專利名稱：一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的反應區(qū)裝置和帶有反應區(qū)裝置的光反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光能生物培養(yǎng)領域，尤其涉及一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置。
背景技術：
在現(xiàn)有的光能生物培養(yǎng)領域，通常采用的培養(yǎng)裝置是光反應器，光反應器通常應用于藻類、光合細菌、蘚類或其他植物細胞培養(yǎng)的工業(yè)化生產，這些微生物可以利用光能將 CO2和水轉化為各種有機物，具有光合作用效率高、環(huán)境適應性強、繁殖快、生長周期短、不占用耕地、可大規(guī)?；?、自動化控制培養(yǎng)(生產)等特點?，F(xiàn)有的光反應器通常采用的是平板式光生物反應器，這種光反應器具有光照比表面積大、光照利用率高、混合均勻，氧解析快、放大相對容易等優(yōu)點，因此以平板式光生物反應器作為基礎結構具有一定的優(yōu)勢，較其他類型封閉式光反應器更有發(fā)展前景、更易實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的應用。而在現(xiàn)有的平板式光生物反應器中，通常采用的反應器的反應區(qū)內的隔板結構都是交錯設置的等長度隔板，這種設置使得料液和氣體之間的反應不夠充分，同時，對廢棄料液的處理不夠便利，而且裝置不易清洗的缺點，同時，氣體的流量和料液的流通由于處理的不便利也可能造成裝置的堵塞等不可預知的情形，因此，亟待提供一種能夠克服上述現(xiàn)有制作技術和工藝中存在的各種缺陷的光反應器的光反應區(qū)裝置。
實用新型內容為了克服上述的上述現(xiàn)有制作技術和工藝中存在的各種缺陷，本實用新型提出了一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置。其中，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中，所述光反應區(qū)裝置位于光反應器內，所述光反應器包括光反應器主體，可轉動的機械軸和支撐底座，所述光反應器主體是具有受光面的立方體封閉式結構，并通過所述可轉動的機械軸與所述支撐底座連接；其中所述光反應區(qū)裝置位于光反應器的主體內，其特征在于所述光反應區(qū)具有并行設置的長隔板和短隔板結構；所述光反應器主體由兩個受光面、頂部邊框和底部邊框，以及左側邊框和右側邊框組成；所述長隔板結構的一端與所述光反應器主體的底部邊框的內表面密封連接，側面與光反應器主體的內面密封連接，另一端與光反應器主體的頂部邊框的內表面間隔一定距離Dl ；所述短隔板結構與所述長隔板結構并行設置，所述短隔板的側面與反應器主體的內面密封連接，所述短隔板與所述底部邊框的內表面間隔一定距離d，而與所述頂部邊框的內表面間隔一定距離D2，其中D2 > D1。根據本實用新型的另一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板為一條，而短隔板為多條。[0013]根據本實用新型的再一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板位于所述光反應器主體內部的一端，而多條短隔板與所述長隔板并行設置，且位于光反應器主體內部的另一端。根據本實用新型的另外一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板為兩條，而短隔板為多條。根據本實用新型的又一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板位于所述光反應器主體內部的兩端，而多條短隔板與所述長隔板并行設置，且均勻分布于所述的兩條長隔板之間。根據本實用新型的再一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的反應區(qū)結構反應區(qū)配置中所述的長隔板和短隔板為多條，且平均分布于光反應器內。根據本實用新型的另一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板和短隔板相對于反應區(qū)的中線對稱分布。根據本實用新型的又一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中所述的長隔板和短隔板上具有氣孔結構。根據本實用新型的再一個優(yōu)選實施例，所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置中相對于反應區(qū)的中線，最外側的長隔板上無氣孔結構。