IT202000027585A1 - Lampada per fotobioreattore e fotobioreattore comprendente detta lampada - Google Patents

Description

LAMPADA PER FOTOBIOREATTORE E FOTOBIOREATTORE

COMPRENDENTE DETTA LAMPADA

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce al settore dei bioreattori. In dettaglio, la presente invenzione si riferisce a una lampada per fotobioreattore e a un fotobioreattore comprendente tale lampada.

STATO DELL'ARTE

I fotobioreattori da interno, per esempio per l'utilizzo in laboratorio, sono dispositivi per la coltura di organismi fototrofi, come alghe, cianobatteri, ecc., all'interno di un recipiente illuminato da una radiazione luminosa ? tipicamente, nello spettro visibile, vicino infrarosso e/o vicino ultravioletto.

Nella tecnica sono noti fotobioreattori aventi una lampada disposta internamente al recipiente di coltivazione. La lampada deve avere dimensioni il pi? contenute possibile al fine di non limitare eccessivamente il volume del recipiente dedicato alla coltura degli organismi fototrofi.

Al fine di ottenere lampade di dimensioni contenute, ? noto nella tecnica utilizzare lampade comprendenti uno o pi? LED. Come ? noto, durante il funzionamento i LED generano calore, il quale provoca un innalzamento della temperatura interna dei LED, con una conseguente riduzione dell'efficienza di funzionamento e che pu? ridurre a malfunzionamenti e, in generale, a una riduzione della vita utile dei LED.

Allo scopo di dissipare il calore prodotto dai LED e mantenere la temperatura di esercizio entro valori di temperatura ottimali ? noto montare LED da illuminazione su piastrine termicamente conduttive, ossia dissipatori passivi e/o forzare un flusso d'aria in prossimit? dei LED in modo da dissipare calore per convezione.

Tuttavia, tali soluzioni richiedono uno spazio non trascurabile per essere implementate, decisamente superiore al volume a disposizione in una lampada per fotobioreattore che sia da disporre all'interno del fotobioreattore.

Inoltre, il calore generato dai LED della lampada disperso all'interno del fotobioreattore pu? provocare un'alterazione della temperatura nella soluzione in cui sono coltivati gli organismi fototrofi, cosa che pu? avere effetti negativi sulla coltivazione degli stessi.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

? scopo della presente invenzione quello di superare gli inconvenienti dell?arte nota.

In particolare ? scopo della presente invenzione fornire una lampada per fotobioreattore in grado di mantenere uno o pi? LED a una temperatura di esercizio al di sotto di una temperatura limite.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di proporre una lampada per fotobioreattore comprendente un sistema di raffreddamento compatto adatto a rimuovere efficacemente il calore prodotto dall'uno o pi? LED durante il loro funzionamento, evitando un riscaldamento eccessivo della lampada e/o della coltura contenuta nel recipiente di un fotobioreattore in cui ? inserita la lampada.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di proporre una struttura di lampada per fotobioreattore che risulti facilmente scalabile in base a un'estensione principale (in particolare, l'altezza) del recipiente di coltivazione.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un sistema incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

Secondo un primo aspetto, la presente invenzione ? diretta a una lampada per fotobioreattore. La lampada comprende:

- almeno un corpo illuminante comprendente una pluralit? di LED;

- un elemento di collegamento elettrico configurato per fornire energia elettrica all'almeno un corpo illuminate;

- un corpo di supporto comprendente una superficie di ricezione configurata per ricevere l'almeno un corpo illuminante;

- un corpo di accoppiamento configurato per accoppiarsi a un fotobioreattore, e

- un sistema di raffreddamento, configurato raffreddare detta pluralit? di LED dell'almeno un corpo illuminante.

Vantaggiosamente, il sistema di raffreddamento comprende:

- una porzione di raccordo dotata di una bocca di ingresso per un fluido refrigerante e una bocca di uscita per il fluido refrigerante, e

- una porzione di scambio termico che definisce un percorso di fluido tra la bocca di ingresso e la bocca di uscita.

Inoltre, il corpo di supporto definisce una cavit? configurata per alloggiare almeno parte di detta porzione di scambio termico

Grazie a questa soluzione ? possibile raffreddare efficacemente i corpi illuminanti della lampada, di conseguenza i LED operano a una temperatura di esercizio particolarmente contenuta che ne garantisce un funzionamento efficiente, una vita utile prolungata e assicura che le colture illuminate dalla lampada non siano riscaldate in modo indesiderato dalla lampada.

Inoltre, la lampada secondo la presente invenzione si presta a essere realizzata in differente lunghezze in modo da corrispondere a vari requisiti di applicazione. In particolare, la lampada secondo le forme di realizzazione della presente invenzione pu? essere conformata per adattarsi a fotobioreattori aventi recipienti di differenti dimensioni, semplicemente variando un'estensione principale del sistema di raffreddamento e, eventualmente, del corpo di supporto.

In una forma di realizzazione, il sistema di raffreddamento comprende una prima tubazione avente una prima estremit? aperta che definisce la bocca di uscita nella porzione di raccordo e una seconda estremit? che definisce un'estremit? della porzione di scambio termico. Inoltre, il sistema di raffreddamento comprende una seconda tubazione avente una prima estremit? aperta che definisce la bocca di ingresso della porzione di raccordo e una seconda estremit? aperta. Vantaggiosamente, la seconda tubazione ? alloggiata all'interno della prima tubazione.

