FR2596412A1 - Photobioreactor - Google Patents
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Abstract
Description
Photobioréacteur
La presente invention est relative, de manière très générale, à l'exploitation industrielle du phénomène de photosynthèse selon lequel L'action directe du rayonnement solaire favorise le développement de micro-organismes photoautotrophes.Photobioreactor
The present invention relates, very generally, to the industrial exploitation of the phenomenon of photosynthesis according to which the direct action of solar radiation promotes the development of photoautotrophic microorganisms.
On sait que, pour chaque espèce vivante, la réaction photosynthétique qui lui correspond a un rendement optimal dans une plage de températures bien définie. A contrario, des températures basses au-dessous du seuil inférieur de cette plage, résultant du froid généré par la nuit ou des intempéries, ou des temperatures élevées, au-dessus du seuil supérieur de cette plage, inhibent ce phénomène de photosynthèse. We know that, for each living species, the photosynthetic reaction which corresponds to it has an optimal yield within a well-defined temperature range. Conversely, low temperatures below the lower threshold of this range, resulting from the cold generated by the night or bad weather, or high temperatures, above the upper threshold of this range, inhibit this phenomenon of photosynthesis.
La présente invention est relative, de maniere plus précise, au cas où Les micro-organismes sont en suspension dans une solution nutritive. The present invention relates, more precisely, to the case where the microorganisms are suspended in a nutritive solution.
On connait actueLlement des moyens, appelés photobioréacteurs par L'homme de l'art, qui permettent à de tels micro-organismes en suspension de se trouver à des températures incluses à L'intérieur de la plage optima le de températures précitée et d'y etre maintenus malgré Les variations de conditions climatiques environnantes, de sorte qu'une culture optimale puisse cotre conduite en toutes régions climatiques. En outre, ces moyens peuvent cotre agencés pour fonctionner selon un processus de production industrielle, de masse et continue. There are currently known means, called photobioreactors by those skilled in the art, which allow such microorganisms in suspension to be at temperatures included within the optimum range of the aforementioned temperatures and be maintained in spite of the variations in surrounding climatic conditions, so that an optimal culture can be carried out in all climatic regions. In addition, these means can be arranged to operate according to an industrial, mass and continuous production process.
La demande de brevet français FR-A-2 564 854 décrit un photobioréacteur de ce genre. Il comprend deux conduits horizontaux dans lesquels peuvent circuler à contre-courant, d'une part une solution-nutritive chargée de micro-organismes et, d'autre part, un Liquide de régulation thermique. French patent application FR-A-2 564 854 describes a photobioreactor of this kind. It includes two horizontal conduits in which a counter-current can flow, on the one hand a nutritive solution charged with micro-organisms and, on the other hand, a thermal regulation liquid.
On comprend que, avec un tel photobioréacteur soumis au rayonnement solaire, d'une part la solution nutritive chargée de micro-organismes et circulant dans l'un des conduits est le siège d'une reaction photosynthétique et, que d'autre part, le liquide de régulation thermique peut s'échauffer ou se refroidir en fonction de l'environnement thermique et naintenir La température optima le de La solution nutritive en fonction des calories échangées avec cette solution en fonction des débits relatifs contrlés dans Les deux conduits. It is understood that, with such a photobioreactor subjected to solar radiation, on the one hand the nutritive solution charged with microorganisms and circulating in one of the conduits is the seat of a photosynthetic reaction and, that on the other hand, the thermal regulation liquid can heat up or cool down depending on the thermal environment and maintain the optimum temperature of the nutrient solution according to the calories exchanged with this solution according to the relative flow rates controlled in the two conduits.
Un tel photobioréacteur présente cependant plusieurs inconvenients : tout d'abord la thermorégulation de la solution nutritive est réduite parce que le matériau constitutif du conduit dans lequel circule le liquide de réguLation est un matriau isolant thermiquenent. Ensuite, la circulation de La suspension cellulaire et du liquide de régulation dans leur conduit horizontal respectif est forcée, ce qui entrasse des contraintes mécaniques au niveau des matériaux constitutifs des conduits et des raccords divers. Enfin, les moyens de recyclage de la suspension cellulaire ne permettent pas la culture de micro-organismes fragiles. However, such a photobioreactor has several drawbacks: firstly, the thermoregulation of the nutrient solution is reduced because the material constituting the conduit in which the regulating liquid circulates is a thermally insulating material. Then, the circulation of the cell suspension and of the regulation liquid in their respective horizontal duct is forced, which builds up mechanical stresses at the level of the materials constituting the various ducts and fittings. Finally, the means of recycling the cell suspension do not allow the culture of fragile microorganisms.
