DE68915003T2

DE68915003T2 - Vorrichtung zur aeroben Züchtung.

Info

Publication number: DE68915003T2
Application number: DE68915003T
Authority: DE
Inventors: Hiroyoshi Konno; Shigeo Kono; Akira Suzuki
Original assignee: Kirin Brewery Co Ltd
Current assignee: Kirin Brewery Co Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2009-01-03
Also published as: PH25247A; EP0325907B1; JPH01179684A; CA1302325C; US4906578A; DE68915003D1; EP0325907A1; JPH0428350B2; BR8900051A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur aeroben Züchtung und insbesondere eine Vorrichtung zur aeroben Züchtung zum Züchten von Mikroorganismen wie Backhefe, Futterhefe und Einzellenproteine (S. C.P. S von single-cell proteins).
Unter den Vorrichtungen zur aeroben Züchtung bedingen Vorrichtungen zur Vermehrung von Mikroben im Vergleich zu Vorrichtungen zur Fermentation für die Herstellung von Alkohol das Problem einer in ihnen durch die Reaktion hervorgerufenen großen Wärmemenge. Aus diesem Grund ist in derartigen Vorrichtungen eine Betriebssteuerung zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur erforderlich, um zu verhindern, daß die Mikroben ihre Lebensfähigkeit verlieren. Im Fall einer Züchtungsvorrichtung großer Kapazität kann jedoch eine ausreichende Kühlung nicht lediglich durch Installation eines wassergekühlten Mantels erzielt werden, da keine ausreichende Wärmeübergangsfläche vorliegt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind bislang verschiedenste Kühlverfahren und -systeme vorgeschlagen worden und in die Praxis umgesetzt worden.
Repräsentative Beispiele bekannter Kühleinrichtungen für Züchtungsvorrichtungen sind die vom Typ Waldhof, vom Typ Frings und Typ Vögelbusch. In jedem der Kühlsysteme dieser Typen ist innerhalb der Züchtungsvorrichtung bzw. dem Züchtungsbehältnis ein Kühlrohr in Form eines schraubenartigen oder wendelartigen Rohraufbaus innerhalb der Züchtungsvorrichtung vorgesehen, und es wird durch dieses Kühlrohr ein Kühlmittel geleitet, um hierdurch die Fluidmedien in der Vorrichtung zu kühlen. In einer weiteren bekannten Art von Kühleinrichtung wird ein Teil eines Zirkulationssystems, das eine Kühlflüssigkeit enthält, durch die Züchtungsvorrichtung und einen Kühler geleitet, der im System in einem Teil außerhalb der Vorrichtung installiert ist.
Die bekannten Vorrichtungen dieser Art neigen jedoch zu einem insgesamt komplizierten Aufbau. In einer Vorrichtung, die in sich integriert eine schraubenförmige Kühlröhre umfaßt, ist nicht nur der Aufbau kompliziert, sondern auch die Reinigungsfähigkeit bzw. Waschbarkeit (die Eigenschaft einer Eigenspülung bzw. ein Selbstflushvermögen) des Inneren der Vorrichtung sehr schlecht und verursacht Probleme.
Die FR-A-2 381 824 beschreibt eine Vorrichtung, die zur Fermentation verwendet wird und in welcher ruft in eine zentrale Röhre injiziert wird, um dafür zu sorgen, daß das Medium aufwärts und um einen gekühlten Mantel herum strömt. Das gekühlte Medium fällt dann bei Erreichen der Oberseite gegen die Außenwandung des Fermentationsbehälters ab, der ebenfalls gekühlt wird.
Die DE-A- 2 441 334 und die CH- A-563 458 offenbaren eine Vorrichtung wiederum zur Verwendung bei der exothermen Fermentation, wobei diese Vorrichtung einen Wärmeaustauscher (aus Röhren aufgebaut) umfaßt, der im Zentrum des Reaktionsgefäßes vorliegt. Die eingeleitete Luft bringt das Medium dazu, durch die Röhren zu fließen, die auf klassische Weise eines Wärmeaustauschers vom Kühlmittel umgeben sind.
Die DE-A-2 155 631 beschreibt ein ähnliches System, in dem Röhren des Wärmeaustauschers im gesamten Volumen des Fermentationsgefäßes plaziert sind.
Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung, eine Vorrichtung zur aeroben Züchtung anzugeben, die, während sie eine exzellente Waschbarkeit, Sanierfähigkeit sowie Abwasserableitung und Flüssigkeitszirkulation aufweist, über eine große Wärmeübertragungsfläche und hohe Kühleffizienz verfügt.
