WO2011060926A1 - Arrangement and method for the cultivation of organisms - Google Patents

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WO2011060926A1
WO2011060926A1 PCT/EP2010/007000 EP2010007000W WO2011060926A1 WO 2011060926 A1 WO2011060926 A1 WO 2011060926A1 EP 2010007000 W EP2010007000 W EP 2010007000W WO 2011060926 A1 WO2011060926 A1 WO 2011060926A1
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WO
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medium
agitator
gas
light
drive shaft
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PCT/EP2010/007000
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hilmar Franke
Rafael Meinhardt
Anneliese Niederl-Schmidinger
Karl Stagl
Original Assignee
Universität Duisburg-Essen
See-O-Two Patentgesellschaft Mbh
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C12M29/08—Air lift
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/02—Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 12.
  • the present invention generally relates to the cultivation of organisms.
  • the present invention relates to the production of biomass or of metabolic products of preferably photosynthesizing organisms, in particular for the conversion of carbon dioxide into biomass, wherein a liquid medium comprising the organisms, in particular a liquid medium with algae, illuminates and a gas, in particular carbon dioxide-containing or consisting of gas, is introduced into the medium to stimulate the growth and / or proliferation of the organisms and to form biomass or metabolic products.
  • the present invention is particularly concerned with mimicking photosynthesis for binding carbon dioxide. It is known to illuminate an algae suspension for this purpose in order to stimulate the growth of the algae.
  • the algae consume carbon dioxide for growth and biomass production.
  • the algae suspension can be circulated and gas can be introduced.
  • WO 2008/135276 A2 an arrangement and a method for producing biomass are known, wherein an algal suspension can be circulated by means of a stirrer or the like in a container and carbon dioxide-containing gas is introduced at the bottom or through the bottom of the container in the algal suspension , WO 2008/135276 A2 gives no indication for the realization of the agitator.
  • the present invention has for its object to provide an arrangement and a method available, wherein a simple structure, a simple, inexpensive and / or energy-saving process flow and / or high efficiency is or will be possible.
  • a basic idea of the present invention is to introduce gas through the agitator or its drive shaft or along an axis of rotation of the agitator into the container or into a liquid medium which preferably contains organisms, in particular algae. This allows a combination of the gas inlet and the agitator and allows a structural simplification. Furthermore, this easily allows the generation of a bubble chain from the gas in the medium.
  • the drive shaft of the agitator or a rotor of the agitator for the introduction of gas is at least partially hollow. This allows a very simple implementation.
  • the gas supply is preferably equipped with a check valve, in particular on the stirrer or on the drive shaft, in order to prevent undesired penetration of the medium or of water or the like when the gas supply is shut off.
  • the check valve is arranged on the projecting into the container end of the drive shaft.
  • a contactless, uniform and / or complete illumination of the medium, which penetrates deep into the medium can be achieved. If light is coupled into the bubble chain, it acts like a light guide, wherein a high light intensity in the bubble chain over the surface of the bubbles in the medium and the radiated intensity due to multiple reflection can be greatly attenuated, which is beneficial to metabolic activity and growth of organisms effect.
  • the gas is simultaneously introduced into the medium via the bubble chain.
  • bubble chain is intended to express that gas bubbles at least substantially linearly rise in a row in a row or even connect to each other.
  • bubble chain in a further meaning preferably also be understood as a bubble vortex or bubble cloud.
  • sunlight is used to illuminate the medium, even if basically artificially generated light can be used.
  • the medium is irradiated with non-visible electromagnetic radiation, for example with infrared or ultraviolet radiation.
  • illumination and light therefore preferably also broadly include irradiation with or initiation of other electromagnetic radiation.
  • a single-row bubble chain is created, which is formed by a plurality of substantially equal or different sized in a row consecutive bubbles.
  • the bubble chain it is also possible for the bubble chain to be formed by a multiplicity of bubbles of the same or different size, which rise upwards in several rows next to one another and form a tubular, bubble-filled light guide space.
  • the adjacent bubbles of the bubble chain the light within the medium can be distributed in a simple manner.
  • the agitator generates a circular or spiral movement of the medium, whereby a bubble chain extending in a straight line along an axis of rotation of the medium can be formed.
  • the gas bubbles collect in the region of the axis of rotation and form a bubble chain.
  • the shape and size of the bubble chain depends, inter alia, on the angular velocity of the moving medium.
  • a bubble chain can in principle, however, also be formed in non-circular or spiral-shaped media.
  • the bubble chain produced can extend at least substantially continuously or without interruption from the gas supply in the bottom region of the medium up to the surface of the medium. This allows in a simple manner lighting or lighting of the bubble chain, preferably from above, but if necessary also from the side or from below. The light is then distributed over the bubble chain as a light guide in the medium. Depending on the flow conditions in the container, the invention also allows individual bubbles of the bubble chain to separate from one another for a short time, so that the bubble chain is interrupted at least temporarily.
  • bubble chain is to be understood in a preferred sense also generally to the effect that it is an optically permeable, in particular elongated space area or gas area in the medium.
  • the illumination device can be arranged at a sufficient distance from the medium, wherein, for example, an illumination of the bubble chain can be provided from above into the exit of the gas bubbles from the medium.
  • lighting may also be provided through the side walls and / or from below into the bubble chain. In the case of illumination from below and from above, it is possible in particular to realize a greater container or media height, since the light can penetrate from opposite sides into the medium.
  • the contactless illumination of the gas bubbles is particularly advantageous if the medium contains algae or other organisms that grow very easily on surfaces that come into contact with the medium.
  • the growth of algae on transparent irradiated surfaces of the illumination device can lead to a decrease in transparency and reduced illumination performance after a short time.
  • the illumination of the bubble chain can take place at least substantially in the vertical direction, for example starting from an area above the medium, the light being directed onto the exit area of the bubble chain on the surface of the medium. Basically, it is synonymous possible that a lighting of the bubble chain is made obliquely from above or from the side of the medium.
  • a detection device for determining or tracking the exit region of the bubble chain can be provided on the surface of the medium.
  • the detection device can have means for optically determining and tracking the exit region.
  • the detection device can detect the size and / or the shape and / or the circumferential profile of the exit region and / or the occurrence of a plurality of exit regions, so that it is easy to draw conclusions about the position and course of the bubble chain in the medium or
  • the shape and size of the bubble chain are possible.
  • the detection device can be designed as an alternative or in addition to the direct determination of the position and / or the course of the bubble chain in the medium or for determining the shape and size of the bubble chain.
  • a corresponding, preferably optical detection system can be provided.
  • the illumination device or the light can be directed onto the bubble chain in order to ensure illumination of the bubble chain, in particular even with a moving bubble chain in the medium.
  • the illumination device can preferably be automatically aligned with the exit region of the bubble chain, so that the light strikes the exit region, for example, even when the exit region of the gas bubbles migrates on the surface.
  • a measuring device may additionally or alternatively be provided for the detection device.
  • a control device for controlling the orientation of the illumination device and / or for controlling the device for generating a movement of the medium depending on the position of the exit region of the bubble chain on the surface of the medium and / or the position and / or the size the bubble chain can be provided in the medium and / or the flow profile and / or the flow velocity of the medium.
  • the shape, size and position of the bubble chain can be influenced in a simple manner by changing the flow velocity and / or the flow profile produced.
  • FIG. 1 shows a schematic representation, not to scale, of a proposed arrangement 1. This serves for the cultivation of organisms or the introduction of gas 6 into a liquid medium 3 and in particular the three-dimensional distribution of light 2 in the medium 3.
  • the medium 3 is in particular a suspension or the like. Accordingly, the term "liquid” is to be understood in a broad sense as meaning in particular suspensions, dispersions or other mixtures or substances with liquid phases or proportions.
  • the medium 3 is preferably photoactive and / or biologically active.
  • a photosynthesis or other light 2 requiring reaction take place.
  • the medium 3 contains for this purpose the organisms to be cultivated or biologically active, preferably algae, bacteria or the like.
  • the medium 3 is highly light-scattering.
  • the medium 3 is aqueous or contains water.
  • the medium 3 may contain or at least substantially consist of fresh water, brackish water or salt water.
  • An algal suspension is particularly preferably used as medium 3.
  • the medium 3 contains an Aigenmischkultur, preferably at least in similar form in rivers, ponds o. The like.
  • Such mixed cultures are namely particularly resistant to environmental influences, diseases and / or other disorders.
  • the arrangement 1 is preferably used with algae or with an algae suspension as the medium 3, in the following description is primarily turned off on the induced by the introduced light 2 algae growth. However, these statements also apply accordingly to other organisms or photo- or bioactive media 3.
  • the arrangement 1 illustrated in FIG. 1 has an illumination device 4 and a device (supply device) 5 for introducing gas 6, which in particular contains or consists of carbon dioxide, into the medium 3.
  • the gas 6 may be, for example, flue gas, sewage gas, biogas, air or the like.
  • the gas 6 may contain a proportion of 0.04 vol.% To 100 vol.% Carbon dioxide.
  • the illumination device 4 preferably has light-conducting fibers 7, which preferably terminate in a light head 8.
  • the light 2 emerges at least substantially or exclusively at the end of the fibers 7 or at the light head 8 - in particular bundled or directed.
  • the light head 8 or the illumination device 4 is preferably arranged above a surface 9 of the medium 3.
  • preferably sunlight is collected with a light collecting device 10, in particular a collector. It is understood that lighting by artificial light with appropriate measures is possible.
  • the supply device 5 has a suitable introduction means 11, which is shown only schematically in FIG. 1 and from which the gas 6 escapes, in particular in the form of gas bubbles 12.
  • the introduction means 11 is, for example, a bubble stone or the like, through which the supplied gas is introduced into the medium 3 in a bubble-like manner, for example.
  • the gas is introduced into the medium 3 preferably via or through a bottom 13 of a container 14, which serves to receive the medium 3.
  • the light head 8 is arranged above the medium 3, preferably opposite the feed device 5.
  • the light head 8 and the feed device 5 are arranged at least substantially coaxially to a rotation axis X of the medium 3, as will be discussed in greater detail below.
  • the arrangement 1 has an agitator 15 for circulating or moving the medium 3, in particular for producing a circular or rotary flow S of the medium 3 or in the medium 3.
  • the agitator 15 preferably forms a device for generating a bubble chain 16 from the gas 6 introduced into the medium 3 or from gas bubbles 12 rising in the medium 3.
  • the agitator 15 preferably has a plurality of vanes or stirring elements 17 for setting the medium 3 in motion, in particular for generating a rotary, circular or spiral flow S or a vortex or rotation of the medium 3 or in the medium 3 that the bubble chain 16 is formed.
  • the term "bubble chain” is to be understood here as a gas tunnel or a region of the medium 3 which is particularly permeable or transparent to the light 2, primarily consisting of gas 6.
  • the agitator 15 is preferably arranged below in the container 14, in particular at or on the bottom 13 of the container 14.
  • the agitator 15 has in the illustrated embodiment, an axis of rotation X, about which the agitator 15 and a rotor of the agitator 15 and the back elements 17 is rotatable or are.
