DE4118337C2

DE4118337C2 -

Info

Publication number: DE4118337C2
Application number: DE4118337A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 6740 Landau De Stahl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1993-05-19
Also published as: WO1992021438A1; DE4118337A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rühranordnung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a stirring arrangement according to the Oberbe handle of claim 1.

Derartige Rühranordnungen werden für empfindliche Suspen sionen, insbesondere für Bioreaktoren verwendet. In Biore aktoren entsteht durch die Stoffwechselvorgänge bei bio technologischen Prozessen im allgemeinen als Stoffwechsel produkt auch Wärme. Da die Aktivität der Biokatalysatoren, der Enzyme, mit zunehmender Temperatur jedoch abnimmt, oder diese Enzyme ab einer bestimmten Temperatur sogar zerstört werden, muß die entstehende Wärme abgeführt werden. Bei kleinen Reaktorvolumina stellt das kein Problem dar, da die Reaktoroberfläche im Verhältnis zum Inhalt groß ist. Je größer jedoch das Reaktorvolumen wird, desto ungünstiger wird das Verhältnis von wärmeabgebender Oberfläche zum Vo lumen, da die Zunahme des Volumens mit zunehmender Größe des Reaktorgefäßbehälters in der dritten Potenz eingeht, die Größe der für einen Wärmeaustausch zur Verfügung ste hende Behälterwand jedoch nur quadratisch ansteigt. Je nach Behältergröße und Wärmeaktivität der Mikroorganismen oder Zellen gelangt man daher an einen Punkt, an dem ein erzwun gener Wärmeaustausch unumgänglich wird.Such stirring arrangements are used for sensitive suspensions sions, especially used for bioreactors. In Biore Actuators arise from the metabolic processes at bio technological processes in general as metabolism product also heat. Because the activity of the biocatalysts, the enzymes, but decreases with increasing temperature, or these enzymes are even destroyed at a certain temperature the heat generated must be dissipated. At small reactor volumes this is not a problem since the Reactor surface is large in relation to the content. Each however, the larger the reactor volume, the less favorable the ratio of the heat-emitting surface to the Vo lumens as the volume increases with increasing size of the reactor vessel container is in the third power, the size that is available for heat exchange However, the container wall only rises square. Depending on Container size and thermal activity of the microorganisms or Cells are therefore brought to a point at which one is forced general heat exchange becomes inevitable.

In der Regel benutzt man dazu einen Doppelmantel am Behäl ter, durch den eine Wärmeträgerflüssigkeit strömt. Diese Art des Wärmeaustausches an Rührkesseln ist in der chemi schen Technik üblich und in vielen Ausführungsformen ver fügbar. As a rule, a double jacket is used on the container ter through which a heat transfer fluid flows. These The type of heat exchange on stirred tanks is in the chemi common technology and ver in many embodiments available.

Beim Einsatz dieses Prinzips in der Biotechnologie müssen allerdings gewisse Randbedingungen eingehalten werden; so ertragen die meisten Mikroorganismen oder Zellen keine großen Temperaturgradienten in der Kulturflüssigkeit. Beim Wärmeaustausch mittels eines Doppelmantelbehälters besitzt die Reaktorinnenwand aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähig keit nahezu die gleiche Temperatur wie das Kühl-/Heizmedi um. Der größte Temperaturgradient befindet sich demnach im Kulturmedium. Mit Rücksicht auf die Empfindlichkeit der Mi kroorganismen darf jedoch der Temperaturunterschied zwi schen Kulturflüssigkeit und Wärmeträgermedium im Doppelman tel nicht größer sein als 0,5 bis 2,0 Kelvin. Der ausge tauschte Wärmestrom pro Volumen, der von dem Produkt aus Austauschfläche und Temperaturdifferenz bestimmt wird, wird mit zunehmendem Behältervolumen immer kleiner, da die Tem peraturdifferenz konstant bleiben muß. Des weiteren werden die Anforderungen an die Homogenisierungsleistung des Rührers immer größer, da mit zunehmender Behältergröße der Abstand von der Wärmequelle (des Mediums im Reaktor) bis zur Wärmesenke (Behälterwand) in der Regel ebenfalls größer wird.When using this principle in biotechnology must however, certain boundary conditions are observed; so Most microorganisms or cells cannot tolerate them large temperature gradients in the culture fluid. At the Has heat exchange using a double jacket container the inner wall of the reactor due to its good thermal conductivity almost the same temperature as the cooling / heating medium around. The largest temperature gradient is therefore in Culture medium. In view of the sensitivity of the Mi However, the temperature difference between c culture fluid and heat transfer medium in a double man tel should not be greater than 0.5 to 2.0 Kelvin. The out exchanged heat flow per volume by the product Exchange area and temperature difference is determined as the volume of the container increases, the tem temperature difference must remain constant. Be further the requirements for the homogenization performance of the Stirrer always bigger, because with increasing container size the Distance from the heat source (of the medium in the reactor) to to the heat sink (container wall) is also usually larger becomes.

