DE102011115633A1 - Photobioreactor useful for cultivation of microalgae and biomass production, comprises partly transparent container filled with a fluid, which contains biomass, and a light source arranged on the container for illuminating the fluid - Google Patents

Photobioreactor useful for cultivation of microalgae and biomass production, comprises partly transparent container filled with a fluid, which contains biomass, and a light source arranged on the container for illuminating the fluid Download PDF

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Abstract

Photobioreactor comprises at least partly transparent container (1) filled with a fluid (2), which contains a biomass and at least one light source (3) arranged on the container for illuminating the fluid, where the light source comprises a rod-shaped closed vessel (4), which is filled with a gas. The light source comprises at least two electromagnetic couplers (5) arranged outside the vessel at different positions of a longitudinal axis of the vessel, for exciting gas discharge by voltage, where each of the couplers comprises a wound coil which is at least partially surrounding the vessel. Photobioreactor comprises at least partly transparent container (1) filled with a fluid (2), which contains a biomass and at least one light source (3) arranged on the container for illuminating the fluid, where the light source comprises a rod-shaped closed vessel (4), which is filled with a gas. The light source comprises at least two electromagnetic couplers (5) arranged outside the vessel at different positions of a longitudinal axis of the vessel, for exciting a gas discharge by a voltage induced in the vessel, where each of the couplers comprises a wound coil which is at least partially surrounding the vessel, for generating a magnetic field during an electrical current flow through the coil.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photobioreaktor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The present invention relates to a photobioreactor according to the preamble of the main claim.

Photobioreaktoren werden für eine Kultivierung von Mikroalgen und eine hiermit verbundene Erzeugung von Biomasse im industriellen Maßstab verwendet. Die erzeugte Biomasse kann anschließend verwertet bzw. in Folgeprodukten verarbeitet werden. Diese Folgeprodukte können beispielsweise Biokraftstoff, Lebensmittel und Lebensmittelhilfsstoffe, Nahrungsergänzungs- und Arzneimittel, Futtermittel, Düngemittel, Kosmetikprodukte, Biogas als Energieträger oder Synthesegas in der chemischen Industrie umfassen.Photobioreactors are used for the cultivation of microalgae and related biomass production on an industrial scale. The biomass produced can subsequently be utilized or processed in secondary products. These derived products may include, for example, biofuel, food and food adjuncts, nutritional supplements and pharmaceuticals, animal feed, fertilizers, cosmetics, biogas as an energy carrier or synthesis gas in the chemical industry.

Ein Vorteil von Photobioreaktoren besteht darin, dass auch nicht landwirtschaftlich nutzbare Flächen durch Verwendung besagter Reaktoren zur Erzeugung von Biomasse verwendet werden können, was eine Umwidmung von anderweitig nutzbaren Flächen zur Lebensmittelerzeugung und eine Vernichtung ökologisch wertvoller Flächen vermeidet.One advantage of photobioreactors is that even non-agricultural areas can be used to produce biomass by using said reactors, avoiding the rededication of otherwise usable areas for food production and the destruction of ecologically valuable areas.

Hinsichtlich einer Kultivierung von Mikroalgen in Photobioreaktoren ist festzustellen, dass von den ungefähr 40.000 bekannten Algenarten, welche Süßwasser- und Meereswasseralgen umfassen, bislang lediglich 500 kommerziell genutzt werden. Die genannten Algen werden in der Regel unter Verwendung von Photosynthese gezüchtet, wobei eine Umwandlung von Licht in chemische Energie stattfindet. Aus dem Stand der Technik bereits bekannte Photobioreaktoren verwenden hierzu offene Becken, in denen eine zur Züchtung der Algen geführte Suspension enthalten ist, und welche mit Sonnenlicht und bzw. oder einer zusätzlichen künstlichen Beleuchtung beleuchtet werden.With regard to cultivation of microalgae in photobioreactors, it is noted that out of the approximately 40,000 known species of algae, including freshwater and marine algae, only 500 are commercially used. The said algae are usually grown using photosynthesis, whereby a conversion of light into chemical energy takes place. Photobioreactors which are already known from the prior art use open basins for this purpose, in which a suspension guided for culturing the algae is contained, and which are illuminated with sunlight and / or additional artificial illumination.

So offenbart beispielsweise die Druckschrift WO 2011/066903 A1 einen Photobioreaktor mit einer Kunstlichtausleuchtung. Die Kunstlichtausleuchtung wird hierbei durch eine Kaltkathodenröhre erreicht. Nachteilig daran ist jedoch, dass Kaltkathodenröhren oder ähnliche Beleuchtungssysteme eine begrenzte Lebensdauer aufgrund von Kathodenverschleiß haben, so dass das Beleuchtungssystem des offenbarten Photobioreaktors regelmäßig ausgetauscht und erneuert werden muss.For example, the document discloses WO 2011/066903 A1 a photobioreactor with a lighting of artificial light. The artificial light illumination is achieved by a cold cathode tube. Disadvantageous, however, is that cold cathode tubes or similar lighting systems have a limited life due to cathode wear, so that the lighting system of the disclosed photobioreactor must be regularly replaced and replaced.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Photobioreaktor vorzuschlagen, der den genannten Nachteil vermeidet, mit dem also ein Beleuchtungssystem wartungsfrei betrieben werden kann und erst nach einer längeren Betriebsdauer ausgewechselt werden muss.The present invention is therefore based on the object to propose a photobioreactor which avoids the mentioned disadvantage, with which therefore a lighting system can be operated maintenance-free and must be replaced after a longer period of operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Photobioreaktor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.This object is achieved by a photobioreactor with the features of the main claim.