La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients. A cette fin, elle propose un photobioréacteur améLiorant ta thermorégulation de la solution nutritive. Elle supprime egàlement la circulation forcee de la solution nutritive à L'intérieur de son conduit et autorise la culture de micro-organismes fragiles. Ces résultats sont obtenus, selon L'invention, par un photobioréacteur du genre comprenant un canal dans lequel circule une solution nutritive chargée de micro-organismes et soumise à L'action directe du rayonnement solaire.Ce photobioreacteur se caractérise en ce qu'il comporte un conduit longitudinal, de section rectangulaire, ayant une position inclinée et dont la face inférieure, sur laquelle s'ecoule La solution nutritive chargée de micro-organismes, est constituée par un echangeur thermique plat dans lequel circule un liquide de régulation et la face supérieure du conduit étant constituee d'une plaque amovible transparente susceptible d'être traversée par le rayonnement solaire, le conduit étant relié par des canalisations à des moyens de recyclage de tel le sorte que la solution nutritive chargee de micro-organismes peut remonter du bas vers le haut du conduit incliné. The object of the present invention is precisely to remedy these drawbacks. To this end, it offers a photobioreactor improving your thermoregulation of the nutrient solution. It also suppresses the forced circulation of the nutrient solution inside its duct and allows the culture of fragile microorganisms. These results are obtained, according to the invention, by a photobioreactor of the kind comprising a channel in which a nutritive solution laden with microorganisms circulates and subjected to the direct action of solar radiation. This photobioreactor is characterized in that it comprises a longitudinal duct, of rectangular section, having an inclined position and the lower face of which, on which the nutrient solution laden with microorganisms flows, consists of a flat heat exchanger in which a regulating liquid circulates and the upper face of the duct being made up of a transparent removable plate capable of being traversed by solar radiation, the duct being connected by pipes to recycling means such that the nutrient solution laden with microorganisms can rise from the bottom to the top of the inclined duct.
On comprend que, avec un tel photobioréacteur soumis au rayonnement solaire, la solution nutritive chargée de microorganismes est le siège d'une réaction photosynthétique et s'ecoule par gravité dans le conduit incliné. It is understood that, with such a photobioreactor subjected to solar radiation, the nutritive solution charged with microorganisms is the seat of a photosynthetic reaction and flows by gravity in the inclined conduit.
Pour permettre une bonne thermorigulation de la solution nutritive chargée de micro-organismes, L'échangeur thermique plat comprend deux plaques d'un matériau conducteur thermiquement entre lesquelles circule le Liquide de régulation. To allow good thermorigulation of the nutrient solution loaded with microorganisms, The flat heat exchanger comprises two plates of a thermally conductive material between which the control liquid circulates.
De préférence, le matériau constitutif des deux plaques de l'échangeur thermique est du métal et lesdites plaques sont soudees ensemble. Preferably, the material constituting the two plates of the heat exchanger is metal and said plates are welded together.
Selon un mode de réalisation préféré de L'invention, la face inférieure du conduit repose sur une structure isolante thermiquement, façonnée de manière à donner une position inclinée au conduit. According to a preferred embodiment of the invention, the underside of the duct rests on a thermally insulating structure, shaped so as to give an inclined position to the duct.
Pour autoriser La culture de micro-organismes fragiles les moyens de recyclage de La solution nutritive comprennent un reservoir de stockage dans lequel circule un flux d'air permettant à la solution nutritive de remonter du bas vers le haut du conduit incline. To allow the cultivation of fragile microorganisms, the means for recycling the nutrient solution comprise a storage tank in which an air flow circulates allowing the nutrient solution to rise from the bottom to the top of the inclined conduit.
L'invention apparartra mieux à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de réalisation donnés à titre purement illustratif et nullement Limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une vue en coupe de l'ensemble des éléments constitutifs essentiels d'un photobioréacteur conforme à l'invention. The invention will appear better on reading the description which follows, of embodiments given purely by way of illustration and in no way limiting, with reference to the appended drawing in which the single figure is a sectional view of all the elements. essential components of a photobioreactor according to the invention.
