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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Trennelement nach Anspruch 1 sowie einen Bioreaktor nach Anspruch 6.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Bioreaktoren bekannt, die eine Suspension, die die zu kultivierende Algen enthält, zu unterschiedlichen Zeitpunkten verschiedenen Lichtverhältnissen aussetzt um das Wachstum der Algen zu stimulieren.
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Jörg Degen et all beschreiben in ihrem Artikel „A novel airlift photobioreactor with baffles for improved light utilization through the flashing light effect” bspw. einen sogenannten ”flat-panel” Bioreaktor, in denen Algen durch eine stufenförmige Ausbildung von Zwischenwänden eines Rohrs einem lichtarmen und einem lichtreichen Bereich zugeführt werden. Dies setzt allerdings eine aufwändige Installierung der Zwischenwände voraus. Ferner sind diese fest installiert und lassen sich somit nur mit höchstem Aufwand reinigen.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Trennelement für einen Bioreaktor sowie einen Bioreaktor derart zu verbessern, dass das Wachstum von Algen optimal gefördert wird. Ferner soll das Trennelement derart ausgebildet sein, dass es einfach zu installieren und reinigen ist. Außerdem soll der Bioreaktor möglichst kompakt ausgebildet sein.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Trennelement nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das Trennelement für einen Bioreaktor zur Kultivierung von Algen entlang seiner Längsachse verdreht ausgebildet.
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Das Trennelement weist vor allem eine Länge entlang einer Längsrichtung und eine Breite entlang einer Querrichtung auf. Die Länge erstreckt sich dabei insbesondere von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Trennelementes. Das Trennelement ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass dessen Mittellinie der Längsachse des Trennelementes entspricht. Vorzugsweise ist das Trennelement schraubenförmig verdreht. Ferner ist das Trennelement bevorzugterweise regelmäßig verdreht. Dies bedeutet, dass der Drehwinkel in Bezug auf die Längsachse, um die das Trennelement verdreht ausgebildet ist, pro Längeneinheit des Trennelementes konstant ist.
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Das Trennelement umfasst ferner bevorzugt zwei Kanten, und zwar eine erste Kante und eine zweite Kante. Insbesondere sind die beiden Kanten jeweils in einem Abstand von einer halben Breite des Trennelementes um die Mittellinie des Trennelementes verdreht angeordnet. Die Drehung der beiden Kanten beträgt jeweils mindestens 360°.
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Ferner bevorzugt weist das Trennelement zwei Seiten auf, und zwar eine erste Seite und eine zweite Seite, die sich insbesondere durchgängig von der ersten Kante zu der zweiten Kante erstrecken. Die Seiten sind vor allem flächig ausgebildet.
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Durch eine verdrehte Ausbildung des Trennelementes entlang seiner Längsachse kann eine Strömung in einem Rohr eines Bioreaktors, in dem das Trennelement angeordnet ist, vorteilhafterweise in zwei Teilströmungen aufgetrennt werden, die sich in ihrer Bewegung von einem Längsende des Trennelementes zum anderen Längsende des Trennelementes um die Mittellinie des Trennelementes herum bewegen. Insbesondere fließt eine Suspension enthaltend Algen durch das Rohr.
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Unter einem Bioreaktor ist ein Fermenter zu verstehen, das heißt eine Vorrichtung, in dem bestimmte Mikroorganismen, hier Algen, unter möglichst optimalen Bedingungen kultiviert beziehungsweise fermentiert werden. Ein turbulenter Bioreaktor kennzeichnet sich dadurch aus, dass er eine Algen enthaltene Suspension in Strömung versetzt.
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Bei den Algen handelt es sich insbesondere um Mikroalgen, die vorzugsweise eine Größe von kleiner als 100 μm, ferner bevorzugt kleiner als 50 μm, am meistens bevorzugt kleiner als 20 μm, aufweisen. Unter der Größe der Algen ist insbesondere eine Dimension der Algen in eine Raumrichtung zu verstehen, wobei die Algen insbesondere in allen drei Raumrichtungen eine Dimension, wie oben beschrieben, aufweisen.