Erfindungsgemäß wird gemäß kurzer Zusammenfassung eine Vorrichtung zur aeroben Züchtung vertikaler Art vorgesehen, aufweisend: eine geschlossene äußere Vorrichtungsstruktur zylindrischer Form; einen internen Kühlmantel, der konzentrisch an der Innenwandoberfläche der Vorrichtungsstruktur befestigt ist und einen zylindrischen Raum zur Aufnahme eines Kühlmittels aufweist; mehrere nach unten gerichtete Fluidrohre (auch Fluideinziehröhren genannt), die in diesem Raum wahlfrei angeordnet sind und vertikal durch den Raum geführt sind sowie an ihrem oberen und unteren Ende zu oberen und unteren Innenbereichen oder -teilen der Vorrichtungsstruktur offen sind; ein Kühlmittelzufuhrrohr zur Leitung des Kühlmittels durch diesen Raum; und ein Fluidmedienzufuhrrohr zum Zuführen von Fluidmedien in die Vorrichtungsstruktur, wobei, wenn die Fluidmedien in die Vorrichtungsstruktur bis zu einem Pegel oberhalb der oberen Enden der nach unten gerichteten Fluidrohre zugeführt werden, die Fluidmedien in diese Rohre überströmen und sich, während sie gekühlt werden, durch diese Rohre abwärts in einen unteren Innenbereich der Vorrichtung bewegen, während ein Teil der Fluidmedien in Kontakt mit der innenliegenden Fläche des Kühlmantels ebenfalls gekühlt wird und sich abwärts bewegt, wobei der Fluidmedienkörper insgesamt infolge von Konvektionswärmeübertragungszonen oder -flächen, die wahlfrei erzielt werden, einer Naturumlaufströmung oder Natur-Zirkulationsszrömung unterliegt.
Vorzugsweise sind am oberen und unteren Bereich der Innenwandung und an der Vorrichtungsstruktur und nahe bzw. dicht beim oberen und unteren Ende des Raums ringförmige obere bzw. untere Dlatten fixiert, wobei dieser Raum hierdurch vom übrigen Teil des Innenraums der Vorrichtungsstruktur abgedichtet ist, wobei die mehreren nach unten gerichteten Fluidrohre vertikal mit regelmäßiger Verteilung in und um diesen Raum angeordnet sind und an ihren oberen und unteren Enden durch diese Platten geführt und daran befestigt sind, wobei die Rohre offene Enden aufweisen, die mit dem Inneren der oberen und unteren Bereiche der Vorrichtungsstruktur kommunizieren. Es sind Einrichtungen zum Leiten eines Kühlmittels durch diesen Raum des Kühlmantels und Einrichtungen zum Zuführen von Fluidmedien in das Innere der Vorrichtungsstruktur vorgesehen, wodurch, wenn Fluidmedien in die Vorrichtungsstruktur bezüglich eines Pegels oberhalb der oberen ringförmigen Platte innenliegend zugeführt werden, die Fluidmedien dann in die nach unten gerichteten Fluidrohre überströmen und durch diese herabströmen, wobei sie gekühlt werden und in den unteren Bereich fließen, während ein Teil der Fluidmedien in Kontakt mit der Innenwandseite der Innenwandung ebenfalls gekühlt wird und abströmt, wobei die Fluidmedien insgesamt einer Naturumlauf-Strömung unterliegen.
Die Fluidmedien werden durch Luftzufuhr, Belüftung, Rühren oder andere Einwirkung dazu gebracht, im mittleren Bereich der Vorrichtungsstruktur aufzusteigen und am oberen Bereich des Fluidmedienkörpers radial nach außen zu strömen. Dann werden die Fluidmedien bei ihrem Kontakt mit der Innenwandfläche des Kühlmantels, der um die Innenseite der Vorrichtungsstruktur installiert ist, gekühlt und strömen nach unten. Auf diese Weise wird eine Natur-Konvektionsströmung etabliert. Darüber hinaus strömt ein Teil der Fluidmedien an ihrer Oberfläche in die nach unten gerichteten Fluidrohre über und strömen bei Kühlung durch das Kühlmittel im Kühlmantel nach unten. Die auf diese Weise den unteren Bereich der Vorrichtung erreichenden Fluidmedien fließen radial nach innen und werden wieder zu einer nach oben ansteigenden Strömung.
Auf diese Weise werden die Fluidmedien bzw. das Fluidmedium innerhalb der Vorrichtung, während sie der oben beschriebenen Konvektionsströmung unterliegen, durch die Innenwandfläche des Kühlmantels und durch die Innenwandflächen der innerhalb des Kühlmantels installierten nach unten geführten Fluidrohre gekühlt. Infolgedessen kann die Temperatur der Fluidmedien innernalb der Vorrichtung auf einem spezifischen Wert gehalten werden. Diese Temperatur der Fluidmedien kann durch gesteuerte Einstellung der Strömungsrate oder der Temperatur des Kühlmittels gesteuert bzw. geregelt werden, das durch den Kühlmantel zugeführt wird.
So kann gemäß der Erfindung die Kühlwirkung infolge der wahlweise bzw. wahlfrei erhöhten Wärmeübertragungszonen gesteigert werden und darüber hinaus führt die Verbesserung in der Naturumlaufkonvektionsströmung zu einer noch effektiveren Kühlung.
