CN104334715A - 水生微藻生产装置 - Google Patents

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CN104334715A CN201280073499.8A CN201280073499A CN104334715A CN 104334715 A CN104334715 A CN 104334715A CN 201280073499 A CN201280073499 A CN 201280073499A CN 104334715 A CN104334715 A CN 104334715A
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Abstract

公开了一种水生藻类生产装置，其利用微藻生产支撑组件和一组六个漂浮、闭环、平台式、可使CO2/O2透过的光生物反应器，给微藻工业生产提供经济的解决方法。所述装置的生物反应器浸没在水表面标志附近以获得最大的曝光和CO2/O2的连续扩散。微藻加工和控制组件监测所述反应器组中每个光生物反应器的藻类生长，并循环地收获所述微藻。收获后将上述微藻转移到水下的可变容积储存罐中。太阳能光伏电池板供应所述装置运行所需的能量。连接到装置外防护屏障底部的旋转式电推进器来控制所述装置的水配置。

Description

水生微藻生产装置
技术领域
本发明涉及工程化、透气、封闭式的光生物反应器和流体动力学领域。本发明提供了一种能源平衡且自主的水生微藻生产装置，用于微藻的每日连续生长以及微藻培养物的原位分离和储存。
背景技术
通称为生物燃料的可替代燃料的生产，目前以主要用作人类/动物消费的食品的高成本原料物质例如甘蔗、玉米、油菜籽、棕榈油和其他陆生作物的转化为主。尽管存在着将这些原料转变成生物燃料的技术，但没有足够的可耕地或淡水资源来满足我们的社会对能量的大量需求。
仅仅美国每年就使用超过1680亿加仑汽油。目前，美国的生物燃料、特别是用玉米制造的乙醇的产量仅为每年50亿加仑，仅占在美国使用汽油中的3％。此外，用玉米生产乙醇已在全球商品市场上引发玉米市场价格提高50％。
第二种主要的可替代、可再生的能源是将基于纤维素的废品转化为生物燃料。生物质供应的相对有限的可获得性、对加工设施的高运输成本以及初始投资，已将这种技术的规模限制到低于美国需求量的0.06％。
第三种并且也是最有希望的可替代、可再生能源是使用具有高油类含量的光合自养生物例如微藻来生产生物燃料。这种技术的主要优点是合并了太阳能向细胞生物化学能的转变过程。光合自养生物是可以通过光合作用过程利用完全源自于太阳的能量来存活、生长和繁殖的生物。光合作用本质上是一种碳循环过程，通过这一过程将无机的二氧化碳与太阳能、其他营养物和细胞生物化学过程相结合，合成维持生长所需的糖类。光合作用发生在植物、藻类和许多品种的微生物中。
以前对较大规模生产的尝试集中于在提供与自然界中存在的相似的生长条件的陆基开放塘或水沟中生长光合自养生物。这种方法的主要缺点在于生长条件不能被良好地控制，导致生产量的不确定、批次污染和使微藻生长和收获技术成为商业现实的其他显著的技术挑战。
下面是当前的陆基微藻生长和收获***为什么没能变成显著的可再生能源的6个最重要的原因：
1.水需求。微藻需要大量水——它们在其中生长。水蒸发是主要的不利因素。
2.光需求。微藻需要大量的光，并且为了接收光，它们通常需要深度不超过4英寸但是具有数百平方码的水平表面积的平坦水床。这意味着必须将大量极为平坦的陆地转变成水床并用水填充以容纳微藻生长。这种对数千英亩平坦水床的建造和相关的水需求的后勤工作是巨大和成本高昂的。关于用于建造大范围平坦水床的土地分配的主要顾虑之一，是可能取代了目前用于食物供应的耕地。
3.水温因素。微藻的生长季主要取决于地理位置，并且除了热带地区之外，限于较温暖的月份。沙漠气候特有的大的昼夜温差对微藻生长极为不利。
4.二氧化碳需求。微藻不能直接利用大气二氧化碳。对于藻类生产率来说关键的二氧化碳必须溶解在水中。对于静态平坦水床来说，为微藻培养物不断提供所需的二氧化碳的后勤和能量需求是成本高昂的。
5.污染因素。微藻对其他微藻品种和细菌的污染非常敏感。在大多数情况下，具有最高油含量的微藻品种不一定是繁殖最强和最快的品种。
6.能量因素。目前陆上或海岸微藻大规模生产线的成本，包括施肥、收获、运输，而储存成本极高，并且与现有的化石燃料经济学相比没有竞争力。
本发明的一个新颖之处是它经济上解决了所有上面提到的与陆基微藻生产***相关的问题，同时还表现出在能够与现有的化石燃料工业竞争的可再生能源的生产中促进成本的显著降低。