Questa struttura del sistema di raffreddamento risulta particolarmente compatta, efficiente e, al contempo, semplice da realizzare.

In una forma di realizzazione, la seconda estremit? aperta della seconda tubazione ? situata in prossimit? della seconda estremit? chiusa della prima tubazione. Vantaggiosamente, tali estremit? sono distanziate tra loro in modo da consentire un flusso di fluido refrigerante da una tubazione all'altra. Preferibilmente, le due estremit? sono a una distanza compresa tra 0,5 mm e 5 mm, pi? preferibilmente compresa tra 1 mm e 3 mm in una direzione di sviluppo principale delle tubazioni.

Ancor pi? preferibilmente, la seconda tubazione ? coassiale alla prima tubazione.

Grazie a queste caratteristiche ? possibile garantire un flusso di fluido refrigerante uniforme all'interno del percorso di fluido definito dalle due tubazioni, garantendo un raffreddamento particolarmente efficiente dei LED.

In una forma di realizzazione, una dimensione principale (per esempio, il diametro) della sezione trasversale della prima tubazione ? compresa tra 1 e 2 volte, preferibilmente 1,5 volte, una dimensione principale (per esempio, il diametro) della sezione trasversale della seconda tubazione.

La Richiedente ha determinato che questo rapporto tra le dimensioni trasversali della tubazione consente di ottenere un sistema di raffreddamento particolarmente efficace.

In una forma di realizzazione, la prima tubazione comprende un foro attraversato dalla seconda tubazione in prossimit? della prima estremit? aperta che definisce la bocca di ingresso.

Grazie a tale struttura ? possibile separare in modo semplice la bocca di ingresso e la bocca di uscita del sistema di raffreddamento cos? consentire un'ampia libert? di configurazioni di una porzione di raccordo attraverso cui il sistema di raffreddamento della lampada ? collegato a un circuito refrigerante.

In una forma di realizzazione, la cavit? del corpo di supporto ? configurata per ricevere a misura la porzione di scambio termico, in particolare una porzione della prima tubazione, del sistema di raffreddamento con una superficie del corpo di supporto che delimita detta cavit? che va a contatto di una superficie esterna della porzione di scambio termico.

L'aderenza tra il corpo di supporto e la porzione di scambio termico garantisce una trasmissione di calore ottimale per conduzione.

In una forma di realizzazione, la prima tubazione ? in un materiale metallico, per esempio, alluminio o acciaio inossidabile. Preferibilmente, la seconda tubazione ? in materiale polimerico, per esempio politetrafluoroetilene. Ancora pi? preferibilmente, il corpo di supporto ? realizzato in un materiale metallico, per esempio alluminio.

La Richiedente ha determinato che realizzare tali componenti della lampada con questi materiali garantisce prestazioni ottimali.

Un differente aspetto della presente invenzione riguarda un fotobioreattore per la coltivazione di organismi fototrofi. Il fotobioreattore comprende:

- un recipiente configurato per contenere una soluzione in cui sono presenti organismi fototrofi;

- una lampada secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione sopra indicate, e

- un coperchio configurato per chiudere a tenuta un'apertura del recipiente.

In dettaglio, il corpo di accoppiamento della lampada ? configurato per accoppiarsi al coperchio. Inoltre, il coperchio ? dotato di un foro passante configurato per ricevere la porzione di scambio termico della lampada in modo che la porzione di scambio termico risulti all'interno del recipiente, quando il coperchio chiude il recipiente.

Tale fotobioreattore consente di sviluppare in modo particolarmente efficiente una coltura di organismi fototrofi grazie ai vantaggi sopra esposti.

In una forma di realizzazione, il recipiente ? un contenitore da laboratorio. Preferibilmente, il contenitore da laboratorio ha un volume utile nominale maggiore o uguale a 500 mL, per esempio 1 L.

Grazie a questa caratteristica il fotobioreattore risulta particolarmente economico ed efficace. In particolare, il fotobioreattore a illuminazione interna cos? ottenuto risulta vantaggioso rispetto ai fotobioreattori noti realizzati con contenitori di laboratorio e fonti di illuminazione esterne, i quali sono tipicamente utilizzati nell'ambito della ricerca, per esempio nell?ambito di ricerca relativa alle microalghe. Infatti, il fotobioreattore secondo l'invenzione consente di misurare in modo affidabile l'energia luminosa immessa nella coltura e l?energia luminosa uscente dal fotobioreattore e, quindi, la frazione di energia luminosa effettivamente assorbita dalla coltura. Questo consente di ottenere dati particolarmente precisi, dettagliati ed affidabili sulla relazione tra l'irraggiamento della coltura e il suo sviluppo.

Inoltre, il fotobioreattore secondo la presente invenzione pu? essere semplicemente posizionato in un bagno d?acqua refrigerante, il quale permette di ottenere un ottimale e stabile controllo della temperatura delle colture, per esempio nel caso di colture algali.