Die Natur, der Nutzen, die Anwendbarkeit und weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bezüglich bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beim Lesen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die nun kurz zusammengefaßt sind, noch deutlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
FIG.1 eine perspektivische Ansicht im vertikalen Schnitt, die ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung zeigt;
FIG.2 den Aufbau derselben Vorrichtung im vertikalen Schnitt;
FIG.3 eine halbe Schnittansicht entlang der in FIG. 2 durch die Linie III-III angezeigten abgestuften Fläche;
FIG.4 eine halbe Schnittansicht ähnlich der FIG. 3, die ein modifiziertes Beispiel zeigt;
FIG.5 und 6 jeweils Änsichten im vertikalen Schnitt, die weitere Beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung zeigen;
FIG.7 eine perspektivische Ansicht im vertikalen Schnitt, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung zeigt;
FIG.8 eine Schnittansicht entlang der Querschnittsebene, die in FIG. 7 durch die Linie VIII-VIII angezeigt ist;
FIG.9 eine bezüglich FIG. 7 vergrößerte Teilansicht des Bodenbereichs A der Vorrichtung in FIG. 7;
FIG.10 eine zur FIG. 9 orthogonale Ansicht von oben; und
FIG.11(A), 11(B), 11(C) und 12 schematische Ansichten von Aufbauten, teilweise im Vertikalschnitt, die jeweils beispiele von Züchtungsvorrichtungen mit Kühlsystemen des Standes der Technik zeigen. Detaillierte Beschreibung der Erfindung PEs werden nun die grundsätzliche Natur und die begleitenden Probleme der konventionellen Kühlsysteme von Züchtungsvorrichtungen als einem vollen Verständnis der vorliegenden Erfindung förderlich kurz erläutert.
Die zuvor erwähnten Typen Waldhof, Frings und Vögelbusch für Kühlsysteme von Züchtungsvorrichtungen, die bislang bekannt waren, sind jeweils in den FIG. 11(A), 11(3) und 11(c) gezeigt. In jeder dieser Vorrichtungen a ist ein schraubenförmiges Kühlrohr b installiert. Durch Leiten eines Kühlmittels durch das Kuhlronr b werden die Kühlmedien in der Vorrichtung a gekühlt Ein weiteres bekanntes Kühlsystern ist schematisch in FIG. 12 dargestellt und umfaßt einen externen Kühler c außerhalb der Vorrichtung a. Dieser Kühler c ist in einem externen Teil eines Kühlflüssigkeitskreises d installiert, wobei ein Teil des Kühlmittels durch eine Züchtungsvorrichtung a strömt. Wie weiter oben erwähnt, waren diese bekannten Vorrichtungen durch Probleme wie Schlechte Waschbarkeit ihrer inneren Teile und einen komplizierten Aufbau begleitet.
Diese Probleme des Standes der Technik sind durch die Erfindung Überwunden worden, von der ein Beispiel nun unter Bezugnahme auf die FIG.1 bis 4 erläutert werden wird. Dieses Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung umfaßt eine Vorrichtungsstruktur oder einen Vorrichtungsaufbau 1 vertikaler zylindrischer Form, der ein mittleres zylindrisches Gehäuseteil 1a, einen oberen Bereich 1b in Form eines kurzen Zylinders mit kuppelförmiger Oberseite und einen unteren 3ereich 1c in Form einer Schüssel oder eines Bassins aufweist. Das mittlere Gehäuseteil 1a, das auch als Kessel bezeichnet wird, ist um sein oberes Ende koaxial an einer ringförmigen oberen Röhrenplatte 14 fixiert und um sein unteres Ende koaxial herum an eine rings förmige untere Röhrenplatte 15. Ferner ist am unteren Ende einer zylindrischen Innenwand 13 der kreisförmige innere Rand der unteren Röhrenplatte 15 befestigt. Um den Bereich der Wand 13 herum, der um eine bestigte Distanz unterhalb ihres obersten Endes nach unten versetzt ist, ist die Innenwand 13 ferner am kreisförmigen inneren Rand der oberen Röhrenplatte 14 fixiert.
Die Zylindrische Wand des mittleren Gehäuseteils 1a, die Innenwand 13 und die inneren Teile der oberen und unteren Röhrenplatten 14 und 15 bilden so einen geschlossenen zylindrischen Raum, der als Kühlmantel 2 wirkt.
Der untere 3ereich 1c der Vorrichtungsstruktur 1 ist an seinem unteren mittleren Bereich mit einem Fluidmedien zufuhranschluß 3 versehen. Der obere Bereich 1b der Vorrichtungsstruktur 1 ist an seinem oberen mittleren Bereich mit einem Gasextraktionsanschluß 5 versehen und an einem seitlichen Teil des Bereichs bzw. der Vorrichtung mit einem Fluidmedienaustraganschluß 4. Din Fluidmedienzufuhrrohr 6 ist mittels eines zylindrischen porösen Filters 12 an den Fluidmedienzufuhranschluß 3 angeschlossen, wobei das Filter zwischen Zufuhröffnung und Zufuhrrohr gelegt ist. Dieses Filter 12 ist in der gezeigten Weise innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 7a eingeschlossen, das um das Filter herum eine ringförmige Kammer 7 ausbildet. Ein Luftzufuhrsystem 8 zur Aeration und ein Dampfzufuhrsystem 9 zum Zuführen van Waschdampf oder Reinigungsdampf sind jeweils mittels Ventilen 10 und 11 am Gehäuse 7a zur Kommunikation mit der Kammer 7 angeschlossen. auf diese Weise können durch das poröse Filter 12 ruft und Dampf in den unteren Bereich 1c und die Übrigen inneren Bereiche der Vorrichtungsstruktur 1 ausgenommen den Kühlmantel 2 eingeleitet werden.