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Vorteilhafterweise ist das Trennelement spiralförmig ausgebildet. So bewegen sich Teilströmungen einer Suspension eines Rohres in einem Rohr eines Bioreaktors in einer spiralförmigen Bewegungsbahn durch das Rohr, beziehungsweise um eine Mittellinie des Trennelementes herum. Insbesondere ist das Trennelement in Form einer Spirale ausgebildet, die innerhalb eines Rohres eines Bioreaktors anordnenbar ist und somit eine Trennung einer in dem Rohr fließenden Suspension, die Algen enthält, in zwei Teilströmungen erzeugen kann.
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Insbesondere ist das Trennelement in einem Rohr eines Bioreaktors anordnenbar, das einen lichtarmen und einen lichtreichen Bereich aufweist. Mittels des Trennelementes durchfließen die beiden Teilströmungen abwechselnd den lichtarmen Bereich und den lichtreichen Bereich des Rohres. Somit findet eine kontrollierte Verwirbelung statt, die dazu führt, dass die Algen, die sich in einer Suspension befinden, nicht ständig unter Volllast arbeiten müssen, sondern regelmäßig zur Erholung auch in lichtarme Bereiche des Bioreaktors gelangen.
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Vorteilhafterweise ist das Trennelement intransparent oder transparent ausgebildet. Durch eine intransparente Ausbildung wird erreicht, dass in Bezug auf die Lichtverhältnisse des lichtarmen und lichtreichen Bereichs eine komplette Trennung der beiden Teilströmungen erreicht wird, die sich vorteilhaft auf das Wachstum der Algen auswirkt.
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Ferner bevorzugt ist das Trennelement beidseitig reflektierend ausgebildet. Licht, das auf keine Alge gestoßen ist, kann somit nach Reflektion am Trennelement doch noch eine Alge treffen. Somit wird die Lichtaussetzung der Algen in einer Teilströmung, die sich im lichtreichen Bereich befindet, noch effizierter ausgestaltet. Somit sind beide Seiten des Trennelementes reflektierend ausgestaltet. Dies kann insbesondere durch eine reflektierende Beschichtung gewährleistet sein. Vorzugsweise ist das Trennelement aus Metall gebildet oder mittels einer entsprechenden Beschichtung reflektierend ausgebildet.
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Vorteilhafterweise weist das Trennelement an mindestens einem Ende einen Verbindungsbereich zum Verbinden mit einem weiteren Trennelement und/oder zum Fixieren des Trennelementes in einem Rohr des Bioreaktors auf. Insbesondere weist das Trennelement an beiden Enden einen entsprechenden Verbindungsbereich auf. Dieser Verbindungsbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass er mit einem entsprechenden Verbindungsbereich eines weiteren Trennelementes und/oder eines Fixierelementes zum Fixieren des Trennelementes in einem Rohr des Bioreaktors eine wieder lösbare Verbindung eingehen kann.
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Insbesondere ist der Verbindungsbereich stegförmig ausgebildet, wobei der dazugehörige Verbindungsbereich eines weiteren Trennelementes und/oder eines Fixierelementes schlitzförmig ausgebildet ist, sodass eine Verbindung zwischen dieser hergestellt werden kann. Dabei setzt sich die verdrehte Ausbildung des Trennelementes im Verbindungsbereich fort.
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Insbesondere weist das Trennelement an einem Ende einen schlitzförmigen Verbindungsbereich auf, während es an dem gegenüberliegenden Ende einen stegförmigen Verbindungsbereich aufweist. Das Trennelement weist vorzugsweise eine konstante Dicke auf, während es in einem stegförmigen Verbindungsbereich vor allem eine wesentliche geringere Dicke und/oder in einem schlitzförmigen Verbindungsbereich eine wesentlich größere Dicke aufweist. Die Dicke in einem stegförmigen Verbindungsbereich entspricht vorteilhafterweise der Breite des Schlitzes eines schlitzförmigen Verbindungsbereiches, sodass diese miteinander verbunden werden können.