对现有技术的搜索没有发现与本发明相同的专利。但下面的美国专利申请被认为是相关的：
Albus等告诉了一种建造在船舶周围的开放式海洋漂浮藻类农场。所述船舶提供了航行的推进力、原料和藻类产物的储存能力、用于收获和加工藻类的机器、船员的住宿，并便于漂浮农田的维护。该发明还包含用于循环饱和有CO2的海水、营养物和藻类的培养液的透明管。循环通路从船舶流过所述管并返回到船舶，在那里将藻类过滤出来以备加工。所述循环藻类培养液的透明管由填充有海水的管阵支撑，其具有平衡浮力并刚好浸没在海平面下方。
Trent等告诉了一种通过在水环境中加工藻类和/或其他微生物来生产烃类、包括油的方法。该方法利用了含有营养物和藻类生长种子的软袋。将所述具有CO2/O2交换膜的袋子以可控的深度悬浮在水养殖场中。藻类被培养和收获在所述袋子中。
Berzin等告诉了在水体例如池塘或湖泊上流动的光生物反应器单元，其含有液体培养基，并包含至少一种光养生物。所述光生物反应器单元由柔性的可变形材料形成，并被构造成提供基本上恒定厚度的液体培养基。在某些实施方式中，在光生物反应器单元与其上漂浮有所述单元的水体之间的屏障物，控制液体培养基与水体之间的热传递。
发明内容
本发明的总体目的是通过提供一种能量平衡、自主的水生大规模微藻生产装置，为所有当代的与微藻生产和收获相关的问题提供经济上可行的解决方案。
本发明描述了一种微藻生产装置，其包含生产支撑***和微藻生产***。
所述装置的生产支撑***包含被漂浮支撑结构包围的漂浮的微藻加工和控制组件，所述漂浮支撑结构形状类似蜂巢，将水养殖场分配成多个部署区，所述部署区定义6个相邻的六边形。被造型成漂浮的环的外保护屏障结构包围所述漂浮支撑结构。
所述装置的微藻生产***包含一组6个六边形平台式光生物反应器，所述反应器具有陆地平坦水床的尺寸特征。它们被置于所述蜂巢结构的内部，并围绕置于中央的微藻加工和控制组件。
所述装置的平台式光生物反应器被部署在所述反应器组内部，并浸没在水表面附近以最大化曝光以及二氧化碳和氧气传递。每个平台式光生物反应器的曝光表面包含透光和可透过CO2/O2气体的膜，而暴露于水的表面区域包含可透过CO2/O2气体的膜。
所述可透过CO2/O2气体的膜允许溶解在周围水中的二氧化碳进入所述平台式光生物反应器。同样地，这样的膜也将允许提供在光生物反应器内部的氧气离开并扩散到周围水中。
每个平台式光生物反应器优选地包含双通路水循环***，以提高藻类生长和藻类收获任务。藻类生长水循环通路调节所述平台式光生物反应器内部的水与周围水之间的热传递，并帮助将所述光生物反应器的水温维持在预定公差之内。藻类收获水循环通路被构造成收获所述光生物反应器中存在的预定百分率/范围(50％左右)的藻类。这样的过程定义了新的部分收获方法的至少一部分。
所述反应器组中的每个光生物反应器与位于中央的微藻加工和控制组件液压连通，所述微藻加工和控制组件不断监测平台式光生物反应器的藻类生长参数包括水温和营养物水平，并启动和进行部分收获。所述部分收获方法确保藻类在所述光生物反应器中的连续存在，并为控制它们的生物发展的提供了灵活性。在收获后，将藻类转移到附连在微藻加工和控制组件底部的水下可变容积储存罐中。
所述藻类生产装置被设计成产生、储存和监测它的所有电能需求。将多个太阳能光伏电池板机械连接于所述微藻加工和控制组件的顶部和所述装置的被造型为漂浮环的外保护屏障结构上。所述漂浮环为装置的平台式光反应器提供结构保护，并容纳电能储存、航行手段例如电螺旋推进器以及锚定和停泊手段。
置于微藻加工和控制组件顶上的桅杆组件被用于将所述装置的外保护屏障结构和漂浮的保护结构锚定到所述微藻加工和控制组件。
所述桅杆还提供了天线、碟形卫星天线和其他电子和视觉识别手段的部署。
位于所述水密微藻加工和控制组件内部的运动促进控制器，利用全球定位***和附连到外保护屏障结构底部的几个旋转式电推进器来控制装置的水配置坐标，并启动和控制迁移。
在需要时，优选永久地与所述装置的运动促进控制器保持接触的维护和后勤支持船将为维护目的停泊到所述装置，以更新它的营养物供应，或当装置的微藻储存罐达到设计容量时清空其内含物。
因此，所公开的发明的实施方式针对所有6个与微藻的生长和收获相关的问题。
问题1：水需求。所述装置的光生物反应器是漂浮浸没在任何大型水体、包括海洋的水表面附近的闭环反应器；因此，与水蒸发相关的问题极小并可能被消除。
问题2：光需求。所述装置利用一组或多个具有仅仅几英寸的优选高度的模块式平台式光生物反应器，并且每个所述光生物反应器被柔性透光膜覆盖，所述膜被构造成允许足够的光通入到光生物反应器中用于藻类生长。