  • the medium 3 is offset by the rotating stirring elements 17 in a rotational, circular or spiral movement about the axis of rotation X, so that the bubbles 12 to the bubble chain 16 meet, preferably at least substantially straight or linear preferably extends upwardly from the bottom 13 of the container 14.
  • a helical or other bubble chain 16 can also be formed.
  • the container 14 preferably has a cylindrical shape with smooth inner walls, which is conducive to the preferred embodiment of a uniform rotational flow of the medium 3 about the axis of rotation X.
  • turbulent flows do not occur which can lead to tearing off of the bubble chain 16.
  • the bubble chain 16 with the illumination device 4 is illuminated.
  • the light emerging from the light head 8 light 2 is coupled into the bladder 16, wherein the bladder 16 acts as a light guide.
  • the losses of a bubble chain 16 can be determined via the radiated intensity as a function of the length, for example, green light having resulted in an attenuation of approximately 1.5 dB / m.
  • the bubbles 12 rotate, the delivery of the scattered light from the bubble chain 16 occurs radially in all directions.
  • the bubble chain 16 or a bubble vortex can be produced and utilized for light distribution, above all in optically denser suspensions, such as, for example, algae suspensions.
  • the introduction of the light 2 into the medium 3 preferably takes place via the bubble chain 16.
  • the bubble chain 16 is preferably provided substantially from the bottom region to the surface 9 of the medium 3, wherein the illumination of the bubble chain 16 is preferably provided in the exit region 18 of the gas bubbles 12 from the medium 3 or at the surface 9 and wherein the light 2 preferably in directed vertically and / or focused on the exit region 18.
  • the light head 8 is preferably spaced sufficiently far from the surface 9 of the medium 3 in order to be able to preclude wetting of the light head 8 with the medium 3. As a result, there is no reason to fear that growing algae on the light head 8 will reduce the transparency of the light head 8 and the illuminance.
  • a detection device 19 may be provided which is connected via a control device 20 to a motor 21 of the agitator 15 and / or to the light head 8.
  • the light head 8 or the light 2 can preferably be automatically aligned by the control device 20 with the detected exit region 18 of the bubble chain 16.
  • the light head 8 is correspondingly pivotable or movable, so that it is always possible to couple light 2 into the bubble chain 16, preferably via its exit region 18. As a result, sufficient illumination of the bubble chain 16 is always ensured even if the position of the exit region 18 changes due to the moving medium 3.
  • the detection device 19 preferably operates optically.
  • the detection device 19 may include or be formed by a camera.
  • the detection device 19 may alternatively or additionally to the determination or tracking of the exit region 18 also generally detect the position and / or shape of the bubble chain 16 or the course of the gas bubbles 12 in the medium 3. However, a measuring device, not shown, may additionally be provided for this purpose.
  • the detection device 19 and / or the measuring device also a determination of a flow profile and / or the flow velocity of the medium 3 take place.
  • the control device 20 can in particular control or regulate the feed device 5, the agitator 15 or the motor 21 and / or the light coupling or the light head 8.
  • the control or regulation can initially be carried out in such a way that the bubble chain 16 or a bubble chain 16 which is stable in its position is produced. Further, the control or regulation can cause the light 2 is always directed to the outlet region 18 of the bubble chain 16 or to any other desired area of the bubble chain 16 or remains, in particular as needed tracked.
  • the control device 20 can, for example, control or regulate the motor 21 or the agitator 15 as a function of the flow velocity and / or the flow profile 1 of the medium 3 and / or depending on the occurrence or the position of the outlet region 18, by the rotational speed of the flow S, the medium 3, the agitator 15 and the stirring elements 17 to control or regulate and a desired flow profile and / or a desired flow rate of the medium 3 and thus to achieve the formation of a particular shape, location and size of the bladder 16 ,
  • gas 6 is preferably introduced into the medium 3 between the rotating stirring elements 17 or along the axis of rotation X.
  • FIG. 2 is a fragmentary enlargement of FIG. 1, with some components and components being shown in greater detail and with the medium 3 omitted for simplicity.
  • the agitator 15 has a drive shaft 28, which can be driven directly or indirectly by the motor 21.
  • the drive shaft 28 carries a rotor with or formed from the stirring elements 17 in the container 14.
  • the introduction means 11 is preferably arranged on the agitator 15 or its rotor or between the agitating element 17 or above it and / or in the axis of rotation X.
  • the agitator 15 or the rotor or the drive shaft 28 is provided with a receptacle 29 for the introduction means 1 1.
  • the receptacle 29 is attached to the drive shaft 28. arranges, in the illustrated example at the end of the drive shaft 28 in the container 14.
  • the receptacle 29 is, for example, pot-shaped or cup-shaped.
  • the introduction means 1 1 is preferably in the receptacle 29, in particular in an axial recess of the receptacle 29, used, for example glued.
  • the supply of the gas 6 is preferably carried out by the drive shaft 28.
  • the drive shaft 28 is for this purpose in particular - at least partially - hollow.
  • the drive shaft 28 has an axial bore 30, for example via a particular radial opening
  • the bore 30 extends in particular from the free, lying in the container 14 end of the drive shaft 28 to the opening 31. However, other constructive solutions are possible.
  • the bore 30 may also be any other channel or the like.
  • the introduction means 1 1 is connected by means of the receptacle 29 for supplying the gas 6 to the drive shaft 28 and bore 30. This forms a gas supply path.
  • the introduction means 1 1 is thus assigned to the agitator 15 or forms part of it.
  • the feed device 5 preferably has a check valve 32.
  • the check valve 32 is preferably disposed in the gas supply path.
  • the check valve 32 is arranged on the stirrer 15 or on the drive shaft 28, in the illustrated example at the end of the drive shaft 28 or bore 30 or in the receptacle 29.
  • check valve 32 prevents the medium 3 or components of the medium 3, such as water, from entering the gas supply path or the supply device 5 or further parts thereof when the gas supply is turned off.
  • the check valve prevents the medium 3 or components of the medium 3, such as water
  • the arrangement 1 or the agitator 15 preferably has a housing 33, which is preferably at least substantially cylindrical or sleeve-like in the illustrated embodiment.
  • the housing 33 forms a feed space 34 for the supply of gas 6 to the opening 3 1. Accordingly, the housing 33 covers the opening 31 and extends along the drive shaft 28.
  • the gas supply into the space 34 and in the housing 33 takes place in the illustrated example in particular via a connecting piece, a line 35 or the like, as indicated by way of example in FIG. 2.
  • the housing 33 preferably also serves to support the drive shaft 28.
  • the drive shaft 28 may be supported via a guide ring 36 or another bearing on the drive-side or motor-side end.
  • the drive shaft 28 is mounted in the illustrated example, in particular via a (further) guide ring 37 or any other suitable bearing.
  • This is associated, for example, a bottom plate 38, which is screwed in the illustrated example by means of screws 39 to the bottom 13.
  • a (further) guide ring 37 or any other suitable bearing.
  • This is associated, for example, a bottom plate 38, which is screwed in the illustrated example by means of screws 39 to the bottom 13.
  • other constructive solutions are possible.
  • the drive shaft 28 is preferably mounted twice, in particular here via the guide rings 36 and 37 or other bearings.
  • the guide rings 36 and 37 or other bearings are preferably mounted twice, in particular here via the guide rings 36 and 37 or other bearings.
  • the housing 33 preferably extends between the two bearing points of the drive shaft 28.
  • the housing 33 is preferably connected to the bottom 13 and / or the bottom plate 38, for example, welded.
  • a seal 40 is preferably arranged between the bottom 13 and the bottom plate 38.
  • the drive shaft 28 is preferably sealed in the region of the bottom 13 or the bottom plate 38 on the one hand and / or on the other hand in the region of the drive-side or motor-side end.
  • seals 41 and 42 in particular Simmerringe or the like, are provided. However, other seals may be provided.
  • the seals 41 and 42 preferably seal between the drive shaft 28 on the one hand and the housing 33 on the other hand.
  • other constructive solutions are possible.
  • the seals 41 and 42 or Simmerringe or the like are preferably covered by associated flanges, sleeves 43 and 44 or the like and / or axially secured or held.
  • the sleeves 43 and 44 are preferably made of copper or brass or other suitable material.
  • the drive shaft 28 is connected or coupled to the motor 21 preferably via a clutch 45 and / or an unillustrated transmission or the like.
  • the coupling 45 may be a rigid connection or another connection, in particular a slip clutch or the like.
  • the present invention proposes a multifunctional bottom for photobioreactors.
  • the proposed arrangement 1 and the proposed method allow the supply of gas 6 through the agitator 15 or its drive shaft 28 and along the axis of rotation X of the agitator 15 in the container 14 and in the medium 3.
  • the gas 6 in particular via the line 35 passed into the supply chamber 34 of the housing 33 and passed from there via the opening 3 1 and the bore 30 through the check valve 32. Subsequently, the gas 6 flows through the receptacle 29 and the introduction means 11 into the container 14 or the medium 3.
  • a bubble chain 16 is preferably formed from the gas bubbles 12 during rotation of the agitator 15, as already explained.
  • the arrangement 1 or the housing 33 may have a drain, not shown, a liquid separator, an associated pump or the like, in order to be able to discharge any leaking liquid or escaping medium 3 from the housing 33 in the event of a leak.
  • the supply device 5 or the introduction means 1 1 is preferably formed by the agitator 15 or integrated in this.
  • the introduction of the gas 6 is at least substantially along the axis of rotation X of the agitator 15.
  • the container 14 preferably has at least substantially a cylindrical shape.
  • the container 14 can also have any other suitable shape, in particular if a plurality of flows S and / or a plurality of bubble strands or bubble chains 16 are produced in the container 14.
  • the arrangement 1 or the container 14 can also contain or have a plurality of agitators 15 and / or feed devices 5 for introducing gas 6.
  • the illumination of the bubble vortex or of the bubble chain 16 can preferably take place from above, alternatively or additionally, but also from the side and / or from below.
  • the illumination device 4 or at least one light pipe or fiber 7 for supplying light and / or the light head 8 can also be integrated into the multifunctional floor 13, the agitator 15 and / or the feed device 5 or the introduction device 11.
  • FIG. 3 shows a portion of the bottom 13 with the agitator 15 including its drive and the feeder 5.
  • the introduction of the supplied gas 6 takes place in the hollow drive shaft 28 preferably axially and / or only along or within the or by the drive shaft 28.
  • the motor 21 is preferably arranged here transversely or radially to the drive shaft 28 or rotational axis X.

Abstract

In order to cultivate organisms, gas is introduced into a vessel containing a medium with the organisms via a stirrer, the drive shaft thereof, or along an axis of rotation of the stirrer.