根據本實用新型的另一個方面，公開了一種包含上述光反應區(qū)裝置的光反應器， 其中所述光反應器包括光反應器主體，可轉動的機械軸和支撐底座，其特征在于所述光反應器主體是扁平狀立方體封閉式結構，并通過氣體進出口和物料進出口與外部系統(tǒng)連接，所述光反應器主體由兩個受光面面板、頂部邊框和底部邊框，以及左側邊框和右側邊框組成，所述頂部邊框、底部邊框，左側邊框和右側邊框用于固定兩個受光面面板；所述光反應器主體的底部邊框通過所述可轉動的機械軸與所述支撐底座連接；如上述的光反應區(qū)裝置，所述光反應區(qū)被長隔板左右分割為液體上升區(qū)域和液體下降區(qū)域；所述光反應器主體具有進氣口和出氣口，進氣口位于所述光反應器液體上升區(qū)域一側的邊框上，出氣口位于光反應器主體的頂部邊框上；所述光反應器主體具有進料口和出料口，進料口與進氣口同側設置，出料口位于液體下降區(qū)域一側的邊框上。根據本實用新型的一個優(yōu)選實施例，其中所述的光反應器中所述的在所述液體上升區(qū)域的底部設置有氣體分布器，所述氣體分布器通過進氣口與外部進氣管路連接。本實用新型公開的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應器和光反應區(qū)裝置可以實現(xiàn)在光能生物培養(yǎng)過程中，在所述反應區(qū)內的反應物的反應比表面積大、通氣性好以及反應物混合均勻、循環(huán)性好的優(yōu)點。

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯，其中圖1是根據本實用新型的一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)中包含光反應區(qū)裝置的光反應器的整體結構示意圖。圖2是根據本實用新型的一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置的俯視圖。圖3是根據本實用新型的另一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置的俯視圖。附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
具體實施方式
為了更好地理解和闡釋本實用新型，下面將參照圖1-3對本實用新型作進一步的詳細描述。圖1是根據本實用新型的一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)中包含光反應區(qū)裝置的光反應器的整體結構示意圖。如圖1所示，光反應器包括光反應器主體100，機械軸結構102和支撐底座200。所述光反應器主體100通過機械軸結構102與支撐底座200 連接。所述光反應器主體100是扁平狀立方體封閉式結構，通過氣體進出口 107、108和物料進出口 109、110與外部系統(tǒng)連接。所述光反應器主體由兩個受光面面板101、頂部邊框 1101和底部邊框1102，以及左側邊框1103和右側邊框1104組成。所述頂部邊框1101、底部邊框1102，左側邊框1103和右側邊框1104用于固定兩個受光面面板101。所述支撐底座200是立方體中空結構。所述光反應區(qū)1056位于光反應器的主體100內，用于培養(yǎng)光合微生物和收集光合微生物的產物。光反應區(qū)1056中具有并行設置的長隔板結構103和短隔板結構104，所述光反應區(qū)1056位于光反應器的主體100內，所述光反應區(qū)1056由液體上升區(qū)域105和液體下降區(qū)域106構成。所述長隔板結構103的一端與所述光反應器主體100的底部邊框1102的內表面密封連接，側面與光反應器主體100的內面密封連接，另一端與光反應器主體100的頂部邊框1101的內表面間隔一定距離D1。所述短隔板結構104與所述長隔板結構103并行設置，所述短隔板104的側面與反應器主體110的內面密封連接，所述短隔板104與所述底部邊框1102的內表面間隔一定距離d，而與所述頂部邊框1101的內表面間隔一定距離 D2，其中D2 > D1。具體距離間隔大小可參見圖2所示。制作長隔板103和短隔板104的材料通常采用金屬材料，例如不銹鋼、鋁等，也可以采用防腐蝕性較好的化學材料等。根據不同的反應物類型和光反應環(huán)境，可以對材料進行多種選擇。在所述光反應器主體100的底部邊框一側設置有氣體分布器111，在右側邊框 1104—側設置有進氣口 107，在頂部邊框一側設置有出氣口 108。在所述光反應器的實際操作和運行過程中，通過外部進氣管路，如噴氣泵等。氣體利用進氣口 107進入氣體分布器 111，而后通過氣體分布器111表面的氣孔噴出，而后與反應物(如料液)混合，發(fā)生反應。 