Innerhalb des Kühlmantels 2 sind verschiedene nach unten gerichtete Fluidrohre (auch Fluideinziehrohre) 16, 16, ... vorgesehen, die sich vertikal zwischen der oberen und unteren Röhrenplatte 14 und 15 erstrecken und parallel auf einem Kreis unter regelmäßigen Abständen um den Kühlinantel herum 2 angeordnet sind. Das obere Ende jedes Rohres 16 ist auf leckdichte Weise durch die obere Röhrenplatte 14 geführt und daran fixiert und ist zum Inneren des oberen Bereichs 1b der Vorrichtungsstruktur 1 offen. In gleicher Weise ist das untere Ende jedes Rohres 16 durch die untere Röhrenglatte 15 geführt bzw. in diese eingesetzt und dort fixiert und zum Inneren des unteren Vorrichtungsbereichs 1c hin offen.
Durch ein Kühlmittelzufuhrrohr 19 und ein Ventil 20 wird ein Kühlmittel in einem Kühlmitteleinlaß 17 des Kühlmantels 2 in einem unteren Bereich dieses Mantels eingeleitet. Nach Zirkulation durch den Mantel 2 mit Absorption von Wärme wird dieses Kühlmittel durch ein Kühlmittelauslaßrohr, ein Ventil 22 und ein Kühlmittelaustragrohr 21 aus dem Mantel herausgeleitet. Der obere Bereich der Innenwand 13 des Kühlmantels 2 steht oberhalb der oberen Röhrenplatte 14 nach oben vor und bildet auf diese Weise ein ringförmiges Überlaufwehr 23. Die obere Kante dieses Überlaufwehrs 23 umfaßt einen zusammenhängenden fortlaufenden Kreis von Ausschnitten 24, 24, ..., wodurch das Überlaufwehr 23 eine sägezahnförmig eingeschnittene obere Kante aufweist. Die Form jedes der Ausschnitte 24,24, ... ist nicht auf einen dreieckigen Ausschnitt begrenzt, sondern kann jedwede geeignete Form wie rechtwinklig oder halbkreisförmig aufweisen.
Die nach unten geführten Fluidrohre 16,16, ... können gemäß der Ansicht in FIG. 3 von oben auf einem einzelnen gemeinsamen Kreis mit einem mit der Mittenlinie der Vorrichtung 1 zusammenfallenden Zentrum angeordnet sein. Alternativ können die Rohre in irgendeinem gewissen anderen regelmäßigen polarischen Muster wie einem in FIG. 4 gezeigten Zickzackmuster angeordnet sein.
Die Vorrichtung zur aeroben Züchtung des oben beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Auslegung arbeitet auf die folgende Weise.
Das Kühlmittel wird in den Kühlmantel 2 durch den Kühlmitteleinlaß 17 eingeleitet; die Fluidmedien werden durch das Fluidzufuhrrohr 6 und den Fluidmedienzufuhranschluß 3 in den unteren Vorrichtungsbereich 1c eingeleitet; und es wird Luft aus dem Luftzufuhrsystem 8, durch das poröse Filter 12 und den Anschluß 3 in den unteren Vorrichtungsbereich 1c eingeleitet. Die so zugeführte Luft nimmt dann die Form von Blasen im Fluidmedium an und steigt nach oben, wobei sie eine Aufwärtsströmung des oder der Fluidmedien im zentralen Bereich der Vorrichtung induziert, wie dies durch die Pfeile X angezeigt ist. Der in Kontakt mit der Innenwandseite der inneren Wand 13 des KÜhlmantels 2 befindliche Teil der Fluidmedien wird gekühlt und strömt gemäß Andeutung durch die Pfeile Y nach unten. Auf diese Weise findet im mittleren Bereich der Vorrichtung eine konvektionelle Naturumlaufströmung statt.
