分，其逐漸變尖至頂點34。注意在使用過程中，頂點34會在液體20中，而所述基部至 少部分、更優(yōu)選地全部位于液面22之上。
在圖加中，I型示出了一個圓錐形、四面體形或棱錐形光分布器30的側(cè)視圖；II 型與I型相同，但頂面31 (即用于接收光線40的表面)是弧形的，此處優(yōu)選中凸的。錐面 32與穿過錐形體(即光分布器30)的縱軸形成一個角α。角α優(yōu)選地為約1_45°，更優(yōu) 選地為約2-40°，甚至更優(yōu)選地為約5-35°。因此，在一個實施方案中，錐面32是平直的 并與光分布器30的縱軸100具有角α (優(yōu)選地為約1-45° )。
圖2b的左側(cè)示出了從末端34觀察(即從頂點34側(cè)沿著縱軸觀察)的視圖。對于 正方棱錐形，可見左邊第一個視圖；對于四面體形，可見左邊第二個視圖；對于圓錐形，可 見右邊兩個視圖之一。以舉例的方式，圖2從左到右示出了帶有基本上平坦的表面32 (盡 管在一個實施方案中表面32也可為弧形的)的正方棱錐形、帶有弧形的表面32 (盡管在一 個實施方案中表面32也可為平坦的)的四面體形、拋物線形和另一個具有反射器33的拋 物線形的仰視圖。注意，示意性地示出的全部光分布器30均可在至少部分表面32上或在 至少部分表面32處包括或不包括反射器33。
因此，作為I型和II型光分布器30的替代(或補充)，也可使用具有弧形的錐面 32的光分布器30。這些類型作為III型和IV型在圖加中示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，當 從I型和II型的末端34觀察時，可看到基本上相同的側(cè)視圖。因此，在一個實施方案中， 本發(fā)明提供這樣一種光分布器30，其中錐面32是弧形的。III型和IV型在本文中也稱為 “拋物線形”。這些類型可具有拋物線弧形的錐面32。
為示例說明，帶有反射器33的圓錐形類型(其可為I-IV型)可進一步在圖 2b(右)中示出。在圖加中，這種反射器33只以示例方式在IV型中示出，然而全部類型都 可具有這種反射器33。也見圖1中包括反射器的光分布器30的實例，其中中間的光分布器 30以示例方式包括反射器33。
本發(fā)明還提供一種光分布器30，其中所述光分布器30為中空體，其中所述中空體 任選地適合容納液體或固體材料。圖2c示意性地描繪了這種中空類型的光分布器30。該 光分布器30具有一個空腔35 (光分布器空腔35)，其具有(一個或多個)空腔壁36。優(yōu)選 地，所述空腔35中不裝有包含光合培養(yǎng)物21的水性液體。優(yōu)選地，所述空腔可裝有水或 其它液體；所述空腔35——其任選地裝有液體或固體材料——增加反射的次數(shù)。所述空腔 可以是——被例如光線接收表面31——封閉的，或者可以是開放的，如在圖2c中示意性地 描繪的。然而，空腔35優(yōu)選地是封閉的。這樣在空腔35和反應(yīng)器1之間不相通，即光分布 器30中的液體是密封性地與環(huán)境隔離的。注意，在圖2c中以舉例的方式示意性地描繪了 一種變型，其中至少部分空腔壁36包括反射器37。如上所述，當頂面38封閉時，光分布器 30基本上被光線接收表面31封閉；當光分布器30開放(即頂面38包括開口)時，光線接 收表面31可至少部分地與(一個或多個)空腔壁36重合。在圖2c中示意性地描繪了一14個帶有開口 39的光分布器30。當該光分布器30是開放的(例如在圖2c中示意性地示出 的)時，至少部分(一個或多個)空腔壁36可具有光線接收表面的功能。
光分布器30具有高度hi，并且在錐形光分布器30 (圓錐形或拋物線形)的情況下 具有直徑dl。對于棱錐形(正方棱錐形或四面體形)或其他形狀，光線分布器30具有寬度 wl和長度11。優(yōu)選地，hi為約5-100cm, dl、wl、11獨立地為約l_20cm。hl/11、hl/wl和 hl/dl的比例獨立地優(yōu)選為約5-30。布置用于接收光線的表面31優(yōu)選地具有約4-400cm2、 優(yōu)選約4-lOOcm2的面積(以標記131示出)。布置用于將光線透射到含有光合培養(yǎng)物的水 性液體中的錐面32優(yōu)選地具有約10-4000cm2的面積232。優(yōu)選地，表面32為表面31的約 2-50倍、尤其是約2-40倍、更優(yōu)選地約4-30倍、尤其是約5_30倍。因此，在一個實施方案 中，表面32的表面積232與表面31的表面積131的比例為約2_50、尤其是約2_40、例如約 4-30、例如尤其是5-30。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)例如所述光生物反應(yīng)器所安置的高度—— 以及任選地根據(jù)所述藻類的物種——來調(diào)節(jié)尺寸的范圍和比例。當光分布器30是開放的 (即頂面38可包括開口 39)時，表面32的表面積232與表面31的表面積131的比例可為 約1-50。當11/W1的比例不是大致為1時，可得到延長的光分布器30，其沿著垂直于縱軸 100的軸延長(見圖5a-5c和6a-6c)。
參照圖2d，光分布器30也可具有不對稱形狀，例如如在此圖中示意性地描繪的。 在光生物反應(yīng)器1的使用過程中被布置浸沒在水性液體21中的部分外表面可為基本上非 錐形平直的(non-taperedstraight)，并且部分外表面可為錐形的，即可為如本文所定義的 錐面32。參照I型和II型，被布置浸沒在液體20中的部分外表面具有α =0°，并且被 布置浸沒在液體20中的部分外表面具有0° < α <90°。這對于安置光生物反應(yīng)器1的 高度而言可能是有利的。當使用這種不對稱光分布器30時，通常在光生物反應(yīng)器1的使用 過程中被布置浸沒在水性液體21中的約一半外表面可是非錐形平直的(即相對于地球表 面或液面22垂直)，并且在光生物反應(yīng)器1的使用過程中被布置浸沒在水性液體21中的 一半外表面可包含如本文所定義的錐面32。為便于理解，在光生物反應(yīng)器1的使用過程中 被布置浸沒在水性液體21中的部分外表面還以標記432示出；非錐形(平直)表面以標記 430示出。因此，被布置浸沒的部分外表面430基本上不包括光線接收表面31。因此，在本 發(fā)明的光分布器30的一個實施方案中，所述光分布器30具有在光生物反應(yīng)器1的使用過 程中布置用于接收光線40的表面31和被布置浸沒在水性液體21中的外表面432，其中至 少部分外表面432包括布置用于發(fā)出至少部分接收光線40的錐面32，并且任選地部分外表 面432包括非錐形(平直)表面430。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，表面432的表面積 與表面31的表面積的比例可為約2-50、尤其是約5-30(也見上文)。
這些實施方案還可包括反射器33，如圖2d中IV型所示。因此，為了增加反射次 數(shù)，在一個實施方案中，至少部分錐面32和至少部分非錐面430可包含布置用于將至少部 分接收光線40反射回光分布器30的反射器33。在圖2dl中示出了這種反射器33。優(yōu)選 地，所述反射器占據(jù)錐面32和非錐面430的約10-90%;優(yōu)選地，反射器只被布置在錐面32 和非錐面430的上半部分中或上半部分上。
