光生物反应器的清洁装置及光生物反应器

摘要

本发明公开一种光生物反应器的清洁装置及光生物反应器，光生物反应器包括管道，所述清洁装置用于清洁该管道，所述清洁装置包括内环体和外牵引装置；所述内环体位于所述管道内，所述内环体包括磁性环体和所述磁性环体外设置的清洁结构层，所述清洁结构层能匹配贴合所述管道内壁，能以摩擦方式清洁所述管道内壁；所述外牵引装置对应所述内环体位于所述管道外，所述外牵引装置能与所述磁性环体产生相互作用的磁力，所述外牵引装置能带动所述内环体在所述管道内移动。通过外牵引装置的作用力，使内环体可被控制地移动并与管壁摩擦，移动的间隔周期、移动的速度、不同部位的摩擦力度都可以调节。

说明书

技术领域

本发明涉及一种藻类培养系统，尤其涉及一种防止透明管内生长的藻附着管壁积累的光生物反应器的清洁装置及光生物反应器。

背景技术

微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，且营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。

然而，自然界中并不存在可以直接收集加工的大量现成微藻资源。开发供人类社会发展所需的微藻资源，首先要规模化工程培养生产微藻原料。目前，微藻规模化人工培养微藻主要有开放池和封闭光生物反应器两类方式：开放池为开放式(如跑道池)反应器，其投资成本低，且位于室外，能直接利用太阳光。但是该方式培养条件不稳定，并存在严重的污染问题。而封闭式光生物反应器，虽然投资费用相对较大，但由于可以调控多项培养参数，更易于控制生物污染，培养微藻的产率更高，因此成为近年来本领域研发重要趋势。

管道式光生物反应器是一种在产业生产及试验中，较为典型的封闭式光生物反应器，其主要由数排透明的玻璃或高分子材料管道连接而成，微藻培养液通过循环泵在管道内循环，接受光照实现自养繁殖。但是，管道式光生物反应器在培养微藻的过程中，常常不可能避免地产生藻类的大量附着贴壁积累，不仅降低管道的透光度，减少光的透过，而且这些附着的藻类也容易发生死亡、变质进而影响整个管道内的藻的质量；此外，附着的藻也难以收获，因此减少了整个管道式光生物反应器的有效产藻量。常用的清理贴壁的方法是，在培养结束后或中断后，用NaClO₃溶液浸泡、冲洗，并可在管道内放入清洗小球等方式进行辅助，但是这种方式操作繁琐、效果有限，且每培养1体积的藻液，需要大约3-5体积的水量进行清洗，耗水量太大。

业内对于解决这个问题，也有相关的设计和研究。例如，主题为“基于流体驱动内置转子的管式光生物反应器”，公开号CN104560695A的中国发明专利申请，其主要是通过在管道内设置一个流体驱动转子，通过流体在管道内流动驱动转子转动，在贴近管壁处产生较强紊流，能够解决藻粘附管壁生长、遮蔽光照、降低生产率的难题。但是在管道内放置被动转动的转子结构，对流体产生较大阻力，因而对管道式光生物反应器的管道长度和泵的驱动功率参数都提出要求。此外，这种方式只是增大贴近管壁的流体紊流强度，并不能实质解决藻附着积累的问题。

再一个关于管道式光生物反应器内壁清洗的专利申请，主题为“管道光生物反应器管内壁的清理方法”，授权公告号为CN102000679B的中国发明专利，其主要将若干各个小的磁性球体放入管道光生物反应器内，培养液在动力推动下流动，磁性球体随培养液随机进入光生物反应器的管道内并进行定向移动，磁性球体在光反应器管道内循环移动过程中不断地与管壁产生轻微碰撞与摩擦，从而将粘贴到透明管道内壁上的藻细胞材料蹭入培养微藻的液相中，将管道光生物反应器有效清理并保持其透光性。(如图1所示)