Ein vorgeschlagener Photobioreaktor umfasst mindestens einen mit einem Biomasse enthaltenden Fluid gefüllten, zumindest teilweise transparenten Behälter und mindestens eine an dem Behälter angeordnete Lichtquelle zum Beleuchten des Fluids. Die Lichtquelle weist ein mit einem Gas gefülltes, stabförmiges geschlossenes Gefäß auf. Außerdem umfasst die Lichtquelle mindestens zwei außerhalb des Gefäßes an verschiedenen Positionen einer Längsachse des Gefäßes angeordnete elektromagnetische Koppler zum Anregen einer Gasentladung durch eine in das Gefäß induzierte elektrische Spannung. Jeder der Koppler weist eine das Gefäß zumindest teilweise umschließende, gewickelte Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds bei einem Stromfluss durch die Spule auf.A proposed photobioreactor comprises at least one biomass-containing fluid-filled, at least partially transparent container and at least one light source arranged on the container for illuminating the fluid. The light source has a filled with a gas, rod-shaped closed vessel. In addition, the light source comprises at least two electromagnetic couplers disposed outside the vessel at different positions along a longitudinal axis of the vessel for exciting a gas discharge by an electrical voltage induced in the vessel. Each of the couplers has a wound coil at least partially enclosing the vessel for generating a magnetic field during a current flow through the coil.

Durch den zumindest teilweise transparenten Behälter kann das die Biomasse enthaltende Fluid durch die Lichtquelle beleuchtet werden und eine Photosynthese zur Erzeugung von Algen stattfinden. Die Ausgestaltung des Gefäßes der Lichtquelle als stabförmig, worunter verstanden werden soll, dass eine Längsausdehnung des Gefäßes größer als ein Durchmesser des Gefäßes ist, erlaubt es, die Lichtquelle platzsparend an dem Behälter zu befestigen. Durch das Anbringen der elektromagnetischen Koppler außerhalb des Gefäßes an verschiedenen Positionen einer Längsachse sind in dem mit Gas gefüllten Gefäß keine verschleißanfälligen Teile mehr enthalten, welche auch einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden müssten, so dass die Lichtquelle eine elektrodenlose Lampe darstellt deren Lebensdauer im Vergleich zu konventionell in Photobioreaktoren verwendeten Lichtquellen erhöht ist. Durch das Anordnen der elektromagnetischen Koppler an verschiedenen Positionen der Längsachse des Gefäßes wird ein von der stromdurchflossenen Spule erzeugtes Magnetfeld eng um das Gefäß geführt und erzeugt in dem Gefäß eine Induktionsspannung, welche die Gasentladung anregt. Die Koppler wirken somit wie eine Primärwicklung eines Transformators, während das Gefäß als Sekundärwicklung des Transformators (mit lediglich einer Windung) fungiert. Die bereits erwähnte Längsachse soll hierbei definiert sein als diejenige einer Mehrzahl von Körperachsen, welche eine größte Ausdehnung aufweist. Durch die Gasentladung gibt die Lichtquelle optische Strahlung ab, worunter nicht nur sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 780 nm bezeichnet werden soll, sondern auch infrarotes Licht und/oder ultraviolettes Licht.Due to the at least partially transparent container, the fluid containing the biomass can be illuminated by the light source and photosynthesis for the production of algae take place. The design of the vessel of the light source as a rod-shaped, which is to be understood that a longitudinal extent of the vessel is greater than a diameter of the vessel, allows the light source to save space on the container. By attaching the electromagnetic coupler outside the vessel at different positions of a longitudinal axis in the gas-filled vessel no more wear-prone parts are included, which would also be subject to regular maintenance, so that the light source is an electrodeless lamp whose life compared to conventional is increased in photobioreactors used light sources. By arranging the electromagnetic couplers at different positions of the longitudinal axis of the vessel, a magnetic field generated by the current-carrying coil is guided tightly around the vessel and generates in the vessel an induction voltage, which excites the gas discharge. The couplers thus act like a primary winding of a transformer, while the vessel acts as a secondary winding of the transformer (with only one turn). The already mentioned longitudinal axis should in this case be defined as that of a plurality of body axes, which has a greatest extent. By the gas discharge, the light source emits optical radiation, by which not only visible light with a wavelength of 400 nm to 780 nm is to be designated, but also infrared light and / or ultraviolet light.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments and further developments are described in the dependent claims.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Außenwand des Behälters mit einer Wand des Gefäßes verbunden ist. Unter der Außenwand des Behälters soll hierbei eine nicht mit dem Fluid in Kontakt kommende Oberfläche einer Behälterumrandung verstanden werden. Durch dieses Merkmal wird die Lichtquelle direkt in Kontakt mit dem Behälter gebracht, so dass ein von der Lichtquelle ausgesandtes Licht möglichst wenig abgeschwächt wird und somit ein möglichst großer Energieanteil für die Photosynthese zur Verfügung steht. Darüber hinaus werden der Behälter und die Lichtquelle starr miteinander verbunden und können als ein Modul ein- und ausgebaut werden. In besonders vorteilhafter Weise können die Außenwand des Behälters und die Wand des Gefäßes hierzu miteinander verschmolzen sein. It can be provided that an outer wall of the container is connected to a wall of the vessel. In this case, the outer wall of the container should be understood to mean a surface of a container border which does not come into contact with the fluid. By this feature, the light source is brought directly into contact with the container, so that a light emitted by the light source is attenuated as little as possible and thus the largest possible proportion of energy for photosynthesis is available. In addition, the container and the light source are rigidly connected together and can be installed and removed as a module. In a particularly advantageous manner, the outer wall of the container and the wall of the vessel for this purpose can be fused together.