Sowie das Niveau der Fluidmedien im mittleren Bereich der Vorrichtung ansteigt, strömt der obere Bereich der Fluidmedien über die Ausschnitte 24,24, ... des Überlaufwehrs 23 am oberen Bereich der Innenwand 13 Über und wird, da es in Bewegung gehalten wird, auf die Oberseite der oberen Röhrenplatte 14 nach unten strömen. Dieser Teil der Fluidmedien fließt dann durch die nach unten gerichteten Fluidrohre 16,16, .., unter Kühlung durch das Kühlmittel, das durch den Kühlmantel 2 zirkuliert wird, nach unzen und wird zu einer absteigenden Fluidströmung gemäß Anzeige durch die Pfeile Z. Dieses abströmende Fluid strömt so in den unteren Vorrichtungsbereich 1c, wo es im zentralen Bereich der Vorrichtung auf das ansteigende Fluid trifft. Als nutzbare Wirkung ergibt sich, daß eine Konvektionszirkulation der Fluidmedien natürlich in Richtung der Pfeile X, Y und Z innerhalb der Züchtungsvorrichtung entsteht. Folglich wird die Temperatur der Fluidmedien innerhalb der Vorrichtung gleichförmig werden, und gleichzeitig wird eine sachte Bewegungswirkung erzielt.
Für einen Fall des oben beschriebenen Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung wird im Fall einer Fluidmedienkapazität von 8,5 m³ die Fläche &sub1; der Innenwandfläche der inneren Wandung 13 gleich π D&sub1;h = 14,07 m², und die Wärmeübergangsfläche &sub2; der nach unten geführten Fluidrohre 16 wird gleich N πd&sub1;H = 25,32 m². Dabei ist D&sub1; der Innendurchmesser der zylindrischen Innenwandung 13 des Kühlmantels 2; h ist die Höhe der Innenwandung 13; d&sub1; ist der Durchmesser der nach unten gerichteten Fluidrohre 16; und N ist die Anzahl der Rohre 16. Daher wird eine dreifach so große Wärmeübertragungsfläche wie bei der konventionellen Züchtungsvorrichtung erzielt, und zusätzlich führt die Verbesserung in Form der Konvektionszirkulation zu einer noch effektiveren Kühlung.
In einem weiteren Beispiel der Erfindung gemäß Darstellung in FIG. 5 ist ein hohler Zylinder 25 konzentrisch innerhalb der inneren Wandung 13 angeordnet und wirkt dort als klare Trennung zwischen ansteigender Strömung und absteigender Strömung der Strömung innerhalb der Innenwandung, um eine noch sachtere und glattere Konvektionszirkulation der Fluidmedien hervorzurufen. Der Hohlzylinder 25 weist im wesentlichen dieselbe Höhe wie der Kühlmantel auf und weist einen Durchmesser auf, der angenähert dem halben Durchmesser der Innenwandung 13 entspricht. Die weiteren Merkmale des Aufbaus und der Funktionsweise dieses Beispiels sind ähnlich denjenigen des vorhergehenden Beispiels. Die Teile dieses Ausführungsbeispiels, die mit Teilen von FIG. 1 bis 4 übereinstimmen oder äquivalenz hierzu sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es erfolgt von diesen Teilen keine Wiederholung der detaillierten Beschreibung. Dasselbe gilt für die weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung, die noch erläutert werden.
Im Betrieb dieser Vorrichtung strömt der ansteigende Strom prinzipiell durch das Innere des Hohlzylinders 25 gemäß Anzeige durch die Pfeile x und wird durch die Innenwandfläche dieses Zylinders 25 rektifiziert bzw. gerade geleitet und so dazu gebracht, homogen und glatt zu strömen. Darüber hinaus strömt der absteigende Strom prinzipiell durch den Raum zwischen der Innenwandung 13 des Kühlmantels 2 und dem Hohlzylinder 25 gemäß Anzeige durch die Pfeile Y. Daher erfolgt die Naturumlaufströmung des Fluids innerhalb der Vorrichtung homogen und glatt, und es wird eine effektive Kühlung mit Bewegungsauslösung erzielt.
Ein noch weiteres Beispiel der Vorrichtung zur aeroben Züchtung ist in FIG. 6 dargestellt, wobei der Hohlzylinder 25 des vorhergehenden Beispiels nun der Struktur eines Kühlers oder eines Wärmeaustauschers entspricht. Die oberen und unteren Enden des Hohlzylinders 25 sind durch obere und untere Platten 26 bzw. 27 verschlossen. Es sind nach unten geführte Fluidrohre 28,28, ... vertikal in zueinander beabstandeter Weise innerhalb des Hohlzylinders 25 angeordnet, wobei die oberen und unteren Enden dieser Rohre 28,28, ... durch die oberen und unteren Platten 26 und 27 geführt sind und dort auf leckdichte Weise fixiert und eingesetzt sind sowie zum oberen und unteren Bereich des Inneren von der Vorrichtung hin offen sind. Es wird dafür gesorgt, daß ein Kühlmittel durch das Innere des Zylinders 25 und in Kontakt mit der Außenseite der Rohre 28,28, ... fließt, wobei das Kühlmittel durch ein Kühlmittelzufuhrrohr 29 und ein Kühlmittelaustragrohr 30 zugeführt und ausgetragen wird.