由图中可以看出，该方案主要利用数个小球a，小球a包括a1可塑性材料和内部的磁体球a2。在水流驱动下将这些球输送到管道内，小球a不断碰撞管壁实现清洗。其中在管道光生物反应器4外新增一个循环管道旁路41，管道旁路41连通于进水管路和回水管路之间，一磁性球体吸引控制装置42设置于循环管道旁路41靠近回水管路的一端。其中吸引控制装置42是用于将被阻断装置43阻断隔离下来的小球a收集到循环管道旁路41中，之后这些小球a依靠重力或受驱动移动到开关44的一端，以便小球a被培养液再次带入到管道4中。因此，该管道清洗小球a虽然相对前一个方案具有较小的流体阻力，但是由于小球a体积较小，在管道内仅能通过随机滚动的方式碰撞管内壁，对于管内壁的清洁作用并不全面，但若小球体积接近管内壁，又会造成管道阻塞，藻液循环困难。故该方案的清洗效果随机性大，可控性差、效果仍不臻理想。现有封闭式光生物反应器技术中，由于从培养到收获，管道需要保持封闭培养环境。现有的大规模藻培养用光生物反应器的清洗工艺，一般只能在收获后进行，但此方式无法维护“养藻过程中”管壁透光度、导 致对自然光利用效率无法提升。而专门留出时间段来清洗设备，则会使光生物反应器的有效使用时间占比降低，无法获得光生物反应器的最大培养效率。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种新型磁力控制式管式光生物反应器的清洁装置，以及具有该配套装置的光生物反应器。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种光生物反应器的清洁装置，所述光生物反应器包括管道，所述清洁装置用于清洁所述管道内壁，所述清洁装置包括内环体和外牵引装置；所述内环体位于所述管道内，所述内环体包括磁性环体和所述磁性环体外设置的清洁结构层，所述磁性环体为磁性材质，所述清洁结构层能匹配贴合所述管道内壁，能以摩擦方式清洁各所述管道内壁；所述外牵引装置对应所述内环体位于所述管道外，所述外牵引装置能与所述磁性环体相互作用的磁力，所述外牵引装置能带动所述内环体在所述管道内移动。

由上述技术方案可知，本发明的光生物反应器的清洁装置的优点和积极效果在于：通过外牵引装置的控制和牵引，使内环体可被控制地移动并与管壁摩擦，而移动的间隔周期、移动的速度、不同部位的摩擦力度都可以根据需要进行调节，能实现理想的清洁效果。使用中，只需将各内环体提前放置在各管道中，由于是内环体为环状，所以并不会影响内部液体的流通，可在设备处于正常的养藻过程中维护管壁的透光性。

外牵引装置可以对应地固定套在管道外，也可以是可拆卸的，需要进行管道清洁时，对应地安装上外牵引装置，然后以外力带动外牵引装置顺管道轴向或径向移动，以进行定期的管道清洁。可在微藻培养过程中，定期(如每天)进行一次清洁动作，有效地预防贴壁发生。也可用于在培养结束后清洗管道。可以保证光生物反应器连续化正常养藻，在不影响管道内藻液的流动和循环的情况下，维护管壁透光度，避免藻液受光性受到影响。

根据本发明的一实施方式，其中所述磁性环体为铁磁性或永磁性材质，对应地，所述外牵引装置具有永磁铁或电磁铁。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体的磁性环体与所述外牵引装置的磁性相同或磁性相反。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体内具有顺所述管道轴向延伸的穿孔。

根据本发明的一实施方式，其中所述清洁结构层为海绵、棉布、毛刷、尼龙丝、纱布或带有勾刺的弹性纤维。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置形状与各所述管道外壁匹配，所述外牵引装置为环形或具有开口的半包围环形。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体顺所述管道轴向具有一定长度，所述内环体外周面呈锥形。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置内侧周面具有内锥度，所述内锥度与所述内环体外周面的锥度相匹配，以增大沿管道轴向的作用力分量。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置包括基材环体和多个磁块，所述磁块粘贴或嵌入所述基材环体的内表面，多个所述磁块沿轴向和圆周布置。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体的磁性环体包括基材环体和多个磁块，多个所述磁块粘贴或嵌入所述基材环体的外表面，所述磁块沿轴向和圆周布置。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体内具有顺所述管道轴向延伸的穿孔，所述磁性环体端部形成供引导藻液流经该穿孔的切角或圆导角。该切角或圆倒角作为藻液流过该内环体的穿孔的引导结构，减小藻液循环阻力，降低能耗。

根据本发明的一实施方式，其中所述磁性环体的外周面具有一个环形凹槽，所述清洁结构层固定于所述环形凹槽内。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置的环体为具有开口的半包围环形，所述外牵引装置的环体为柔性材质。

