可浸入水中的水生藻类培养系统的制作方法

专利名称：可浸入水中的水生藻类培养系统的制作方法
技术领域：
本发明最主要涉及的是培养系统。更确切地说，本发明涉及培养藻类的浮池和方 法。
背景技术：
在供应不确定之时，这个世界正在经历对能源、食物和水日益增高的需求。如印度 和中国的国家中的大量民众正在进行工业化，随之而来的是人均资源利用加剧。这种加剧 会促使供给紧张并且恶化环境后果。在大量使用不可再生化石燃料时，能源的未来可持续性是令人怀疑的。预计已知 的石油储备在持续降低，在一定程度上由于燃烧化石燃料造成的大气CO2浓度升高导致的 全球变暖只会随着其持续使用而加速。此外，增加的全球粮食需求使本来已经贫瘠的供给 紧张。在世界上的许多地方，用于生产粮食的淡水缺乏，如海洋渔业的天然食物储备被捕获 起来要比其自身补充快。因此，需要可负担的新能源和粮食资源。基于多种原因，化石燃料已成为全球优选的能源。与替代品相比，它们的成本相对 较低。它们具有高能量密度，产生特定量的效果需要的质量小。这使其可用于大型发电厂和 汽车和家庭中的个人应用。化石燃料的成功已导致大量的全球投资，包括用于勘探、钻井、 运输、精炼、分布和应用的。因此，理想的是可负担的可再生资源分享化石燃料至少部分的 基础设施和优势，而同时避免或扭转其环境影响。生物燃料被许多人看成是化石燃料的可再生的替代品或补充，但是具有需要克服 的问题。生物燃料的实施例包括从玉米或甘蔗产生乙醇，从农作物或垃圾产生天然气和生 物柴油，和从藻类产生相同的东西。但是，到目前为止，没有一种能够在成本基础上与化石 燃料竞争。此外，使用农作物产生生物燃料弓I入了从粮食生产分流这些资源的机会成本。几十年来已提议大规模使用藻类来作为食物和燃料的潜在供给(Richmond， 1986)。藻类的部分优势是其相对于传统的地面作物的快速生长和简单的营养需求。它们 不需要使用耕地，并且具有变化性，适用于淡水和咸水。尽管有这些优势，但是藻类未成为可观的能源和食物资源。如美国国家可再生能
(United States National Renewable Energy Laboratory)的—yMi^ffifNt 物燃料的藻类的广泛的几十年的项目显示(Sheehan，1998)藻类的一个主要问题是不能以 具有竞争力的价格产生大量藻类。藻类不能大规模地与化石燃料和传统的作物农作竞争，基于以下几个原因因为藻类是水生的，它们必需大量的昂贵的水，安装和维持保养藻类池的成本是过高的，
包括供C02和用于混合从而运转高产率池的运转成本是过高的，和从池子收获藻 类的花费高。为了使培养藻类相对于传统作物是具有成本效益的，必须减少或推翻以上列出的 大部分或所有不利于藻类的因素。预期推翻前三个因素会产生大量的藻类生物质供给和收 获和如将生物质转化为燃料的其它下游活动的革新。以往建立的成本有效地培养藻类的系统可被分为三个截然不同的类别，开放系 统、封闭系统和混合系统，所有都是在陆地上。这些系统是以培养物是否暴露于周围环境来 为特征的。开放系统暴露，封闭系统不暴露，混合系统企图集合每一个的最佳品质。典型的开放系统是赛道池。其名称来源于其与赛马赛道相似。池子深度一般为几 英尺，通常使用动力桨轮使培养物围绕着赛道。桨轮混合池子。包括co2气体、水和动力的 营养物的费用是这种设计的开放系统的部分主要运行成本。大量的固定成本，如安装池子 和其下土地的成本，也促使运行开放系统的成本相对于传统农场过高。对于以上列出的成 本因素，开放系统四个因素都有，并且代表了以下比较的基本情况。有多种类型的封闭系统，其被发展用于尝试提高产量并且降低成本地培养藻类。 这些尝试之后的逻辑是，通过使用与环境污染隔离开来的良好的控制系统，可培养高产量 藻类种类而没有其它种类的干扰，可优化培养条件达到最高产量。将封闭系统的成本因素 与赛道类型的开放系统的比较，它们具有相同的问题，但是改变了它们之间的平衡。封闭系 统具有节水的可能性，因为在培养过程中它们蒸发少。但是，开放系统中的蒸发提供了冷却 池子的机制，使用较少水带来的成本节约会很容易地被冷却培养物需要更多的能源抵消。 因为封闭系统是更加高度工程化的，封闭系统的安装和维持保养成本会比赛道类型的开放 系统要高的多。最后，虽然封闭系统产量较高，但是运行成本会更高，降低甚至消除了较高 产量的任何潜在优势。混合系统尝试组合开放和封闭系统的最佳品质从而实现经济竞争性。通常，小型 的封闭系统种植优选的藻类种类，然后其被播种于大型的开放系统。通过使其相对尺寸较 小，封闭系统的较高的固定和运行成本被保持到最小；而同时通过在其中播种足够量的来 自封闭系统的藻类从而使优选种类在池中占优势地位，开放系统的环境暴露风险被最小 化。大规模应用混合系统的问题是它们未针对以上列出的相对于传统耕作的开放和封闭系 统的四个基本的成本劣势；它们只是将其之间的这些成本最小化。它们未改变大规模产生 生物质的传统农场超过现有藻类池设计的成本优势。虽然混合系统能够以最低的价格生产 特殊产品，它们仍不能与传统农场直接竞争。回到水生系统，已测试海洋播种从而在海洋的正常休耕区域诱导藻花作为全球变 暖的潜在缓和物(Jones，1997)。目标是把大面积区域转变为净C02吸收体。如果碳排放 补偿系统是位于其中某一位置的C02排放通过支付另外一处的吸收产生的补偿被补偿的位 置，经济收益是可能的。缺乏直接与传统粮食作物竞争的大规模藻类培养系统是还需发展成本效益性的 藻类系统的最好证据。如果其具有，其会很快补充或取代现有的常规农作物种植。

发明内容
以其最常规的形式，本发明是可使大面积水域转变为培养藻类区的浮池(浮槽，
6浮箱，floating pond)。它以一定到基本不显著的水平降低了藻类培养系统的分成成本。 它是以几种结合的方式实现其的。在一个实施方案中，本发明提供了水生藻类培养系统，或浮池。具有以水为基础的 系统基本消除了水的成本并且消除了土地成本。可在海洋或任意其它的足够容纳其的水体 中建立本发明的培养系统。环境水被用于填充池，如在海水情况下，并且提供多种营养。使 用水浮池避免了与其它应用竞争土地。此外，它避免了与如场地平整的与地理位置相关的 花费。在另外一个实施方案中，由低负重组件构建了水生藻类培养系统，例如管道和塑 料内衬。因为该系统悬浮在水中，它具有其可由低负重框架组件和将该池与环境水隔离的 较低廉的组件，例如塑料内衬，构造的优势。组件经受的漂浮或浸入水中的状况限制了其所 经受的重量和胁迫，从而能够使用不适合于地面安装的材料和结构。用于浮池框架的管和 管道系统简化了构造并且扩展为大型池。在一些实施方案中，该系统是可浸入水中的，从而 在激烈的表面状况时保护它。这使其避免了构建用于最坏的状况条件下维持的费用。以这 种方式，安装和维持保养费用被保持至最低。在一些实施方案中，整个系统由重复的低成本 池构成，其可被连接到一起从而形成几乎无尺寸限制的养殖场。在另外一个实施方案中，本发明提供了藻类培养系统，其考虑到了条件，例如地理 条件，并且构建该藻类培养系统来利用风和浪的天然配合，从而实现和大气的高co2传输速 率和良好配合而不需要额外的co2和/或能量输入。这是通过使用池底的有柔韧性的衬底， 和一些实施方案中，配置池的构造和定向以最大化风和浪的配合以及在池中产生的水流来 实现的。例如，以其长向与风平行来定位的长矩形池会经受显著的配合和水流，其可被优势 利用。海洋风是可预测的在一个方向上刮得，如在赤道区域的为东至西或相反。这样的风和 由其造成的浪的配合造成气体交换速率比平静条件下的提高了 10-20倍(Komori，1995)。 由NASA的物理海洋学计划整理的海洋风和洋流的数据可被用于选择适合本发明的培养系 统的最佳位置。这一信息可从互联网上获得，有如“海洋运动和表面流”的资源，其可提供最 新的信息，还提供确定浮池的理想位置的研究工具。相似条件下的斜坡地面藻池产生得非 常高的干藻产量为54g/m2/天，但是因为相对较平静的环境条件，必需喷射C02 (Huessler, 1978)。本发明的另外一个实施方案提供了藻类培养系统，其具有整合了还用作压载箱和 泵入营养和泵出培养物用于收获的管的框架。以这种方式，包括收获的运行成本被保持至 最低。此外，当该系统被沉入水中，压载箱中填充了培养物，从而其可被用于在浸入水中和 浮出水面过程之后的快速启动池中的生长和收获。以上的元件，当如本文所述地被组合时，使大规模的藻类养殖成为可能。以这种方 式，大面积的以前不能用的水域可被用于产生生物质。这样的发明的益处包括降低大气中 的co2从而降低全球变暖的严重性，产生低成本食物，产生生物燃料和产生有机化学合成的 原料。当与附图结合，通过以下的本发明的详细介绍，本发明的其它目标、优势和创新性会 变得显而易见。