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Unter einem Fixierelement ist insbesondere ein Element zu verstehen, das in einem Inneren eines Rohres des Bioreaktors angeordnet sein kann, um das Trennelement zu fixieren. Hierbei kann das Fixierelement derart ausgebildet sein, dass es sich in einem Winkelstück oder einem geradlinigen Verbindungsstück, insbesondere einer Muffe, befindet, wobei das Winkelstück zueinander in einem Winkel stehende Rohre miteinander verbindet. Mittels der Fixierelemente werden Trennelemente miteinander verbunden und fixiert, sodass sie sich nicht drehen können und der Algensuspension der erwünschte Drall aufgezwungen wird.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Bioreaktor zur Kultivierung von Algen, der ein oben beschriebenes Trennelement umfasst. Der Bioreaktor weist ein Rohr zum Durchführen einer Algen enthaltenen Suspension auf, wobei das Trennelement in dem Rohr angeordnet ist, und wobei die Suspension beim Durchfluss durch das Rohr in eine erste Teilströmung und eine zweite Teilströmung getrennt wird. Durch das Trennelement wird die Suspension beim Durchfließen des Rohres in zwei Teilströmungen getrennt. Die Teilströmungen können mit Hilfe des Trennelementes somit unterschiedlichen Lichtbedingungen ausgesetzt werden. Durch das Trennen in zwei unterschiedliche, und somit kleinere Teilströmungen, ist ferner sichergestellt, dass alle Algen, die sich in einer Teilströmung befinden, in etwa die gleichen Lichtbedingungen erfahren. Insbesondere ist in dem Rohr genau ein Trennelement angeordnet, sodass genau zwei Teilströmungen das Rohr durchfließen. Das Trennelement wird insbesondere derart in dem Rohr ausgerichtet, dass seine Mittellinie auf der Mittellinie des Rohrs liegt. Die Längsrichtung des Trennelementes entspricht somit der Längsrichtung des Rohres. Insbesondere ist das Trennelement zentrisch im Rohr angeordnet. Durch die verdrehte Ausbildung des Trennelementes verlaufen die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung beim Durchfließen des Rohres in einer drehförmigen Bewegungsbahn um die Mittellinie des Rohres.
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Vorzugsweise weist der Bioreaktor einen lichtarmen Bereich und einen lichtreichen Bereich auf, wobei das Trennelemente derart ausgebildet ist, dass die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung abwechselnd den lichtarmen Bereich und den lichtreichen Bereich des Bioreaktors durchströmen. Unter einem lichtreichen Bereich ist insbesondere ein Bereich zu verstehen, in dem die Algen einer hohen Lichtemission ausgesetzt sind, in anderen Worten ein sonnennaher Bereich, während unter einem lichtarmen Bereich ein Bereich zu verstehen ist, bei der die Lichtemission drastisch reduziert ist, in anderen Worten ein sonnenferner Bereich. Dabei ist das Trennelement derart ausgebildet, dass bei einem Durchfließen des Rohres sowohl die erste Teilströmung als auch die zweite Teilströmung abwechselnd den lichtarmen Bereich und den lichtreichen Bereich durchströmen.
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Der lichtarme Bereich und der lichtreiche Bereich sind insbesondere unmittelbar am Rohr angeordnet. Das mindestens eine Rohr ist vor allem transparent ausgebildet, vor allem ist es aus Plexiglas geformt, sodass auch im Rohr ein lichtarmer und ein lichtreicher Bereich gebildet werden. Vor allem sind der lichtarme Bereich und der lichtreiche Bereich an zwei unterschiedlichen, gegenüberliegenden Seiten des Rohres angeordnet. Bei den Seiten handelt es sich vorzugsweise um Querseiten des Rohres. Das Trennelement trennt die Teilströmungen vorzugsweise in eine Querrichtung des Rohres, nicht in einer Längsrichtung, voneinander.
