專利名稱：光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種連續(xù)培養(yǎng)光合藻類繁殖技術(shù)的反應(yīng)器，特別是指一種以三相 流體化床曝氣且無機械剪應(yīng)力產(chǎn)生的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)革命帶給人們快速的科技發(fā)展和經(jīng)濟成長，促使生活水平大幅提升，但 隨著工業(yè)革命所衍生而來的是帶給大自然重大的沖擊和破壞，像現(xiàn)今大氣層中聚積了容易 吸收溫度而不易排除溫度的溫室氣體，促使地球表面的溫度逐年上升，極地冰山不斷地崩 解，造成地球表面溫暖化的溫室效應(yīng)現(xiàn)象。在過去的150年間，人類除了大量的排放二氧化碳之外，同時持續(xù)將森林濫砍 濫乏伐，致使大氣層中二氧化碳的濃度大約增加了 25%的程度，使得全球的年均溫升高 0. 5°C。此外，造成大氣層中二氧化碳濃度大幅增加的主要原因，就是人類大量的使用石化 燃料所導(dǎo)致，人類未來將面臨諸如糧食、能源、礦產(chǎn)、建材等自然資源缺乏以及生態(tài)環(huán)境惡 化的極大考驗。隨著地球化石燃料日益短缺，與環(huán)保意識的抬頭、目前世界各國都在積極尋找開 發(fā)大自然中可取得的替代能源，像是水力、潮汐、風(fēng)力、地?zé)帷⑻柲芤约吧|(zhì)能等綠色環(huán)保 能源的開發(fā)皆已積極展開。所謂生質(zhì)能源是指生物體經(jīng)轉(zhuǎn)換以后所產(chǎn)生的能量，其來源主要一般皆為植物， 例如甘蔗、玉米、藻類(大型海藻及微藻)等，以藻類為例，各種可行光合作用的藻類吸 收了二氧化碳，可生成維生素、胺基酸、色素、蛋白質(zhì)、多醣、纖維素、脂肪酸等各種有用的成 分。由于藻類具有生長快速、太陽能利用效率高、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點，除了可作為飼料、 替代糧食或是利用藻類處理過剩的二氧化碳、甚至有些種類的藻類生物體中含有大量油 脂，還可萃取裂解成為生質(zhì)柴油，因此藻類已成為替代資源研究的關(guān)鍵對象。是故如何快速且大量的培養(yǎng)藻類已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究者所致力解決的問題，一 般進行微細藻類的大量培養(yǎng)時，主要是需提供足夠的光線、二氧化碳以及養(yǎng)分；為了有效利 用光能，在培養(yǎng)過程中培養(yǎng)裝置或系統(tǒng)必須達到受光面積大以及充分攪拌培養(yǎng)液，讓藻類 能有效率地接觸光線，并且使藻類均勻地接觸二氧化碳及養(yǎng)分，有效提高微生物培養(yǎng)密度 與產(chǎn)量。再者，充分攪拌也可有效率地排出藻類所產(chǎn)生的氧氣，并且避免藻類附著于培養(yǎng) 裝置表面造成培養(yǎng)裝置的透光率下降。而且，通常會將空氣打入具有培養(yǎng)液體的培養(yǎng)槽中 亦可作為微生物紊流循回的動力。數(shù)十年來，許多藻類培養(yǎng)裝置及方法陸續(xù)被提出。早期是以池狀光合反應(yīng)器進行 藻類培養(yǎng)，其結(jié)構(gòu)僅為水深大約十五至二十公分的水池，并且底部通氣以促進循環(huán)及混合。 此種反應(yīng)器構(gòu)造簡單，容易制造，且成本低廉，但是由于養(yǎng)分混合不均，加上藻類沉降現(xiàn)象 明顯，因此逐漸被構(gòu)造相似的渠道式反應(yīng)器取代。[0010]在渠道式光合反應(yīng)器中，培養(yǎng)液是流動的，而流體與渠道壁間所產(chǎn)生的亂流可以 提供培養(yǎng)液本身的混合及細胞懸浮的能力，故一般渠道光合反應(yīng)器的細胞成長曲線會較池 狀光合反應(yīng)器來得好。