Das Gefäß kann rohrförmig sein, d. h., es kann in Form eines Zylindermantels vorliegen, und den Behälter ummantelnd umschließen, wobei unter dem Begriff ”ummantelnd” verstanden werden soll, dass der Behälter allenfalls im Bereich von Rohröffnungen des Gefäßes über das Gefäß hinausragt, während alle anderen Seiten des Behälters von dem Gefäß umschlossen sind. Das Gefäß ist also als ein Mantelrohr ausgebildet. Das Gas ist in diesem Fall in einem durch eine Rohrinnenwand und eine Rohraußenwand abgeschlossenen Hohlraum enthalten. Hierdurch kann der Behälter von einer Mehrzahl von Seiten beleuchtet werden, was die Effizienz der durchzuführenden Photosynthese erhöht.The vessel may be tubular, i. h., It may be in the form of a cylinder jacket, and enclosing the container ummantelnd, which is to be understood by the term "ummantelnd" that the container protrudes at most in the range of tube openings of the vessel on the vessel, while all other sides of the container of enclosed in the vessel. The vessel is thus designed as a jacket tube. The gas is contained in this case in a closed by a pipe inner wall and a pipe outer wall cavity. As a result, the container can be illuminated from a plurality of sides, which increases the efficiency of the photosynthesis to be performed.

Der Photobioreaktor kann mehrere nebeneinander angeordnete Behälter umfassen, wobei in mindestens einem zwischen den einzelnen Behältern befindlichen Raum die Lichtquelle eingebracht ist. Durch das Anordnen mehrerer Behälter in unmittelbarer Nachbarschaft beleuchtet die Lichtquelle nicht nur einen einzelnen Behälter, sondern mehrere Behälter. Zwischen den Behältern entstehende Räume werden durch Einbringen der Lichtquelle somit optimal genutzt und das von der Lichtquelle ausgesandte Licht mit einem hohen Effizienzgrad zur Photosynthese verwendet.The photobioreactor may comprise a plurality of containers arranged next to one another, the light source being introduced in at least one space located between the individual containers. By arranging several containers in the immediate vicinity, the light source not only illuminates a single container but several containers. Between the containers resulting spaces are thus optimally utilized by introducing the light source and used by the light source emitted light with a high degree of efficiency for photosynthesis.

Außerdem kann der Photobioreaktor ein elektronisches Vorschaltgerät zum Erzeugen eines Hochfrequenzstroms aufweisen, welches elektrisch mit den Kupplern verbunden ist. Unter einem Hochfrequenzstrom soll hierbei Strom mit einer Frequenz oberhalb von 100 kHz, vorzugsweise zwischen 200 kHz und 300 kHz, besonders vorzugsweise 250 kHz, verstanden werden. Durch das elektronische Vorschaltgerät kann Netzstrom mit einer Frequenz von 50 Hz/60 Hz oder Batteriestrom in den einfacher in das Gefäß einkoppelbaren Hochfrequenzstrom umgewandelt werden. Außerdem reduziert das elektronische Vorschaltgerät eine benötigte Zündspannung der Gasentladungslampe auf einen Bereich von 70 V bis 200 V Betriebsspannung.In addition, the photobioreactor may include an electronic ballast for generating a high frequency current that is electrically connected to the couplers. In this case, a high-frequency current is understood to mean current having a frequency above 100 kHz, preferably between 200 kHz and 300 kHz, particularly preferably 250 kHz. The electronic ballast can be used to convert mains power at a frequency of 50 Hz / 60 Hz or battery power into the radio frequency current that can be more easily coupled into the vessel. In addition, the electronic ballast reduces a required ignition voltage of the gas discharge lamp to a range of 70 V to 200 V operating voltage.

Zur Verbesserung von Strahlungseigenschaften des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes, also beispielsweise Intensität oder spektraler Verteilung, kann eine dem Gas zugewandte Innenwand des Gefäßes mit einem Leuchtmittel beschichtet sein.To improve the radiation properties of the light emitted by the light source, that is, for example, intensity or spectral distribution, an inner wall of the vessel facing the gas can be coated with a light source.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zwei Koppler einander gegenüberliegend an verschiedenen Enden des stabförmigen Gefäßes angeordnet sind. Hierdurch wird das von den Kopplern erzeugte Magnetfeld in einem möglichst weiten Bereich durch das Gefäß, also auch durch das in dem Gefäß enthaltene Gas, geführt, was die Effizienz der Gasentladung erhöht.It is preferably provided that the two couplers are arranged opposite one another at different ends of the rod-shaped vessel. As a result, the magnetic field generated by the couplers in the widest possible range through the vessel, including by the gas contained in the vessel, out, which increases the efficiency of the gas discharge.