Die Funktionsweise der oben beschriebenen Kühlstruktur beinhaltet, daß die nach unten gehende Strömung der Fluidmedien durch das Innere der nach unten gerichteten Fluidrohre 28,28, ... innerhalb des hohlen Zylinders 25 hindurchtritt, und es werden so die Fluidmedien durch das innerhalb des Zylinders 25 umlaufende Kühlmittel gekühlt. Daher wirkt dieser Aufbau so, daß er die Kühlwirkung noch steigert, wenn er in Züchtungsvorrichtungen großer Abmessungen eingesetzt wird. Die übrigen Merkmale des Aufbaus und der Funktionsweise dieses Beispiels entsprechen den bereits an Hand der vorhergehenden Beispiele beschriebenen.
Die Reinigung und Wartung für die sanitäre Pflege jeder der oben beschriebenen Vorrichtungen können durch die folgenden Prozeduren erzielt werden.
1) die Fluidmedien werden aus der Vorrichtung abgezogen und abgelassen, und es wird dann Wasser durch das Fluidzufuhrrohr 6 bzw. Flüssigkeitszufuhrrohr 6 in die Vorrichtung bis zum Überlaufniveau eingeleitet, oder es wird Dampf, der 0,5 bis 2,0% NaOH als Zumischung enthält, in die Vorrichtung geleitet.
2) Das Kühlmittel im Kühlmantel 2 wird durch den Kühlmitteleinlaß 17 abgezogen und es wird dann durch diesen Einlaß Dampf eingeleitet, um eine Auskoch- und Spül- bzw. Flush- Wirkung zu erzielen.
3) Ist die Kontamination geringfügig, werden die obigen Prozeduren 1 und 2 nicht ausgeführt, und es wird direkt Dampf in die Vorrichtung 1 geleitet, um ein Autoklaven-Verfahren auszuführen.
Der Aufbau der Vorrichtung kann auf mehrere Arten und Weisen zur geeigneten Anpassung auf die Züchtung modifiziert werden. Für den Fall, daß eine kleine Wärmeübergangsfläche ausreichend ist, kann die Anzahl der nach unten gerichteten Rohre 16,16, ... reduziert werden. In diesem Fall stellt eine andere Maßnahme als die Auswahl der Anzahl von nach unten gerichteten Rohre 16 dar, eine spezifische Anzahl bereits installierter Rohre mit einem stopfenartigen Verschlußstück zu verschließen, um so die Anzahl der wirksamen Rohre vorzugeben. Ferner kann statt die Innenwandstruktur des Kühlmantels 2 vollständig in Umfangsrichtung um die Vorrichtung herum auszubilden, der Kühlmantel auch in intermittierenden Abständen installiert werden.
Ein weiteres Beispiel der Vorrichtung zur aeroben Züchtung gemäß Darstellung in den FIG. 7 bis 10 umfaßt die vertikale Vorrichtungsstruktur 31, die relativ zu ihrem Durchmesser eine große Höhe aufweist und mit einem Kühlmantel 32 versehen ist, der zwischen dem zylindrischen Gehäuseteil der Vorrichtungsstruktur 31 ausgebildet ist, wobei ferner eine hohlzylindrische Innenwand 40, eine obere Röhrenplatte 41 und eine untere Röhrenplatte 42 vorgesehen sind. Innerhalb dieses Kühlmantels 32 sind mehrere nach unten gerichtete Rohre 44 ähnlich wie in den vorausgehenden Beispielen installiert. Diese Rohre 44 sind im regelmäßigen Muster auf drei konzentrischen Kreisen angeordnet, wie in der Ansicht von oben in FIG. 8 ersichtlich ist. Die Vorrichtungsstruktur 31 ist an ihrem unteren Ende durch eine Bodenabschlußplatte 39 in Form einer Schüssel abgeschlossen, wobei im mittleren Teil dieser Platte eine einzelne Fluidmedienzufuhröffnung 34 bzw. ein entsprechender Anschluß vorgesehen ist. Um diesen Fluidmedienzufuhranschluß 34 herum sind mehrere Luftzufuhrrohre 33, Fluidagensinjektionsanschlüsse 38 und ein Mann- oder Arbeitsloch 45 vorgesehen. Diese Vorrichtung zur aeroben Züchtung ist für den Fall geeignet, daß eine große Sauerstoffmenge erforderlich ist. Durch die Merkmale dieser Vorrichtung wird die Naturumlaufströmung des Fluids innerhalb der Vorrichtung gefördert. Darüber hinaus wird eine Bewegungs- und Kühlwirkung infolge der Naturkonvektionsströmung effizient erzielt, und die Aerations-Effizienz wird stark gesteigert.
In dieser Vorrichtung ragt der obere Teil der zylindrischen Innenwand 40 durch die obere Röhrenplatte 41 hindurch nach oben und bildet ein zylindrisches Überlaufwehr 40B. Die Vorrichtungsstruktur 31 ist an ihrem mittleren zylindrischen Gehäuseteil, der die Außenwand des Kühlmantels 32 bildet, in unterschiedlichen Höhenniveaus mit einer Anzahl Kühlmitteleinlässen 43 und Kühlmittelauslässen 43B versehen. Die obere Abschlußplatte 39A ist mit einem Arbeitsloch 45A und einem mittig angeordneten Gasaustraganschluß 36 versehen. Die Bodenabschlußplatte 39 ist ebenfalls mit dem Arbeitsloch 45 versehen. Es sind ferner mehrere Fluidmedienauslässe 35 sich durch den oberen Bereich der Vorrichtungsstruktur 31 oberhalb der oberen Röhrenplatte 41 erstreckend vorgesehen.