此外，如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，也可使用具有不對稱錐面32的光分布器 30。例如，在一個實施方案中，光分布器可具有部分為弧形錐形且部分為直線錐形的錐面 32。假如圖2d中的I型和III型通過共面430相互連接，則得到一個具有不對稱的弧形錐面32的光分布器30的實施方案。
在一個特別的實施方案中，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器1還包括第二主體60。這示意 性地示于圖3中。此第二主體60包括具有錐面62的空腔61。這樣，在容器10例如反應(yīng)器 或池塘(的一部分)中，光分布器30和第二主體60可按照如下構(gòu)造布置光分布器30至 少部分地布置在空腔61中。為使液體20流動，在第二主體60的空腔61的錐面62與光分 布器30的錐面32之間存在距離d2。光分布器30和第二主體60的空腔61以這種方式按 照凸凹配置布置。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，空腔61和光分布器30優(yōu)選地具有基 本上對應(yīng)的形狀。空腔61的錐面62的形狀基本上對應(yīng)于光分布器30的錐面32的形狀。 例如，當光分布器30為圓錐體時，提供圓錐狀空腔61。因此，空腔61 (或其表面62)的形狀 與光分布器30 (或其錐面32)的形狀為至少部分符合的，并構(gòu)建為可使光分布器30進入空 腔61的至少一部分(凸凹配置)，同時使各個表面之間至少保持有距離d2。第二主體60可 布置在容器10的底部上。例如，這種第二主體60可布置在池塘等的底部，等等。原則上， 第二主體60也可是漂浮的。第二主體60可由上述一種或多種材料制成，但也可由一種或 多種其他材料制成。在本文所述的實施方案中，第二主體60不必須包括透明材料。
光分布器30與第二主體60的空腔61的錐面62之間的距離d2也可被示為最短 的距離。此距離可在所述空腔的表面62和光分布器30的表面32之間變化。距離d2通常 為約2-15cm。優(yōu)選地，選擇該距離以獲得到液體20中的最佳光分布。原則上距離d2不必 大于光線42的穿透深度。由于存在距離d2，在光分布器30和空腔61之間形成了一個通道 或縫隙64。此通道可用于獲得一股均勻的流體。這樣，光線可基本相同地分布在光合培養(yǎng) 物21上，同時所述空腔中的流動使得所述通道表面上和中間的培養(yǎng)物得以不斷更新。
任選地，第二主體60的空腔61的至少部分錐面62可包括反射器63。
優(yōu)選地，光生物反應(yīng)器1包括多個光分布器30。多個光分布器30可包括例如每個 容器30中有10-10000個光分布器30。此外，多個光分布器30可包括不止一種類型的光分 布器30。多個光分布器30中的光分布器30可具有基本相同的尺寸，然而也可使用不同尺 寸的光分布器30。如上所述，光生物反應(yīng)器1可包括不同類型的光分布器30，并可在操作 過程中(在使用過程中)應(yīng)用不同類型的光分布器30。因此兩種或多種不同類型形狀的光 分布器30的組合可用于光生物反應(yīng)器1中。
相應(yīng)地，優(yōu)選地，第二主體60包括多個空腔61。多個空腔61可包括例如每個第二 主體60中10-10000個空腔61。此外，多個空腔61可包括不止一種類型的空腔61 (即不同 形狀的錐形空腔61)。多個空腔61中的空腔61可具有基本上相同的尺寸，然而也可使用不 同尺寸的空腔61。第二主體60的多個空腔61本身形成了(一個或多個)突出物65(即空 腔61之間的(一個或多個)凸起65)。實際上，多個光分布器30和包括多個凸起65的第 二主體60的組合可被視為多個鐘乳石和石筍，其中它們被相互偏移地布置(即石筍不在鐘 乳石的正下方)。多個光分布器30和包括多個空腔61的第二主體60的組合優(yōu)選地以凸凹 配置布置，從而優(yōu)選地使每個光分布器30至少部分被布置在空腔61中。從而，(一個或多 個)光分布器30的(一個或多個)錐面32的至少部分被(一個或多個)空腔61的(一 個或多個)錐面62的至少部分所環(huán)繞。因此，本發(fā)明還涉及這樣一種方法，該方法包括提 供多個光分布器30并提供包括多個空腔61的第二主體60并將光分布器30和空腔61按 照凸凹配置布置(例如在容器10中)。
多個光分布器30的布置的實施方案示意性地描繪于圖4a、4b和如的俯視圖中。 圖如示出了圓錐形(包括拋物線形)光分布器30的一種布置，圖4b示出了正方棱錐形光 分布器30的一種布置，圖如示出了四面體形光分布器30的一種布置。如會為本領(lǐng)域技術(shù) 人員所明了的，也可使用不同形狀的光分布器30的組合，例如多個圓錐形和棱錐形光分布 器30的組合。它們可優(yōu)選地被規(guī)則地布置(在容器10中)。優(yōu)選地，光分布器30和對應(yīng) 的空腔61的形狀基本上相同；即圓錐形光分布器30和反圓錐形空腔61 ；四面體形光分布 器30和反四面體形空腔61，等等。
參照圖4a、4b和如，光分布器30可以六角堆積的形式(例如在圖如和如中示 意性地描繪的)以及以立方堆積的形式(例如在圖4b中示意性地描繪的)堆積。優(yōu)選地 使用密堆積，即液面22被所述照射直接照射到的面積(此面積在圖l、3、4a-k和6a中以 標記122示出)和未被透射通過錐面32的光線照射到的面積盡可能小，同時優(yōu)選地液體20 被穿過錐面32的光線照射的面積(此面積在圖1、3和6a的側(cè)視圖中以標記332示出)盡 可能大。參照圖l、3、6a和6b，當使用密堆積時并且當光分布器30相互鄰接時應(yīng)如此。因 此，光分布器30可與相鄰的光分布器30直接接觸(未描繪出)。優(yōu)選地，光分布器30的布 置使得縱軸100基本上平行。優(yōu)選地，光分布器30與相鄰的光分布器30直接接觸。
光分布器30還可具有基本上為球形的形狀(也見圖14)。
光分布器30的其他實施方案示意性地描繪于圖中。
在圖fe中，光分布器30具有延長的弧形或延長的拋物線形。參照圖加的III和 IV型，如圖fe中所描繪的光分布器30可例如通過沿一個垂直于縱軸100的軸延長而獲得。 這樣可獲得一種弧形的或更尤其是拋物線的錐面32。特別地，拋物線弧形的錐面32獲得了 良好的結(jié)果。此外，此實施方案被示為延長的弧形光分布器30。這種延長的弧形光分布器 30可為中空的或可為封閉的，即頂面38可包含開口(如圖fe中以標記39所示出的)或可 為封閉的。特別地，所述頂面38包含開口 39。因此布置用于接收光線的表面31是延長的 弧形光分布器30的內(nèi)表面。
弧形的錐面32具有末端34，并且由于此末端也是延長的，因此此末端也可理解為 錐形邊緣，以標記134示出。此外，延長的弧形光分布器30可具有前表面和后表面，以標記 132示出。因此，在一個特別的實施方案中，延長的弧形光分布器30是一種由錐面32和前 后表面132形成的部分封閉物。
這種延長的弧形光分布器30的長度(以標記L2示出)可例如為約0. 5-10m,如 約l-5m。寬度dl可例如為約l_50cm，如約l_20cm，尤其是約10_20cm。高度hi可為約 5-100cm，約10-50cm，尤其是20-40cm。hl/ll、hl/wl和hl/dl的比例獨立地優(yōu)選為約5-30。 長度L2和高度hi的比例至少約為1，更特別地至少約5，甚至更特別地至少約10。例如， 比例L2/hl可為約1-1000、例如約2-200。
