KR102301017B1 - 생물반응기 - Google Patents

Abstract

- 내벽들이 함께 바이오매스 수용을 위한 내부 부피를 정의하는, 컨테이너 본체(2); - 외벽이 상기 내부 부피에 배치된 바이오매스와 직접적으로 접촉하도록 의도되며, 나선체 형태의, 적어도 길이의 일부분의 위로 연장되는, 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3"); - 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")를 지지하고, 나선체를 따라 몇몇 수용 위치에서 컨테이너 본체(2)에 이를 고정하는 고정 수단(4)을 포함하는 생물반응기(1). 본 발명에 따르면, 덕트는 커넥터들 및 하나 또는 다수의 지지체들에 의해, 상기 수용 위치들에서, 그리고 커넥터와 지지체 사이의 제1 용접점과 커넥터와 덕트 사이의 제2 용접점에 의해 각각의 수용 위치에 대해 고정된다.

Description

생물반응기{BIOREACTOR}

본 발명은 임의의 유형의 생물반응기에 관한 것으로, 오염에 민감한 복잡한 발효의 실시, 또는 생물화학적 또는 생물학적 반응의 실시를 위하여 구체적인 용도를 가질 것이다.

본 발명의 분야는 생물반응기 분야로서, 더욱 구체적으로는, 회분식으로 알려져 있는 불연속 발효, 유가식으로 알려져 있는 반연속 발효, 또는 연속 발효의 실시를 가능하게 하는 발효조 분야이다.

본 발명은 더욱 구체적으로는 중간 시험 규모 또는 다량 생산을 가능하게 하는 산업적 규모의 반응기 및 20m³내지 수백 m³의 용량에 이를 수 있는 컨테이너에 관한 것이다.

생물반응기는 세포 바이오매스(효모, 박테리아, 미시적 진균, 미세조류 및 동물 및 식물 세포)를 생산하기 위하여 및/또는 유용한 대사물질(단백질, 비타민, 항생제, 폴리올 등)의 생산을 확실히 하기 위하여 이용된다.

따라서, 선행 기술에서는, 이러한 용도의 구체적인 실용성이 있는 중간 시험 규모 또는 산업적 규모의 반응기가 공지되어 있다.

이러한 유형의 반응기는 통상적으로 큰 부피의 컨테이너 본체를 포함하며, 이러한 컨테이너 본체는 빈번히 수직축이 있는 원통형이고, 그 내부에서는 종종 강한 교반 하에서 생물학적 반응(발효) 또는 생물화학적 반응(효소적)이 일어난다.

교반 수단은 컨테이너 본체 내부에 제공되며, 통상적으로는, 바이오매스를 강하게 교반하도록 설계된 블레이드들을 지지하는, 일반적으로 컨테이너 본체의 축과 동축인 축이 있는, 로터를 포함한다. 이 로터는 기어 모터에 의해 컨테이너 본체에 대해 회전된다. 이러한 교반 수단은 컨테이너의 중심을 향해 돌출되며, 컨테이너 본체에 대해 고정된 위치에서 로터 주위로 일체화되는 카운터 블레이드들도 포함한다.

반응의 온도를 제어할 수 있기 위해서는, 컨테이너 본체의 외부 또는 내부의 하나 또는 다수의 교환기에 의해 외부로부터 및/또는 내부로부터 반응기를 냉각시키거나 가열하는 것도 알려져 있다. 각각의 교환기에서는, 필요에 따라, 열 및/또는 냉기를 전달하는 유체가 순환한다.

발열성 발효 반응 중에 매우 자주, 하나 또는 다수의 냉각 유닛이 교환기에서 냉기를 전달하는 유체의 순환을 가능하게 하여, 반응 온도가 너무 높아지는 것을 방지한다.

컨테이너 외부의 교환기는 컨테이너 본체의 이중 외피에 의해 구성될 수 있는데, 그 내부에서는 열/냉기를 전달하는 유체가 순환한다. 외부 교환기는 컨테이너 본체 내부의 부피를 자유롭게 만드는 장점이 있다. 반면, 열 교환기의 효율은 내부 교환기의 효율보다 낮다.