根据本发明的一实施方式，其中所述内环体的磁性环体为柔性材质。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置由多个相枢接的弧形体组成，所述弧形体的弧度与所述管道外周面相匹配。

根据本发明的一实施方式，其中另具有一驱动装置，所述驱动装置能在一固定基面上顺所述管道的轴向移动；所述驱动装置设有支架，所述支架连接一条或多条所述管道上的一个或多个所述外牵引装置。

根据本发明的一实施方式，其中所述光生物反应器的多条所述管道平行布置，多条所述管道间隔一定距离设置有托管支撑件。

根据本发明的一实施方式，其中所述驱动装置带动一个或多个所述外牵引装置，在两个相邻所述托管支撑件之间来回移动。

根据本发明的一实施方式，其中所述外牵引装置为带有开口的半包围环形，所述驱动装置还具有执行模块，所述执行模块能驱动所述连接支架伸出或缩回，以带动所述外牵引装置远离或接近所述管道，以避开所述托管支撑件。

根据本发明的一实施方式，其中所述连接支架设置有光电位移传感器，通过所述光电位移传感器在移动中检测所述托管支撑件，所述执行模块根据所述光电位移传感器的检测信号启动。

根据本发明的一实施方式，其中所述连接支架设有液体通道，所述液体通道与一液体供应装置连通，所述外牵引装置上设有液体喷洒机构，所述液体喷洒机构与所述液体通道连通，所述液体喷洒机构向所述管道外壁喷洒液体。

根据本发明的另一方面，提供一种光生物反应器，具有多条管道，所述管道为透明材质，其中，还具有如前所述的光生物反应器的清洁装置。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是现有技术中一种光生物反应器的清洁装置动作示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置应用于管道的结构示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置应用于管道的截面结构示意图。

图4是图3中沿P-P线的纵剖面结构示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置纵剖面上磁吸作用示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的清洁装置的外牵引装置的结构示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的清洁装置的内环体的结构示意图。

图8是根据一示例性实施方式示出的清洁装置的内环体的剖面结构示意图。

图9是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置运行至管道支撑件情形下的示意图。

图10A至图10C是根据示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置避开管道支撑件三种方式的结构示意图。

图11是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置运行至管道弯管情形下的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1.管道；2.外牵引装置；21.环体；21a.基材环体；22.磁块；3.内环体；31.磁性环体；31a.基材环体；32.清洁结构层；33.穿孔；34.磁块；35.切角或圆导角；36.环形凹槽；5.支撑件；51.凹槽；6.接头；7.支架；7a.主支架；7b.支架臂；8.驱动装置；8a.行走驱动；8b.立架；81.液体供给装置；82.管路；9.执行模块；10.光电位移传感器。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明实施例的管道式光生物反应器可包括一条或多条管道，管道可为透明材质制成，管道材质举例为玻璃或高分子材料，高分子材料如PMMA、PVC、PC等。管道可为圆管、椭圆管或方管，多条管道可平行布置，并且多条管道间隔一定距离设置有托管支撑件。微藻培养液通过循环泵在管道内循环，接受光照实现自养繁殖。

本发明实施例提供一种光生物反应器的清洁装置，该清洁装置用于清洁各管道的内壁，清洁装置主要包括内环体和外牵引装置。

内环体位于管道内，内环体可包括磁性环体和磁性环体外设置的清洁结构层，磁性环体可为磁性材质，清洁结构层能匹配贴合管道内壁。

外牵引装置对应内环体可位于管道外，外牵引装置具有能与磁性环体相互作用的磁性，以外力推动外牵引装置轴向或径向移动，外牵引装置能利用磁吸或磁斥作用带动内环体在管道内进行轴向或径向移动。内环体可利用轴向或径向移动以摩擦方式清洁各管道内壁。外牵引装置利用磁吸作用带动内环体，一实施方中，二者其中之一可具有永磁性，另一个具有铁磁性；再有一实施方式，也可以两者都具有磁性相同或不同的永磁性；再一实施方式中，二者其中之一可设有电磁铁装置，另一个具有铁磁性或永磁性。应该理解的是，本发明中可利用任何能实现二者之间的磁驱动作用的技术手段。