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Durch das Vorsehen des Trennelementes werden somit die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung abwechselnd dem lichtarmen und dem lichtreichen Bereich ausgesetzt, und zwar durch eine Teilung der Strömung in der Art, dass sichergestellt ist, dass der überwiegende Anteil der Algen einer Teilströmung in etwa die gleichen Lichtbedingungen erfahren. Durch das Abwechseln einer starken und einer geringen Lichtemission wird das Wachstum der Algen optimal stimuliert, da Algen bevorzugen, nicht ständig unter Volllast zu arbeiten, sondern auch Ruhephasen benötigen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Algen nicht nur einen Tag-Nacht-Rhythmus benötigen, sondern sich auch am Tage Phasen mit geringer Lichteinwirkung günstig auf das Wachstum der Algen auswirken. Dabei wird zur Erzeugung des lichtarmen Bereiches und des lichtreichen Bereiches keine elektrische Beleuchtungsquelle sondern Sonnenstrahlung verwendet, das sowohl kostengünstiger als auch stärker ist. Der Bioreaktor eignet sich insbesondere dafür, im Freien verwendet zu werden.
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Ferner bevorzugt weist das Rohr einen Innendurchmesser auf, wobei das Trennelement eine Breite aufweist. Die Breite des Trennelementes beträgt mindestens 70%, vorzugsweise mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, am meisten bevorzugt mindestens 95%, des Innendurchmessers des Rohres. Die Breite des Trennelementes entspricht insbesondere genau dem Innendurchmesser des Rohres. Dadurch wird eine möglichst komplette Trennung der beiden Teilströmungen erreicht. Der Innendurchmesser des Rohres beträgt vorzugsweise zwischen 1 cm und 10 cm, bevorzugterweise zwischen 2,5 cm und 7,5 cm, ferner bevorzugt zwischen 4 cm und 6 cm, am meisten bevorzugt beträgt der Innendurchmesser 5 cm.
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Der Bioreaktor umfasst vorzugsweise mehrere Rohre, wobei weiter bevorzugt in jedem Rohr mindestens ein Trennelement angeordnet ist. Insbesondere ist in jedem Rohr des Bioreaktors genau ein Trennelement angeordnet.
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Die Rohre des Bioreaktors sind insbesondere derart miteinander verbunden, dass sich ein Closed-Loop-System ergibt. Insbesondere umfasst der Bioreaktor sowohl horizontale Rohre, die in der normalen Ausrichtung des Bioreaktors horizontal angeordnet sind, als auch vertikale Rohre, die in einer Normalausrichtung des Bioreaktors vertikal angeordnet sind. Insbesondere bevorzugt umfasst der Bioreaktor ein erstes horizontales Rohr und ein zweites horizontales Rohr. Die horizontalen Rohre weisen vor allem eine Länge auf, die zwischen 100 cm und 300 cm, ferner bevorzugterweise zwischen 150 cm und 250 cm, am meisten bevorzugt zwischen 175 cm und 225 cm betragen. Die Länge beträgt vorteilhaft 200 cm.
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Beide horizontalen Rohre sind an ihren jeweiligen Enden insbesondere mit einem vertikalen Rohr verbunden. Der Bioreaktor weist somit vier vertikale Rohre auf. Ein horizontales Rohr ist derart mit vertikalen Rohren verbunden, dass es an einer Seite mit einem aufsteigenden Rohr verbunden ist und an der gegenüberliegenden Seite mit einem absteigenden Rohr. Unter einem aufsteigenden Rohr wird ein vertikales Rohr verstanden, in dem die Strömung aufsteigt, das heißt sich von unten nach oben bewegt, während unter einem absteigenden Rohr ein Rohr verstanden wird, in dem die Strömung absteigt, das heißt sich von oben nach unten bewegt. Die aufsteigenden Rohre sind insbesondere länger ausgebildet als die absteigenden Rohre. Die Länge der absteigenden und/oder aufsteigenden Rohre beträgt vor allem zwischen 70 cm und 170 cm, insbesondere zwischen 90 cm und 150 cm, ferner bevorzugt zwischen 110 cm und 130 cm. Am meisten bevorzugt beträgt die Länge 120 cm.