이것이 바로, 반응의 온도 조절이 강한 열 교환을 요구할 때, 컨테이너 내부의 교환기가 자주 필수적인 이유이다. 내부 교환기들은 컨테이너 본체의 내부 부피까지 연장되는 하나 또는 다수의 덕트를 포함한다. 내부 교환기의 덕트들의 외벽은 바이오매스와 직접적으로 접촉하고 있다.

따라서, 파이프 코일이라고도 알려져 있는, 나선체의 형태로 연장되는 덕트 형태의 내부 교환기는 선행 기술에 공지되어 있으며, 나선체의 축은 일반적으로 컨테이너 본체의 축과 동축이다.

컨테이너 내부에서의 반응 중에, 이러한 덕트는 강한 내부 교반에 의해 유발된 압력 응력뿐만 아니라, 온도 변화에 의해 생성된 덕트의 수축 및/또는 팽창에 의해 유발된 응력의 작용 하에서 강하게 변형될 수 있다.

이러한 변형을 제한하기 위하여, 투입부 연결 부품 및 산출부 연결 부품에서뿐만 아니라, 나선체를 따라 다양한 수용 지점에서 이러한 덕트를 지지하는 것이 공지되어 있다.

공지된 선행 기술에 따라, 파이프 코일은 통상적으로, 나선체를 따라 다양한 수용 지점에서 덕트를 걸치는 U 볼트에 의해 지지되며, 지지체에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 내벽 위에 고정된다.

문헌 CN201476623U는 U 볼트에 의해 나선체 덕트를 고정하는 이러한 방법의 변이형을 개시하고, 설명한다.

U 볼트에 의해 지지되는 내부 파이프 코일을 포함하는 이러한 유형의 반응기는 일반적으로 회분식 발효에 이용된다. 따라서, 본 출원인은 유용한 대사물질의 생산을 위해 이러한 유형의 반응기를 이용한다.

본 출원인은 최근 새로운 용도, 즉, 세포 바이오매스의 생산, 그리고 더욱 구체적으로는 클로렐라 유형의 미세조류의 배양을 위해 이러한 유형의 생물반응기를 이용하였다.

더욱 구체적으로는, 종속 영양성 조건에서, 즉, 상기 미세조류가 동화할 수 있는 탄산 공급원의 존재 하에, 암소에서, 미세조류의 바이오매스를 생산하는 것이 목적이었다.

이 시험 중에, 이러한 단일 세포 생물체가 오염에 매우 민감함을 발견하였는데, 오염 발생시 이는 배양된 생물체보다 급격하게 우세해졌다. 사실, 오염물질, 그리고 특히 세균성 오염물질의 성장 속도는 미세조류의 성장 속도보다 훨씬 빠르다.

현재, 미세조류의 바이오매스를 그 오염물질로부터 분리하는 경제적으로 실행 가능한 해결책은 없다. 따라서, 실제로는, 오염이 발생할 때, 생물반응기의 내용물은 전부 비워지고 버려지며, 그런 다음, 반응기는 새로운 발효 반응의 실시 전에 세척되고 살균되어야 한다.

다양한 시험 후, 그리고 본 발명자의 발견 내용에 따라, 본 출원인은 선행 기술에 따른 내부 교환기가 있는 생물반응기의 구성이 오염의 발생 및 발달에 매우 유리하며, 따라서 단일 세포 생물체, 특히 미세조류 유형의 장기간에 걸친 배양에 적합하지 않음을 확인하였다.

본 발명의 목적은 컨테이너 내부에서 반응의 온도를 제어할 수 있는 생물반응기를 제안함으로써 전술된 불리한 점을 제거하는 데에 있으며, 이러한 생물반응기는 만족스러운 열 성능을 나타내고, 오염에 민감한 복잡한 발효의 실시를 가능하게 한다.

더욱 구체적으로는, 본 발명의 목적은 생산 중단을 방지하거나, 적어도 제한하는 이러한 유형의 반응기를 제안하는 데에 있다.

본 발명의 기타 목적 및 유리한 점은, 순수히 지시로서 제공되며 본 발명을 제한하고자 한 것이 아닌 다음의 설명으로부터 더욱 확실히 분명해질 것이다.

