多螺線管光生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N多螺線管光生物反應(yīng)器，包括至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管，各螺線形反應(yīng)管限定出沿著所述螺線形反應(yīng)管的長(zhǎng)度的縱向方向、在水平面內(nèi)垂直于所述縱向方向的橫向方向，并且分別具有螺旋外徑、螺旋內(nèi)徑和沿著所述縱向方向的節(jié)距，各螺線形反應(yīng)管的螺旋內(nèi)徑所在的圓柱形表面限定內(nèi)部空間，其中，相鄰的兩個(gè)螺線形反應(yīng)管的內(nèi)部空間在所述橫向方向上相互交叉，并且其中，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管中的第一個(gè)螺線形反應(yīng)管進(jìn)入流經(jīng)所有螺線形反應(yīng)管之后從最后一個(gè)螺線形反應(yīng)管流出的流體通道。
【專利說(shuō)明】多螺線管光生物反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及一種多螺線管光生物反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]微藻細(xì)胞富含糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、色素和生物活性物質(zhì)、和微量元素等多種高附加值的生物物質(zhì)，正在成為人類食品、醫(yī)藥、染料、精細(xì)化工領(lǐng)域的重要材料來(lái)源，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]微藻規(guī)模化培養(yǎng)的核心是光生物反應(yīng)器，目前主要有開放式培養(yǎng)系統(tǒng)和封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)兩種方式。
[0004]開放式培養(yǎng)系統(tǒng)開發(fā)較早、應(yīng)用最普遍。但光能利用率低，受外界環(huán)境因素影響大，易被污染、水分蒸發(fā)大。代表性的開放式光生物反應(yīng)器有跑道式培養(yǎng)池、圓形培養(yǎng)池等。
[0005]相較于開放式培養(yǎng)系統(tǒng)，封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)不容易受污染、節(jié)約水資源、光能利用率高、溫度易于控制、用水量較低、水蒸發(fā)量較小、細(xì)胞密度高，但投資成本高，用電較高(培養(yǎng)液流動(dòng)/攪動(dòng)，溫度控制等)。
[0006]目前的螺旋式光生物反應(yīng)器的螺旋走向主要有水平走向和垂直或與地面成一定角度兩種，這種反應(yīng)器一般包括一體成型的一根柔性螺線形反應(yīng)管，螺線管的節(jié)距很小，內(nèi)部空間內(nèi)設(shè)計(jì)有光源。然而，這種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器空間利用率低、微藻培養(yǎng)生產(chǎn)力低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型通過(guò)多個(gè)螺線形反應(yīng)管相互交叉布置解決了前述缺點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型的目的是避免或減少藻細(xì)胞貼壁沉積，提高培養(yǎng)液的培養(yǎng)效率，最大效率地利用光源進(jìn)而提高微藻培養(yǎng)的生產(chǎn)效率。
[0009]為此目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N多螺線管光生物反應(yīng)器，包括至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管，各螺線形反應(yīng)管限定出沿著所述螺線形反應(yīng)管的長(zhǎng)度的縱向方向(X)、在水平面內(nèi)垂直于所述縱向方向的橫向方向(Y)，并且分別具有螺旋外徑、螺旋內(nèi)徑和沿著所述縱向方向的節(jié)距，各螺線形反應(yīng)管的螺旋內(nèi)徑所在的圓柱形表面限定內(nèi)部空間(A1，A2，A3)，其中，相鄰的兩個(gè)螺線形反應(yīng)管的內(nèi)部空間在所述橫向方向(Y)上相互交叉(即相互部分地嵌套)或相切，并且其中，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管中的第一個(gè)螺線形反應(yīng)管進(jìn)入流經(jīng)所有螺線形反應(yīng)管之后從最后一個(gè)螺線形反應(yīng)管流出的流體通道。
[0010]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，各螺線形反應(yīng)管具有相同的管直徑，也可選擇不同的管直徑；各螺線形反應(yīng)管的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄嗤虿煌?br> [0011]管的直徑選擇多5mm，節(jié)距可為變節(jié)距或等節(jié)距，節(jié)距為多10mm。
