专利名称：趋光微生物(如藻类)的培养与繁殖系统的制作方法
趋光微生物(如藻类)的培养与繁殖系统本发明涉及用于培养和繁殖微生物的系统及其相应的方法。微生物的培养与繁殖，尤其是藻类的培养与繁殖通常在高约30cm的敞口扁槽中 进行。专利DE2358701揭示了这样一个用于藻类培养和繁殖的系统，该系统具有一充满 营养悬液的扁槽，所述扁槽中设置有多个分隔壁，这样在该扁槽中形成了一个使营养悬液 水平流动的水平曲流体系。泵的设置使营养悬液在所述扁槽中流动起来，并将营养悬液泵 送入该扁槽中。但由于高度较小，所述扁槽的可利用体积较小，因此藻类每公顷的潜在产量较低。 而且，由于扁槽的表面积较大而容积相对较小或槽中营养悬液相对较少，扁槽中的营养液 在入射光线的照射下温度上升太快而造成生长中的微生物死亡。另外，使营养悬液流动的 泵也会由于使营养液具有相对较高的压力而导致敏感微生物死亡，因此降低了微生物的繁 育速度。因此，本发明的目的是提供一种用于微生物培养繁殖的系统和方法，用于提高微 生物每公顷的产量。通过本发明的微生物培养繁殖系统和对应方法可达到上述目的，该系统具有权利 要求1所述的特征，而该对应方法具有权利要求14所述的特征。从属权利要求详述了本发 明的发展优势。本发明的技术方案为所述槽系统具有一由分隔壁形成的垂直的曲流系统，这样 可在槽系统内形成基本垂直的营养悬液流。由于在所述槽系统内具有垂直流，所使用的槽 应为深槽而不是扁槽。这里槽系统最适宜的深度在1.80m至2. 20m之间。随着深度的增 加，所述槽系统的长度可能长于使用多个扁槽时的长度，因此，本发明系统的使用可提高微 生物，尤其是藻类的每公顷(占地面积)的产量，并且最大限度地利用了所述槽系统的体积。 由于避免了营养悬液过热现象的发生，槽系统内的基本垂直的营养悬液流使得槽系统中形 成了特别适宜微生物繁殖的氛围。此外，所述垂直流很好地混合了营养悬液，因此刺激了营 养悬液中微生物的生长。在本发明的槽系统的一个优选实施例中，所述槽系统具有多个并列设置的槽，且 所述槽都具有侧壁，每一个槽都具有一分隔壁，所述并列设置的槽的侧壁形成一营养悬液 从一个槽流入相邻槽的溢流区。这里所述槽最好呈U形，宽度约为2m至3m，高度约为1. 80m 至2. 20m，长度约为0. 2m至0. 4m。这样，可并列设置任意数量的槽，因此，可以设想并毫不 费力地制备一个一百多米的槽。所述槽内的营养悬液在与槽底部基本垂直的方向上沿分隔 壁流动。只有在槽底部与分隔壁的下边缘之间的区域内和相邻两个槽的溢流区中，也就是 所述槽的侧壁上方，营养悬液呈水平流动。所述溢流区使得营养悬液不停流动，因此所述 槽系统内的营养悬液不需要额外的泵送作用来维持在槽内的流动。所以，营养悬液在所述 槽内以相对较低的速度流动且没有压力产生，使营养悬液中的微生物处于一个温和的环境 中，避免了对生长中的微生物造成伤害。在本发明的另一优选实施例中，所述槽呈环形设置。由于所述槽为环形设置，营养悬液可以从一个槽流入下一个槽，而无需另外借助一再循环系统从最后一个槽流回第一个 槽。同时，所述槽系统的尺寸可以增加一倍，这就增加了微生物的产量。因此，该槽系统中 的槽呈环形设置可能实现特别高的效率。优选的，提供一种使营养悬液流入所述槽系统的升降装置，这样营养悬液可以从 一营养悬液容器借助该升降装置经由所述槽系统中的第一槽的侧壁流入所述槽系统。这里 所述的升降装置为一平板，所述平板升高所述槽系统外的营养悬液容器，这样，当营养悬液 从位于所述槽系统中第一槽的侧壁上方的营养悬液容器中溢出流入第一槽时，营养悬液通 过所述侧壁从营养悬液容器流向所述槽系统。由于上述营养悬液溢出所述容器，营养悬液 在所述槽系统中形成流动，从第一槽不断流向最后一槽。