然而，前述的光合反應(yīng)器屬于戶外開放式系統(tǒng)，雖然其具有成本低、 可大規(guī)模培養(yǎng)等優(yōu)點，但也有面積過大、易受他種生物或粉塵污染、易受天候影響、二氧化 碳容易逸散等缺點。因此密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)因而問世。目前的密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)包括發(fā)酵槽、管狀光合反 應(yīng)器、板狀光合反應(yīng)器、螺旋管狀光合反應(yīng)器等。如中華民國第94208143號新型申請案所 述，是在設(shè)置于培養(yǎng)槽內(nèi)的一集氣導(dǎo)流管底端環(huán)設(shè)具有多回路的氣泡環(huán)管，并于環(huán)狀管體 上設(shè)置氣孔，使培養(yǎng)液中的微生物充分紊流循回，藉以增加氣泡并改善培養(yǎng)液高溶氧效果， 進而改善槽口微生物滯流現(xiàn)象。如中國專利公開號為CN101249405號的發(fā)明申請案所述的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，則 具有一塔體、一設(shè)置于該塔體內(nèi)且與該塔體同軸設(shè)置的導(dǎo)流筒及一設(shè)置在該導(dǎo)流筒下方的 氣體分布器，藉由在該導(dǎo)流筒上、下部分別設(shè)置多孔結(jié)構(gòu)的開孔段、無孔的封閉段，用以改 善氣含率在軸向的分布情形，使反應(yīng)器底部也有較高的含氧率。如中國專利公告號為CN2217019號的實用新型申請案所述的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器， 則是藉由與發(fā)酵罐呈同軸設(shè)置的同心管，及設(shè)置于該同心管底部下方的蓮嘴噴頭，使發(fā)酵 液在發(fā)酵罐中形成循環(huán)流動狀態(tài)，進而達到高溶氧與低能耗的效益。前述不同類型的生物培養(yǎng)裝置，雖然皆具有培養(yǎng)微生物的功能，但實際上當(dāng)培養(yǎng) 液與微生物在培養(yǎng)裝置的管柱內(nèi)循環(huán)時，管柱內(nèi)仍有許多死角，且隨著時間增加，生物量也 隨之增加，循環(huán)氣流無法帶動所有生物循環(huán)，導(dǎo)致部分生物沉積在管柱死角處而無法在管 柱內(nèi)循環(huán)，而有培養(yǎng)空間有限及培養(yǎng)效率相對較不佳的缺點。因此，如何實用新型出一種藻類培養(yǎng)裝置，具有容易制造、成本低廉、操作彈性、高 生產(chǎn)效率、二十四小時光源導(dǎo)入以及改善生物循環(huán)空間以避免生物沉積在死角等優(yōu)點，以 快速且大量地培養(yǎng)所需的藻類，將是目前所欲積極克服之。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的主要目的，旨在提供一種光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，由進氣裝置器提供 壓力洗煙內(nèi)部液體上升以及散氣板出氣至透明養(yǎng)藻管體的動力，并利用內(nèi)部過濾材料造成 的壓差作用，使得壓力洗煙器形成一內(nèi)部水循環(huán)，如此即可讓三相反應(yīng)器不會產(chǎn)生機械剪 應(yīng)力來破壞藻類，以利養(yǎng)藻反應(yīng)器能連續(xù)操作并減少維護清理的工作。本實用新型的次要目的在于三相反應(yīng)器增加了氣體與液體的接觸機會，并可透過 壓力調(diào)整來加強二氧化碳溶于水的效率，有效地提供藻類進行光合作用所需的二氧化碳供 應(yīng)量。