Sur la figure unique, on a représenté les éléments constitutifs essentiels d'un photobioréacteur 2 conforme à
L'invention. Le photobioreacteur 2 comprend un conduit 4, longitudinal, ayant une section rectangulaire et dans lequel circule une solution nutritive chargée de micro-organismes 8 et soumise à l'action directe du rayonnement solaire. Ce conduit 4 a une position inclinée de sorte que la suspension cellulaire 8 s'ecoule par gravité. In the single figure, the essential constituent elements of a photobioreactor 2 have been shown in accordance with
The invention. The photobioreactor 2 comprises a longitudinal duct 4, having a rectangular section and in which circulates a nutritive solution charged with microorganisms 8 and subjected to the direct action of solar radiation. This conduit 4 has an inclined position so that the cell suspension 8 flows by gravity.
La face inférieure 6 du conduit 4, sur laquelle s'écoule La solution nutritive chargée de micro-organismes 8, est constituee par un echangeur thermique plat. L'échangeur thermique plat 6 comprend deux plaques 7 et 9 d'un matériau conducteur thermiquement entre lesquelles circule un liquide de régulation thermique 13 apte à s'echauffer ou se refroidir en fonction de l'environnement thermique. Le matériau constitutif des plaques 7 et 9 peut etre du métal, par exemple de l'acier inoxydable. Bien évidemment, on pourrait utiliser un autre matériau suffisawment mince pour permettre Les échanges thermiques, tel l'aluminium. The underside 6 of the conduit 4, on which the nutrient solution laden with microorganisms 8 flows, is formed by a flat heat exchanger. The flat heat exchanger 6 comprises two plates 7 and 9 of a thermally conductive material between which circulates a thermal regulation liquid 13 capable of heating or cooling depending on the thermal environment. The material of the plates 7 and 9 can be metal, for example stainless steel. Obviously, another sufficiently thin material could be used to allow heat exchanges, such as aluminum.
Selon un mode de mise en oeuvre preféré de l'invention, les deux plaques 7 et 9 de L'échangeur 6 sont soudees ensemble par un procédé de soudure par laminage que l'homme de l'art appelle en terminologie anglo-saxonne, "Roll bond". Le procédé "Roll bond" comprend les étapes suivantes : on dépose tout d'abord par iipression une couche de peinture non uniforme sur une première plaque métallique. On colle ensuite sur la première plaque une seconde plaque métallique, les deux plaques se soudant par diffusion aux endroits exempts de peinture. Enfin, on decolle les parties non soudées en faisant passer un rouleau sur la seconde plaque. On obtient ainsi deux plaques métalliques soudees ensemble selon le dépôt de la couche de peinture sur la première plaque. According to a preferred embodiment of the invention, the two plates 7 and 9 of the exchanger 6 are welded together by a process of welding by rolling which the person skilled in the art calls in English terminology, " Roll bond ". The "Roll bond" process comprises the following steps: firstly, by iipression, a layer of non-uniform paint is deposited on a first metal plate. Then a second metal plate is glued to the first plate, the two plates being welded by diffusion to places free of paint. Finally, we take off the non-welded parts by passing a roller over the second plate. Two metallic plates welded together are thus obtained according to the deposition of the paint layer on the first plate.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, L'échangeur peut être constitué par des gaines en matiere plastique souple ou semi-rigide. According to another mode of implementation, the exchanger can be constituted by sheaths in flexible or semi-rigid plastic.
Dans te cas représenté ici, le liquide de régulation 13 est de l'eau. Cette eau s'ecoule à L'intérieur de L'échangeur 6 et parcourt un circuit fermé, complété par des canalisations 10, une vanne mélangeuse 12, elle-meme reliee à une source d'eau froide et à une source d'eau chaude (non représentées), et une pompe 14. La vanne mélangeuse 12 est commande par une sonde de températures (non représentée) plongée dans La suspension cellulaire 8 de façon à reguler le débit de la source d'eau froide et de la source d'eau chaude en fonction de la température de la suspension cellulaire 8. In the case shown here, the regulating liquid 13 is water. This water flows inside the exchanger 6 and travels in a closed circuit, completed by pipes 10, a mixing valve 12, itself connected to a source of cold water and to a source of hot water. (not shown), and a pump 14. The mixing valve 12 is controlled by a temperature probe (not shown) immersed in the cell suspension 8 so as to regulate the flow rate of the source of cold water and the source of hot water as a function of the temperature of the cell suspension 8.