Description

Anordnung und Verfahren zur Kultivierung von Organismen  Arrangement and method for the cultivation of organisms
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The present invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 12.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung generell die Kultivierung von Organismen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Erzeugung von Biomasse oder von Stoffwechselprodukten von vorzugsweise Photosyn- these betreibenden Organismen, insbesondere zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse, wobei ein flüssiges, die Organismen aufweisendes Medium, insbesondere ein flüssiges Medium mit Algen, beleuchtet und ein Gas, insbesondere kohlendioxidhaltiges oder daraus bestehendes Gas, in das Medium eingeleitet wird, um das Wachstum und/oder die Vermehrung der Orga- nismen anzuregen und Biomasse oder Stoffwechselprodukte zu bilden. In particular, the present invention generally relates to the cultivation of organisms. Moreover, the present invention relates to the production of biomass or of metabolic products of preferably photosynthesizing organisms, in particular for the conversion of carbon dioxide into biomass, wherein a liquid medium comprising the organisms, in particular a liquid medium with algae, illuminates and a gas, in particular carbon dioxide-containing or consisting of gas, is introduced into the medium to stimulate the growth and / or proliferation of the organisms and to form biomass or metabolic products.
Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit der Nachahmung der Photosynthese zur Bindung von Kohlendioxid. Es ist bekannt, hierzu eine Algensuspension zu beleuchten, um das Wachstum der Algen anzuregen. Die Algen verbrauchen Kohlendioxid zum Wachstum und zur Bildung von Biomasse. Um möglichst alle Algen in der Algensuspension mit Licht und Kohlendioxid zu versorgen, kann die Algensuspension umgewälzt und Gas eingeleitet werden. Aus der WO 2008/135276 A2 sind eine Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von Biomasse bekannt, wobei eine Algensuspension mittels eines Rührwerks oder dergleichen in einem Behälter umgewälzt werden kann und Kohlendioxid enthaltendes Gas am Boden oder durch den Boden des Behälters in die Algensuspension eingeleitet wird. Die WO 2008/135276 A2 gibt keine Hinweise zur Realisierung des Rührwerks. The present invention is particularly concerned with mimicking photosynthesis for binding carbon dioxide. It is known to illuminate an algae suspension for this purpose in order to stimulate the growth of the algae. The algae consume carbon dioxide for growth and biomass production. In order to supply all algae in the algae suspension with light and carbon dioxide, the algae suspension can be circulated and gas can be introduced. From WO 2008/135276 A2 an arrangement and a method for producing biomass are known, wherein an algal suspension can be circulated by means of a stirrer or the like in a container and carbon dioxide-containing gas is introduced at the bottom or through the bottom of the container in the algal suspension , WO 2008/135276 A2 gives no indication for the realization of the agitator.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, wobei ein einfacher Aufbau, ein einfacher, kostengünstiger und/oder energiesparender Verfahrensablauf und/oder eine hohe Effektivität ermöglicht wird bzw. werden. The present invention has for its object to provide an arrangement and a method available, wherein a simple structure, a simple, inexpensive and / or energy-saving process flow and / or high efficiency is or will be possible.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. CONFIRMATION COPY The above object is achieved by an arrangement according to claim 1 or by a method according to claim 12. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, Gas durch das Rührwerk oder dessen Antriebswelle oder entlang einer Drehachse des Rührwerks in den Behälter bzw. in ein flüssiges Medium, das vorzugsweise Organismen, insbesondere Algen, enthält, einzuleiten. Dies gestattet eine Kombi- nation der Gaseinleitung und des Rührwerks und ermöglicht eine konstruktive Vereinfachung. Des Weiteren gestattet dies auf einfache Weise die Erzeugung einer Blasenkette aus dem Gas in dem Medium. A basic idea of the present invention is to introduce gas through the agitator or its drive shaft or along an axis of rotation of the agitator into the container or into a liquid medium which preferably contains organisms, in particular algae. This allows a combination of the gas inlet and the agitator and allows a structural simplification. Furthermore, this easily allows the generation of a bubble chain from the gas in the medium.
Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle des Rührwerks bzw. eines Rotors des Rührwerks zur Einleitung von Gas zumindest teilweise hohl ausgebildet. Dies gestattet eine sehr einfache Realisierung. Particularly preferably, the drive shaft of the agitator or a rotor of the agitator for the introduction of gas is at least partially hollow. This allows a very simple implementation.
Die Gaszuführung ist vorzugsweise mit einem Rückschlagventil, insbesondere am Rührwerk oder an der Antriebswelle, ausgerüstet, um bei abgestellter Gaszuführung ein unerwünschtes Eindringen des Mediums bzw. von Wasser oder dergleichen zu verhindern. Besonders bevorzugt ist das Rückschlagventil an dem in den Behälter ragenden Ende der Antriebswelle angeordnet. The gas supply is preferably equipped with a check valve, in particular on the stirrer or on the drive shaft, in order to prevent undesired penetration of the medium or of water or the like when the gas supply is shut off. Particularly preferably, the check valve is arranged on the projecting into the container end of the drive shaft.
Durch Beleuchtung der Blasenkette bzw. Einleitung von Licht in die Blasen- kette ist eine insbesondere kontaktlose, tief in das Medium eindringende, gleichmäßige und/oder vollständige Beleuchtung des Mediums erreichbar. Wird in die Blasenkette Licht eingekoppelt, wirkt diese wie ein Lichtleiter, wobei eine hohe Lichtintensität in der Blasenkette über die Oberfläche der Blasen in das Medium gelangen und wobei die abgestrahlte Intensität infolge Mehrfachreflexion stark abgeschwächt werden kann, was sich vorteilhaft auf Stoffumsatz und Wachstum von Organismen auswirkt. Darüber hinaus wird über die Blasenkette gleichzeitig das Gas in das Medium eingebracht. By illuminating the bubble chain or introducing light into the bubble chain, a contactless, uniform and / or complete illumination of the medium, which penetrates deep into the medium, can be achieved. If light is coupled into the bubble chain, it acts like a light guide, wherein a high light intensity in the bubble chain over the surface of the bubbles in the medium and the radiated intensity due to multiple reflection can be greatly attenuated, which is beneficial to metabolic activity and growth of organisms effect. In addition, the gas is simultaneously introduced into the medium via the bubble chain.
Der Begriff "Blasenkette" soll zum Ausdruck bringen, dass Gasblasen zumin- dest im Wesentlichen linear hintereinander in einer Reihe aufsteigen oder sich sogar miteinander verbinden. Jedoch soll der Begriff "Blasenkette" in einem weiteren Sinne vorzugsweise auch als Blasenstrudel oder Blasenwolke verstanden werden. The term "bubble chain" is intended to express that gas bubbles at least substantially linearly rise in a row in a row or even connect to each other. However, the term "bubble chain" in a further meaning preferably also be understood as a bubble vortex or bubble cloud.
Vorzugsweise wird Sonnenlicht zur Beleuchtung des Mediums eingesetzt, auch wenn grundsätzlich künstlich erzeugtes Licht verwendet werden kann. Auch ist es möglich, dass das Medium mit nicht-sichtbarer elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mit Infrarot- oder ultravioletter Strahlung, bestrahlt wird. Die Begriffe "Beleuchtung" und "Licht" umfassen daher vorzugsweise in einem breiten Sinn auch die Bestrahlung mit oder Einleitung sonstiger elektromagnetischer Strahlung. Preferably, sunlight is used to illuminate the medium, even if basically artificially generated light can be used. It is also possible that the medium is irradiated with non-visible electromagnetic radiation, for example with infrared or ultraviolet radiation. The terms "illumination" and "light" therefore preferably also broadly include irradiation with or initiation of other electromagnetic radiation.
Vorzugsweise wird eine einreihige Blasenkette erzeugt, die durch eine Mehrzahl von im Wesentlichen gleich großen oder unterschiedlich großen in einer Reihe hintereinander liegenden Blasen gebildet wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Blasenkette gebildet wird durch eine Mehrzahl von gleich- oder unterschiedlich großen Blasen, die in mehreren Reihen nebeneinander liegend nach oben aufsteigen und einen schlauchförmigen mit Blasen gefüllten Lichtleitraum bilden. Über die aneinander angrenzenden Blasen der Blasenkette wird das Licht innerhalb des Mediums in einfacher Weise verteil- bar. Preferably, a single-row bubble chain is created, which is formed by a plurality of substantially equal or different sized in a row consecutive bubbles. In principle, however, it is also possible for the bubble chain to be formed by a multiplicity of bubbles of the same or different size, which rise upwards in several rows next to one another and form a tubular, bubble-filled light guide space. By way of the adjacent bubbles of the bubble chain, the light within the medium can be distributed in a simple manner.
Das Rührwerk erzeugt eine kreis- oder spiralförmige Bewegung des Mediums, wobei sich eine geradlinig entlang einer Rotationsachse des Mediums erstreckende Blasenkette ausbilden kann. Hierbei ist es so, dass die Gasblasen sich im Bereich der Rotationsachse sammeln und eine Blasenkette bilden. Es versteht sich, dass die Form und Größe der Blasenkette unter anderem abhängt von der Winkelgeschwindigkeit des bewegten Mediums. So kann es insbesondere beim Andrehen des Mediums auch möglich sein, dass sich eine Blasenkette bildet, die eine Spiralform aufweist. Blasenketten können grundsätz- lieh jedoch auch in nicht kreis- oder spiralförmig bewegten Medien gebildet werden. The agitator generates a circular or spiral movement of the medium, whereby a bubble chain extending in a straight line along an axis of rotation of the medium can be formed. In this case, the gas bubbles collect in the region of the axis of rotation and form a bubble chain. It is understood that the shape and size of the bubble chain depends, inter alia, on the angular velocity of the moving medium. Thus, in particular when the medium is turned on, it may also be possible for a bubble chain to form, which has a spiral shape. Bladder chains can in principle, however, also be formed in non-circular or spiral-shaped media.
