管排式光生物反應(yīng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N管排式光生物反應(yīng)器，其包括n×m個(gè)管排組件，n個(gè)管排組件并排布置并且被并聯(lián)連接構(gòu)成一管排組件組，m個(gè)所述管排組件組并排布置并且被串聯(lián)連接構(gòu)成所述管排式光生物反應(yīng)器，其中，每個(gè)管排組件包括并排布置的p個(gè)水平放置的反應(yīng)管，其中，n大于等于1，m大于等于2，且p大于等于2，并且其中，所述管排式光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述m個(gè)所述管排組件組中的第一個(gè)管排組件組進(jìn)入、流經(jīng)所有管排組件組之后、從所述m個(gè)所述管排組件組中的第m個(gè)管排組件組流出的流體通道。
【專(zhuān)利說(shuō)明】管排式光生物反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及一種管排式光生物反應(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、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(lèi)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(kāi)放式培養(yǎng)系統(tǒng)和封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)兩種方式。
[0004]開(kāi)放式培養(yǎng)系統(tǒng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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)。封閉式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)通常由玻璃或塑料制成的透明管或容器構(gòu)成，通過(guò)泵或者壓縮空氣來(lái)完成培養(yǎng)物的混合。
[0006]然而，作為封閉式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)的一個(gè)示例的管狀光生物反應(yīng)器在提高藻類(lèi)生物生產(chǎn)力的同時(shí)具有其自身的缺點(diǎn)。比如，管狀光生物反應(yīng)器的各管之間通過(guò)法蘭連接，管之間間距較大，使得培養(yǎng)相同量的微藻使用的光生物反應(yīng)器體積較大，同時(shí)法蘭數(shù)目眾多，連接點(diǎn)數(shù)目多，發(fā)生滲漏的可能性高。
[0007]另外，存在一種蛇形管光生物反應(yīng)器，其主要通過(guò)管件彎曲制成，由于剛性材料的管的彎曲具有最小彎曲半徑，所以這種結(jié)構(gòu)的光生物反應(yīng)器也很浪費(fèi)空間。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是提高光生物反應(yīng)器的空間利用率，減少反應(yīng)器中法蘭等連接部件的使用，提高反應(yīng)器的微藻產(chǎn)量。
[0009]為此目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N管排式光生物反應(yīng)器，其包括η X m個(gè)管排組件，η個(gè)管排組件并排布置并且被并聯(lián)連接構(gòu)成一管排組件組，m個(gè)所述管排組件組并排布置并且被串聯(lián)連接構(gòu)成所述管排式光生物反應(yīng)器，其中，每個(gè)管排組件包括并排布置的P個(gè)水平放置的反應(yīng)管，其中，η大于等于l，m大于等于2，且P大于等于2，并且其中，所述管排式光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述m個(gè)所述管排組件組中的第一個(gè)管排組件組進(jìn)入、流經(jīng)所有管排組件組之后、從所述m個(gè)所述管排組件組中的第m個(gè)管排組件組流出的流體通道。
[0010]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，各管排組件具有相同的反應(yīng)管長(zhǎng)度，同一個(gè)管排組件的各反應(yīng)管在該管排組件長(zhǎng)度方向的相鄰的兩端各共用一個(gè)連接接頭。
[0011]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，每一個(gè)管排組件的每個(gè)反應(yīng)管由單一管段構(gòu)成，且每個(gè)管排組件通過(guò)內(nèi)壁分布的加強(qiáng)筋將其分為至少2個(gè)空間，優(yōu)選3個(gè)或4個(gè)空間，每個(gè)被分隔的空間形成反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以起到加強(qiáng)支撐的作用，同時(shí)還可以大大提高空間的利用率，減少法蘭等連接部件的使用，提高反應(yīng)器的微藻產(chǎn)量。