本實用新型的另一目的在于三相反應(yīng)器于藻類行光合作用處另行設(shè)置人工光源， 讓三相反應(yīng)器除了在白天自行做光合作用之外，亦可在光源不足或是晚上時段開啟人工光 源來進行光合作用。本實用新型的再一目的在于養(yǎng)藻三相反應(yīng)器可配合藻類回收設(shè)備組接，藉以形成 一重復(fù)使用藻類及液體的自體循環(huán)系統(tǒng)。為達到所述目的，本實用新型設(shè)有一供容置養(yǎng)殖藻類的透明管體以及一組接于上述透明管體底部的不透明壓力洗煙器，其中，上述壓力洗煙器于頂部透明管體的連接位置 設(shè)有一散氣板，并于壓力洗煙器內(nèi)部設(shè)有一過濾材料，由上述過濾材料將壓力洗煙器分為 一上部空間與一下部空間。上述下部空間外側(cè)連通至少一進氣裝置與進水管路，并于下部空間內(nèi)底部設(shè)有一 連接上述進氣裝置的曝氣管，上述曝氣管上方設(shè)有一個或一個以上的第一連管與一個或一 個以上的第二連管，上述第一連管穿過上述過濾材料將下部空間與上部空間相連通，上述 第二連管穿過上述過濾材料及上部空間將下部空間與透明管體相連通。本實用新型透過進氣裝置使壓力洗煙器壓力大于透明管體，讓下部空間的洗煙水 會因壓差作用而擠壓至透明管體內(nèi)部，且散氣板所產(chǎn)生的細致氣泡亦會擠壓至透明管體， 另由上部空間與下部空間的壓差及重力作用于壓力洗煙器內(nèi)部形成水循環(huán)。于一較佳實施例中，上述第一連管的頂部設(shè)有一灑水器，藉可讓過濾材料表面形 成水膜。上述第二連管的頂部設(shè)為沿著上述透明管體切線方向進入的出水口，如此可讓第 二連管兼具分散水流與輔助攪拌藻類培養(yǎng)液的功效。而上述進氣裝置與進水管路皆設(shè)有一 防止氣體與液體逆流的逆止閥結(jié)構(gòu)。本實用新型由壓力洗煙器于底部曝氣管周圍進行第一曝氣手段，并于過濾材料周 圍形成的水膜進行第二曝氣手段，最后再由散氣板產(chǎn)生的細致氣泡進行第三曝氣手段；大 幅提升了氣體與液體的接觸機會，并可透過壓力調(diào)整來加強二氧化碳溶于水的效率，有效 地提供藻類進行光合作用所需的二氧化碳量。此外，本實用新型透明管體頂部可進一步連接設(shè)置一藻類回收設(shè)備及一排氣裝 置，上述藻類回收設(shè)備另與進水管路連接形成一藻類及液體的循環(huán)使用系統(tǒng)，而上述排氣 裝置用以排出透明管體內(nèi)部藻類光合作用所產(chǎn)生氧氣及過剩的其它氣體。而上述透明管體內(nèi)部另可進一步設(shè)有一輔助用的防水照明裝置；于一較佳實施例 中，上述照明裝置設(shè)為一位于透明管體中央向四周側(cè)投射的長條燈管結(jié)構(gòu)，此為人工光源 利用的最佳位置。由前述說明可知本實用新型的優(yōu)點在于由進氣裝置提供壓力洗煙器內(nèi)部液體上 升以及散氣板出氣至透明養(yǎng)藻管體的動力，并利用內(nèi)部過濾材料造成的壓差作用，讓三相 反應(yīng)器不會產(chǎn)生機械剪應(yīng)力來破壞藻類，以利養(yǎng)藻反應(yīng)器能連續(xù)操作并減少維護清理的工 作。此外，三相反應(yīng)器大幅增加了壓力洗煙器內(nèi)部氣體與液體的接觸機會，另可透過 進氣裝置調(diào)整壓力來加強二氧化碳溶于水的效率，有效地提供藻類進行光合作用所需的二
氧化碳量。再者，反應(yīng)器可于藻類行光合作用處另于反應(yīng)器中央設(shè)置人工光源，藉此讓人工 光源可產(chǎn)生最大效用，并讓三相反應(yīng)器可在白天與晚上進行光合作用；另可配合一藻類回 收設(shè)備形成一可重復(fù)使用藻類及液體的自體循環(huán)系統(tǒng)。