升降装置的使用使营养悬液可以 在不被施加压力(如泵送作用)的情况下流进所述槽系统，在营养悬液中营造了一个特别温 和的环境，甚至于生长中的微生物的细胞壁与营养悬液极之间的接触都极其轻微，因此不 会在从一个槽到下一个槽的转移过程遭到破坏。斗式输送机也是非常合适的升降装置。根据又一实施例，更为有利的是，所述升降装置与第一槽之间的侧壁具有一上部 附属件。所述上部附属件使位于升降装置与第一槽之间的侧壁高于其它各槽之间的侧壁。 由于营养悬液必须流过所述侧壁，并且设置在侧壁上的上部附属件增加了侧壁的高度，因 此当营养悬液流进所述槽系统时，营养悬液可以无需使用泵而以一特定速度流动。在另一升降装置替代实施例中，营养悬液借助一泵流入所述槽系统。但也可以除 升降装置之外再提供这样一个泵。因此，营养悬液的特定流动速度可达到一个很高的精确 度。未设置成环形的槽也可以使用所述泵将营养悬液从最后一个槽通过一流道输送回第一 槽。根据本发明的又一实施例，所述升降装置为一最后一个槽与第一个槽之间的连接 管。一个以一定转速旋转并由闭环或开环控制的螺旋输送器安装在所述连接管内，这里所 述螺旋输送器由一电机驱动。所述螺旋输送器使营养悬液内产生压力，因此营养悬液被从 最后一个槽通过所述连接管输送入第一个槽，由此第一个槽内积累了过量的营养悬液。这 使得第一槽内的液面上升，以此可输送营养悬液流过所述槽系统。根据本发明的另一种优选结构，分隔壁具有透光区。由于所述透光区的存在，通过 所述最好为中空设计的分隔壁，光线、热量以及能量可传递到营养悬液中，尤其是槽底部的 营养悬液，因此增强了光合作用，进而促进了微生物的生长。在这种情况下，所述分隔壁也 可以构造为整个周向表面构造为可透光。所述分隔壁或透光区可由如毛玻璃或透明塑料制 成。由于热量通过所述分隔壁被传递至营养悬液，因此在营养悬液内部沿所述分隔壁产生 了使营养悬液内部产生涡流效应的对流效应，这就使得营养液得到很好的混合。更为优选的是，所述分隔壁内充满分散液。在这种情况下，所述分隔壁基本上呈 中空设计并充满了分散液。通过所述分散液，光、热以及能量可轻易的传递至分隔壁内部， 进入营养悬液并均勻分布在营养悬液中。所述分散液含有作为散光器的光分散颗粒，因此 可高效率的传递光线进入营养悬液。在这种情况下，所述分散液可包括一种透明液体，例如 水，所述透明液体含有不溶解的彩色颜料。由于所述分隔壁内完全充满了分散液，所述分隔 壁受水温影响很慢，这样营养悬液可保持几乎恒定的温度，被传递入营养悬液的能量和热 量几乎恒定。根据本发明的又一优选实施例，所述分隔壁设置一用于导流分散液的导流管。优选的，所述导流管在分隔壁的整个纵向壁上呈蛇形设置。所述导流管的设置使分散液以一 定速度尽可能均勻地流过，因此，所述槽系统内的温度均一，进而所述槽系统内的营养悬液
温度均一。优选的，所述分隔壁设有一发光二极管，用于在营养悬液内产生光、热及能量。所 述发光二极管最好设置在槽底部区域内的分隔壁下部，这样在槽系统的这部分区域内的营 养悬液仍然可以具有充足的光线。所述发光二极管的特点是具有极长的使用寿命。为了获 得较高的余热，发光二极管的输出功率最好为100w。但也可用传统的发光设施(如白炽灯 泡)代替发光二极管。此外，优选的，所述分隔壁具有集光装置以汇聚阳光。在此情况下，所述集光装置 最好设置于槽外的分隔壁上部内。所述集光装置从周围环境收集并汇聚阳光，将光线射入 分隔壁。此时，每个分隔壁可具有一个独立的集光装置。所述汇聚后的阳光具有很高的光 能和热能，所述光能和热能通过分隔壁传递至营养悬液。因此，进入营养液的能量和热量增 加，光合作用增强，进而以低成本轻松促进了微生物的生长。所述集光装置可以为光学器 件，如会聚透镜。根据又一实施例，由于所述分隔壁具有加热元件和/冷却元件，因此可尽快平衡 温度波动，使分隔壁内的温度尽可能的分布均勻，进而营养悬液内部的温度也尽可能分布 均勻，因而获得了适宜微生物生长的温度环境。