外牵引装置若仅在管道的一侧牵引，但是这样的牵引力不均衡、控制移动的效果不太好，会造成内部的磁性环翻转而不能平行迁移，也会造成摩擦管壁的摩擦力不均匀，一侧摩擦力大另一侧摩擦力小，而造成对管壁的清洁效果不均匀。本发明实施例的进一步特点是，使外牵引装置为环形或C形(半包围环形)，与管道外壁对应，使牵引力均衡一些。

使用中，只需将各内环体提前放置在各管道中，由于是内环体为环状，所以并不会影响内部液体的流通。外牵引装置可以对应地固定套在管道外，也可以是可拆卸的，需要进行管道清洁时，对应地安装上外牵引装置，然后以外力带动外牵引装置顺管道轴向或径向移动，以进行定期的管道清洁。可在微藻培养过程中，定期(如每天)动作一次，有效地预防贴壁发生。也可用于在培养结束后清洗管道。以此管道式光生物反应器可以连续化正常养藻，在不影响管道内藻液的流动和循环的情况下，能利用上述清洁装置维护管壁透光度，避免藻液受光性受到影响。

以下结合附图，对本发明具体实施例，举例说明如下：

图2是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置应用于管道的结构示意图。图3是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置应用于管道的截面结构示意图。图4是沿图3中P-P线的纵剖面结构示意图。图5是根据一示例性实施方式示出的光生物反应器的清洁装置纵剖面上磁吸作用示意图。

如图所示，图中以应用于单条管道1的清洁装置为例进行说明，单个管道1上安装的清洁装置主要包括位于管道1外的外牵引装置2和位于管道1内的内环体3，使用中两者隔着管道1的管壁内外对齐。图中管道1以圆管为例进行说明，但本领域技术人员应该理解，管道1也可为椭圆管、方管等其它可以使用的管道形状。

如图2、图3及图4所示，外牵引装置2的环体21是裹于管道1外的一环形结构。环体21的环形结构可对应管道1的形状选择为圆环形、椭圆环形、方环形等其它能匹配套在管道1外的中空环形结构。环体21的内侧周面与管道1的外壁面之间具有较小的活动间隙，以便于外牵引装置2能在管道1外进行自由的沿管道1的延伸方向移动。

环体21可为一体成形的环形、具有开口的半包围环形或由至少两个弧形体枢接而成的环形。环体21可制作为半包围环形或弧形体枢接而成的环形，这里半包围环形或弧形体的弧度优选是要与管道外周面相匹配，多个弧形体可通过枢转轴首尾相接，而且至少有一个快拆连接扣位于其中，以便于进行拆解，例如螺栓螺母组合、卡扣等。如此实施例，有利于在移动中遇到障碍物时，从管道1外周取下环体21，绕过障碍物后再将环体21安装到管道1外周。环体21可由铁磁性材料或永磁材料一体制成。铁磁性(Ferromagnetism)指的是一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象。各材料中以铁最广为人知。铁磁性材质例如铁、钴、镍这类金属或相关合金。永磁材料是指，一经磁化即能保持恒定磁性的材料。永磁材料例如：铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料等。

另一实施方式中，环体21也可由柔性磁材料，例如磁性橡胶制成的具有一个开口的半包围环形结构，该开口小于管道1直径，借此可利用该开口从管道1外周取下或将环体21套在该管道1外周。如图2、图3及图4所示， 内环体3可包括磁性环体31和清洁结构层32。磁性环体31内为顺着管道1轴向延伸的穿孔33，即该磁性环体31是一种空心的环体结构。穿孔33可供藻液顺利通过，使得磁性环体31进行轴向移动时，不影响管道1内藻液的正常循环和流动等培养过程的持续进行，也减少了磁性环体31轴向移动时的阻力。磁性环体31可对应管道1的形状选择为圆环形、椭圆环形、方环形等其它能匹配套装在管道1内的中空环形结构。内环体3的外侧周面与管道1的内壁面之间可具有一活动间隙，以便于内环体3能在管道1内进行自由的轴向移动。

本发明是利用该外牵引装置2的环体21隔着管道1的管壁，对该磁性环体31产生吸引力(也可以是排斥力)，在该外牵引装置2移动时，驱动该磁性环体31沿着管道1的内壁移动，磁性环体31外部设置的清洁结构层32对管道1的内壁形成一定压力并摩擦内壁，不断清除管道1内壁上附着的藻，始终保持管道的透光度，提升光生物反应器的光利用效率。