问题3：水温因素。所述装置的平台式光生物反应器被至少部分浸没在水表面附近。此外，所述光生物反应器的藻类生长循环通路帮助控制光生物反应器内部的水与周围水之间的热传递。这允许光生物反应器的水温被维持在预定阈值之内。因此，沙漠环境常见的大的昼夜温差被消除或至少降至最低。
问题4：二氧化碳需求。透气膜覆盖所述装置的平台式光生物反应器，允许溶解在周围水中的二氧化碳进行大规模表面扩散。由光生物反应器在运行期间产生的氧气利用相同的透气膜释放回到周围水中。因此，与二氧化碳生产和配送相关的成本可降为零。
问题5：污染因素。所述装置利用闭环平台式光生物反应器，能够远离陆地，在具有极少的已知引起藻类污染的空气携带粒子的深部非营养性水中运行，从而最小化或消除了空气携带的藻类污染的风险。
问题6：能量因素。放置在施肥和收获模块和漂浮的环组件顶上的多个太阳能光伏电池板，供应所述装置的运行和控制所需的所有或基本上所有的能量。
因此，如上所述，本发明的实施方式最小化或消除了：(a)与陆基水床建造相关的成本；(b)耕地的迁移；以及(c)食品价格上涨的可能理由。此外，预计具有0.5ha光生物反应器活性表面并在85℉的水中运行的50,000升水生微藻生产装置，可以达到等同于每天100桶绿色原油的微藻生产率。具有总共25ha光生物反应器表面的50个装置的农场，可以到达每天50,000桶油的生产当量。具有5,000ha光生物反应器表面的200个农场，可以达到每天1千万桶油的生产当量。
本公开主题内容的不一定表述在本概述部分中的其他目的和实施方式，可以包括和并入在上面概述的目的中提到的特点或部分和/或在本申请中其他地方讨论的特点或部件的情况的各种不同组合。
本发明的其他目的和优点可以从附图的描述理解得更为清晰，或者可以通过本发明的实践来学会。
在浏览了本说明书的其余部分之后，本领域普通技术人员将会更好地理解这样的实施方式和其他实施方式的特点和情况。
附图说明
本申请主题内容针对本领域普通技术人员的全面可行的描述、包括其最佳方式，提供在参考附图进行的详细说明中，在所述附图中：
图1a是具有漂浮并部分浸没在水养殖场中的本发明的优选实施方式的部分横截面的正视图；
图1b是图1a中示出的优选实施方式的顶视图；
图2是具有如图1b中示出的装置的光生物反应器101的部分横截面的优选实施方式的部分顶视图；
图3是具有被示出为漂浮并部分浸没的装置的微藻加工和控制组件的一种实施方式的部分横截面的正视图；并且
图4是放置在水密封的仓室组件800内的装置的微藻加工和运行控制组件的液压图。
在整个本说明书和附图中指称符号的重复使用，打算代表本发明的技术的相同或类似特点或元件。
具体实施方式
现在将对本发明的实施方式进行详细参考，所述实施方式的一个或多个实例在下文中提出。每个实例的提供是为了解释本发明而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说，显然可以在本发明中做出各种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一种实施方式的一部分示出或描述的特点可用于另一种实施方式，以产生又一种实施方式。因此，本发明打算覆盖进入到随附的发明要求保护范围及其等同的范围之内的修改和变化。本发明的其他目的、特点和方面公开在下面的详细说明中，或者可以从下面的详细说明来确定。指称符号的重复使用打算表示相同或类似的特点、元件或步骤。本领域普通技术人员应该理解，本发明的讨论仅仅是示例性实施方式的描述，而不打算限制本发明的更宽的情况。
定义
本节定义了在本文件中使用的一些术语，而其他术语在描述中定义。
出于本文件的目的，两个或更多实物通过将它们以各种方式带到一起或进入彼此相关状态而被“机械机械连接”(有时简称为“机械连接”)，所述方式包括可以被释放(搭扣、铆钉、螺钉、螺栓等)和/或可以移动(例如旋转、绕轴转动、振荡等)的直接或间接的物理连接。同样地，两个或多个电气物品通过将它们以各种方式带到一起或进入彼此相关状态而被“电连接”(有时简称为“机械连接”)，所述方式包括：(a)直接、间接或感应通讯连接，和(b)直接/间接或感应电连接。此外，尽管附图可能示出***的各个电子部件通过单线相连，但应该认识到，这样的“信号线”可能表示目标实施方式所需的一个或多个信号通路、功率连接/通路、电连接和/或电缆。
术语“光合作用生物”、“光养生物”或“生物质”包括能够光合作用生长的所有生物(包括人工或通过基因操作修饰的生物)。