優(yōu)選地，表面32為表面31的約2-50倍、尤其是約2_40倍、更優(yōu)選地約4_30倍、 例如優(yōu)選地約5-30倍。因此，在一個實施方案中，表面32的表面積232與表面31的表面 積131的比例為約5-30。然而應(yīng)注意，如上所述，所述空腔可以是封閉的，被例如光線接收 表面31封閉，但在一個實施方案中也可以是開放的，如在圖2c中示意性地描繪的。當光分 布器30是開放的，即頂面38可包括開口 39時，表面32的表面積232與表面31的表面積 131的比例可為約1-50。
前表面和后表面132可獨立地與頂面38具有角β ； β可為例如90°，通常為約 70-90° 。
在另一實施方案中，提供一種楔形光分布器，如在圖5c中示意性地描繪的。這里， 如上所述——尤其是針對圖如和恥——的詳細描述同樣適用，除了弧形表面32變?yōu)檠娱L 的V型表面32以外。因此，參照圖加的I和II型，如圖5c中示意性地示出的光分布器30 可例如通過沿一個垂直于縱軸100的軸延長而獲得。這樣可獲得一種V形或楔形的錐面 32。因此，在圖5c中示出的延長的V形光分布器30或延長的楔形光分布器30也可為本發(fā) 明的光分布器30的實施方案。
在使用過程中，所述延長的V形光分布器30或延長的楔形光分布器30或延長的 弧形光分布器30的布置使得至少部分錐面32浸沒在包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20中。 光生物反應(yīng)器1可包括(一個或多個)所述延長的光分布器30。當應(yīng)用多個所述延長的錐 形光分布器30時，可應(yīng)用一種波紋狀構(gòu)造(以標記300示出)。
在圖6a中，示意性地描繪了一個光生物反應(yīng)器1的實施方案，其還包含構(gòu)造300， 其中構(gòu)造300包含多個光分布器30。所述光分布器30可例如布置在這種構(gòu)造300中或整 合在構(gòu)造300中。在一個特別的實施方案中，包含多個光分布器30的構(gòu)造300為波紋狀構(gòu) 造300，并且所述光分布器30為波紋狀物(如圖所示)。
如上所述，光分布器30可例如具有楔形(或V形)或弧形的錐面，即所述波紋狀 物可為楔形(或V形)或弧形(如圖所示)，特別是拋物線弧形(或拋物線錐形)。在使用 過程中，所述波紋狀物的布置使至少部分錐面32浸沒在所述包含光合培養(yǎng)物21的水性液 體20中。
圖6b示意性地描繪了所述構(gòu)造300。所述構(gòu)造300可為一整塊材料。因此，在一 個實施方案中，包含多個光分布器30的構(gòu)造300是單個單元、尤其是單塊材料。光生物反 應(yīng)器1可任選地包括多個所述構(gòu)造300，并可任選地包括用于支撐構(gòu)造300的支架和/或托 梁(未示出)。所述光分布器被示意性地描繪為具有弧形錐面32，然而，錐面32也可是楔 形的，如上所述(也見圖5c)。然而，錐面32優(yōu)選地為拋物線錐形。
圖6c示出了構(gòu)造300的一個實施方案，該構(gòu)造還包括多個光分布器30，但所述光 分布器——至少在與所述縱軸垂直的方向上——不是延長的，如上所述，并如在圖和 3a-3d和中示意性地描繪的。
圖6a示意性地描繪了一個實施方案，其中光生物反應(yīng)器1還包括包含多個光分布 器30的構(gòu)造。圖6a-6b示意性地描繪了一些實施方案，其中包含多個光分布器30的構(gòu)造 300是波紋狀構(gòu)造300，并且光分布器30為波紋狀物，特別地其中光分布器30具有楔形(見 圖5c)或弧形(見圖6a-6c，也見圖5a-5b)的錐面(32)。注意在圖6a_6c中，光分布器30 不是鄰接的；然而它們可為鄰接的。
使用構(gòu)造300的優(yōu)點還可為可相對容易地提供封閉的光生物反應(yīng)器1。術(shù)語封閉 的光生物反應(yīng)器特別地涉及基本上封閉的生物反應(yīng)器。這可能不是指密封性地隔離的光生 物反應(yīng)器1，而是指基本上封閉的光生物反應(yīng)器1。在一個實施方案中“所述光生物反應(yīng)器 是基本上封閉的但不是密封性地隔離”是指，液面22被直接照射的面積122和未被透射穿 過錐面32的光線照射的面積盡可能小(但未必是0)，同時優(yōu)選地液體20被穿過錐面32的 光線照射的面積332盡可能大。因此，構(gòu)造300可用作光生物反應(yīng)器1的一種蓋子。
特別地，在本文中提到的光分布器30的形狀和尺寸可由本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計以 盡可能多地收集光線并將其均勻地分布到整個液體20中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可適當注意光 生物反應(yīng)器1的安置高度。如上面提到的，可在光生物反應(yīng)器1或構(gòu)造300中分別使用兩 種或多種不同類型形狀的光分布器30——例如楔形、拋物線形和不對稱(也見下文)光分 布器30——的組合。
參照圖fe-5c、6a和6b，與上述類似地，(一個或多個)所述波紋狀物也可為不對 稱的。同樣(如上所述)，這可適用于在圖6c中示意性地描繪的構(gòu)造300的光分布器30。 因此，延長的光分布器30 (例如在構(gòu)造300中的)也可為不對稱的。
光生物反應(yīng)器1可包括一個進口用于光合培養(yǎng)物的含碳營養(yǎng)物的進入，例如CO2 進口 ；例如可對液體20通氣，但也可使空氣鼓泡通過液體20。同樣，可將對液體20通入或 鼓泡含有(X)2的氣體或純(X)2氣體。因此，光生物反應(yīng)器1可包括用于含有(X)2的液體的進 口。此外，如果需要，可加入和/或排出包含或不包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20。因此， 光生物反應(yīng)器1 (即特別指容器10)還可包括用于引入水性液體20的進口并任選地包括用 于排出水性液體20的出口。特別地，所述光生物反應(yīng)器1可包含分別用于引入和排出至少 部分光合培養(yǎng)物21的進口和出口。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，光合培養(yǎng)物21優(yōu)選 地存在于液體20中被引入和/或排出。因此，所述光生物反應(yīng)器1還包括用于排出至少部 分光合培養(yǎng)物21的出口。此外，光生物反應(yīng)器1還可包括引入用于所述光合培養(yǎng)物的營養(yǎng) 物——例如礦物質(zhì)(以及CO2)——的進口。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，可合并(一 個或多個)進口和出口。光合培養(yǎng)物21的收獲可通過本領(lǐng)域已知的方法進行。優(yōu)選地，有 一股液流通過所述反應(yīng)器。因此，為此目的所述反應(yīng)器包括進口 11和出口 12。布置進口 11用于引入——任選地包含光合培養(yǎng)物21的——水性液體，布置出口 12用于排出水性液 體以及任選地光合培養(yǎng)物21。