圖1是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器一較佳實施例的立體示意圖；圖2是圖1的斷面示意圖；圖3是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器外接進氣裝置與藻類回收設(shè)備的使用狀態(tài)圖；[0033] 圖4是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器內(nèi)部氣體流動的路徑圖；[0034] 圖5是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器內(nèi)部液體流動的路徑圖；[0035] 圖6是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器內(nèi)部固體流動的路徑圖；以及[00363 圖7是本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器額外添加藻類流動的路徑圖。[0037] [主要組件符號說明][0038] 10-~Z[目反應(yīng)器[25……第一連管[0039] 11……透明管體[26……第二連管[0040] 12……壓力洗煙器[27……灑水器[0041] 120…一散氣板13……進氣裝置[0042] 121…一過濾材料14……進水管路[0043] 122……下部空晅]15……藻類回收設(shè)備[0044] 123……上部空『司16……照明裝置[0045] 124…一一曝氣管
具體實施方式
為便于更進一步對本實用新型的構(gòu)造、使用及其特征有更深一層明確詳實的認識 與了解，現(xiàn)舉出較佳實施例，配合附圖詳細說明如下首先，請參閱圖1及圖3所示，本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器10包含一透明管 體11以及一不透明的壓力洗煙器12，上述透明管體11用以容置養(yǎng)殖藻類并用以接收光線 讓藻類進行光合作用來產(chǎn)生生物質(zhì)及氧氣，而上述壓力洗煙器12設(shè)置于上述透明管體11 底部，并配合組接至少一進氣裝置13與進水管路14，用以進行二氧化碳的曝氣與養(yǎng)殖液體 的傳輸。請參閱圖2所示，上述壓力洗煙器12于頂部透明管體11的連接位置設(shè)有一散氣 板120，上述散氣板120于一可行實施例中是由陶瓷材料所制成，而上述壓力洗煙器12內(nèi)部 具有一過濾材料121，并由上述過濾材料121將壓力洗煙器12的容置空間分為一下部空間 122與一上部空間123。其中，上述下部空間122外側(cè)連通上述進氣裝置13與進水管路14，并于下部空間 122內(nèi)底部設(shè)有一連接上述進氣裝置13的曝氣管124，而上述曝氣管IM上方另設(shè)有一個 或一個以上的第一連管125與第二連管126，由上述第一連管125穿過上述過濾材料121將 下部空間122與上部空間123相連通，另由上述第二連管126穿過上述過濾材料121及上 部空間123將下部空間122與透明管體11相連通。于圖示一較佳實施例中，上述第一連管125的頂部設(shè)有一灑水器127，由于過濾材 料121的氣體阻力會產(chǎn)生上、下部空間123、122的氣壓差，使過濾材料121下方的水被擠壓 輸送至第一連管125，再艾薩克水器讓過濾材料121表面形成水膜。上述第二連管1 的頂 部設(shè)為沿著上述透明管體11切線方向進入的出水口，如此可讓第二連管1 兼具分散水流 與輔助攪拌藻類培養(yǎng)液的功效。而上述進氣裝置13與進水管路14皆設(shè)有一防止氣體與液 體逆流的逆止閥結(jié)構(gòu)，造成壓力洗煙器12內(nèi)部壓力，以輸送液體及氣體至透明管體11。請參閱圖4所示，本實用新型三相反應(yīng)器10中的氣體流路是由進氣裝置13將含
