微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置，涉及微藻培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，操作簡單、能有效降低微藻培養(yǎng)過程中的溫度，適于多種類型的微藻培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，且不會造成微藻細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡等現(xiàn)象，不會導(dǎo)致微藻產(chǎn)量的下降。本發(fā)明公開的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法包括步驟：1)測量環(huán)境溫度；2)當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。本發(fā)明公開的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置適用于微藻培養(yǎng)過程中。
【專利說明】微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]戶外微藻養(yǎng)殖很容易受環(huán)境影響，溫度難以控制；若控制不當(dāng)，會使細(xì)胞不能快速成長，尤其當(dāng)溫度超過微藻承受溫度(比如40°C以上)時，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，如何有效地控制微藻培養(yǎng)的溫度是微藻培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中非常重要的技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)微藻培養(yǎng)的溫度控制:1、在培養(yǎng)基內(nèi)插入冷卻管以通過控制培養(yǎng)基溫度來控制微藻培養(yǎng)溫度。這種方法在開放式反應(yīng)器中比較常見，但對于封閉式反應(yīng)器，因在非常狹窄的光程內(nèi)插入冷卻管比較困難，則不太適用；而對于固定化培養(yǎng)方式，在固體培養(yǎng)表面分布冷卻管，降溫效果不明顯。2、空調(diào)控溫；這種方式耗能較大，不利于大規(guī)模培養(yǎng)，在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上比較困難。3、通過人造空氣對流(即吹風(fēng))；這種方式對于封閉式反應(yīng)器效果基本不明顯；對于固定化培養(yǎng)方式，吹風(fēng)會帶走固體培養(yǎng)表面的水分，濕度降低，使得固定化細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡，導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置，操作簡單、能有效降低微藻培養(yǎng)過程中的溫度，適于多種類型的微藻培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，且不會造成微藻細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡等現(xiàn)象，不會導(dǎo)致微藻產(chǎn)量的下降。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其中，包括步驟:
[0007]I)測量環(huán)境溫度；
[0008]2)當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
[0009]具體地,步驟2)具體包括:
[0010]當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子；
[0011]當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于所述預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且所述第二噴射量小于等于第一噴射量，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
[0012]可選地，所述預(yù)定溫差閾值為2~TC內(nèi)的任何溫差。
[0013]進(jìn)一步地,步驟2)還包括:
[0014]測量環(huán)境濕度；
[0015]當(dāng)所述環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，采用通風(fēng)手段強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
[0016]可選地，所述預(yù)定濕度閾值為大于等于85%的任何濕度值。
[0017]優(yōu)選地，所述水霧粒子的粒徑小于等于100 μ m。
[0018]可選地，步驟2)中，所述向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子具體包括:
[0019]高壓水經(jīng)噴嘴向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射，形成水霧粒子，其中，所述噴嘴由硬質(zhì)材料制成。