Speziell im vorliegenden Beispiel sind jeweils Luftdüsen 37 mit den mehreren Luftzufuhrrohren 33 verbunden, die durch die Bodenabschlußplatte 39 um den mittleren Anschluß 34 herum zum Zuführen von Fluidmedien angeschlossen sind, wobei die Düsen dazu dienen, ruft in das Innere der Vorrichtung zu fördern. Wie im Detail in den FIG. 9 und 10 dargestellt ist, umfaßt jede dieser Luftdüsen 37 ein Sieb oder Filter 37A aus rostfreiem Stahl einer Siebweite in der Größenordnung einer Maschenweite oder -zahl von 4 (sogenanntes 4 mesh-Sieb) und mehrere Anbringungsstege 37B, die an ihren unteren Enden an der Bodenabschlußplatte 39 fixiert sind und an denen das Sieb bzw. Filter 37A gehaltert ist.
Die Vorrichtung zur aeroben Züchtung des oben beschriebenen Aufbaus arbeitet auf die folgende Weise. Fluidmedien werden durch den Fluidmedienzufuhranschluß 34 in den oberen Bereich der Vorrichtungsstruktur 31 eingeleitet und als Fluidagens wird beispielsweise H&sub2;SO&sub4;, NH&sub4;OH oder Na&sub2;SO&sub3; durch den Fluidagensinjektionsanschluß 38 in den Bodenbereich der Vorrichtungsstruktur 31 eingeleitet, wobei Luft durch die Luftzufuhrrohre 33 zugeführt wird. Da die so durch die Luftzufuhrrohre 33 zugeführte Luft durch die Siebe 37A der Luftdüsen 37 rektifiziert wird, die mit den Luftzufuhrrohren 33 verbunden sind, wird die Luft in die Fluidmedien eingeblasen. Die Luft nimmt dabei die Form von Blasen an und steigt an, um eine ansteigende Strömung durch das Innere der zylindrischen Innenwand 40 zu induzieren, wie durch die Pfeile X in FIG. 7 angezeigt ist, wenn sie eine Aeration der Fluidmedien bewirkt.
Darüber hinaus werden die die Innenwände der Innenwand 40 des Kühlmantels 32 kontaktierenden Fluidmedien gekühlt und werden gemäß Andeutung durch die Pfeile Y zu einer absteigenden Strömung, wodurch innerhalb der Vorrichtung wiederum eine Naturumlaufströmung erzeugt wird. Ein gewisser Teil der Fluidmedien strömt über den oberen Rand des Überlaufwehrs 40B am obersten Ende der Innenwand 40 und strömt, da das Medium in Bewegung gehalten wird, auf die obere Röhrenplatte 41 am oberen Ende des Kühlmantels 32 herab und fließt dann durch die nach unten gerichteten Fluidröhren 44 nach unten, wie durch die Pfeile Z angezeigt ist. Dieses Fluid wird hierdurch durch den Kühlmantel gekühlt und wird zu einer sich abwärts bewegenden Strömung, die den Bodenbereich dieser Vorrichtung erreicht. Dann wird dieses Fluid mit aufsteigendem Fluid gemischt, steigt wiederum an, so daß es auf diese Weise durch das Innere der Vorrichtung zirkuliert.
Infolge dieser Strömungen des Fluids wird eine Naturumlaufströmung der Fluidmedien gemäß der Anzeige durch die Pfeile X, Y und Z innerhalb der Vorrichtung hervorgerufen. Die Temperatur der Fluidmedien wird auf diese Weise gleichförmig und einheitlich gestaltet, und gleichzeitig werden eine gute Bewegungswirkung und Aeration erzielt. Speziell wird im vorliegenden Beispiel Luft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 cm/s durch die Siebe 37A geblasen, wodurch eine starke Bewegungswirkung und Aeration der Fluidmedien möglich werden, ohne ein perforiertes Filter zu verwenden.
Während sich die vorgehende Offenbarung auf Vorrichtungen zur aeroben Züchtung bezieht, in denen die Bewegungsinduktion und Aeration infolge einer natürlichen Konvektionszirkulation die prinzipiellen Funktionswirkungen sind, ist die Lehre der Erfindung auch selbstverständlich auf Züchtungsvorrichtungen anwendbar, die mit speziellen Bewegung induzierenden Einrichtungen (Rührern usw.) versehen sind, und ferner auch auf Vorrichtungen zur aeroben Züchtung von anderen Auslegungen als den oben beschriebenen.