Un differente aspetto della presente invenzione riguarda un sistema di coltura di organismi fototrofi comprendente:

- un fotobioreattore secondo una delle forme di realizzazione sopra menzionate; - un circuito refrigerante collegato alla bocca di ingresso e alla bocca di uscita dell'elemento di raccordo per circolare un fluido refrigerante nel percorso di fluido, e

- un circuito di alimentazione configurato per fornire energia elettrica alla lampada.

In una forma di realizzazione, il fotobioreattore comprende un elemento agitatore, per esempio un'ancoretta magnetica, disposta all'interno del recipiente e il sistema comprende ulteriormente un attuatore, per esempio un agitatore magnetico, configurato per attivare detto elemento agitatore.

In una forma di realizzazione, il sistema comprende una vasca di raffreddamento contenente un fluido termostatato a una temperatura o in un intervallo di temperature predeterminate. Il fotobioreattore ? immerso almeno parzialmente in tale vasca, al fine di mantenere della soluzione al suo interno a una temperatura o entro un intervallo di temperature desiderate.

In una forma di realizzazione, il sistema comprende un'unit? di controllo configurato per controllare il funzionamento di almeno uno selezionato tra il circuito refrigerante, il circuito di alimentazione, l'attuatore dell'elemento agitatore e la temperatura del fluido nella vasca di raffreddamento.

In una forma di realizzazione, il sistema comprende almeno un sensore, preferibilmente un sensore di temperatura e/o un sensore di intensit? luminosa. In tale caso, l'unit? di controllo ? configurata per controllare il funzionamento di almeno un componente del sistema sulla base delle misure fornite dall'almeno un sensore.

Ulteriori caratteristiche e scopi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L?invenzione verr? descritta qui di seguito con riferimento ad alcuni esempi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo, ed illustrati nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari.

La Figura 1 ? una vista schematica di un fotobioreattore secondo una forma di realizzazione della presente invenzione collegato a un circuito refrigerante e a un circuito di alimentazione elettrica;

la Figura 2 ? una vista con porzioni in spaccato di una lampada per fotobioreattore secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, e

la Figura 3 ? una vista in sezione lungo la linea di sezione A-A della lampada di Figura 2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Mentre l?invenzione ? suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi ? alcuna intenzione di limitare l?invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l?invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell?ambito dell?invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L?uso di ?ad esempio?, ?ecc.?, ?oppure? indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L?uso di ?include? significa ?include, ma non limitato a? a meno che non sia altrimenti indicato.

Con riferimento alla Figura 1 ? descritto un fotobioreattore 1 comprendente una lampada 2 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Il fotobioreattore 1 comprende un recipiente 11, un coperchio 12 e preferibilmente un elemento agitatore 13 ? per esempio, un'ancoretta magnetica adatta a essere posta in rotazione da un agitatore magnetico (noto nella tecnica e non illustrato per semplicit?). Il recipiente 11 ha una forma allungata lungo una direzione P ? corrispondente alla dimensione dell'altezza nell'esempio non limitativo considerato - ed ? adatto a contenere una soluzione S in cui sono presenti organismi fototrofi da coltivare. Nell'esempio considerato, l'elemento agitatore 13 ? appoggiato sul fondo del recipiente 11.

Il recipiente comprende un'apertura 111, la quale ? richiudibile ermeticamente dal coperchio 12. Per esempio, un bordo del recipiente 11 che delimita l'apertura 111 e una porzione perimetrale 121 del coperchio 12 sono filettati in modo da permettere l'avvitamento del coperchio 12 al recipiente 11.

Inoltre, il coperchio 12 comprende un foro passante 122 adatto a ricevere la lampada 2 in modo che un bulbo 21 della lampada 2 sia contenuto nel recipiente 11, mentre un corpo centrale 22 e una porzione di raccordo 231 di un sistema di raffreddamento 23 sporgono dal coperchio 12 verso l'ambiente esterno.

Attraverso la porzione di raccordo 231 del sistema di raffreddamento 23 la lampada ? accoppiata a un circuito refrigerante 3 - configurato per circolare un fluido refrigerante f, per esempio acqua, nella lampada 2 come descritto nel seguito ? mentre il corpo centrale 22 riceve un cavo di collegamento 41 a un circuito di alimentazione 4 configurato per fornire energia elettrica alla lampada 2.

Come meglio apprezzabile considerando la Figura 2 e la Figura 3, la lampada 2 ha una struttura allungata, lungo la direzione P sopraccitata, con il bulbo 21 che ha una struttura allungata, sostanzialmente cilindrica ? per esempio con diametro (esterno) sostanzialmente pari a 16 mm ? dotato di un'apertura a una estremit? e una cupola semisferica all'estremit? opposta. Il bulbo 21 ? dimensionato per estendersi per gran parte della lunghezza del recipiente 11 lungo la direzione P. Il bulbo 21 ? configurato per contenere una pluralit? di corpi illuminanti 24 (quattro nell'esempio) della lampada 2 ed ? realizzato in un materiale sostanzialmente trasparente alle radiazioni elettromagnetiche prodotte da tali corpi illuminanti 24. Per esempio, il bulbo ? realizzato in vetro borosilicato.