[0012]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括至少2個(gè)螺線形反應(yīng)管；各螺線形反應(yīng)管可水平布置、放射狀布置、圓環(huán)型布置、行列式布置或其它任意可布置的方式。通過(guò)上述布置方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于空間的最佳利用率，提高微藻產(chǎn)量。
[0013]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，各螺線形反應(yīng)管通過(guò)串聯(lián)接頭串聯(lián)和/或并聯(lián)接頭并聯(lián)連接。
[0014]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，各螺線形反應(yīng)管具有相同或不同的螺旋外徑和螺旋內(nèi)徑。
[0015]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述多螺線管光生物反應(yīng)器還包括用于使所述多螺線管光生物反應(yīng)器固定防止螺線形反應(yīng)管滾動(dòng)的固定結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，相鄰的兩個(gè)螺線形反應(yīng)管中的任一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在所述縱向方向(X)上偏置，偏置量不大于節(jié)距的二分之一。
[0017]螺線管光生物反應(yīng)器相對(duì)直管式光生物反應(yīng)器，由于流體流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)作用，避免或減少藻細(xì)胞貼壁沉積。根據(jù)本實(shí)用新型的多螺線管光生物反應(yīng)器采用多個(gè)螺線形反應(yīng)管的交叉、偏置式布置結(jié)構(gòu)，能夠提高培養(yǎng)液的培養(yǎng)效率，還能夠最大效率地利用光源并且因而能夠節(jié)省占地面積，增大了微藻培養(yǎng)體積，提高了微藻培養(yǎng)的生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器的示意圖；
[0019]圖2示出了圖1的多螺線管光生物反應(yīng)器的側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面參考附圖描述本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，除非特別指出，相同或功能相似的元件和裝置具有相同的參考標(biāo)記。
[0021]在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“包括”或“具有”是開放性術(shù)語(yǔ)，是指不排外性地包括后面列舉的部件、元件或特征，即，除了包括后面列舉的部件、元件、特征之外，還可能包括其它的部件、元件、特征。
[0022]在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“匝”指螺線形反應(yīng)管延伸旋轉(zhuǎn)360度的構(gòu)型。
[0023]在本說(shuō)明書中，被包含的部件、元件或特征前面沒(méi)有數(shù)量詞修飾不能理解為只包括一個(gè)這種部件、元件或特征，而是沒(méi)有限制這些部件、元件或特征的數(shù)量，即可能包含一個(gè)或多個(gè)這種部件、元件或特征。
[0024]下面參考圖1詳細(xì)描述根據(jù)本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器。
[0025]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的多螺線管光生物反應(yīng)器100，并且示出了 XYZ直角參考坐標(biāo)系。其中，Y方向是螺線形反應(yīng)管的縱向延伸方向；x方向是在圖示頁(yè)面內(nèi)垂直于Y方向的方向，而Z方向?yàn)榇怪庇趫D示頁(yè)面的方向。
[0026]多螺線管光生物反應(yīng)器100包括用于容納微藻培養(yǎng)液進(jìn)行微藻培養(yǎng)的三個(gè)螺線形反應(yīng)管20、40和60。螺線形反應(yīng)管由能夠透光的與微藻培養(yǎng)液生物學(xué)相容的材料制成，包括但不限于玻璃、PVC等。
[0027]用于制造螺線形反應(yīng)管的材料具有一定的剛性，所以即便由一個(gè)螺線形反應(yīng)管制成的生物反應(yīng)器也可實(shí)現(xiàn)自支撐，而不需額外的框架，相比柔性螺線管光生物反應(yīng)器，節(jié)省了支撐框架，從而節(jié)省了空間。
[0028]根據(jù)本申請(qǐng)的每個(gè)螺線形反應(yīng)管可通過(guò)擠出工藝而一次成型為圖1所示的形狀，也可以通過(guò)任何其它適宜的工藝形成。
[0029]根據(jù)本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器100的各螺線形反應(yīng)管按平行于圖1的XY平面放置。三個(gè)螺線形反應(yīng)管20、40和60的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。
