專(zhuān)利名稱(chēng)：微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠提高太陽(yáng)能綜合利用水平的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光生物反應(yīng)器是利用太陽(yáng)光對(duì)具有光合能力的微生物進(jìn)行養(yǎng)殖的裝置。微藻作為一種微生物，能有效利用光能、C02和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)合成蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及多種高附加值生物活性物質(zhì)，可以通過(guò)微藻培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)保健食品、食品添加劑、飼料、生物肥料、化妝品及其他天然產(chǎn)品。因此，利用光生物反應(yīng)器高密度養(yǎng)殖微藻已經(jīng)越來(lái)越普遍。光合作用的條件主要包括光照強(qiáng)度、溫度、C02濃度等。目前的微藻培養(yǎng)裝置已經(jīng)能夠很好地控制光合反應(yīng)氣體中C02的濃度，而溫度的控制比較困難。在水環(huán)境中，溫度是一個(gè)極為重要的生態(tài)因子。生物的生長(zhǎng)需要有一定的溫度范圍，在這一溫度范圍內(nèi)，生物才能進(jìn)行其正常的生長(zhǎng)繁殖等生命活動(dòng)，稱(chēng)為適溫范圍。當(dāng)溫度變化超出適溫范圍時(shí)，生物的生命活動(dòng)就要受到影響，甚至死亡。特別是，生態(tài)學(xué)家認(rèn)為，高溫對(duì)生物的生命活動(dòng)影響更為嚴(yán)重，導(dǎo)致生物死亡更快。例如微藻生長(zhǎng)的適溫范圍為8-32攝氏度，最適溫度范圍 20-25攝氏度，在35攝氏度時(shí)，能在一天內(nèi)保持恢復(fù)繁殖的能力，38攝氏度只能維持2小時(shí)左右，40攝氏度時(shí)30分鐘便致死。因此，適當(dāng)?shù)乜刂茰囟?，以提高微生物例如微藻的生物量是微生物養(yǎng)殖的一個(gè)目標(biāo)。為了控制微藻養(yǎng)殖的溫度，現(xiàn)有技術(shù)中，在日照強(qiáng)溫度高時(shí)，通常采用給光生物反應(yīng)器噴淋冷水來(lái)降溫的方法，這樣本身消耗能量，而且耗費(fèi)人工和水資源，使得光生物反應(yīng)器溫度控制的成本提高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型致力于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提出一種微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其能夠低成本地控制光生物反應(yīng)器的溫度，并能提高太陽(yáng)能綜合利用效率。根據(jù)本實(shí)用新型，提出一種微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括光生物反應(yīng)器，在所述光生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖微生物；太陽(yáng)能電池裝置，所述太陽(yáng)能電池裝置設(shè)置用于調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，所述太陽(yáng)能電池裝置為太陽(yáng)能電池板的形式，所述太陽(yáng)能電池板覆蓋在所述光生物反應(yīng)器的上方。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述太陽(yáng)能電池板包括多個(gè)并排布置的太陽(yáng)能電池板。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括水容器，所述水容器設(shè)置在太陽(yáng)能電池板的表面上，用于吸收太陽(yáng)輻射的熱量，從而生產(chǎn)生熱水。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄電池，太陽(yáng)能電池裝置連接到蓄電池，以將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄熱裝置，用于儲(chǔ)存水容器中產(chǎn)生的熱水。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，太陽(yáng)能電池板與光生物反應(yīng)器間的角度可調(diào)節(jié)， 以調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，所述太陽(yáng)能電池裝置為薄膜電池的形式，所述薄膜電池覆蓋在光生物反應(yīng)器的表面上。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應(yīng)器的表面上的多個(gè)條狀電池的形式。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，可以通過(guò)選擇太陽(yáng)能電池裝置來(lái)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池裝置的透光率 20-70% ο所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比可以為1 0. 1至1 100，優(yōu)選為1 1。根據(jù)本實(shí)用新型，由于利用太陽(yáng)能電池裝置來(lái)調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，因此，能夠?yàn)槲⑸锏酿B(yǎng)殖提供適宜的光照，以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)，提高微藻的生物量。