Weiterhin wird in bekannter Weise versucht durch die An ordnung von Wärmetauscherrohren im Reaktorbehälter eine Temperatureinstellung mit niedrigen Temperaturgradienten zu erreichen. Ein Problem bei diesen Anordnungen besteht je doch in der Anlagerung von biologischen Zellen an den Wär metauscherrohren, die zu einer Verminderung des Wärmeaus tausches führen. Durch die im Reaktorbehälter angeordneten Wärmetauscherrohre wird darüber hinaus das Strömungsver halten im Reaktorbehälter negativ beeinflußt, so daß diese bekannte Lösung dem Bestreben einer möglichst guten Homoge nisierung des Mediums in dem Rührbehälter zuwiderläuft. Furthermore, attempts are made in a known manner by the An arrangement of heat exchanger tubes in the reactor vessel one Temperature setting with low temperature gradients too to reach. There is a problem with these arrangements but in the attachment of biological cells to the heat exchanger tubes leading to a reduction in heat exchange. Through the arranged in the reactor vessel Heat exchanger tubes is also the flow ver keep negatively affected in the reactor vessel, so this known solution to strive for the best possible homogeneity nization of the medium in the stirred container runs counter.

Eine Rühranordnung der eingangs genannten Art ist bei spielsweise bekannt aus der DE-OS 20 01 739, der DE-PS 8 22 990 und der DE-PS 4 89 146. Bei diesen bekannten Rühranordnungen kommt das zu rührende Medium wiederum in direkten Kontakt mit der Wärmetauscherfläche, so daß diese Rühran ordnungen aus den vorstehend bereits genannten Gründen als Bioreaktoren weniger geeignet sind.A stirring arrangement of the type mentioned is in known for example from DE-OS 20 01 739, DE-PS 8 22 990 and DE-PS 4 89 146. In these known stirring arrangements the medium to be stirred in turn comes directly Contact with the heat exchanger surface so that this agitates orders for the reasons already mentioned above as Bioreactors are less suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rühranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine schonende Temperaturbehandlung des Rührmediums bei effektivem Wärmeaustausch gewährleistet.The invention has for its object a To create a stirring arrangement of the type mentioned, the a gentle temperature treatment of the stirring medium effective heat exchange guaranteed.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is solved by the characteristic features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, daß die Wärmetauscherfläche des Rührers nicht direkt mit dem Rührmedium in Kontakt kommt, sondern durch teilweise durchlässige Wände von dem Rührmedium abgetrennt ist, so daß temperatur empfindliches Biomaterial nicht mit der Wärmetauscherfläche in Kontakt kommt.In other words, the invention is that the Heat exchanger surface of the stirrer not directly with the stirring medium comes into contact, but through partially permeable Walls are separated from the stirring medium, so that temperature sensitive biomaterial not with the heat exchanger surface comes into contact.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Rührers erlaubt zudem höhere Temperaturdifferenzen zwischen dem Medium und der Wärmetauscherfläche, weil Mikroorganismen oder Zellen mit der Austauschfläche nicht in Berührung kommen. Diese werden vielmehr durch die porösen Wände vom Innenraum des Rührers ferngehalten.The training according to the invention the stirrer also allows higher temperature differences between the medium and the heat exchanger surface because microorganisms or cells in contact with the exchange surface come. Rather, these are due to the porous Walls kept away from the interior of the stirrer.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, den Rührer in Art eines venezianischen Rührers auszubilden bzw. einer taumelnden Bewegung zu unterwerfen, so daß ein sehr homogenes Temperaturprofil eingestellt werden kann. According to an advantageous development of the invention it provided the stirrer in the manner of a Venetian stirrer to train or to subject to a wobbling movement, so that a very homogeneous temperature profile is set can be.