图1是本发明的培养系统的透视图。
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图2a和2b是显示本发明的培养系统的非限定性浸入水中过程的正视图。图3a是由结构组件构成的框架部件的透视图，图3b是图3a中的同一框架部件的 正视横截面图，图3c是由两个较短的管连接构成的管的长边的透视图。图4a_4d是在浸入水中和浮出水面过程的不同阶段的本发明的培养系统的部分 的正视横截面图。图5a是本发明的矩形浮池的透视图，图5b是图5a的矩形浮池的部分的更详细的 透视图，图5c是图5a的图中的矩形浮池的横向部件的甚至更详细的透视图。图6a和6b是作为图5c的图中的横向部件的组件的弧形部件92的正视横截面图。图7a和7b是由本发明的培养系统构成的养殖场的透视图。图8是本发明的培养系统的备选实施方案的正视横截面图。图9是与图8的图中描述的本发明的培养系统一起使用的泵连接的示意图。附图详细介绍在附图中详细显示了本发明的特征和优势的非限定性实施例，其中贯穿于所有附 图，相似的参考数字表示相似的元件。尽管附图是为了说明本发明，附图不一定是按比例绘 制的。图1是圆形浮池10的透视图，其具有本发明四个必需的亚组件，包括浮力框架 12、连接于框架的衬底14、培养物16和在该情况下由两个将框架连接于下表面的系泊索 24和将框架连接于锚浮标的系泊索22构成的系泊系统。锚浮标结合于具有额外的系泊索 20的下表面。详细描述了连接于各种深度的下表面的系泊索(Canada，1985 ；Grosenbaugh 1995 ；Grosenbaughl996)。因为浮池10是圆形的，框架12是由单一连续的框架部件构成。 在框架12之上放置周向带26从而给在顶部安装设备30的平台28引入机械元件。设备可 包括泵、绞车、取样装置、传感器、信号台、双向无线电、浮标、筏、船、供给、罐等。图2a和2b提供了正视图从而有助于显示本发明的系统是怎样工作的实施例。在 图2a中，浮力框架12可填充或部分填充，例如空气、水或环境水，或培养物，从而本发明提 供了其中浮力可被调节的框架12。用于给框架填充液体和空气的阀和系统是所属领域中 的一般技术人员熟知的，未在图中显示。然后通过调整其线轴34直到淹没线的净重量超过 浮池10的浮力来增加淹没线32中至少一个的重量，从而使浮池10潜入到表面以下。如图 2b所示，随着浮池10下沉，淹没线32在下表面(subs)缠绕，降低
8 其净重直到浮池在一定的深度实现平衡。淹没线32的设计为，其可被用于设定浮 池10的深度和方向。深度计和液位计可被用于指导这一过程。淹没线32和线轴34的应 用建立了稳定的浸入水中系统。如果干扰升高了池子的水平或改变了其方向，将更多的淹 没线32从下表面升起，提高浮池10上的其净重，从而使其返回其原来的方向。与此类似， 如果干扰降低了池的水平，可将更多的淹没线32加到下表面，减少浮池10上的其净重，使 其再次返回到原来的方向。图3a和图3b显示了由构键组件构造本发明的框架12的结构和方法的多个实施例之一。图3a是复合框架部件40的部分的透视图，图3b是复合框架部件40的相同部分 的正视横截面图。图3a和3b提供了本发明的藻类培养系统的结构的非限定性实施例，其 中具有用于培养物的镇流管42，用于环境水的镇流管44和/或用于过程流体，如营养物料 的管道46。引入间隔物48来避免管之间互相损害，显示了多个周向带26和附着点36。图 3c是显示本发明的一个实施例的管50的部分的透视图，其中培养系统由通过连接物54连 接在一起的较小的管52和56构成。此外，复合框架部件40结合在一起和将其与其它的集 合体结合起来的集合部分可以使框架结构的尺寸几乎无限制。图4a_4d是浮池的部分正视横截面图。图4a描述了正常生长运行过程中的池子。 复合框架部分40位于表面高处。底部大多数环境水62的镇流管44被充满从而稳定复合框 架结构部件40。所有的培养物镇流管42都是空的。培养物16暴露于阳光、风和浪。其通 过框架40和衬底14与环境水分隔。通过供给管道46a引入营养物，通过管道46b收获培 养物。未显示系泊系统和淹没线。培养物之间的供给管道46a和收获管道46b可以连接， 并且或者连接到船、平台、浮标、浮箱、管网或其组合。图4b是至少部分的培养物已被用于填充镇流管42之后的浮池图。在该实施方案 中，衬底14由密度小于环境水材料制成并且漂浮。基本所有的培养物被收获，或被用于填 充镇流管42。复合框架40位于环境水中非常低的地方。三个环境水的镇流管44中的两个 仍然是空的。本发明的压载箱可以为任意合适的形状和材料。构建镇流管的材料可包括，但 是不限定于，金属、玻璃纤维、塑料等。图4c是剩余的两个环境水镇流管44充满之后的浮 池图。其显示了复合框架部分完全或基本完全沉入水中。关于图2，缠绕淹没线32从而提 高其重量并且淹没浮池。通过其线轴34上的淹没线32的数量来控制浮池的方向和深度。图4d是在到浮出表面过程中的浮池图。再回到图2，放开淹没线32直到复合框 架部分40刚好在环境水的表面s之下。在本发明的一个实施方案中，其中衬底的密度小于 环境水，衬底漂浮，基本不陷入水中，因此没有在重新填充它之前从浮池中抽出大量水的需 要。顶部的环境水镇流管44填充了空气，浮池变成了图4b所示的构造和位置。一旦从镇 流管42取空培养物来填充池，需要增加额外的水和营养物，如图4a所示，浮池再次准备培 养物的生长。图5a是本发明的矩形浮池60图，一个适合于几百米宽和几千米长或更大的大型 池的设计。系泊浮标18和横向支持66可以为所属领域中一般技术人员熟知的任意物，非 限定性实施例包括杆或缆，分别稳定结构的位置和整体性。衬底68连接于纵向部件62，衬 底68中包含培养物70，浮力框架由纵向部件62和横向部件90构成。图5b是图5a中描述 的矩形浮池60的部分80的更详细的透视图。额外标记的组件是将系泊浮标18连接至下 表面的系泊索20，将浮力框架连接到系泊浮标18的系泊索22，将浮力框架连接到下表面系 泊索24，平台28，设备30，淹没线32和线轴34。在该实施方案中，衬底68被折叠起来并且 连接于横向部件90。显示纵向62和横向90部件的其它细节。在图5c透视图中，其中只画了浮池60的部分的说明性组件，包括平台28和设备 30。显示的是横向部件90，包括弧形部件92，如杆或缆的支持物94，漂浮于培养物(未显 示)、衬底(未显示)和环境水(未显示)之上的平台支持物96。在本发明的该实施方案 和其它实施方案中，将横向部件90放置于长池的末端或中间的要求对于其结构是必需的， 从而其围绕着纵向部件62并且不穿透它们或它们中间连接的衬底(未显示)。图6a和6b是横向部件的组件的弧形部件92的正视横截面图。该图中显示的实施方案是其中理想的 是在浸入水中过程中保持浮池的水平。如图所示，它可支持位于横向部件90之上的设备的 重量，并且可被用作压载箱来帮助在浮出表面操作的过程中保持浮池60平衡。弧形部件被 等分为两半，LHA部件98和RHA部件100。如果如图6b所示当浸入水中时，池子倾斜，弧形 部件上的力和扭转力可将其带回图6a所示的位置。图7a和图7b是多个可能的将矩形浮池设计成养殖场中的两个实施方案的图。在 每一个中，浮池60被安排成行并且通过管道系统互相连接。在图7a中，行中包含位置与分 隔行的开放水通道112非常靠近的浮池60。在图7b中，行中包含彼此之间间隔较远的浮池 60，临近的池子之间形成开放水通道122。在这方面，本发明包括浮池的可接触设计的实施 方案，其中例如饲养场120中的每一浮池都是同样可接触的，尽管相对于饲养场110，浮池 60覆盖的饲养场120总面积的区域较少。