[0020]具體地，所述噴嘴上具有至少兩個噴孔，且每個噴孔通道之間相互平行或呈一定角度。
[0021]優(yōu)選地，所述高壓水的水壓為6~20MPa。
[0022]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，適用于上述任一技術(shù)方案所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法中；所述微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置包括:
[0023]溫度測量裝置，用于測量環(huán)境溫度；
[0024]至少一條加壓水管；
[0025]設(shè)在所述加壓水管上的若干個噴嘴，用于當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
[0026]可選地，所述加壓水管上還設(shè)有閥門；
[0027]所述微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還包括:
[0028]與所述溫度測量裝置及所述閥門電連接的控制器，用于當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門打開，以向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子；當(dāng)所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門關(guān)閉；
[0029]或者，所述控制器用于當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，控制所述閥門開啟面積以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子；當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于所述預(yù)定溫差閾值時，控制所述閥門開啟面積以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且所述第二噴射量小于等于第一噴射量；當(dāng)所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門關(guān)閉。
[0030]可選地，所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還包括:
[0031]濕度測量裝置，用于測量環(huán)境濕度；
[0032] 通風(fēng)裝置，用于強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流；
[0033]所述控制器還與所述濕度測量裝置及所述通風(fēng)裝置電連接，用于當(dāng)所述環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，控制所述通風(fēng)裝置啟動以強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
[0034]優(yōu)選地，所述噴嘴的噴孔直徑為小于等于100 μ m。
[0035]本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置，在微藻養(yǎng)殖過程中，當(dāng)測量到環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，這些水霧粒子瞬間蒸發(fā)，其氣化熱帶走微藻培養(yǎng)周圍的大量熱量，從而有效地實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；對于微藻的固定化培養(yǎng)方式，噴射的水霧粒子氣化帶走熱量，可以替代固定化培養(yǎng)表面水分的蒸發(fā)，從而讓細(xì)胞保持在適宜的含水條件下，避免固定化培養(yǎng)微藻細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡等現(xiàn)象，同時，噴射的水霧粒子還能夠使微藻細(xì)胞層表面濕度上升，促進(jìn)了微藻細(xì)胞的成長，這樣，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法及裝置，通過對微藻培養(yǎng)的溫度控制，還能提高微藻的產(chǎn)量；對于開放式或封閉式反應(yīng)器，噴射的水霧粒子蒸發(fā)時帶走的大量熱量也能夠有效地降低環(huán)境溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置操作簡單、能有效降低微藻培養(yǎng)過程中的溫度，且能夠產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法的流程圖；
[0038]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置中使用的幾種噴嘴的具體結(jié)構(gòu)，其中，圖2(a)~⑷為各種噴嘴的側(cè)面剖視圖，圖2(e)為圖2(a)或(b)所示的噴嘴的俯視圖，圖2(f)為圖2(d)所不的噴嘴的俯視圖；