따라서, 본 발명은

- 내벽들이 서로간에 바이오매스의 수용을 위한 내부 부피를 정의하는, 컨테이너 본체;

- 외벽이 상기 내부 부피에 배치된 바이오매스와 직접적으로 접촉하도록 설계되며, 나선체 형태의, 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는, 냉각 및/또는 가열 덕트;

- 상기 냉각 및/또는 가열 덕트의 지지 및 나선체를 따라 다수의 수용 위치 내에서 컨테이너 본체 상에 덕트의 고정을 확실하게 하는 고정 수단을 포함하는 생물반응기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 고정 수단은

- 바람직하게는 관상 또는 반관상(semi-tubular)이고, 나선체를 따라 상기 다양한 수용 위치에서, 국소적으로, 외부로부터 상기 덕트를 감싸는 커넥터;

- 컨테이너 본체의 내벽과 일체로 되었으며, 컨테이너 본체의 중심을 향해 돌출되는 하나 또는 다수의 지지체(플레이트, 프로파일 등)로서, 이때, 상기 지지체(들)은 나선체를 따라 상기 다양한 수용 위치에 제공된 커넥터의 바깥길이에 대해 서로 보완적인 형태의 다수의 보어들을 가지고 있고, 상기 보어들은 상기 커넥터들을 수용하는 것인 지지체를 포함하며,

이때, 상기 냉각 및/또는 가열 덕트는

- 상응하는 커넥터와 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등)를 연결하는 제1 용접점으로, 이때 상기 제1 용접점은 상기 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 양면 상에, 상응하는 보어의 에지를 따라 연장되는 것인 제1 용접점, 및

- 상응하는 커넥터 및 냉각 및/또는 가열 덕트를 연결하는 제2 용접점으로, 상기 제2 용접점은 상기 커넥터의 에지를 따라 연장되는 것인 제2 용접점에 의해 상기 수용 위치 각각에서 일체로 된다.

바람직하게는, 상기 제1 용접점 및 상기 제2 용접점은 금속 첨가에 의해 생성된 용접점들이다.

사용된 용어 "용접점"은 일반적으로 당업자에게 공지된 바와 같이 하나의 용접 비드 또는 다수의 용접 비드를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

선택적인 특성들을 단독으로 또는 선택적인 특성들의 조합에 따라,

- 상기 제1 용접점 및/또는 상기 제2 용접점의, 금속 용접 비드 또는 각각의 금속 용접 비드는 중공의 필릿을 형성하고, 상기 용접점들은 바람직하게는 연마되고;

- 각각의 보어는 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등) 또는 상기 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등) 중 하나의 에지에서 개방되고;

- 보어들은 컨테이너 본체의 중심을 향하여 개방되고;

- 상기 제1 용접점은, 상기 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 양면의 보어의 에지에서 뿐만 아니라, 상기 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 캔트 상에서, 상기 냉각 및/또는 가열 덕트의 상부 및 하부에서 움직이는 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성되고;

- 커넥터들은 반관상 형태를 나타내고, 상기 제2 용접점은 커넥터의 에지에서, 커넥터의 세로 방향 에지를 따라, 뿐만 아니라 상기 커넥터의 아치형 에지를 따라 움직이는 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성되고;

- 생물반응기가 교반 수단을 보유할 때, 그것들은 첫 번째로 컨테이너 본체 내부에 로터로서, 이때, 로터는 컨테이너 본체에 대해 차례로 기동성을 나타내고, 이러한 로터는 블레이드를 가지고 있는 로터 및, 두 번째로 컨테이너의 중심을 향해 돌출되고, 컨테이너 본체에 대해 고정된 위치에서 일체화되는 카운터 블레이드를 포함하고;

- 상기 교반 수단의 카운터 블레이드는 상기 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등) 또는 (이하에서, 실시예에서 설명되는 바와 같이) 상기 고정 수단의 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등)를 포함할 수 있고;

- 보어들은 소위 제1 보어이고, 상기 지지체(들)은, 나선체 수용을 위하여 상기 다양한 위치에서의 상기 제1 보어들 이외에도, 상기 덕트의 지름에 대해 과도하게 큰 크기의 제2 보어들을 가지고 있으며, 상기 덕트는 상기 제2 보어들을 통과하여 상기 덕트의 자유로운 변형을 가능하게 하는 활동 범위를 남겨 두고;