当用于***部件、材料或表面的上下文中时，短语“透明”和“至少部分透明”是指这样的***部件、材料和/或表面允许足够量的光能透过，以便在光养生物中能够进行光合作用。同样地，术语“RF透明”是指产生极小反射射频信号的材料或物体。
本文件含有标题。这样的标题放置了***的标记以方便读者，并且不应被用于本文件的构造或以任何方式限制其意义。
描述
尽管在本文件中使用的实例涉及被构造用于藻类培养的平台式且能透气的光生物反应器，但应该认识到，代替藻类和/或除了藻类之外，可以利用其他光合作用生物。
本发明的一种示例性实施方式的微藻生产装置被示出在图1a至图4中。
图1a和图1b示出了微藻生产支撑***30和微藻生产***40，其漂浮在具有上表面标志20的水养殖场10中。微藻生产支撑***30包含微藻加工和控制组件200，而微藻生产***40包含多个平台式且能透气的光生物反应器101-106。正如将在下面更详细解释的，平台式且能透气的光生物反应器101-106与微藻加工和控制组件200液压连通。
微藻生产支撑***
图1b示出了微藻生产支撑***30，其包含与围绕微藻加工和控制组件200的漂浮支撑结构600机械机械连接的外保护屏障结构300。外保护屏障结构300包围由漂浮支撑结构600的外部周边内的区域所定义的水区域。值得注意的是，漂浮支撑结构600将这样的水区域分配成多个部署区。优选地，漂浮支撑结构600与外保护屏障结构300和微藻加工和控制组件200两者机械机械连接。
一种适合的外部障300是漂浮的环组件。此外，一种适合的漂浮支撑结构600是可漂浮的蜂巢子组件。这样的可漂浮的蜂巢子组件600被构造成将漂浮的环组件300与微藻加工和控制组件200机械机械连接。正如在下面更详细描述的，这样的蜂巢子组件600构造为平台式光反应器100-106提供了附加的结构支撑。
优选地，支撑结构600的外部周边定义了环或圆。然而，应该指出，支撑结构600的周边可以定义任何多边形形状，包括圆，而不背离本发明的范围和精神。此外，由于外保护屏障结构300包围由漂浮支撑结构600的外部周边所定义的水区域，因此优选地，由外保护屏障300所定义的形状将与漂浮支撑结构600的外部周边所定义的形状相似。正如在图1b中所示，漂浮支撑结构600的外部周边定义了圆，外保护屏障300定义了环。也就是说，本领域普通技术人员应该认识到，由外保护屏障300定义的形状可以与支撑结构600的外部周边所定义的形状不同，而不背离本发明的范围和精神。
正如在图1a和图3中最好地看到的，微藻生产支撑***30的某些实施方式还包含水下的可膨胀微藻储存罐250，其与微藻加工和控制组件200机械机械连接并液压连通。储存罐250被构造成储存收获的微藻，直至被支***通工具或类似的***取回。对于某些实施方式来说，储存罐250定义了可变容积的储存罐，其使用任何适合的技术例如伸缩排列方式、可折叠侧面(类似于柔性的饮用吸管)、绞合的线和槽类型的排列方式以及使用在负载下伸展的多少有些弹性的材料。
图1b还示出了置于微藻加工和控制组件200上方并与其电连接的主光伏电池板400。主光伏电池板400被构造成提供在白天运行装置所需的电能。这样的***对于本领域普通技术人员来说是公知的；因此，光伏***的详细描述是不必要的。
图1b还示出了置于外保护屏障结构300上并与微藻加工和控制组件200电连接的多个光伏子组件500。所述多个光伏子组件500被构造成产生并储存在夜晚运行装置所需的电能。这样的***对于本领域普通技术人员来说是公知的；因此，光伏***的详细描述是不必要的。
运动促进器
图1a还示出了优选实施方式，其包含定义了顶末端和相反的底末端的竖直延伸的桅杆组件350。桅杆组件350的底末端与微藻加工和控制组件200机械机械连接。桅杆组件350的顶末端与锚定子组件360机械机械连接。对于目前优选的实施方式来说，锚定子组件360包含多个被构造以增强***的结构稳定性的稳定化元件。对于所述优选实施方式来说，所述多个稳定化元件的第一末端与桅杆组件350的顶末端机械机械连接。所述多个稳定化元件的相反的第二末端与外保护屏障结构300径向地(即等间隔地)机械机械连接。稳定化元件的数量优选地被选择成使得一个稳定化元件的张力被至少一个其他稳定化元件抵消。对于图1a中示出的优选实施方式来说，存在6个稳定化元件，其定义了3个相反的稳定化元件对。或者，稳定化元件可以跨越整个外保护屏障结构300，其中这样的稳定化元件的中心与桅杆组件350的顶末端机械机械连接，而两个末端与外保护屏障结构300机械机械连接。本领域普通技术人员将会认识到，这样的构造帮助将外保护屏障300与微藻加工和控制组件200机械机械连接，同时还为桅杆组件350提供增强的稳定性和支撑。此外，图1a示出了桅杆组件350为天线、碟形卫星天线和其他电子和视觉识别手段370提供部署空间。