[0039]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于固定化培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種應(yīng)用于固定化培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種應(yīng)用于固定化培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043]微藻培養(yǎng)過程中，尤其對于戶外微藻培養(yǎng)，環(huán)境溫度(即培養(yǎng)微藻所在的環(huán)境空氣的溫度)通常高于微藻適宜生長溫度，因此，本發(fā)明實(shí)施例中所述的溫度控制方法，主要是指對微藻培養(yǎng)的環(huán)境溫度的降溫方法，即降低環(huán)境溫度從而使其適宜微藻生長的方法。
[0044]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，包括步驟:
[0045]S1、測量環(huán)境溫度；
[0046]S2、當(dāng)環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至環(huán)境溫度降至微藻適宜生長溫度。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，在微藻養(yǎng)殖過程中，當(dāng)測量到環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，這些水霧粒子瞬間蒸發(fā)，其氣化熱帶走微藻培養(yǎng)周圍的大量熱量，從而有效地實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；對于微藻的固定化培養(yǎng)方式，噴射的水霧粒子氣化帶走熱量，可以替代固定化培養(yǎng)表面水分的蒸發(fā)，從而讓細(xì)胞保持在適宜的含水條件下，避免固定化培養(yǎng)微藻細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡等現(xiàn)象，同時，噴射的水霧粒子還能夠使微藻細(xì)胞層表面濕度上升，促進(jìn)了微藻細(xì)胞的成長，這樣，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，通過對微藻培養(yǎng)的溫度控制，還能提高微藻的產(chǎn)量；對于開放式或封閉式反應(yīng)器，噴射的水霧粒子蒸發(fā)時帶走的大量熱量也能夠有效地降低環(huán)境溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法操作簡單、能有效降低微藻培養(yǎng)過程中的溫度，且能夠產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0048]需要說明的是，本發(fā)明所說的瞬間蒸發(fā)是指，由可見的白色微小的水滴構(gòu)成的水霧粒子(其粒子直徑在微米級至納米級)經(jīng)吸熱后變成無色透明氣體(其水分子直徑大約為0.1nm)的質(zhì)變過程，吸熱后該質(zhì)變過程在非常短的時間內(nèi)完成。水霧粒子瞬間蒸發(fā)時會吸收大量的熱量(這些熱量又稱為水的氣化熱)，從而有效地降低了周圍的溫度。
[0049]通過水霧粒子的瞬間蒸發(fā)，在微藻培養(yǎng)時，既可以將環(huán)境空氣溫度快速降低，同時水霧瞬間變成無色透明的氣體，不會使大量水霧吸收折射本該照射在培養(yǎng)細(xì)胞表面的光能，因而不會損失本應(yīng)該為細(xì)胞的光合成所利用的光能，避免導(dǎo)致光合成微藻的光照射不足。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例中，微藻適宜生長溫度是指適宜微藻生長的最佳溫度，在該溫度下微藻生長速度較快，對于各種微藻該溫度大致相同，比如大約為25°C，該微藻適宜生長溫度對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說為公知常識，因此本發(fā)明對此不作詳細(xì)描述。
[0051]具體地,上述步驟S2具體可以包括:
[0052]S21、當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子；
[0053]S22、當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且第二噴射量小于等于第一噴射量，直至環(huán)境溫度降至微藻適宜生長溫度。
[0054] 可選地，預(yù)定溫差閾值可以為2~7°C內(nèi)的任何溫差，比如2°C、3°C、4°C、5°C、6°C、7 °C，優(yōu)選地，該預(yù)定溫差閾值為5°C。
[0055]也就是說，可以先設(shè)置一個預(yù)定溫差閾值，當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差較大，即大于該預(yù)定溫差閾值時，可以以較大的噴射量連續(xù)噴射水霧粒子，從而使環(huán)境溫度迅速降低，以盡量減少較高溫度對微藻的傷害；當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差較小，即小于等于該預(yù)定溫差閾值時，可以以較小的噴射量連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，從而使環(huán)境溫度逐漸降至微藻適宜生長溫度，以避免在較大噴射量下環(huán)境溫度下降至小于微藻適宜生長溫度，從而避免低溫對微藻造成的傷害。