- 반응기는 컨테이너 본체의 내주 상에 각지게 분포된 다수의 상기 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등)을 가지고 있는데, 각각은 컨테이너 본체의 높이에 따라 그것들의 세로 축을 따라 배향되며, 각각은 나선체의 높이에 상응하여 연장되고;

- 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등) 또는 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등) 각각은 컨테이너의 측면의 내벽을 마주보는 외부 에지를 가지고 있고, 상기 고정 수단은, 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등) 또는 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등) 각각이 컨테이너 본체의 측면의 내벽과 일체가 되어, 상기 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 외부 에지와 컨테이너 본체의 내벽 사이에 공간을 형성하는 것을 확실하게 하는, 카운터 브레이스를 포함하고;

- 각각의 카운터 브레이스는 상기 상응하는 지지체(플레이트, 프로파일 등) 상에, 그리고 컨테이너 본체의 내벽 상에 각각 용접되고, 금속의 첨가에 의해, 상기 용접점들은 중공의 필릿을 형성하는 금속 용접 비드를 가지고 있고, 상기 용접점들은 연마되며;

- 반응기는 열/냉기를 전달하는 유체의 순환에 의해 외부로부터 컨테이너 본체를 냉각/가열하는 장치가 구비될 수 있다.

본 발명은 도면을 동반한 다음의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 지지체들이 플레이트의 형태로 있는 구현예에 따른, 본 발명에 따른 생물반응기의 사시도이다.
도 1a는 도 1에 따른 생물반응기의 저면도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른, 상기 고정 수단을 도시하는, 수직 단면도에 따른, 측면으로부터의 상세도이다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 상기 고정 수단의 정면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 상기 고정 수단의 평면도이다.
도 5는 나선체의 수용 지점들 중 하나에서의 상기 제1 용접점 및 제2 용접점을 도시하는 상세도이다.
도 6은 도 5의 나선체의 수용 지점의 정면도이다.
도 7은 도 6의 단면 VI-VI에 따른 도면이고, 도 7a는 도 7의 상세도이다.
도 8은 도 7의 단면 VII-VII에 다른 도면이다.
도 9는 반관상 커넥터의 상세도이다.
도 10은 덕트를 감싸는 관상 커넥터의 상세도이다.
도 11은 반관상 프로파일 형태를 취하는 지지체의 사시도이다.
도 12는 도 11의 평면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 단면 XII-XII에 따른 도면이다.
도 14는 도 11의 정면도이다.

본 발명은 선행 기술에 따른 내부 교환기/내부 교환기들이 있는 생물반응기들이 반응기의 컨테이너의 본체 내에 다수의 사이 영역들 및/또는 비워질 수 없는 영역들로서, 물질, 특히 유기 물질의 침전에 유리하며, 그 위에 오염이 발생하여 발달하는 영역들을 생성한다는 본 발명자에 의한 발견으로부터 유래된다.

본 발명자의 발견에 따르면, 이러한 사이 영역들은 교환기 및/또는 그것의 수용 영역들에 대체로 위치한다.

특히 파이프 코일 내부 교환기의 경우, 이러한 사이 영역들 및/또는 세척될 수 없는 영역들은 나선형 덕트를 지지하는 U 볼트가 있는 구조 상에, 특히 U 볼트들 중 하나와 덕트 사이에 형성된 각각의 간격에, 그리고 지지체들에서도 위치한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 단순히 이러한 내부 교환기를 제거하고 그것을 외부 교환기로 교체하는 것을 선택할 수 있었으나, 외부 교환기의 불충분한 전달 계수 때문에, 그리고 이러한 유형의 설비를 위생적인 상태, 무엇보다도 만족스러운 무균 상태로 유지하는 것의 복잡성 때문에도, 이러한 해결책은 선택되지 않았다.