[0030]在Y方向上，螺線形反應(yīng)管40相對(duì)于螺線形反應(yīng)管60朝向+Y方向偏置，螺線形反應(yīng)管20相對(duì)于螺線形反應(yīng)管40朝向+Y方向偏置，優(yōu)選偏置量相同。
[0031]在X方向上，螺線形反應(yīng)管20、40和60可以彼此對(duì)齊；或者，根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，螺線形反應(yīng)管40相對(duì)于螺線形反應(yīng)管20朝向+X方向偏置，螺線形反應(yīng)管60相對(duì)于螺線形反應(yīng)管40朝向+X方向偏置，優(yōu)選偏置量相同。
[0032]在Z方向上，螺線形反應(yīng)管20、40和60彼此對(duì)齊，并排布置。通過(guò)這種方式，螺線形反應(yīng)管60部分地嵌套在螺線形反應(yīng)管40中，螺線形反應(yīng)管40部分地嵌套在螺線形反應(yīng)管20中。
[0033]螺線形反應(yīng)管20、40和60優(yōu)選具有相同的管直徑d(圖2)，例如管直徑可以為5mm。各螺線形反應(yīng)管的螺旋內(nèi)徑Dl (圖2)、螺旋外徑D2 (圖2)和節(jié)距被設(shè)置成使得，如圖1所示，在各螺線形反應(yīng)管被相互交叉偏置地放置之后，螺線形反應(yīng)管60的每一匝的最外頂點(diǎn)與螺線形反應(yīng)管20的相應(yīng)一匝的最外頂點(diǎn)間隔為間距P (圖2)。此間距P越小，多螺線管光生物反應(yīng)器100自身結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，在螺線形反應(yīng)管20、40和60沿X方向彼此對(duì)齊的情況下，當(dāng)P等于O時(shí)，螺線形反應(yīng)管60與螺線形反應(yīng)管20相抵接。在螺線形反應(yīng)管20、40和60沿X方向偏置的情況下，P可以小于O。
[0034]具體地，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例方式中，管直徑可為5厘米，節(jié)距可為20厘米，但這些數(shù)字不具有限制性。
[0035]如圖1所示，螺線形反應(yīng)管20、40和60兩兩交叉，實(shí)現(xiàn)了多螺線形反應(yīng)管交錯(cuò)配置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止螺線形反應(yīng)管發(fā)生滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了多螺旋式反應(yīng)器的自動(dòng)固定?？蛇x地，也可以設(shè)計(jì)用于提供附加固定作用的適當(dāng)固定結(jié)構(gòu)，例如輪子、銷、支持架等，進(jìn)一步提高生物反應(yīng)器的穩(wěn)定性。
[0036]圖2示出了圖1的側(cè)視圖。三根螺線形反應(yīng)管20、40和60中的每一個(gè)具有螺旋內(nèi)徑D1、螺旋外徑D2，由每根螺線形反應(yīng)管20、40和60的螺旋內(nèi)徑Dl所在的圓柱面限定各自的內(nèi)部空間A3、A2和Al。螺線形反應(yīng)管40和60的內(nèi)部空間A2和Al交叉形成公共空間A12，螺線形反應(yīng)管20和40的內(nèi)部空間A3和A2交叉形成公共空間A23。
[0037]根據(jù)本申請(qǐng)的多個(gè)螺線形反應(yīng)管的交叉、偏置式布置結(jié)構(gòu)，由于各螺線形反應(yīng)管的延伸方向持續(xù)變化，照射到每一個(gè)螺線形反應(yīng)管上的光除了被該螺線形反應(yīng)管自身吸收利用的一部分之外還發(fā)生不同角度的反射、折射、漫射，經(jīng)過(guò)反射、折射、漫射的光能夠以不同角度照射到螺線形反應(yīng)管的其它部分上或者照射到其它的螺線形反應(yīng)管上。
[0038]因而，在第一方面中，光能夠得到最充分地吸收利用，從而提高微藻光合作用效率。如利用人工光源例如LED，在達(dá)到相同微藻生物質(zhì)生產(chǎn)力的前提下，其燈管的數(shù)量或所需光源的功率會(huì)降低，同時(shí)也簡(jiǎn)化用于支撐光源的支撐結(jié)構(gòu)。
[0039]在第二方面中，由于節(jié)省了光源，原本用于光源和光源支撐結(jié)構(gòu)的空間可以被充分利用來(lái)布置微藻反應(yīng)管，增大了微藻培養(yǎng)體積，這在很大程度地提高了微藻培養(yǎng)的效率。
[0040]在第三方面中，每一個(gè)螺線形反應(yīng)管的每一部分都能夠接收到來(lái)自不同角度、不同強(qiáng)度的折射光、反射光、漫射光，這使得反應(yīng)管的微藻培養(yǎng)液能夠最大程度地接收光，提高微藻光合作用效率和生物質(zhì)生產(chǎn)力培養(yǎng)。
[0041]此外，根據(jù)本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器100也可以包括附加光源(圖中未示出)。例如，附加光源可以放置于各螺線形反應(yīng)管的內(nèi)部空間Al、A2或A3內(nèi)，或放置于公共空間A12或A23內(nèi)，附加光源可具有任何適當(dāng)?shù)墓β驶蚪Y(jié)構(gòu)，例如常規(guī)的管狀LED或其它光源等。