[0056]需要注意的是，本發(fā)明中第一噴射量、第二噴射量主要在于限定這二者的相對大小，對于其具體數(shù)值不作限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差等實(shí)際情況具體調(diào)節(jié)，比如，第一噴射量可以為每分鐘讓環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差下降rc所需的噴射量，第二噴射量可以為每分鐘讓環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差下降0.5°C所需的噴射量。
[0057]一般情況下，對于微藻養(yǎng)殖，通過噴射水霧粒子控制溫度，可以在一定時間內(nèi)達(dá)到有效地溫度控制效果，比如，該一定時間可以為一天，也可以是數(shù)個小時，也可以是一個小時，也可以是半個小時，或者數(shù)分鐘，并且，控制時間越短，溫度控制得越精確；對于戶外養(yǎng)殖的固定化培養(yǎng)，實(shí)際可以通過半個小時控制為佳。
[0058]對于微藻培養(yǎng)，溫度的控制效果(即降溫效果)也與噴射期間的環(huán)境空氣的濕度有關(guān)，環(huán)境濕度越低，越容易讓水霧粒子瞬間蒸發(fā)，降溫效果越明顯，比如當(dāng)環(huán)境濕度低于40%至10%,甚至低至10(%至0(%，降溫效果最明顯；當(dāng)環(huán)境濕度在40~80%時,顯露出一定的降溫效果；而當(dāng)環(huán)境空氣處于濕度飽和狀態(tài)(即濕度100% )時，水霧粒子瞬間蒸發(fā)相對困難，因而降溫效果不明顯。
[0059]但是，隨著水霧粒子的噴射進(jìn)程，環(huán)境濕度逐漸升高，降溫效果逐漸變得不明顯；此時，可以同時采取通風(fēng)手段，從而進(jìn)一步提高降溫效果，比如，上述步驟S2還可以包括:
[0060]測量環(huán)境濕度；
[0061]當(dāng)環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，采用通風(fēng)手段強(qiáng)制微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
[0062]可選地，該預(yù)定濕度閾值可以為大于等于85%的任何濕度值，比如90%、92%、95%、97%、100%。
[0063]通風(fēng)手段可以為風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇或自然通風(fēng)等手段，總之，只要能使空氣對流即可，本發(fā)明對此不作限定。
[0064]這樣，當(dāng)環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，采用通風(fēng)手段強(qiáng)制微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流，既能促進(jìn)水霧粒子的蒸發(fā)、流動等，還能使微藻培養(yǎng)環(huán)境中的溫度更均勻，從而提高了降溫效果，即提高了溫度的控制能力；同時，對于微藻的固定化養(yǎng)殖，由于環(huán)境濕度大于預(yù)定濕度閾值，即環(huán)境濕度較高，通風(fēng)過程中還能夠保證微藻生長所需的適宜濕度，不會造成微藻表面水分蒸發(fā)太快而引起細(xì)胞干涸、死亡等現(xiàn)象。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，對于微藻的固定化培養(yǎng)，通過調(diào)整水霧粒子的噴射量，可以控制固定化表層中與空氣接觸的表面空氣濕度，防止固定化微藻養(yǎng)殖表層的干涸，保證微藻細(xì)胞能夠持續(xù)地在具有適宜成長的水環(huán)境中迅速成長；在距離固定化培養(yǎng)層表面I厘米處的濕度，可以控制在濕度為40%至100%以上的范圍，而控制濕度為60%至100%的范圍更能有效地防止表面干涸，濕度控制在80%至100%的范圍最有利于微藻細(xì)胞成長。
[0066]對于封閉式反應(yīng)器中微藻的培養(yǎng)，比如玻璃制反應(yīng)器或塑料制反應(yīng)器，通過在反應(yīng)器表面噴射水霧粒子，也能夠帶走反應(yīng)器周圍的大量熱量，從而有效地降低環(huán)境溫度，尤其對于側(cè)壁較薄的反應(yīng)器降溫效果更加明顯。
[0067]在炎熱的夏季，環(huán)境溫度可以達(dá)到40°C左右，濕度會在40~70%左右；而微藻的適宜成長溫度大約為25°C，因此其與環(huán)境溫度的溫差為15°C;通過本發(fā)明提供的方法，向環(huán)境空氣中噴射水霧粒子并調(diào)整噴射量，即可在短時間內(nèi)有效地實(shí)現(xiàn)溫度控制。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例中，所述的水霧粒子的粒徑小于等于100 μ m，比如小于等于100 μ m、50 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m、I μ m、500nm、200nm、lOOnm、50nm、20nm、10nm、Inm0 其中，水霧粒子粒徑通?？梢詾?0 μ m至100 μ m,而10 μ m以下更適合，I μ m至Inm其瞬間蒸發(fā)效果更好。