이와는 반대로, 본 출원인은 내부 교환기 및 이의 지지체가 반응기 내에서 오염물질의 발달 위험을 방지하거나, 적어도 상당히 제한하거나 지연시키는 한편, 그것의 세척 가능성을 용이하게 하는 생물반응기를 설계하기로 하였다.

따라서, 본 발명은

- 내벽들이 서로간에 바이오매스의 수용을 위한 내부 부피를 정의하는, 컨테이너 본체(2);

- 외벽이 상기 내부 부피에 배치된 바이오매스와 직접적으로 접촉하도록 설계되며, 나선체 형태의, 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는, 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3");

- 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 지지 및 나선체를 따라 다수의 수용 위치 내에서 컨테이너 본체(2) 상에 덕트의 고정을 확실하게 하는 고정 수단(4)을 포함하는 생물반응기(1)에 관한 것이다.

따라서, 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")는 투입부 연결 부품과 산출부 연결 부품에서뿐만 아니라, 상기 다수의 수용 위치에서도 지지된다.

열 또는 냉기를 전달하는 유체, 특히 물은 상기 덕트를 순환하도록 발명되며, 냉기를 전달하는 유체는 냉각 유닛에 의해 또는 보일러에 의해 또는 열량의 제거 또는 첨가를 가능하게 하는 임의의 기타 수단에 의해 획득될 수 있다.

컨테이너 본체는 바람직하게는 원통형의 측벽이 있다. 생물반응기는 냉각 및/또는 가열 덕트, 또는 도시된 비제한적인 구현예에 따른 다수의 덕트들(3, 3', 3")을 포함할 수 있다. 나선체(들)은 바람직하게는 원통형 컨테이너 본체의 축과 동축인 축이 있다.

이러한 덕트들(3, 3', 3")은 바람직하게는 덮이는 일이 없이, 각각 상이한 높이를 나타내는 세 가지 수준으로 연장될 수 있으며, 나선체의 덕트들은 바람직하게는 동일한 지름을 나타낸다. 선택적으로, 도시되지 않은 또 다른 구현예에 따라, 동일한 지름을 나타내는 나선체 덕트들이 기와 모양으로 겹쳐질 수 있다.

내부 교환기들의 상기 덕트들(3, 3', 3")은 컨테이너 본체의 하부에만, 예를 들어, 도 1에 도시된 구현예에 따른 아래 절반에 위치할 수 있고, 생물반응기는 컨테이너의 상부에는 내부 교환기가 없을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 고정 수단은

- 바람직하게는 관상 또는 반관상이고, 나선체를 따라 상기 다양한 수용 위치에서, 국소적으로, 외부로부터 상기 덕트(3, 3', 3")를 감싸는 커넥터들(5);

- 컨테이너 본체(2)의 내벽과 일체로 되었으며, 컨테이너 본체의 중심을 향해 돌출되는 하나 또는 다수의 지지체(6)로서, 이때, 상기 지지체(들)은 나선체를 따라 상기 다양한 수용 위치에 제공된 커넥터(5)의 바깥길이에 대해 서로 보완적인 형태의 다수의 보어들(7)을 가지고 있고, 상기 보어들(7)은 상기 커넥터들(5)을 수용하는 것인 지지체(6)를 포함한다.

상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")는

- 상응하는 커넥터(5)와 상응하는 지지체(6)를 연결하는 제1 용접점(S1)으로, 이때 상기 제1 용접점(S1)은 상기 상응하는 지지체(6)의 양면 상에서, 상응하는 보어(7)의 에지들을 따라 연장되는 것인 제1 용접점(S1) 및

- 상응하는 커넥터(5) 및 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")를 연결하는 제2 용접점(S2)으로, 상기 제2 용접점(S2)은 상기 커넥터(5)의 에지들을 따라 연장되는 것인 제2 용접점(S2)에 의해 상기 수용 위치 각각에서 일체로 된다.