同時(shí)，由于太陽(yáng)能電池還起到遮陽(yáng)的作用，因此，能夠降低光生物反應(yīng)器的溫度，從而降低光生物反應(yīng)器溫度控制的成本；另外，太陽(yáng)能電池兼用作發(fā)電目的，能夠提高太陽(yáng)能綜合利用的效率。為了使本實(shí)用新型的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。圖2A和2B是根據(jù)圖1的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的變化實(shí)施例的示意圖。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的變化實(shí)施方式的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。圖5是采用圖1的電池布置的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的一個(gè)示例的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下僅通過(guò)例子說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。本實(shí)用新型亦可通過(guò)其它不同的方式加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)可在不背離本實(shí)用新型的總體構(gòu)思的情況下進(jìn)行各種調(diào)整與變更。再者，附圖僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，故圖示不一定按比例繪制，并且圖示中僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的部件，但顯然本實(shí)用新型可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用包括其它的部件。在各視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的部件。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。圖2A-2B是根據(jù)圖1的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的變化實(shí)施例的示意圖。如圖1和圖2A-2B所示，以太陽(yáng)能電池板1作為頂棚搭建在光生物反應(yīng)器2的上方。在光生物反應(yīng)器2中養(yǎng)殖例如微藻的微生物。太陽(yáng)能電池板1設(shè)置用于調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器2的太陽(yáng)輻射。圖1所示的太陽(yáng)能電池板1為平直板形狀，覆蓋在平板式光生物反應(yīng)器2的上方。 圖2A所示的太陽(yáng)能電池板1為彎曲板形狀，也覆蓋在平板式光生物反應(yīng)器2的上方。雖然圖中未示出，但可以理解，太陽(yáng)能電池板1也可以具有其它形狀，光生物反應(yīng)器2也可以是其它形式的反應(yīng)器，例如管式或柱式反應(yīng)器。另外，搭建在光生物反應(yīng)器上方的太陽(yáng)能電池板1可以為多個(gè)并排的太陽(yáng)能電池板，如圖2B所示。這樣，需要的時(shí)候，可以通過(guò)堆疊多個(gè)電池板或以拉門(mén)方式移動(dòng)電池板之間的間隔，來(lái)調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射。如圖1所示的太陽(yáng)能電池板1可以是半透明太陽(yáng)能電池板。通過(guò)選擇電池材料可獲得不同的透光性能。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，半透明太陽(yáng)能電池板由單結(jié)透光型非晶硅制成，透光率為20 % 70 %，優(yōu)選為20 %。太陽(yáng)能電池板1也可以采用不透明材料， 以利用光生物反應(yīng)器2周?chē)纳⒐膺M(jìn)行微藻養(yǎng)殖。另外，透光率也可以通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板1與光生物反應(yīng)器2之間的角度來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)希望增加透光率時(shí)，盡量使太陽(yáng)能電池板的受光面與太陽(yáng)光線接近水平，當(dāng)希望減小透光率時(shí)，盡量使太陽(yáng)能電池板的受光面與太陽(yáng)光線接近垂直。關(guān)于這一點(diǎn)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)厮幍乩砦恢脕?lái)確定，比如在接近赤道的緯度比較低的地方，太陽(yáng)能電池板可以與地面接近垂直放置，而在緯度較高的地區(qū)，可以減小與地面的傾斜角度。傾斜角度一般在5 40 度，最好在30度左右。另外，可以根據(jù)每天的太陽(yáng)升落情況來(lái)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的傾斜角度，盡量實(shí)現(xiàn)受光面與太陽(yáng)光水平。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度達(dá)到一定程度，特別是對(duì)于直射到光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，會(huì)對(duì)微藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響。