[0069]這樣，該粒徑的水霧粒子噴射后能夠瞬間蒸發(fā)，即瞬間吸收大量的熱量，立刻氣化為無色透明的氣體，從而有效地降低環(huán)境溫度；并且噴射后的水霧粒子不會吸收或折射本該照射到微藻表面的光照，因而不會影響微藻細(xì)胞光合所利用的光能。
[0070]另外，對于固定化培養(yǎng)而言，水霧粒子不會不斷地沖刷固定化培養(yǎng)層表面細(xì)胞，因而不會導(dǎo)致附著在載體上的微藻細(xì)胞流失，從而不會影響微藻細(xì)胞在載體上的成長。經(jīng)研究，20至30 μ m的水霧粒子對固定化細(xì)胞表層的沖刷影響已經(jīng)非常小，不會附著在表層，同時空氣濕度也得到有效的控制，因此，對于固定化培養(yǎng)，水霧粒子粒徑優(yōu)選小于等于30 μ m。
[0071]本發(fā)明實(shí)施例中，對水霧粒子粒徑的控制主要通過具有微細(xì)孔徑的噴嘴來實(shí)現(xiàn)的，其中，制造微米級的水霧粒子需要相同微米級別的噴孔孔徑來實(shí)現(xiàn)，制造納米級的水霧粒子需要噴嘴上納米級的噴孔孔徑來實(shí)現(xiàn)。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例中所使用的噴嘴的噴孔孔徑小于等于100 μ m,比如小于等于100 μ m、50 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m、l μ m、500nm、200nm、lOOnm、50nm、20nm、10nm、Inm0
[0072]水通過微細(xì)噴孔時產(chǎn)生摩擦力，所以在水經(jīng)過噴嘴之前需要加壓，且加壓的水壓力也是隨噴孔的孔徑變化而變化的，其中，噴孔孔徑越小其摩擦力越大，需要的水壓力也越大。
[0073]因此，優(yōu)選地，水霧粒子是由高壓水經(jīng)硬質(zhì)材料的、具有至少一個噴孔的噴嘴噴射而出的。即步驟S2中，所述的向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子具體可以包括:
[0074]高壓水經(jīng)噴嘴向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射，形成水霧粒子，其中，噴嘴由硬質(zhì)材料制成。
[0075]其中，高壓水的水壓可以為6~20MPa，比如為6MPa、8MPa、lOMPa、12MPa、14MPa、16MPa、18MPa、20MPa。經(jīng)研究，產(chǎn)生10~100 μ m的水霧粒子需要的水壓為3~6MPa ;產(chǎn)生10 μ m以下的水霧粒子則需要將水壓控制在6~20MPa范圍內(nèi)。
[0076]這樣，在相應(yīng)壓力下的水能夠通過噴孔順利地、高速地噴射出微米或納米級的水霧粒子，并瞬間蒸發(fā)，從而吸收大量熱量。
[0077]噴嘴的材質(zhì)必須是由硬質(zhì)材料制成的，例如可以為塑料、玻璃、陶瓷等非金屬材料，也可以為純金屬材料、或不銹鋼類金屬合金材料等，總之，只要能夠承受上述所述的水壓、以及具有一定的耐磨性即可，本發(fā)明對此不作限定。并且，根據(jù)所使用的水中含鹽量的變化，可以使用鈦合金、玻璃、陶瓷等材料制成，從而使噴嘴具較強(qiáng)的耐腐蝕性，保證不會因腐蝕等原因造成噴孔孔徑發(fā)生變化，不會導(dǎo)致噴射的水霧粒子粒徑發(fā)生變化。
[0078]噴嘴上噴孔的數(shù)量可以根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差等實(shí)際情況具體調(diào)節(jié)，例如，當(dāng)需要的噴射量較大時，可以在每個噴嘴上設(shè)置數(shù)量較多的噴孔；當(dāng)需要的噴射量較小時，可以適當(dāng)?shù)販p少每個噴嘴上噴孔的數(shù)量，總之，只要噴孔的數(shù)量可以根據(jù)所需的噴射量進(jìn)行設(shè)置。
[0079]如圖2所示，噴嘴10上可以具有至少一個噴孔11 ;當(dāng)噴嘴10上具有至少兩個噴孔11時，每個噴孔通道13之間可以是相互平行的，例如圖2(a)所示，或者，每個噴孔通道13之間也可以是呈一定角度的，例如圖2(b)~(d)所示，噴孔通道13之間呈α、β角度。
[0080]優(yōu)選地，為了保證不同噴孔11噴射出的水霧粒子不會相互碰撞從而導(dǎo)致水霧粒子粒徑變大，可以使噴孔通道13與噴嘴的中心軸y呈一定的角度，其角度(例如圖2(b)~(d)的α、β角度)可以控制在O~90°范圍內(nèi)；并且，優(yōu)選地，可以使β > α，即噴孔通道13與噴嘴中心軸y之間的夾角角度可以根據(jù)噴嘴上設(shè)置的噴孔數(shù)量進(jìn)行有層次的調(diào)整，距離中心軸y近的其夾角角度可以小一些，距離中心軸y遠(yuǎn)一些的其夾角角度可以大一些，從而進(jìn)一步保證水霧粒子不會相互碰撞。
[0081]如圖2 (a)~(f)所示，噴嘴的噴射面15可以是平面(圖2 (a)~(b))、錐形面(圖2 (c))、半球型面(圖2 (d))，也可以在截面為三角形、或圓形的長管壁面上開孔作為噴射裝置，即噴嘴，總之，只要保證噴嘴能夠呈放射形噴射出水霧粒子即可，本發(fā)明對此不作限定。
[0082]相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，能夠適用于本發(fā)明實(shí)施例提供的任一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法中；所述微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置可以包括:
