ITCE20090007A1 - LOW-COST INDUSTRIAL PHOTOBIOREACTOR, WITH HIGH PRODUCTION EFFICIENCY AND HIGH GASOUS ABSORPTION FOR MASSIVE MICRO-ALGAE OR GENERIC CULTURAL ORGANISMS UNICELLULAR PHOTOSYNTHETICS - Google Patents
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- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
Description
punto precedente 3.3). previous point 3.3).
a struttura portante di sostegno e contenimento della camera di coltura, è ostituita da: the load-bearing support and containment structure of the culture chamber is made up of:
4.1 Quattro o più assi portanti verticali di sostegno in materiale metallico a basso costo ed elevata resistenza meccanica, ancorati al terreno ovvero ancorati ad un basamento di appoggio, ai quali verranno collegate le travi di collegamento longitudinale ed i semicilindri di supporto inferiore e superiore della camera di coltura, descritti in dettaglio di seguito . Le sezioni, i profili , le lunghezze ed il numero degli assi portanti sono determinati mediante calcoli strutturali di resistenza meccanica al peso del cilindro di coltura, agli eventuali sforzi meccanici laterali dovuti a installazioni su zone ventose, ad interazioni meccaniche di collegamento con gli altri fotobioreattori laterali con cui si realizzerà e costituirà l'impianto industriale di vasta scala; 4.1 Four or more vertical supporting axles in metal material with low cost and high mechanical resistance, anchored to the ground or anchored to a support base, to which the longitudinal connection beams and the lower and upper support half-cylinders of the chamber will be connected of culture, described in detail below. The sections, profiles, lengths and number of supporting axes are determined by structural calculations of mechanical resistance to the weight of the culture cylinder, to any lateral mechanical stresses due to installations on windy areas, to mechanical interactions of connection with other photobioreactors side with which the large-scale industrial plant will be built and set up;
4.2 Travi di collegamento longitudinale agli assi verticali di sostegno, realizzati in materiale metallico a basso costo; 4.2 Longitudinal connection beams to the vertical support axes, made of low-cost metal material;
4.3 Struttura semicilindrica di supporto e contenimento inferiore (alloggia mento inferiore della camera di coltura) per il sostegno del cilindro di coltura. Lastruttura è progettata per sostenere e contenere la deformazione o l'espansione del cilindro di coltura quando quest'ultimo è in materiale flessibile ovvero rigido ma con bassa resistenza meccanica. Il supporto inferiore è dimensionato in funzione dei carichi idrostatici ed idrodinamici del cilindro di coltura contenuto, 4.4 Struttura semicilindrica di contenimento superiore (contenimento superiore della camera di coltura) di forma semicilindrica o semiellittica, integrale o parziale rispetto al cilindro di coltura. Il semicilindro di contenimento superiore è progettato per impedire la deformazione o l'espansione del cilindro di coltura quando quest'ultimo è in materiale flessibile ovvero rigido ma con bassa resistenza meccanica. Il contenimento superiore della camera di coltura è dimensionato in funzione dei carichi meccanici di espansione dovuti all'angolo "a" , e potrà essere integrale o parziale rispetto alla camera di coltura. Nel caso in cui il cilindro di coltura è realizzato in materiale rigido e di sufficiente resistenza meccanica, la struttura di contenimento superiore potrà essere evitata. 4.3 Semi-cylindrical support and lower containment structure (lower housing of the culture chamber) for supporting the culture cylinder. The structure is designed to support and contain the deformation or expansion of the culture cylinder when the latter is made of flexible or rigid material but with low mechanical resistance. The lower support is sized according to the hydrostatic and hydrodynamic loads of the culture cylinder contained, 4.4 Semi-cylindrical upper containment structure (upper containment of the culture chamber) of semi-cylindrical or semi-elliptical shape, integral or partial with respect to the culture cylinder. The upper containment half-cylinder is designed to prevent deformation or expansion of the culture cylinder when the latter is made of flexible or rigid material but with low mechanical resistance. The upper containment of the culture chamber is sized according to the mechanical expansion loads due to the angle "a", and can be integral or partial with respect to the culture chamber. If the culture cylinder is made of rigid material and of sufficient mechanical strength, the upper containment structure can be avoided.