Die erzeugte Blasenkette kann sich zumindest im Wesentlichen durchgängig bzw. unterbrechungslos von der Gaszuführung im Bodenbereich des Mediums bis hin zur Oberfläche des Mediums erstrecken. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine Beleuchtung bzw. Beleuchtung der Blasenkette vorzugsweise von oben, gegebenenfalls aber auch von der Seite oder von unten. Das Licht wird dann über die Blasenkette als Lichtleiter in dem Medium verteilt. Dabei lässt es die Erfindung in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen im Behälter auch zu, dass sich einzelne Blasen der Blasenkette kurzzeitig voneinander trennen, so dass die Blasenkette zumindest zeitweise unterbrochen ist. Der Begriff "Blasenkette" ist in einem bevorzugten Sinn auch generell dahingehend zu verstehen, dass es sich hier um einen optisch durchlässigeren, insbesondere länglichen Raumbereich bzw. Gasbereich in dem Medium handelt. Um eine Kontamination mit dem Medium, insbesondere eine Benetzung mit dem Medium und damit ein Wachstum von in dem Medium enthaltenen Organismen auf der Beleuchtungseinrichtung in einfacher Weise zu verhindern, kann eine mit dem Medium kontaktlose Beleuchtung der Blasenkette von einem Bereich außerhalb des Mediums vorgesehen sein. Hierzu kann die Be- leuchtungseinrichtung ausreichend weit von dem Medium beabstandet angeordnet sein, wobei beispielsweise eine Beleuchtung der Blasenkette von oben in den Austritt der Gasblasen aus dem Medium vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann - insbesondere bei einem Behälter bzw. -tank mit transparenten Seitenwänden - auch eine Beleuchtung durch die Seitenwände und/oder von unten in die Blasenkette vorgesehen sein. Bei einer Beleuchtung von unten und von oben lässt sich insbesondere eine größere Behälter- bzw. Medienhöhe realisieren, da das Licht von entgegen gesetzten Seiten in das Medium eindringen kann. Die kontaktlose Beleuchtung der Gasblasen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Medium Algen oder sonstige Organismen enthält, die sehr leicht auf Oberflächen anwachsen, die mit dem Medium in Kontakt kommen. Durch das Anwachsen von Algen auf transparenten durchstrahlten Oberflächen der Beleuchtungseinrichtung kann es bereits nach kurzer Zeit zu einer Abnahme der Transparenz und zu einer verringerten Beleuchtungsleistung kommen. The bubble chain produced can extend at least substantially continuously or without interruption from the gas supply in the bottom region of the medium up to the surface of the medium. This allows in a simple manner lighting or lighting of the bubble chain, preferably from above, but if necessary also from the side or from below. The light is then distributed over the bubble chain as a light guide in the medium. Depending on the flow conditions in the container, the invention also allows individual bubbles of the bubble chain to separate from one another for a short time, so that the bubble chain is interrupted at least temporarily. The term "bubble chain" is to be understood in a preferred sense also generally to the effect that it is an optically permeable, in particular elongated space area or gas area in the medium. In order to prevent contamination of the medium, in particular wetting with the medium and thus growth of organisms contained in the medium on the lighting device in a simple manner, can be provided with a medium contactless illumination of the bubble chain from an area outside the medium. For this purpose, the illumination device can be arranged at a sufficient distance from the medium, wherein, for example, an illumination of the bubble chain can be provided from above into the exit of the gas bubbles from the medium. Alternatively or additionally, in particular in the case of a container or tank with transparent side walls, lighting may also be provided through the side walls and / or from below into the bubble chain. In the case of illumination from below and from above, it is possible in particular to realize a greater container or media height, since the light can penetrate from opposite sides into the medium. The contactless illumination of the gas bubbles is particularly advantageous if the medium contains algae or other organisms that grow very easily on surfaces that come into contact with the medium. The growth of algae on transparent irradiated surfaces of the illumination device can lead to a decrease in transparency and reduced illumination performance after a short time.
Die Beleuchtung der Blasenkette kann zumindest im Wesentlichen in vertikaler Richtung erfolgen, beispielsweise ausgehend von einem Bereich oberhalb von dem Medium, wobei das Licht auf den Austrittsbereich der Blasenkette an der Oberfläche des Mediums gerichtet wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass eine Beleuchtung der Blasenkette schräg von oben oder von der Seite des Mediums erfolgt. The illumination of the bubble chain can take place at least substantially in the vertical direction, for example starting from an area above the medium, the light being directed onto the exit area of the bubble chain on the surface of the medium. Basically, it is synonymous possible that a lighting of the bubble chain is made obliquely from above or from the side of the medium.
Aufgrund der Bewegung des Mediums kann sich die Blasenkette gegebenen- falls bewegen, so dass sich die Lage des Austrittsbereiches der Gasblasen an der Oberfläche des Mediums ändern kann. Erfindungsgemäß kann daher eine Erfassungseinrichtung zur Bestimmung oder Verfolgung des Austrittsbereiches der Blasenkette an der Oberfläche des Mediums vorgesehen sein kann. Die Erfassungseinrichtung kann Mittel zur optischen Bestimmung sowie Ver- folgung des Austrittsbereiches aufweisen. Durch Bestimmung oder Verfolgung des Austrittsbereiches der Blasenkette lässt sich eine Beleuchtung der Blasenkette über den Austrittsbereich in einfacher Weise auch bei nicht- ruhender Blasenkette gewährleisten. Auch ist es möglich, dass die Erfassungseinrichtung die Größe und/oder die Form und/oder das Umfangsprofil des Austrittsbereiches und/oder das Auftreten mehrerer Austrittsbereiche er- fasst, so dass in einfacher Weise Rückschlüsse auf die Lage und den Verlauf der Blasenkette im Medium bzw. die Form und Größe der Blasenkette möglich sind. Die Erfassungseinrichtung kann alternativ oder zusätzlich zur direkten Ermittlung der Lage und/oder des Verlaufs der Blasenkette im Medium bzw. zur Ermittlung von Form und Größe der Blasenkette ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann ein entsprechendes, vorzugsweise optisches Erfassungssystem vorgesehen sein. Dadurch lassen sich in einfacher Weise die Ausbildung und/oder Lage der Blasenkette in dem Medium überwachen und gegebenenfalls Maßnahmen ergreifen, um auf die Lage bzw. den Verlauf der Blasenkette im Medium und/oder die Größe der Blasenkette Einfluss nehmen zu können. Due to the movement of the medium, the bubble chain may possibly move, so that the position of the exit region of the gas bubbles on the surface of the medium can change. According to the invention, therefore, a detection device for determining or tracking the exit region of the bubble chain can be provided on the surface of the medium. The detection device can have means for optically determining and tracking the exit region. By determining or tracking the exit region of the bubble chain, it is possible to ensure that the bubble chain is illuminated via the exit region in a simple manner even when the bubble chain is not at rest. It is also possible for the detection device to detect the size and / or the shape and / or the circumferential profile of the exit region and / or the occurrence of a plurality of exit regions, so that it is easy to draw conclusions about the position and course of the bubble chain in the medium or The shape and size of the bubble chain are possible. The detection device can be designed as an alternative or in addition to the direct determination of the position and / or the course of the bubble chain in the medium or for determining the shape and size of the bubble chain. For this purpose, a corresponding, preferably optical detection system can be provided. As a result, it is possible in a simple manner to monitor the formation and / or position of the bubble chain in the medium and, if appropriate, to take measures in order to be able to influence the position or course of the bubble chain in the medium and / or the size of the bubble chain.
Die Beleuchtungseinrichtung bzw. das Licht kann auf die Blasenkette aus- richtbar sein, um eine Beleuchtung der Blasenkette insbesondere auch bei sich bewegender Blasenkette im Medium sicherzustellen. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise automatisch auf den Austrittsbereich der Blasenkette ausrichtbar sein, so dass das Licht beispielsweise auch bei wanderndem Austrittsbereich der Gasblasen an der Oberfläche zumindest im Wesentlichen auf den Austrittsbereich trifft. Zur Bestimmung des Strömungsprofils und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums kann zusätzlich oder alternativ zur Erfassungseinrichtung eine Messeinrichtung vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung und/oder zur Steuerung der Einrichtung zur Erzeugung einer Bewegung des Mediums in Abhängigkeit von der Lage des Austrittsbereiches der Blasenkette an der Oberfläche des Mediums und/oder von der Lage und/oder der Größe der Blasenkette im Medium und/oder dem Strömungsprofil und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums vorgesehen sein. Damit lässt sich in einfacher Weise auch bei bewegter Blasenkette sicherstellen, dass eine Beleuchtung der Blasenkette mit hoher Beleuchtungsintensität möglich ist. Im Übrigen lassen sich Form, Größe und Lage der Blasenkette in einfacher Weise durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des erzeugten Strömungsprofils beeinflussen. The illumination device or the light can be directed onto the bubble chain in order to ensure illumination of the bubble chain, in particular even with a moving bubble chain in the medium. For example, the illumination device can preferably be automatically aligned with the exit region of the bubble chain, so that the light strikes the exit region, for example, even when the exit region of the gas bubbles migrates on the surface. In order to determine the flow profile and / or the flow velocity of the medium, a measuring device may additionally or alternatively be provided for the detection device. In this context, a control device for controlling the orientation of the illumination device and / or for controlling the device for generating a movement of the medium depending on the position of the exit region of the bubble chain on the surface of the medium and / or the position and / or the size the bubble chain can be provided in the medium and / or the flow profile and / or the flow velocity of the medium. This makes it possible to ensure in a simple manner even with a moving bubble chain that a lighting of the bubble chain with high illumination intensity is possible. Incidentally, the shape, size and position of the bubble chain can be influenced in a simple manner by changing the flow velocity and / or the flow profile produced.
Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung; Further aspects, advantages, features and characteristics of the present invention will become apparent from the claims and the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing. 1 shows a schematic representation of a proposed arrangement;
Fig. 2 eine ausschnittsweise Vergrößerung von Fig. 1 ; Fig. 3 eine ausschnittsweise Vergrößerung einer Ausführungsvariante in einer ähnlichen Darstellung wie Fig. 2. Fig. 2 is a fragmentary enlargement of Fig. 1; 3 is a fragmentary enlargement of a variant embodiment in a similar representation as FIG. 2.
In den Figuren werden für gleiche und/oder ähnliche Komponenten, Bauteile und dergleichen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Insbesondere ergeben sich entsprechende oder vergleichbare Vorteile, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist. In the figures, the same reference numerals are used for the same and / or similar components, components and the like. In particular, there are corresponding or comparable advantages, even if a repeated description is omitted.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgerechten Darstellung eine vorschlagsgemäße Anordnung 1. Diese dient der Kultivierung von Organis- men bzw. der Einleitung von Gas 6 in ein flüssiges Medium 3 und insbesondere der dreidimensionalen Verteilung von Licht 2 in dem Medium 3. Bei dem Medium 3 handelt es sich insbesondere um eine Suspension o. dgl. Dementsprechend ist der Begriff "flüssig" in einem weiten Sinne so zu verstehen, dass insbesondere Suspensionen, Dispersionen oder sonstige Gemische oder Stoffe mit flüssigen Phasen oder Anteilen umfasst sind. 1 shows a schematic representation, not to scale, of a proposed arrangement 1. This serves for the cultivation of organisms or the introduction of gas 6 into a liquid medium 3 and in particular the three-dimensional distribution of light 2 in the medium 3. The medium 3 is in particular a suspension or the like. Accordingly, the term "liquid" is to be understood in a broad sense as meaning in particular suspensions, dispersions or other mixtures or substances with liquid phases or proportions.
Das Medium 3 ist vorzugsweise photoaktiv und/oder biologisch aktiv. Insbesondere kann in dem Medium 3 eine Photosynthese oder eine sonstige Licht 2 benötigende Reaktion ablaufen. Insbesondere enthält das Medium 3 hierzu die zu kultivierenden bzw. biologisch aktiven Organismen, vorzugsweise Algen, Bakterien o. dgl. Insbesondere ist das Medium 3 stark lichtstreuend. The medium 3 is preferably photoactive and / or biologically active. In particular, in the medium 3, a photosynthesis or other light 2 requiring reaction take place. In particular, the medium 3 contains for this purpose the organisms to be cultivated or biologically active, preferably algae, bacteria or the like. In particular, the medium 3 is highly light-scattering.
Vorzugsweise ist das Medium 3 wässrig bzw. enthält Wasser. Beispielsweise kann das Medium 3 Süßwasser, Brackwasser oder Salzwasser enthalten oder zumindest im Wesentlichen daraus bestehen. Preferably, the medium 3 is aqueous or contains water. For example, the medium 3 may contain or at least substantially consist of fresh water, brackish water or salt water.