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Die horizontalen Rohre sind insbesondere parallel zueinander ausgerichtet. Das gleiche trifft auf die vertikalen Rohre zu. Jeweils ein absteigendes Rohr und ein aufsteigendes Rohr sind mittels eines Überlaufelements, insbesondere einer Überlaufwanne, miteinander verbunden. So kann die Suspension, die sich in einem aufsteigenden Rohr von unten nach oben bewegt hat mittels des Überlaufelements in das absteigende Rohr fließen. Da das aufsteigende Rohr insbesondere länger ausgebildet ist als das absteigende Rohr, ist das Überlaufelement somit an zumindest einem Ende schräg ausgebildet. In jedem horizontalen Rohr und/oder vertikalen Rohr, insbesondere in jedem aufsteigenden und/oder absteigenden Rohr, ist mindestens ein Trennelement, bevorzugterweise genau ein Trennelement, angeordnet.
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Die Verbindung der unterschiedlichen Rohre erfolgt insbesondere vorteilhafterweise über ein Winkelstück, d. h. ein gewinkeltes, hier rechtwinkliges, Rohrstück. Die Trennelemente in den unterschiedlichen Rohren können in den Winkelstücken, die die Rohre miteinander verbinden, über Fixierelemente miteinander verbunden sein.
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Der Bioreaktor weist ferner bevorzugt ein Strömungselement zum Erzeugen einer Strömung der Suspension auf. Das Strömungselement ist vorteilhafterweise als Air-Lift-System ausgebildet, das vor allem ein aufsteigendes vertikales Rohr und/oder ein absteigendes Rohr umfasst. Am Fußpunkt des aufsteigenden Rohres wird durch eine Pumpe Luft gepresst. Die Volumenzunahme in diesem Rohr führt dazu, dass die Algensuspension nach oben steigt und über das Überlaufelement in das absteigende Rohr fließt und dem anschließenden horizontalen Rohr eine Strömung erzeugt. Die Pumpleistung und das Verhältnis von der Höhe des Air-Lift-Systems zur Länge des horizontalen Rohres sind so bemessen, dass am Ende des horizontalen Rohres eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 30 cm pro Sekunde herrscht. Es wird die gesamte Suspension, die die Algen enthält, in Strömung versetzt, wobei mittels des Trennelementes die in Strömung versetzte Suspension in zwei Teilströmungen aufgeteilt wird. Durch das Erzeugen einer Strömung der Suspension handelt es sich bei dem Bioreaktor vorzugsweise um einen turbulenten Bioreaktor.
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Insbesondere ist das Rohr mit dem Trennelement einstückig ausgebildet. Dies gilt vor allem nur für die transparente Ausbildung, da dann sowohl das Trennelement als auch das Rohr transparent ausgebildet sein müssen.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
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1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Trennelementes;
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2: eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsbereichs des Trennelements der 1;
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3: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bioreaktors;
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3a: einen Querschnitt eines Rohres des Bioreaktors nach 3;
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4: eine Schnittansicht eines geradlinigen Verbindungsstückes;
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4a: eine Schnittansicht eines geradlinigen Fixierelementes des Bioreaktors nach 3;
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4b: eine Schnittansicht eines Fixierelementes nach 4a in einem geradlinigen Verbindungsstück nach 4;
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5: eine Schnittansicht eines Winkelstücks;
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5a: eine Schnittansicht eines gewinkelten Fixierelementes des Bioreaktors nach 5; und
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5b: eine Schnittansicht eines Fixierelementes nach 5a in einem Winkelstück nach 5.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Trennelementes (10). Das Trennelement (10) weist ein erstes Ende (11) sowie ein zweites Ende (12) auf. Ferner umfasst das Trennelement (10) eine Längsachse (13), die der Mittellinie (22) des Trennelementes (10) entspricht.