a struttura semicilindrica di supporto e contenimento inferiore (alloggiamento feriore della camera di coltura) è costituita da: The semi-cylindrical support and lower containment structure (lower housing of the culture chamber) consists of:
5.1 Rete o lastra di materiale metallico o plastico, trasparente o riflettente, rigido o deformabile, a cui può essere data un profilo semicircolare o semiellittico, in modo che la camera di coltura prenda la forma voluta per massimizzare l'efficienza produttiva. La rete o la lastra di sostegno potranno essere parzialmente o totalmente riflettenti in modo da aumentare e uniformare, al pari di un concentratore solare parabolico, la radiazione incidente in tutto il volume di coltura; 5.1 Mesh or sheet of metal or plastic material, transparent or reflective, rigid or deformable, which can be given a semicircular or semi-elliptical profile, so that the culture chamber takes the desired shape to maximize production efficiency. The mesh or the supporting plate can be partially or totally reflecting so as to increase and uniform, like a parabolic solar concentrator, the incident radiation throughout the crop volume;
modo da formare un appoggio semicilindrico a profilo semicircolare o semiellittico per appoggio della camera di coltura; so as to form a semi-cylindrical support with a semi-circular or semi-elliptical profile for supporting the culture chamber;
5.3 Solo con quanto previsto al punto 5.2), quindi i soli semicerchi o semiellissi di collegamento trasversale e appoggio, nei casi in cui la camera di coltura sia rigida con sufficiente resistenza meccanica ed in generale in tutti i casi in cui non sia necessario il punto 5.1); 5.3 Only with the provisions of point 5.2), therefore only the semicircles or semi-ellipses of transversal connection and support, in cases where the culture chamber is rigid with sufficient mechanical strength and in general in all cases where the point is not necessary 5.1);
a struttura semicilindrica di contenimento superiore (contenimento superiore ella camera di coltura) sarà costituita da: a semi-cylindrical upper containment structure (upper containment of the culture chamber) will consist of:
6.1 Rete o lastre di materiale metallico o plastico, trasparente o riflettente, rigido o deformabile, che può avere forma trasversa di semiellisse o di semicerchio (in modo che la camera di coltura sia delimitata superiormente dalla forma voluta di tipo semicircolare o semiellittica, forma valutata e voluta di proposito per massimizzare l'efficienza di produzione); 6.1 Mesh or plates of metal or plastic material, transparent or reflective, rigid or deformable, which can have the transverse shape of a semi-ellipse or a semicircle (so that the culture chamber is delimited at the top by the desired shape of semicircular or semi-elliptical type, evaluated form and purposely intended to maximize production efficiency);
6.2 Semicerchi o semiellissi di collegamento trasversale e contenimento, ancorati alle travi di collegamento longitudinale mediante un collegamento rotativo o in generale movibile o estraibile, distanziati longitudinalmente tra loro in modo da formare un contenimento superiore alla camera di coltura a profilo semicircolare o semiellittico. Il collegamento rotativo o in generale movibile o estraibile dei semicerchi o semiellissi alle travi longitudinali, è funzionale all'apertura del semicilindro superiore di contenimento in caso di eventuali interventi di manutenzione o di sostituzione della camera di coltura; camera di coltura sia rigida con sufficiente resistenza meccanica ed in generale in tutti i casi in cui non sia necessario il punto 6.1); 6.2 Semicircles or semi-ellipses for transversal connection and containment, anchored to the longitudinal connection beams by means of a rotating or generally movable or extractable connection, spaced longitudinally from each other so as to form a containment higher than the culture chamber with a semicircular or semi-elliptical profile. The rotary or generally movable or extractable connection of the semicircles or semi-ellipses to the longitudinal beams, is functional to the opening of the upper containment semicylinder in the event of any maintenance or replacement of the culture chamber; culture chamber is rigid with sufficient mechanical strength and in general in all cases where point 6.1) is not necessary;
a struttura semicilindrica di contenimento superiore della camera di coltura uò essere: a semi-cylindrical structure for the upper containment of the culture chamber can be:
7.1 Fissa, mediante ancoraggio permanente alla struttura portante; 7.1 Fixed, by means of permanent anchoring to the supporting structure;
7.2 Removibile, mediante ancoraggi rimovibili che consentano in caso di necessità di rimuovere la struttura di contenimento superiore (ad. es. nel caso di interventi di manutenzione, sostituzione del cilindro di coltura / etc.); 7.2 Removable, by means of removable anchors that allow, in case of need, to remove the upper containment structure (eg in the case of maintenance interventions, replacement of the culture cylinder / etc.);
7.3 Apribile. mediante ancoraggi rotativi semovibili fissati alla struttura portante. In tal caso la struttura di contenimento superiore potrà essere aperta a mo di scrigno in caso di necessità (ad. es. nel caso di interventi di manutenzione / sostituzione del cilindro di coltura / etc.). sistema di insufflazione delle miscele gassose nella camera di coltura del tobioreattore può essere costituito da: 7.3 Openable. by means of self-moving rotary anchors fixed to the supporting structure. In this case, the upper containment structure can be opened as a casket in case of need (eg in the case of maintenance / replacement of the culture cylinder / etc.). insufflation system of the gaseous mixtures in the culture chamber of the tobioreactor can consist of:
8.1 Sistema di insufflazione innovativo oggetto di un indipendente domanda di brevetto domanda di brevetto (W CE2009A000004) depositato in data 03/06/2009 dal titolo: "Sistema di insufflazione in grado di garantire un efficiente controllo della temperatura, un diffuso rimescola mento ed un elevato assorbimento di C02 e altri gas in colture di microalghe o di altri microrganismi fotosintetici" 8.1 Innovative insufflation system object of an independent patent application patent application (W CE2009A000004) filed on 03/06/2009 entitled: "Insufflation system capable of guaranteeing efficient temperature control, widespread mixing and high absorption of C02 and other gases in cultures of microalgae or other photosynthetic microorganisms "
Sistema di insufflazione "classico" , costituito dalle seguenti possibilità: • Uno o più tubi , rigidi o flessibili , in materiale plastico o metallico, immersi nella camera di coltura , con estremità finali aperte, inseriti dall'alto verso il basso attraverso il tappo di chiusura superiore e che terminano con l'estremità aperte sul fondo della camera di coltura ovvero a diverse altezze della coltura valutate per ottenere un ottimale rimescola mento e insufflazione della miscela gassosa "Classic" insufflation system, consisting of the following possibilities: • One or more tubes, rigid or flexible, in plastic or metal, immersed in the culture chamber, with open ends, inserted from top to bottom through the top closure and ending with the open ends on the bottom of the culture chamber or at different heights of the culture evaluated to obtain an optimal mixing and insufflation of the gaseous mixture
• Una o più aperture praticate sul tappo inferiore della camera di coltura, di sezione circolare, con dimensioni variabili da 0,5 cm a 50 cm , in posizioni opportune per ottimizzare il rimescolamento della coltura, collegate al sistema di iniezione dei gas mediante collettori cilindrici e/o conici di lunghezza opportuna ed eventuali sistemi e/o valvole di collegamento. • Uno o più tubi , rigidi o flessibili , di materiale plastico o metallico, immersi nella camera di coltura, forati lungo la loro lunghezza con fori da 2 mm a 20 mm , inseriti nella camera di coltura attraverso l'area impiantistica del tappo superiore e/o inferiore • One or more openings made on the bottom cap of the culture chamber, of circular section, with dimensions ranging from 0.5 cm to 50 cm, in suitable positions to optimize the mixing of the culture, connected to the gas injection system by means of cylindrical manifolds and / or conicals of suitable length and any connection systems and / or valves. • One or more tubes, rigid or flexible, of plastic or metal material, immersed in the culture chamber, drilled along their length with holes from 2 mm to 20 mm, inserted into the culture chamber through the plant area of the top cap and / or lower
8.3 Una combinazione opportuna dei due sistemi di insufflazione descritti ai punti 8.1 e 8.2. 8.3 An appropriate combination of the two insufflation systems described in points 8.1 and 8.2.