[0012]加強(qiáng)筋的布置可以是均布也可以是不均勻布置，加強(qiáng)筋的角度通常為垂直于管壁，也可為具有一定角度，該角度為0°?90°之間，優(yōu)選30°、45°、60°，通過(guò)該角度的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藻液流體的狀態(tài)的改變，形成湍流，利于藻液充分接受光照，提高產(chǎn)量。
[0013]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管由多個(gè)管段串聯(lián)連接而成，同一個(gè)管排組件的各反應(yīng)管的相應(yīng)管段對(duì)齊。
[0014]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段通過(guò)焊接、機(jī)械固定、粘接、熔合等連接方式固定，或者每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段經(jīng)由單獨(dú)的連接接頭相連接，對(duì)于同一管排組件的所有反應(yīng)管來(lái)說(shuō)，每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段共用一個(gè)連接接頭。
[0015]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，不同管排組件中的反應(yīng)管的串聯(lián)連接的相鄰管段之間的連接位置對(duì)齊或錯(cuò)開(kāi)。
[0016]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，在流體流動(dòng)方向上的最上游的管排組件組的上游設(shè)有向該管排組件組的各反應(yīng)管輸入流體的流體分配器，在彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組之間設(shè)有的集液換向結(jié)構(gòu)，用于使所述彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組中的一個(gè)管排組件組的各反應(yīng)管中的流體匯集并且將匯集的流體重新分配到所述彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組中的另一個(gè)管排組件組的各反應(yīng)管中，在最下游的管排組件組的下游設(shè)有用于排出流體的流體收集器。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)藻液的更大批量地輸送，提高藻液的循環(huán)生產(chǎn)效率。
[0017]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述集液換向結(jié)構(gòu)是側(cè)面具有多個(gè)端口，水平斷面呈圓形、橢圓、矩形或多邊形的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0018]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述管排式光生物反應(yīng)器的反應(yīng)管具有內(nèi)長(zhǎng)度大于等于150mm且內(nèi)寬度大于等于30mm的矩形橫截面形狀，或者具有內(nèi)徑大于等于150mm的圓形橫截面形狀，或者具有長(zhǎng)軸大于等于150mm且短軸大于等于30mm的橢圓形橫截面形狀，或具有相同尺寸的近似形狀。
[0019]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，η大于等于2，m大于等于3，p大于等于3。
[0020]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述管排組件中的各反應(yīng)管在豎直方向或水平方向上并排布置。
[0021]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述管排式光生物反應(yīng)器包括用于支撐所述管排式光生物反應(yīng)器的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)。
[0022]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述管排組件組為直線(xiàn)式的、非直線(xiàn)式的、彎曲式、折線(xiàn)型、Z字形或其它形式。
[0023]根據(jù)一個(gè)可選實(shí)施例，所述管排式光生物反應(yīng)器用于微藻培養(yǎng)、節(jié)能減排、廢水處理領(lǐng)域或用于建筑領(lǐng)域。
[0024]根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器，安裝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊，減少大量管間接頭(法蘭)、減少占地面積、提高光能利用效率、增加微藻生物質(zhì)產(chǎn)量，同時(shí)能夠最大限度的利用空間，提高微生物培養(yǎng)的生產(chǎn)力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
