Устройство для выращивания микроводорослей Советский патент 1983 года по МПК A01G33/02 F24J3/02 

Изобретение относится к сельскому .хозяйству, в частности к фотоавтотрофным Культиваторам для выращивания микроводорослей, например хлореллы. Известно устройство мя выращивания микроводорослей, содержащее щелйвидный фотоавтотрофный культиватор, тепловой аккумулятор, соединенный с культиватором тру бопроводами для подвода и отвода суспензии, и светопрозрачный экран для поглощения ультрафиолетовых и инфракрасных излучений, расположенный со стороны рабочей зоны щелевидного культиватора |1|. Однако известное устройство характеризуется недостаточным поглощением ультрафиолетового и инфракрасного излучений и значитель.ным перегревом культиватора. Цель изобретения - обеспечение более полного поглощения ультрафиолетового и инфракрасного излучений и защиты кулИ таватора от перегрева. ; Указанная цель Достигается тем, чтокулы тиватор для выращивания микроводоросле| снабжен допояяительным экраном,, выполненным в виде щелевидной полости между светопрозрачным экраном и щелевидным культиватором с газовым теплоносителем из смеси кислорода, и озона, причем щелевидиая полосФь сбёд йнена дополнительными .бопроводами через побудитель движения га.г теплоносителя с тепловым аккумул) i-dptfM;, , „. На фиг. 1 представлена общая схема; устройства для выращивания микроводоробтЛей; на фиг. 2 - щелевидный фйтоавтотра ый культиватор, разрез; на фиг. 3 - узел 1 на фиг, 2; на фиг. 4 - то же, вид в плане; на фиг. б - светоприемная панель, 6к)1ючак щая культиватор, разрез; на фиг. 6йомещённый в щелевидный культиватор тур .булйзатор; на фиг. 7 - пример использования устройства в одном гелиотехническом комйлексе с гел иоэлектростанцией, снабжен ной аккумулятором тепла.. i .- Устройство Д.ЛЯ выращивания мккроводорослей состоит из свето0риемной прямоугольной в плане панели (фиг. 4), содержащей щелевидиый фотоавтотрофный культиватор и окружении специальных экранов, тепловой, аккумулятор и замкнутые контуры циркуляции через них суспензии с микроводорослямв и газообразного теплоносителя. Светоприемная панель содержит по крайней мере один прозрачный для видимых лучей экран 1, щелевидный культиватор и .дополнительную щелевидную полость 2 мей ду ними, заполненную газообразным тепло носителем, состоящим из кислорода и озойа, одркулйрутощим по за минутому койтур; 3 включающему теплоаккумулятрр 4 с теп лоаккумулирующим материалом 5 (жидким или гранулированным). Суспензия микроводоррслей в культиваторе 6 либо прогрева ется теплоносителем (ночью), либо теплоноситель отводит тепло от суспензии в теплоаккумулятор посредством побудителя 7 движения газообразного теплоносителя. Замкнутый контур 8 для суспензи.и содержит побудитель 9 ее движения и установку 10 для отделения готовой биомассы от суспензии и для пополнения суспензии свежей водой II и питательными компонентами. На стекла экрана i светоприемной панели нанесено селективное покр1ятие в виде пленки J2 из,двуокиси олова. . Предлагаемое устройство (фиг. 1) прИг Менено в одном комплексе с низкотемпературным паротурбинным циклом, содержащим холодильник 13 для конденсации легкокиттящей жидкости 14, пары которой поступают-из турбины 15, .вращающей электрогенератор 16. Побудитель 17 движения заставляет циркулировать легкокипящую жидкость по замкнутому контуру 18, проходя1цему через теплоаккумулятор 4. Щелевидный культиватор б выполнен прозрачным с обеих сторон и расположён симметрично в окружении двух экранов 1 с дополнительным покрытием в виде пленки 19 из двуокиси кремния и двух дополнительных щелевидных полостей 2; под светоприемиой панелью расположены симметрично относительно нее два наклонных зеркала 20 и параллллельное к панели центральное зеркало 21, которые удваивают количество поступающей на культиватор световой энергии. Двухсторонность облучения обуславливает и конструкция распределительной арматуры: каналы 22 и 23 для подвода к культиватору и вывода из него суспензии микроводорослей расположены внутри (концентрично) каналов 24 и 25 для подвода газообразного теплоносителя к щелям 2 и для отвода из «их в контур 3. Каналы 22 и 24 предстай ляют собой одно целое и выполнены в виДе, экструдированного. спецпрофиля, в котором ; Йредусмотрёны вдоль его образуЮ1цих BJ ступ 26 (для термосварки с ним прозрачйцх; термопластичных пластин 27 и 28, образующих щелевидный культиватор 6), пазы 2Й и 30 (для герметичной заварки в них краев стекол), отверстия 31 (для ввода суспензии микроводорослей в культиватор) и отверстия 32 (для ввода газообразного теплоносителя в щелевые емкости 2). Аналогично выполнены за одно целое трубчатые отводящие каналы 23 и 25, но при этом канал 25 покрывается теплоизоляцией 3 Для функционирования фотоавтотрофного культиватора в ночное время устройствр оснащего панелью 34 искусственного рсвещения, щарнирно поворачиваемой на 90° вокруг оси 35, -посылающей искусственный свет на культиватор 6 и на зеркала 21, но в дневное время не препятствующей п0ступленйю солнечной энергий на тот ж культиватор и те же зеркала 21. Культиватор 6 включает в себя турбулизатор 36, образованный из двух множеств, расположенных в разных уровнях взаимно .