现在参考微藻生产装置的目前优选的实施方式的图4，示出了在作为微藻加工和控制组件200的有机组成部分的水密封的仓室组件800内的运动促进控制器265。运动促进控制器265被构造成使用放置在桅杆组件350上的天线、碟形卫星天线和其他电子和视觉识别手段370来确定并通讯装置的部署坐标，并自动地和/或根据要求(通过从外部装置接收的信号)使用与外保护屏障结构的底部机械机械连接的多个螺旋推进器330来启动迁移。本领域的普通技术人员将会认识到，运动促进控制器可以命令被构造用于在水环境中操纵微藻生产装置的大量任何适合装置、包括基于水射流的推进***，而不背离本发明的范围和精神。
微藻生产***
正如在图1b和图2中最好地看到的，微藻生产***40的目前优选的实施方式包含多个平台式且能透气的光生物反应器。这样的光生物反应器被排列成一组6个一致的光生物反应器：(101)，(102)，103，104，105和106(或简称为101-106)，其围绕放置在中央的微藻加工和控制组件200部署；它们整体被外保护屏障300包围。漂浮的蜂巢形组件600将外保护屏障300与微藻加工和控制组件200连接。漂浮支撑结构600定义了被构造用于为部署在反应器组中的光生物反应器提供结构支撑的部署区。图1b还示出了6个一致的光伏子组件500，其被放置在漂浮支撑结构600上并与外保护屏障结构300机械机械连接，以为装置的电力和能量储存装置和***提供另外的电能。如上所述，主光伏电池板400与微藻加工和控制组件200机械机械连接。
图2示出了装置的配置在由漂浮支撑结构600定义的部署区内部的6个一致的光生物反应器之一，即光生物反应器101。如上所述，漂浮支撑结构600优选地与微藻加工和控制组件200机械机械连接。同样地，漂浮支撑结构600通过接头子组件310与外保护屏障300机械机械连接。
图2还示出了配置在与光生物反应器102和106以及微藻加工和控制组件200相邻的部署区中的平台式光生物反应器101。正如在图2的剖面中所示的，平台式光生物反应器101通过吸入阀481和681以及返回阀281与微藻加工和控制组件200液压连通。每个光生物反应器定义了与微藻加工和控制组件200类似的液压连通构造。平台式光生物反应器101还包含上部六边形透光和可透过CO2/O2的顶部膜组件120，其通过侧壁组件110与下部可透过CO2/O2的底部膜组件130机械机械连接。本领域普通技术人员将会认识到，光生物反应器和相关的膜组件可以定义任何多边形形状(包括圆形)，而不背离本发明的范围和精神。
对于目前优选的实施方式来说，平台式光生物反应器101还包含配置在顶部膜组件120与底部膜组件130之间的螺旋形壁组件150。优选地，这样的螺旋形壁组件150被密封到顶部膜组件120和底部膜组件130两者。螺旋形壁组件150被构造成控制平台式光生物反应器内部的物质流动，从而帮助定义平台式光生物反应器101内不同区域之间的边界。更具体来说，微藻收获区160由螺旋形壁组件150定义。对于所述目前优选的构造来说，微藻收获区160是平台式光生物反应器101内具有由壁组件150所定义的两个边界、由顶部膜组件120所定义的一个边界和由底部膜组件130所定义的一个边界的容积。低速水-藻类-营养物混合物返回入口180被配置在微藻收获区160外部，而高速水-营养物混合物返回入口185被至少部分配置在微藻收获区160内部。物质通过返回阀281，经与微藻加工和控制组件200液压连通的出口190离开平台式光生物反应器101。每个平台式光生物反应器定义了类似的构造。
每个平台式光生物反应器101-106定义了至少两种运行模式。如图2中所示，吸入阀481被配置在微藻加工和控制组件200中，并与配置在光生物反应器(101)中的低速水-藻类-营养物混合物返回入口180液压连通。激活吸入阀481能够使光生物反应器101由低速流动方向箭头980所示进入微藻生长模式。同样地，吸入阀681被配置在微藻加工和控制组件200中，并与配置在光生物反应器101中的高速水-营养物混合物返回入口185液压连通。激活吸入阀681能够如高速流动方向箭头985所示进入微藻收获运行模式。此外，图2示出了返回阀281，其被配置在微藻加工和控制组件200中，并与出口190液压连通，所述出口与混合物返回入口180和混合物返回入口185两者液压连通。值得注意的是，当光生物反应器101被选择用于微藻生长或微藻收获运行模式时，返回阀281保持开放。因此，本领域普通技术人员将会认识到，这样的构造在每个平台式光生物反应器101-106与微藻加工和控制组件200之间定义了闭环***。