[0026]圖2a示出了根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖。
[0027]圖2b示出了圖2a中的管排式光生物反應(yīng)器沿著圖2a中的虛線(xiàn)截取的部分的正視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]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。
[0029]在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包括”或“具有”是開(kāi)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、兀件、特征。
[0030]在本說(shuō)明書(shū)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。
[0031]另外，在參考附圖具體描述根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器之前，先定義幾個(gè)與方向有關(guān)的術(shù)語(yǔ)，“左”、“右”、“上”和“下”均是相對(duì)于面對(duì)著附圖的觀察者而言的。
[0032]在本申請(qǐng)中，管排式光生物反應(yīng)器主要用于光合微生物和光合植物組織細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域，微生物例如可以是微藻等。本說(shuō)明書(shū)中的“流體”是指用于光合微生物或光合植物組織細(xì)胞培養(yǎng)的培養(yǎng)液，例如可以是用于培養(yǎng)微藻的培養(yǎng)液。
[0033]下面參考圖1詳細(xì)描述根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器10的一種可行實(shí)施方案。
[0034]總體上，根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器包括在豎直方向上相互堆疊并排布置的m個(gè)管排組件組，每個(gè)管排組件組包括在豎直方向上相互堆疊并排布置的η個(gè)管排組件，每個(gè)管排組件包括在豎直方向上相互堆疊并排布置的P個(gè)水平反應(yīng)管。
[0035]m個(gè)管排組件組之間串聯(lián)連接，每個(gè)管排組件組中的η個(gè)管排組件之間并聯(lián)連接，每個(gè)管排組件中的P個(gè)水平反應(yīng)管之間并聯(lián)連接。流體在串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)所述組中成換向流動(dòng)，流動(dòng)方向?yàn)?-180度之間，例如成180度反向流動(dòng)，這樣的結(jié)構(gòu)可以增加管路的長(zhǎng)度、延長(zhǎng)藻類(lèi)在管路中的時(shí)間，使藻類(lèi)充分吸收營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)還可以增加微藻的產(chǎn)量。
[0036]在根據(jù)圖1所示實(shí)施例的管排式光生物反應(yīng)器10中，具有3個(gè)管排組件組S1、S2和S3,每個(gè)管排組件組具有2個(gè)管排組件20,每個(gè)管排組件20包括3個(gè)水平反應(yīng)管。六個(gè)管排組件20從下向上依次為標(biāo)注為20a-20f (第一管排組件組SI包括管排組件20a和20b,第二管排組件組S2包括管排組件20c和20d，第三管排組件組S3包括管排組件20e和20f)，每個(gè)管排組件20(a-f)中的3個(gè)反應(yīng)管從下向上依次標(biāo)記為22(a-f)、24(a_f)和26 (a-f)。管排式光生物反應(yīng)器10具有左側(cè)端1a和相反的右側(cè)端10b。
[0037]流體從位于最下方的管排組件組SI進(jìn)入，從最上方的管排組件組S3流出管排反應(yīng)器。因而，在管排組件組Si的上游設(shè)有用于將供液源的流體分配到管排組件組SI中各管排組件的各反應(yīng)管中的液流分配器40。在管排組件組S3的下游設(shè)有用于收集并且排出流體的液流收集器44。相鄰兩個(gè)管排組件組之間通過(guò)集液換向器串聯(lián)連接，集液換向器不但實(shí)現(xiàn)兩個(gè)管排組件組之間的機(jī)械連接還實(shí)現(xiàn)兩者之間的流體連通。
[0038]各管排組件20a_20f的各反應(yīng)管22 (a-f)、24 (a-f)和26 (a-f)分別在左側(cè)端1a和右側(cè)端1b具有進(jìn)液口和出液口。