Der Behälter kann zylinderförmig sein, wobei der Begriff zylinderförmig jegliche Bauformen umfassen soll, bei denen die Längsachse größer als der Durchmesser ist. Der Durchmesser selbst kann nicht nur rund sein, sondern auch oval oder eckig, insbesondere viereckig oder sechseckig.The container may be cylindrical, wherein the term cylindrical is intended to include any designs in which the longitudinal axis is greater than the diameter. The diameter itself can not only be round, but also oval or angular, in particular square or hexagonal.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Behälter auch ein Rohr umfassen, wobei vorzugsweise bei Verwendung mehrerer Rohre diese untereinander verbunden sind. In letzterem Fall können die Rohre mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnet sein.In a further embodiment, the container may also comprise a tube, wherein these are preferably interconnected when using a plurality of tubes. In the latter case, the tubes can be arranged with their longitudinal axes parallel to each other.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst jeder der Koppler einen Ferritkern mit einer Öffnung, in welcher das Gefäß angeordnet ist. Die Spule ist hierbei um zumindest einen Teil des Ferritkerns gewickelt. Durch den Ferritkern wird besonders effizient das Magnetfeld erzeugt und die Spannung im Gefäß induziert. Der Ferritkern kann vorzugsweise ringförmig sein, so dass das Gefäß komplett von dem Ferritkern umschlossen wird.In an advantageous embodiment, each of the couplers comprises a ferrite core with an opening in which the vessel is arranged. The coil is wound around at least part of the ferrite core. The ferrite core generates the magnetic field in a particularly efficient manner and induces the voltage in the vessel. The ferrite core may preferably be annular, so that the vessel is completely enclosed by the ferrite core.

Das Gas umfasst in vorteilhafter Weise ein Gemisch aus einem Edelgas und einem Quecksilberzusatz. Durch die hervorgerufene Induktionsspannung beschleunigte Elektronen prallen in diesem Fall auf Quecksilberatome, welche die aufgenommene Stoßenergie in Form von Strahlung wieder abgeben. Der Quecksilberzusatz kann hierzu in vorteilhafter Weise in Form von Amalgam gebunden sein. Statt eines einzelnen Edelgases kann auch ein Gemisch verschiedener Edelgase mit und ohne Dotierung verwendet werden.The gas advantageously comprises a mixture of a noble gas and a mercury additive. Electrons accelerated by the induced induction voltage collide in this case with mercury atoms, which release the absorbed impact energy in the form of radiation. The addition of mercury can be bound in an advantageous manner in the form of amalgam. Instead of a single noble gas, a mixture of different noble gases with and without doping can be used.

Das die Biomasse enthaltende Fluid kann eine biologische Suspension, vorzugsweise eine Algensuspension, umfassen, in welcher eine Algenzüchtung sehr effizient vorgenommen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das die Biomasse enthaltende Fluid auch eine Flüssigkeit oder ein Gas enthalten, welches mit dem Photobioreaktor entkeimt werden soll.The fluid containing the biomass may comprise a biological suspension, preferably an algal suspension, in which algae growth can be carried out very efficiently. Alternatively or additionally, the fluid containing the biomass may also contain a liquid or a gas which is to be sterilized with the photobioreactor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below with reference to the 1 to 5 explained.

Es zeigen:Show it:

1 eine Aufsicht auf einen Photobioreaktor mit mehreren nebeneinander angeordneten Behältern, wobei in Zwischenräume zwischen den Behältern jeweils eine Lichtquelle eingebracht ist, 1 a view of a photobioreactor with a plurality of juxtaposed containers, wherein in interspaces between the containers in each case a light source is introduced,

2 eine seitliche Ansicht eines der Behälter mit zwei neben dem Behälter postierten Lichtquellen, 2 a side view of one of the containers with two light sources positioned next to the container,

3 eine seitliche Ansicht einer der Lichtquellen mit einem elektronischen Vorschaltgerät, 3 a side view of one of the light sources with an electronic ballast,

4 eine Aufsicht auf einen Photobioreaktor, bei dem ein Behälter von einer als Mantelrohr ausgebildeten Lichtquelle umschlossen ist, 4 a view of a photobioreactor, in which a container is enclosed by a light pipe designed as a light source,

5 eine 2 entsprechende seitliche Ansicht des in 4 in Aufsicht dargestellten Behälters mit der als Mantelrohr ausgeführten Lichtquelle und 5 a 2 corresponding side view of the in 4 shown in plan container with the designed as a jacket tube light source and

6 eine 5 entsprechende seitliche Ansicht eines der Behälter und einer der Lichtquellen mit einem elektronischen Vorschaltgerät. 6 a 5 corresponding side view of one of the containers and one of the light sources with an electronic ballast.

In 1 ist in Aufsicht ein Photobioreaktor dargestellt, der sechs Behälter 1 umfasst, welche kreisförmig um einen mittleren Behälter 1' angeordnet sind so dass die Abstände zwischen dem mittleren Behälter 1' und den übrigen Behältern 1 minimiert werden. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Behälter 1 und der mittlere Behälter 1' somit in dichtest möglicher Packung angeordnet. Jeder der Behälter 1 sowie der mittlere Behälter 1' ist mit einer Algensuspension 2 gefüllt und weist jeweils einen identischen kreisförmigen Durchmesser auf. Die Durchmesser der Behälter 1 und des mittleren Behälters 1' können in alternativen Ausführungsformen auch unterschiedlich groß sein. Statt der Algensuspension 2 kann auch in weiteren Ausführungsformen eine zu entkeimende Flüssigkeit oder ein Gas in den Behältern 1 und dem weiteren Behälter 1' enthalten sein.In 1 is shown in plan a photobioreactor, the six containers 1 which is circular about a central container 1' are arranged so that the distances between the middle container 1' and the other containers 1 be minimized. How out 1 As can be seen, the containers are 1 and the middle container 1' thus arranged in densest possible pack. Each of the containers 1 as well as the middle container 1' is with an algae suspension 2 filled and each has an identical circular diameter. The diameters of the containers 1 and the middle container 1' may also be different sizes in alternative embodiments. Instead of the algae suspension 2 can also be used in other embodiments, a liquid to be sterilized or a gas in the containers 1 and the other container 1' be included.