应该认识到，入口阀180和185以及返回阀281可以被配置在微藻生产和支撑***30之外的***中，而不背离本发明的范围和精神。例如，可以将这样的阀配置在平台式光生物反应器101-106中或与其液压连通，然后通过端口与微藻生产和支撑***30液压连通。
现在参考图3，考虑到了微藻加工和控制组件200，其包含与采取水密构造的微藻储存罐250机械连接的水密封的内部仓室组件800。水密封的仓室组件800包含泥浆泵送组件750，其被构造用于将收获的微藻从离心分离器270和275(未示出)转移到水下微藻储存罐250中。水密封的仓室组件800还包含中空的竖直轴组件900，其被构造以提供从微藻储存罐250到接收者(例如支援船)的转移通路，其中这样的转移通路适合便于储存罐250内含物的转移。
图4示出了水密封的仓室组件800，其还包含被构造用于控制装置的每个光生物反应器的运行模式的藻类生产控制子组件260。这样的运行模式包括微藻生长模式和微藻收获模式。
水密封的仓室组件800包含输入总管290和加压返回总管280。如图4中所示，输入总管290与出口阀281-286液压连通。同样地，加压返回总管280与入口阀481-486和出口阀681-686液压连通，由此将这样的总管与所述光生物反应器组液压连通。
图4还示出了水密封的仓室组件800，其包含与返回总管液压连通的低压泵215。当以微藻生长模式运行时，低压泵215被藻类生产控制子组件260用于将水-藻类-营养物混合物以一定流速在所选的光生物反应器内循环，所述流速对微藻的生物学完整性引起极小或不引起损伤。此外，营养物分配器220和230通过它们的回流保护阀与返回总管280液压连通，并被构造成根据藻类生产控制子组件260的要求将物质(例如营养物)分配到返回总管(280)内。类似地，水分配器240和藻类培养物分配器250通过回流保护阀与返回总管280液压连通，并被构造成在接收到藻类生产控制子组件260的要求之后将物质(例如水和藻类培养物)分配到返回总管中。
图4示出了水密封的仓室组件800，其还包含与返回总管280液压连通的高速高流量泵210。高流量泵210被藻类生产控制子组件260选择，通过将水-藻类-营养物混合物从所选的与输入总管290液压连通的光生物反应器泵送到离心分离器270和275中，并使用过滤装置700和705将基本上不含藻类的水-营养物混合物返回到加压返回总管280，使所选的光生物反应器以微藻收获模式运行。此外，图4示出了泥浆泵送组件750，其被构造成用于将收获的微藻从离心分离器270和275转移到微藻储存罐250(在图4中未示出)中。
正如在图4中最好地看出的，输入总管290和返回总管280被构造成根据藻类生产控制子组件260的要求，通过当以微藻生长模式运行时利用吸入阀481-486和返回阀281-286，并且当以微藻收获模式运行时利用吸入阀681-686和返回阀281-286，循环地连接到光生物反应器101、102、103、104、105和106之一。
尽管上面本发明的书面描述能够使普通技术人员做出并使用目前所认为的本发明的最佳方式，但普通技术人员将会理解并认识到，本文中的具体实施方式、方法和实例存在变化、组合和等同物。因此，本发明不应受到上述实施方式、方法和实例的限制，而是应该受到所要求的本发明的范围和精神之内的所有实施方式和方法的限制。

Claims (27)

1.一种水生微藻生产装置，其包含：
漂浮在水养殖场中的微藻生产支撑***，所述微藻生产支撑***包含微藻加工和控制组件；以及
漂浮在所述水养殖场中的微藻生产***，所述微藻生产***包含至少一个平台式且能透气的光生物反应器，其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器与所述微藻加工和控制组件液压连通。
2.根据权利要求1所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻生产支撑***还包含配置在所述微藻加工和控制组件下方的水下微藻储存罐，其中所述水下微藻储存罐与所述微藻加工和控制组件机械机械连接并液压连通。
3.根据权利要求2所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻生产支撑***还包含围绕所述微藻加工和控制组件的漂浮支撑结构，其中所述漂浮支撑结构将所述水养殖场的至少一部分分配成多个部署区，其中每个部署区被设定成用于接纳至少一个平台式且能透气的光生物反应器。