Vorteilhafterweise ist der Rührer selbst noch einmal in zwei ineinanderliegende Kammern unterteilt. Die innere Kam mer dient zur Begasung der Flüssigkeit, die Heiz-/Kühlspi rale befindet sich dagegen in der ringförmigen äußeren Kam mer. Diese Konstruktion soll vor allem verhindern, daß sich Gasblasen an der Wärmeaustauschfläche festsetzen und dort rekombinieren oder den Wärmeübergang verschlechtern. Durch die aufsteigenden Gasblasen bzw. durch die Zwangs durchströmung wird das Medium im Innern des Rührers heftig bewegt, wodurch gute Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen der Wärmeaustauschfläche und der Flüssigkeit erzielt wer den. Außerdem erreicht man eine Homogenisierung des zunächst starken Temperaturprofils, bevor die Mikroorganismen oder Zellen mit dem aufgeheizten oder abgekühlten Medium in Kontakt kommen.The stirrer itself is advantageously in again divided into two chambers. The inner came mer is used for gassing the liquid, the heating / cooling spi rale, on the other hand, is located in the ring-shaped outer chamber mer. Above all, this construction is intended to prevent Fix gas bubbles on the heat exchange surface and there recombine or deteriorate heat transfer. By the rising gas bubbles or by the constraint the medium inside the stirrer becomes violent moves, making good heat exchange coefficients between the heat exchange surface and the liquid achieved who the. Homogenization of the strong at first Temperature profile before the microorganisms or cells in contact with the heated or cooled medium come.

Die höheren zulässigen Temperaturdifferenzen sowie die höheren Wärmeübergangskoeffizienten führen zu einer klei neren benötigten Austauschfläche und erhöhen damit die Fle xibilität der Verfahrensführung im Falle der Temperaturre gelung, da durch das schnellere Ansprechverhalten eine bes sere Regelmöglichkeit geschaffen wird.The higher permissible temperature differences as well as the higher heat transfer coefficients lead to a small nere necessary exchange area and thus increase the fle flexibility of the procedure in the case of temperature gelung, because the faster response a special our control option is created.

In einer anderen Ausführungsform befindet sich im Inneren eines zylindrisch ausgebildeten Rührers eine einem Tauch sieder ähnliche Austauschfläche, die von einem gebogenen Rohr gebildet wird. In diesem Rohr fließt die Wärmeträgerflüssigkeit. Die Zu- und Ableitungen werden durch einen in der Mitte des Rührers ausgebildeten Hohlstab geführt. Eine Gaszuführeinrichtung ist vorteilhafterweise als poröse Bodenplatte ausgebildet, durch die das Gas, ins besondere Luft oder O₂, vertikal nach oben steigt. Auf diese Weise wird das Medium innerhalb des Rührers verwir belt und durch die Taumelbewegung des Rührers wird dieser Verwirbelung eine Querströmung durch den Zylinder überla gert. Hierdurch wird sowohl eine gute Homogenisierung der Gasanreicherung als auch eine gute Homogenisierung des Tem peraturprofils im Rührbehälter ermöglicht.In another embodiment, inside a cylindrical stirrer is an exchange surface similar to an immersion heater, which is formed by a bent tube. The heat transfer fluid flows in this tube. The feed and discharge lines are guided through a hollow rod formed in the middle of the stirrer. A gas supply device is advantageously designed as a porous base plate through which the gas, in particular air or O ₂ , rises vertically. In this way, the medium inside the stirrer is swirled and by the tumbling movement of the stirrer, this swirling is superimposed on a cross flow through the cylinder. This enables both a good homogenization of the gas enrichment and a good homogenization of the temperature profile in the stirred tank.