而利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)輻射的透光率降到10% 70%，特別是20%，從而利用透過(guò)太陽(yáng)能電池板的一部分太陽(yáng)輻射以及光生物反應(yīng)器周?chē)纳⒐膺M(jìn)行微藻養(yǎng)殖，能夠?yàn)槲⑸锏酿B(yǎng)殖提供適宜的光照，以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)， 提高微藻的生物量。同時(shí)，由于太陽(yáng)能電池還起到遮陽(yáng)的作用，因此，能夠降低光生物反應(yīng)器的溫度，從而降低光生物反應(yīng)器溫度控制的成本；另外，太陽(yáng)能電池兼用作發(fā)電目的，能夠提高太陽(yáng)能綜合利用的效率。圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。圖3所示的太陽(yáng)能電池裝置為薄膜電池1’的形式，所述薄膜電池1’覆蓋在光生物反應(yīng)器2的表面上。所述薄膜電池1’可以是單結(jié)透光型非晶硅光伏電池，也可以是非透光型雙結(jié)硅基薄膜電池。與圖1和2所示的第一實(shí)施例相同，通過(guò)選擇電池材料可獲得不同的透光性能。例如選擇單結(jié)透光型非晶硅光伏電池，透光率為10 % 70 %，優(yōu)選為20 %。 該實(shí)施例可以獲得與圖1和2所示的實(shí)施例相同的效果。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的變更實(shí)施方式的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的布置的示意圖。如圖4所示的作為太陽(yáng)能電池裝置的薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應(yīng)器2的表面上的多個(gè)條狀電池1”的形式。條狀電池1”可以是單結(jié)透光型非晶硅光伏電池，也可以是非透光型雙結(jié)硅基薄膜電池.所貼條狀電池1”的寬度與電池之間的間隔的比例是1 0. 1 1 100，優(yōu)選1 0. 1 1 10，最好是1 1。同樣， 可以通過(guò)堆疊或拉門(mén)方式控制條狀電池的寬度與條狀電池之間的間隔的比例，從而控制光反應(yīng)器2的表面上貼電池部分與暴露部分的比例。由于細(xì)胞處于不斷運(yùn)動(dòng)中，有時(shí)被電池部分遮擋，有時(shí)通過(guò)暴露部分暴露，因此，通過(guò)設(shè)計(jì)條狀電池1”的寬度與電池之間的間隔的比例，可以使得光生物反應(yīng)器2內(nèi)的細(xì)胞被透過(guò)暴露部分的太陽(yáng)輻射照射的持續(xù)時(shí)間在 I-IOOms范圍內(nèi)，而被電池部分遮蔽的持續(xù)時(shí)間在10-1000范圍內(nèi)，即細(xì)胞被照射和遮蔽的明暗時(shí)間長(zhǎng)比控制在大于0. 1的范圍內(nèi)。與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相同，通過(guò)選擇電池材料可獲得不同的透光性能。此外，本實(shí)施例通過(guò)在光生物反應(yīng)器表面上按一定距離間隔配置太陽(yáng)能電池，可以將照射到光生物反應(yīng)器上的連續(xù)光轉(zhuǎn)變成非連續(xù)光，從而能夠?yàn)槲⑸锏酿B(yǎng)殖提供適宜的光照，以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)，提高微藻的生物量。同時(shí)，由于太陽(yáng)能電池還起到遮陽(yáng)的作用， 因此，能夠降低光生物反應(yīng)器的溫度，從而降低光生物反應(yīng)器溫度控制的成本；另外，太陽(yáng)能電池兼用作發(fā)電目的，能夠提高太陽(yáng)能綜合利用的效率。圖5是采用圖1的電池布置的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)的一個(gè)示例的示意圖。如圖5所示， 微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括水容器3，所述水容器3設(shè)置在太陽(yáng)能電池板1的表面上，用于吸收太陽(yáng)輻射的熱量，從而產(chǎn)生熱水。所述水容器3選擇可透過(guò)太陽(yáng)光的透明材料。所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄電池4，太陽(yáng)能電池板1連接到蓄電池4，以將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)備用，例如夜間為光生物反應(yīng)器2的人工光源提供電力。所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄熱裝置5，用于儲(chǔ)存水容器3中產(chǎn)生的熱水，從而儲(chǔ)存熱量備用，例如夜間為光生物反應(yīng)器2加溫。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有一下幾方面1、將太陽(yáng)能電池和微藻養(yǎng)殖一起結(jié)合，提高了光利用率。2、同樣面積的土地，既養(yǎng)殖微藻又進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，節(jié)約空間，提高土地利用率。3、實(shí)現(xiàn)了微藻養(yǎng)殖過(guò)程中低成本溫度控制，使得反應(yīng)器內(nèi)溫度能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，避免溫度過(guò)高或過(guò)低影響微藻存活和生長(zhǎng)速度，使微藻養(yǎng)殖周期縮短。4、由于能低成本控制溫度，因此，在任何地理位置、任何季節(jié)均能養(yǎng)殖微藻，使年產(chǎn)量提高。