Infolge der Konstruktions- und Betriebsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aeroben Züchtung gemäß obiger Beschreibung, durch die ein natürlicher Umlauf der Fluidmedien erzielt wird, werden ferner eine Bewegungsinduktion und Kühlwirkungen infolge der Naturumlaufströmung mit hoher Effizienz erzielt, und es werden ungewünschte Temperaturanstiege der Fluidmedien verhindert. Auf diese Weise wird die Züchtungseffizienz deutlich gesteigert. Darüber hinaus ist, da der Kühlmantel in konzenzrischer Lage am inneren Umfangsbereich der Vorrichtungsstruktur vorgesehen ist, die Wärmeübertragungszone des Mantels groß, wodurch die Kühlwirksamkeit erheblich gesteigert wird. Da darüber hinaus Kühlrohre in schraubenförmiger Ausbildung innerhalb der Vorrichtungsstruktur vermieden sind, ist die Waschbarkeit und Reinigungsfähigkeit der Vorrichtung gut, und es werden vielfältige andere vorteilhafte Merkmale wie vereinfachter Aufbau usw. erbracht.

Claims

1. Vorrichtung zur aeroben Züchtung von vertikaler Art, aufweisend: eine geschlossene äußere Vorrichtungsstruktur (1) zylindrischer Form; einen internen Kühlmantel (2), der konzentrisch an der Innenwandoberfläche der Vorrichtungsstruktur (1) befestigt ist und einen zylindrischen Raum zur Aufnahme eines Kühlmittel aufweist; mehrere nach unten gerichtete Fluidrohre (16), die in diesem Raum wahlfrei angeordnet sind und vertikal durch den Raum geführt sind sowie an ihrem oberen und unteren Ende zum oberen und unteren Innenbereich der Vorrichtungsstruktur offen sind; ein Kühlmittelzufuhrrohr (19 zur Leitung des Kühlmittels durch diesen Raum; und ein Fluidmedienzufuhrrohr (6) zum Zuführen von Fluidmedien in die Vorrichtungsstruktur, wobei, wenn die Fluidmedien in die Vorrichtungsstruktur (1) bis zu einem Pegel oberhalb der oberen Enden der nach unten gerichteten Fluidrohre zugeführt werden, die Fluidmedien in diese Rohre überströmen und sich, während sie gekühlt werden, durch die Rohre abwärts in einen unteren Innenbereich der Vorrichtung bewegen, während ein Teil der Fluidmedien in Kontakt mit der innenliegenden Fläche des Kühlmantels (2) auch gekühlt wird und sich abwärts bewegt, wodurch der Fluidmedienkörper insgesamt infolge von Konvektionswärmeübertragungszonen, die wahlfrei erzielt werden, einer Naturumlaufströmung unterliegt.

2. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 1, in welcher ein die innenliegende zylindrische Wand (13) des Kühlmantels (2) bildendes Teil zur Ausbildung eines zylindrischen Überlaufs (23) nach oben ragt.

3. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 2, in welcher der obere Rand des zylindrischen Überlaufs (23) mit Ausschnitten (24) versehen ist und so ein gezahntes Profil aufweist.

4. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 1, in welcher eine hohle zylindrische Struktur (25) mit offenen Enden innerhalb der Vorrichtungsstruktur (1) in deren mittlerem Bereich und koaxial zu dieser angeordnet ist.

5. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 1, in welcher die Vorrichtungsstruktur (1) einen schalenartigen unteren Bereich (1c) aufweist, der in seinem Zentrum mit einer Fluidmedienzufuhröffnung (3) versehen ist, an die ein Fluidmedienzufuhrrohr (6) über ein dazwischen angeordnetes zylindrisches poröses Filter (12) angeschlossen ist, das in einem zylindrischen Gehäuse (7a) eingeschlossen ist, welches um das Filter herum eine ringförmige Kammer (7) bildet, an die ein Luftzufuhrsystem (8) zum Zuführen von Luft zur Aeration und ein Dampfzufuhrsystem (9) zum Zuführen von Waschdampf angeschlossen sind, wobei sowohl die Luft als auch der Dampf zuerst in die Kammer (7), durch das poröse Filter (12) und dann durch die Fluidmedienzufuhröffnung (3) zugeführt werden.

6. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 1, in welcher die Vorrichtungsstruktur (1) einen schalenartigen unteren Bereich (1c) aufweist, der in seinem Zentrum mit einer Fluidmedienzufuhröffnung (34) und gleichzeitig mit mehreren Luftzufuhrrohren (33) versehen ist, die in einer regelmäßigen Anordnung um einen bezüglich des Zentrums konzentrischen Kreis herum angeordnet sind.

7. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 6, in welcher die Luftzufuhrrohre (33) ein Drahtgewebesieb (37A) aufweisen.

8. Vorrichtung zur aeroben Züchtung nach Anspruch 5, in welcher die nach unten gerichteten Fluidrohre (16) von oben gesehen in einem regelmäßigen Zick-Zackmuster auf zumindest zwei Kreisen verschiedener Durchmesser angeordnet sind, die um das axiale Zentrum des Kühlmantels konzentrisch sind.