另举例来讲，光生物反应器具有多个管道的情形时，还能以多个管道1紧靠地排列为一列、至少两列或一束。比如管道1为方管时，多个管道1排列为一列或两列，恰组合成一方体。以一方形环外牵引装置2便能一次控制多个内环体3。再如管道1为圆管时，排列为类圆的一束，更方便以圆环形外牵引装置2一次控制多个内环体3。此实施例，以一外牵引装置2套接在多个管道1外，便能以一个外牵引装置2同时对应带动多个管道的内环体3。以此能实现大规模、高效率的清洁。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种光生物反应器的清洁装置纵剖面上磁吸作用示意图。如图所示，外牵引装置2的环体21内侧周面可具有内锥度，内锥度一般可大于3度并小于10度。举例来说，顺管道1的轴向，环体21内侧周面一端向另一端逐渐扩大或缩小。如此，外牵引装置2和内环体3的磁吸作用力F可向一侧进行倾斜，避免该磁吸作用力仅垂直于管道1的轴向，可产生一增加沿管道轴向的相互作用力的轴向分力Fx。

如图5所示，磁性环体31外侧周面可具有外锥度，锥度一般可大于3度并小于10度。举例来说，顺管道1的轴向，磁性环体31外侧周面一端向另一端逐渐扩大或缩小，一种选择是，磁性环体31的外锥度可以与外牵引装置2环体21的内锥度配合，两种锥度角度近似，而且互为补充，会在二者之 间形成一基本平行的间隙。如此，外牵引装置2和内环体3的磁吸作用力F可向一侧进行倾斜，避免该磁吸作用力仅垂直于管道1的轴向，可产生一用于在轴向上的相互作用力的轴向分力Fx。通过环体21内锥面与磁性环体31外锥面的对应设置，来增加在牵引移动方向的磁力分量，提高牵引移动的效率。对应的磁性环外部的清洁结构层32的厚度做相应变化，可以补足磁性环体31两端的外径差，使清洁效果更均匀。

如图2、图3及图4所示，磁性环体31顺管道1轴向具有一定长度，一种选择是磁性环体31的长度大于管道1直径的1/3。由于本发明的清洁装置并不是一直来回移动，在实际的藻培养过程中，内环体3可以静止在某一部位。因此，在内环体3静止处容易形成死角，死角的形成将会导致较为严重的藻附着和积累。为解决此问题，一种选择是，在位于穿孔33两开放端的磁性环体31端部形成切角或圆导角35。该切角或圆导角35的一末端较佳是连接于管道1的内壁，可起到引导藻液流经该穿孔33的效果，以减小流体阻力，减少死角造成的藻类积累。

如图2、图3及图4所示，清洁结构层32可固定于磁性环体31的外周面，可通过弹力裹紧在磁性环体31之外，也可以通过连接件进行固定。清洁结构层32位于磁性环体31与管道1内壁面之间，以便利用摩擦清洁管道1的内壁面。清洁结构层32可具有一定厚度，一实施方式中，清洁结构层32厚度方向也可以是不均匀的，比如一端向另一端逐渐增厚或变薄；一实施方式中，清洁结构层32在厚度上也可以具有螺旋状沟槽或凸起，这些围绕磁性环体31的外周面设置的螺旋状沟槽或凸起，在受轴向推动时，会自发形成以管道1的轴向为中心的转动，更进一步增加清洁效果。参照图8所示，举例来说，磁性环体31的外周面可形成有一个环形凹槽36，清洁结构层32可固定于环形凹槽36内。避免包裹在磁性环体31外的清洁结构层32在摩擦滑动过程中脱落。

清洁结构层32可选择为海绵、棉布、毛刷、尼龙丝、纱布、百洁布等。虽然这些可以使用，但是清洁效果不是特别理想。附着在管内的藻具有粘性，积累后摩擦力度不够是不容易去除的，而摩擦力度太大，则外部磁性牵引装置较难满足要求。一种实施例是，清洁结构层32使用带有勾刺的弹性纤维(或称尼龙钩带)，这种结构包括基底布和基底布表面的带有勾刺的弹性纤维。 带有勾刺的弹性纤维现在一般用在服装或鞋子上作为搭扣(魔术贴的钩面)使用，应用为本实施例的清洁装置，对具有粘性的藻类清洁效果非常好，因魔术贴的硬度适中，且与管道1直接接触的并不是尖头而是弯曲的钩面，因此也可以减少对管壁的磨伤，且能够达到理想的清洁效果。