Da für die Belüftung der Zellen das Verhältnis von Rührer oberfläche zu Reaktorvolumen konstant gehalten werden muß, und dies auch bei größeren Reaktoren möglich ist, wird so mit auch das Verhältnis der Wärmetauscherfläche zum Kessel volumen konstant gehalten, da die Rühreroberfläche durch die Mantelfläche eines dreidimensionalen Körpers gebildet wird, und somit auch diese in der dritten Potenz in eine zunehmende Reaktorgröße eingeht. As for the ventilation of the cells, the ratio of stirrer surface to the reactor volume must be kept constant, and this is also possible with larger reactors with also the ratio of the heat exchanger area to the boiler volume kept constant because of the stirrer surface the outer surface of a three-dimensional body is formed is, and thus this in the third power into one increasing reactor size.

Die Wärmetauscherrohre sind in dem Rührer derart anzuord nen, daß eine Gaszuführung durch den Boden des Rührers nicht zu sehr eingeschränkt wird. Weiterhin muß ein Min destabstand der Wärmetauscherrohre zu den porösen Wänden des Rührers, die vorzugsweise als Metallgitter ausgebildet sind, eingestellt werden, um einen Temperaturausgleich in der Richtung des vorbeiströmenden Mediums stromabwärts zu erreichen. Eine Koagulation der Luftblasen an der Oberfläche der Wärmetauscherrohre sollte möglichst vermieden werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn mehrere bezüglich der Rührerachse axiale Wärmetauscherrohre auf einem Teil- oder Vollkreis kreissymmetrisch außerhalb einer im Boden angeordneten Lochplatte für die Gaszuführung angeordnet sind, oder die Wärmetauscherrohre besonders im Kern der Kerze angehäuft sind. Es ist prinzipiell auch möglich, im ganzen Kerzeninnenraum Wärmetauscherrohre rasterartig ver teilt anzuordnen; dies erschwert jedoch die technische Rea lisierung der Gaszuführung.The heat exchanger tubes are to be arranged in this way in the stirrer NEN that a gas supply through the bottom of the stirrer is not restricted too much. Furthermore, a min minimum distance of the heat exchanger tubes to the porous walls of the stirrer, which is preferably designed as a metal grid are set to equalize temperature in the direction of the flowing medium downstream to reach. A coagulation of the air bubbles on the The surface of the heat exchanger tubes should be avoided if possible will. Therefore, it is advantageous to have more than one of the agitator axis axial heat exchanger tubes on a partial or full circle circularly symmetrical outside of one in the ground arranged perforated plate for the gas supply arranged are, or the heat exchanger tubes especially in the core of the Candle are piled up. In principle it is also possible in ver whole candle interior heat exchanger tubes divides to arrange; however, this complicates the technical rea gas supply.

Bei Verwendung mehrerer Wärmetauscherrohre können diese parallel oder in Reihe geschaltet werden, wobei die paral lele Anordnung den Vorteil hat, daß das Kühlmedium im Vor- und Rücklauf aller Wärmetauscherrohre die gleiche Tempera tur hat.When using several heat exchanger tubes, these can can be connected in parallel or in series, the paral lel arrangement has the advantage that the cooling medium in advance and return of all heat exchanger tubes the same tempera has.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise in der sche matischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:The invention is for example in the following matatic drawing. In this show:

Fig. 1 einen Querschnitt I-I aus Fig. 2 durch einen zylinderförmigen Rührer mit Wärmetauschern und Gas zuführung; . Fig. 1 is a cross-section II of Figure 2 by supplying a cylindrical stirrer with heat exchangers and gas;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt II-II des Rührers aus Fig. 1; FIG. 2 shows an axial longitudinal section II-II of the stirrer from FIG. 1;