氣體分布器111通常的形狀為扁平狀，其內為中空設置。其中，在所述氣體分布器111的一個側面上布有多個小孔，用于出氣。優(yōu)選地，氣體分布器111為延長至或接近長隔板103端的散氣管(如圖所示)，散氣管的左右兩側設置有一排散氣孔(圖中未示出)。在所述光反應器主體100位于短隔板一側的底部邊框設有進料口 109。水或培養(yǎng)液可以通過水泵等供水系統(tǒng)進入循環(huán)系統(tǒng)(屬外部系統(tǒng)，圖中未示出)，反應物(光能微生物和/或養(yǎng)料)通過管路系統(tǒng)(屬外部系統(tǒng)，圖中未示出)與水混合，而后通過進料口進入光反應器主體100。當氣體通過管路和反應物(光能微生物和/或養(yǎng)料)進入光反應器主體100后，由于氣體的作用，料液被不斷攪拌并在光反應器主體100的光反應區(qū)1056的液體上升區(qū)域105發(fā)生充分反應，而后氣體到達光反應器主體100的氣體收集區(qū)(圖示的液體上升區(qū)域105上部的空間)，從出氣口 108排出，有用氣體經過收集處理。在所述光反應器主體100位于長隔板103 —側的底部邊框1102設有出料口 110。用于培養(yǎng)藍藻等光能生物的培養(yǎng)液通過進料口 109進入光反應器主體100，在液體上升區(qū)域105從反應器底部上升，至高于長隔板103時流入液體下降區(qū)域106，并通過出料口 110流出。在本實用新型中，培養(yǎng)的光合微生物或其它微生物或植物在培養(yǎng)液中進行繁殖和光反應，因此培養(yǎng)液停留在光反應器內的部分即構成所述光反應器主體100的光反應區(qū) 1056。外部進氣管路提供的氣體通過氣體分布器111進入光反應區(qū)1056，攜帶從光合微生物或其它微生物或植物產生的氣體上升，從培養(yǎng)液釋放，進入所述光反應器主體100的頂部空間，即氣體收集區(qū)。優(yōu)選的，液體上升區(qū)域105的邊框上也設置出料口(圖中未示出)。在培養(yǎng)過程中液體上升區(qū)域的邊框上設置的出料口關閉，而只在清洗反應器的時候使用。也就是說，在需要清洗反應器(例如發(fā)現(xiàn)微生物出現(xiàn)污染或大量死亡而沉淀的時候)，就停止在進料口的輸入，并打開液體上升區(qū)域的邊框上設置的出料口，放出培養(yǎng)液。這種設計大大增加了清洗反應器的效果和效率。根據本實用新型的一個方面，在光反應器主體100的頂部邊框1101上設置有多個連接口 112(圖示為6個，相對于光反應器主體100的中線對稱分布)，用于連接傳感器裝置。所述傳感器裝置用于測定所述光反應器的主體100的受光照強度、溫度、光反應器主體 100內的氣體含量等信息，由于影響光能微生物的繁殖和生長的因素中，光照和氣體含量是影響光能微生物高密度培養(yǎng)的關鍵因素。光能生物在不同生長狀況下所需要的光照強度和氣體含量不同?；谏鲜鲈恚O置了可轉動的機械軸102，這樣可以通過機械軸結構102 調節(jié)光反應器主體100的角度，達到調節(jié)光反應器主體100的受光面101的受光照強度的效果。支撐底座200如圖所示為立方體框架結構，四個底角可以利用塑料墊腳結構吸附地面，達到支撐光反應器主體100，并固定所述光反應器100的效果。通常支撐底座200利用金屬材料制作，同時在所述支撐底座200的中間區(qū)域可以包含有附屬結構(圖中未示出)， 例如充氣機，水泵等。當然所述附屬結構也可以獨立于上述結構而在支撐底座外部設置。圖2是根據本實用新型的一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置的俯視圖。如圖2所示，光反應器主體100包括受光面101、頂部邊框1101和底部邊框 1102，以及左側邊框1103和右側邊框1104組成，所述頂部邊框1101、底部邊框1102，左側邊框1103和右側邊框1104用于固定受光面101。光反應區(qū)1056(可參見圖1，以下相同)內具有并行設置的長隔板103和多個短隔板結構104，用于培養(yǎng)光合微生物和收集光合微生物的產物。所述光反應區(qū)1056由液體上升區(qū)域105和液體下降區(qū)域106構成(在圖中分別示出)，所述長隔板結構103的一端與所述光反應器主體100的底部邊框1102的內表面密封連接，側面與光反應器主體100的內面密封連接，另一端與光反應器主體100的頂部邊框1101的內表面間隔一定距離Dl。Dl 通常在10-25cm，優(yōu)選15-20cm。所述短隔板結構104與所述長隔板結構103并行設置，所述短隔板104的側面與反應器主體110的內面密封連接，所述短隔板104與所述底部邊框 1102的內表面間隔一定距離d。Dl通常在2-5cm，優(yōu)選3-5cm。