通过外牵引装置2的控制和牵引，使内环体3可被控制地移动并与管壁摩擦，移动的间隔周期、移动的速度、不同部位的摩擦力度都可以调节。实现理想的清洁效果。当然，内环体3使用一定周期后，应选择取出清洁或更换清洁结构层32。

考虑目前市场上商品化的永磁体都有固定的形状，若制作异型结构将会带来难度、磁性受影响、制作成本高等问题。为此，本发明还可以如图6、7所示的另一实施方式，环体21包括由柔性材料制成的基材环体21a，例如塑料、橡胶、弹性波纹管或弹力纤维布等，多个铁磁性材料或永磁性材料制成的磁块22或电磁部件可固定安装在基材环体21a外侧表面、内侧表面或嵌入其中。

基材环体21a使用塑料、橡胶、弹性波纹管或弹力纤维布这类柔性材料，可在基材环体21a内侧表面形成多个凹槽，以容置这些磁块22，避免这些磁块22凸出于基材环体21a内侧表面，可防止磁块22刮碰管道1的外壁，避免划伤。也可选择将这些磁块22嵌装在基材环体21a内，可防止磁块22刮碰管道1的外壁，避免划伤。多个磁块22可沿轴向和圆周均匀布置，以提供均匀的磁性力。多个磁块22可采用粘接、铆接、螺接或嵌装的方式固定在基材环体21a上。

另一实施方式在于，基材环体21a使用塑料、橡胶、弹性波纹管或弹力纤维布这类柔性材料，基材环体21a中固定有多个电磁部件(图中未示出)，电磁部件也可选择为柔性电磁部件，比如：电磁部件可为印刷于柔性基材的电磁线圈，以形成电磁铁效应；或电磁部件整体为柔性材料制作而成。可在基材环体21a内侧表面形成多个凹槽，以容置这些电磁部件，避免这些电磁部件凸出于基材环体21a内侧表面，可防止电磁部件刮碰管道1的外壁，避免划伤。也可选择将这些电磁部件嵌装在基材环体21a内，可防止电磁部件刮碰管道1的外壁，避免划伤。多个电磁部件可沿轴向和圆周均匀布置，以提供均匀的磁性力。多个电磁部件可采用粘接、铆接、螺接或嵌装的方式固 定在基材环体21a上。基材环体21a还可采用碳钢、塑钢和不锈钢制成。应当理解的是，外牵引装置2设置为能与内环体3进行磁吸作用的磁性，可以是本领域中任何能与内环体3进行相互磁吸作用的实施方式。

如图7所示，一实施方式中，磁性环体31可由铁磁性材质一体制成，可被永久磁铁或电磁铁进行磁吸。另一实施方式中，参照图7所示，磁性环体31的基材环体31a可由非磁性材质制成，例如碳钢、塑料、不锈钢等。然后将多个铁磁性材料制成的磁块34固定安装在基材环体31a外侧表面、内侧表面或嵌入其中。多个磁块34沿轴向和圆周均匀布置。可采用粘接、铆接、螺接或嵌装的方式实现磁块34与磁性环体31二者的固定，基材环体31a材质的选择以不会对藻的培养产生毒害为宜。通过上述结构设计，便可直接利用现有的永磁块加工成预定形状的环体21和磁性环体31，加工难度大大降低，制作成本降低。

另一实施方式中，磁性环体31的基材环体31a也可由柔性材料制成，例如塑料、橡胶、弹性波纹管等可变形材料。然后将多个永磁性材料制成的多个磁块34固定安装在磁性环体31外侧表面、内侧表面或嵌入其中。可在基材环体31a外侧表面形成多个凹槽，以容置这些磁块34，避免这些磁块34凸出于基材环体31a外侧表面，可防止磁块34刮碰管道1的内壁，避免划伤。也可选择将这些磁块34嵌装在基材环体31a内，可防止磁块34刮碰管道1的内壁，避免划伤。

基材环体21a与基材环体31a均可采用具有一定柔韧度的柔性材料制成，不仅方便避开管道1上的接头6、支撑件5或固定件等障碍物，还可以更好地贴合管道1的形状，即使管道1外形存在凸凹公差或方向转角时，仍能较好地贴合清洁，并能顺利通过。