Nelle forme di realizzazione della presente invenzione, ciascun corpo illuminante ? dotato di una pluralit? di LED 241 preferibilmente allineati in una o pi? file lungo una direzione parallela alla direzione P. Per esempio, ciascun corpo illuminante ? una cosiddetta striscia o 'strip' di LED.

Preferibilmente, ciascun corpo illuminante 24 comprende un insieme di LED 241 selezionati tra:

- LED a luce bianca con temperatura di colore compresa tra 2700K e 5000K;

- LED infrarossi con lunghezza d'onda compresa tra 800 nm e 900nm, preferibilmente pari a 850 nm;

- LED a luce rossa con lunghezza d'onda sostanzialmente pari a 650 nm, e

- LED a luce blu con lunghezza d'onda sostanzialmente pari a 450nm.

Vantaggiosamente, i corpi illuminanti 24 sono fissati alla superficie di un corpo di supporto 25. Nell'esempio delle Figure 2 e 3, il corpo di supporto 25 ? sostanzialmente un prisma a base quadrata, ossia ha una sezione trasversale ? rispetto alla direzione P ? quadrata per esempio con lato sostanzialmente pari a 8 mm. Il corpo di supporto 25 ? realizzato in un materiale avente un elevato coefficiente di scambio termico, per esempio alluminio. Il corpo di supporto 25 comprende, quindi, quattro facce 251 ciascuna delle quali ? adatta a ricevere un rispettivo corpo illuminante 24.

In particolare, ciascun corpo illuminante 24 comprende una base 242 lastriforme avente dimensioni sostanzialmente corrispondenti alle dimensioni delle facce 251 del corpo di supporto 25. Una prima superficie principale di ciascuna base 242 ? fissata ? per esempio incollata con una pasta termicamente conduttiva ? a una corrispondente faccia 251 del corpo di supporto 25, mentre su una seconda superficie principale della base 242 ? opposta alla prima superficie principale ? sono fissati i LED 241. Sebbene non illustrata per semplicit?, ciascuna base comprende anche una circuiteria necessaria ad alimentare ciascun LED 241 ? per esempio, le basi comprendono un circuito stampato e uno o pi? componenti elettronici a montaggio superficiale (resistori, condensatori, diodi, ecc.). Vantaggiosamente, un cavo di alimentazione 26 ? elettricamente connesso a ciascuna delle basi 242 al fine di fornire energia elettrica fornita dal circuito di alimentazione 4 cui la lampada 2 ? connessa.

La lunghezza lungo la direzione principale P della parte illuminante della lampada 2, ossia dei corpi illuminanti 24 e del corpo di supporto 25 nell'esempio considerato, ? uguale o, pi? preferibilmente, inferiore a un livello di riempimento del recipiente 11, ossia un livello di una soluzione S contenuta nel recipiente 11 lungo la direzione principale P. Preferibilmente, la parte illuminante della lampada 2 ? configurata in modo che un primo LED 241 di ciascun corpo illuminante si trovi al di sotto del livello di riempimento del recipiente 11 di una distanza h predeterminata e che un'estremit? libera del corpo di supporto sia distanziato dal fondo del recipiente 11 in modo tale da consentire un corretto funzionamento dell'elemento miscelatore 13. In dettaglio, livello di riempimento del recipiente 11 e, di conseguenza la lunghezza della parte illuminante della lampada 2, ? determinata in base a un volume utile nominale del fotobioreattore 1 da un diametro ? o area di sezione - interno del recipiente 11. Per esempio, un reattore da 1 L e diametro 100 mm ha un livello di riferimento di circa 127 mm (a partire dal fondo del recipiente 11). In tale caso, la lampada 2 ? dimensionata in modo che il LED 241 pi? vicino al coperchio 12 sia circa 10 mm al di sotto del livello di riferimento, mentre la distanza tra l'estremit? libera del corpo di supporto 25 e il fondo del contenitore 11 ? commisurato alla altezza dell?elemento agitatore 13 poggiato sul fondo del recipiente 11.

Il corpo di supporto 25 ? internamente cavo (come meglio apprezzabile nella vista in sezione di Figura 3), in particolare, la cavit? 252 delimitata dal corpo di supporto 25 ? un foro passante dimensionato per ricevere a misura almeno un tratto di una porzione di scambio termico 232 del sistema di raffreddamento 23. Nell'esempio considerato, la cavit? 252 del corpo di supporto riceve una porzione di una prima tubazione 27 del un sistema di raffreddamento 23 della lampada 2.

In dettaglio, la prima tubazione 27 ha una forma allungata e si estende dalla porzione di raccordo 231 al bulbo 21 attraversando il corpo centrale 22, definendo sostanzialmente la porzione di scambio termico 232. In dettaglio, la prima tubazione comprende una prima estremit? 271 aperta disposta nella porzione di accoppiamento 23 e una seconda estremit? 272 chiusa nella porzione di scambio termico 232 all'interno del bulbo 21. Preferibilmente, la prima tubazione 27 ? inserita nell'intera lunghezza della cavit? 252 in modo che la seconda estremit? 272 vada a filo di un'estremit? del corpo di supporto 25. La prima tubazione 27 ? realizzata in un materiale resistente e caratterizzato da un elevato coefficiente di scambio termico, per esempio alluminio nelle forme di realizzazione preferite o, alternativamente, acciaio inossidabile.