Durch die Kreisform der Behälter 1 ergeben sich Zwischenräume zwischen dem mittleren Behälter 1' und den übrigen Behältern 1. In zwischen dem mittleren Behälter 1' und den Behältern 1 befindliche Zwischenräume ist jeweils eine Lichtquelle 3 eingebracht, so dass der in 1 dargestellte Photobioreaktor insgesamt sechs Lichtquellen 3 aufweist. In weiteren Ausführungsformen können auch nur in einzelnen und nicht in allen der Zwischenräume die Lichtquellen 3 angeordnet sein. Die Lichtquellen 3 umfassen ein Gefäß 4 sowie zwei identische Koppler 5, von denen allerdings bedingt durch die Aufsicht nur einer sichtbar ist. Der Koppler 5 ist kreisförmig und weist einen Ferritkern sowie eine um den Ferritkern gewickelte Spule auf. Mittig ist in jedem der Koppler 5 eine Öffnung vorgesehen, in welcher das Gefäß 4 liegt. Der Koppler 5 kann sowohl in den Zwischenräumen als auch außerhalb der Zwischenräume angeordnet sein.By the circular shape of the container 1 there are gaps between the middle container 1' and the other containers 1 , In between the middle tank 1' and the containers 1 each intermediate spaces is each a light source 3 introduced so that the in 1 represented photobioreactor a total of six light sources 3 having. In further embodiments, the light sources can also only in individual and not in all of the spaces 3 be arranged. The light sources 3 include a vessel 4 as well as two identical couplers 5 of which, however, only one is visible due to the supervision. The coupler 5 is circular and has a ferrite core and a coil wound around the ferrite core. Center is in each of the couplers 5 provided an opening in which the vessel 4 lies. The coupler 5 can be located both in the interstices and outside the interstices.

Die Behälter 1 sowie der mittlere Behälter 1' weisen jeweils eine transparente Glaswand auf, so dass von der Lichtquelle 3 ausgesandtes Licht im sichtbaren Spektralbereich die Algensuspension 2 beleuchtet und durch Photosynthese Algen gezüchtet werden. Das Gefäß 4 der Lichtquelle 3 besteht ebenfalls aus Glas, wobei in dem Gefäß 4 ein Gemisch aus einem Edelgas, im dargestellten Ausführungsbeispiel Krypton oder Argon, und Amalgam als Quecksilberzusatz enthalten ist. Jeder der Behälter 1 sowie der mittlere Behälter 1' berührt mit einer Außenwand eine Wand des Gefäßes 4, so dass die genannten Wände in direktem Kontakt miteinander sind. In einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, beide Wände miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschmelzen oder zu verkleben. Die Behälter 1 und der mittlere Behälter 1' weisen eine Zylinderform auf, wobei Längsachsen der einzelnen Behälter 1 parallel zueinander angeordnet sind. Die Gefäße 4 der Lichtquellen 3 müssen nicht in direktem Kontakt mit den Behältern 1 oder dem mittleren Behälter 1' stehen, sondern können in weiteren Ausführungsformen auch von diesen beabstandet angeordnet sein.The containers 1 as well as the middle container 1' each have a transparent glass wall, so that from the light source 3 emitted light in the visible spectral range the algal suspension 2 illuminated and grown by photosynthesis algae. The container 4 the light source 3 is also made of glass, being in the vessel 4 a mixture of a noble gas, in the illustrated embodiment krypton or argon, and amalgam is included as mercury additive. Each of the containers 1 as well as the middle container 1' touched with an outer wall a wall of the vessel 4 in that said walls are in direct contact with each other. In a further embodiment, it can also be provided to connect the two walls to one another, for example to fuse or glue them together. The containers 1 and the middle container 1' have a cylindrical shape, with longitudinal axes of the individual containers 1 are arranged parallel to each other. The vessels 4 the light sources 3 do not have to be in direct contact with the containers 1 or the middle container 1' but can be arranged spaced from these in other embodiments.

In 2 ist der mittlere Behälter 1' in einer seitlichen Ansicht zusammen mit zwei Lichtquellen 3 dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen.In 2 is the middle tank 1' in a side view together with two light sources 3 shown. Recurring features are provided with identical reference numerals in this figure as well as in the following figures.

Der mittlere Behälter 1' ist zylinderförmig; eine Längsachse des mittleren Behälters 1' ist in 2 horizontal gelegen. Die Gefäße 4 der Lichtquellen 3 sind jeweils stabförmig; eine Längsachse des Gefäßes 4 ist in 2 ebenfalls horizontal gelegen. Die Längsachsen des mittleren Behälters 1' und der Gefäße 4 liegen somit parallel zueinander. Der mittlere Behälter 1' ist ein Rohr, in dem die Algensuspension 2 geführt wird. Die restlichen Behälter 1 sind ebenfalls als Rohre ausgestaltet und stehen mit dem mittleren Behälter 1' sowie untereinander in Kontakt, so dass die Algensuspension 2 durch sämtliche der Behälter 1 und den mittleren Behälter 1' fließen kann.The middle container 1' is cylindrical; a longitudinal axis of the middle container 1' is in 2 located horizontally. The vessels 4 the light sources 3 are each rod-shaped; a longitudinal axis of the vessel 4 is in 2 also horizontal. The longitudinal axes of the middle container 1' and the vessels 4 are thus parallel to each other. The middle container 1' is a tube in which the algal suspension 2 to be led. The remaining containers 1 are also designed as tubes and stand with the middle container 1' and in contact with each other, so that the algae suspension 2 through all the containers 1 and the middle container 1' can flow.