[0042]本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器100還可通過(guò)固定在支架上，實(shí)現(xiàn)立體堆疊。此時(shí)可以考慮板狀LED或其它光源從反應(yīng)器外部進(jìn)行照射。
[0043]同時(shí)，根據(jù)本申請(qǐng)的多螺線管光生物反應(yīng)器100，由于螺旋管隨長(zhǎng)度不斷增加的同時(shí)切線不斷改變方向，能夠帶來(lái)湍流混合能力上升、避免或降低微藻細(xì)胞貼壁沉積等好處。
[0044]根據(jù)本實(shí)用新型，各螺線形反應(yīng)管可通過(guò)適當(dāng)?shù)慕宇^(未示出)串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
[0045]總上述，根據(jù)本實(shí)用新型的多螺線管光生物反應(yīng)器采用多個(gè)螺線形反應(yīng)管的交叉、偏置式布置結(jié)構(gòu)，在能夠提升混合能力、避免藻細(xì)胞沉積的同時(shí)，還能夠最大效率地利用光源并且因而能夠節(jié)省人工光源，增大了單位占地面積情況下的微藻培養(yǎng)體積，提高了微藻培養(yǎng)的單位占地受光面積產(chǎn)量。
[0046]上面僅以示例方式描述本實(shí)用新型的原理，但不意于限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。相反，這里描述的結(jié)構(gòu)可以體現(xiàn)為許多其它形式。在不偏離由下面的權(quán)利要求限定的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種替代和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管，各螺線形反應(yīng)管限定出沿著所述螺線形反應(yīng)管的長(zhǎng)度的縱向方向(X)、在水平面內(nèi)垂直于所述縱向方向的橫向方向(Y)，并且分別具有螺旋外徑、螺旋內(nèi)徑和沿著所述縱向方向的節(jié)距，各螺線形反應(yīng)管的螺旋內(nèi)徑所在的圓柱形表面限定內(nèi)部空間(Al，A2，A3)，其中，相鄰的兩個(gè)螺線形反應(yīng)管的內(nèi)部空間在所述橫向方向(Y)上相交或相切，并且其中，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述至少兩個(gè)螺線形反應(yīng)管中的第一個(gè)螺線形反應(yīng)管進(jìn)入流經(jīng)所有螺線形反應(yīng)管之后從最后一個(gè)螺線形反應(yīng)管流出的流體通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，各螺線形反應(yīng)管具有相同的管直徑或不同的管直徑；各螺線形反應(yīng)管的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄嗤虿煌?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述多螺線管光生物反應(yīng)器包括至少2個(gè)螺線形反應(yīng)管；各螺線形反應(yīng)管可水平布置或放射狀布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，各螺線形反應(yīng)管通過(guò)串聯(lián)接頭串聯(lián)和/或并聯(lián)接頭并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，各螺線形反應(yīng)管具有相同或不同的螺旋外徑和螺旋內(nèi)徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述多螺線管光生物反應(yīng)器還包括用于使所述多螺線管光生物反應(yīng)器固定防止螺線形反應(yīng)管滾動(dòng)的固定結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，相鄰的兩個(gè)螺線形反應(yīng)管中的任一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)在所述縱向方向(X)上偏置，偏置量不大于節(jié)距的二分之
O
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多螺線管光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述多螺線管光生物反應(yīng)器能夠通過(guò)固定在支架上而進(jìn)行立體堆疊。
【文檔編號(hào)】C12M1/00GK204185471SQ201420584459
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】胡強(qiáng), 杜長(zhǎng)雷 申請(qǐng)人:國(guó)家開發(fā)投資公司, 中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院