[0083]溫度測量裝置，用于測量環(huán)境溫度；
[0084]至少一條加壓水管；
[0085]設(shè)在加壓水管上的若干個噴嘴，用于當(dāng)環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至環(huán)境溫度降至微藻適宜生長溫度。
[0086]本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，在微藻養(yǎng)殖過程中，當(dāng)測量到環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，這些水霧粒子瞬間蒸發(fā)，其氣化熱帶走微藻培養(yǎng)周圍的大量熱量，從而有效地實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；對于微藻的固定化培養(yǎng)方式，噴射的水霧粒子氣化帶走熱量，可以替代固定化培養(yǎng)表面水分的蒸發(fā)，從而讓細(xì)胞保持在適宜的含水條件下，避免固定化培養(yǎng)微藻細(xì)胞層表面干涸、細(xì)胞死亡等現(xiàn)象，同時，噴射的水霧粒子還能夠使微藻細(xì)胞層表面濕度上升，促進(jìn)了微藻細(xì)胞的成長，這樣，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，通過對微藻培養(yǎng)的溫度控制，還能提高微藻的產(chǎn)量；對于開放式或封閉式反應(yīng)器，噴射的水霧粒子蒸發(fā)時帶走的大量熱量也能夠有效地降低環(huán)境溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微藻培養(yǎng)的溫度控制；本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置操作簡單、能有效降低微藻培養(yǎng)過程中的溫度，且能夠產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
[0087]其中，噴嘴的噴孔直徑為小于等于100 μ m,比如小于等于100 μ m、50 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m、I μ m、500nm>200nm> lOOnm、50nm>20nm> 10nm、Inm0
[0088]噴嘴由硬質(zhì)材料制成，例如可以為塑料、玻璃、陶瓷等非金屬材料，也可以為純金屬材料、或不銹鋼類金屬合金材料等，總之，只要能夠承受水壓、以及具有一定的耐磨性即可，本發(fā)明對此不作限定。
[0089]另外，噴嘴還具有上述方法中描述的噴嘴的其他各個特性，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置主要適用于上述方法，因此該噴嘴與上述噴嘴應(yīng)該具有相同的特性，本發(fā)明在此不再重復(fù)贅述。
[0090]加壓水管上噴嘴的個數(shù)、噴嘴與噴嘴之間的距離均可以根據(jù)養(yǎng)殖規(guī)模、環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差等實(shí)際情況具體調(diào)節(jié)，總之，只要能夠得到所需的噴射量、達(dá)到有效地降低環(huán)境溫度即可，本發(fā)明實(shí)施例對此不作限定。
[0091]優(yōu)選地，加壓水管上還設(shè)有閥門；且微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還可以包括:
[0092]與溫度測量裝置及閥門電連接的控制器，用于當(dāng)環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門打開，以向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子；當(dāng)環(huán)境溫度降至微藻適宜生長溫度時，控制閥門關(guān)閉；
[0093]或者，控制器用于當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，控制閥門開啟面積以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子；當(dāng)環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于預(yù)定溫差閾值時，控制閥門開啟面積以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且第二噴射量小于等于第一噴射量；當(dāng)環(huán)境溫度降至微藻適宜生長溫度時，控制閥門關(guān)閉。
[0094]也就是說，加壓水管上設(shè)有一個閥門，控制器通過控制該閥門的開啟面積來控制噴射量。
[0095]或者，加壓水管與每個噴嘴之間均設(shè)有閥門，且每個閥門均與控制器電連接；這樣，控制器可以通過控制各個閥門來控制噴射量，比如控制器可以同時控制各個閥門以相同的開啟面積噴射，從而向環(huán)境空氣中噴射所需的噴射量；或者控制器可以控制開啟的閥門的個數(shù)來控制噴射量。總之，只要能夠達(dá)到控制器通過控制閥門以控制噴射量的效果即可，本發(fā)明實(shí)施例對此不作限定。