所述短隔板104與所述頂部邊框1101的內表面間隔一定距離D2，其中D2 > Dl0 D2通常在15_30cm，優(yōu)選20_25cm。在光反應器主體100內根據培養(yǎng)液被上下劃分為光反應區(qū)1056和氣體收集區(qū) (在液體上升區(qū)域105上部的空間)，另外，所述光反應區(qū)1056被長隔板103左右分割為液體上升區(qū)域105和液體下降區(qū)域106，短隔板104在液體上升區(qū)域105中平行分布，另外，所述長隔板103的側面與光反應器主體100的內面密封連接，各短隔板104與光反應器主體 100的內面密封連接。針對氣體分布器111的功能和作用以及位置在圖1中已經描述，在此不再贅述， 圖2中顯示的氣體分布器111與圖1中相同。其中，當反應物(如料液)通過進料口(圖 2中未示出)進入光反應器主體100時可以選擇直接或間接進入光反應器主體100的光反應區(qū)1056，反應物在外力作用下(例如，可以通過泵等機械裝置提供外力)不斷上升，越過長隔板103的頂端，通過長隔板103與所述光反應器主體100的上部的間隔，在重力作用下下降，進入液體下降區(qū)域106，而后在重力作用下通過出料口流出光反應器主體100外。由于光能生物通常以懸浮態(tài)生活在料液中，所述的短隔板104將光反應區(qū)1056分割成幾個更小的空間，氣體在每個空間中均勻分布，不斷上升，給反應物(如料液)提供充足的氣體，同時對反應物(如料液)起到一個攪拌的作用，達到更好的循環(huán)效果。優(yōu)選地，所述短隔板104上分布有氣孔結構，可以使得短隔板104之間也存在反應物(如料液)之間的混合攪拌反應，從而使得反應物之間進一步發(fā)生二次反應并進一步混合攪拌，達到反應更加充分的效果。圖3是根據本實用新型的另一個優(yōu)選實施例的一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置的俯視圖。如圖3所示，在圖2中已經描述的相同的結構在此不再贅述，其中圖3中的長隔板103的數量是2條，沿光反應區(qū)1056(可參見圖1，以下相同)的中線位置對稱分布，而短隔板104是多條，所述的長隔板103位于所述光反應器主體100的內部的兩端，而多條短隔板104與所述長隔板103并行設置，且均勻分布于所述的兩條長隔板103之間；氣體分布器111的兩端分別與兩條長隔板103密封連接，當然，也可以與兩條長隔板103之間具有一定距離，同時短隔板104上也可以分布有氣孔結構(圖中未示出)。優(yōu)選地，所述長隔板的數量不局限為2條，可以有多條，但是最外側的兩條長隔板上不具有氣孔結構，而中間的長隔板結構可以具有氣孔結構。同時，最外側的兩條長隔板的頂部高于中間的其他長隔板，這樣可以在最外側的兩條長隔板之間的區(qū)域形成一個大的光反應區(qū)，達到反應物之間的充分的反應和循環(huán)攪拌。更加優(yōu)選地，所述中間的長隔板也是對稱均勻分布的，所述的長隔板和短隔板相對于反應區(qū)的中線對稱分布，這樣在最外側兩端的長隔板之間就形成了規(guī)則的光反應區(qū)， 氣體和反應物(如料液)可以從兩側邊框或者底部邊框上的進氣口(未示出)和進料口 (未示出)進入，在規(guī)則的光反應區(qū)中不斷反應、攪拌，達到最佳的充分反應效果。本實用新型公開的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)中的光反應區(qū)裝置正是因為采用了長短不同的隔板布局，使得在光能生物培養(yǎng)過程中，在所述光反應區(qū)內的反應物的反應比表面積大、通氣性好且反應物混合均勻、循環(huán)性好。此外，還公開了一種培養(yǎng)光能生物的方法，該方法使用上述的光反應器結構，實現(xiàn)培養(yǎng)所述光能生物和收集能源物質(如乙醇等替代能源產品)的效果。其中，帶有光能生物的培養(yǎng)液通過進料口進入光反應器主體，在液體上升區(qū)域從反應器底部上升，至高于長隔板時流入液體下降區(qū)域，并通過出料口流出。培養(yǎng)液停留在反應器內的部分即構成所述光反應器主體的光反應區(qū)，培養(yǎng)的光能生物在培養(yǎng)液中進行繁殖和光反應。外部進氣管路提供的氣體(二氧化碳等碳源)通過氣體分布器進入光反應區(qū)，攜帶從光合微生物或其它微生物或植物產生的氣體(如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、氫氣等)或是易揮發(fā)的液體(甲醇、 乙醇等)上升，從培養(yǎng)液釋放，進入所述光反應器主體的頂部空間，即氣體收集區(qū)。氣體從反應器的頂部邊框的出氣口排出和被收集，用于替代能源用途。光合微生物產生的液態(tài)產物由培養(yǎng)液攜帶出反應器，經分離提純裝置收集。對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化涵括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然“包括” 一詞不排除其他部件、單元或步驟，單數不排除復數。系統(tǒng)權利要求中陳述的多個部件、單元或裝置也可以由一個部件、單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。