Fig. 3 ein Detail III aus Fig. 1, und Fig. 3 shows a detail III of Fig. 1, and

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 1 durch Rührer in anderen Ausführungsformen. Fig. 4 shows a cross section similar to Fig. 1 by stirrers in other embodiments.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen länglichen, zylinderförmigen Rührer 10, der in der Art einer Kerze ausgebildet ist. Die äußere Form des Rührers 10 wird im wesentlichen durch eine Rührachse 12 gebildet, an deren unterem Ende eine Deckplat te 14 für den Zylindermantel 16 des Rührkörpers 10 ange formt ist. Der Zylindermantel 16 ist porös, d. h. für einen Teil des zu rührenden Mediums durchlässig. Der Zylinderman tel ist - wie später noch detailliert beschrieben - aus Ma schengewebe hergestellt. Der Rührer 10 wird an seiner Un terseite von einer Bodenplatte 18 abgeschlossen. Der Rührer 10 ist somit in der Art einer Hohlkerze oder eines Hohlzy linders ausgebildet. Er wird mittels der Rührachse 12 in der Regel taumelnd durch den Rührbehälter bewegt, um auf diese Weise eine möglichst schonende, dennoch effiziente Homogenisierung des Rührmediums zu bewirken. Das Rührmedium besteht aus einem Trägermedium und biologischen Zellen. Das Trägermedium tritt bei der Taumelbewegung des Rührers 10 durch den porösen Zylindermantel 16, wodurch der Raum in nerhalb des Zylindermantels 16 beim Rühren durchströmt wird. Innerhalb des Zylindermantels 16 sind Wärmetauscher rohre 20 angeordnet, die von einer Kühlflüssigkeit durch strömt werden. In der Rührachse 12 ist ein Zufuhrkanal 22 für die Kühlflüssigkeit ausgebildet. Die Kühlfüssigkeit ge langt durch einen Rückführkanal 24 in der Bodenplatte und in der Rührachse wieder zu einer externen Kühleinrichtung zurück. Weiterhin ist in der Bodenplatte 18 zum Zylinderin nenraum hin eine poröse Platte 26 angeordnet, durch die über einen Gaszufuhrkanal 28 Luft, Sauerstoff oder andere Gase in den Zylinderinnenraum eingeblasen werden können. Die Wärmetauscherrohre 20 und die poröse Platte 26 sind auf einem Vollkreis in dem Rührer 10 angeordnet. In Fig. 1 sind die Wärmetauscherrohre 20 und die poröse Platte der Ein fachheit halber nur über einen 180°-Sektor dargestellt. Auf der anderen Hälfte sind in einer alternativen Ausführungs form Wärmetauscherrohre 21 mit einer ovalen Grundfläche dargestellt. Die Wärmetauscherrohre können auch eine elliptische oder ähnlich gestaltete Grundfläche aufweisen, die an dem Wärmetauscherrohr eine möglichst große Wärmetau scherfläche für den Wärmeübergang in das Trägermedium be reitstellt. Der Rührer 10 findet insbesondere in Bioreakto ren Anwendung. Ein besonderes Problem besteht bei Bioreak toren darin, daß die biologischen Zellen, insbesondere Säugetierzellen, keine großen Scherkräfte und keine großen Temperaturunterschiede vertragen. Daher ist der poröse Zy lindermantel 16 des Rührers 10 derart ausgebildet, daß le diglich das Trägermedium - nicht jedoch die biologischen Zellen selbst - in das Innere des Zylinders gelangen können. Figs. 1 and 2 show an elongated, cylindrically-shaped stirrer 10 that is formed in the manner of a candle. The outer shape of the stirrer 10 is essentially formed by a stirring shaft 12 , at the lower end of which a cover plate 14 for the cylinder jacket 16 of the stirring body 10 is formed. The cylinder jacket 16 is porous, ie permeable to part of the medium to be stirred. The cylinder jacket is - as will be described in detail later - made from mesh fabric. The stirrer 10 is completed on its underside by a base plate 18 . The stirrer 10 is thus designed in the manner of a hollow candle or a Hohlzy cylinder. It is generally moved in a tumbling manner through the stirring container by means of the stirring axis 12, in order in this way to bring about a homogenization of the stirring medium that is as gentle as possible but efficient. The stirring medium consists of a carrier medium and biological cells. The carrier medium occurs when the wobbling motion of the agitator 10 through the porous cylinder jacket 16, whereby the space is flowed through nerhalb of the cylinder jacket 16 during stirring in. Inside the cylinder jacket 16 , heat exchanger tubes 20 are arranged, which are flowed through by a cooling liquid. A feed channel 22 for the cooling liquid is formed in the stirring axis 12 . The cooling liquid reaches back to an external cooling device through a return channel 24 in the base plate and in the stirring axis. Furthermore, a porous plate 26 is arranged in the bottom plate 18 towards the cylinder interior, through which air, oxygen or other gases can be blown into the cylinder interior via a gas supply channel 28 . The heat exchanger tubes 20 and the porous plate 26 are arranged on a full circle in the stirrer 10 . In Fig. 1, the heat exchanger tubes 20 and the porous plate are shown for the sake of simplicity only over a 180 ° sector. On the other half, heat exchanger tubes 21 are shown with an oval base in an alternative embodiment. The heat exchanger tubes can also have an elliptical or similarly shaped base surface which provides the largest possible heat exchanger shear surface for the heat transfer into the carrier medium on the heat exchanger tube. The stirrer 10 is used in particular in bioreactors. A particular problem with bioreactors is that the biological cells, especially mammalian cells, cannot tolerate large shear forces and large temperature differences. Therefore, the porous Zy cylinder jacket 16 of the stirrer 10 is designed such that le diglich the carrier medium - but not the biological cells themselves - can get inside the cylinder.