因此，在一個實施方案中，收獲所述光合培養(yǎng)物可通過經(jīng)出口 12排出包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20而進行。因此，在一個實施方案中所述光生物反 應(yīng)器包括(一個或多個)進口，所述進口用于引入選自含有(X)2的液體、水性液體(任選地 包含光合培養(yǎng)物21)和用于光合培養(yǎng)物21的營養(yǎng)物中的一種或多種；以及(一個或多個) 出口，所述出口用于排出選自光合培養(yǎng)物21和水性液體20中的一種或多種。術(shù)語“進口” 和“出口”還可分別指多個進口和出口。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任選或必需的周邊設(shè)備，例 如泵、閥門、過濾器、(一個或多個)再循環(huán)管、加熱設(shè)備、照明設(shè)備、溫度傳感器、流量傳感 器、用于檢測一種或多種化學(xué)品濃度的傳感器等，未在所述示意圖中示出。
在本發(fā)明另一方面中，提供一種生產(chǎn)光合培養(yǎng)物21的方法。向容器10中提供水性 液體20和光合培養(yǎng)物21 (即包括提供包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20)，所述容器在光生 物反應(yīng)器1的操作過程中容納液體20。此外，將本發(fā)明的(一個或多個)光分布器30 (參 見上文)提供在光生物反應(yīng)器1中，即布置在容器10中。
在一個實施方案中，在液體20的存在下，(一個或多個)光分布器30被布置以使 光分布器30的至少部分錐面32浸沒在水性液體20中。(一個或多個)光分布器30可在 提供液體20后布置在液體20中，然而當所述(一個或多個)光分布器30在一個實施方案 中包括在構(gòu)造中時，也可向光生物反應(yīng)器1裝入液體20和光合培養(yǎng)物21 (即包括提供包含 光合培養(yǎng)物21的水性液體20的實施方案)直至所述(一個或多個)光分布器30的(一 個或多個)錐面32的至少部分浸沒在液體20中。如會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，在光生物反應(yīng)器1的使用過程中，液面22會被保持在一個高度以使(一個或多個)光接收表面 31至少部分位于液面22之下(也見下文)。
將光線40提供到布置用于接收光線40的表面31。光線40可為日光或人造照明 (例如Xe燈和/或Ne燈)中的一種或多種。優(yōu)選地使用日光。
所述方法還可包括提供一種或多種含有(X)2的液體、水性液體和用于所述光合培 養(yǎng)物的營養(yǎng)物；以及收獲至少部分光合培養(yǎng)物21。收獲可通過本領(lǐng)域已知的方法進行。為 了使光線良好地分布在整個光合培養(yǎng)物21上，所述方法優(yōu)選地還包括在包含光合培養(yǎng)物 21的水性液體20中提供一股液流(在容器10中)。所述液流可通過在例如進口 11處引 入水性液體并經(jīng)出口 12排出水性液體20以及任選地光合培養(yǎng)物21而獲得。利用此方法 可產(chǎn)出生物質(zhì)，其可用于產(chǎn)生能量和/或提供有用化合物例如脂肪酸等。
在上面示意性地描繪的實施方案中，光生物反應(yīng)器1包括容器10。然而，先生物反 應(yīng)器1不必須包括所述容器10。液體20也可基本上只存在于布置在構(gòu)造100中的光分布 器30和第二主體60的空腔61之間的通道64中。
圖7a_7f示意性地描繪了非限制性的一些“波紋狀雙層結(jié)構(gòu)”的實施方案，即，其 中多個光分布器30都具有波紋狀物形式，特別是波紋狀的構(gòu)造300，其在本文中也表示為 波紋狀構(gòu)造300 ；并且其中具有空腔61的第二主體60也具有波紋結(jié)構(gòu)的形式，其在本文中 表示為波紋狀副構(gòu)造600。優(yōu)選地，本發(fā)明的光生物反應(yīng)器1是封閉的光生物反應(yīng)器。圖 7a-7e為正視圖；圖7f為透視正/側(cè)視圖。
結(jié)合這些圖，示意性地描繪了光生物反應(yīng)器1，所述反應(yīng)器包含含有光合培養(yǎng)物 21的水性液體20。提供了多個(此處示例性地為3個)光分布器30，其中所述光分布器 30也如上所述地具有布置用于接收光線40的表面31和布置用于發(fā)出至少部分接收光線 40的錐面32。至少部分錐面32浸沒在包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20中。換言之，至 少部分錐面32與所述水性液體接觸。此處所述光分布器30不是獨立結(jié)構(gòu)，而是包含在構(gòu) 造300中。實際上，在此，所述構(gòu)造的形狀可提供多個光分布器30。因此，光生物反應(yīng)器1 還包括包含多個光分布器30的構(gòu)造300。特別地，如在圖7a-7f中示意性地描繪的，包含多 個光分布器30的構(gòu)造300例如為上面提到的波紋狀構(gòu)造300，并且所述光分布器30為波紋 狀物，由標記308示出。構(gòu)造300可被視為光生物反應(yīng)器1的上部部件或上部波紋狀物。
如上面提到的，所述光生物反應(yīng)器還可包括第二主體60，所述主體包含多個具有 錐面62的空腔61。光分布器30和第二主體60布置在這樣一個構(gòu)造中，其中光分布器30 至少部分布置在空腔61中。這使得第二主體60的空腔61的錐面62與光分布器30的錐面 32之間有距離d2，從而還在錐面62與錐面32之間形成了通道64。同樣，此處空腔61 (因 此還有突出物65)不是獨立結(jié)構(gòu)，而是被包含在構(gòu)造(在本文中表示為波紋狀副構(gòu)造600) 中。實際上，此處構(gòu)造600的形狀可提供多個光空腔61。因此，多個空腔61構(gòu)成波紋狀副 構(gòu)造600?；蛘撸瑩Q言之，第二主體60被布置形成波紋狀副構(gòu)造600。光分布器30—起—— 作為構(gòu)造300——構(gòu)成波紋狀物308 ；同樣，所述空腔61 (和突出物65)構(gòu)成波紋狀物(以 標記608示出)。波紋狀副構(gòu)造600包括波紋狀物608?？涨?1和光分布器30優(yōu)選地具 有基本上對應(yīng)的形狀?；蛘撸@也可定義為波紋狀物308和波紋狀物608優(yōu)選地具有對應(yīng) 的結(jié)構(gòu)。
在圖7a中，波紋狀物308的形狀為拋物線形，并且波紋狀物608的形狀也為拋物線形。在圖7b中，波紋狀物308的形狀為楔形(或V形)，并且波紋狀物608的形狀也為楔 形(或V形)。因此，在一個具體的實施方案中，波紋狀構(gòu)造300的波紋狀物308和波紋狀 副構(gòu)造600的波紋狀物608獨立地具有選自拋物線形、類正弦形、楔形和矩形波的形狀。優(yōu) 選地，所述形狀是對應(yīng)的(并因此不是獨立的)。圖7a和7b中的光分布器30均具有開放 的頂面38，并具有空腔35 (在本文中也表示為光分布器空腔35)。