[0039]具體地，最下面管排組件組SI的兩個(gè)管排組件20a和20b的反應(yīng)管(22a，22b)、(24a, 24b)和(26a，26b)分別具有位于右側(cè)端1b的與液流分配器40連通的進(jìn)液口(未示出)、和位于左側(cè)端的與第一集液換向器42連通的出液口(未不出)。相應(yīng)地，液流分配器40具有流體容納腔和與反應(yīng)管(22a，22b)、(24a，24b)和(26a，26b)的(六個(gè))進(jìn)液口流體連通的分配端口(未示出)。第一集液換向器42具有流體容納腔和與反應(yīng)管(22a，22b)、(24a, 24b)和(26a，26b)的(六個(gè))出液口流體連通的集液端口(未示出)。
[0040]中間管排組件組S2的兩個(gè)管排組件20c和20d的反應(yīng)管(22c，22d)、(24c, 24d)和(26c，26d)分別具有位于左側(cè)端1a的與第一集液換向器42連通的進(jìn)液口(未示出)、和位于右側(cè)端1b的與第二集液換向器43連通的出液口(未不出)。相應(yīng)地，第一集液換向器42還具有與反應(yīng)管(22c，22d)、(24c，24d)和(26c，26d)的(六個(gè))進(jìn)液口流體連通的分配端口(未示出)。第二集液換向器43具有流體容納腔和與反應(yīng)管(22c，22d)、(24c,24d)和(26c，26d)的(六個(gè))出液口流體連通的集液端口(未示出)。
[0041]最上面管排組件組S3的兩個(gè)管排組件20e和20f的反應(yīng)管(22e，22f)、(24e，24f)和(26e，26f)分別具有位于右側(cè)端1b的與第二集液換向器43流體連通的進(jìn)液口(未示出)、和位于左側(cè)端1a的與液流收集器44流體連通的出液口(未示出)。相應(yīng)地，第二集液換向器43還具有與反應(yīng)管(22e，22f)、(24e,24f)和(26e，26f)的(六個(gè))進(jìn)液口流體連通的分配端口(未示出)。液流收集器44具有與反應(yīng)管(22e，22f)、(24e，24f)和(26e，26f)的(六個(gè))出液口流體連通的集液端口(未示出)以及排出液流的排出端口(未示出)。
[0042]如上述，液流分配器40、第一集液換向器42、第二集液換向器43或液流收集器44的集液端口或分配端口的數(shù)目可與相連通的管排組件的數(shù)量和各管排組件中反應(yīng)管的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，并且在相連通的管排組件的數(shù)量改變或管排組件的反應(yīng)管的數(shù)量改變時(shí)集液端口或分配端口的數(shù)量可也相應(yīng)改變。可替代地，液流分配器40、第一集液換向器42、第二集液換向器43或液流收集器44分別具有任選數(shù)量的集液端口或分配端口。
[0043]液流分配器40、第一集液換向器42、第二集液換向器43或液流收集器44可以是具有不同數(shù)量、形狀或尺寸端口的類(lèi)似結(jié)構(gòu)。
[0044]優(yōu)選地，液流分配器40、第一集液換向器42、第二集液換向器43和液流收集器44中的一個(gè)或多個(gè)可由光可透過(guò)的材料制成。另外優(yōu)選地，排氣裝置可設(shè)置于所述液流分配器40、第一集液換向器42、第二集液換向器43和液流收集器44中的一個(gè)或多個(gè)上。
[0045]根據(jù)本申請(qǐng)，m個(gè)管排組件組中的相鄰兩個(gè)管排組件組通過(guò)集液換向器(42或43)串聯(lián)連接，集液換向器首先將上游管排組件組中的各反應(yīng)管的流體收集到集液換向器的流體容置腔內(nèi)，然后將流體分配到下游管排組件組中的各反應(yīng)管中。此過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)上游管排組件組中的各反應(yīng)管的流體的混合，使得各反應(yīng)管中參數(shù)可能不同的流體得到均衡，使分配到下游管排組件組中的各反應(yīng)管中的流體更加均勻。
[0046]串聯(lián)連接的管排組件組在豎直方向上并置，集液換向器位于管排組件組的兩端，相鄰的管排組件組之間的間距僅僅取決于集液換向器的結(jié)構(gòu)，例如在集液換向器是包括多個(gè)端口的筒體的情況下，僅僅取決于上游管排組件組中各反應(yīng)管通向集液換向器的出液口和下游管排組件組中各反應(yīng)管與集液換向器連通的進(jìn)液口之間的間距限制，而不必受由管材料所限定的最小彎曲半徑的限制，這最小化了相鄰的管排組件組之間的間距、最小化了同一個(gè)管排組件組內(nèi)各管排組件之間的間距、最小化了同一個(gè)管排組件內(nèi)各反應(yīng)管之間的間距，因而減小了管排式光生物反應(yīng)器的體積(具體地，在本立式生物反應(yīng)器中，減小了高度)，提高了空間利用率。與現(xiàn)有技術(shù)中的管式光生物反應(yīng)器相比而言，在反應(yīng)器體積相同的情況下，根據(jù)本申請(qǐng)的管式光生物反應(yīng)器所需占地面積更??；對(duì)于占地面積相同的生物反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，微生物培養(yǎng)生產(chǎn)力更高。