Jede der Lichtquellen 3 weist zwei Koppler 5 auf, die einander gegenüberliegend an verschiedenen Enden des stabförmigen Gefäßes 4 angeordnet sind. Durch die Koppler 5 ist ein magnetisches Feld in dem Gefäß 4 erzeugbar, sofern ein elektrischer Strom durch die Koppler 5 fließt. Hierdurch wird eine Spannung in dem Gefäß 4 induziert, so dass beschleunigte Elektronen Quecksilberatome treffen, diese Quecksilberatome die Stoßenergie absorbieren und UV-Strahlung emittieren. Das Gefäß 4 ist auf einer dem Edelgas und dem Quecksilber zugewandten Innenwand des Gefäßes 4 mit einem fluoreszierenden Leuchtmittel versehen. Dieses Leuchtmittel wird durch die UV-Strahlung angeregt und emittiert Licht im sichtbaren Spektralbereich.Each of the light sources 3 has two couplers 5 on, which are opposite each other at different ends of the rod-shaped vessel 4 are arranged. Through the coupler 5 is a magnetic field in the vessel 4 producible, provided that an electric current through the coupler 5 flows. This creates a tension in the vessel 4 induced so that accelerated electrons hit mercury atoms, these mercury atoms absorb the impact energy and emit UV radiation. The container 4 is on an inner wall of the vessel facing the inert gas and the mercury 4 provided with a fluorescent light source. This light source is excited by the UV radiation and emits light in the visible spectral range.

In 3 ist in einer der 2 entsprechenden Ansicht eine einzelne der Lichtquellen 3 dargestellt. Die Koppler 5 sind, wie in 2 bereits dargestellt, an einander gegenüberliegenden Seiten des Gefäßes 4 der Lichtquelle 3 angeordnet. Zusätzlich ist in dieser Ansicht an jedem der Koppler 5 nun auch noch eine gewickelte Spule 6 dargestellt, welche das Gefäß 4 zumindest teilweise umschließt. Die Spulen 6 sind über ein Kabel 7 elektrisch miteinander verbunden.In 3 is in one of the 2 corresponding view a single one of the light sources 3 shown. The couplers 5 are, as in 2 already shown, on opposite sides of the vessel 4 the light source 3 arranged. Additionally, in this view, at each of the couplers 5 now also a wound coil 6 representing which the vessel 4 at least partially encloses. The spools 6 are over a cable 7 electrically connected to each other.

Die Spulen 6 sind außerdem mit einem elektronischen Vorschaltgerät 8 verbunden, welches elektrische Energie von einem Stromnetz 9 erhält und zur Ansteuerung der Lichtquelle 3 umwandelt. Das elektronische Vorschaltgerät 8 ist in 3 zur besseren Übersicht räumlich getrennt von dem Gefäß 4 dargestellt, kann aber natürlich auch direkt an dem Gefäß 4 angebracht sein. Das Stromnetz 9 weist einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50/60 Hz auf, wohingegen das elektronische Vorschaltgerät diesen Wechselstrom in einen Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz von 250 kHz umwandelt. Dieser Hochfrequenzstrom wird über die Koppler 5 als elektromagnetisches Wechselfeld in das Gefäß 4 eingekoppelt.The spools 6 are also equipped with an electronic ballast 8th connected, which is electrical energy from a power grid 9 receives and to control the light source 3 transforms. The electronic ballast 8th is in 3 for a better overview spatially separated from the vessel 4 but of course it can also be directly attached to the vessel 4 to be appropriate. The power grid 9 has an alternating current with a frequency of 50/60 Hz, whereas the electronic ballast converts this alternating current into a high frequency current with a frequency of 250 kHz. This high frequency current is through the couplers 5 as an alternating electromagnetic field in the vessel 4 coupled.

4 zeigt in einer der 1 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Photobioreaktors. Der Photobioreaktor umfasst wiederum mehrere Behälter 1. Der mittlere Behälter 1' ist von den sechs weiteren Behältern 1 umgeben, wobei sich die einzelnen Behälter 1 mit ihren Wänden in dieser Ausführungsform nicht berühren, die Behälter 1 also voneinander und von dem mittleren Behälter 1' beabstandet sind. In einer alternativen Ausführungsform können die Behälter 1 sich untereinander sowie den mittleren Behälter 1' allerdings auch berühren. In jedem der Behälter 1 sowie in dem mittleren Behälter 1' ist wiederum die Algensuspension 2 enthalten. 4 shows in one of the 1 corresponding representation of another embodiment of a photobioreactor. The photobioreactor in turn comprises several containers 1 , The middle container 1' is from the six other tanks 1 surrounded, with each container 1 with their walls in this embodiment do not touch the containers 1 so from each other and from the middle container 1' are spaced. In an alternative embodiment, the containers 1 between themselves and the middle container 1' but also touch. In each of the containers 1 as well as in the middle container 1' is again the algae suspension 2 contain.

Wie in dem in 1 bis 3 bereits gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Behälter 1 sowie der mittlere Behälter 1' mit einer transparenten Glaswand versehen, weisen einen runden Querschnitt auf und sind rohrförmig. In weiteren Ausführungsformen können die Behälter 1 sowie der mittlere Behälter 1' natürlich auch andere Querschnitte aufweisen, beispielsweise viereckig oder sechseckig sein.As in the in 1 to 3 already shown embodiment, the container 1 as well as the middle container 1' provided with a transparent glass wall, have a round cross section and are tubular. In further embodiments, the containers 1 as well as the middle container 1' Of course, have other cross-sections, for example, be square or hexagonal.