当然，每一饲养场可延伸至比图7中所示大得多 的面积并且包含更多的浮池。本发明的备选实施方案使用其它的方法将培养系统连接起来。例如，De Baan的 美国专利第6，854，408号公开并行系泊来漂浮船的设备，该方法可用于本发明，在该实施 方案中，第一浮池通过单点系泊系统被系泊于海底。该设备包含具有远端和近端的臂，该臂 可被安装在第一浮池上从而围绕着垂直轴旋转，远端在使用过程之中从第一浮池突出。基 本无弹性的淹没线连接于臂的远端并且可接触第二浮池。可使臂对系泊索中的超过预定值 的张力做出反应而围绕着轴在第一方向上有限地转动的弹性装置是可操作的。当张力降低 到低于预定值，该弹性装置自动将臂收回到其先前的位置。该臂可围绕着轴在与第一方向 相对的第二方向上自由旋转。弹性装置可包含安装于接近臂的第一浮池上的活塞和气缸， 从而当系泊索上的张力超过预定值时，臂在第一方向上的旋转使臂接触活塞并且将活塞压 入气缸中，并且其中当张力降低至低于预定值时，气缸可操作地延伸活塞。或者，弹性装置 可包含安装于第一浮池的停止部件，从而臂在第一方向上的旋转使臂接触该停止部件，当 系泊索的张力超过预定值时，安装于臂和系泊索之间的臂远端上的活塞和气缸是可操作地 延伸的，并且张力降低至低于预定值时收回。在另外一个实施方案中，这些方法可用于矩形 浮池60。图8是小型矩形浮池的正视横截面图。浮力框架由两个纵向部件构成，具有跨越 它们之间的横杆支持138。纵向部件是复合的，由24英寸(大约60cm)直径的浮力纵向管 和6英寸(大约15cm)直径的纵向浮力管组成，从而管理培养物。或者，管144的短的部分 被放置于池子的末端从而补偿由于泵或管附加于框架的任意额外重量。包括连接于横杆支 持138的轴向缝12英寸直径的管道142，该管道作为添加和去除培养物和/或给池子或从 池子补充水的进口和出口。周向带提供了管之间的连接点。衬底146连接于纵向管132，折 叠起来(未显示)，连接于横跨在纵向部件之间的横杆支持。培养物148在池中生长，通过 以合适的泵(至少两个)和将纵向管134连接于缝管142的管道136来填充池子上游侧并 且清空池子下游方，从而从池子的上游端到下游端循环培养物从而保持水流。通过固定于 下表面的系泊索24来防止池子漂动。或者，池子可连接于锚泊浮标，或者其它合适的固定 点，如图1所示。图9是用于与图8中的浮池协作使用的泵线的示意图，其用于摄入环境水、下游培 养物或其进口处的混合物(下游缝管142)的转换和将其输送到收获箱、上游缝管142或其出口处的混合物。
具体实施例方式定义本文所用的术语藻类表示其最广泛的意义，包括具有叶绿素和缺乏分化的叶状体 的任意生物。因此，该定义包括真核和原核生物。本文所用的“藻类”是指任意各种主要为水生的，真核光合生物，尺寸在单细胞 形式到巨藻之间范围内。该术语还指负责地球上大部分光合作用的光合原生生物。作 为一个类群，藻类是多源的。因此，该术语可指被认为来自以下类群的藻类的任意原生生 物，蜂窝状的藻、chloraraachniophyte、隐藻、眼虫、褐藻、粘着植物，红藻，如Rhodophyta， stramenopiles和virida印lantae。该术语指真核生物中的绿藻、黄绿藻、褐藻和红藻。该 术语还指原核生物中的蓝藻。还术语还指绿藻、蓝藻和红藻。如本文所用，系泊索是用于将漂浮物体栓系于停靠物体的淹没线、链、粗绳、带、管 道、绳或任意类型的线。在某些实施方案中，本文公开和要求权利的方法、设备和系统提供了藻类培养。在 某些实施方案中，本文公开和要求权利的方法、设备和系统提供了从藻类培养产生生物燃 料。在一个实施方案中，本文公开的藻类培养系统在户外环境中运行。一个实施方案是有 关于生产生物柴油的方法、设备和系统。藻类的高油株在本发明的藻类培养系统中进行培 养和收获。在一个实施方案中，从藻细胞中分离油并且使用常规的转酯化技术，如熟知的 Connemann法(见，例如美国专利第5，354，878号，其全部内容通过引用结合到本文中作为 参考)加工成生物柴油。在一个实施方案中，通过液化产生和分离油(Dote，1996 ；Matsui, 1997)。在一个实施方案中，通过低温气化产生甲烷富气(MinOWa，1999)。但是，预期可使用 任意已知的转化藻类成为生物柴油方法。在一些实施方案中，藻类培养系统可被直接用于提供动物或人类食物资源，例如 通过培养可食用藻类，如螺旋藻。在其它的实施方案中，藻类培养系统可被用于支持第二食 物资源的生长，如以藻类为食的虾或其它水生物种。虾类养殖和其它可食用种类的水产养 殖的方法在所属的领域中是已知的，可使用性状良好的种类，如日本对虾、桃红对虾、棕对 虾、白对虾、西方对虾、南美白对虾或其它的对下种类。一般技术人员会认识到本公开不是 限定性的，可养殖和收获以藻类为食的其它可食用种类。在其它的实施方案中，该系统、设 备和方法可用于去除二氧化碳污染，例如通过由发电厂、工厂和/或其它二氧化碳产生者 制造的废气。在本发明的一个实施方案中，本发明的藻类培养系统、池子或设备的深度保持在 0cm至50cm之间。在本发明的一个实施方案中，深度保持在0cm至10cm之间。在本发明的 另外一个实施方案中，深度保持在10cm至30cm之间。在本发明的另外一个实施方案中，深 度保持超过50cm。可选择与其中培养的藻量结合的深度以通过接近上部水体的密集的较上 部的藻群随意地遮蔽接近池子底部的藻类或设备。以这种方式，本发明的另外一个实施方 案通过选择条件提供两阶段生长从而产生两层藻，即颜色较深的底部体和颜色较浅的上部 体，后者用于至少部分地为底部体遮蔽光线。本发明的框架12被设计为对衬底14 供足够的支持，从而培养物16大部分与环境水分隔开来。只要防止培养物的毛稀释或丧失，培养物16和环境水之间的一些交换是允 许的。以其最简单的形式，本发明的浮池，例如图1的浮池10或图5a的浮池60，可被放 置于被保护的环境中，如海湾，在其中它不会经受极端天气。这使浮池亚组件的设计可只耐 受与开放海域中的恶略天气中产生的相比温和的胁迫。但是这具有两个明显的去缺点。首 先，这限制了池子可被安装的地点。其次，保护限制了提供给池子的风和浪的混合力。或者，可在温和的条件下构造和运行浮池，在剧烈的天气条件下分解和安全储存。 相对被保护、遮挡的位置，这提高了浮池的可能位置的数目，它还增大了浮池对风和浪的经 受。在本发明的一个实施方案中，以利用该培养系统中的风的方式来设计、构造/安装浮 池。如今，可在任何开放的水域安装浮池，并且可利用无遮挡的风和浪的配合。但是，这会造 成与反复的装配和分装浮池相关的运行成本，并且在这些操作过程中损失了生长时间。这 对于试验池是可接受的，但对于生产池是不理想的。本发明的实施方案提供了具有系泊索的浮池。本发明的另外一个实施方案提供了 具有系泊索的圆形浮池10。本发明的其它实施方案提供了被系泊或具有系泊索的矩形浮池 60。所属领域的一般技术人员会理解系泊和/或栓系浮池的多种可能的选择。作为该信息 的非限定性实施例，有Dr. Mark Grosenbaugh的多篇文章，包括Grosenbaugh，M. A. 1996. On the dynamics of oceanographic surface moorings. Ocean Engineering 23, (1)(JAN) 7-25 ；hel Grosenbaugh, M. A. 1995. Designing oceanographic surface moorings to withstand fatigue. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 12, (5)(OCT) 1101-10。这些描述了可用于本发明的可能的系泊系统。在一个方面，本发明的浮池还包含 系泊系统。在本发明的其它方面，系泊系统由一个或多个缆、链、绳索或系绳组合构成，其适 合于固定浮池。本发明的另外一个方面提供了具有适合于在其需要的环境中固定浮池的系 泊系统(例如，有一些本发明的例子，其中适合于湖泊的系泊系统与适合于海洋的系泊系 统不是完全一样的。)