特別地，構(gòu)造300和第二主體60的布置可提供——優(yōu)選地基本上平行的——用于 容納水性液體20的通道64，其中通道64因此優(yōu)選地具有基本上為拋物線形、類正弦形、楔 形或阻斷波形的形狀。阻斷波形是類似于板樁形的形狀。這樣，光生物反應(yīng)器1的布置可 在與通道64基本上平行的方向上形成一股包含光合培養(yǎng)物21的水性液體20的液流。
在一個特別的實施方案中，構(gòu)造300和第二主體60——或者更優(yōu)選地，波紋狀構(gòu) 造300和波紋狀副構(gòu)造600——是一體反應(yīng)器(以標記360示出)。參照圖7a和7b，光生 物反應(yīng)器1基本上由一體反應(yīng)器360構(gòu)成，所述反應(yīng)器主體基本上由構(gòu)造300和第二主體 60構(gòu)成，更特別地基本上由波紋狀構(gòu)造和波紋狀副構(gòu)造600構(gòu)成，所述波紋狀構(gòu)造和波紋 狀副構(gòu)造的布置可提供(基本上平行的)液體20的通道64。這樣，提供(一個或多個)通 道64，其還可被限定為一種內(nèi)部通道，即在反應(yīng)器主體360內(nèi)部。光線穿過所述光分布器并 進入液體20。一體反應(yīng)器360的優(yōu)點是所述反應(yīng)器可相對容易地生產(chǎn)、加工、運輸、與其他 反應(yīng)器主體連接和使用。這種包含反應(yīng)器360的光生物反應(yīng)器1可簡單地布置在表面如沙 漠表面、(其他)荒地表面、海灘、水域(例如海洋或湖泊)上的漂浮結(jié)構(gòu)物等上。
反應(yīng)器主體360可通過不同方式制造。例如，構(gòu)造300和副構(gòu)造600可獨立地制 造并可裝配成一個構(gòu)造(即反應(yīng)器主體360)。在另一個有利的實施方案中，構(gòu)造300和第 二主體60是擠壓成的反應(yīng)器主體360。
因此，在一個實施方案中，本發(fā)明還提供包含波紋狀構(gòu)造300和波紋狀副構(gòu)造600 的反應(yīng)器主體360，其中所述波紋狀構(gòu)造300和波紋狀副構(gòu)造600的布置在波紋狀構(gòu)造300 和波紋狀副構(gòu)造600之間提供(基本上平行的)通道64以容納包含光合培養(yǎng)物21的水性 液體20。如上面提到的，優(yōu)選地，波紋狀構(gòu)造300的波紋狀物308和波紋狀副構(gòu)造600的波 紋狀物608 (獨立地)具有選自拋物線形、類正弦形、楔形和矩形波的形狀。
為了進一步討論，只描繪了拋物線形的波紋狀物308和608。然而，下面描述和描 繪的實施方案不限于這些實施方案。
圖7c示意性地描繪了波紋狀物308被透明蓋子301封閉的實施方案。這樣，此 透明蓋子可包括布置用于接收光線40的(一個或多個)表面31。此外，空腔35被此蓋子 301 “遮蓋”。圖7d示意性地描繪了作為實體的波紋狀結(jié)構(gòu)300，其具有波紋狀物308和基 本上平的頂面，所述頂面可再布置以接收光線(并因此包括(一個或多個)布置用于接收 光線40的表面31)。此處所述光線分布器為實體(無空腔35)。
圖7e示意性地描繪了光生物反應(yīng)器1的一個實施方案，所述反應(yīng)器包括具有實 體光分布器30的一體反應(yīng)器360，其中波紋狀構(gòu)造300和波紋狀副構(gòu)造600構(gòu)成一體反應(yīng)ο
圖7f示意性地描繪了與圖Ia中所示基本上相同的光生物反應(yīng)器1，但這個是以透 視圖的形式。此外，光生物反應(yīng)器1被布置在支撐結(jié)構(gòu)15上。這可使光生物反應(yīng)器1得以 布置，此處可以波紋狀物608作為底部。
圖8(以俯視圖)示意性地描繪了包括多個光生物反應(yīng)器1的光生物反應(yīng)器1的 一個實施方案，為便于理解(只)以4個生物反應(yīng)器1 (以標記Ia-Id示出)描繪該實施方 案。特別地反應(yīng)器主體360可容易地串聯(lián)布置。這種光生物反應(yīng)器1可被布置為相互直接 接觸，但也可使用輔助管道來將相鄰(串聯(lián))布置的光生物反應(yīng)器1(此處分別為Ia-Ib和 lc-ld)的通道64彼此連接。
所述光分布器30，因此以及波紋狀構(gòu)造300，任選地以及波紋狀副構(gòu)造600，可具 有對稱的但也可具有不對稱的光分布器。這樣，最佳光內(nèi)耦合取決于使用光生物反應(yīng)器1 的目標高度。此外，如上面提到的，優(yōu)選地波紋狀構(gòu)造300——以及任選地以及波紋狀副構(gòu) 造600——優(yōu)選地被布置為各自距離為(d)的凸凹配置，從而形成(一個或多個)通道64。
接下來的附圖示出了所述光分布器的多個實施方案，及其在光生物反應(yīng)器中的應(yīng) 用，所述光生物反應(yīng)器可使用有限量的原材料以低廉的方式制造。此外，其可以大量生產(chǎn)方 法例如真空成型、吹塑和注模來制造。為此目的，所示出的光分布器是薄壁的。它們因裝有 液體而基本上保持它們的形狀。所述光分布器的壁可在一個實施方案中為彈性體材料，并 可在另一實施方案中為半剛性塑料材料。其可為可為彈性的膜或箔。因此所述材料可通過 注入的液體135使所述光分布器獲得類似氣球的形狀?？梢赃@種方式選擇此注入液體從而 使所述光分布器被適當?shù)囟ㄏ?，其中其光線發(fā)出表面位于含有所述光合培養(yǎng)物的水性液體 之下。所述光分布器可具有上述特征中的任何一個?？蓪⒍鄠€光分布器連接以形成光分布 器組件。
在圖9所示的實施方案中，連接了多個光分布器30以形成光分布器組件。在圖9 中，示出了兩個光分布器30。此處這些光分布器30為延長的楔形。它們包含薄的、透明的 或半透明材料的壁。所述壁構(gòu)成了裝有流體的空腔。在一個實施方案中，光分布器30可包 含多個空腔。所述一個或多個空腔可為液密性的。所述一個或多個空腔中的每一個都可具 有所述流體135的進口和出口。這使得流體135可進行循環(huán)。這可防止所述光分布器中會 降低所述光分布器效率的生物膜的形成。此外，所述光分布器還可調(diào)節(jié)密度從而調(diào)節(jié)其位 置。
在一個實施方案中，這些光分布器30可具有由彈性體材料制成的壁。在這一實 施方案中，光分布器30可裝有壓力高于所述包含光合培養(yǎng)物21的水性液體的壓力的流體 135，或者以使所述彈性體材料或多或少伸展的方式裝有流體135。這可確定光分布器30的 形狀，所述形狀類似氣球。在這些實施方案的大多數(shù)中，流體135是透明或半透明的液體， 例如基于水，或者例如甘油。出于安全考慮，經(jīng)常使用低度鹽水(slightly salted water) 0 通常會將鹽的濃度設(shè)定為使密度比包含光合培養(yǎng)物的水性液體的密度稍大一點。
在一個實施方案中，所述液體具有與水的密度差不多的密度。在一個實施方案中， 以這種方式選擇流體材料的密度以使光線接收表面31延伸出包含光合培養(yǎng)物21的水性液 體的表面之上，并且光線發(fā)出表面532遠低于包含光合培養(yǎng)物21的水性液體的表面。
