光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器制造技术

本发明专利技术涉及生物反应器领域，具体是涉及光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器，包括恒温隔热箱、半透明太阳能电池、曝气系统以及光敏控制模块，所述恒温隔热箱内设有交错设置的横向隔板，恒温隔热箱的侧壁为双层中空low

【技术实现步骤摘要】
光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器


[0001]本专利技术涉及生物反应器领域，具体是涉及光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器。

技术介绍

[0002]研究发现，地球每年通过生物光合作用固定的碳达到200亿吨，而藻类贡献了其中的45％，同时转化能量约3
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1018kJ，相当于全世界2019年一次能源消耗量5.84
×
1017kJ的5倍。利用微藻固定CO2并以其生物质为原料转化制取生物质能，既能减少温室气体排放，又能获得可再生能源改善能源结构，是一种可行性高、可持续发展的CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)。
[0003]开发高效率、低成本的微藻光生物反应器是实现微藻大规模固碳的关键。目前的微藻光生物反应器主要包括开放池反应器与封闭式反应器两大类。封闭式反应器能有效减少细菌、浮游生物及其他藻类的侵染，内部环境可控，可常年运转，保证微藻的培养纯度，提高微藻培养密度。在封闭式光生物反应器中，平板反应器光照表面积大、光路短、氧积累少，被广泛应用于室外培养。但在室外条件下，太阳紫外辐射会使微藻细胞大量死亡；平板反应器内部流场扰动弱，微藻容易出现贴壁生长，导致微藻发生光抑制与光缺乏，严重降低微藻生长速率；而太阳红外辐射有近95％被微藻吸收转化为热，导致反应器超温，传统板式反应器不得不配置冷却系统，大大增加了微藻的培养能耗与成本。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器。
[0005]为解决现有技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器，包括恒温隔热箱、设置于恒温隔热箱一侧的半透明太阳能电池、设置于恒温隔热箱底部的曝气系统以及用于检测光照强度并实时调节曝气功率的光敏控制模块，所述恒温隔热箱内设有沿纵向间隔分布且交错设置的横向隔板，所述恒温隔热箱的侧壁为双层中空low
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e玻璃；
[0007]阳光由设置有半透明太阳能电池的一侧射入所述恒温隔热箱，所有所述横向隔板在恒温隔热箱内形成蛇形通道，所述蛇形通道靠近和远离半透明太阳能电池的一侧分别为光照亮区和光照暗区；
[0008]当太阳光照变强时，所述光敏控制模块控制曝气系统提高曝气功率以增加藻液流速，以此缩短藻液在光照亮区和光照暗区的光暗循环周期。
[0009]进一步的，所述双层中空low
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e玻璃的夹层内为真空或者填充有干燥稀薄空气。
[0010]进一步的，所述横向隔板与恒温隔热箱的内壁连接处为圆弧状过渡结构。
[0011]进一步的，所述半透明太阳能电池、曝气系统以及光敏控制模块共同组成有源控制系统。
[0012]进一步的，所述曝气系统为铺设于恒温隔热箱底部的曝气管路和用于向曝气管路中曝气的气泵。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：
[0014]其一，本专利技术优化了微藻生长环境并降低了生产成本，达到了促进微藻生长、节能减排的效果；
[0015]其二，本专利技术利用了更多可见光及可见光波长范围以外的太阳辐射，提高了反应器的光能综合利用效率；
[0016]其三，本专利技术根据光照强度自动调节反应器内的流场，减少微藻细胞贴壁，避免了微藻出现光抑制及光缺乏；
[0017]其四，本专利技术有效的控制了反应器内温度，避免超温，减少了进入反应器的紫外辐射和红外辐射。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的结构组成示意图；
[0019]图2是本专利技术的横向隔板与恒温隔热箱连接处的过渡结构示意图；
[0020]图中标号为：1
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恒温隔热箱；2
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半透明太阳能电池；3
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曝气系统；4