在本发明的另外一个方面，系泊系统会将浮池固定到理想的位置或相 对于其它浮池的理想的方向。在本发明的其它实施方案中，系泊系统由不止一个系泊索构 成。本发明的另外一个实施方案提供了具有系泊系统的浮池，系泊系统的线具有充足的松 弛度从而可使浮池有一定活动性。仍然在本发明的其它实施方案中，可由有弹性或稍具弹 性的材料构造系泊系统从而可具有弹性，如橡胶系绳、合成绳索或所属领域的一般技术人 员已知的其它材料。本发明的其它实施方案包括由链或管构成的系泊系统。Grosenbaugh 等提供的和所属领域的一般技术人员已知的算法可被用于本发明从而提供用于本发明的、 适应浮池要被安装到其中的所需环境的特殊系泊系统。用于本发明的系泊索、系泊系统或浮标系统可以是所属领域的一般技术人员任意 已知的。在一个实施方案中，本发明的浮池具有浮标和包含连接于浮标的缆的部分的锚。 这还可包含能量吸收缆，还可包含加重缆(weighted cable)，还可包含连接于锚的浮力缆， 如Nye等的美国专利第7，244，155号公开的，并且通过光滑的连接过渡系统辅助，其包含被 保护的缆并且可连接于所述的浮标；第二部分包含能量吸收缆；第三部分包含加重缆；第 四部分包含浮力缆并且可连接于所述的锚；其中所述的部分通过光滑过渡连接串联起来； 当展开所述的系泊索时，所述的系泊索将所述的浮标固定于所述的锚并且具有反悬链线绞 距(inverse catenary lay)。光滑过渡连接可包括在系泊索中。光滑过渡连接可用于将系泊索与加重缆，与能量吸收缆，与浮力缆，与锚串联连接起来，从而所有部分从一部分到另 一部分都是光滑的。光滑过渡连接可以是能够串联连接四部分的任意连接，从而所有部分 从一部分到另一部分都是光滑的。例如，光滑过渡连接可以是光滑过渡机械拼接，或编织拼 接，如所属领域通常已知的。光滑过渡连接可以使系泊索在连续卷筒或盒上被卷起，防止系 泊索当被从容器中取出时缠绕在一起。反悬链线绞距(inverse catenary lay)可以是当被 展开时的系泊索的形状。反悬链线绞距可用于使系泊索对于各种深度的海洋保持长度。反 悬链线绞距可用于防止系泊索沉底和由于摩擦锚或海洋底部而被污染。在一个或多个实施 方案中，浮池，或浮池10，或浮池60可包括一个或多个系泊索，如三个或更多，系泊索可被 用于固定浮池的位置。在一个或多个实施方案中，系泊索连接于浮池的下部。在一个或多 个实施方案中，系泊索可包括两或更多英里的4英寸至6英寸直径之间的绳、线、聚合物涂 层绳、链、金属线或其任意组合。在一个或多个实施方案中，系泊索的长度可约等于水深度。 在备选实施方案中，系泊索的长度可以约为水深达的2至3倍。系泊索可固定于海底。在 一个或多个实施方案中，系泊索由液晶聚合物制成的被保护的缆组成。在一个或多个实施 方案中，系泊索由包含聚酯纤维缆的被保护的缆组成。在另外一个实施方案中，聚酯纤维缆 为达700米的额定断裂强度为7500磅的12股聚酯纤维。在另外一个实施方案中，聚酯纤 维缆为达700米的额定断裂强度为3400磅的12股聚酯纤维。在其它的实施方案中，聚酯 纤维缆为超过700米的额定断裂强度为7500磅的12股聚酯纤维。在其它的实施方案中， 聚酯纤维缆为超过700米的额定断裂强度超过7500磅的12股聚酯纤维。系泊索还可包括 所属领域的一般技术人员已知的其它设备从而使系泊索具有鱼咬保护。系泊索可包括所属 领域的一般技术人员已知的其它设备从而使系泊索具有滤板保护，其可包括作为非限定性 实施例的具有外脊的包裹被保护缆的聚亚安酯外套。在另外一个实施方案中，本发明包括 不导电的系泊索。在另外一个实施方案中，本发明提供了包含导体的系泊索。
本发明的其它实施方案通过提供可浸入水中的浮池(例如，浮池10和/浮池60) 避免了由组装和拆分培养系统和/或浮池造成的额外费用。在本发明的一个实施方案中， 构造可浸入水中的浮池。因此，浮池的亚组件被设计为耐受与开放海域中的最差天气下产 生的相比为中度的胁迫，但是不需要将池子放置于被保护的环境中或不需要在恶略条件下 拆分池子。在图1中，淹没线32是将浮池10连接到下表面的自由的挂线。在本发明的一 个实施方案中，淹没线被连接于线轴34，其改变线轴34上和因此从下表面脱下的淹没线32 的量。本发明的其它实施方案提供了调节本发明的浮池的框架或设备的浮力的方法。在一 个实施方案中，漂浮的藻类培养系统的框架填充或部分填充了藻类培养物，从而减少浮力。 在另外一个实施方案中，实施这一方法从而进一步淹没浮池，并且提供一些对于可能的破 坏性气候或暴风雨状况的保护。在本发明的另外一个实施方案中，漂浮藻类培养系统的框 架填充或部分填充了环境水，从而减少浮力。在本发明的另外一个实施方案中，通过使用淹 没线和线轴调节来调节漂浮藻类培养系统的浮力。作为非限定性的实施例，如图2b所示， 当浮池下沉，淹没线32在下表面(subs)上卷绕，降低其净重直到在浮池的特定深度达到平 衡。淹没线的设计为，其可被用于设定浮池10的深度和方向。深度计和液位计可被用于指 导这一操作。应用淹没线32和线轴34建立了稳定的淹没系统。用于以液体和空气填充和 清空框架的阀和系统对于所属领域的一般技术人员是熟知的，可被用于调节本文公开的系 统的浮力。
在本发明的一个或多个实施方案中，可浸入水中的浮池结构中使用的一个或多个 管中装配了压力传感器。所述的压力传感器被用于调整可浸入水中的浮池的组件来控制池 的浸入水中深度从而与设定压力相匹配。在本发明的另外一个实施方案中，可浸入水中的 浮池结构中使用的一个或多个管中装配了减压阀来限制环境水和管内部之间的压力差。在 所述管的安全规范中设定了所述的压力差。在一个实施方案中，本文提供的发明可以是不可分割的结构。但是，基于生产能 力、维持保养、升级和扩展性的原因，其它的实施方案在其多个方面使用了模块化方法。因 此，该系统可用于多种模式和培养设备，并且其成品适应于海底洋流。在本发明的一个实施方案中，浮池在浸入水中过程中是水平悬浮(也就是，在海 底和表面之间)的。在备选实施方案中，浮池可以以水平到垂直之间的角度悬浮的。通过 自身固定在海床上的系泊索控制浮池，浮池本身保持足够绝对的浮力从而使这样的线保持 紧张，从而保持其被固定的位置。在备选实施方案中，浮池仍由系泊索控制，但是以可使浮 池对水体运动做出回应而有更多活动性的方式。本发明的浮池可具有单一系泊索。本发明 的浮池可具有不止一个系泊索。本发明的浮池可具有2、3、4、5、6、7、8、9或10或更多的系 泊索。本发明的其它实施方案提供了每一系泊索组装的自由端由特定的浮标被保持在表面 上，而被固定端位于非常深的地方。在固定点和运行位置的最深处之间，优选系泊索附加 漂浮装置，可使浮标负担的负重只是表面和所述的运行位置最深处之间的系泊索的长的重 量。依据于本文的固定技术基本上是那些通常用于海上石油平台的。如上所述，在本文的 另外一个实施方案中，浮池的浸入水中、上升或下降的调节部分或全部是基于在海底卷绕 的淹没线和/或系泊索，从池子移除重量和影响下降的系泊索重量。另外一个实施方案提 供了除了系泊索，调节浮池浮力的还有镇流管42。在一个实施方案中，浮池可具有船上绞车系统用作下降和上升的控制装置。与浮 池的浮力控制相呼应，通过所属领域的一般技术人员已知的和本申请中公开的方法，绞车 系统可以使浮池从表面“爬行”到其系泊索之下，同样基于收获、维修保养或其它目的可上 升(通过可变浮力的辅助)。绞车可为“提起”的设计(例如，卷起其上的绳缆的鼓状物)； 但是其它的实施方案使用(在操作下降的区域)直接用于牵引的链，从而不需要提起的鼓 状物或其它的船上负载设备，并且不给平台组装增加任何的附带的额外重量。考虑到展开分布，一个实施方案中的浮力充足的浮池首先在表面上被拖到位置 (即，系泊索浮标之间或接近系泊索浮标)。或者，浮池可以由自身动力推动在表面运动的， 尽管这在优选实施方案中不是这样的(其中希望灵敏机械装置被保持最低)。平台仍然在 表面上，收回系泊索并且穿入或穿到绞车组装上。一旦所有的都被固定，通过远程控制，某 些压载箱被(以可控的方式)被充满从而产生合适的减排量(reduced displacement's 车组装开始将平台放下至优选的运行深度。在本发明的一个实施方案中，利用基本上单向的洋流的存在来保持系泊索之间足 够的分隔，并且防止所有线之间缠绕。凭借其与平台的系泊索反应的力，所述的洋流还用于 将浮池固定在运行位置。本发明的其它实施方案包括应用伸缩线来协助浮池在表面上、沉没过程中和/或 铺成平面过程的定位。应用收缩线可以在一构造变形之后快速回复至前一构造。在本发明的一个实施方案中，控制浮池的位置和运行的设备位于所述的浮池上。