Inoltre, il sistema di raffreddamento 23 della lampada comprende una seconda tubazione 28 avente una forma allungata tale da estendersi dalla porzione di raccordo 231 alla porzione di scambio termico 232 del sistema di raffreddamento 23, attraversando il corpo centrale 22. La seconda tubazione 28 ? realizzata in materiale termicamente isolante, o almeno con un basso coefficiente di scambio termico ? ossia sostanzialmente inferiore al coefficiente termico del materiale della prima tubazione 27. Preferibilmente, la seconda tubazione 28 ? realizzata in un materiale plastico, per esempio politetrafluoroetilene (PTFE). In particolare, il materiale della seconda tubazione 28 ? selezionato in modo da isolare il flusso di fluido refrigerante (caldo) nella prima tubazione 27 dal flusso refrigerante (freddo) nella seconda tubazione 28. Inoltre, il materiale della seconda tubazione 28 ? selezionato in modo da resistere senza deformazione o deterioramenti a temperature elevate ? per esempio, uguali o maggiori a 60? C ? che possono essere sperimentate dalla seconda tubazione nel caso il circuito refrigerante 3 interrompa il funzionamento mentre i LED 241 sono in funzione.

Vantaggiosamente, la seconda tubazione 28 si estende all'interno della prima tubazione 27 e comprende una prima estremit? aperta 281 compresa nella porzione di raccordo 231 e una seconda estremit? aperta 282 nella porzione di scambio termico disposta in prossimit? della seconda estremit? 272 della prima tubazione 27. La seconda estremit? 282 della seconda tubazione 28 ? distanziata dalla seconda estremit? 272 della prima tubazione 27 lungo la direzione principale P, di una distanza sufficiente a consentire un flusso di fluido da una tubazione all'altra, come apprezzabile nello spaccato di Figura 2.

Inoltre, come meglio apprezzabile nella vista in sezione di Figura 3, entrambe le tubazioni 27 e 28 hanno entrambe una conformazione sostanzialmente cilindrica e, in particolare, il diametro (esterno) d1 della prima tubazione 27 ? maggiore del diametro (esterno) d2 della seconda tubazione 28, preferibilmente, il diametro d1 compreso tra 1 e 2 volte, preferibilmente 1,5 volte il diametro d2. Per esempio, la prima tubazione 27 ha un diametro d1 sostanzialmente pari a 6 mm, mentre la seconda tubazione 28 ha un diametro d2 sostanzialmente pari a 4 mm. Preferibilmente, la prima tubazione 27 e la seconda tubazione 28 sono coassiali tra loro. In tale esempio, la distanza tra la seconda estremit? 282 della seconda tubazione 28 e la seconda estremit? 272 della prima tubazione 27 lungo la direzione principale P ? di almeno 1 mm, preferibilmente compresa tra 1 mm e 3 mm.

Diversamente, la prima estremit? 271 della prima tubazione 27 e la prima estremit? 281 della seconda tubazione 28 nella porzione di raccordo 231 sono separate tra loro sia meccanicamente sia idraulicamente. Nell'esempio considerato, come meglio apprezzabile nello spaccato della porzione di raccordo 231 di Figura 2, a tale scopo, la prima tubazione comprende un foro 273 attraversato dalla seconda tubazione 28. La prima tubazione 27 e la seconda tubazione 28 comprendono una rispettiva curva a gomito nella porzione di raccordo 231, di conseguenza la prima estremit? 271 della prima tubazione 27 e la prima estremit? 281 della seconda tubazione 28 sono trasversali alla direzione principale P e orientate in versi opposti, in modo da formare una struttura a 'T'. In particolare, la prima apertura 281 della seconda tubazione 28 definisce una bocca di ingresso del fluido refrigerante f, mentre la prima apertura 271 della prima tubazione 27 definisce una bocca di uscita del fluido refrigerante f. Di conseguenza, la porzione di raccordo 231 comprende uno o pi? elementi di accoppiamento (per esempio, filettature, porzioni sagomate, ecc. non illustrati per semplicit? e in quanto noti nella tecnica) in corrispondenza di dette bocche di ingresso e di uscita, al fine di consentire un accoppiamento meccanico e idraulico di tali bocche con rispettive condotte del circuito refrigerante 3. Vantaggiosamente la porzione di raccordo 231 comprende elementi di tenuta (per esempio, una o pi? guarnizioni ? come uno o pi? O-ring ? non illustrate per semplicit? e note nella tecnica) al fine di garantire una tenuta stagna dell'accoppiamento delle bocche di ingresso e uscita con il circuito refrigerante 3.

Infine, il corpo centrale 22 ? configurato per essere accoppiabile in modo rimovibile al bulbo 21 e al sistema di raffreddamento 23 cos? da permettere di montare e smontare la lampada 2. Per esempio, il corpo centrale 22 comprende un foro passante (illustrato schematicamente da una linea tratteggiata in Figura 2 e indicata dal riferimento 221) adatto a ricevere a misura la prima tubazione 27 del sistema di raffreddamento e elementi di tenuta (per esempio, una o pi? guarnizioni ? come uno o pi? O-ring ? non illustrate per semplicit? e note nella tecnica). Inoltre, una prima ghiera 222, quando fissata al corpo centrale 22, ? configurata per bloccare in posizione la prima tubazione 27 ? e, quindi, l'intero sistema di raffreddamento 23 ? al corpo centrale 22.