[0096]這樣，通過控制器可以自動檢測環(huán)境溫度，并且自動控制閥門開啟或關(guān)閉，從而使整個微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置實(shí)現(xiàn)自動化，節(jié)省了手動操作的大量勞動力。
[0097]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還可以包括:
[0098]濕度測量裝置，用于測量環(huán)境濕度；
[0099]通風(fēng)裝置，用于強(qiáng)制微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流；
[0100]其中，控制器還與濕度測量裝置及通風(fēng)裝置電連接，用于當(dāng)環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，控制通風(fēng)裝置啟動以強(qiáng)制微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
[0101]為了進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法及裝置，下面通過具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0102]如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種應(yīng)用于固定化培養(yǎng)的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置20，包括若干條加壓水管21，且每條加壓水管上均設(shè)有若干個噴孔孔徑為30 μ m的噴嘴10，每條加壓水管21上均設(shè)有一個閥門(未示出)，其中噴嘴10的結(jié)構(gòu)可以為圖2所示的任何一種。
[0103]整個溫度控制裝置20設(shè)在固定化培養(yǎng)裝置30的上方，且噴嘴10面向固定化反應(yīng)器31 ;每條加壓水管21可以均平行于固定化反應(yīng)器31且位于固定化反應(yīng)器31的側(cè)面或位于固定化反應(yīng)器31的面與面之間，這樣能夠使噴射出的水霧粒子進(jìn)入固定化反應(yīng)器31的養(yǎng)殖面附近，其瞬間蒸發(fā)時迅速帶走養(yǎng)殖面周圍的大量熱量，從而快速降低環(huán)境溫度。另外，各個加壓水管21可以通過額外的加壓水管23相互連接，從而使各個加壓水管21同時運(yùn)作。
[0104]微藻養(yǎng)殖過程中，當(dāng)測量到環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，開啟閥門以較大的噴射量連續(xù)向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，從而使環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差在20分鐘內(nèi)達(dá)到5°C ;然后調(diào)整閥門的開啟面積減小，以較小的噴射量連續(xù)噴射，從而使環(huán)境溫度在10分鐘內(nèi)降至微藻適宜生長溫度，然后關(guān)閉閥門停止噴射。
[0105]該溫度控制方法操作簡單，能夠在較短的時間內(nèi)有效地降低環(huán)境溫度，從而提高微藻生長速率。
[0106]對于固定化培養(yǎng)，整個溫度控制裝置還可以如圖4所示設(shè)在固定化培養(yǎng)裝置30下方的地面上或接近地面上，且噴嘴10面向固定化反應(yīng)器31 ;或者如圖5所示設(shè)在固定化培養(yǎng)裝置30側(cè)面，且噴嘴10面向固定化反應(yīng)器31。
[0107]另外，還可以通過上述所述的通風(fēng)手段吹動水霧粒子、或者通過其他安裝方式等手段使水霧粒子進(jìn)入養(yǎng)殖面附近實(shí)現(xiàn)瞬間蒸發(fā)，從而進(jìn)一步提高降溫效果、保證養(yǎng)殖面濕度。
[0108] 另外，本發(fā)明實(shí)施例提供的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還能應(yīng)用于開放式或封閉式反應(yīng)器，該溫度控制裝置的具體設(shè)置與圖3所示的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置設(shè)置類似。
[0109]區(qū)別在于，整個溫度控制裝置設(shè)在開放式反應(yīng)器(比如跑道池)或者塑料制封閉式反應(yīng)器的側(cè)面，當(dāng)環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，直接向反應(yīng)器外壁周圍或外壁上噴射水霧粒子來降低環(huán)境溫度。因此，對于溫度控制裝置的具體配置及其控制步驟，本發(fā)明在此不再重復(fù)贅述。