根据本发明的又一实施例，为实现对营养悬液进行温度调节，加热和/或冷却元 件被固定在槽壁中或槽壁上以及固定在曲流壁中或曲流壁上。所述加热和/或冷却元件可 在槽壁或曲流壁上并面对槽内部。当然，所述加热和/或冷却元件也可以设置于槽壁外部 上。这样设置的好处是热量必须经槽壁传导，这样就形成了较小的温度梯度，使营养悬液温 度变化温和。还有一个特别的好处，利用泵来导流分散液通过热交换器表面可确保得到需要的 加热和/或冷却能量。在本发明的又一优选实施例中，所述分隔壁通过一网状物相互连接。这里，所述网 状物设置于营养悬液上面的分隔壁上端。所述网状物为中空设计，分散液可通过所述网状 物从一个分隔壁流向下一个分隔壁，因此，分散液可以在分隔壁之间进行不停交换。加热和 /或冷却元件可设置在所述网状物内，这样，可以达到适宜微生物生长的温度。所述网状物 最好设置在所述槽系统的上方，做为所述的槽系统的阳光汇聚装置，这样阳光就可以照射 进每一个分隔壁。本发明还涉及一种通过上述实施例和方案实现微生物培养和繁殖的方法，在本方 法中，光线可进入具有营养悬液的槽系统，其中，光线通过设置在营养悬液中的充满分散液 的分隔壁进入所述槽系统。微生物培养所需要的光和热可通过分散液轻易并高效地进入营养悬液，并均勻分 布在营养悬液中。这里所述分散液最好含有做为散光器的散光颗粒，不断高效传递光线进入营养悬 液。所述分散液可包括含有彩色不溶颜料的水。所述分隔壁最好充满分散液，这样含有大 量液体的分隔壁受温度影响很慢。这样营养悬液可保持几乎恒定的温度，因此被传递入营 养悬液的能量和热量几乎恒定。
为使分隔壁整个纵向侧的温度尽可能均一并易于控制，可使分散液在设置于分隔 壁中的导流管内流过。本发明中方法的优势可参见本发明的微生物培养和繁殖系统。下面将参考附图和优选实施例进一步详细说明本发明。附图为
图1所示为根据本发明的微生物培养和繁殖系统的第一优选实施例的示意图； 图2所示为根据本发明的微生物培养和繁殖系统的第二优选实施例的示意图； 图3所示为根据本发明的一个分隔壁的优选实施例； 图4所示为根据本发明的一个槽的优选实施例；
图5所示为根据本发明的微生物培养和繁殖系统的第三优选实施例的示意图。
图1所示为根据本发明的微生物培养和繁殖系统的第一优选实施例的示意图， 具有一槽系统10和在所述槽系统10内的营养悬液12。其中，所述槽系统10具有由分隔壁 14构成的垂直的曲流系统，以此使营养悬液12在所述槽系统10内呈基本垂直地流动。所 述槽系统10由多个敞口的U形槽16构成，所述槽16并列设置，其中，每个槽16中都浸有 一分隔壁14。每个槽16都具有侧壁18，槽16的侧壁18并列设置并构成营养悬液12从 一个槽16流向相邻槽的溢流区20。在所述槽系统10中，营养悬液12在侧壁18与分隔壁 14之间的区域内基本上垂直流动(如箭头所示)。在溢流区20和槽底22与分隔壁14的下 端之间的区域内，所述营养悬液流动方向如箭头所示发生偏转，形成一垂直的曲流系统。为了使营养悬液12流入所述槽系统10，提供了一升降装置24。所述升降装置具有 一可上下移动的平板26，所述平板26推动营养悬液容器30的底板28向上移动，因此营养 悬液12溢出所述营养悬液容器30的边缘并溢出所述槽系统10的第一个槽16的侧壁32， 流入所述槽系统10。这样的设置使得营养悬液12在无任何压力的情况下尽可能缓和地流 入所述槽系统10，同时在所述槽系统10内形成了柔和的流动状态。营养悬液容器30与第 一槽16之间的侧壁18具有一上部附属件34，这样这个侧壁32的高度高于其他设置在所述 槽系统10内的侧壁18。所述分隔壁14尽可能浸入槽16的中央。所述分隔壁14具有透光区，光线、热量 以及能量可通过所述透光区进入营养悬液。所述透光区也可以为分隔壁14的整个周向表 面。所述分隔壁14或透光区可由例如毛玻璃或透明塑料制成。