125-—一一第一連管126-—一一第二連管127-—灑水器13———進氣裝置14———進水管路15———藻類回收設(shè)備16———照明裝置有二氧化碳氣體由壓力洗煙器12打入下部空間122的曝氣管124，讓二氧化碳與液體進行 第一次曝氣接觸，而第一次曝氣后的二氧化碳通過下部空間122接觸到過濾材料121，與過 濾材料121表面形成的水膜進行第二次曝氣接觸，最后經(jīng)第二次曝氣的二氧化碳通過過濾 材料121至上部空間123，由于壓力洗煙器12透過進氣裝置13維持正壓力，故二氧化碳會 由上部空間123的散氣板120來產(chǎn)生細致的氣泡，這些小氣泡將會與透明管體11中的液體 進行第三次曝氣接觸。同時，上述散氣板120所產(chǎn)生的氣泡將會提供透明管體11內(nèi)部培養(yǎng)藻類所需的上 浮動力，且經(jīng)由三次氣、液接觸后的氣體將由透明管體11上方排出，此時所排出的氣體組 成中，二氧化碳大部分皆以被藻類進行光合作用而消耗掉，因此，透明管體11所排出的氣 體會具有較高的含氧量與過剩的其它氣體。請參閱圖5所示，關(guān)于本實用新型三相反應(yīng)器10中的液體流路則是由進水管路 14輸入至壓力洗煙器12的下部空間122，經(jīng)由上、下部空間123、122的壓差影響下，在下部 空間122中行程依如同填充床洗煙原理的內(nèi)部水循環(huán)，由于壓力洗煙器12為一密閉的壓力 室，當(dāng)下部空間122壓力大于透明管體11的水壓時，下部空間122的液體將會被擠壓至透 明管體11。請參閱圖3所示，本實用新型透明管體11頂部可進一步連接設(shè)置一藻類回收設(shè)備 15，另由藻類回收設(shè)備15連接上述進水管路14，藉使整個三相反應(yīng)器10形成一重復(fù)使用藻 類及液體的循環(huán)系統(tǒng)。請參閱圖6所示，關(guān)于本實用新型三相反應(yīng)器10中的固體流路主要是透明管體11 的藻類會配合澄清液體傳輸至藻類回收設(shè)備15中，這些澄清液體中仍殘留一些藻類，可作 為培養(yǎng)透明管體11植種的來源。請參閱圖7所示，如果三相反應(yīng)器10內(nèi)部有發(fā)生藻類不足的情況，另可透過此一 藻類回收裝置來添加藻種，并由壓力洗煙器12的壓差作用透過第一連管125傳輸至透明管 體11進行循環(huán)運作。此外，本實用新型的透明管體11內(nèi)部另可進一步設(shè)置一輔助用的照明裝置16，讓 光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器10除了可在白天自行做光合作用之外，亦可在光源不足或是晚上時 段開啟人工光源來進行光合作用，藉以提升三相反應(yīng)器10的實用性。于圖示一較佳實施例中，上述照明裝置16為一設(shè)置于透明管體11中央向四周側(cè) 均勻投射的長條燈管結(jié)構(gòu)，然而，此一實施例僅用為方便舉例說明之用，并非加以限制照明 裝置16的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在本實用新型的設(shè)計當(dāng)中所有藻類培養(yǎng)及輸送的過程皆是以壓力差的柔性方式 為考慮，讓整個光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器10無機械剪應(yīng)力破壞藻類的顧慮。另外，將輔助照明 裝置16設(shè)計在透明管體11當(dāng)中，可充分利用人工光源來進行光合作用。于一可行實施例中，本實用新型另可于透明管體11頂部設(shè)置一排氣裝置，上述排 氣裝置用以排出內(nèi)部藻類光合作用所產(chǎn)生的氧氣及其它過剩氣體。綜上所述，本實用新型光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器采用進氣裝置提供壓力洗煙器內(nèi)部液 體上升以及散氣板出氣至透明養(yǎng)藻管體的動力，并利用壓力洗煙器內(nèi)部過濾材料造成的壓 差作用，讓三相反應(yīng)器不會產(chǎn)生機械剪應(yīng)力來破壞藻類，以利養(yǎng)藻反應(yīng)器能連續(xù)操作并減 少維護清理的工作。