Inoltre, una seconda ghiera 223, quando fissata al corpo centrale 22, ? configurata per mantenere accoppiato il corpo centrale 22 al bulbo 21. Anche in questo caso, il corpo centrale 22 e il bulbo 23 sono accoppiabili a tenuta stagna e, a tale scopo, comprendono uno o pi? elementi di tenuta (in modo analogo a quanto sopra riportato).

Il corpo centrale 22 comprende anche un terminale di connessione elettrica 224 per ricevere il cavo di collegamento 41 al circuito di alimentazione 4 e un condotto passacavo (non illustrato per semplicit?) per consentire il passaggio del cavo di alimentazione 26 dal terminale di connessione elettrica 224 all'interno del bulbo 21 per collegarsi ai corpi illuminanti 24. Anche in questo caso, il corpo centrale 22 comprende un elemento di accoppiamento, come una terza ghiera 225, e, preferibilmente, uno o pi? elementi di tenuta (non illustrati) in modo da garantire una tenuta stagna del condotto passacavo e/o del terminale di connessione elettrica 224.

Infine, corpo centrale 22 ? configurato per accoppiarsi al coperchio 12 del fotobioreattore 1 a tenuta stagna.

In uso, a lampada 2 appena descritta ? accoppiata al coperchio 12 del fotobioreattore 1, come sopra descritto, e quindi il coperchio 12 ? fissato al recipiente 11 in modo che il bulbo 21 della lampada 2 sia almeno parzialmente immerso in una soluzione S contenuta nel recipiente 11 al fine di stimolare lo sviluppo di una popolazione di organismi fototrofi presenti nella soluzione S. Il cavo di collegamento 41 ? accoppiato al terminale di connessione elettrica 224 in modo da collegare elettricamente il circuito di alimentazione 4 ai corpi illuminanti 24 della lampada 2. Inoltre, la porzione di raccordo 231 del sistema di raffreddamento 23 ? collegata al circuito refrigerante 3. In particolare, la bocca di ingresso della porzione di raccordo 231, ossia la prima uscita 281 della seconda tubazione 28, ? collegata a una condotta di mandata del circuito refrigerante 3, mentre. la bocca di uscita della porzione di raccordo 231, ossia la prima uscita 271 della prima tubazione 27, ? collegata a una condotta di aspirazione del circuito refrigerante 3.

Un operatore (non illustrato) attiva il circuito di alimentazione 4, il quale eroga energia elettrica alla lampada 2, in particolare ai corpi illuminanti 24. Di conseguenza, i LED 241 emettono una corrispondente radiazione luminosa che irraggia la soluzione S all'interno del recipiente 11. Preferibilmente, il circuito di alimentazione 4 comprende un apparato di regolazione di potenza 42 configurato per regolare in modo automatico e/o manuale una potenza erogata alla lampada 2. Per esempio, l'apparato regolatore di potenza permette di regolare, in modo non limitativo, uno o pi? tra i seguenti parametri:

- una potenza istantanea totale erogata alla lampada 2;

- una potenza istantanea erogata a ciascun corpo illuminante 24;

- i valori di tensione e/o corrente elettrica erogata alla lampada 2;

- i valori di tensione e/o corrente elettrica erogata a ciascun corpo illuminante 24, e

- un duty cycle della potenza erogata alla lampada 2 e/o a ciascun corpo illuminante 24.

Allo stesso tempo il circuito refrigerante 3 ? attivato per introdurre il fluido refrigerante f nel sistema di raffreddamento 23 e raffreddare il fluido refrigerante f in uscita dal sistema di raffreddamento 23. Nell'esempio considerato, il circuito refrigerante comprende una pompa 31 che pone in movimento il fluido refrigerante f e uno scambiatore di calore 32 che riduce una temperatura del fluido refrigerante f che lo attraversa.

Il fluido refrigerante f (freddo) entra nella bocca di ingresso, ossia la prima estremit? 281 della seconda tubazione, del sistema di raffreddamento 23 e attraversa la seconda tubazione 28 fino a raggiungere la seconda estremit? 282 attraverso la quale entra nella prima tubazione 27 ? in prossimit? della seconda estremit? 272 chiusa della stessa. Il fluido refrigerante f attraversa quindi la prima tubazione 27 - in particolare, l'intercapedine tra la parete della prima tubazione 27 e la parete della seconda tubazione 28 ? fino a raggiungere la prima estremit? 271 della stessa e uscire quindi dal sistema di raffreddamento 23 attraverso la bocca di uscita dello stesso.

Durante l'attraversamento del sistema di raffreddamento 23, in particolare, durante l'attraversamento della prima tubazione 27 il fluido refrigerante f assorbe il calore generato dai LED 241 dei corpi luce 24 ? trasmesso attraverso il corpo di supporto 25 e la parete della prima tubazione 27. Di conseguenza, la temperatura di esercizio dei LED 241 rimane contenuta, in generale inferiore a 50 ?C, per esempio uguale o inferiore a 40? C.