Besonders bevorzugt wird eine Algensuspension als Medium 3 eingesetzt. Insbesondere enthält das Medium 3 eine Aigenmischkultur, die vorzugsweise zumindest in ähnlicher Form in Flüssen, Teichen o. dgl. vorkommt. Derartige Mischkulturen sind nämlich besonders resistent gegen Umwelteinflüsse, Krankheiten und/oder sonstige Störungen. An algal suspension is particularly preferably used as medium 3. In particular, the medium 3 contains an Aigenmischkultur, preferably at least in similar form in rivers, ponds o. The like. Such mixed cultures are namely particularly resistant to environmental influences, diseases and / or other disorders.
Da die Anordnung 1 vorzugsweise mit Algen bzw. mit einer Algensuspension als Medium 3 eingesetzt wird, wird in der nachfolgenden Beschreibung primär auf das durch das eingeleitete Licht 2 induzierte Algenwachstum abgestellt. Jedoch gelten diese Ausführungen entsprechend auch für sonstige Organismen oder photo- bzw. bioaktive Medien 3. Since the arrangement 1 is preferably used with algae or with an algae suspension as the medium 3, in the following description is primarily turned off on the induced by the introduced light 2 algae growth. However, these statements also apply accordingly to other organisms or photo- or bioactive media 3.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 4 und eine Einrichtung (Zufuhreinrichtung) 5 zur Einleitung von Gas 6, das insbesondere Kohlendioxid enthält oder daraus besteht, in das Medium 3 auf. Bei dem Gas 6 kann es sich beispielsweise um Rauchgas, Klärgas, Faulgas, Luft o. dgl. handeln. Das Gas 6 kann einen Anteil von 0,04 Vol.-% bis 100 Vol.-% Kohlendioxid enthalten. Zur Zuleitung von Licht 2 weist die Beleuchtungseinrichtung 4 vorzugsweise lichtleitende Fasern 7 auf, die vorzugsweise in einem Lichtkopf 8 enden. Das Licht 2 tritt zumindest im Wesentlichen oder ausschließlich am Ende der Fasern 7 oder am Lichtkopf 8 - insbesondere gebündelt oder gerichtet - aus. Der Lichtkopf 8 bzw. die Beleuchtungseinrichtung 4 ist vorzugsweise oberhalb einer Oberfläche 9 des Mediums 3 angeordnet. The arrangement 1 illustrated in FIG. 1 has an illumination device 4 and a device (supply device) 5 for introducing gas 6, which in particular contains or consists of carbon dioxide, into the medium 3. The gas 6 may be, for example, flue gas, sewage gas, biogas, air or the like. The gas 6 may contain a proportion of 0.04 vol.% To 100 vol.% Carbon dioxide. For supplying light 2, the illumination device 4 preferably has light-conducting fibers 7, which preferably terminate in a light head 8. The light 2 emerges at least substantially or exclusively at the end of the fibers 7 or at the light head 8 - in particular bundled or directed. The light head 8 or the illumination device 4 is preferably arranged above a surface 9 of the medium 3.
Beim Darstellungsbeispiel wird vorzugsweise Sonnenlicht mit einer Lichtsammeieinrichtung 10, insbesondere einen Kollektor, gesammelt. Es versteht sich, dass eine Beleuchtung auch durch künstliches Licht mit geeigneten Maßnahmen möglich ist. In the illustrated example, preferably sunlight is collected with a light collecting device 10, in particular a collector. It is understood that lighting by artificial light with appropriate measures is possible.
Die Zufuhreinrichtung 5 weist ein geeignetes Einleitungsmittel 1 1 auf, das in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt ist und aus dem das Gas 6 insbesonde- re in Form von Gasblasen 12 austritt. Bei dem Einleitungsmittel 1 1 handelt es sich beispielsweise um einen Blasenstein oder dergleichen, durch den das zugeführte Gas insbesondere blasenartig in das Medium 3 eingeleitet wird bzw. austritt. Die Gaseinleitung in das Medium 3 erfolgt vorzugsweise über oder durch einen Boden 13 eines Behälters 14, der zur Aufnahme des Mediums 3 dient. The supply device 5 has a suitable introduction means 11, which is shown only schematically in FIG. 1 and from which the gas 6 escapes, in particular in the form of gas bubbles 12. The introduction means 11 is, for example, a bubble stone or the like, through which the supplied gas is introduced into the medium 3 in a bubble-like manner, for example. The gas is introduced into the medium 3 preferably via or through a bottom 13 of a container 14, which serves to receive the medium 3.
Bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist der Lichtkopf 8 oberhalb des Mediums 3 angeordnet, vorzugsweise gegenüberliegend zur Zufuhreinrich- tung 5. Vorzugsweise sind der Lichtkopf 8 und die Zufuhreinrichtung 5 zumindest im wesentlichen koaxial zu einer Rotationsachse X des Mediums 3 angeordnet, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. In the exemplary embodiment illustrated, the light head 8 is arranged above the medium 3, preferably opposite the feed device 5. Preferably, the light head 8 and the feed device 5 are arranged at least substantially coaxially to a rotation axis X of the medium 3, as will be discussed in greater detail below.
Die Anordnung 1 weist ein Rührwerk 15 zur Umwälzung oder Bewegung des Mediums 3, insbesondere zur Erzeugung einer zirkulären oder rotatorischen Strömung S des Mediums 3 oder im Medium 3, auf. Das Rührwerk 15 bildet vorzugsweise eine Einrichtung zur Erzeugung einer Blasenkette 16 aus dem in das Medium 3 eingeleiteten Gas 6 bzw. aus in dem Medium 3 aufsteigenden Gasblasen 12 auf. Das Rührwerk 15 weist vorzugsweise mehrere Flügel oder Rührelemente 17 auf, um das Medium 3 in Bewegung zu setzen, insbesondere um eine rotatorische, kreisförmige oder spiralförmige Strömung S bzw. einen Wirbel oder eine Rotation des Mediums 3 oder in dem Medium 3 zu erzeugen, so dass die Blasenkette 16 gebildet wird. Insbesondere ist der Begriff "Blasenkette" hier als ein Gastunnel bzw. ein für das Licht 2 besonders durchlässiger oder transparenter, primär aus Gas 6 bestehender Bereich innerhalb des Mediums 3 zu verstehen. Das Rührwerk 15 ist vorzugsweise unten im Behälter 14, insbesondere an o- der auf dem Boden 13 des Behälters 14, angeordnet. Das Rührwerk 15 weist beim Darstellungsbeispiel eine Drehachse X auf, um die das Rührwerk 15 bzw. ein Rotor des Rührwerks 15 bzw. die Rückelemente 17 drehbar ist bzw. sind. The arrangement 1 has an agitator 15 for circulating or moving the medium 3, in particular for producing a circular or rotary flow S of the medium 3 or in the medium 3. The agitator 15 preferably forms a device for generating a bubble chain 16 from the gas 6 introduced into the medium 3 or from gas bubbles 12 rising in the medium 3. The agitator 15 preferably has a plurality of vanes or stirring elements 17 for setting the medium 3 in motion, in particular for generating a rotary, circular or spiral flow S or a vortex or rotation of the medium 3 or in the medium 3 that the bubble chain 16 is formed. In particular, the term "bubble chain" is to be understood here as a gas tunnel or a region of the medium 3 which is particularly permeable or transparent to the light 2, primarily consisting of gas 6. The agitator 15 is preferably arranged below in the container 14, in particular at or on the bottom 13 of the container 14. The agitator 15 has in the illustrated embodiment, an axis of rotation X, about which the agitator 15 and a rotor of the agitator 15 and the back elements 17 is rotatable or are.
Beim Betrieb des Rührwerks 15 wird durch die rotierenden Rührelemente 17 das Medium 3 in eine rotatorische, kreis- oder spiralförmige Bewegung um die Rotationsachse X versetzt, so dass die Blasen 12 zu der Blasenkette 16 zusammentreten, die sich vorzugsweise zumindest im wesentlichen gerade bzw. linear vorzugsweise vom Boden 13 des Behälters 14 nach oben erstreckt. In Abhängigkeit von dem Strömungsprofil des Mediums 3 und der Strömungsgeschwindigkeit in dem Behälter 14 kann sich jedoch auch eine schraubenli- nienförmige oder sonstige Blasenkette 16 ausbilden. Durch die Bewegung des Mediums 3 kommt es auch zu einer Umwälzung bzw. Bewegung der Algenmasse, was für das biologische Wachstum erforderlich oder diesem zuträglich ist. During operation of the agitator 15, the medium 3 is offset by the rotating stirring elements 17 in a rotational, circular or spiral movement about the axis of rotation X, so that the bubbles 12 to the bubble chain 16 meet, preferably at least substantially straight or linear preferably extends upwardly from the bottom 13 of the container 14. Depending on the flow profile of the medium 3 and the flow velocity in the container 14, however, a helical or other bubble chain 16 can also be formed. By the movement of the medium 3, there is also a circulation or movement of the algae mass, which is necessary for biological growth or beneficial to this.
Der Behälter 14 weist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine Zylinderform mit glatten Innenwänden auf, was der bevorzugten Ausbildung einer gleichmäßigen Rotationsströmung des Mediums 3 um die Rotationsachse X zuträglich ist. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn turbulente Strömungen nicht auftreten, die zu einem Abreißen der Blasenkette 16 führen können. Vorzugsweise werden zeitlich nicht oder nur kaum oder nur langsam variierende Strömungsverhältnisse angestrebt. Alternativ oder zusätzlich kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine turbulente Strömung oder pulsartige Strömung oder Wellen des Mediums 3 - zumindest temporär und/oder bereichsweise - zu erzeugen, beispielsweise um das Wachstum anzuregen und/oder die Durchmischung oder Umwälzung zu för- dem. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the container 14 preferably has a cylindrical shape with smooth inner walls, which is conducive to the preferred embodiment of a uniform rotational flow of the medium 3 about the axis of rotation X. In particular, it is advantageous if turbulent flows do not occur which can lead to tearing off of the bubble chain 16. Preferably, it is desirable to have flow conditions that are not temporally or only slightly or only slowly varying. Alternatively or additionally, however, it may also be advantageous to generate a turbulent flow or pulsed flow or waves of the medium 3-at least temporarily and / or in regions-for example in order to stimulate growth and / or to promote mixing or circulation.