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Das Trennelement (10) ist entlang seiner Längsachse (13) verdreht ausgebildet. Genauer ist das Trennelement (10) schraubenförmig verdreht. Das Trennelement (10) umfasst eine erste Kante (15) sowie eine zweite Kante (16), die schraubenförmig um die Mittellinie (29) bzw. die Längsachse (13) des Trennelementes (10) verdreht angeordnet ist. Dabei entspricht die Drehung der beiden Kanten (15, 16) ausgehend vom ersten Ende (11) des Trennelementes (10) zum zweiten Ende (12) mehr als mindestens 360°.
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Das Trennelement (10) weist ferner eine Breite (14) in einer Richtung parallel zur Längsachse (13) auf. Die beiden Kanten (15, 16) sind an jeder Stelle jeweils in einem Abstand einer halben Breite (14) des Trennelementes (10) von der Mittellinie (22) des Trennelementes (10) entfernt und verdreht um diese angeordnet. Durch die schraubenförmige Verdrehung des Trennelementes (10) ist das Trennelement (10) als Spirale (17) ausgebildet. Die Verdrehung des Trennelementes (10) ist regelmäßig. Dies bedeutet, dass der Drehwinkel in Bezug auf die Längsachse (13) bzw. Mittellinie (22), um die das Trennelement (10) verdreht ausgebildet ist, pro Längeneinheit des Trennelementes (10) konstant ist.
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Das Trennelement (10) weist eine erste Seite (23) sowie eine zweite Seite (24), die sich durchgängig von der ersten Kante (15) bis zur zweiten Kante (16) erstrecken. Auf beiden Seiten (23, 24) ist eine Beschichtung (18) aufgebracht, sodass das Trennelement (10) beidseitig intransparent und reflektierend ausgebildet ist.
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An beiden Enden (11, 12) weist das Trennelement (10) einen Verbindungsbereich (19) zum Verbinden des Trennelementes (10) mit einem weiteren Trennelement oder einem Fixierelement (109) auf. Am ersten Ende (11) ist der Verbindungsbereich (19) als stegförmiger Verbindungsbereich (20) ausgebildet, während am zweiten Ende (12) ein schlitzförmiger Verbindungsbereich (21) geformt ist.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsbereiches (19) des Trennelementes (10) der 1 gezeigt. Es handelt sich um den stegförmigen Verbindungsbereich (20) am ersten Ende (11) des Trennelementes (10). Der Verbindungsbereich (19) am ersten Ende (11) weist eine wesentliche geringere Dicke auf als das Trennelement (10), das bis auf die Verbindungsbereiche (19) eine konstante Dicke aufweist. Dadurch wird ein Steg (20a) geformt, der in einen schlitzförmigen Verbindungsbereich (21) eines weiteren Trennelementes oder eines Fixierelementes (109) gesteckt werden kann. Dabei ist die Verdrehung des Trennelementes (10) auch im Verbindungsbereich (19) beibehalten, sodass auch der stegförmige Verbindungsbereich (20) verdreht ausgebildet ist.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bioreaktors (100). Der Bioreaktor (100) umfasst mehrere Rohre (101). Und zwar weist der Bioreaktor (100) ein erstes horizontales Rohr (103) und ein zweites horizontales Rohr (104) auf. Ferner umfasst der Bioreaktor (100) ein erstes aufsteigendes Rohr (105), ein zweites aufsteigendes Rohr (106), ein erstes absteigendes Rohr (107) und ein zweites absteigendes Rohr (108) auf. In den Rohren (101) befindet sich eine Algensuspension, d. h. eine Suspension, die zu kultivierende Algen, enthält. Die Rohre (101) weisen alle denselben Innendurchmesser (102) auf (siehe 4 und 5).