15在本发明的一个实施方案中，控制浮池位置和运行的设备位置远离所述的浮池，如浮标、其 它浮池、船、附属物(satellite)或在陆地上。在本发明的另外一个实施方案中，控制浮池 的位置和运行的一些设备位于所述的浮池上，一些设备位置远离其，如上所述。在远离位置 和浮池之间传送信号的方法对于所属领域的一般技术人员是熟知的。本发明的一个实施方案包括构造如图3a和3b所示的培养系统的方法。尽管对 塑料管的直径有实际的限制，与其他可能的方法相比较而言，使用管的组合可以构造更大 的浮池和更大的培养系统。本发明的其它实施方案是具有不止一个管的培养系统，并且所 述的两个或多个管被用于两个或多个组合的目的。在一个实施方案中，本发明提供了包含 具有一个或多个镇流管的浮池的藻类培养系统。在另外一个实施方案中，本发明提供了具 有一个或多个填充了水、空气、藻类培养物、环境水或营养物中的一种或多种的镇流管。在 另外一个实施方案中，本发明还由间隔物48组成。在其它的实施方案，本发明的浮池捆绑 了 2 个，2 个或更多，3，3 个或更多，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20-25， 26-30，31-40，41-50，51，或52更多个捆绑在一起的管子。在本发明的一个实施方案中，当镇流管42没有培养物或充满空气的时候，藻类培 养物16暴露于阳光、风和/或浪。在另外一个实施方案中，衬底14由密度小于环境水的材 料制成，从而漂浮。本发明的一个实施方案提供了密度小于环境水的材料的应用，例如，包 括框架40、管、间隔物、附加管或管和间隔物的组件，从而使它们具有浮力。本发明的另外一 个实施方案提供了包括框架40、管、间隔物、附加管或管和间隔物的组件，通过空气使其具 有浮力从而调节框架的浮力。本发明的其它实施方案提供了通过使用藻类作为压舱物来对 漂浮培养池的框架和/或管的浮力进行的调节(例如，如图4所示，其中藻类培养物填充镇 流管42)。在本发明的另外一个实施方案中，淹没线32和线轴34用于调节浮池的浮力。在 一个实施方案中，淹没线和线轴与镇流管组合使用。发明简介中的图1-4中描述的培养系统具有多个优势。应用水中浮池避免了该池 与其它应用竞争土地。此外，它避免了与如场地平整的地面位置相关的费用。组件经受的 漂浮或浸入水中的状态限制了重量和其经受的胁迫，从而可使用不适合于地面安装的材料 和结构。将管和管道应用于浮池的框架简化了结构并且扩展为大型池。在图1-4中描述了 浮池的圆形结构。但是，描绘的圆形结构不能与单向风和洋流良好配合，它也不能有效安排 浮池组合从而形成大型养殖场。本发明的备选实施方案提供了矩形浮池，其可更充分地利 用一些环境条件并且耐受这些环境条件条件，如当浮池在具有单向风和洋流的某地。另外 一个实施方案包括被设计为两个或多个以节省空间(线形、矩形、方形)的方式组合，在某 些情况下为养殖场中的的矩形浮池。在本发明的一个实施方案中，矩形浮池被设计为组合， 线或片。本发明的矩形浮池可被组合从而防止扭曲、转动或移动，这种方式非常适合具有单 向风和水流的藻类培养。非限制性实施例可为在海上。矩形浮池可被用于充分利用空间和 /或可用的阳光照射区域。本发明的矩形浮池可被用于其它的实施方案中来创造更有效的 培养和组合系统。图5a是一个可能的矩形浮池60的透视图。由两个纵向部件62和横向 部件90构成的浮力框架。两个部件都可以是包括多个亚组件的复合框架。在本发明的实 施方案中，纵向部件62平行于风排列。这可以使浮池60和使其自身平行于纵向部件62移 动的培养物70的流最大程度混合。纵向部件62被描述为在两个方向上都延伸超过衬底68
16和横向部件90从而有助于其组成管道连接于其它的池、船、平台、管道网等。多个横向部件 90能够实现沿着池的全长和两个连续的横向部件90之间的培养物的有效管理。每个横向 部件的适时的收获和补充营养可实现有效的运行。本发明还提供了较小的矩形浮池，其具 有简化的框架设计，包括没有横向部件的，由此衬底在纵向部件的两端折叠起来从而将池 子与环境水分隔。本发明还包括具有横向部件的较小的矩形浮池。在本发明的一个方面，矩 形浮池可具有约lm至约3m的宽度。在本发明的一个方面，矩形浮池可具有约3m至约20m 的宽度。在本发明的一个方面，矩形浮池可具有约20m至约70m的宽度。在本发明的一个 方面，矩形浮池可具有约70m至约200m的宽度。在本发明的一个方面，矩形浮池可具有大 于200m的宽度，尽管其它的宽度也是合适的。作为本发明的实施方案的矩形浮池其它优势是其可被有效地设计成养殖场。本发 明的一个特殊的实施方案(其中被培养的藻类被用于产生油)是为了提供有意义数量的油 和利用大规模生产。在某些实施方案中，被培养用于产生生物燃料的藻类不是基因工程的。 培养未经遗传变异的藻类的天然株，或甚至是池子非常临近的区域中天然产生的藻株。在 某些实施方案中，产生了大量的生物质而未考虑构成种类。在某些实施方案中，使用造成一 种藻类超过其它种类优势生长的条件产生大量的生物质。例如，PH或盐度的极值可被用于 富集螺旋藻和杜氏藻(Richmond，1986)。在一个实施方案中，浮池产生藻类，所述藻类的说明根据藻类的类型和计划的用 途而进行变化。例如，可在本发明的浮池中种植来产油一些种类包括微球藻种类，包括微 拟球藻或微绿球藻，Nannochloris atomus Butcher, Nannochloris maculata Butcher, Nannochloropsis gaditana Lubian和微绿球藻(Droop)，螺旋藻，绿藻纲的种类(该类型 的藻类倾向于产生更多的淀粉而非脂质，并且在30°C具有非常高的生长速率，在55mmho/ cm的I型水溶液中具有高光)，硅藻属的种类，硅藻藻类，硅藻，新绿藻(Neochloris)，二
形栅藻(Scenedesmus dimocphus )，纤细裸藻(Euglenagracilis)，三角褐指藻，颗石藻，
小三毛金藻，扁藻，亚心形扁藻，球等鞭金藻，葡萄藻属的种类包括，但是不限定于布朗葡萄 藻(藻株已显示产生代表其干重的86%的长链碳氢化合物)，杜氏盐藻(报道藻株具有约 37%的油产量(有机基础)，杜氏盐藻(D. tertiolecta)(具有高C02封存率的快速生长藻 株)。虽然某些绿藻株非常耐受温度波动，硅藻属具有一个相当狭窄的温度范围。本发明的 实施方案适合于在淡水、半咸水或咸水中生产单一种类或多个种类。在本发明的具体实施 方案中，培养关注于单一种类，例如对于淡水长须鲸养殖场。但是，通过多种类、多门类养殖 场的规模经济可优化系统参数。因此，多门类养殖场的其它实施方案描述了本发明的更普 遍的应用。因此，虽然通过参考其说明性实施例来显示和描述了本发明，所属领域的一般技 术人员会理解可在其中进行各种形式和细节上的变化(例如，周围物理设备的设计；水质 量参数，和养殖种类可变化)而不偏离本发明的范围。在某些实施方案中，培养用于产生生物燃料的藻类可以是基因工程(转基因的) 改造从而具有一个或多个分离的核酸序列，其提高油产量或提供其它用于藻培养、生长收 获或应用的特性。稳定地转化藻种类的方法和包含应用的分离的核酸的组合物在所述领域 中是熟知的，任意这样的方法和组合物可被用于本发明的操作中。示例性的应用的转化方 法可包括基因枪法、电穿孔、原生质体融合、PEG介导的转化、DNA涂层的碳化硅晶须或使用 病毒介导转化(见，例如 Sanford 等，1993，Meth. Enzymol. 