La face supérieure 16 du conduit 4 est constituée d'une plaque ou feuille amovible transparente susceptible autre traversée par le rayonnement solaire. Le matériau constitutif de la plaque 16 peut etre sélectif et ne laisser passer que certaines longueurs d'onde. La plaque ou feuille transparelte 16 peut etre en verre (filtrant ou non) ou bien en matibre plastique à base de polycarbonate, de méthacrylate, de chlorure de polyvinyle, de polyéthylène, etc. La plaque ou gille amovible transparente 16 repose sur des cornières un2es de Joints en caoutchouc (non représentés).La plaque ou feuille 16 peut Autre maintenue fermée par un systbme de pinces ou par un profilé de plastique pinçant te matériau sur la cornière. The upper face 16 of the duct 4 consists of a transparent removable plate or sheet capable of being traversed by other solar radiation. The material constituting the plate 16 can be selective and allow only certain wavelengths to pass. The transparent plate or sheet 16 can be made of glass (filtering or not) or else of plastic material based on polycarbonate, methacrylate, polyvinyl chloride, polyethylene, etc. The transparent removable plate or gill 16 rests on square angles of rubber seals (not shown). The plate or sheet 16 can other kept closed by a system of clamps or by a plastic profile pinching the material on the angle.
Conformément à l'invention, la face infArleure 6 du conduit 4 repose sur une structure isolante thermiquement 18 pour eviter toute déperdition de calories au niveau de ta plaque inferieure 9 de l'échangeur thermique 6. La structure isolante thermiquement 18 est façonnée de manière à donner une inclinaison au conduit 4. Cette inclinaison ywrmet ainsi une circulation de la solution nutritive 8 par ruissellement. La structure 18 est posee directement sur le sol et offre pour le conduit 4 un support incline que l'on peut déplacer aisément.La structure isolante thermiquement 18 est constituée par exemple par une mousse de polyuréthane. Elle peut ètre déposée par projection sur la plaque inferieure 9 de L'échangeur thermique 6. According to the invention, the lower face 6 of the duct 4 rests on a thermally insulating structure 18 to avoid any loss of heat at the bottom plate 9 of the heat exchanger 6. The thermally insulating structure 18 is shaped so as to give an inclination to the conduit 4. This inclination thus writes a circulation of the nutritive solution 8 by trickling. The structure 18 is placed directly on the ground and provides for the conduit 4 an inclined support which can be moved easily. The thermally insulating structure 18 is constituted for example by a polyurethane foam. It can be deposited by projection on the lower plate 9 of the heat exchanger 6.
Conformément à L'invention, le bas du conduit incliné 4 est relié par des canalisations 20 à des moyens d2 recyclage ;!4 de telle sorte que la solution nutritive 8 peut remonter du bas vers le haut du conduit incliné 4. According to the invention, the bottom of the inclined pipe 4 is connected by pipes 20 to recycling means;! 4 so that the nutrient solution 8 can rise from the bottom to the top of the inclined pipe 4.
Selon un mode de réalisation préféré de L'invention, les moyens de recyclage 24 comprennent un réservoir de stockage 24 dans lequel circule par la canalisation 30 un flux d'air permettant à la solution nutritive 8 de remonter du bas vers le haut du conduit 4. L'homme de l'art appelle de tels moyens de soulèvement par air par le terme anglo-saxon de "air lift". Le reservoir 24 est relie au sommet du conduit 4 par une canalisation 28 dont le débit est contrôle par une vanne de reglage 26. According to a preferred embodiment of the invention, the recycling means 24 comprise a storage tank 24 in which circulates through the pipe 30 an air flow allowing the nutrient solution 8 to rise from the bottom to the top of the conduit 4 Those skilled in the art call such means of lifting by air by the English term "air lift". The reservoir 24 is connected to the top of the duct 4 by a pipe 28, the flow rate of which is controlled by an adjustment valve 26.
Les moyens de recyclage "air lift" 24 permettent à la suspension cellulaire 8 de parcourir le circuit fermé sans subir de deterioration. A l'oppose d'une pompe classique, les moyens de recyclage "air lift" autorisent ainsi la culture de microorganismes fragiles. The "air lift" recycling means 24 allow the cell suspension 8 to travel through the closed circuit without undergoing deterioration. Unlike a conventional pump, the "air lift" recycling means thus allow the cultivation of fragile microorganisms.
Le photobioreacteur, objet de L'invention presente des avantages intéressants dont le principal est la bonne thermorégulation de la suspension celluLaire puisque celle-ci s'ecoule sur la face supérieure d'un échangeur plat bon conducteur thermiquement. The photobioreactor, object of the invention has interesting advantages, the main one of which is good thermoregulation of the cell suspension since it flows on the upper face of a flat heat exchanger which is a good thermally conductor.