權利要求1.一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，所述光反應區(qū)位于光反應器內，所述光反應器包括光反應器主體，可轉動的機械軸和支撐底座，所述光反應器主體是具有受光面的立方體封閉式結構，并通過所述可轉動的機械軸與所述支撐底座連接，其中所述光反應區(qū)裝置位于光反應器的主體內，其特征在于所述光反應區(qū)裝置具有并行設置的長隔板和短隔板結構；所述光反應器主體由兩個受光面、頂部邊框和底部邊框，以及左側邊框和右側邊框組成；所述長隔板結構的一端與所述光反應器主體的底部邊框的內表面密封連接，側面與光反應器主體的內表面密封連接，另一端與光反應器主體的頂部邊框的內表面間隔一定距離 Dl ；所述短隔板結構與所述長隔板結構并行設置，所述短隔板的側面與反應器主體的內表面密封連接，所述短隔板與所述底部邊框的內表面間隔一定距離d，而與所述頂部邊框的內表面間隔一定距離D2，其中D2 > D1。
2.如權利要求1所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述的長隔板為一條，而短隔板為多條。
3.如權利要求1或2所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述的長隔板位于所述光反應器主體內部的一端，而所述短隔板與所述長隔板并行設置，且位于光反應器主體內部的另一端。
4.如權利要求1所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述的長隔板為兩條，而短隔板為多條。
5.如權利要求4所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述的長隔板位于所述光反應器主體內部的兩端，而多條短隔板與所述長隔板并行設置，且均勻分布于所述的兩條長隔板之間。
6.如權利要求4或5所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述的長隔板和短隔板相對于反應區(qū)的中線對稱分布。
7.如權利要求1所述的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，其中所述短隔板上具有氣孔結構。
8.一種光反應器，包括光反應器主體，可轉動的機械軸和支撐底座，其特征在于 所述光反應器主體是扁平狀立方體封閉式結構，所述光反應器主體由兩個受光面面板、頂部邊框和底部邊框，以及左側邊框和右側邊框組成，所述頂部邊框、底部邊框，左側邊框和右側邊框用于固定所述兩個受光面面板；所述光反應器主體的底部邊框通過所述可轉動的機械軸與所述支撐底座連接； 權利要求1-7中任一項定義的光反應區(qū)裝置，所述光反應區(qū)被長隔板左右分割為液體上升區(qū)域和液體下降區(qū)域；所述光反應器主體具有進氣口和出氣口，進氣口位于所述光反應器液體上升區(qū)域一側的邊框上，出氣口位于光反應器主體的頂部邊框上；所述光反應器主體具有進料口和出料口，進料口與進氣口同側設置，出料口位于液體下降區(qū)域一側的邊框上。
9.如權利要求8所述的光反應器，其中在所述液體上升區(qū)域的底部設置有氣體分布器，所述氣體分布器通過進氣口與外部進氣管路連接。
專利摘要本實用新型提供了一種光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的光反應區(qū)裝置，所述光反應器包括光反應器主體，可轉動的機械軸和支撐底座，其中所述光反應區(qū)位于光反應器的主體內，其特征在于所述光反應區(qū)具有并行設置的長隔板和短隔板結構；所述長隔板結構的一端與光反應器主體的頂部邊框的內表面間隔一定距離D1；所述短隔板與所述頂部邊框的內表面間隔一定距離D2，其中D2＞D1。本實用新型公開的光能生物培養(yǎng)系統(tǒng)的反應區(qū)裝置具有光反應比表面積大、通氣性好以及反應物混合均勻、循環(huán)性好的優(yōu)點。本實用新型還提供了一種帶有光反應區(qū)裝置的光反應器。
文檔編號C12M1/00GK202272864SQ2011203352
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者徐志農, 范文俊, 鄭曉光 申請人:浙江齊成碳能科技有限公司