进一步的实施例是，当外牵引装置2包括多个电磁部件时，内环体3可选择为永磁件或含有多个永磁磁块34。可利用励磁原理，通过驱动电路控制外牵引装置2的多个电磁部件不断进行磁性切换，驱动内环体3进行径向转动。以此，可提升管道1内壁的清洁效果，并且由于外牵引装置2电磁部件是以持续提供磁吸力为驱动原理，并不用担心内环体3轴向脱离外牵引装置2。应该理解的是，此实施例适用于截面为正圆的圆管式管道1。

另一种实施方式是，可以将磁粉按一定比例混入用于制作外牵引装置2的环体21及内磁性环体31的成型材料之中，可一体成型地制作环体21及内磁性环体31，能够降低前述二者的成型难度，并方便地按照需要的形状和尺寸制作。另一个实施方式中，参照图11所示，由于管道式光生物反应器在两端是用弯管连接。因此为了增加弯管处的清洁效果，可选择使内部的磁性环体31和外牵引装置2的环体21均采用柔性磁材料制成。借此结构，在管道1的弯头处，具有很好地贴合性，适应被清洁管道的弯曲状态。其中管道1内的磁性环体31为磁性橡胶环，环体21也可为磁性橡胶环或通电后可产生电磁的柔性线圈组成的环体21。

利用上述清洁装置实施例，配套于一种管道式光生物反应器，参照附图，举例说明如下：

参照图9、图10A、图10B及图10C所示，一般管道式光生物反应器的管道1，实际加工的管道原料是5米长度，利用接头6会将数个管道串接成60米左右长度。根据其规模，还有些长达几十米到几百米，因此在管道1支撑架上会设置若干托管支撑件5，这些托管支撑件5可以是如图9中的结构。托管支撑件5是一个片体，有一个开口斜向上的凹槽51，凹槽51有一层缓冲层，管道1放置在缓冲层上。所以，外牵引装置2若从管道1的一端移动到另一端，则会遇到托管支撑件5的阻挡。

提供一驱动装置8，驱动装置8能在一固定基面上顺管道的轴向移动。固定基面例如是地面或顶架。驱动装置8可包括支架7，支架7连接一条或多条管道1上的一个或多个外牵引装置2，这些外牵引装置2可以平行布置，以便于同步位移操作。借此，驱动装置8实现批量清洁操作，提高工作效率。

参照图10A、图10B及图10C所示，举例来讲，驱动装置8可包括行走驱动8a、立架8b和支架7。行走驱动8a可为一行走小车，行走驱动8a上具有安装立架8b的接口，行走驱动8a例如可设置有驱动电机、减速机、控制器、驱动轮和受动轮等动力装置。立架8b一般竖直状态安装于行走驱动8a，立架8b可为一气动或电动升降杆，可带动支架7进行升降，清洁不同高度的管道1。支架7主要包括主支架7a和数个支架臂7b，主支架7a可呈T形或L形，以供组装数个横向的支架臂7b。主支架7a一端连接于立架8b的上部。各支架臂7b一端连接主支架7a，另一端与管道1上的各外牵引装置2连接。 支架臂7b可通过螺栓或卡扣等与各外牵引装置2可拆装的连接，也可以通过铆接或焊接等连接方式进行固定连接。一种选择是，支架臂7b与各外牵引装置2可通过枢耳和穿轴的配合方式进行连接，以提供一定的角度变化空间。

为此，第一种选择是，如图9所示的，外牵引装置2为一个半包围环形。这个半包围的环形，圆弧顶角α可介于90°-360°之间，当取一定的角度时，可以避开管道1托管支撑件5，可以实现沿着一个方向走到管道1的尽头。

第二种选择是，如图10A、10B所示，可采用的柔性材料制成外牵引装置2，例如塑料、橡胶或弹力布。在遇到托管支撑件5时，外牵引装置2有足够的柔性，可以绕过托管支撑件5，也可以绕过管道与管道之间的连接头6。外牵引装置2可以是不封闭连接的，但可以成环形或半环形，比如不封闭连接，受力便可断开；比如，外牵引装置2是一个可挠性材料制成的半包围环形，一端形成一个小于管道直径的开口，借助该开口和可挠性的材料特性，可以使该外牵引装置2侧向移动，以从管道1外周脱离或套至该管道1的外周。或者，也可以使用其它快拆式连接扣具替代此开口。