[0047]另外，每個(gè)反應(yīng)管可以是單一管段或者由依次串聯(lián)連接的多個(gè)管段構(gòu)成。具體地，在圖1所示實(shí)施例中，每個(gè)反應(yīng)管22 (a-f)、24 (a-f)和26 (a_f)都由左側(cè)管段和右側(cè)管段兩個(gè)管段構(gòu)成。
[0048]圖1中還示意性示出了連接左側(cè)管段和右側(cè)管段的連接部。根據(jù)本申請(qǐng)，相鄰兩個(gè)管段可以通過(guò)焊接、熔合等連接方式直接連接，也可以經(jīng)由單獨(dú)的連接裝置，例如圖1所示的連接接頭28，間接連接。在使用間接連接的實(shí)施例中，有利地，各管排組件20(a-f)中的三個(gè)反應(yīng)管22 (a-f)、24 (a-f)和26 (a_f)的左側(cè)管段和右側(cè)管段經(jīng)由一個(gè)連接接頭28進(jìn)行連接。
[0049]對(duì)于包括相并聯(lián)連接的多個(gè)反應(yīng)管的每一個(gè)管排組件20來(lái)說(shuō)，其每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接的管段與在豎直方向上對(duì)齊的本管排組件中其它各反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接的管段經(jīng)由單一連接接頭進(jìn)行連接，與各反應(yīng)管都具有自己的連接接頭相比，一方面，大大減少了連接接頭的數(shù)目，這相應(yīng)地減少了連接接頭出現(xiàn)故障從而導(dǎo)致流體泄漏的可能性，降低了反應(yīng)管內(nèi)流體污染的可能性，延長(zhǎng)了微生物培養(yǎng)時(shí)間，提高所培養(yǎng)的微生物的品質(zhì)；另一方面，單件式連接接頭結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好，因此通過(guò)單一一個(gè)單件式連接接頭將一個(gè)管排組件的所有反應(yīng)管對(duì)接，使得該管排組件剛性好、穩(wěn)定性提高、結(jié)構(gòu)緊湊以及因此顯著增大了空間利用率。對(duì)于相同大小的空間來(lái)講，大大提高了微藻培養(yǎng)生產(chǎn)力。
[0050]如果構(gòu)成單一反應(yīng)管的管段較多，為了減小撓度，可選地，在中間部位連接接頭28處設(shè)置有用于支撐管排組件20的中間支撐裝置。
[0051]如圖1所示，構(gòu)成各反應(yīng)管的管段的連接部，即連接接頭28的位置，在豎直方向上對(duì)齊。可選地，各反應(yīng)管的對(duì)應(yīng)管段的對(duì)應(yīng)連接部在豎直方向上錯(cuò)開(kāi)，例如，上下相鄰的反應(yīng)管的對(duì)應(yīng)管段之間的對(duì)應(yīng)連接部在左右方向上錯(cuò)開(kāi)，這樣，此相鄰兩個(gè)反應(yīng)管的最大撓度位置在豎直方向上錯(cuò)開(kāi)，位于下面的反應(yīng)管能夠?yàn)樯厦娴姆磻?yīng)管提供一定程度的支撐作用，起到減小反應(yīng)管變形的效果。
[0052]在圖1所示的實(shí)施方案中，各管排組件組直線(xiàn)式延伸在第一集液換向器和第二集液換向器之間，即各反應(yīng)管是筆直的。然而，各管排組件組可以非直線(xiàn)式地延伸在第一和第二集液換向器之間。例如，在根據(jù)圖2a、2b所示的另一種可行實(shí)施方案中，管排式光生物反應(yīng)器10的各管排組件組S1、S2、S3、S4呈大致Z字形延伸在第一集液換向器42和第二集液換向器43之間。換言之，每個(gè)反應(yīng)管由相應(yīng)的管段組成大致Z字形。圖2中的箭頭指示了反應(yīng)器中流體的流動(dòng)方向?？梢栽O(shè)想，每個(gè)管排組件組可以以其它形式延伸在第一和第二集液換向器之間。
[0053]由上述，整個(gè)管排式光生物反應(yīng)器10的體積被最小化，不但節(jié)省了空間，而且提高了整個(gè)管排式光生物反應(yīng)器10的穩(wěn)定性。根據(jù)本申請(qǐng)的反應(yīng)管為矩形管，但不局限于矩形管。
[0054]實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的管式光生物反應(yīng)器相比，在使用相同材料的反應(yīng)管且培養(yǎng)體積相同的情況下，根據(jù)本申請(qǐng)的光生物反應(yīng)器接頭數(shù)量能夠減少至少90%，占地面積減少50-60%，材料(總重量)節(jié)省(減輕)30-40%。
[0055]具有優(yōu)勢(shì)地，串聯(lián)連接的管排組件組通過(guò)諸如前面描述的第一和第二集液換向器等集液換向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，集液換向結(jié)構(gòu)的作用原理是先將上游管排組件組中各管排組件的流體匯聚，然后統(tǒng)一分配到下游管排組件組中的各管排組件的各管。作為集液換向結(jié)構(gòu)的一種可行結(jié)構(gòu)，所述第一和第二集液換向器分別是側(cè)面具有多個(gè)端口、水平斷面呈圓形、橢圓、矩形或多邊形的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0056]在本作用原理下，各管排組件組中的管排組件數(shù)目、各管排組件中反應(yīng)管的數(shù)量、甚至尺寸都可以不相同。也就是說(shuō)，在總體布置方式不變的情況下，管排組件組的數(shù)量、各管排組件組中管排組件的數(shù)量、各管排組件中反應(yīng)管的數(shù)量、形狀和尺寸都可以根據(jù)需要而改變。