[0062]此外，三相反應(yīng)器大幅增加了壓力洗煙器內(nèi)部氣體與液體的接觸機會，另可透過 進氣裝置調(diào)整壓力來加強二氧化碳溶于水的效率，有效地提升藻類進行光合作用所產(chǎn)生的 氧氣量。再者，反應(yīng)器可于藻類行光合作用處另行設(shè)置人工光源與藻類回收設(shè)備，藉此讓三 相反應(yīng)器除了可在白天與晚上進行光合作用之外，亦使三相反應(yīng)器形成一可重復(fù)使用藻類 及液體的自體循環(huán)系統(tǒng)。以上所舉實施例僅用為方便說明本實用新型并非加以限制，在不離本實用新型精 神范疇，熟悉本行業(yè)技術(shù)人員所可作的各種簡易變形與修飾，均仍應(yīng)含括于本實用新型專 利保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于設(shè)有一供容置養(yǎng)殖藻類的透明管體，另于 透明管體底部組接一不透明的壓力洗煙器，上述壓力洗煙器于頂部透明管體的連接位置設(shè) 有一散氣板，并于內(nèi)部設(shè)置一過濾材料，由上述過濾材料將壓力洗煙器內(nèi)部分為上部空間 與下部空間；上述下部空間外側(cè)連通至少一進氣裝置與進水管路，并于下部空間內(nèi)底部設(shè) 有一連接上述進氣裝置的曝氣管，上述曝氣管上方設(shè)有一個或一個以上的第一連管與一個 或一個以上的第二連管，上述第一連管穿過上述過濾材料將下部空間與上部空間相連通， 上述第二連管穿過上述過濾材料及上部空間將下部空間與透明管體相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述透明管體內(nèi)部進一 步設(shè)有一輔助用的照明裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述照明裝置設(shè)為一位 于透明管體中央向四周側(cè)投射的長條燈管結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述散氣板為陶瓷材料 所制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述第一連管的頂部設(shè) 有一灑水器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述第二連管的頂部設(shè) 為沿著上述透明管體切線方向進入的出水口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，其特征在于所述透明管體頂部進一 步向外組接一藻類回收設(shè)備，另由藻類回收設(shè)備連接上述進水管路，使整個三相反應(yīng)器形 成一重復(fù)使用藻類及液體的循環(huán)系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種光合養(yǎng)藻三相反應(yīng)器，設(shè)有一底部組接壓力洗煙器的透明管體，此壓力洗煙器于頂部連接位置設(shè)有散氣板，并于內(nèi)部設(shè)有一將其分為上、下部空間的過濾材料；又下部空間外側(cè)連接進氣裝置與進水管路，而下部空間內(nèi)底部設(shè)有一組接進氣裝置的曝氣管，另曝氣管上方設(shè)有第一連管與第二連管，由第一連管將上、下部空間連通，再由第二連管將下部空間與透明管體連通。本實用新型由進氣裝置提供壓力洗煙器內(nèi)部液體上升及散氣板出氣的動力，并于壓力環(huán)境下增進二氧化碳水溶性，另透過過濾材料在上、下部空間形成循環(huán)水流，且無機械剪應(yīng)力來破壞藻類，以利反應(yīng)器能連續(xù)操作并減少維護清理工作。
文檔編號C12M1/00GK201864717SQ20102056250
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者廖育英 申請人:有生科技有限公司