Eine Lichtquelle 3' ist in Form eines Mantelrohrs ausgebildet und umschließt den mittleren Behälter 1'. Die Lichtquelle 3' weist ein Gefäß 4' auf, welches rohrförmig ist, also einen runden Querschnitt mit einem innen liegenden Hohlraum aufweist, und den mittleren Behälter 1' mantelförmig umschließt. In diesem Hohlraum ist der mittlere Behälter 1' eingebracht. Das Gefäß 4' ist mit einer Mischung aus Krypton und Quecksilber in der Dampfphase gefüllt. Die Lichtquelle 3' weist außerdem elektromagnetische Koppler 5' auf, welche ebenfalls ringförmig ausgebildet sind und sowohl das Gefäß 4' als auch den mittleren Behälter 1' umschließen.A light source 3 ' is in the form of a jacket tube and surrounds the middle container 1' , The light source 3 ' has a vessel 4 ' which is tubular, that is has a round cross-section with an internal cavity, and the middle container 1' encloses shell-shaped. In this cavity is the middle container 1' brought in. The container 4 ' is filled with a mixture of krypton and mercury in the vapor phase. The light source 3 ' also has electromagnetic couplers 5 ' which are also annular and both the vessel 4 ' as well as the middle tank 1' enclose.

In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 3' lediglich am mittleren Behälter 1' angebracht, allerdings kann in weiteren Ausführungsformen natürlich auch die als Mantelrohr ausgebildete Lichtquelle 3' zusätzlich oder alternativ an den Behältern 1 angebracht sein.In the in 3 illustrated embodiment is the light source 3 ' only on the middle container 1' attached, however, in other embodiments, of course, also designed as a jacket tube light source 3 ' additionally or alternatively on the containers 1 to be appropriate.

In 5 ist in einer der 2 entsprechenden Darstellung der in 4 dargestellte mittlere Behälter 1' und die in dieser Figur ebenfalls dargestellte Lichtquelle 3' gezeigt. Die Längsachsen des Gefäßes 4' und des mittleren Behälters 1' sind wiederum parallel zueinander angeordnet und verlaufen in 5 in horizontaler Richtung.In 5 is in one of the 2 corresponding representation of in 4 illustrated middle container 1' and the light source also shown in this figure 3 ' shown. The longitudinal axes of the vessel 4 ' and the middle container 1' are in turn arranged parallel to each other and run in 5 in a horizontal direction.

Die Lichtquelle 3' ist entlang dieser Längsachsen auf einer Außenwand des mittleren Behälters 1' verschiebbar. Somit kann die Lichtquelle 3' von dem mittleren Behälter 1' beispielsweise zu Reinigungszwecken einfach getrennt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann allerdings auch vorgesehen sein, das Gefäß 4' und den mittleren Behälter 1' miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Verschmelzen der die Wände bildenden Gläser, In diesem Fall bilden der mittlere Behälter 1' und das Gefäß 4' ein Modul welches aus dem dargestellten Photobioreaktor einfach ausgebaut und in weitere Photobioreaktoren eingebaut werden kann.The light source 3 ' is along these longitudinal axes on an outer wall of the middle container 1' displaceable. Thus, the light source 3 ' from the middle tank 1' for example, be easily separated for cleaning purposes. In a further embodiment, however, can also be provided, the vessel 4 ' and the middle container 1' connect to each other, for example, by fusing the glasses forming the walls, in this case form the middle container 1' and the vessel 4 ' a module which can be easily removed from the illustrated photobioreactor and installed in other photobioreactors.

Das Gemisch aus Edelgas und Quecksilber ist in dem Gefäß 4' in einem durch eine Rohrinnenwand und eine Rohraußenwand abgeschlossenen Hohlraum enthalten.The mixture of noble gas and mercury is in the vessel 4 ' contained in a closed by a pipe inner wall and a pipe outer wall cavity.

Durch das komplette Umschließen des mittleren Behälters 1' kann das von der Lichtquelle 3' ausgesandte Licht von allen Richtungen auf die Algensuspension 2 einwirken. Das Gefäß 4' liegt somit wie ein Mantel um den mittleren Behälter 1', d. h., dass nur die Eintritts- und Austrittsöffnungen für die Algensuspension 2 nicht von dem Gefäß 4' umschlossen werden.By completely enclosing the middle container 1' can that be from the light source 3 ' emitted light from all directions on the algae suspension 2 act. The container 4 ' thus lies like a cloak around the middle container 1' , ie that only the entrance and exit openings for the algal suspension 2 not from the vessel 4 ' be enclosed.

In 6 ist in einer der 3 entsprechenden Darstellung die Lichtquelle 3' des in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiels des Photobioreaktors detaillierter gezeigt. Die elektromagnetischen Koppler 5' weisen wie zuvor einen Ferritkern auf, welcher ringförmig ist und in seiner Öffnung sowohl das Gefäß 4' als auch den mittleren Behälter 1' umschließt. Umlaufend um diesen Ferritkern ist die Spule 6 aus einem leitfähigen Material gewickelt. Die Spulen 6 sind über ein Kabel 7 miteinander verbunden.In 6 is in one of the 3 corresponding representation of the light source 3 ' in the 4 and 5 illustrated embodiment of the Photobioreactor shown in more detail. The electromagnetic couplers 5 ' As before, a ferrite core, which is annular and in its opening both the vessel 4 ' as well as the middle tank 1' encloses. Surrounding this ferrite core is the coil 6 made of a conductive material. The spools 6 are over a cable 7 connected with each other.