? tuttavia chiaro che gli esempi sopra riportati non devono essere interpretati in senso limitativo e l?invenzione cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti.

Per esempio, il recipiente pu? avere una o pi? bocche di ingresso/uscita adatte a immettere e/o estrarre un fluido dal recipiente.

In una forma di realizzazione (non illustrata), uno o pi? corpi illuminanti possono comprendere sensori, per esempio sensori di temperatura. Le misure fornite da tali sensori ? per esempio, trasmesse attraverso il cavo di collegamento elettrico ? sono utilizzate per regolare il funzionamento del circuito refrigerante ? per esempio, per aumentare una velocit? del flusso di refrigerante o una velocit? di rotazione di ventole di raffreddamento nel caso di uno scambiatore di calore ad aria forzata.

In alternativa o in aggiunta, i corpi illuminanti possono comprendere pi? di una fila di LED e/o possono prevedere disposizioni di LED secondo un pattern desiderato (per esempio, a scacchiera).

In una forma di realizzazione (non illustrata), il bulbo ? sostituito da una resina trasparente.

In una forma di realizzazione (non illustrata), la prima tubazione e la seconda tubazione non condividono un medesimo asse. In aggiunta o in alternativa, anche il corpo di supporto pu? definire una cavit? di ricezione della prima tubazione non centrata su un asse di sviluppo del corpo di supporto.

In una forma di realizzazione (non illustrata), la lampada pu? comprendere due o pi? corpi di supporto ciascuno dotato di un foro passante per ricevere una rispettiva porzione della prima tubazione.

In una forma di realizzazione (non illustrata), ? fornita una singola tubazione con un'estremit? chiusa all'interno del bulbo e una o due estremit? aperte nella porzione di raccordo. All'interno della singola tubazione ? disposto un setto divisorio in modo da definire un percorso di ingresso e un percorso di uscita distinti per il fluido refrigerante. In tale caso il setto divisorio si interrompe in prossimit? dell'estremit? chiusa della singola tubazione in modo da consentire il passaggio del fluido refrigerante dal percorso di ingresso al percorso di uscita.

In una differente forma di realizzazione (non illustrata), il sistema di raffreddamento comprende due o pi? seconde tubazioni aventi estremit? comuni oppure indipendenti tra loro. Analogamente, la porzione di raccordo pu? comprendente una singola bocca di ingresso o una pluralit? di bocche di ingresso per il fluido refrigerante. In aggiunta o in alternativa, il sistema di raffreddamento comprende due o pi? prime tubazioni aventi estremit? comuni oppure indipendenti tra loro. Inoltre, la porzione di raccordo pu? comprendente una singola bocca di uscita o una pluralit? di bocche di uscita per il fluido refrigerante.

Nulla vieta di prevedere il collegamento del sistema di raffreddamento della lampada a un differente circuito refrigerante. Per esempio, il sistema di raffreddamento pu? essere accoppiato a un circuito refrigerante aperto in cui acqua fredda proveniente da un sistema idrico ? introdotta nel circuito refrigerante ed ? poi indirizzata a uno scarico fognario dopo avere attraversato il sistema di raffreddamento.

Sebbene si ottenga un raffreddamento meno efficace, nulla vieta di collegare il sistema di raffreddamento al circuito refrigerante in modo opposto a quanto sopra descritto, ossia con la bocca di uscita che riceve il fluido refrigerante a bassa temperatura e la bocca di ingresso che espelle il fluido refrigerante riscaldato.

Naturalmente, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Per esempio, le tubazioni possono avere una forma differente da cilindrica ? come quadrata. In ogni caso, la seconda tubazione ? conformata con una sezione trasversale ? rispetto alla direzione principale P ? di dimensione minore rispetto alla sezione trasversale della prima tubazione.

Analogamente, il corpo di supporto avere una struttura differente per esempio, pu? avere una forma di prisma con una base differente da quadrata, un cilindro a base circolare o ellittica. In generale, il corpo di supporto ? conformato in modo da ricevere almeno un corpo illuminante e la prima tubazione del sistema di raffreddamento garantendo una superficie di scambio termico adeguata, preferibilmente, la superficie aventi le maggiori dimensioni possibili.

Come sar? evidente al tecnico del settore, la lampada pu? comprendere un singolo cavo di collegamento elettrico condiviso connesso a tutti i corpi illuminanti o una pluralit? di cavi di collegamento elettrici ciascuno connesso a un rispettivo corpo illuminante.

Inoltre, nulla vieta di predisporre un fotobioreattore comprendente pi? di una lampada secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, sia con corpi illuminanti dotati di LED corrispondenti, sia con corpi illuminanti comprendenti LED bianchi di diversa temperatura di colore e/o LED configurati per irraggia una differente radiazione luminosa.

In una forma di realizzazione (non illustrata), il sistema di coltura di organismi fototrofi sopra descritto, comprende ulteriormente un attuatore, per esempio un agitatore magnetico, configurato per attivare l'elemento agitatore - oltre al fotobioreattore, al circuito refrigerante, e al circuito di alimentazione della lampada.