4.根据权利要求3所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻生产支撑***还包含外防护屏障结构，其包围了由所述漂浮支撑结构的外周所定义的水区域。
5.根据权利要求4所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻生产***还包含漂浮在由所述部署区所定义的周边内部的至少一个平台式且能透气的光生物反应器。
6.根据权利要求5所述的水生微藻生产装置，其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器是被配置成浸没在由所述部署区所定义的水表面附近的闭环***。
7.一种水生微藻生产装置，其包含：
漂浮在水养殖场中的微藻生产支撑***，所述微藻生产支撑***包含：(a)微藻加工和控制组件；(b)配置在所述微藻加工和控制组件下方的水下微藻储存罐，其中所述水下微藻储存罐与所述微藻加工和控制组件机械机械连接且液压连通；(c)围绕所述微藻加工和控制组件的漂浮支撑结构，其中所述漂浮支撑结构将所述水养殖场的至少一部分分配成多个部署区；以及(d)外保护屏障结构，其包围了由所述漂浮支撑结构的外周所定义的水区域；和
漂浮在所述水养殖场中的微藻生产***，其中所述微藻生产***包含漂浮在由所述部署区之一所定义的周边内部的至少一个平台式且能透气的光生物反应器，并且其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器定义漂浮浸没在由所述部署区所定义的水表面附近的闭环***，并且其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器与所述微藻加工和控制组件液压连通。
8.根据权利要求7所述的水生微藻生产装置，其中所述漂浮支撑结构与所述外保护屏障结构和所述微藻加工和控制组件两者机械机械连接。
9.根据权利要求8所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含透光和透气的顶部膜组件。
10.根据权利要求9所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含透光和透气的底部膜组件。
11.根据权利要求9所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含透气的底部膜组件。
12.根据权利要求11所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含沿着所述部署区的周边的侧壁组件，其中所述侧壁组件、所述顶部膜和所述底部膜通过使所述顶部膜组件与所述底部膜组件机械连接，来定义所述光生物反应器的内部容积。
13.根据权利要求12所述的水生微藻生产装置，其中所述光生物反应器还包含配置在所述内部容积中使所述顶部膜机械与所述底部膜的螺旋形壁组件机械连接，并且其中所述螺旋形壁具有恒定的结构高度。
14.根据权利要求12所述的水生微藻生产装置，其中所述螺旋形壁组件定义所述内部容积中的微藻收获区。
15.根据权利要求14所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含位于所述微藻收获区外部的水中藻类的营养混合物返回入口，并且其中所述水-藻类-营养物混合物返回入口与所述微藻加工和控制组件液压连通，并且其中所述水中藻类的营养混合物返回入口在所述平台式且能透气的光生物反应器以微藻生长模式运行时使用。
16.根据权利要求15所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含至少部分位于所述微藻收获区内的水营养混合物返回入口，并且其中所述水营养混合物返回入口与所述微藻加工和控制组件液压连通，并且其中所述水营养混合物返回入口在所述平台式且能透气的光生物反应器以微藻收获模式运行时使用。
17.根据权利要求16所述的水生微藻生产装置，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含位于所述微藻收获区内的液压出口，其中所述液压出口与所述微藻加工和控制组件液压连通。
18.一种水生微藻生产装置，其包含：
