专利名称：光合生物的立体培养装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光合生物的立体培养设备。
技术背景大规模培养光合生物，如微藻用于生物质能源的制造，高蛋白粮食的制造，以及 制药，废气、废水处理，己经受到的广泛关注。实现户外光合生物如微藻的高产率是降 低培养成本和建立可赢利商业生产的关键。近10年来，多种培养光合生物如微藻的生物反应器模式和开放培养模式被测试过。有报道采用玻璃板调整培养深度由1.3至n厘米,证明微藻产率与培养深度成负相关。在单位容积条件下，培养深度浅时，微藻产率较高，其中培养深度在io厘米时微藻产率最高。尽管在单位容积条件下，培养深度在 io厘米时微藻产率高，其按占地面积所产生的产率仍然很低。实现户外光合生物如微藻 的高产率是降低培养成本和建立可赢利商业生产的关键(，而目前，仍有待新的微藻培 养器设计以实现高产率低成本的微藻培养。 发明内容本实用新型的目的，在于提供一种促进光合生物暴露于光源、以提高单位占地面积 的产出率的光合生物的立体培养装置。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。一种光合生物的立体培养装置，其培养设备包含至少一个培养容器，至少中间有间隔的重复插入一个光通路结构；其排列方式是中间有一定间隔的规则平行排列；邻近的 光通路结构间隔、光通路结构与光合生物培养容器之间形成至少一个连通结构，形成培 养区域；所述的设备的光通路结构与培养容器之间的固定方式，可以为完全固定方式或 轴性固定方式。所述的光通路结构，为透明弯曲板状结构与培养容器侧壁共同构成的六面体形状或 U型形状的中间透明的结构。其邻近的光通路结构外壁间隔和光通路结构外壁与培养容器的内侧形成培养区域 侧壁。其邻近的光通路结构间隔与培养容器的底部垂直，或向光源形成一定的倾斜角；光 通路结构是透明的。所述光通路结构的内侧呈中空，以便利光源通过同一光通路结构对面的两侧面间 隔、照射入培养容器的深处。所述重复插入一系列光通路结构的排列方式，包括中间有一定间隔的规则的平行排 列、开口均向上，以及中间有一定间隔的规则的平行排列、开口指向培养容器侧壁；重 复插入一系列光通路结构与培养容器之间的固定方式，包括固定到培养容器侧壁、固定 到培养容器底部、固定到培养容器底部的其中一层、以及固定到邻近的光通路结构之间； 以及上述其中的两种方式相结合的固定方式。所述邻近的光通路结构外壁间隔之间的间隔是10厘米到100厘米，优选是15-30 厘米；所述同一光通路结构内侧两壁间距为10厘米到100厘米，优选是20-30厘米； 所述光通路结构的高度为30厘米到2000厘米，优选是50-1000厘米；所述光通路结构 底部外壁与培养容器底部内侧间隔为10厘米到100厘米，优选是20-30厘米。所述的装置包括单个培养容器或多个培养容器。所述的培养容器包括但并不限于培养采集管道，培养细胞输入管道，培养液输入管 道，通风管道，和传感检测控制器；设备包括的多个重复插入一系列光通路结构的培养 容器，其排列连接方式可以为垂直、平行、螺旋、连通管，或其组合。可以将培养容器开放于大气，或与大气封闭，或一部分开放于大气， 一部分与大气 封闭。培养容器的温度调节方式，可以选择置于水中调节温度，或不置于水中调节温度。 装置中利用的光合生物包括但并不限于微藻和紫色细菌；设备光通路结构中所用的材料包括但并不限于聚乙烯和聚氯乙烯；培养方式可以是相互独立培养；或多阶段组合培养。本实用新型通过在光合生物的培养容器中重复插入一系列光通路结构，比邻的光通 路结构之间形成固定间隔，光通路结构同光合生物培养容器之间连通，用以培养光合生 物，达到便于流通的效果。该光通路结构本身使光源顺利通过同一光通路结构的对面两 侧面之间的透明空间、照射入培养容器的深处。本实用新型适于高密度光合生物的培养， 比如微藻培养。本实用新型提供了一种生物质能源的制造方法，用于废气碳捕获，废气 处理，化工，废水处理，制药，造纸，营养添加剂和粮食制造领域中。