Il fotobioreattore descritto in questo deposito brevettuale prevede impianti di monitoraggio e controllo dei parametri chimici e fisici della coltura incluso pH, salinità, livello di crescita della biomassa, conducibilità, temperatura, ossigeno disciolto, grado di assorbimento dei gas insufflati, etc .. , con interfacce sensoristiche ed impiantistiche previste nei tappi inferiori e/o superiori. Tali sistemi fanno parte dell'area cosiddetta "impiantistica" facilmente accessibile da operai e tecnici per il montaggio, la manutenzione e la sostituzione. The photobioreactor described in this patent filing provides monitoring and control systems for the chemical and physical parameters of the crop including pH, salinity, biomass growth level, conductivity, temperature, dissolved oxygen, absorption degree of blown gases, etc., with sensor and plant interfaces provided in the lower and / or upper caps. These systems are part of the so-called "plant engineering" area that is easily accessible by workers and technicians for assembly, maintenance and replacement.
Il trovato costituisce il modulo base per la realizzazione di impianti industriali che possono occupare superfici anche molto estese. In particolare l'impianto industriale è composto da: The invention constitutes the basic module for the construction of industrial plants which can occupy even very large surfaces. In particular, the industrial plant is composed of:
9.1 N "file" di fotobioreattori affiancati l'uno all'altro in posizione parallela, orientati secondo angoli "a" e "W' identici; 9.1 N "rows" of photobioreactors placed side by side in parallel position, oriented according to the same "a" and "W 'angles;
9.2 Le "file" di fotobioreattori sono disposte in modo parallelo e distanziate di uno spazio<" D>alcolato in base alla latitudine e longitudine terrestre del sito di installazione, in modo da minimizzare gli ombreggiamenti tra file parallele e quindi massimizzare l'irraggiamento solare incidente sull'intero impianto industriale. Le dimensioni del singolo fotobioreattore sono: 9.2 The "rows" of photobioreactors are arranged in parallel and spaced apart by a space <"D> based on the terrestrial latitude and longitude of the installation site, in order to minimize the shading between parallel rows and therefore maximize solar radiation accident on the entire industrial plant. The dimensions of the single photobioreactor are:
10.1 Lunghezza del cilindro di coltura compresa tra 2 m e 10 m; 10.1 Length of the culture cylinder between 2 m and 10 m;
10.2 Diametro del cilindro (diametro della sezione circolare trasversale o diametro equivalente nel caso di sezione trasversale ellittica), compreso tra 200 mm e 1500 mm; 10.2 Diameter of the cylinder (diameter of the circular cross section or equivalent diameter in the case of an elliptical cross section), between 200 mm and 1500 mm;
10.3 Volume del modulo di coltura fino a 15000 L. 10.3 Volume of the culture module up to 15000 L.
Il fotobioreattore innovativo è meglio compreso dalle figure allegate , che rappresentano un esempio semplificato ma non limitativo del trovato stesso: The innovative photobioreactor is better understood from the attached figures, which represent a simplified but non-limiting example of the invention itself:
Fig 1.1 : angolo di inclinazione a; Fig 1.1: angle of inclination a;
Fig 1.2 : angolo di direzione ~; Fig 1.2: direction angle ~;
Fig 2.1: Fotobioreattore per intero chiuso; Fig 2.1: Fully closed photobioreactor;
Fig 2.2,3.1 e 3.2 : dettagli del fotobioreattore per intero aperto; Fig 2.2,3.1 and 3.2: details of the fully open photobioreactor;
Fig 4.1 e 4.2 : Organizzazione dell'impianto industriale con la predisposizione di "M" file di "N" fotobioreattori adiacenti e paralleli, file distanziate di uno spazio "D" l'una dall'altra. Fig 4.1 and 4.2: Organization of the industrial plant with the arrangement of "M" rows of "N" adjacent and parallel photobioreactors, rows spaced by a space "D" from each other.
Nello specifico si indica con: Specifically, it is indicated by:
[2] Angolo di inclinazione rispetto al piano orizzontale [2] Angle of inclination with respect to the horizontal plane
[2] Angolo di inclinazione rispetto alla direzione sud [2] Angle of inclination with respect to the south direction
~ Struttura Portante ~ Supporting Structure
oo Cilindro di Coltura oo Culture Cylinder
Tappo Inferiore Bottom Cap
GJ Tappo Superiore GJ Top Cap
G Struttura semicilindrica di contenimento Superiore G Semi-cylindrical Upper containment structure
Struttura Semicilindrica di supporto e contenimento Inferiore Semi-cylindrical structure for support and lower containment
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2009
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