漂浮在水养殖场中的微藻生产支撑***，所述微藻生产支撑***包含：(a)微藻加工和控制组件；(b)配置在所述微藻加工和控制组件下方的水下微藻储存罐，其中所述水下微藻储存罐与所述微藻加工和控制组件机械机械连接且液压连通；(c)围绕所述微藻加工和控制组件的漂浮支撑结构，其中所述漂浮支撑结构将所述水养殖场的至少一部分分配成至少一个部署区；以及(d)外保护屏障结构，其包围了由所述漂浮支撑结构的外周所定义的水区域，其中所述漂浮支撑结构与所述外保护屏障结构和所述微藻加工和控制组件两者机械机械连接；和
漂浮在所述水养殖场中的微藻生产***，其中所述微藻生产***还包含被配置成漂浮在由所述至少一个部署区所定义的周边内部的至少一个平台式且能透气的光生物反应器，其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器漂浮浸没所述水表面附近，其中所述至少一个平台式且能透气的光生物反应器定义与所述微藻加工和控制组件液压连通的闭环***，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含透光和透气的顶部膜组件，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含透气的底部膜组件，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含沿着所述部署区的周边的侧壁组件，其中所述侧壁组件通过使所述顶部膜组件机械与所述底部膜组件机械连接来定义所述光生物反应器的内部容积，其中所述光生物反应器还包含配置在所述内部容积中并使所述顶部膜机械与所述底部膜的螺旋形壁组件机械连接，其中所述螺旋形壁组件定义所述内部容积中的微藻收获区，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含位于所述微藻收获区外部的水中藻类营养混合物返回入口，其中所述水中藻类营养混合物返回入口与所述微藻加工和控制组件液压连通，其中所述水中藻类营养混合物返回入口在所述平台式且能透气的光生物反应器以微藻生长模式运行时使用，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含位于所述微藻收获区内部的水-营养物混合物返回入口，其中所述水营养混合物返回入口与所述微藻加工和控制组件液压连通，其中所述水营养混合物返回入口在所述平台式且能透气的光生物反应器以微藻收获模式运行时使用，其中所述平台式且能透气的光生物反应器还包含位于所述微藻收获区内部的液压出口，其中所述液压出口与所述微藻加工和控制组件液压连通。
19.根据权利要求18所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻加工和控制组件还包含配置在所述微藻加工和控制组件上方并与其机械机械连接的主光伏电池板。
20.根据权利要求19所述的水生微藻生产装置，其中所述主光伏电池板与所述微藻加工和控制组件电连接，并被构造成提供在白天运行所述装置所需的电能。
21.根据权利要求20所述的水生微藻生产装置，其还包含与所述外保护屏障结构机械机械连接的多个光伏子组件。
22.根据权利要求21所述的水生微藻生产装置，其中所述多个光伏子组件与所述微藻加工和控制组件电连接，并被构造成产生并储存在夜间运行所述装置所需的电能。
23.根据权利要求22所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻加工和控制组件还包含水密封的仓室组件。
24.根据权利要求23所述的水生微藻生产装置，其中所述水密封的仓室组件还包含被用于确定和通讯所述装置的部署坐标的运动促进控制器，并且其中所述运动促进控制器还包含附连到所述外保护屏障结构底部的多个螺旋推进器，以促进迁移。
25.根据权利要求24所述的水生微藻生产装置，其中所述水密封的仓室组件还包含微藻生产控制子组件，并且其中所述微藻生产控制子组件被构造成为所述光生物反应器选择所述运行模式。
26.根据权利要求25所述的水生微藻生产装置，其中所述漂浮支撑结构将所述水养殖场分配成6个六边形部署区，并且其中所述六边形部署区围绕所述微藻加工和控制组件。
27.根据权利要求26所述的水生微藻生产装置，其中所述微藻生产***还包含6个平台式且能透气的光生物反应器，其中每个所述反应器被配置成漂浮在由所述6个六边形部署区之一所定义的周边内，并且其中每个所述6个光生物反应器与所述微藻加工和控制组件液压连通。
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