所述分隔壁14最好为中空设计。所述分隔壁内充满分散液，这样光线、热量以及 能量易于储存在分隔壁中并传递给营养悬液12。所述分散液含有作为散光器的分散颗粒， 高效传递光线进入营养悬液12。这里所述分散液可包括含有彩色不溶颗粒的水。由于所述 分隔壁14内完全充满了分散液，因此所述分隔壁14含有大量稳定温度波动的液体。因此， 营养悬液12可具有几乎恒定的温度和获得几乎不变的能量和热量。所述分隔壁14设有一发光二极管34，所述发光二极管34管最好设置在所述分隔 壁14的下端。所述发光二极管34用于为营养悬液12提供额外的光线和热量。此外，所述 分隔壁14还具有一集光装置36，所述集光装置36设置在营养悬液12和所述槽系统10上 方的所述分隔壁14上部。所述集光装置34收集并汇聚入射的阳光，并将其照射入分隔壁 14内的分散液，所述分散液再将能量、热量和阳光传递入所述槽系统10内的营养悬液12。为了使分隔壁14内的温度处于适宜的水平，所述分隔壁14还可以设有加热和/ 冷却元件(未显示)。
由于热量通过所述分隔壁14被传递至营养悬液，因此在营养悬液12内部沿所述 分隔壁14产生了使营养悬液12内部产生涡流效应的对流效应，这就使得营养液12得到很 好的混合。如图2所示，根据第二优选实施例，所述分隔壁14通过一网状物38相互连接，所 述网状物38为中空设计并且同样充满了分散液。所述分散液可通过所述网状物38从一个 分隔壁14流向下一个分隔壁，因此，分散液可以在分隔壁14之间进行不停交换。加热和/ 或冷却元件40可设置在所述网状物38内，这样，可以达到适宜微生物生长的温度。因为所 述网状物38设置在所述槽系统10的上方，它可以作为阳光汇聚装置，这样汇聚的阳光就可 以通过所述分散液照射进每一个分隔壁14。图3所示为一个分隔壁14的优选实施例，所述分隔壁14设有一导流管42，所述分 隔壁14内的分散液可通过所述导流管42导流，这样温度沿所述分隔壁14分布均勻。所述 导流管42最好设置在所述分隔壁14内，呈蛇形设置于分隔壁14的整个纵向侧。为了简单有效地利用所述槽系统10，槽16可如图4所示呈环形设置，这样营养悬 液12可轻易从最后一个槽上流过进入第一个槽，而无需以复杂的方式借助附加的系统从 最后一个槽返回第一个槽。图5所示为根据本发明系统的第三优选实施例，在本实施例中，营养悬液12通过 泵44进入所述槽系统10。在这里，一流道46设置于每个槽下，通过所述流道46，营养悬液 12被输送进每个槽16内。营养悬液12 —从最后一个槽流出就通过所述流道46被泵输送 入第一个槽，因此，形成了营养悬液的循环流动。
8
权利要求
1.一种微生物培养与繁殖系统，具有一槽系统(10)和所述槽系统中的营养悬液(12)， 其中，所述槽系统(10)具有由至少部分或全部透光的分隔壁(14)构成的曲流系统，以此在 所述槽系统(10)中获得基本垂直的营养悬液(12)流，其特征在于所述分隔壁(14)为中空 设计并充满了用于分散光进入营养悬液的分散液。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述槽系统(10)至少具有多个并列设置且 具有侧壁(18)的槽(16)，每个槽都具有一分隔壁(14)，所述槽(16)的侧壁(18)构成一营 养悬液(12)从一个槽(16)流向相邻槽的溢流区(20)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述槽(16)呈环形设置。