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Das erste horizontale Rohr (103) ist an einem Ende mit dem ersten aufsteigenden Rohr (105) sowie an seinem anderen Ende mit dem zweiten absteigenden Rohr (108) verbunden, während das zweite horizontale Rohr (104) an einem Ende mit dem ersten absteigenden Rohr (107) und an seinem gegenüberliegenden Ende mit dem zweiten aufsteigenden Rohr (106) verbunden ist. Die Verbindung der unterschiedlichen Rohre (101) erfolgt insbesondere über ein Winkelstück (110), d. h. ein gewinkeltes, hier rechtwinkliges, Rohrstücke. Innerhalb der Rohre (101) ist jeweils mindestens ein Trennelement (10) angeordnet. Die Trennelemente (10) in den unterschiedlichen Rohren (101) sind in den Winkelstücken (110) über Fixierelemente (109) miteinander verbunden.
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Die horizontalen Rohre (103, 104) weisen die gleiche Länge auf. Das Gleiche gilt für die aufsteigenden Rohre (105, 106) sowie für die absteigenden Rohre (107, 108). Die aufsteigenden Rohre (105, 106) weisen eine größere Länge auf als die absteigenden Rohre (107, 108). Ein aufsteigendes Rohr (105, 106) ist jeweils mit einem absteigenden Rohr (107, 108) über ein Überlaufelement (119), und zwar eine Überlaufwanne (120), verbunden. Das Überlaufelement (119) ist vom aufsteigenden Rohr (105, 106) zum absteigenden Rohr (107, 108) geneigt ausgebildet.
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Am Fußpunkt der aufsteigenden Rohre (105, 106) wird durch eine nicht dargestellte Pumpe Luft gepresst, sodass die in den Rohren (101) befindliche Algensuspension nach oben steigt und über das Überlaufelement (119) in das damit verbundene absteigende Rohr (107, 108) fließen kann. In dem sich anschließenden horizontalen Rohr (104, 105) wird somit eine Strömung erzeugt.
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Der Bioreaktor (100) weist einen lichtarmen Bereich (115) sowie einen lichtreichen Bereich (116) auf. Der lichtarme Bereich (115) und der lichtreiche Bereich (116) sind derart angeordnet, dass auf einer Seite in eine Querrichtung der Rohre (101) der lichtarme Bereich (115) und an der gegenüberliegenden Seite der lichtreiche Bereich (116) angeordnet sind. Die Rohre (101) sind transparent ausgebildet, sodass auch in diesen ein lichtarmer Bereich und ein lichtreicher Bereich ausgebildet sind, die durch das jeweilige Trennelement (10) getrennt werden. Die Trennelemente (10) sorgen dafür, dass die Algensuspension in den Rohren (101) in zwei Teilströmungen aufgeteilt wird, die abwechselnd den lichtarmen Bereich (115) und den lichtreichen Bereich (116) des Bioreaktors (100) bzw. der Rohre (101) durchströmen. Dadurch wird ein besonders optimales Algenwachstum stimuliert.
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An einem aufsteigenden Rohr (106) befindet sich ein Messbereich (117), und zwar ein schräg angesetzter Stutzen (118). Dieser Stutzen (118) ist für eine pH-Sonde vorgesehen, sodass an dieser Stelle der pH-Wert der Algensuspension gemessen werden kann. An einem Fußpunkt (121) des aufsteigenden Rohres (106) kann in Abhängigkeit vom pH-Sollwert Kohlendioxid eingepresst werden. Ferner ist an einem der horizontalen Rohre (104) ein weiterer Messbereich (117) vorgesehen, in Form eines Stutzens (118), der für eine optische Dichtemessung, eine Sauerstoffsonde und für die Leitfähigkeitssonde eingesetzt wird.
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3a zeigt einen Querschnitt eines Rohres des Bioreaktors nach 3, in dem der lichtarme Bereich (115) und der lichtreiche Bereich (116) des Rohres (101) zu sehen sind.