Die elektromagnetischen Koppler 5 werden durch ein elektronisches Vorschaltgerät 8 gesteuert. Das elektronische Vorschaltgerät 8 wandelt eine von dem Stromnetz 9 kommende Frequenz in eine zur Ansteuerung der elektromagnetischen Koppler geeignete Hochfrequenz um. Über das elektronischen Vorschaltgerät 8 sind darüber hinaus die Dauer eines Betriebs der Lichtquelle 3' sowie Schaltzyklen der Lichtquelle 3' steuerbar. Ebenso kann auch eine Intensität des von der Lichtquelle 3' erzeugten Lichts durch den elektronischen Vorschaltgerät 8 eingestellt werden.The electromagnetic couplers 5 be through an electronic ballast 8th controlled. The electronic ballast 8th converts one from the power grid 9 incoming frequency in a suitable for driving the electromagnetic coupler high frequency. About the electronic ballast 8th are beyond the duration of an operation of the light source 3 ' and switching cycles of the light source 3 ' controllable. Similarly, an intensity of the light source 3 ' generated light through the electronic ballast 8th be set.

Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.Only features disclosed in the embodiments of the various embodiments can be combined and claimed individually.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2011/066903 A1 [0005] WO 2011/066903 A1 [0005]

Claims (10)

Photobioreaktor, umfassend mindestens einen mit einem Biomasse enthaltenden Fluid (2) gefüllten, zumindest teilweise transparenten Behälter (1, 1') und mindestens eine an dem Behälter (1, 1') angeordnete Lichtquelle (3, 3') zum Beleuchten des Fluids (2), wobei die Lichtquelle (3, 3') ein mit einem Gas gefülltes, stabförmiges geschlossenes Gefäß (4, 4') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3, 3') mindestens zwei außerhalb des Gefäßes (4, 4') an verschiedenen Positionen einer Längsachse des Gefäßes (4, 4') angeordnete elektromagnetische Koppler (5, 5') zum Anregen einer Gasentladung durch eine in das Gefäß (4, 4') induzierte Spannung umfasst, wobei jeder der Koppler (5, 5') eine das Gefäß (4, 4') zumindest teilweise umschließende, gewickelte Spule (6) zum Erzeugen eines Magnetfelds bei einem elektrischen Stromfluss durch die Spule (6) aufweist.Photobioreactor comprising at least one biomass-containing fluid ( 2 ) filled, at least partially transparent container ( 1 . 1' ) and at least one on the container ( 1 . 1' ) arranged light source ( 3 . 3 ' ) for illuminating the fluid ( 2 ), the light source ( 3 . 3 ' ) filled with a gas, rod-shaped closed vessel ( 4 . 4 ' ), characterized in that the light source ( 3 . 3 ' ) at least two outside the vessel ( 4 . 4 ' ) at different positions of a longitudinal axis of the vessel ( 4 . 4 ' ) arranged electromagnetic couplers ( 5 . 5 ' ) for exciting a gas discharge through a into the vessel ( 4 . 4 ' ) induced voltage, each of the couplers ( 5 . 5 ' ) a the vessel ( 4 . 4 ' ) at least partially enclosing, wound coil ( 6 ) for generating a magnetic field in an electric current flow through the coil ( 6 ) having. Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwand des Behälters (1, 1') mit einer Wand des Gefäßes (4, 4') verbunden ist.Photobioreactor according to claim 1, characterized in that an outer wall of the container ( 1 . 1' ) with a wall of the vessel ( 4 . 4 ' ) connected is. Photobioreaktor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (4, 4') rohrförmig ist und den Behälter (1, 1') ummantelnd umschließt, wobei das Gas in einem durch eine Rohrinnenwand und eine Rohraußenwand abgeschlossenen Hohlraum enthalten ist.Photobioreactor according to claim 1 or claim 2, characterized in that the vessel ( 4 . 4 ' ) is tubular and the container ( 1 . 1' ) surrounds enclosing, wherein the gas is contained in a closed by a pipe inner wall and a pipe outer wall cavity. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Photobioreaktor mehrere nebeneinander angeordnete Behälter (1, 1') umfasst, wobei in mindestens einen zwischen den einzelnen Behältern (1, 1') befindlichen Raum die Lichtquelle (3, 3') eingebracht ist.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the photobioreactor a plurality of juxtaposed container ( 1 . 1' ), wherein at least one between the individual containers ( 1 . 1' ) space the light source ( 3 . 3 ' ) is introduced. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Vorschaltgerät (8) zum Erzeugen eines Hochfrequenzstroms elektrisch mit den Kopplern (5, 5') verbunden ist.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that an electronic ballast ( 8th ) for generating a high-frequency current electrically with the couplers ( 5 . 5 ' ) connected is. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Gas zugewandte Innenwand des Gefäßes (4, 4') mit einem Leuchtmittel beschichtet ist.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that a gas-facing inner wall of the vessel ( 4 . 4 ' ) is coated with a light source. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Koppler (5, 5') einander gegenüberliegend an verschiedenen Enden des stabförmigen Gefäßes (4, 4') angeordnet sind.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the two couplers ( 5 . 5 ' ) are opposite one another at different ends of the rod-shaped vessel ( 4 . 4 ' ) are arranged. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1, 1') zylinderförmig ist.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 1 . 1' ) is cylindrical. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Koppler (5, 5') einen, vorzugsweise ringförmigen, Ferritkern mit einer Öffnung, in welcher das Gefäß (4, 4') angeordnet ist, umfasst, wobei die Spule (6) um zumindest einen Teil des Ferritkerns gewickelt ist.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that each of the couplers ( 5 . 5 ' ), a preferably annular, ferrite core having an opening in which the vessel ( 4 . 4 ' ), wherein the coil ( 6 ) is wound around at least part of the ferrite core. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Gemisch aus einem Edelgas und einem Quecksilberzusatz umfasst.Photobioreactor according to one of the preceding claims, characterized in that the gas comprises a mixture of a noble gas and a mercury additive.
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