217 :483_509 ；Dunahay 等，1997，Meth. Molec. Biol. 62 :503_9 ；美国专利第5，270，175号和第5, 661, 017号，通过引用结合 到本文中作为参考)。例如，美国专利第5，661，017公开了含叶绿素C的藻类的藻类转化方法，如硅藻 纲、金藻纲、褐藻纲、黄藻纲、针胞藻纲、土栖藻纲、隐藻纲、小环藻属、舟形藻属、细柱藻属、 褐指藻属(Phaeodactylum)、双眉藻属、角毛藻属、菱形藻属或海链藻属。在美国专利第 5，661，017号还公开了包含应用的核酸如乙酰辅酶A羧化酶，的组合物，本申请中引用的所 有其它的专利和发表物通过引用结合到本文中作为参考。在各种实施方案中，可在分离的核酸或载体中整合选择标记从而选择被转化的藻 类。使用的选择标记可包括新霉素磷酸转移酶、氨基糖苷类磷酸转移酶、氨基糖苷类乙酰 转移酶、氯霉素乙酰转移酶、潮霉素B磷酸转移酶、博莱霉素结合蛋白、丁膦乙酰转移酶、溴 苯腈腈水解酶，草甘膦抗性-5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶、小穗苎麻素抗性抗核糖体 蛋白S 14、吐根碱抗核糖体蛋白S 14、磺酰脲类抗乙酰乳酸合成酶、咪唑酮抗乙酰乳酸合 成酶、链霉素耐药的16S核糖体RNA、大观霉素耐药16S核糖体RNA、红霉素耐药23S核糖 体RNA或甲基咪唑抗微管蛋白。提高转基因表达的调控核酸序列是已知的，如隐秘小环藻 (C. cryptica)的乙酰辅酶A羧化酶5’-未翻译的调控序列，隐秘小环藻的乙酰辅酶A羧化 酶3’ -未翻译的调控序列和其组合。分离藻类和提取油在各种实施方案中，使用所属领域已知的任意方法从水中分离藻类并且提取各 种藻类成分，如油。例如，可通过沉降或所属领域的一般技术人员已知的任意方法来从水 中部分分离藻类，或通过使用离心的处理方法，或甚至是工业规模的大体积容量的商业离 心机可被用于补充或取代其它的分离方法。可从已知的商业来源获得这样的离心机(例 如，Cimbria Sket或IBG Monforts，德国；Alfa Laval AJS，丹麦)。也可使用离心、沉降 和/或过滤来从其它的藻类成分纯化油。可通过添加凝聚剂来辅助从水培养基分离藻类， 如黏土(例如，颗粒尺寸小于2微米)、硫酸铝或聚丙烯酰胺。在凝聚剂的存在下，可使用 简单的重力沉降分离藻类，或更容易地通过离心分离藻类。例如，在美国专利申请公告第 20020079270号中公开了基于凝聚剂的藻类分离，其通过引用结合到本文中作为参考。所属领域的技术人员会认识的可以应用所属领域中已知的用于从液体培养基分 离细胞，例如藻类，的任意方法。例如，美国专利申请公告第20040121447号和美国专利第 6，524，486号(其分别通过引用结合到本文中作为参考)公开了从水培养基部分分离藻 类的切向流过滤设备和仪器。在美国专利第5，910，254和6，524，486号中公开了从培养 基分离藻类的其它方法，其分别通过引用结合到本文中作为参考。也可使用其它发表的分 离藻类和/或提取的方法(见，例如Rose等，Water Science and Technology 1992,25 319-327 ；Smith 等，Northwest Science,1968,42 165-171 ；Moulton 等，Hydrobiologia 1990,204/205 :401_408 ；Borowitzka等，Bulletin of Marine Science,1990,47 :244_252 ； Honeycutt, Biotechnology and Bioengineering Symp. 1983,13 :567_575)。在各禾中实 施方案中，可破碎藻类来帮助油和其它成分的分离。可以使用任意已知的细胞破碎的方 法，如超声波、French press细胞破碎仪、机械剪切力、冷压机、热休克、转子-定子粉碎仪 rotor-stator disruptors、阀型处理器、固定几何处理器、氮气减压或任意其它已知的方 法。可从已知的来源购买大容量商业细胞破碎仪(例如，GEA Niro Inc.，Columbia, MD ；Constant Systems Ltd. , Daventry, England ;Microfluidics, Newton, MA.)。例如，美国 专利第6，000, 551号公开了破碎水悬浮液中的微藻的方法，其通过引用结合到本中作为参考。藻类转化为生物柴油将光合作用产生的材料转化为生物柴油的各种方法在所属领域中是已知的，任意 这样的已知的方法可被用于本实验的操作中。例如，可从液体培养基收获、分离藻类，溶解 细胞并且分离油分。藻类产生的油类富含甘油三酯。这样的油类可使用熟知的方法被转化 为生物燃料，如Cormemarm法(见，例如美国专利第.5，354，878号，其通过引用结合到本文 中作为参考)。标准的转酯化方法涉及甘油三酯和酒精(一般为甲醇之间)的碱催化的转 酯化反应。甘油三酯的脂肪酸被转移到甲醇，产生烷基酯(生物柴油)并且释放甘油。去 除甘油，其可用于其它用途。各种实施方案包括Cormemarm法(美国专利第.5，354，878号)的应用。与批次反 应法(例如，J. Am. Oil Soc. 61 :343，1984)相对，Connemann法使用经过反应器柱的反应混 合物的连续流，其中流速低于甘油的下沉速率。其结果是从生物柴油连续分离甘油。可再 经过反应器柱来处理反应混合物从而完成转酯化过程。通过水相提取来去除残余的甲醇、 甘油、游离脂肪酸和催化剂。完善建立了 Cormemarm法从植物来源产生生物柴油，但是一般 的技术人员会认识到可使用所属领域已知的任意其它的从含有甘油三酯的油类产生生物 燃料或生物柴油的方法。例如，美国专利第4，695，411号、第5，338，471号、第5，730，029 号、第6，538，146、第6，960，672号中公开的，其分别通过引用结合到本文中作为参考。也可 使用不涉及转酯化的备选方法。例如，通过高温分解、气化或热化学液化(见，例如Dote， 1994, Fuel 73 12 ；Ginzburg,1993, Renewable Energy 3 :249_52 ；Benemann 禾口 Oswald, 1996，D0E/PC/93204-T5)。其它的藻类产品在某些实施方案中，公开的方法、组合物和设备可用于培养动物或人类可食用的 藻类。例如，螺旋藻是浮游蓝绿藻，其富含营养，如蛋白质、氨基酸、维生素B-12和类胡萝卜 素。人类对种植在藻类养殖场的螺旋藻的消费达到每年超过一千公吨。一般技术人员会认 识到通过要求权利的系统可种植、收获和应用任意类型的自由生活的藻类，如螺旋藻、杜氏 藻或扁藻(见美国专利第6，156，561号和第6，986，323号，其分别通过引用结合到本文中 作为参考)。使用要求权利的方法、设备和系统还可产生其它的藻类产品。例如，美国专利第 6，156，561号和第6，986，323号(通过引用结合到本文中作为参考)公开了将有机材料，如 藻类，光转化为生物可降解塑料的方法。可使用通过培养普通或转基因的藻类生产有用的 产品的任意这样已知的方法。实施例这里描述了本公开发明的一些有用的实施方案。提供以下的实施例是为了说明， 而不是限定要求权利的发明。为了使所属领域的一般技术人员更好地理解本发明的效用， 一些参考包括Lewis III等在美国专利第4，487，588号公开了用于植物培养的浸水筏； Hogen在美国专利第4，536，988号公开了种植水生植物的障栅结构和方法；在Canada，R.， Jr.，禾口 D. May. 1985. Mooring developments and design philosophy at the nationaldata buoy center. OCEANS. Vol. 17 中讨论了系泊和系泊设计；Dote，Y.，S. Inoue，T. Ogi， 禾口 S.Yokoyama. 1996. Studies on the direct liquefaction of protein-contained biomass :The distribution of nitrogen in the products. Biomass & Bioenergy 11，(6) :491-8 中公幵了 一些化学液化方法；Gaylord，Edwin H.