图1为本实用新型自上视角观的简化的单个立体跑道式培养容器的示意图。 图2为自侧面视角观的简化的单个立式薄板培养容器的示意图。 图3是自侧面视角观的简化的单个立式柱状培养容器的示意图。 图4、图5显示了光通路结构与培养容器之间固定方式之一即开口指向培养容器 侧壁并固定到培养容器侧壁的方式。图6为图1中单个立体跑道式培养容器自侧视角观的简化的组装过程的示意图。图7、图8强调明示了阴影部分所代表的培养区域。图9显示了图2中单个立式薄板培养容器的示意图。图IO示意了光通路结构与培养容器底部垂直方式的示意图。图11示意了光通路结构与培养容器底部朝向光源形成一定倾斜角方式的示意图。图12显示了图2单个立式薄板培养容器的示意图。图13显示了图3单个立式柱状培养容器的自侧视角观的简化的组装过程的示意图。 图14示意了重复插入一系列光通路结构的排列方式采取中间有一定间隔的规则的 开口均向上的平行排列。图15示意了重复插入一系列光通路结构的排列方式采取中间有一定间隔的规则的开口均向上的平行排列。图16示意了插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之后，固定到培养容器侧壁之前的实施方式。图17示意插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之后，固定到培养 容器侧壁之后的实施方式。图18示意了培养收获采集管道14、培养细胞输入管道18、培养液输入管道ll、通风 管道12和传感检测控制器19;以及其组合方式采用扩增池20和产品池21相互组合的两阶 段组合培养方式。图19显示了光通路结构的一种组装方法即先将透明板状结构构成一个光通路结构，并由此构建一系列光通路结构之后，将构建好的一系列光通路结构插入固定到培养 容器之中。图20显示了光通路结构的一种组装方法先将透明板状结构构成一个光通路结构 的支架，并将此支架固定到培养容器之中；此处示意了固定一个光通路结构的支架的上 部分。图21显示了本发明光通路结构的一种组装方法先将透明板状结构构成一个光通 路结构的支架，并将此支架固定到培养容器之中；此处示意固定一个光通路结构的支架 的上下两部分。图22显示了光通路结构的一种组装方法先将透明板状结构构成一个光通路结构 的支架，并将此支架固定到培养容器之中；此处示意在此支架基础之上构建一个光通路 结构完成之前。图23显示了由两片包围成的一个防水渗漏单个光通路结构。图24示意了光通路结构的一种组装方法，先将透明板状结构构成一系列光通路结 构的支架，并将此支架固定到培养容器之中，此处示意将此一系列支架固定到培养容器 之后。图25示意了光通路结构的一种组装方法，先将透明板状结构构成一系列光通路结 构的支架，并将此支架固定到培养容器之中，此处示意在此支架基础之上构建一系列光 通路结构完成之后。图26示意了光通路结构的一种组装方法，先将透明板状结构构成一系列光通路结 构的支架，并将此支架固定到培养容器之中，此处示意在此支架基础之上构建一系列光 通路结构完成之后并突出强调了培养区域。图27示意了光通路结构与培养容器之间如翘板样轴性固定，光通路结构可依轴性固 定轴而移动，可按光源移动而调整培养区域朝向光源；光通路结构可依轴性固定轴而摇 摆，带动培养区域摇摆搅动，用于促进所培养细胞充分混合并交替暴露于光源。图中1单个光通路结构以U型为例，2单个光通路结构的开口端(以U型为例)，3单个光通路结构的闭口端(以U型为例)，4单个光通路结构的一侧壁，5单个培养容 器的一侧壁，6单个立体跑道式培养容器的中隔，7光通路结构与光合生物培养容器之 间形成的连通结构，8阴影所覆盖区域代表培养区，9单个培养容器，IO同一光通路结 构的对面两侧面之间，ll培养液供应管道，12气体排出管道，13培养液排出管道，14 培养收获采集管道，15 —系列光通路结构重复纵行排列开口向上，16单个六面体光通 路结构，17比邻光通路结构的对面两侧面之间，18培养细胞输入管道，19传感检测控 制器，20扩增池，21产品池，具体实施方式