形成光線接收表面31和光線發(fā)出表面532的壁或者所述光分布器的一個或多個 空腔的壁可例如由上述彈性體材料制成。在此實施方案中，所述彈性體壁可預(yù)成形。在 另一實施方案中，所述壁可由塑料材料制成。所述材料可為塑料箔，例如ΡΕ、PP、PET(如 Mylar )等等的塑料箔。此箔可具有約50微米至約2毫米的厚度。在這些實施方案中， 所述光分布器通過填充所述光分布器的流體135而保持形狀。所述箔可使用例如真空成型技術(shù)預(yù)成形。如果需要這些光分布器尺寸更大，可選擇更厚的材料。在一個實施方案中，所 述箔是柔性的和預(yù)成形的。光分布器30可通過填充光分布器30的流體135而保持其形狀。 在一個實施方案中，流體135在使所述箔伸展的壓力下被注入，將它像氣球一樣填充。
光分布器30使用框架彼此相連或連接。在圖9的實施方案中，所述框架包含連接 于光分布器30的線900。所述線900可例如經(jīng)連接于所述光分布器的環(huán)而相連。在另一 實施方案中，線900可為或包含與光分布器的進口和出口相連的管900。這樣，不同光分布 器30的進口和出口可相互連接。這樣，填充光分布器30的流體135材料可流過所述光分 布器。在此實施方案中，光分布器30具有進口 901和出口 902。這樣，可防止所述光分布器 的內(nèi)表面上可減少光線分布的例如藻類或生物膜的生長。在光分布器30裝有的流體135 為水或水基(例如鹽水)的情況下尤其如此。所述線可在一個非常簡單的實施方案中為繩 子，例如由尼龍、芳香族聚酰胺或其他廣為人知的材料制成的繩子。線900可固定在點901、 902處以保持所述光分布器處于適當?shù)奈恢谩?br> 圖10示出了包含棱錐形光分布器30的光分布器組件的一個實施方案。同樣，所 述光分布器為薄壁的且裝有流體。應(yīng)明了，所述光分布器可具有任意形狀，例如在本說明書 的實施方案中所述的形狀。同樣，這些光分布器30是相互連接的。在此實施方案中，所述 光分布器通過使得流體135從一個光分布器流至另一個光分布器的線或管900相互連接。 以一種保持所述光分布器位于水性液體21中合適位置的方式選擇所述連接。也可能或接 下來可能用流體135裝入光分布器30，這可使光分布器30漂浮在水性液體21中，其中光線 接收表面31位于水性液體21之上而光線發(fā)出表面532位于水性液體21之下。因此，所述 液體的密度可稍低于所述水性液體的密度，例如低約5% -20%。因此，包括光線接收表面 31的一小部分會露出所述水性液體表面之上。
在圖Ila中所示的實施方案中，示出了一種光分布器組件的仰視圖。在此實施 方案中，提供了柔性或彈性聚合物材料的第一層1001。此外，還提供了具有空穴的第二層 1002。在此實施方案中，所述空穴為棱錐形。在本說明書中提到的其他形狀也是可行的。例 如，非常簡單的形狀可為球形、部分球形或半球形?；蛘?，光分布器可為圓柱形或甚至矩形。 實際上，在一個實施方案中，所述光線發(fā)出表面是所述光線接收表面的盡可能大的倍數(shù)。這 樣，所述光分布器組件即與相連的光分布器30通過薄片材料整體成型。為了進一步節(jié)省材 料，可除去光分布器30之間的材料。
在圖lib中描繪了在圖Ila中示出的截面。第一層1001和第二層1002都被清楚 地標出。這些層可由熱塑性材料制成，這使得可容易地形成和連接這些層。
圖12示出了光分布器30的一個實施方案，在此實施方案中光分布器30由兩個以 液密性方式連接的部分910、910’構(gòu)成。這兩個部分910、910’可使用模塑技術(shù)形成，也可 通過包裝領(lǐng)域中所已知的深拉技術(shù)形成。這兩個部分——例如通過在接縫911處加熱—— 密封在一起。它們也可例如膠粘在一起。接著，將上面已述的液體裝入所述光分布器。
在圖13中描繪了一個光生物反應(yīng)器的截面。在此實施方案中，可使用例如圖Ila 和lib的光分布器組件。然而也可想到使用另一種等效的光分布器裝置。這些圖的光分布 器中的兩個可以此實施方案所示的方式連接在一起。也可以另一種方式使這些光分布器相 互保持適當?shù)奈恢?，從而它們之間保持可裝有水性液體21的中間間隔。這兩個部分通過 間隔物1010以約1的距離保持在一起。這些間隔物1010可為成脊狀的，或者它們可為繩纜。水性液體21可流動。
圖14示出了光分布器30的多種形狀，所述光分布器包含部分浸沒在所述含有光 合培養(yǎng)物21的水性液體中的、裝有流體的、透光的漂浮體。在此圖中描繪的所述光分布器 具有選自近方塊形、楔形和球形的形狀。這些漂浮體是裝有液體的。它們具有薄的聚合物 膜壁，例如已經(jīng)討論過的Mylar 或等效材料的壁。它們可通過校正部件保持它們的位 置。此校正部件可包含連接在所述生物反應(yīng)器中的線1010?；蛘?，其可為連接于所述漂浮 體的部件1020或例如通過整體塑模而形成的所述漂浮體的部件。此部件1020可具有比水 性液體21的密度大的密度。所述漂浮體可以本說明書中上述任何方式相互連接，以形成光 分布器裝置。在一個實施方案中，可使用裝有水或低度鹽水的mylar 氣球，所述低度鹽 水是指鹽含量比所述水性液體的鹽含量稍高的鹽水。作為一種替代，甚至還可想到使用位 于容納含光合培養(yǎng)物的水性液體的水池底部上的裝有流體的氣球。然后這些氣球從部分延 伸出表面或所述水性液體之上到至少剛好沒在所述水性液體的表面下。它們可延伸至此 表面之上。這樣，它們捕獲最佳量的光線。這些氣球裝有透光流體135，優(yōu)選地一種透明流 體。因此，接收光線被透射到所述水性液體內(nèi)部的深處。根據(jù)在所述水性液體中所述光分 布器的所需構(gòu)型，此流體135可具有與所述水性液體相同的密度，但其密度也可高于或低 于所述液體的密度。當靠在底部上時(例如圖14中最右邊的構(gòu)型)，它們的位置基本被限 定。此液體可為水或甘油等。這些氣球可具有本說明書中所述的形狀，例如基本上為球形、 圓柱形、方塊形、棱錐形的形狀。如上面提到的，在一個優(yōu)選實施方案中，(一個或多個)光 分布器30包含(一個或多個)基本上為球形的光分布器30 (見圖14中左邊的兩個實施方 案)。
因此，本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明生產(chǎn)方法獲得的光合培養(yǎng)產(chǎn)物。特別地，藻類脂質(zhì) 為貯存脂質(zhì)和膜脂質(zhì)的混合物。二十碳五烯酸(高價值藻類衍生的脂質(zhì)產(chǎn)物之一)主要以 糖脂類和磷脂類的形式存在于微藻中。當從本發(fā)明的光生物反應(yīng)器1中收獲微藻時，由于 細胞很可能處在指數(shù)生長期，因此二十碳五烯酸(EPA)可主要以膜脂質(zhì)而不是貯存脂質(zhì) 的形式存在。由于膜脂質(zhì)比貯存脂質(zhì)豐富得多，因此所培養(yǎng)的細胞可更有效率地提供所需 的產(chǎn)物。在所述光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)的微藻(特別是微綠球藻)可具有約40重量％或更 多的糖-二乙?；视王ズ土姿?二乙酰基甘油酯形式的脂質(zhì)，以及至少約5重量％、特別 地至少約10重量％的EPA構(gòu)成的脂肪酸。與在現(xiàn)有光生物反應(yīng)器中于非指數(shù)生長條件下 生長的其他生物相比，在本發(fā)明光生物反應(yīng)器中生長的生物達到并保持指數(shù)生長。因此用 本發(fā)明光生物反應(yīng)器生產(chǎn)的光合生物(藻類或其他)表現(xiàn)出獨特的高生產(chǎn)力產(chǎn)率的特性以 及提高的合成所需產(chǎn)物的效率。