，Charles N. Gaylord, 禾口 James E. Stallmeyer. 1997. Structural engineering handbook. 4th ed. New York McGraw-Hi 11中公幵了在实现本发明的浮池中的其它技术和构造；在Grosenbaugh的 两篇文章中 Grosenbaugh，M. A. 1996. On the dynamics of oceanographic surface moorings. Ocean Engineering 23，(1) (JAN) :7_25 ；Grosenbaugh，M. A. 1995. Designing oceanographic surface moorings to withstand fatigue. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 12，(5) (OCT) :1101_10，深入讨论了可用于本发明的系泊；在 Jones， I.S. F.，禾口 D.Otaegui. 1997 Photosynthetic greenhouse gas mitigation by ocean nourishment. Energy Conversion and Management 38，S367_72 中公幵 了通过藻类提 供食物和去除不需要的气体，如C02 ；还有Komori，S.，T. Shimada，和Y. Murakami. 1995. Laboratory estimation of C02 transfer velocity across the air-sea interface. In Biogeochemical processes and ocean flux in the western pacific,eds. H. Sakai, Y. Nozaki,69-81. Tokyo :TERRAPUB ；Matsui, T. 0. ， A.Nishihara, C.Ueda, M.Ohtsuki， N. 0. Ikenaga, and T. Suzuki. 1997. Liquefaction of micro-algae with iron catalyst. Fuel 76，(11) (SEP) :1043-8中公幵了可用于本发明的液化方法；Minowa，T.，md S. Sawayama. 1999. A novel microalgal system for energy production with nitrogen cycling. Fuel 78，(10) (AUG) : 1213-5中公开了可用于本发明的其它藻类和方法； Richmond,Amos,ed. 1986. CRC handbook of microalgal mass culture. Boca Raton,Fla. CRC Press ;heehan，J.，T. Dunahay，J. Benemann，禾口P. Roessler.1998. A look back at the U.S. department of Energy' s aquatic species program :Biodiesel from algae. NREL, TP-580-24190中提供美国能源部对生物柴油的研究综述，其提供了可用于本发明的方法， 以上参考分别通过引用结合到本文中作为参考。实施例1 图8中的矩形浮池用于测试系统组件和培养物保持程序。它的覆盖表 面积较小，并且不是浸入水中式的。常规的池子尺寸是10米宽，100米长。选择尺寸，从而 池子的宽度与纵向部件的直径的比总够大到能使代表水流自身建立起来。如果该比例是 0(1)，则纵向部件提供了太多对风的遮蔽，水流就会是可忽略的了。此外，浪高度对纵向部 件的直径的比值不能显著高于1，否则浪会淹没池。因此，本实施例的池被设计用于具有限 定显著浪高的环境水。可由多种不同的材料制成浮力框架，如抗紫外线PE、HD、MD或LD，抗 紫外线PVC或其它这样的材料。这里包括的名列只是基于说明的目的，是非限定性的。如 图3c所绘，它还可由小于或等于池的总长度或宽度的1/2的部分组成。图8描绘的池非常 适合测试上所述的材料和构造方法。同样，衬底可由合适的坚固的和具有柔韧性的、耐受天气和穿刺的材料制成，如 HDPE、LDPE、PVC、PP、织物和/或其组合物。这些材料可被制成交叉层压的，加强片和/或 多层片。这一名列是基于说明的目的，是非限定性的。从下游侧至上游侧的培养物循环可以模拟更长的池子。泵可以位于，例如，船或浮 标或在浮力框架上，只要它们的重量如所述的与管144平衡。可通过改变循环的培养物对补充水的比例来控制培养物的密度。在启动状态下，当藻类浓度低的时候，可使用完全循 环。作为一个实施例，如果池子具有20cm的平均深度和20cm/s的流速，则对于10cm宽的 培养系统，泵需要能够泵至少20X1000X20mL/s或大约6300GPM。可以环境水中的藻类或接 种特意的藻类组合为起始来种植培养物。检查池子中的藻类浓度和重要营养物的浓度，如 氮、Fe、P和其它，根据需要调整它们。还可测量和控制其它的参数，如pH和池的深度。池子的藻可被用于测试收获程序和藻类生物质转化为其它产品，如生物燃料和直 接或间接的食品，如本文所述。实施例2图8中描绘的浮池被转变为具有一些已描述的附加系统组件的可浸入水中池。附 加的阀、管道和可选的空气泵功能，从而可将培养物和环境水泵入或泵出纵向部件132，可 调整池子的浮力。如果纵向部件被填充时，构造框架的材料致使池子的平均密度大于环境 水，必须添加填充空气的纵向管，如图4b中的管44。增加淹没线和线轴则可调整池的方向 和其平衡淹没深度。所属领域的一般技术人员会意识到本文提供的描述的多种等同物，使用不同的材 料、生物或零件用于框架、衬底、培养物或系泊系统。例如，框架可由木头，不同的塑料，如 HDPE、天然橡胶、PP、PVC，不同的金属等构成。它可由桶、管道、轮胎等制成。衬底可由能够 形成大型的具有柔韧性不渗透藻类的片的任意材料制成，如不同的塑料，如HDPE、LDPE、PP、 PVC等。系泊系统可以固定到任意固定的物体，如水上平台、码头、下表面(海床)、陆地，或 漂浮的物体，如锚浮标、船、浮动平台等。使用通常理解的工程原理，如Gayl0rd(1997)的， 可构造所有的组件。可给浮池增加需要的附加组件，如阀、泵、绞车、计量仪表、传感器或其 它设备来提高其运行。本文列出的以下的权 要求和包括附图的说明书中的要素的组合是在本发明的 范围内，并且被包含在以下的权利要求中。
权利要求
一种浮池，由具有至少1个漂浮部件的浮力框架、连接于所述框架的衬底、培养物和系泊系统组成。
2.根据权利要求1所述的浮池，其中所述框架是由至少2个漂浮部件构成。
3.根据权利要求2所述的浮池，其中所述至少2个漂浮部件中的至少2个是纵向部件。
4.根据权利要求3所述的浮池，其中所述框架还由至少一个横向部件组成。
5.根据权利要求4所述的浮池，其中所述横向部件连接到所述纵向部件。
6.根据权利要求4所述的浮池，其中所述框架还由至少两个横向部件组成。
7.根据权利要求6所述的浮池，其中所述纵向部件是平行的，所述横向部件垂直于所 述纵向部件。
8.根据权利要求4所述的浮池，其中所述横向部件包围所述纵向部件。
9.根据权利要求4所数的浮池，其中所述横向部件由有浮力的下层结构构成。
10.根据权利要求9所述的浮池，其中所述有浮力的下层结构是弧形的。
11.根据权利要求9所述的浮池，其中所述有浮力的下层结构至少部分填充了环境水。
12.根据权利要求10所述的浮池，其中所述弧形有浮力的下层结构分为分别填充的两半。
13.根据权利要求11所述的浮池，其中所述有浮力的下层结构的填充量是可调节的。
14.根据权利要求12所述的浮池，其中调解所述两半的弧形有浮力的下层结构的填充 来平衡所述的框架。