De plus, l'ecoulement de la suspension cellulaire par gravité supprime les contraintes mécaniques occasionnées par une circulation force, ceci a pour conséquence d'améliorer la tenue mécanique des composants et d'assurer à ces derniers une plus grande longévité. L'inclinaison du conduit favorise également une meilleure reception des rayons solaires. In addition, the flow of the cell suspension by gravity eliminates the mechanical stresses caused by a forced circulation, this has the consequence of improving the mechanical resistance of the components and of ensuring them a greater longevity. The inclination of the duct also promotes better reception of the sun's rays.
Un autre avantage de ce photobioréacteur est la possibilité de changer la couleur de la face supérieure 7 de l'échangeur thermique 6 en fonction de la saison. Ainsi pour eviter la surchauffe de La solution nutritive chargée de microorganismes 8 occasionnee par les températures estivales, on recouvre la plaque supérieure 7 de l'échangeur 6 d'une fine pellicule par exemple en matière plastique aluminisée ou colorée en blanc. Par contre, pour assurer un réchauffage supplémentaire de la solution nutritive 8 en periode hivernale on retire la fine pellicule blanche recouvrant la plaque 7 de couleur noire d'origine. Another advantage of this photobioreactor is the possibility of changing the color of the upper face 7 of the heat exchanger 6 according to the season. Thus, to avoid overheating of the nutrient solution laden with microorganisms 8 caused by summer temperatures, the upper plate 7 of the exchanger 6 is covered with a thin film, for example made of aluminized plastic or colored in white. On the other hand, to ensure additional heating of the nutritive solution 8 during the winter period, the thin white film covering the plate 7 of original black color is removed.
La structure isolante 18 permet également un déplacement aise du photobioréacteur. De même, La plaque ou feuille amovible 16 favorise un nettoyage facile de l'échangeur 6 sur lequel s'ecoule la solution nutritive 8. The insulating structure 18 also allows easy movement of the photobioreactor. Similarly, the removable plate or sheet 16 promotes easy cleaning of the exchanger 6 on which the nutrient solution 8 flows.
Enfin, la mise en oeuvre du photobioréacteur objet de l'invention ne comporte pas d'etapes critiques et les matériaux constitutifs de l'invention sont d'utilisation courante. Finally, the implementation of the photobioreactor which is the subject of the invention does not comprise critical steps and the materials constituting the invention are in common use.
Les applications industrielles des cultures intensives chargées de micro-organismes peuvent avoir de nombreuses applications agro-alimentaires selon le micro-organisme cultivé : - comme source de nourriture directe pour la conchiliculture, en
général, et l'ostréiculture en particulier (diatomées marines), - comme source de nourriture pour L'élevage de proies vivantes
(rotifères, crustacés) destinées aux alevins de poissons
chasseurs (bar, daurade, ...), - comme source de protéines pour l'alimentation animale ou f8 e
humaine (spirulines, chlorelLes,...), - pour l'extraction de produits à haute valeur ajoutée commercia
le comme les phycocolLoides (agar-agar, carraghenanes,
alginates) qui servent à L'industrie alimentaire et
pharmaceutique (cultures de porphyridium,...) ou des
hydrocarbures (botryococus,...). Industrial applications of intensive cultures loaded with microorganisms can have many agro-food applications depending on the microorganism cultivated: - as a direct food source for shellfish farming, in
general, and oyster farming in particular (marine diatoms), - as a source of food for the breeding of live prey
(rotifers, crustaceans) intended for fish fry
hunters (sea bass, sea bream, ...), - as a source of protein for animal feed or f8 e
human (spirulina, chlorella, ...), - for the extraction of products with high added value commercia
like phycocolLoides (agar-agar, carraghenanes,
alginates) which are used in the food industry and
pharmaceutical (porphyridium cultures, ...) or
hydrocarbons (botryococus, ...).
La condition favorable dans le contexte actuel est de pouvoir disposer de sources chaudes à faible prix de revient : rejets thermiques industriels, capteurs solaires, pompes à chaleur, etc... toutes sources chaudes qui, à l'évidence, peuvent etre utilisées pour le chauffage de L'eau de thermorégulation d'un appareil selon L'invention. The favorable condition in the current context is to have hot sources at low cost: industrial thermal discharges, solar collectors, heat pumps, etc ... all hot sources which, obviously, can be used for the heating the thermoregulatory water of an apparatus according to the invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8604368A FR2596412A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Photobioreactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8604368A FR2596412A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Photobioreactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2596412A1 true FR2596412A1 (en) | 1987-10-02 |
Family
ID=9333584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8604368A Withdrawn FR2596412A1 (en) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Photobioreactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2596412A1 (en) |
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