[0057]這大大增加了按照可用空間具體設(shè)計(jì)管排組件組數(shù)目、管排組件數(shù)目、管排組件中反應(yīng)管數(shù)目的靈活性，更能充分利用空間。而且，相鄰的管排組件組中管排組件數(shù)目或者反應(yīng)管數(shù)目、尺寸不同還能實(shí)現(xiàn)液流流動(dòng)參數(shù)的改變，例如，液流速度自動(dòng)改變等，在不改變反應(yīng)管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又能實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)液流從而提高微生物培養(yǎng)生產(chǎn)力的作用。
[0058]根據(jù)本申請(qǐng)，構(gòu)成各管排組件的反應(yīng)管可由任何適宜的透光材料制成，包括但不限制于玻璃、PVC、PC等。
[0059]參照?qǐng)D1，根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器10的操作方法包括:
[0060]目標(biāo)流體被從供液系統(tǒng)供應(yīng)至管排式光生物反應(yīng)器10的位于右側(cè)端1b的液流分配器40、經(jīng)由最下面管排組件組SI的兩個(gè)管排組件20a和20b的反應(yīng)管(22a，22b)、(24a，24b)和(26a，26b)的進(jìn)液口而分配至各反應(yīng)管(22a，22b)、(24a，24b)和(26a，26b)；同時(shí)來(lái)自供氣系統(tǒng)的二氧化碳?xì)怏w也被供應(yīng)至各反應(yīng)管(22a，22b)、(24a，24b)和(26a，26b)，從而與被供給的流體一起循環(huán)；
[0061]進(jìn)入最下面管排組件組SI的兩個(gè)管排組件20a和20b的各反應(yīng)管(22a，22b)、(24a, 24b)和(26a，26b)的混合有二氧化碳的流體自右向左流動(dòng)、從各反應(yīng)管(22a，22b)、(24a, 24b)和(26a，26b)的位于左側(cè)端1a的出液口流出、進(jìn)入第一集液換向器42、之后經(jīng)由管排組件組S2的兩個(gè)管排組件20c和20d的各反應(yīng)管(22c，22d)、(24c，24d)和(26c，26d)的位于左側(cè)端1a的進(jìn)液口進(jìn)入各反應(yīng)管(22c，22d)、(24c，24d)和(26c，26d)，此時(shí)流體中二氧化碳濃度有所降低、開(kāi)始產(chǎn)生氧氣并且氧氣濃度逐漸升高；
[0062]進(jìn)入各反應(yīng)管(22c，22d)、(24c, 24d)和(26c，26d)的混合有二氧化碳和氧氣的流體自左向右流動(dòng)、從它們位于右側(cè)端1b的出液口流出、進(jìn)入位于右側(cè)端1b的第二集液換向器43、之后經(jīng)由最上面管排組件組S3的兩個(gè)管排組件20e和20f的各反應(yīng)管(22e，22f)、(24e，24f)和(26e，26f)的位于右側(cè)端1b的進(jìn)液口進(jìn)入各反應(yīng)管(22e，22f)、(24e,24f)和(26e,26f),此時(shí)流體中二氧化碳濃度進(jìn)一步降低而氧氣濃度進(jìn)一步升高；
[0063]進(jìn)入各反應(yīng)管(22e，22f)、(24e，24f)和(26e，26f)的混合有二氧化碳和氧氣的流體自右向左流動(dòng)、從它們位于左側(cè)端1a的出液口流出、進(jìn)入位于左側(cè)端1a的液流收集器44，最后被排出管排式光生物反應(yīng)器。
[0064]在可選實(shí)施例中，對(duì)于本申請(qǐng)的立式管排式光生物反應(yīng)器10來(lái)講，可還包括位于管排組件20左右兩側(cè)的用于支撐所述多個(gè)管排組件20的支撐結(jié)構(gòu)。
[0065]可選地，根據(jù)本申請(qǐng)的管排式光生物反應(yīng)器10也可以在水平面內(nèi)布置，在這種情況下可設(shè)置或不設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)。
[0066]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】