4.根据权利要求1至权利要求3的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于提供了 一使营养悬液(12)进入所述槽系统(10)的升降装置(24)，这样营养悬液(12)可借助所述 升降装置(24)经由所述槽系统(10)中第一槽的侧壁(18)从一营养悬液容器(30)流入所 述槽系统(10)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述升降装置(24)与所述第一槽(16)之 间的侧壁(32)具有一上部附属件(34)。
6.根据权利要求4和/或权利要求5所述的系统，其特征在于所述升降装置(24)为一 位于所述第一槽(16)，所述槽系统(10)与所述槽系统(10)的最后一槽之间的连接管，营养 悬液(12)可流过所述连接管。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于一由电机驱动并由闭环或开环控制的螺旋 输送器设置于所述连接管内。
8.根据权利要求1至权利要求3的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述营 养悬液(12 )借助一泵(44 )进入所述槽系统(10 )。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述分隔壁(14)具有一导流管(42)，所述 分散液通过所述导流管导流。
10.根据权利要求1至权利要求9的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述分 隔壁(14)设有一发光二极管(34)。
11.根据权利要求1至权利要求10的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述 分隔壁(14 )具有用于收集并汇聚阳光的集光装置(36 )。
12.根据权利要求1至权利要求11的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述 分隔壁(16)具有加热和/或冷却元件。
13.根据权利要求1至权利要求12的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述 加热和/冷却元件设置在所述槽的外壁中或外壁上。
14.根据权利要求1至权利要求13的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述 加热和/或冷却元件设置于所述槽边界壁外面。
15.根据权利要求1至权利要求14的其中一个权利要求所述的系统，其特征在于所述 分隔壁(16)通过一网状物(38)相互连接。
16.一种通过权利要求1至权利要求15所述系统进行培养和繁殖微生物的方法，在本 方法中，光线可进入具有营养悬液的槽系统，其特征在于光线经过设置在所述营养悬液内 并充满了分散液的分隔壁进入槽系统。
17.根据权利要求16所述的方法，所述分散液具有光分散颗粒。
18.根据权利要求15至权利要求17的其中一个权利要求所述的方法，其特征在于所述 分散液流过设置在分隔壁内的导流管。
全文摘要
本发明涉及用于培养和繁殖微生物的系统，包括一槽系统(10)和槽系统(10)内的营养悬液(12)，其中，所述槽系统(10)包括一由分隔壁(14)构成的垂直曲流系统，以此在所述槽系统(10)内获得基本垂直的营养悬液(12)流。本发明还涉及一种通过系统培养和繁殖微生物的方法，本方法可使光线进入具有营养悬液(12)的槽系统(10)，光线经过设置在所述营养悬液内的分隔壁(14)进入所述槽系统，所述分隔壁充满了分散液。因此，微生物每公顷产量得到了增加。
文档编号A01G33/00GK102112592SQ200980129701
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月5日
发明者于尔根·舒斯特, 霍斯特·库兹韦尔 申请人:Alge Oil有限两合公司