参见图l、图12，采用在光合生物培养容器中重复插入一系列光通路结构l，临近的 光通路结构之间形成固定间隔，临近的光通路结构之间17和光通路结构3与光合生物培 养容器之间形成连通结构7用以培养光合生物并便利光合生物在培养容器中的流通，光 合生物培养受光面与培养容器底部垂直或构成一定角度，以便利光源照射入培养容器深 处，比如便利光源通过同一光通路结构的对面两侧面之间10照射入临近的光通路结构之 间培养的光合生物8。用于高密度光合生物培养，比如微藻培养；所述的设备，其光通路 结构与培养容器之间的固定方式从完全固定和轴性固定中选择，其中轴性固定代表光通路结构与培养容器之间如翘板样轴性固定，光通路结构可依轴性固定轴而移动，可按光 源移动而调整培养区域朝向光源；光通路结构可依轴性固定轴而摇摆，带动培养区域摇 摆搅动，用于促进所培养细胞充分混合并交替暴露于光源。参见图l，自上视角观的简化的单个立体跑道式培养容器的示意图。在光合生物培 养容器9中重复插入一系列光通路结构1以便利光源通过同一光通路结构的对面两侧面 之间10照射入培养容器深处，比如便利光源照射入临近的光通路结构之间培养的光合 生物8;邻近的光通路结构之间17形成固定间隔，邻临近的光通路结构之间和光通路结 构3与光合生物培养容器之间形成连通结构7做为培养区域8，用以培养光合生物并便 利光合生物在培养容器中的流通；此例重复插入一系列光通路结构1的排列方式中间有 一定间隔的规则的开口指向培养容器侧壁的平行排列；本实施例重复插入一系列光通路 结构1与培养容器之间的固定方式采取权利要求9中所述的固定到培养容器侧壁方式。参见图2，自侧面视角观的简化的单个立式薄板培养容器的示意图，此实施例重复 插入一系列光通路结构1的排列方式采取中间有一定间隔的规则的开口均向上的平行排 列；此例重复插入一系列光通路结构1与培养容器之间的固定方式采用固定到培养容器 侧壁方式。参见图3，自侧面视角观的简化的单个立式柱状培养容器的示意图，以便利光源通 过同一光通路结构的四侧面之间10照射入培养区域，此实施例重复插入一系列光通路 结构1的排列方式采取中间有一定间隔的规则的开口均向上的平行排列；此实施例重复 插入一系列光通路结构1与培养容器之间的固定方式采取固定到邻近的光通路结构之间 方式与固定到培养容器侧壁方式相结合。参见图4-5，显示一个光通路结构1与培养容器之间的固定方式采取开口指向培养 容器恻壁并固定到培养容器侧壁。参见图6，显示了一系列光通路结构1开口指向培养容器侧壁并固定到培养容器侧 壁之后简化的组装过程的示意图。此实施例重复插入一系列光通路结构1的排列方式采 取中间有一定间隔的规则的开口指向培养容器侧壁及中隔的平行排列；此实施例重复插 入一系列光通路结构1与培养容器之间的固定方式采取固定到培养容器侧壁方式。参见图7，强调了阴影部分所代表的培养区域8:邻近的光通路结构之间形成固定 间隔，邻近的光通路结构之间和光通路结构3与光合生物培养容器之间形成连通结构7 做为培养区域8用以培养光合生物并便利光合生物在培养容器中的流通。参见图8，是图l的上观简化示意图，强调了阴影部分所代表的培养区域8，邻近 的光通路结构之间形成固定间隔，邻近的光通路结构之间和光通路结构3与光合生物培 养容器之间形成连通结构7做为培养区域8，用以培养光合生物并便利光合生物在培养 容器中的流通。参见图9，是图2的侧面观简化示意图。参见图IO，强调了光通路结构与培养容器底部垂直。参见图11，强调了光通路结构与培养容器底部朝向光源形成一定倾斜角。