перпендикулярных ребер 37 и 38. При этом образующие культиватор термопластичные светопрозра.чные пластины 27 и 28 соедиНены друг с другом термосварными швами 39 через квадратные отверстия, образованные решеткой ребер 37 и 38, Это-позволяет ;улучшить перемешиваемость суспензии микроводорослей в каналах между ребрами и повысить производительность фотосинтеза .биомассы за счет гарантированного много(Кратного попадания всех струй суспензии ;в зоны с наивысшей освещенностью. С целью/уменьшения потерь тепла, абсорбируемого стеклами 1 на обогрев наружного атмосферного воздуха, светоприемная панель выполняется с Дополнйтельны 1И стеК лами 40, образующими дополнительные ще лёВиДные полости 41, подключенные к ва,куум-сети (не показана). Контактирование стекол 1 со стеклами 40 осуществляется множеством равномерно расположенных по квад,ратной сетке точек, „определяемых местами .пересечения ребер у стекол -1 и 40, количе:ство тепла, теряемого в атмосферу теплопровоДностью от стекол 1, уменьшено во столько раз, во сксзлько раз площадь стекла 1 в плане больше площади всех точечных контактов стекол 1 и 40 (в пересеченияхребер). Закрепление стекол 40 осуществля:ется аналогично закреплению стекол 1 - в пазах 30 двухканальных спецпрофилей. Торцовые участки светоприемной панели ;закрь1ваются планками 42 из -уермопластичного, материала, имеющими Т-образное се ченнё, как и выступы 26 у двухканальных спецпрофилей, но не имеющими просверлен ых отверстий. Края стекол I, 40 заделы-ваются герметично в пазах 29 и 30, имеющихся в планках 42. С целью уменьшения потерь тепловой, энергии в виде длинноволновых инфракраснь1х лучей, испускаемых суспензией микроводорослей, на стекла 1 из1вестным способом ;нанесены селективно.пропускающие покрытин в виде пленок 12 из двуокиси олова % 11ленок 19 из двуокиси кремния. ЁЬзможность круглосуточного фотосийJreaa биомассы предлагаемсяг устройстве при отсутствии внешнего энергоснабжения поясняется примером (фиг. 7) с солнечной электростанцией, состоящей из гелиостатов 43, теплоприемника 44, теплоаккумулятора 45, трубопровода 46 и высокотемпературного napoTyp kiRHon9 ({ккла, включающего тур бину 47, электронагреватель 48, конденсат, тор 49 и замкнутый контур бО.для воды ;И ее паров, циркулирующих от побудителя 17 движения. Тепловая энергия, доставляемая в теплоакк умулирующий материал 5i жидким или газообразным теплоносителе.м от теплопрнемника 44 в периоды с наибольшей солнечной радиацией, расходуется непрерывно высокотемпературным паротурбинным циклом, продукцией которого являются; вырабатываемая электрогенератором 48электроэнергия и горячая вода, выходящая из конденсатора 49 с температурой 801г90°€, ; достаточной для последовательного обогрева жилых зданий, животноводческих и тепличных помещений. Совместная компоновка завода по производству хлореллы, гелйоэлек тростанции, теплицы и овцефермы в непосредственной близости от жилого поселка. позволяет значительно повысить КПД использования солнечной энергии за счет более полной утилизации не только спектра солнечных лучей, но и тепловой энергии; тем самым,.понизить себестоимость всех ви-. дов продукции - электроэнергии, хлореллы, овощей и фруктов, мяса и .шерсти, го-; рячей воды для теплоснабжения. Эффектив- . ность ступенчатого расходования тепла горячей воды .(последовательно для обогрева жилищ, овцефермы и теплицы) дополняется ступенчатым нагревом воды от..4-20°С (из; естественных источников) до 30-35°С в хо-:лодильнике 13 и до 80-90°С в ковденсато-г ре 49. Поступление предварительно подогретой воды в установку 10 и в конденсатор 49 повышает экономичность расходования тепла из теолоаккумуляторов 4 и 45.; Длительные. - (по ночам и в холодные времена года) и кратковременные (при заходах солнца за тучи) недостатки тепла в теплоакКумуляторе 4 восполняются помещенными в; них автоматически включаемыми электронагревателями 52. Электроэнергия, выраба-; тываемая генераторами 16 и 48, использу-г ется для собственных нужд культиваторов и гелиоэлектростанции (для азимутальногр слежения за Солнцем, для освещрннй культиваторов ночью и т.д.), овцефермы ц теплицы, а также может отдаваться во внешт; нюю сеть. При полной автономно-сти рассматг риваемого компле.