Dies wird - wie in Fig. 3 dargestellt - z. B. dadurch er reicht, daß der Zylindermantel 16 aus einem Gewebe 30, ins besondere Metallgewebe, besteht, dessen Maschenweite gerin ger als der Durchmesser der biologischen Zellen ist.This is - as shown in Fig. 3 - z. B. thereby it is sufficient that the cylinder jacket 16 consists of a tissue 30 , in particular metal mesh, the mesh size of which is less than the diameter of the biological cells.

Des weiteren sind die Wärmetauscherrohre 20 von dem Metall gewebe 30 um den Abstand d beabstandet, wodurch Temperatur unterschiede des Fluids in der Strömungsschleppe zwischen Wärmetauscherrohr 20 und Metallgewebe 30 durch eine Durch mischung des Fluids in diesem Bereich verringert werden. Der Temperaturunterschied zwischen dem im Bioreaktor be findlichen Fluid und dem durch das Metallgewebe 30 hinaus strömenden Fluid ist daher soweit verringert, daß die bio logischen Zellen in dem Bioreaktor keinen Schaden nehmen.Furthermore, the heat exchanger tubes 20 are spaced from the metal fabric 30 by the distance d, as a result of which temperature differences in the fluid in the flow path between the heat exchanger tube 20 and metal fabric 30 can be reduced by mixing the fluid in this area. The temperature difference between the fluid in the bioreactor and the fluid flowing through the metal mesh 30 is therefore reduced to such an extent that the biological cells in the bioreactor are not damaged.

Die Abwesenheit biologischer Zellen innerhalb des Zylin dermantels 16 des Rührers 10 ermöglicht daher einen Tem peraturunterschied zwischen Wärmetauscherrohren 21 und Me dium, der beim direkten Kontakt der Wärmetauscher mit den biologischen Zellen nicht möglich wäre. Durch die Gas zufuhr, insbesondere Zufuhr von Sauerstoff oder Luft, tritt außerdem eine starke Verwirbelung ein, so daß das an den Wärmetauscherrohren 21 vorbeigeströmte kühlere Medium mit dem noch nicht so kühlen Medium innerhalb des Zylinderman tels 16 kräftig durchwirbelt wird. Hierdurch wird die Kühl leistung relativ gleichmäßig an das gesamte, den Rührer 10 durchströmende Medium abgegeben. Der Rührer erlaubt daher sowohl eine gute Temperaturregelung als auch eine gute Gas versorgung des Rührmediums.The absence of biological cells within the Zylin dermantels 16 of the stirrer 10 therefore enables a temperature difference between the heat exchanger tubes 21 and the medium, which would not be possible with direct contact of the heat exchanger with the biological cells. Through the gas supply, in particular the supply of oxygen or air, there is also a strong swirling, so that the cooler medium flowing past the heat exchanger tubes 21 is swirled vigorously with the not yet cool medium within the cylinder 16 . As a result, the cooling power is delivered relatively evenly to the entire medium flowing through the stirrer 10 . The stirrer therefore allows both good temperature control and a good gas supply to the stirring medium.