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双层中空low
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e玻璃；5
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横向隔板；6
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圆弧状过渡结构。
具体实施方式
[0021]为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0022]本专利技术对现有的微藻板式反应器进行改造，针对性的解决了光生物反应器的光能综合利用低、光抑制和光缺乏阻碍微藻生长以及及冷却能耗高等重点问题。
[0023]参照图1所示，光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器，包括恒温隔热箱、设置于恒温隔热箱一侧的半透明太阳能电池、设置于恒温隔热箱底部的曝气系统以及用于检测光照强度并实时调节曝气功率的光敏控制模块，所述恒温隔热箱内设有沿纵向间隔分布且交错设置的横向隔板，所述恒温隔热箱的侧壁为双层中空low
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e玻璃；
[0024]针对太阳各波段辐射特点，本专利技术通过半透明太阳能电池吸收转化紫外辐射为电能，供反应器系统持续稳定运行，同时能避免微藻细胞在强紫外辐射照射下死亡又能透过可见光供微藻生长，并且减少微藻生产过程中对外部能源的需求；
[0025]通过Low
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e膜中空玻璃结构隔绝太阳红外辐射，防止微藻细胞在强光照射下过热死亡。太阳光中的红外波长辐射是引起反应器升温的重要原因。反应器外壳由双层玻璃和Low
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e辐射膜组成，中空玻璃结构和夹层间的干燥稀薄空气极大程度上削弱了反应器内部与外界环境的导热和对流换热，以确保良好的隔热性能。覆盖在反应器外壳表面具有光谱选择透过性的Low
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e辐射膜能够隔绝>99％的红外辐射，避免反应器的升温。同时，玻璃内壁反射反应器内部散发的低温辐射，减少在低温环境中的热损失。
[0026]阳光由设置有半透明太阳能电池的一侧射入所述恒温隔热箱，所有所述横向隔板在恒温隔热箱内形成蛇形通道，所述蛇形通道靠近和远离半透明太阳能电池的一侧分别为光照亮区和光照暗区；根据太阳光照强度变化，利用光敏控制模块自动调节曝气方式，在交
叉导流横向隔板的协同下实现反应器流场智能调控，建立匹配不同光照强度的光暗循环周期，防止出现光抑制及光缺乏；当太阳光照变强时，所述光敏控制模块控制曝气系统提高曝气功率以增加藻液流速，以此缩短藻液在光照亮区和光照暗区的光暗循环周期。
[0027]在光照条件变化时，传统板式反应器无法对应不同的光照强度调整光暗周期，微藻未能充分利用入射可见光，造成微藻产率下降。在光合作用时，微藻需要在亮光区与暗区之间来回穿梭，以确保微藻能充分有效地利用光能(闪光效应)，传统板式反应器内部流场横向扰动弱，微藻容易贴壁生长，使得内部微藻无法吸收可见光，最终导致贴壁微藻出现光抑制而内部微藻出现光缺乏，严重降低微藻自身生长速率与光合固碳效率。
[0028]通过在反应器流通区域中布置交叉导流的横向隔板形成的蛇行通道，强化了对流体的扰动，减少流动死区，避免微藻贴壁，防止出现光抑制及光缺乏。另外，在太阳光照变强时，光敏控制模块依据光强变化信号提高曝气功率，一方面增加藻液流速，缩短光暗循环周期，增强微藻闪光效应；另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光电自驱式智能恒温微藻光生物反应器，其特征在于，包括恒温隔热箱、设置于恒温隔热箱一侧的半透明太阳能电池、设置于恒温隔热箱底部的曝气系统以及用于检测光照强度并实时调节曝气功率的光敏控制模块，所述恒温隔热箱内设有沿纵向间隔分布且交错设置的横向隔板，所述恒温隔热箱的侧壁为双层中空low
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e玻璃；阳光由设置有半透明太阳能电池的一侧射入所述恒温隔热箱，所有所述横向隔板在恒温隔热箱内形成蛇形通道，所述蛇形通道靠近和远离半透明太阳能电池的一侧分别为光照亮区和光照暗区；当太阳光照变强时，所述光敏控制模块控制曝气系统提高曝气功率以增加藻液流速，以此缩短藻液在光照亮区和光照暗区的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄睿，虞育杰，刘建洪，魏星名，毕浩，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：