In aggiunta o in alternativa, il sistema comprende una vasca di raffreddamento (non illustrata) contenente un fluido termostatato a una temperatura o in un intervallo di temperature predeterminate. Il fotobioreattore ? immerso almeno parzialmente in tale vasca, al fine di mantenere della soluzione al suo interno a una temperatura o entro un intervallo di temperature desiderate.

Nulla vieta che il sistema comprende anche un'unit? di controllo configurata per controllare il funzionamento di almeno uno selezionato tra il circuito refrigerante, il circuito di alimentazione, l'attuatore dell'elemento agitatore e la temperatura del fluido nella vasca di raffreddamento.

In una forma di realizzazione (non illustrata), il sistema comprende uno o pi? sensori, preferibilmente sensori di temperatura e/o sensori di intensit? luminosa. In tale caso, l'unit? di controllo ? configurabile per controllare il funzionamento di almeno un componente del sistema sulla base delle misure fornite dall'almeno un sensore.

In conclusione, i materiali impiegati, nonch? le forme e le dimensioni contingenti dei dispositivi, apparati e terminali sopra menzionati potranno essere qualsiasi secondo le specifiche esigenze implementative senza per questo uscire dall?ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Lampada (2) per fotobioreattore comprendente:

- almeno un corpo illuminante (24) comprendente una pluralit? di LED (241);

- un elemento di collegamento elettrico (26) configurato per fornire energia elettrica all'almeno un corpo illuminate (24);

- un corpo di supporto (25) comprendente una superficie di ricezione configurata per ricevere l'almeno un corpo illuminante (24);

- un corpo di accoppiamento (22) configurato per accoppiarsi a un fotobioreattore (1), e

- un sistema di raffreddamento (23), configurato raffreddare detta pluralit? di LED (241) dell'almeno un corpo illuminante (24),

caratterizzato dal fatto che

il sistema di raffreddamento (23) comprende:

- una porzione di raccordo (231) dotata di una bocca di ingresso (281) per un fluido refrigerante e una bocca di uscita (271) per il fluido refrigerante, e - una porzione di scambio termico (232) che definisce un percorso di fluido (27,28) tra la bocca di ingresso (281) e la bocca di uscita (271), e

dal fatto che

il corpo di supporto (25) definisce una cavit? (252) configurata per alloggiare almeno parte di detta porzione di scambio termico (232).

2. Lampada (2) secondo la rivendicazione 1, in cui il sistema di raffreddamento (23) comprende:

- una prima tubazione (27) avente una prima estremit? (271) aperta che definisce la bocca di uscita (271) nella porzione di raccordo (231) e una seconda estremit? (272) che definisce un'estremit? della porzione di scambio termico (232), e

- una seconda tubazione (28) avente una prima estremit? (281) aperta che definisce la bocca di ingresso (281) della porzione di raccordo (231) e una seconda estremit? (282) aperta,

laddove la seconda tubazione (28) ? alloggiata all'interno della prima tubazione (27).

3. Lampada (2) secondo la rivendicazione 2, in cui la seconda estremit? (281) della seconda tubazione (28) aperta ? situata in prossimit? della seconda estremit? (272) chiusa della prima tubazione (27), preferibilmente a una distanza compresa tra 0,5 mm e 5 mm, pi? preferibilmente compresa tra 1 mm e 3 mm in una direzione di sviluppo principale delle tubazioni (27, 28).

4. Lampada (2) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la seconda tubazione (28) ? coassiale alla prima tubazione (27).

5. Lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 4, in cui una dimensione principale (d1) della sezione trasversale della prima tubazione (27) ? compresa tra 1 e 2 volte, preferibilmente 1,5 volte, una dimensione principale (d2) della sezione trasversale della seconda tubazione (28).

6. Lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 4, in cui la prima tubazione (27) comprende un foro (273) attraversato dalla seconda tubazione (28) in prossimit? della prima estremit? (281) aperta che definisce la bocca di ingresso (281).

7. Lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 6, in cui la prima tubazione (27) ? in un materiale metallico, preferibilmente alluminio o acciaio inossidabile, e in cui la seconda tubazione (28) ? in materiale polimerico, preferibilmente politetrafluoroetilene.

8. Lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la cavit? (252) del corpo di supporto (25) ? configurata per ricevere a misura la porzione di scambio termico (232) del sistema di raffreddamento (23), con una superficie del corpo di supporto (25) che delimita detta cavit? (252) che va a contatto di una superficie esterna della porzione di scambio termico (232).

9. Lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il corpo di supporto (25) ? realizzato in un materiale metallico, preferibilmente alluminio.

10. Fotobioreattore (1) per la coltivazione di organismi fototrofi comprendente:

- un recipiente (11) configurato per contenere una soluzione in cui sono presenti organismi fototrofi;

- una lampada (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e - un coperchio (12) configurato per chiudere a tenuta un'apertura (111) del recipiente (11),

laddove il corpo di accoppiamento (22) della lampada (2) ? configurato per accoppiarsi al coperchio (12), e il coperchio (12) ? dotato di un foro passante (122) configurato per ricevere in modo passante la porzione di scambio termico (232) della lampada (2) in modo che la porzione di scambio termico (232) risulti all'interno del recipiente (11), quando il coperchio (12) chiude il recipiente (11).