應(yīng)注意的是，上面提到的實施方案是為了舉例說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù) 人員能夠在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計許多替代性實施方案。在所述權(quán)利要 求中，任何置于括號中的附圖標記都不應(yīng)理解為限制所述權(quán)利要求。使用動詞“包括”不排 除權(quán)利要求中所述元素或步驟以外的元素或步驟的存在。元素前的詞“一”或“一個”不排 除多個所述元素的存在。本發(fā)明可借助包括多個不同元件的硬件并借助合適編程的計算機 實施。在列舉多種裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的多種都可為硬件中的一種和相同 項所體現(xiàn)。某些方法在彼此不同的從屬權(quán)利要求中被陳述的簡單事實不代表這些方法的組 合不能用于產(chǎn)生良好效果。
本文中的術(shù)語“基本上”會為本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。術(shù)語“基本上”也可包括帶 有“完全地”、“全部地”、“所有”等的實施方案。因此，在實施方案中，副詞“基本上”也可 被刪掉。在適用時，術(shù)語“基本上”還可涉及90%或更高、例如95%或更高、特別是99%或 更高、甚至更特別是99. 5%或更高、包括100%。術(shù)語“包括”也包括其中術(shù)語“包括”意指 “由...構(gòu)成”的實施方案。
本文尤其對操作過程中的光生物反應(yīng)器、光分布器和構(gòu)造進行了描述。如會為本 領(lǐng)域技術(shù)人員所明了的，本發(fā)明不限于操作方法或操作中的設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種包括水性液體00)和至少一個光分布器(30)的光生物反應(yīng)器(1)，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物(21)，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線00)的光線接 收表面(31)和至少一個布置用于發(fā)出至少部分接收光線GO)的光線發(fā)出表面(532)，其中 至少部分光線發(fā)出表面(53 浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)中，并且所述 光分布器(30)包含至少一個包括彈性體材料壁的裝有流體的密封空腔，所述流體(135)和 使用的彈性體材料將光線從所述光線接收表面(31)透射到所述光線發(fā)出表面(532)。
2.權(quán)利要求1的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述流體(135)具有高于環(huán)境壓力、特別是高 于大氣壓的壓力，以保持所述光分布器(30)的形狀。
3.權(quán)利要求1或2的光生物反應(yīng)器(1)，包含多個所述光分布器(30)，其通過框架彼此 相連。
4.權(quán)利要求1、2或3的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述一個或多個光分布器(30)包含所 述流體(135)的進口和出口。
5.權(quán)利要求4的光生物反應(yīng)器(1)，包含多個所述光分布器(30)，它們通過所述進口和 所述出口彼此相連，并且所述進口與所述出口流體連接，以使所述流體(13 流過多個所 述光分布器(30)。
6.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述流體(135)的密度低于所述水 性液體00)的密度。
7.權(quán)利要求1-5中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述流體(135)的密度低于所述水 性液體00)的密度。
8.權(quán)利要求6的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)在所述水性液體00)中延 伸最遠的部分的密度高于所述水性液體OO)的密度。
9.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)在所述水性液體 (20)中延伸最遠的部分具有一個校正部件。
10.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)由具有空穴的 塑料薄片形成，所述空穴構(gòu)成延伸入含有光合培養(yǎng)物的所述水性液體中的所述光線 發(fā)出表面的至少一部分。
11.權(quán)利要求9的生物反應(yīng)器(1)，其中所述空穴是在所述塑料薄片中真空成型的凹陷。
12.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器包含延伸入所述含 有光合培養(yǎng)物的水性液體中的尖端，其中所述尖端的密度使得當所述光分布器漂浮 在所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中時，所述光分布器尖端向下沒入所述含有光合 培養(yǎng)物的水性液體中。
13.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)由具有空穴的 塑料薄片形成，所述空穴構(gòu)成延伸入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的所述光線 發(fā)出表面的至少一部分，并且其中所述空穴是在所述塑料薄片上經(jīng)吹塑或注模而形成的凹 陷。
14.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)包括基本上 為球形的光分布器(30)。
15.一種包括水性液體OO)和至少一個光分布器(30)的光生物反應(yīng)器(1)，所述水性液體包含光合培養(yǎng)物(21)，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線00)的光線接 收表面(31)和至少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件，其具有至少一個布置用于發(fā) 出至少部分接收光線GO)的光線發(fā)出表面(532)，其中至少部分光線發(fā)出表面(532)浸沒 在包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)中，所述光分布器(30)的所述延伸部件包含至少 一個裝有流體的密封空腔，所述密封空腔由至少兩個密封在一起以形成所述空腔的塑料箔 部件構(gòu)成。