[0110]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，包括步驟: 1)測量環(huán)境溫度； 2)當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，步驟2)具體包括: 當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子； 當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于所述預(yù)定溫差閾值時，以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且所述第二噴射量小于等于第一噴射量，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，所述預(yù)定溫差閾值為2~7°C內(nèi)的任何溫差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，步驟2)還包括: 測量環(huán)境濕度； 當(dāng)所述環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，采用通風(fēng)手段強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，所述預(yù)定濕度閾值為大于等于85%的任何濕度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，所述水霧粒子的粒徑小于等于100 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，步驟2)中，所述向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子具體包括: 高壓水經(jīng)噴嘴向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射，形成水霧粒子，其中，所述噴嘴由硬質(zhì)材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，所述噴嘴上具有至少兩個噴孔，且每個噴孔通道之間相互平行或呈一定角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法，其特征在于，所述高壓水的水壓為 6 ~20MPa。
10.一種微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，其特征在于，適用于權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制方法中；所述微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置包括: 溫度測量裝置，用于測量環(huán)境溫度； 至少一條加壓水管； 設(shè)在所述加壓水管上的若干個噴嘴，用于當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子，直至所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，其特征在于，所述加壓水管上還設(shè)有閥門； 所述微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置還包括: 與所述溫度測量裝置及所述閥門電連接的控制器，用于當(dāng)所述環(huán)境溫度高于微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門打開，以向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中噴射水霧粒子；當(dāng)所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門關(guān)閉； 或者，所述控制器用于當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差大于預(yù)定溫差閾值時，控制所述閥門開啟面積以每單位時間第一噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)噴射水霧粒子；當(dāng)所述環(huán)境溫度與微藻適宜生長溫度之間的溫差小于等于所述預(yù)定溫差閾值時，控制所述閥門開啟面積以每單位時間第二噴射量向微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣中連續(xù)或間歇地噴射水霧粒子，且所述第二噴射量小于等于第一噴射量；當(dāng)所述環(huán)境溫度降至所述微藻適宜生長溫度時，控制所述閥門關(guān)閉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，其特征在于，還包括: 濕度測量裝置，用于測量環(huán)境濕度； 通風(fēng)裝置，用于強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流； 所述控制器還與所述濕度測量裝置及所述通風(fēng)裝置電連接，用于當(dāng)所述環(huán)境濕度大于等于預(yù)定濕度閾值時，控制所述通風(fēng)裝置啟動以強(qiáng)制所述微藻培養(yǎng)的環(huán)境空氣對流。
13.根據(jù)權(quán)利要求10~12任一項(xiàng)所述的微藻培養(yǎng)的溫度控制裝置，其特征在于，所述噴嘴的噴孔直徑為小于等于100 μ m。
【文檔編號】C12N1/12GK104178426SQ201410389798
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】張凱 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司