第三种选择是，外部的磁力牵引装置2是常规的刚性永磁体或通电后产生磁力的元件，其由多个在移动方向(管道1的轴向)可以相互枢转或摆动的磁性弧形体组成，这些磁性弧形体具有对应管道1的弧面。同样可以在遇到托管支撑件5时通过转动回缩或摆动而绕过阻碍。这些具有磁性的弧形体可以是永磁体或通电后产生磁场的电磁部件，不仅可以绕开障碍物，还可以通过控制不同弧形体的磁场强度，控制管道1中内环体3对反应器管道不同部位的摩擦力(摩擦力＝压力*摩擦系数)。

第四种选择是，为解决被托管支撑件5阻挡的问题，驱动装置8可选择带动多个外牵引装置2，仅在两个相邻托管支撑件5之间来回移动。托管支撑件5之间间隔一般可在2-5米左右，在对清洁规模较大的管道式光生物反应器清洁时，可以选择如此进行分段清洁。

如图10C所示，本发明实施例的驱动装置8还可包括执行模块9、光电位移传感器10和控制模块(未示出)等。其中，执行模块9可以是电动推杆、气缸等机构。具体是：执行模块9可设于该驱动装置8的立架8b顶部，立架8b通过执行模块9与主支架7a相连。驱动装置8移动时，带动支架7及外牵引装置2整体移动，外牵引装置2可驱动内环体3与管壁摩擦并移动。至 少一个支架臂7b可以安装有一光电位移传感器10。应该理解的是，前提是各外牵引装置2和托管支撑件5均是平行地对齐排列的，若考虑到这些部件可能存在位置错位，也可在各支架臂7b均安装光电位移传感器10。

当光电位移传感器10检测到障碍时，比如托管支撑件5和管道连接头6，执行模块9可驱动支架7前后伸出或缩回，例如从位置A运动到位置B，当绕过托管支撑件5或管道接头6等障碍时，执行模块9驱动支架7从位置B到位置A，继续前行执行清洁操作(参见图10C)。本实施例的目的是便于越过障碍，确保连续清洁。

再进一步实施例是，支架7的主支架7a和支架臂7b内部可设有液体通道，这些液体通道可通过管路82与一液体供给装置81连接，这里液体供给装置81这里举例可为一压力容器，以通过压力控制供应清洗用液体。外牵引装置2内侧表面或其它位置可设有液体喷洒机构(喷头)或其它辅助清洗结构，例如，外牵引装置2内侧表面也设置有海绵、棉布、毛刷、尼龙丝、纱布或带有勾刺的弹性纤维组成的清洁结构层，在清洁结构层内埋设液体喷头或渗出管路。借此对管道1的外表面进行清洗，主要清洗外部覆盖的尘土，可增加管道1的透光性。

应该理解的是，驱动装置8的上述实施例可适配于，前述关于外牵引装置2和内环体3的所有实施例，只是根据前面描述可知，个别实施例配合使用针对一应用环境例具有较佳的技术效果。

本发明各实施例的外牵引装置较佳不与反应器的玻璃管道外壁接触，具有一较小的间隔。即使接触，也要考虑避免刮伤管道外壁及移动阻力问题。内环体和外牵引装置可均有磁性，内环体外表面和外牵引装置内表面磁性相反或相同。内环体整个圆周外表面固定有毛刷，毛刷与透明管道内壁以一定压力相接触，压力大小以正常藻液流速下不移动为宜。本发明的清洁装置还可以通过控制模块，设定外牵引装置的移动速度、工作周期、移动幅度、磁力大小(可改变不同区段对管道的压力)，实现清洁效率的自由控制等。管道1内部的内环体，由于中间为穿孔，因此不但可用于培养收获结束后清洗管道，也可用于在微藻培养过程中，定期(如每天)工作一次，有效地预防藻贴壁发生。

经试验验证，本发明上述实施例的管式光生物反应器的清洁装置结构简单、节省能耗、节省水量，特别是清洁效果非常好，在培养中就将附着的藻体刮出混入培养液中，不仅提高管道的透光性，提高光的利用效率，而且增加藻的产量，减少藻的凋亡，同时为后期的清洗消毒节省大量水体，可有效解决实际生产中的问题。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。