16.一種包括水性液體00)和至少一個光分布器(30)的光生物反應(yīng)器(1)，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物(21)，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線00)的光線接 收表面(31)和至少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件，其具有至少一個布置用于發(fā) 出至少部分接收光線GO)的光線發(fā)出表面(532)，其中至少部分光線發(fā)出表面(532)浸沒 在包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)中，并且其中所述光分布器(30)的所述延伸部分 含有至少一個由至少一個具有空穴的塑料薄片形成的裝有流體的密封空腔，所述空穴構(gòu)成 延伸入所述含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的所述光線發(fā)出表面的至少一部分。
17.—種包括水性液體00)和至少一個光分布器(30)的光生物反應(yīng)器(1)，所述水性 液體包含光合培養(yǎng)物(21)，所述光分布器包含至少一個布置用于接收光線GO)的光線接 收表面(31)和至少一個延伸入所述水性液體中的延伸部件，其具有至少一個布置用于發(fā) 出至少部分接收光線GO)的光線發(fā)出表面(532)，其中至少部分光線發(fā)出表面(532)浸沒 在包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)中，其中所述光分布器(30)包含部分浸沒在所述 含有光合培養(yǎng)物的水性液體中的、裝有流體的、透光的漂浮體。
18.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器，還包括包含多個所述光分布器(30)的構(gòu) 造(300)，其中所述構(gòu)造(300)包含在一個波紋狀構(gòu)造(300)中的多個光分布器(30)，并且 其中所述光分布器(30)為波紋狀物(308)。
19.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，還包含第二主體(60)，所述第二主體 (60)包含多個具有錐面(6 的空腔(61)，其中所述光分布器(30)和所述第二主體(60) 按照如下構(gòu)造布置所述光分布器(30)至少部分布置在所述空腔(61)中，并且在所述第 二主體(60)的空腔(61)的錐面(62)與所述光分布器(30)的錐面(32)之間有一段距離 (d2)，其中所述多個空腔(61)構(gòu)成波紋狀副構(gòu)造(600)，并且其中所述空腔(61)和所述光 分布器(30)優(yōu)選地具有基本上對應(yīng)的形狀。
20.權(quán)利要求18和19的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述構(gòu)造(300)和所述第二主體(60) 為一體反應(yīng)器(360)。
21.權(quán)利要求20的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述構(gòu)造(300)和所述第二主體(60)為擠 壓成的反應(yīng)器主體(360)。
22.權(quán)利要求18-21中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述構(gòu)造(300)和所述第二 主體(60)的布置可提供基本上平行的容納包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)的通道 64)。
23.權(quán)利要求22的光生物反應(yīng)器(1)，其中生物反應(yīng)器(1)的布置可在與通道(64)基 本上平行的方向上形成一股包含光合培養(yǎng)物的水性液體00)的液流。
24.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)具有選自拋 物線形和類棱錐形的形狀。
25.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)具有選自拋 物線形、類正弦形和楔形的形狀。
26.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中至少部分錐面(32)包含布置用 于將至少部分所述接收光線GO)反射回所述光分布器(30)的反射器(33)。
27.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，包括多個光分布器(30)，其中每容器 (10)中有10-1000個光分布器(30)。
28.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述光生物反應(yīng)器(1)是一種封 閉的光生物反應(yīng)器(1)。
29.前述權(quán)利要求中任一項的光生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)為具有含有 液體(135)的光分布器空腔(35)的中空體。
30.前述權(quán)利要求中任一項的生物反應(yīng)器(1)，其中所述光分布器(30)具有基本上為 球形的形狀。
31.一種生產(chǎn)光合培養(yǎng)物的方法，包括向權(quán)利要求1-30中任一項的光生物反應(yīng) 器(1)的容器(10)提供水性液體00)和光合培養(yǎng)物；提供權(quán)利要求1-30中任一項定 義的光分布器(30)；將一個或多個所述光分布器(30)的一個或多個錐形表面(3 的至少 部分浸沒在包含光合培養(yǎng)物00)的水性液體00)中；并向一個或多個所述光分布器(30) 的布置用于接收光線的一個或多個表面(31)提供光線00)。
32.權(quán)利要求31的方法，還包括在容器(10)中提供一股在包含光合培養(yǎng)物的水 性液體00)中的液流。
33.權(quán)利要求31-32中任一項的方法，其中所述光合培養(yǎng)物包括藻類。
34.光合培養(yǎng)物，通過權(quán)利要求31-33中任一項的方法生產(chǎn)。
35.權(quán)利要求34的光合培養(yǎng)物，其中所述光合培養(yǎng)物包括藻類。
36.權(quán)利要求34的光合培養(yǎng)物，其中所述光合培養(yǎng)物包括微藻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括水性液體和光分布器(30)的光生物反應(yīng)器，所述水性液體包含光合培養(yǎng)物。每個光分布器都具有布置用于接收光線的表面和布置用于發(fā)出至少部分接收光線的表面。至少部分所述表面浸沒在包含光合培養(yǎng)物的水性液體中。所述光分布器的壁限定了裝有液體的空腔。
文檔編號C12M1/00GK102037118SQ200880129300
公開日2011年4月27日 申請日期2008年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者E-J·西韋爾斯, G·F·沃利 申請人:費伊肯有限公司