Vorzugsweise ist die Blasenkette 16 mit der Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchtbar. Insbesondere wird in die Blasenkette 16 das aus dem Lichtkopf 8 austretende Licht 2 eingekoppelt, wobei die Blasenkette 16 als Lichtleiter wirkt. Wie bei Wellenleitern lassen sich über die abgestrahlte Intensität als Funktion der Länge die Verluste einer Blasenkette 16 ermitteln, wobei beispielsweise grünes Licht zu einer Dämpfung von ca. 1,5 dB/m geführt hat. Da die Blasen 12 rotieren, erfolgt die Abgabe des Streulichts von der Blasenkette 16 aus radial in alle Richtungen. Die Blasenkette 16 oder ein Blasenstrudel lässt sich dabei grundsätzlich vor allem in optisch dichteren Suspensionen, wie beispielsweise Algensuspensionen, erzeugen und zur Lichtverteilung nutzen. Preferably, the bubble chain 16 with the illumination device 4 is illuminated. In particular, the light emerging from the light head 8 light 2 is coupled into the bladder 16, wherein the bladder 16 acts as a light guide. As with waveguides, the losses of a bubble chain 16 can be determined via the radiated intensity as a function of the length, for example, green light having resulted in an attenuation of approximately 1.5 dB / m. As the bubbles 12 rotate, the delivery of the scattered light from the bubble chain 16 occurs radially in all directions. In principle, the bubble chain 16 or a bubble vortex can be produced and utilized for light distribution, above all in optically denser suspensions, such as, for example, algae suspensions.
Um eine kontaktlose Beleuchtung des Mediums 3 - also ohne direkten Kon- takt eines Lichtleiters mit dem Medium 3 - zu ermöglichen, erfolgt die Einleitung des Lichts 2 in das Medium 3 vorzugsweise über die Blasenkette 16. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, erstreckt sich die Blasenkette 16 im wesentlichen vorzugsweise vom Bodenbereich bis zur Oberfläche 9 des Mediums 3, wobei die Beleuchtung der Blasenkette 16 vorzugsweise im Austrittsbereich 18 der Gas- blasen 12 aus dem Medium 3 bzw. an der Oberfläche 9 vorgesehen ist und wobei das Licht 2 vorzugsweise im wesentlichen vertikal und/oder gebündelt auf den Austrittsbereich 18 gerichtet wird. Der Lichtkopf 8 ist vorzugsweise ausreichend weit von der Oberfläche 9 des Mediums 3 beabstandet, um eine Benetzung des Lichtkopfes 8 mit dem Medium 3 ausschließen zu können. Da- durch steht nicht zu befürchten, dass es durch anwachsende Algen auf dem Lichtkopf 8 zu einer Verringerung der Transparenz des Lichtkopfes 8 und der Beleuchtungsstärke kommt. In order to enable a contactless illumination of the medium 3 - ie without direct contact of a light guide with the medium 3, the introduction of the light 2 into the medium 3 preferably takes place via the bubble chain 16. As shown in FIG. 1, extends the bubble chain 16 is preferably provided substantially from the bottom region to the surface 9 of the medium 3, wherein the illumination of the bubble chain 16 is preferably provided in the exit region 18 of the gas bubbles 12 from the medium 3 or at the surface 9 and wherein the light 2 preferably in directed vertically and / or focused on the exit region 18. The light head 8 is preferably spaced sufficiently far from the surface 9 of the medium 3 in order to be able to preclude wetting of the light head 8 with the medium 3. As a result, there is no reason to fear that growing algae on the light head 8 will reduce the transparency of the light head 8 and the illuminance.
Es wird die Möglichkeit geschaffen, Licht 2 in optisch dichte Medien 3, wie Suspensionen, einzubringen, wobei eine hohe Lichtintensität in der Blasenkette 16 über eine relativ große Oberfläche ins Medium 3 gelangt und wobei die abgestrahlte Intensität infolge Mehrfachreflexion stark abgeschwächt werden kann, was für viele Algen bzw. deren Wachstum förderlich ist. Durch das Zusammenwirken von Strömung und Rotation der Grenz- bzw. Spiegelflächen der Gasblasen 12 wird eine weitgehend gleichmäßige und vollständige räum- liehe Verteilung des Lichts 2 im Medium 3 ermöglicht. It is created the possibility to introduce light 2 in optically dense media 3, such as suspensions, with a high light intensity in the bladder 16 passes through a relatively large surface area in the medium 3 and wherein the emitted intensity due to multiple reflection can be greatly attenuated, which is beneficial for many algae and their growth. Due to the interaction of flow and rotation of the boundary or mirror surfaces of the gas bubbles 12, a substantially uniform and complete spatial distribution of the light 2 in the medium 3 is made possible.
Zur Bestimmung oder Verfolgung des Austrittsbereiches 18 kann eine Erfassungseinrichtung 19 vorgesehen sein, die über eine Steuereinrichtung 20 mit einem Motor 21 des Rührwerks 15 und/oder mit dem Lichtkopf 8 verbunden ist. Der Lichtkopf 8 bzw. das Licht 2 kann sich von der Steuereinrichtung 20 vorzugsweise automatisch auf den erfassten Austrittsbereich 18 der Blasenkette 16 ausrichten lassen. Insbesondere ist der Lichtkopf 8 entsprechend schwenkbar oder bewegbar, so dass stets eine Einkopplung von Licht 2 in die Blasenkette 16 vorzugsweise über deren Austrittsbereich 1 8 ermöglicht wird. Dadurch wird auch bei einer aufgrund des bewegten Mediums 3 sich ändernden Lage des Austrittsbereiches 18 stets eine ausreichende Beleuchtung der Blasenkette 16 gewährleistet. For determination or tracking of the exit region 18, a detection device 19 may be provided which is connected via a control device 20 to a motor 21 of the agitator 15 and / or to the light head 8. The light head 8 or the light 2 can preferably be automatically aligned by the control device 20 with the detected exit region 18 of the bubble chain 16. In particular, the light head 8 is correspondingly pivotable or movable, so that it is always possible to couple light 2 into the bubble chain 16, preferably via its exit region 18. As a result, sufficient illumination of the bubble chain 16 is always ensured even if the position of the exit region 18 changes due to the moving medium 3.
Die Erfassungseinrichtung 19 arbeitet vorzugsweise optisch. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung 19 eine Kamera aufweisen oder durch diese gebildet sein. The detection device 19 preferably operates optically. For example, the detection device 19 may include or be formed by a camera.
Die Erfassungseinrichtung 19 kann alternativ oder zusätzlich zur Bestimmung oder Verfolgung des Austrittsbereichs 18 auch generell die Lage und/oder Form der Blasenkette 16 bzw. den Verlauf der Gasblasen 12 im Medium 3 erfassen. Jedoch kann hierfür auch zusätzlich eine nicht dargestellte Messeinrichtung vorgesehen sein. The detection device 19 may alternatively or additionally to the determination or tracking of the exit region 18 also generally detect the position and / or shape of the bubble chain 16 or the course of the gas bubbles 12 in the medium 3. However, a measuring device, not shown, may additionally be provided for this purpose.
Alternativ oder zusätzlich kann mittels der Erfassungseinrichtung 19 und/oder der Messeinrichtung auch eine Bestimmung eines Strömungsprofils und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 3 erfolgen. Alternatively or additionally, by means of the detection device 19 and / or the measuring device also a determination of a flow profile and / or the flow velocity of the medium 3 take place.
Alle relevanten Messsignale, Daten und Informationen können von der Steuerung bzw. Steuereinrichtung 20 genutzt werden. Die Steuereinrichtung 20 kann insbesondere die Zuführeinrichtung 5, das Rührwerk 15 bzw. den Motor 21 und/oder die Lichteinkopplung bzw. den Lichtkopf 8 steuern oder regeln. Beispielsweise kann die Steuerung bzw. Regelung zunächst derart erfolgen, dass die Blasenkette 16 bzw. eine in ihrer Lage stabile Blasenkette 16 erzeugt wird. Weiter kann die Steuerung bzw. Regelung bewirken, dass das Licht 2 immer auf den Austrittsbereich 18 der Blasenkette 16 oder auf einen sonstigen gewünschten Bereich der Blasenkette 16 gerichtet wird oder bleibt, insbesondere bedarfsweise nachgeführt wird. All relevant measurement signals, data and information can be used by the controller 20. The control device 20 can in particular control or regulate the feed device 5, the agitator 15 or the motor 21 and / or the light coupling or the light head 8. For example, the control or regulation can initially be carried out in such a way that the bubble chain 16 or a bubble chain 16 which is stable in its position is produced. Further, the control or regulation can cause the light 2 is always directed to the outlet region 18 of the bubble chain 16 or to any other desired area of the bubble chain 16 or remains, in particular as needed tracked.
Die Steuereinrichtung 20 kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und/oder dem Strömungsprofi 1 des Mediums 3 und/oder in Abhängigkeit von dem Auftreten oder der Lage des Austrittsbereichs 18 den Motor 21 bzw. das Rührwerk 15 steuern oder regeln, um die Rotationsgeschwindigkeit der Strömung S, des Mediums 3, des Rührwerks 15 bzw. der Rührelemente 17 zu steuern bzw. regeln und ein gewünschtes Strömungsprofil und/oder eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Medi- ums 3 und damit die Ausbildung einer bestimmten Form, Lage und Größe der Blasenkette 16 zu erreichen. The control device 20 can, for example, control or regulate the motor 21 or the agitator 15 as a function of the flow velocity and / or the flow profile 1 of the medium 3 and / or depending on the occurrence or the position of the outlet region 18, by the rotational speed of the flow S, the medium 3, the agitator 15 and the stirring elements 17 to control or regulate and a desired flow profile and / or a desired flow rate of the medium 3 and thus to achieve the formation of a particular shape, location and size of the bladder 16 ,
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird Gas 6 bevorzugt zwischen den rotierenden Rührelementen 17 bzw. entlang der Drehachse X in das Medium 3 eingeleitet. In the embodiment shown in FIG. 1, gas 6 is preferably introduced into the medium 3 between the rotating stirring elements 17 or along the axis of rotation X.
Weitere bevorzugte Einzelheiten werden nachfolgend anhand von Fig. 2 erläutert, die eine ausschnittsweise Vergrößerung von Fig. 1 darstellt, wobei einige Komponenten und Bauteile spezifizierter dargestellt sind und wobei das Medium 3 aus Vereinfachungsgründen weggelassen wurde. Further preferred details will be explained below with reference to FIG. 2, which is a fragmentary enlargement of FIG. 1, with some components and components being shown in greater detail and with the medium 3 omitted for simplicity.
Beim Darstellungsbeispiel weist das Rührwerk 15 eine Antriebswelle 28 auf, die vom Motor 21 mittelbar oder unmittelbar antreibbar ist. Insbesondere trägt die Antriebswelle 28 einen Rotor mit dem oder gebildet aus den Rührelemen- ten 17 im Behälter 14. In the illustrated example, the agitator 15 has a drive shaft 28, which can be driven directly or indirectly by the motor 21. In particular, the drive shaft 28 carries a rotor with or formed from the stirring elements 17 in the container 14.
