[发明专利]用于光合生物培养的分光装置和光合生物培养装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光合生物培养的分光装置、以及具有该分光装置的光合生物培养装置。

背景技术

光合微生物或植物细胞，可利用太阳能、水和简单的矿物质合成有机物及氢气、甲烷等形式无机物。微藻就是其中一个典型代表，它是一类个体微小的光能自养型单细胞生物，具有分布广泛、种类繁多、光合效率高、生长速度快、适应性强等特点。微藻每年固定的CO₂约占全球净光合产量的40％，再加上其富含酯类、烃类、蛋白、可溶性多糖、虾青素、β-胡萝卜素等高价值天然色素，因此在环保、能源和健康等问题倍受瞩目的今天，微藻越来越受到人们的关注。

微藻的大规模、高产养殖是制约微藻产业化发展的瓶颈，高效培养装置的开发是微藻规模化养殖的关键。现阶段光生物反应器仍普遍存在着成本高、不易放大等问题，因此当前众多企业继续沿用着传统的“跑道池”进行微藻规模化养殖。跑道池多为椭圆形或圆形的浅池，池中藻液一般为20-25cm深，通过滚筒状搅拌桨对藻液进行持续搅拌，从而实现整池藻液的循环流动，以使藻液中藻细胞及各营养物分布均一，并增大藻细胞见光机会。但应用跑道池的养殖产量一直不够理想，这主要是由于藻液浊度高，阳光射入液面2cm左右后即衰减为零，仅表面一薄层藻细胞可见光进行光合作用，单位体积藻液的受光面较小，光效率低。

美国专利US2009/0320362 A1公开了一种可应用于光合生物培养的分光装置。通过在培养液中插入透明的槽状容器，从而加大原有培养体系见光面积，提高深层培养液中藻细胞见光几率。上述分光装置存在着光损失严重，光利用率有限等缺陷。由于其垂直浸入培养液中的一系列透明的槽状容器均具有两个平行的侧壁，阳光只能直射到其中一侧面的一定区域。

根据美国专利US2009/0320362 A1，利用反光镜将光线垂直导入透明空腔。主入射光直射在腔体底面，在腔体底面和腔体底面与培养液的界面处发生两次反射和折射，最终第二次折射光射入腔体底面所接触培养液中。与腔体平行侧壁所接触的培养液受到的光照主要来自主入射光和主反射光在腔体中传播时所产生的散射光，散射光在腔体侧壁和腔体侧壁与培养液的界面处发生两次反射和折射，最终第二次折射光射入腔体侧壁所接触培养液中。此过程中，主入射光线直射在腔体底面，腔体侧面受到的入射光主要来自散射光。

根据美国专利US2009/0320362 A1，在浸入培养液的一系列透明腔体中注入清水，且各透明腔体上部连通为一透明空腔，该空腔内无水。光线在连通空腔顶板处发生两次反射及折射后，二次折射光射入清水表面及一系列腔体底面，射在腔体底面上的二次折射光再次发生两次反射及折射后射入培养液表面；射在清水表面的二次折射光再次经过反射、折射后，三次折射光射入清水并可传播一定深度，经散射、折射后射向腔体侧壁，在侧壁处及侧壁与培养液的界面处发生两次反射和折射，最终射入腔体侧壁所接触的培养液中。此过程中主入射光直射在连通空腔顶板(顶板的上下两侧为空气)经多次折射、反射射入腔体底面和清水表面，再经多次反射、折射射入与腔体侧壁所接触培养液中，过程曲折，光损失严重。

发明内容

针对现有技术中光路曲折、光损失严重、光利用率有限等问题，本发明提供一种用于光合生物培养的分光装置、以及具有该分光装置的光合生物培养装置，该分光装置可更大的提高培养液受光表面积，特别是受直射光表面积，光路短且直。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于光合生物培养的分光装置，具有分光体，分光体包括分光板，分光板具有第一表面和第二表面，至少两块相邻分光板分别以第一表面相互成角度地以相邻纵边相互连接。

优选地，第一表面为光线入射面，所述第二表面为光线射出面，分光板的第一表面(用作第一分光面)为平面或曲面或任意凹凸面，相邻接的两块分光板的第一表面之间的夹角β为0°＜β≤90°。该β在0到180度之间。

优选地，位于分光体的两端的分光板分别有一条自由的纵边。

优选地，分光装置还包括用以固定分光体的框架，框架的形状与分光体的形状相匹配。如果分光体的材料足够重且坚硬，“框架”和后面提到的金属管并不是必需部件。只是由于在多数情况下，分光体在充有较多培养液的培养装置中会受浮力而漂在表面上，为了让分光体能更好的增大培养液见光面积(所以需要排开更多液体体积)，所以要用框架、固定装置、或金属棒(这个对硬质分光体材料比较合适)。

优选地，分光装置还包括位于分光体的两块相邻分光板的第一表面所构成的内角中的金属管，并且金属管的长度小于或等于分光体的纵向长度。