1.一種管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管排式光生物反應(yīng)器包括nXm個(gè)管排組件，η個(gè)管排組件并排布置并且被并聯(lián)連接構(gòu)成一管排組件組，m個(gè)所述管排組件組并排布置并且被串聯(lián)連接構(gòu)成所述管排式光生物反應(yīng)器，其中，每個(gè)管排組件包括并排布置的P個(gè)水平放置的反應(yīng)管，其中，η大于等于l，m大于等于2，且P大于等于2，并且其中，所述管排式光生物反應(yīng)器包括使流體能夠從所述m個(gè)所述管排組件組中的第一個(gè)管排組件組進(jìn)入、流經(jīng)所有管排組件組之后、從所述m個(gè)所述管排組件組中的第m個(gè)管排組件組流出的流體通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，各管排組件具有相同的反應(yīng)管長(zhǎng)度，同一個(gè)管排組件的各反應(yīng)管在該管排組件長(zhǎng)度方向的相鄰兩端各共用一個(gè)連接接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，每一個(gè)管排組件包含至少一個(gè)反應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，每個(gè)反應(yīng)管由單一管段構(gòu)成，且每個(gè)管排組件通過(guò)內(nèi)壁分布的加強(qiáng)筋將其分為多個(gè)空間，形成反應(yīng)管結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管由至少2個(gè)管段串聯(lián)連接而成，同一個(gè)管排組件的各反應(yīng)管的相應(yīng)管段對(duì)齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段通過(guò)焊接、機(jī)械固定、粘接、熔合連接，或者每一個(gè)管排組件的每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段經(jīng)由單獨(dú)的連接接頭相連接，對(duì)于同一管排組件的所有反應(yīng)管來(lái)說(shuō)，每一個(gè)反應(yīng)管的相鄰兩個(gè)串聯(lián)連接管段共用一個(gè)連接接頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，不同管排組件中的反應(yīng)管的串聯(lián)連接的相鄰管段之間的連接位置對(duì)齊或錯(cuò)開(kāi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，在流體流動(dòng)方向上的最上游的管排組件組的上游設(shè)有向該管排組件組的各反應(yīng)管輸入流體的流體分配器，在彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組之間設(shè)有的集液換向結(jié)構(gòu)，用于使所述彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組中的一個(gè)管排組件組的各反應(yīng)管中的流體匯集并且將匯集的流體重新分配到所述彼此串聯(lián)連接的相鄰兩個(gè)管排組件組中的另一個(gè)管排組件組的各反應(yīng)管中，在最下游的管排組件組的下游設(shè)有用于排出流體的流體收集器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述集液換向結(jié)構(gòu)是側(cè)面具有多個(gè)端口，水平斷面呈圓形、橢圓、矩形、花瓣形或多邊形的柱狀結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管排式光生物反應(yīng)器的反應(yīng)管內(nèi)壁具有長(zhǎng)度大于等于150mm且寬度大于等于30mm的矩形橫截面形狀，或者具有內(nèi)徑大于等于150mm的圓形橫截面形狀，或者具有長(zhǎng)軸大于等于150mm且短軸大于等于30mm的橢圓形或近似橢圓形橫截面形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，η大于等于2，m大于等于3，P大于等于3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管排組件中的各反應(yīng)管在豎直方向或水平方向上并排布置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管排式光生物反應(yīng)器包括用于支撐所述管排式光生物反應(yīng)器的機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的管排式光生物反應(yīng)器，其特征在于，所述管排組件組是直線(xiàn)式的或非直線(xiàn)式的。
【文檔編號(hào)】C12M3/00GK204097493SQ201420584491
【公開(kāi)日】2015年1月14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, 張嗣憶 申請(qǐng)人:國(guó)家開(kāi)發(fā)投資公司, 中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院