参见图12，是图2的侧面观简化示意图，此实施例重复插入一系列光通路结构1 的排列方式采取中间有一定间隔的规则的开口均向上的平行排列，此实施例重复插入一 系列光通路结构1与培养容器之间的固定方式采取固定到培养容器侧壁方式。参见图13，此实施例重复插入一系列光通路结构1的排列方式采取中间有一定间隔 的规则的开口均向上的平行排列。参见图14，此实施例重复插入一系列光通路结构1的排列方式采取中间有一定间隔 的规则的开口均向上的平行排列。此实施例重复插入一系列光通路结构1与培养容器之 间的固定方式采取固定到邻近的光通路结构之间方式与固定到培养容器侧壁方式相结 合。此图示意插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之前。参见图15，此实施例重复插入一系列光通路结构1的排列方式采取中间有一定间隔 规则的开口均向上的平行排列。此实施例重复插入一系列光通路结构1与培养容器之间 的固定方式采取固定到邻近的光通路结构之间方式与固定到培养容器侧壁方式相结合。 此图示意插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之后。参见图16，此图示意插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之后，固 定到培养容器侧壁之前。参见图17，此图示意插入一系列光通路结构固定到邻近的光通路结构之间之后，固 定到培养容器侧壁之后。参见图18，示意了包括但并不限于培养收获采集管道14，培养细胞输入管道18，培 养液输入管道ll，通风管道12和传感检测控制器19，同时示意其培养容器组合方式以扩增池20和产品池21组合的两阶段组合培养。参见图19-26，示意一系列光通路结构的组装方法。图19示意先将透明板状结构构 建成一个光通路结构，并由此构建一系列光通路结构之后，将构建好的一系列光通路结 构插入固定到培养容器之中。图20-26示意先将透明板状结构构成一个光通路结构的支 架，并将此支架固定到培养容器之中，在此支架基础之上构建光通路结构。参见图27，示意光通路结构与培养容器之间如翘板样轴性固定，光通路结构可依固 定轴而轴向移动，可按光源移动而调整培养区域朝向光源；光通路结构可依轴性固定轴 而轴向摇摆，带动培养区域摇摆搅动，用于促进所培养细胞充分混合并交替暴露于光源。实施例l:以透明聚乙烯膜将池塘分隔成上下两部分，并用透明膜包被池塘使之与大气相对隔 绝；池塘下部分作为温度调节区；池塘上部分作为培养区，并将一系列光通路结构采取 中间有一定间隔的规则的开口指向培养容器侧壁的平行排列，采用翘板样轴性固定于池 塘上部分形成如图1的立体跑道式培养容器，作为扩增池20，产品池21相似于扩增池 20结构，扩增池20的光通路结构翘板样轴性固定并规律性摇摆，产品池21的光通路结 构静止；以扩增池20和产品池21组合的两阶段组合培养，作为微藻培养容器。实施例2:以透明聚氯乙烯膜将池塘分隔成上下两部分，并用透明膜包被池塘使之与大气相对 隔绝；池塘下部分作为温度调节区；池塘上部分作为培养区，并将一系列光通路结构采 取中间有一定间隔的规则的开口指向上的平行排列，采用翘板样轴性固定于池塘上部分 形成如图2的立体薄板式培养容器，作为扩增池20，产品池21相似于扩增池20结构， 扩增池20的光通路结构翘板样轴性固定并规律性摇摆，产品池21的光通路结构静止； 以扩增池20和产品池21组合的两阶段组合培养，作为微藻培养容器。
权利要求1.一种光合生物的立体培养装置，特征在于包含至少一个培养容器，至少中间有间隔的重复插入一个光通路结构(1)其排列方式是中间有一定间隔的规则平行排列；邻近的光通路结构间隔(17)、光通路结构与光合生物培养容器之间形成至少一个连通结构(7)，形成培养区域；所述的设备的光通路结构与培养容器之间的固定方式，可以为完全固定方式或轴性固定方式。
2. 根据权利要求1所述的光合尘物的立体培养装置，其特征在于所述的光通路 结构为透明弯曲板状结构与培养容器侧壁共同构成的六面体形状或U型形状的中间透 明的结构。