кса, например в удален-ной горной местности (отсутствуют, внешние потребители электроэнергии) избыточная эл ктроэнергия может затрачиваться на пройзводство водОроДа И кислорода И использо-ваться зимой в качестве дополнительного источника тепла для теплоаккумулятора 45. Предварительно подогретая вода транспорттируется nq трубопроводу 53. Рассмбтрённый п рймер использЬвания сол нем ной энергии может быть еще более пра« дуктивным, если вместо концентраторе 143 использовать гелиостаты-фотоавтотрофные культиваторы, поскольку будут утилизиро ваться падающие на них солнгчные луч видимого диапазона. Функционирование устройства для вымащивания микроводорослей осуществляется следующим образом. Питательный раствор с исходными микроводорослями, приготовленный в установке 10,. побудителем 9 движения приводится в движение по замкнутому контуру 8 и через тройник 54 (через его центральное отверстгае 55) вводится в канал 22, из него через отверстия 31 входит в щелевидный культиватор б, выходит в канал 23 и далее через теплоаккумулятор 4 и установку 10 возвращается в культиватор 6. Проходя через многочисленные лабиринты последнего, об| азованные турбулизатором 36, каждая иЭ: бсобей микроводорослей многократно побывает в зонах с наивысшей освещенностью как с верхней, так и с нижней стороны культиватора, чем и обеспечивается повышение продуктивности фотосинтеза биомассы. Дополнительное повышение продуктивности обе спечивается исключением влияния на микроводоросли перегревоА и вредоносных УФлучей, задерживаемых стеклами 1, для чего последние содержат специальные добавки, например окись церия. Газовая смесь кислорода и озона в щелевидных полостях дополнительно поглощает УФ- и ИК-лучи (т.е. подстраховывает ст.екла 1) и отводит тепло QT стекол I (и от культиватора 6) в теплоаккумулятор 4. Непрерывная циркуляция газового теплоносителя обеспечивается побудителем 7 движения с регулируемой производительностью: в холодные времена года она наименьшая. В подводящий канал 24 газовая смесь поступает через несколько расположенных по окружности отверстий 56 из кольцевой полости 57 в щтудер 58 - тройника 59 Таким же образом, Но в обратном порядке, газовая смесь выходит из щелевидных полостей 2 через отюдящий канал 23, унося тепловую энергию в теплоаккумулятор 4. Контур 3 может включать в себя озонатор (не показан) для восполнения разлагающегося озона. Производительность фотосинтеза биомйс сы повышается путем проведения процессов .§ оптимальных режимах, поскольку длительность облучения суспензии микроводорослей, температура и скорости циркуляции суспензии микроводорослей и газообразного теплоносителя, насыщенность питательной средой и газами и другие параметры поддаются регулировке и управлению от аВ) Фоматической сисгемь управления технологическими процессами (АСУ .ТП). Применение предлагаемого yctpoйcгвa для выращивания микроводорослей обеспечивает более полное использование УФ- и ИКлучей наряду с утилизацией лучей видимого диапазона. Энергия, заключающаяся в УФлучах, на верхней границе атмосферы составляет 9% от солнечной постоянной полного солнечного излучения. За вычетом энергии УФ-лучей, погло1иаемых озоном в верхних слоях атмосферы (с длиной ВО.ЛНЫ до 0,28 мкм в южных широтах в осеннее время), Предлагаемое устройство позволяет утилизов.ать дополнительно еще около 8% энергии от солнечной постоянной полного солнечного излучения, так как именно в днапазоне 0,,4 мкм заключена основная мощность потока УФ-лучей. Г1овыщается и производительность фотосинтеза биомассы так как микроводоросли не затрачивают, часть своей энергии на защиту от УФ-лучей с длиной волн 0,28-0,3 мкм, которые тормозят фотосинтез. Это позволяет располагать заводы по произво цству хлореллы в высокогорных районах, где недостаток в зимней солнечной радиации ИК-лучей компенсируется увеличением УФ-лучей, кото рые зимой на 30-50/о выше, чем летом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ, содержащее.., Шелёвидный фотоавтотрофный культиватор, ловой аккумулятор, соединенный с культи-.; .тватбром трубопроводами для подвода и от; 11рда суспензии, и светопрозрачный экран . поглощения ультрафиолетовых и инфракрасных излучений, расположенный со стороны рабочей зоны щелевидного культи-у ватора, отличающееся тем,, что, с цельк) обеспечения более полного поглощения УФ и ИК-излучений и защиты культиватора от перегрева, око. снабжено дополнительным эк- раном, выполненным в виде щелевйдной полости между светопрозрачным экраном, и щелевидным культиватором с газовым тепчпоносителем нз смеси кислорода и оЗЬна, . йричем щелевидная полость соединена дополнительными трубопроводами через побу-. дитель движения газового теплоносителя с тепловым аккумулятором.

26 Z8 6 41 33 W / гз 25 Фиг.1 2

W

Фиг.З

Фиг.