Das Einleitungsmittel 1 1 ist vorzugsweise am Rührwerk 15 bzw. dessen Rotor oder zwischen den Rührelement 17 oder oberhalb davon und/oder in der Drehachse X angeordnet. Insbesondere ist das Rührwerk 15 bzw. der Rotor oder die Antriebswelle 28 mit einer Aufnahme 29 für das Einleitungsmittel 1 1 versehen. Insbesondere ist die Aufnahme 29 an der Antriebswelle 28 ange- ordnet, beim Darstellungsbeispiel an dem Ende der Antriebswelle 28 im Behälter 14. Die Aufnahme 29 ist beispielsweise topfartig oder tassenartig ausgebildet. Beim Darstellungsbeispiel ist das Einleitungsmittel 1 1 vorzugsweise in die Aufnahme 29, insbesondere in eine axiale Ausnehmung der Aufnahme 29, eingesetzt, beispielsweise eingeklebt. The introduction means 11 is preferably arranged on the agitator 15 or its rotor or between the agitating element 17 or above it and / or in the axis of rotation X. In particular, the agitator 15 or the rotor or the drive shaft 28 is provided with a receptacle 29 for the introduction means 1 1. In particular, the receptacle 29 is attached to the drive shaft 28. arranges, in the illustrated example at the end of the drive shaft 28 in the container 14. The receptacle 29 is, for example, pot-shaped or cup-shaped. In the illustrated example, the introduction means 1 1 is preferably in the receptacle 29, in particular in an axial recess of the receptacle 29, used, for example glued.
Die Zuführung des Gases 6 erfolgt vorzugsweise durch die Antriebswelle 28. Die Antriebswelle 28 ist hierzu insbesondere - zumindest teilweise - hohl ausgebildet. Beim Darstellungsbeispiel weist die Antriebswelle 28 eine axiale Bohrung 30 auf, dem beispielsweise über eine insbesondere radiale ÖffnungThe supply of the gas 6 is preferably carried out by the drive shaft 28. The drive shaft 28 is for this purpose in particular - at least partially - hollow. In the illustrated example, the drive shaft 28 has an axial bore 30, for example via a particular radial opening
31 das Gas 6 zuführbar ist. Die Bohrung 30 erstreckt sich insbesondere von dem freien, im Behälter 14 liegenden Ende der Antriebswelle 28 bis zu der Öffnung 31. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. Bei der Bohrung 30 kann es sich auch um jeden sonstigen Kanal oder dergleichen handeln. 31, the gas 6 can be fed. The bore 30 extends in particular from the free, lying in the container 14 end of the drive shaft 28 to the opening 31. However, other constructive solutions are possible. The bore 30 may also be any other channel or the like.
Das Einleitungsmittel 1 1 ist mittels der Aufnahme 29 zur Zuleitung des Gases 6 an die Antriebswelle 28 bzw. Bohrung 30 angeschlossen. So wird ein Gas- zuführweg gebildet. Das Einleitungsmittel 1 1 ist also dem Rührwerk 15 zugeordnet bzw. bildet ein Teil davon. The introduction means 1 1 is connected by means of the receptacle 29 for supplying the gas 6 to the drive shaft 28 and bore 30. This forms a gas supply path. The introduction means 1 1 is thus assigned to the agitator 15 or forms part of it.
Die Zuführeinrichtung 5 weist vorzugsweise ein Rückschlagventil 32 auf. Das Rückschlagventil 32 ist vorzugsweise in dem Gaszuführweg angeordnet. Ins- besondere ist das Rückschlagventil 32 am Rührwerk 15 oder an der Antriebswelle 28 angeordnet, beim Darstellungsbeispiel am Ende der Antriebswelle 28 bzw. Bohrung 30 bzw. in der Aufnahme 29. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. Das Rückschlagventil 32 verhindert insbesondere, dass bei abgestellter Gaszufuhr das Medium 3 bzw. Bestandteile des Mediums 3, wie Wasser, in den Gaszuführweg bzw. die Zuführeinrichtung 5 oder weitere Teile davon, eindringen können. Beim Darstellungsbeispiel verhindert das RückschlagventilThe feed device 5 preferably has a check valve 32. The check valve 32 is preferably disposed in the gas supply path. In particular, the check valve 32 is arranged on the stirrer 15 or on the drive shaft 28, in the illustrated example at the end of the drive shaft 28 or bore 30 or in the receptacle 29. However, other constructive solutions are possible. In particular, check valve 32 prevents the medium 3 or components of the medium 3, such as water, from entering the gas supply path or the supply device 5 or further parts thereof when the gas supply is turned off. In the illustrated example, the check valve prevents
32 ein Eindringen in die Antriebswelle 28 bzw. Bohrung 30. Die Anordnung 1 bzw. das Rührwerk 15 weist vorzugsweise eine Gehäuse 33 auf, das beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise zumindest im Wesentlichen zylindrisch oder hülsenartig ausgebildet ist. Das Gehäuse 33 bildet einen Zuführraum 34 zur Zuführung von Gas 6 zu der Öffnung 3 1. Dementsprechend überdeckt das Gehäuse 33 die Öffnung 31 bzw. erstreckt sich entlang der Antriebswelle 28. Die Gaszuführung in den Raum 34 bzw. in das Gehäuse 33 erfolgt beim Darstellungsbeispiel insbesondere über eine Stutzen, eine Leitung 35 oder dergleichen, wie beispielhaft in Fig. 2 angedeutet. Das Gehäuse 33 dient vorzugsweise auch einer Lagerung der Antriebswelle 28. Beispielsweise kann die Antriebswelle 28 über einen Führungsring 36 o- der ein sonstiges Lager am antriebsseitigen bzw. motorseitigen Ende gelagert sein. An der anderen Seite ist die Antriebswelle 28 beim Darstellungsbeispiel insbesondere über einen (weiteren) Führungsring 37 oder ein sonstiges geeig- netes Lager gelagert. Diesem ist beispielsweise eine Bodenplatte 38 zugeordnet, die beim Darstellungsbeispiel mittels Schrauben 39 mit dem Boden 13 verschraubt ist. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. 32 an intrusion into the drive shaft 28 and bore 30th The arrangement 1 or the agitator 15 preferably has a housing 33, which is preferably at least substantially cylindrical or sleeve-like in the illustrated embodiment. The housing 33 forms a feed space 34 for the supply of gas 6 to the opening 3 1. Accordingly, the housing 33 covers the opening 31 and extends along the drive shaft 28. The gas supply into the space 34 and in the housing 33 takes place in the illustrated example in particular via a connecting piece, a line 35 or the like, as indicated by way of example in FIG. 2. The housing 33 preferably also serves to support the drive shaft 28. For example, the drive shaft 28 may be supported via a guide ring 36 or another bearing on the drive-side or motor-side end. On the other side, the drive shaft 28 is mounted in the illustrated example, in particular via a (further) guide ring 37 or any other suitable bearing. This is associated, for example, a bottom plate 38, which is screwed in the illustrated example by means of screws 39 to the bottom 13. However, other constructive solutions are possible.
Beim Darstellungsbeispiel ist die Antriebswelle 28 vorzugsweise zweifach ge- lagert, insbesondere hier über die Führungsringe 36 und 37 oder sonstige Lager. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. In the illustrated embodiment, the drive shaft 28 is preferably mounted twice, in particular here via the guide rings 36 and 37 or other bearings. However, other constructive solutions are possible.
Beim Darstellungsbeispiel erstreckt sich das Gehäuse 33 vorzugsweise zwischen den beiden Lagerstellen der Antriebswelle 28. In the illustrated example, the housing 33 preferably extends between the two bearing points of the drive shaft 28.
Das Gehäuse 33 ist vorzugsweise mit dem Boden 13 und/oder der Bodenplatte 38 verbunden, beispielsweise verschweißt. The housing 33 is preferably connected to the bottom 13 and / or the bottom plate 38, for example, welded.
Zur Abdichtung ist zwischen dem Boden 13 und der Bodenplatte 38 vorzugs- weise eine Dichtung 40 angeordnet. For sealing, a seal 40 is preferably arranged between the bottom 13 and the bottom plate 38.
Die Antriebswelle 28 ist vorzugsweise im Bereich des Bodens 13 bzw. der Bodenplatte 38 einerseits und/oder im Bereich des antriebsseitigen bzw. motorseitigen Endes andererseits abgedichtet. Beim Darstellungsbeispiel sind Dichtungen 41 und 42, insbesondere Simmerringe oder dergleichen, vorgesehen. Jedoch können auch sonstige Dichtungen vorgesehen sein. Beim Darstellungsbeispiel dichten die Dichtungen 41 und 42 vorzugsweise zwischen der Antriebswelle 28 einerseits und dem Gehäuse 33 andererseits ab. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich. The drive shaft 28 is preferably sealed in the region of the bottom 13 or the bottom plate 38 on the one hand and / or on the other hand in the region of the drive-side or motor-side end. In the illustrated example, seals 41 and 42, in particular Simmerringe or the like, are provided. However, other seals may be provided. In the illustrated example, the seals 41 and 42 preferably seal between the drive shaft 28 on the one hand and the housing 33 on the other hand. However, other constructive solutions are possible.
Die Dichtungen 41 und 42 bzw. Simmerringe oder dergleichen sind vorzugsweise durch zugeordnete Flansche, Hülsen 43 und 44 oder dergleichen überdeckt und/oder axial gesichert bzw. gehalten. Beim Darstellungsbeispiel sind die Hülsen 43 und 44 vorzugsweise aus Kupfer oder Messing oder einem sonstigen geeigneten Material hergestellt. The seals 41 and 42 or Simmerringe or the like are preferably covered by associated flanges, sleeves 43 and 44 or the like and / or axially secured or held. In the illustrated embodiment, the sleeves 43 and 44 are preferably made of copper or brass or other suitable material.
Die Antriebswelle 28 ist mit dem Motor 21 vorzugsweise über eine Kupplung 45 und/oder ein nicht dargestelltes Getriebe oder dergleichen antriebsmäßig verbunden bzw. gekuppelt. Bei der Kupplung 45 kann es sich um eine starre Verbindung oder eine sonstige Verbindung, insbesondere eine Rutschkupplung oder dergleichen, handeln. The drive shaft 28 is connected or coupled to the motor 21 preferably via a clutch 45 and / or an unillustrated transmission or the like. The coupling 45 may be a rigid connection or another connection, in particular a slip clutch or the like.
Die vorliegende Erfindung schlägt insbesondere einen multifunktionellen Boden für Photobioreaktoren vor. Die vorschlagsgemäße Anordnung 1 und das vorschlagsgemäße Verfahren gestatten die Zuführung von Gas 6 durch das Rührwerk 15 oder dessen Antriebswelle 28 bzw. entlang der Drehachse X des Rührwerks 15 in den Behälter 14 bzw. in das Medium 3. Das Gas 6 wird insbesondere über die Leitung 35 in den Zuführraum 34 des Gehäuses 33 geleitet und von dort über die Öffnung 3 1 und die Bohrung 30 durch das Rückschlag- ventil 32 geleitet. Anschließend strömt das Gas 6 durch die Aufnahme 29 und das Einleitungsmittel 1 1 in den Behälter 14 bzw. das Medium 3. In particular, the present invention proposes a multifunctional bottom for photobioreactors. The proposed arrangement 1 and the proposed method allow the supply of gas 6 through the agitator 15 or its drive shaft 28 and along the axis of rotation X of the agitator 15 in the container 14 and in the medium 3. The gas 6 in particular via the line 35 passed into the supply chamber 34 of the housing 33 and passed from there via the opening 3 1 and the bore 30 through the check valve 32. Subsequently, the gas 6 flows through the receptacle 29 and the introduction means 11 into the container 14 or the medium 3.