試驗(yàn)發(fā)明人進(jìn)行了根據(jù)本實(shí)用新型的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)以及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光生物反應(yīng)器培養(yǎng)微生物的試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下以小球藻(Chlorella)為對(duì)象(其他藻類(lèi)均可)，分別在作為對(duì)照的現(xiàn)有技術(shù)的光生物反應(yīng)器和本實(shí)用新型的如圖5的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)中，采用改良SM培養(yǎng)基(培養(yǎng)基成分及其含量見(jiàn)下表1-6)，以相同密度接種對(duì)數(shù)期藻種(轉(zhuǎn)培后5-7天形成)，初始0D750 (細(xì)胞數(shù)量)為0.2。在自然光照下培養(yǎng)該綠藻，從反應(yīng)器底部通過(guò)曝氣頭通入空氣與C02混合氣體，氣液體積比為1 16。培養(yǎng)周期為6天。表1.改良SM培養(yǎng)基的組成及其含量
權(quán)利要求1.一種微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，包括光生物反應(yīng)器，在所述光生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖微生物；太陽(yáng)能電池裝置，所述太陽(yáng)能電池裝置設(shè)置用于調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，所述太陽(yáng)能電池裝置為太陽(yáng)能電池板的形式，所述太陽(yáng)能電池板覆蓋在所述光生物反應(yīng)器的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池板包括多個(gè)并排布置的太陽(yáng)能電池板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，太陽(yáng)能電池板與光生物反應(yīng)器間的角度可調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括水容器，所述水容器設(shè)置在太陽(yáng)能電池板的表面上，用于吸收太陽(yáng)輻射的熱量，從而生產(chǎn)生熱水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄電池，太陽(yáng)能電池裝置連接到蓄電池，以將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括蓄熱裝置，用于儲(chǔ)存水容器中產(chǎn)生的熱水。
7.—種微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，包括光生物反應(yīng)器，在所述光生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖微生物；太陽(yáng)能電池裝置，所述太陽(yáng)能電池裝置設(shè)置用于調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，所述太陽(yáng)能電池裝置為薄膜電池的形式，所述薄膜電池覆蓋在光生物反應(yīng)器的表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述薄膜電池是按一定距離間隔地布置在光生物反應(yīng)器的表面上的多個(gè)條狀電池的形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)選擇太陽(yáng)能電池裝置來(lái)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池裝置的透光率為20-70%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比為1 0. 1至1 100。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述條狀電池的寬度與所述條狀電池間的間距的比為1 1。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微生物養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括光生物反應(yīng)器，在所述光生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖微生物；太陽(yáng)能電池裝置，所述太陽(yáng)能電池裝置設(shè)置用于調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射。根據(jù)本實(shí)用新型，由于利用太陽(yáng)能電池裝置來(lái)調(diào)節(jié)到達(dá)光生物反應(yīng)器的太陽(yáng)輻射，因此，能夠?yàn)槲⑸锏酿B(yǎng)殖提供適宜的光照，以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)，提高微藻的生物量。同時(shí)，能夠降低光生物反應(yīng)器的溫度，從而降低光生物反應(yīng)器溫度控制的成本；另外，太陽(yáng)能電池兼用作發(fā)電目的，能夠提高太陽(yáng)能綜合利用的效率。
文檔編號(hào)C12M1/00GK202193783SQ2011203163
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者張凱, 朱振旗 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司