3. 根据权利要求1所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于其邻近的光通 路结构外壁间隔(17)和光通路结构外壁与培养容器的内侧形成培养区域侧壁。
4，根据权利要求1所述的光合生物的立体培养设备，其特征在于临近的光通路结构间隔(n)与培养容器的底部垂直或向光源形成一倾斜角。
5. 根据权利要求l所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于所述光通路结 构(l)的内侧呈中空。
6. 根据权利要求l所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于所述重复插入 一系列光通路结构(l)的排列方式，包括中间有一定间隔的规则的平行排列、开口均向 上，以及中间有一定间隔的规则的平行排列、开口指向培养容器侧壁；重复插入一系 列光通路结构(l)与培养容器之间的固定方式，包括固定到培养容器侧壁、固定到培养 容器底部、固定到培养容器底部的其中一层、以及固定到邻近的光通路结构之间；以 及上述其中的两种方式相结合的固定方式。
7，根据权利要求1所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于所述邻近的光 通路结构外壁间隔(17)之间的间隔是10~100厘米；所述同一光通路结构内侧两壁间距(IO)为10-100厘米所述光通路结构的高度为30—2000厘米；所述光通路结构底部(3) 外壁与培养容器底部内侧间隔为10-100厘米。
8. 根据权利要求1或7所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于所述邻近的光通路结构外壁间隔(17)之间的间隔是15—30厘米；所述同一光通路结构内侧两壁 间距(10)为20-30厘米所述光通路结构的高度为50—1000厘米；所述光通路结构底 部(3)外壁与培养容器底部内侧间隔为20-30厘米。
9. 根据权利要求l所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于所述的装置包 括单个培养容器或多个培养容器；该培养容器包括培养采集管道(14),培养细胞输入 管道(1S)，培养液输入管道(ll)，通风管道(12)和传感检测控制器(19);设备包括的多个重复插入一系列光通路结构的培养容器，其排列连接方式可以为垂直、平行、螺旋、连通管或其组合。
10. 根掂权利要求1所述的光合生物的立体培养装置，其特征在于可以将培养 容器开放于大气中，或与大气封闭，或一部分开放于大气， 一部分与大气封闭。
11. 根据权利要求1所述的光合尘物的立体培养装置，其特征在于装置中利用 的光合生物包括微藻和紫色细菌；装置光通路结构中所用的材判包括聚乙烯和聚氯乙 烯；可以是立体培养装置的相互独立培养，或立体培养装置的多阶段组合培养。
专利摘要本实用新型涉及一种光合生物的立体培养装置，是在光合生物培养容器中重复插入一系列光通路结构，比邻的光通路结构之间形成固定间隔。光通路结构同光合生物培养容器之间连通，用以培养光合生物，并便于流通。该光通路结构本身使光源顺利通过同一光通路结构的对面两侧面之间的透明空间、照射入培养容器的深处。本实用新型适于高密度光合生物的培养，比如微藻培养。相关的设备，其光通路结构与培养容器之间的固定方式，可以为完全固定或轴性固定。选择轴性固定，用于进一步促进所培养细胞的充分混合并使之交替暴露于光源。
文档编号C12M1/34GK201172663SQ20082000436
公开日2008年12月31日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者洪 朱 申请人:洪 朱