15.根据权利要求1所述的浮池，其中所述漂浮部件安装了至少1条周向带。
16.根据权利要求15所述的浮池，其中所述周向带包括至少一个机械元件，如连接点。
17.根据权利要求1所述的浮池，其中所述漂浮部件被用作安装基座。
18.根据权利要求1所述的浮池，其中所述漂浮部件是由至少2个平行部件构成的复合物。
19.根据权利要求18所述的浮池，其中所述平行部件中的至少1个安装了至少1个周向带。
20.根据权利要求18所述的浮池，其中所述平行部件中的至少1个用作安装基座。
21.根据权利要求19所述的浮池，其中所述周向带包括至少1个机械元件，如连接点。
22.根据权利要求1所述的浮池，其中所述漂浮部件由至少1个管状元件构成。
23.根据权利要求1所述的浮池，其中所述漂浮部件由至少2个管状元件构成。
24.根据权利要求23所述的浮池，其中所述至少2个管状元件中的至少1个是用于运 输过程流体的管道。
25.根据权利要求1所述的浮池，其中所述培养物通过所述衬底与环境水分隔。
26.根据权利要求1所述的浮池，其中所述衬底是有浮力的。
27.根据权利要求1所述的浮池，其中通过从所述浮池去除至少部分所述培养物来收 获所述培养物。
28.根据权利要求1所述的浮池，其中通过对所述浮池增加水和营养物来维持所述培养物。
29.根据权利要求1所述的浮池，其中所述培养物是藻类培养物。
30.根据权利要求1所述的浮池，其中所述系泊系统由至少1根直接将所述框架固定于下表面的系泊索组成。
31.根据权利要求1所述的浮池，其中所述系泊系统由至少1根将所述框架连接于下表 面固定的浮标的系泊索组成。
32.根据权利要求1所述的浮池，其中所述系泊系统由至少1根直接连接于下表面的系 泊索和至少1根与固定于下表面的浮标连接的系泊索组成。
33.根据权利要求22所述的浮池，其中所述浮池是可浸入水中的。
34.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述框架由至少2个漂浮部件构成。
35.根据权利要求34所述的可浸入水中的浮池，其中所述至少2个漂浮部件中的至少 2个是纵向部件。
36.根据权利要求35所述的可浸入水中的浮池，其中所述框架还由至少一个横向部件 组成。
37.根据权利要求36所述的可浸入水中的浮池，其中所述横向部件连接于所述纵向部件。
38.根据权利要求36所述的可浸入水中的浮池，其中所述横向部件包围所述纵向部件。
39.根据权利要求36所述的可浸入水中的浮池，其中所述框架还由至少两个横向部件 组成。
40.根据权利要求39所述的可浸入水中的浮池，其中所述纵向部件是平行的，所述横 向部件垂直于所述纵向部件。
41.根据权利要求36所述的可浸入水中的浮池，其中所述横向部件由有浮力的下层结 构构成。
42.根据权利要求41所述的可浸入水中的浮池，其中所述有浮力的下层结构是弧形的。
43.根据权利要求41所述的可浸入水中的浮池，其中所述有浮力的下层结构至少被部 分填充了环境水。
44.根据权利要求42所述的可浸入水中的浮池，其中所述弧形有浮力的下层结构分为 分别填充的两半。
45.根据权利要求43所述的可浸入水中的浮池，其中所述有浮力的下层结构的填充量 是可调节的。
46.根据权利要求44所述的可浸入水中的浮池，其中调节所述两半的弧形有浮力的下 层结构的填充来平衡所述框架。
47.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述漂浮部件安装了至少1条周 向带。
48.根据权利要求47所述的可浸入水中的浮池，其中所述周向带包括至少一个机械元 件，如连接点。
49.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述漂浮部件被用作安装基座。
50.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述漂浮部件是由至少2个平行 部件构成的复合物。
51.根据权利要求50所述的可浸入水中的浮池，其中所述平行部件中的至少1个被安 装了至少1条周向带。
52.根据权利要求50所述的可浸入水中的浮池，其中所述平行部件中的至少1个被用作安装基座。
53.根据权利要求51所述的可浸入水中的浮池，其中所述周向带包括至少1个机械元 件，如连接点。
54.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述浮力部件由至少2个管状元 件构成。
55.根据权利要求54所述的可浸入水中的浮池，其中所述至少2个管状元件中的至少 1个是用于运输过程流体的管道。
56.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述培养物通过所述衬底与环境 水分隔。
57.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述衬底是有浮力的。
58.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中通过从所述浮池去除至少部分的 所述培养物来收获所述培养物。
59.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中通过对所述浮池增加水和营养物 来维持所述培养物。
60.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述培养物是藻类培养物。
61.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述系泊系统由至少1根将所述 框架直接固定于下表面的系泊索组成。
62.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述系泊系统由至少1根将所述 框架与固定于下表面的浮标连接的系泊索组成。
63.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述系泊系统由至少1根直接连 接于下表面的系泊索和至少1根与固定于下表面的浮标连接的系泊索组成。
64.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述至少1个管状元件中的至少 1个可调节地填充了至少部分所述培养物。
65.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述至少1个管状元件中的至少 1个可调节地填充了至少部分环境水。
66.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述至少1个管状元件中的至少 1个装配了至少1个阀来调节其容量和条件，如压力。
67.根据权利要求66所述的可浸入水中的浮池，其中所述阀中的至少1个是气阀。
68.根据权利要求66所述的可浸入水中的浮池，其中所述阀中的至少1个是液阀。
69.根据权利要求66所述的可浸入水中浮池，其中所述阀中的至少1个是减压阀。
70.根据权利要求33所述的可浸入水中的浮池，其中所述框架固定于至少1个延伸至 下表面的自由悬挂的淹没线。
71.根据权利要求70所述的可浸入水中的浮池，其中所述淹没线在可调节的卷轴上， 提高或降低了所述框架上的线的有效重量。
72.根据权利要求71所述的可浸入水中的浮池，其中所述线被用于平衡所述框架。
全文摘要
公开了用于培养藻类的浮池。该浮池由浮力框架、衬底、培养物和系泊系统组成。公开了具有由填充了或部分填充了，例如空气，或水，或环境水，或培养物的管建成的浮力框架的可浸入水中浮池，因此本发明提供了其中浮力可被调节的框架。公开了应用淹没线和管来控制浸入水中过程中浮池的方向和深度。
文档编号A01G33/00GK101925295SQ200980102806
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月23日
发明者斯图尔特·巴塞尔 申请人:斯图尔特·巴塞尔