Im Medium 3 wird aus den Gasblasen 12 bei Rotation des Rührwerks 15 vorzugsweise eine Blasenkette 16 gebildet, wie bereits erläutert. In the medium 3, a bubble chain 16 is preferably formed from the gas bubbles 12 during rotation of the agitator 15, as already explained.
Die Anordnung 1 bzw. das Gehäuse 33 kann einen nicht dargestellten Ablauf, einen Flüssigkeitsabscheider, eine zugeordnete Pumpe oder dergleichen aufweisen, um im Falle einer Undichtigkeit eventuell austretende Flüssigkeit oder austretendes Medium 3 aus dem Gehäuse 33 wieder ableiten zu können. Beim Darstellungsbeispiel ist die Zufuhreinrichtung 5 oder das Einleitungsmittel 1 1 vorzugsweise von dem Rührwerk 15 gebildet oder in dieses integriert. Vorzugsweise erfolgt die Einleitung des Gases 6 zumindest im Wesentlichen entlang der Drehachse X des Rührwerks 15. Alternativ oder zusätzlich kann die Einleitung des Gases 6 auch über die Flügel bzw. Rührelemente 17 des Rührwerks 15 oder dergleichen erfolgen. Insbesondere können diese dann beispielsweise hohl ausgebildet sein und/oder entsprechende Einleitungsmittel 1 1 tragen oder bilden. The arrangement 1 or the housing 33 may have a drain, not shown, a liquid separator, an associated pump or the like, in order to be able to discharge any leaking liquid or escaping medium 3 from the housing 33 in the event of a leak. In the illustrated example, the supply device 5 or the introduction means 1 1 is preferably formed by the agitator 15 or integrated in this. Preferably, the introduction of the gas 6 is at least substantially along the axis of rotation X of the agitator 15. Alternatively or additionally, the introduction of the gas 6 via the wings or stirring elements 17 of the agitator 15 or the like. In particular, these can then be hollow, for example, and / or carry or form corresponding introduction means 11.
Beim Darstellungsbeispiel weist der Behälter 14 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen eine zylindrische Form auf. Jedoch kann der Behälter 14 auch jede andere geeignete Form aufweisen, insbesondere wenn mehrere Strömun- gen S und/oder mehrere Blasestrudel bzw. Blasenketten 16 in dem Behälter 14 erzeugt werden. Bedarfsweise kann die Anordnung 1 bzw. der Behälter 14 auch mehrere Rührwerke 15 und/oder Zuführeinrichtungen 5 zur Einleitung von Gas 6 enthalten bzw. aufweisen. Weiter ist grundsätzlich anzumerken, dass die Beleuchtung des Blasenstrudels bzw. der Blasenkette 16 zwar vorzugsweise von oben, alternativ oder zusätzlich aber auch von der Seite und/oder von unten erfolgen kann. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung 4 bzw. wenigstens eine Lichtleitung oder Faser 7 zur Zuführung von Licht und/oder der Lichtkopf 8 auch in den multi- funktionellen Boden 13, das Rührwerk 15 und/oder die Zuführeinrichtung 5 bzw. das Einleitungsmittel 1 1 integriert werden. In the illustrated example, the container 14 preferably has at least substantially a cylindrical shape. However, the container 14 can also have any other suitable shape, in particular if a plurality of flows S and / or a plurality of bubble strands or bubble chains 16 are produced in the container 14. If necessary, the arrangement 1 or the container 14 can also contain or have a plurality of agitators 15 and / or feed devices 5 for introducing gas 6. It should also be noted in principle that the illumination of the bubble vortex or of the bubble chain 16 can preferably take place from above, alternatively or additionally, but also from the side and / or from below. In particular, the illumination device 4 or at least one light pipe or fiber 7 for supplying light and / or the light head 8 can also be integrated into the multifunctional floor 13, the agitator 15 and / or the feed device 5 or the introduction device 11.
Nachfolgend wird anhand von Fig. 3 eine etwas modifizierte Ausführungsvariante des Rührwerks 15 bzw. der Zuführung von Gas 6 erläutert. Die bisheri- gen Ausführungen und Erläuterungen gelten entsprechend oder ergänzend. A somewhat modified embodiment variant of the agitator 15 or the supply of gas 6 will be explained below with reference to FIG. The previous remarks and explanations apply correspondingly or in addition.
In einer schematischen, teilschnittartigen Ansicht zeigt die Fig. 3 einen Teil des Bodens 13 mit dem Rührwerk 15 einschließlich dessen Antrieb und die Zuführeinrichtung 5. Im Gegensatz zu der bisher beschriebenen Ausführungs- Variante erfolgt die Einleitung des zuzuführenden Gases 6 in die hohle Antriebswelle 28 vorzugsweise axial und/oder nur entlang bzw. innerhalb der bzw. durch die Antriebswelle 28. Der Motor 21 ist hier vorzugsweise quer o- der radial zur Antriebswelle 28 bzw. Drehachse X angeordnet. In a schematic, partially sectional view of FIG. 3 shows a portion of the bottom 13 with the agitator 15 including its drive and the feeder 5. In contrast to the previously described embodiment variant, the introduction of the supplied gas 6 takes place in the hollow drive shaft 28 preferably axially and / or only along or within the or by the drive shaft 28. The motor 21 is preferably arranged here transversely or radially to the drive shaft 28 or rotational axis X.
Einzelne Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen und -Varianten sowie einzelne Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung können beliebig miteinander kombiniert, aber auch unabhängig voneinander realisiert werden. Individual aspects of the various embodiments and variants as well as individual features and aspects of the present invention can be combined with one another as desired, but can also be implemented independently of one another.
Bezugszeichen: Anordnung Reference symbol: arrangement
Licht  light
Medium  medium
Beleuchtungseinrichtung  lighting device
Zuführeinrichtung  feeding
Gas  gas
Faser  fiber
Lichtkopf  light head
Oberfläche surface
0 Lichtsammeieinrichtung  0 Light collecting device
1 Einleitungsmittel 1 introduction means
2 Gasblase 2 gas bubble
3 Boden 3 floor
4 Behälter  4 containers
5 Rührwerk 5 agitator
6 Blasenkette 6 bubble chain
7 Rührelement  7 stirring element
18 Austrittsbereich  18 exit area
19 Erfassungseinrichtung 19 detection device
0 Steuereinrichtung 0 control device
1 Motor 1 engine
8 Antriebswelle 8 drive shaft
9 Aufnahme 9 recording
0 Bohrung 0 hole
1 Öffnung 1 opening
2 Rückschlagventil 2 check valve
3 Gehäuse 3 housing
4 Zuführraum  4 feed space
35 Leitung  35 line
36 Führungsring  36 guide ring
37 Führungsring  37 guide ring
38 Bodenplatte  38 base plate
39 Schraube  39 screw
40 Dichtung  40 seal
41 Dichtung  41 seal
42 Dichtung  42 seal
43 Hülse  43 sleeve
44 Hülse  44 sleeve
45 Kupplung  45 clutch
S Strömung  S flow
X Dreh- bzw. Rotationsachse  X rotation or rotation axis

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Anordnung (1) mit einem Behälter (14) für ein flüssiges Medium (3), das vorzugsweise Organismen, insbesondere Algen, enthält, mit einer Zuführein- richtung (5) zur Einleitung von Gas (6) in das Medium (3) bzw. in den Behälter (14) und mit einem Rührwerk (15) im Behälter (14), 1. Arrangement (1) with a container (14) for a liquid medium (3), which preferably contains organisms, in particular algae, with a feed device (5) for introducing gas (6) into the medium (3). or in the container (14) and with an agitator (15) in the container (14),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Anordnung (1) ausgebildet ist, um das Gas (6) durch das Rührwerk (15) oder dessen Antriebswelle (28) oder entlang einer Drehachse (X) des Rührwerks (15) in den Behälter (14) einzuleiten. in that the arrangement (1) is designed to introduce the gas (6) into the container (14) through the agitator (15) or its drive shaft (28) or along an axis of rotation (X) of the agitator (15).
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rühr- werk (15) an oder benachbart zu einem Boden (13) des Behälters (14) angeordnet ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the agitator (15) is arranged on or adjacent to a bottom (13) of the container (14).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (5) ein Einleitungsmittel (1 1), insbesondere einen Blasen- stein oder eine Membran, aufweist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the feed device (5) comprises an introduction means (1 1), in particular a bladder stone or a membrane.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleitungsmittel (1 1 ) zusammen mit dem Rührwerk (15) und/oder dessen Antriebswelle (28) drehbar und insbesondere davon getragen ist. 4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the introduction means (1 1) together with the agitator (15) and / or its drive shaft (28) is rotatable and in particular carried by it.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (28) zumindest teilweise hohl zur Einleitung des Gases (6) ausgebildet ist. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft (28) is at least partially hollow for introducing the gas (6).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (5) ein Rückschlagventil (32) aufweist. 6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the feed device (5) has a check valve (32).
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (32) am Rührwerk (15) oder an der Antriebswelle (28) angeord- net ist. 7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the check valve (32) on the agitator (15) or on the drive shaft (28) is arranged net.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (15) eine Einrichtung zur Erzeugung einer Blasenkette (16) von in das Medium (3) eingeleitetem Gas (6) bildet. 8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the agitator (15) forms a device for generating a bubble chain (16) of in the medium (3) initiated gas (6).
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) eine Beleuchtungseinrichtung (4) zur Einleitung von Licht (2) in das Medium (3) aufweist. 9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement (1) has a lighting device (4) for the introduction of light (2) in the medium (3).
10. Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenkette (16) mit der Beleuchtungseinrichtung (4) zur Einleitung von Licht (2) in die Blasenkette (16) beleuchtbar ist. 10. Arrangement according to claims 8 and 9, characterized in that the bubble chain (16) with the illumination device (4) for the introduction of light (2) in the bubble chain (16) is illuminated.
1 1. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung von Gas (6) in das Medium (3) zwischen rotierenden Rührelementen (17) des Rührwerks (15) vorgesehen ist. 1 1. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the introduction of gas (6) in the medium (3) between rotating stirring elements (17) of the agitator (15) is provided.
12. Verfahren zur Kultivierung von Organismen, insbesondere Algen, in einem flüssigen Medium (3), wobei Gas (6) in das Medium (3) eingeleitet und das Medium (3) mittels eines Rührwerks (15) umgerührt oder bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, 12. A method for culturing organisms, in particular algae, in a liquid medium (3), wherein gas (6) introduced into the medium (3) and the medium (3) by means of an agitator (15) stirred or agitated, characterized .
dass das Gas (6) durch das Rührwerk (15) oder dessen Antriebswelle (28) o- der entlang einer Drehachse (X) des Rührwerks (15) in das Medium (3) eingeleitet wird. the gas (6) is introduced into the medium (3) through the agitator (15) or its drive shaft (28) or along an axis of rotation (X) of the agitator (15).
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