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In 4 ist ein geradliniges Verbindungsstück (122) zwischen zwei Rohren (101), und zwar eine Muffe (123), gezeigt. Durch die Muffe (123) können horizontale und vertikale Rohre (101) verlängert werden. Die Muffe (123) weist zwei Nuten mit je einem O-Ring (114) auf, sodass die Muffe (123) und die Rohre (101) wasserdicht verbunden werden können.
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4a zeigt eine Schnittansicht eines geradlinigen Fixierelementes (109) des Bioreaktors (100) nach 3. Das Fixierelement (109) weist an seinen Enden jeweils einen Verbindungsbereich (111) zur Verbindung mit einem Trennelement (10) auf. An einem Ende weist das Fixierelement (109) einen stegförmigen Verbindungsbereich (112) auf, während es an dem gegenüberliegenden Ende einen schlitzförmigen Verbindungsbereich (113) umfasst. Das Fixierelement (109) dient zum Fixieren mindestens eines Trennelements (10), sodass sich diese nicht innerhalb des Rohres (101) drehen kann. Das Trennelement (10) wird derart fixiert, dass dessen Mittellinie (22) mit der Mittellinie des Rohres (101) übereinstimmt. Dabei sind die Fixierelemente (109) derart ausgebildet, dass die Algensuspension von einem Ende des Fixierelementes (109) zum anderen Ende des Fixierelementes (109) fließen kann. Sie gewährleisten somit eine Strömung durch das jeweilige Rohr (101), in dem dieses angeordnet ist.
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4b zeigt eine Schnittansicht eines Fixierelementes nach 4a in einem geradlinigen Verbindungsstück nach 4. Das Fixierelement (109) ist in einem geradlinigen Rohr (101) des Bioreaktors (100) eingesetzt. Das Fixierelement (109) kann einstückig mit dem Rohr (101) gebildet sein.
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In 5 ist ein Winkelstück (110) gezeigt, das zwei Nuten mit je einem O-Ring (114) aufweist.
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5a zeigt eine Schnittansicht eines gewinkelten Fixierelementes des Bioreaktors nach 3. Das Fixierelement (109) der 5 ist analog zum Fixierelement (109) der 4 ausgebildet bis auf den Unterschied, dass das Fixierelement (109) gewinkelt ausgebildet ist.
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5b stellt eine Schnittansicht eines Fixierelementes nach 5a in einem Winkelstück (110) nach 5 dar. Durch die gewinkelte Ausführung des Winkelstücks (110) und des Fixierelements (109) ergibt sich die Möglichkeit, Trennelemente zu fixieren und zu verbinden, die in winkelig zueinander stehenden Rohren (101) angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Trennelement
- 11
- Erstes Ende
- 12
- Zweites Ende
- 13
- Längsachse
- 14
- Breite
- 15
- Erste Kante
- 16
- Zweite Kante
- 17
- Spirale
- 18
- Beschichtung
- 19
- Verbindungsbereich
- 20
- Stegförmiger Verbindungsbereich
- 20a
- Steg
- 21
- Schlitzförmiger Verbindungsbereich
- 22
- Mittellinie
- 23
- erste Seite
- 24
- zweite Seite
- 100
- Bioreaktor
- 101
- Rohr
- 102
- Innendurchmesser
- 103
- Erstes horizontales Rohr
- 104
- Zweites horizontales Rohr
- 105
- Erstes aufsteigendes Rohr
- 106
- Zweites aufsteigendes Rohr
- 107
- Erstes absteigendes Rohr
- 108
- Zweites absteigendes Rohr
- 109
- Fixierelement
- 110
- Winkelstück
- 111
- Verbindungsbereich
- 112
- Stegförmiger Verbindungsbereich
- 113
- Schlitzförmiger Verbindungsbereich
- 114
- O-Ring
- 115
- Lichtarmer Bereich
- 116
- Lichtreicher Bereich
- 117
- Messbereich
- 118
- Stutzen
- 119
- Überlaufelement
- 120
- Überlaufwanne
- 121
- Fusspunkt
- 122
- geradliniges Verbindungsstück
- 123
- Muffe