Wie in Fig. 4 dargestellt, können die Wärmetauscherrohre in Art einer Serienschaltung hintereinander geschaltet sein (Fig. 4a), wobei die Strömungsrichtung in den kreisförmig angeordneten Wärmetauscherrohren 32 dann jeweils alter niert.As shown in FIG. 4, the heat exchanger tubes can be connected in series in the manner of a series connection ( FIG. 4a), the flow direction in the circularly arranged heat exchanger tubes 32 then in each case being altered.

Fig. 4b zeigt eine Parallelschaltung von Wärmetauscherroh ren, wobei die Kühlflüssigkeit, wie in Fig. 1, durch Wärme tauscherrohre 34 zuströmt (+) und über einen zentralen Rücklauf 36 abströmt (-). Fig. 4b shows a parallel connection of Wärmetauscherroh ren, the cooling liquid, as in Fig. 1, flows through heat exchanger tubes 34 (+) and flows out via a central return 36 (-).

Eine Mischung dieser beiden Strömungsprinzipien ist in Fig. 4a realisierbar, wenn die Kühlflüssigkeit durch vier mit "+" gekennzeichnete Wärmetauscherrohre zuströmt und über vier mit "-" bezeichnete Wärmetauscherrohre abströmt.A mixture of these two flow principles can be realized in FIG. 4a if the cooling liquid flows in through four heat exchanger tubes labeled "+" and flows out via four heat exchanger tubes labeled "-".

Die Wärmetauscherrohre können in dem Rührer 10 innerhalb des Zylindermantels 16 nur einen Teilkreis überdecken, wenn z. B. eine geringere Kühl- oder Heizleistung gewünscht ist. Weiterhin können die Wärmetauscherrohre auch rasterartig innerhalb des Zylindermantels 16 angeordnet sein.The heat exchanger tubes can only cover a partial circle in the stirrer 10 within the cylinder jacket 16 if, for. B. a lower cooling or heating output is desired. Furthermore, the heat exchanger tubes can also be arranged in a grid-like manner within the cylinder jacket 16 .

Claims

1. Stirrer arrangement, in particular a bioreactor, with a stirred tank, at least one stirrer and a heating and / or cooling device for the stirring medium with at least one heat exchanger surface arranged on the stirrer, characterized in that
that the stirrer ( 10 ) has a cavity which is surrounded by walls ( 16 ) impermeable to at least the temperature-sensitive components of the stirring medium, and
that the heat exchanger surface ( 20 ) is arranged in the cavity at a distance from the walls ( 16 ).

2. Stirrer arrangement according to claim 1, characterized in that the stirrer ( 10 ) is designed in the manner of a Venetian stirrer.

3. Stirrer arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the interior of the stirrer has at least two areas for a gas supply ( 26 ) and a heat exchange ( 20 ).

4. stirring arrangement according to claim 3, characterized, that the two areas are at least partially apart are separated.

5. Stirrer arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the second region surrounds the first region ( 26 ) in a ring.

6. Stirrer arrangement according to one of the preceding Expectations, characterized, that the heat exchanger surface in the form of heating / Cooling spirals is formed.

7. Stirrer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the stirrer ( 10 ) is cylindrical and that the cylinder jacket ( 16 ) consists of metal mesh ( 30 ).

8. Stirrer arrangement according to claim 7, characterized in that the mesh size of the metal mesh ( 30 ) is smaller than the diameter of biological cells located in the stirring medium.

9. stirring arrangement according to one of the preceding Expectations, characterized, that the heat exchanger surface by cylindrical Heat exchanger tubes with circular cylindrical, elliptical or oval base is formed.

10. Stirrer arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of heat exchanger tubes ( 20 ) aligned parallel to the stirrer axis are arranged at a distance (d) on a pitch circle or full circle in the stirrer ( 10 ).