상기 제1 용접점(S1) 및 상기 제2 용접점(S2)은 금속 첨가에 의해 생성된 용접점들이다. 제1 용접점(S1) 및 제2 용접점(S2)의 금속 용접 비드들은 유리하게는 첫째로 덕트(3, 3', 3")와 커넥터(5) 사이, 그리고 둘째로 커넥터(5)와 지지체(6) 사이의, 임의의 사이 영역 제거를 가능하게 한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 덕트는 커넥터들(5)에 의해 간접적으로 상기 지지체 위에 또는 각각의 지지체들(6) 위에 용접되며, 커넥터들 각각의 길이는, 바람직하게는 상응하는 지지체(6)의 양면 상에서, 덕트(3, 3', 3")를 따라 국소적으로 연장된다. 이러한 배열은, 덕트가 커넥터 없이 상기 지지체 상에 직접적으로 용접된 경우에 필수적인 덕트 두께보다 더 작은 덕트 두께를 선택할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 제1 용접점(S1) 및/또는 상기 제2 용접점(S2)의, 금속 용접 비드 또는 각각의 금속 용접 비드는 중공의 필릿(11)을 형성하고, 상기 용접점들(S1, S2)은 바람직하게는 연마된다.

덕트를 고정시키는 동작 중에, 용접기는 첫번째로 제1 용접점(S1)에 대해 적어도 하나의 용접 비드를 생성하고, 제2 용접점(S2)에 대해 적어도 하나의 제2 용접 비드를 생성한다. 그런 다음, 이들 비드들은 중공의 필릿들(11)을 형성하기 위하여 연삭된다. 이러한 유형의 필릿들은 균등한 수의 초기 브레이크들을 구성하는 뾰족한 각들을 제거할 수 있게 하고, 우수한 세척 가능성을 확실하게 할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 필릿들(11)은 바람직하게는 5 mm를 초과하는 반경을 나타낸다. 그런 다음, 울퉁불퉁함을 없애기 위하여 용접점들이 연마된다.

따라서, 덕트(3, 3', 3")와 상기 지지체(들)(6) 사이에 생성되는 기계적 연결부에는 유리하게도 울퉁불퉁함이 없고, 특히, 유기 침전물의 침전을 돕는 사이 영역이 없다.

지지체(들)(6)은 플레이트들(62)(비제한적인 예인 도 1 내지 도 8에 의해 도시)의 형태로, 또는 관상 또는 반관상 프로파일들(63)의 형태일 수 있다.

도 11 내지 도 14의 비제한적인 예에 따르면, 프로파일(63)은 "V" 형태의 단면을 나타내는 반관상형일 수 있고, 보어(들)(7)은 개방되고, "V"의 정점에 위치된다.

(도시되지 않은) 일 구현예에 따르면, 보어들 각각은 폐쇄된, 실질적으로 원형의 단면을 나타낼 수 있으며, 이때, 커넥터들은 관상형이다. 이러한 구현예에서, 각각의 커넥터는 상기 제1 용접점(S1)의 두 가지 별개의 원형 용접 비드에 의해 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등) 상에 용접된다. 이러한 두 개의 용접 비드들은 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 각 면(C1, C2) 상에 위치되어, 원형의 보어를 따라 커넥터와 지지체(플레이트, 프로파일 등)의 원통형 벽과 합쳐진다. 또한, 각각의 커넥터는 제2 용접점의 두 개의 원형 용접 비드들에 의해 덕트 상에 용접되어, 커넥터의 두 원형 에지들을 냉각 및/또는 가열 덕트에 연결한다.

덕트를 그 지지체 상에 조립하는 것을 용이하게 하는, 도시된 또 다른 구현예에 따르면, 반원형의 보어들(7) 각각은 지지체(6) 또는 지지체들(6) 중 하나(플레이트(62), 프로파일(63) 등)의 에지에서 개방된다.

예를 들어, 그리고, 도시된 구현예들에 따르면, 보어들(7)은 컨테이너 본체(2)의 중심을 향해 개방된다.

그러면, 상기 제1 용접점(S1)은 상기 상응하는 지지체(6)의 양면(C1, C2)의 반원형 보어(7)의 에지들에서뿐만 아니라, 상기 상응하는 지지체의 캔트(60) 상에서, 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 상부 및 하부에서 움직이는(지지체들이 플레이트들(62)일 때의 경우 도 5 내지 도 8, 지지체들이 프로파일들(63)일 때의 경우 도 12 내지 도 14 참조) 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성될 수 있다.

그 다음, 커넥터들(5)은 도 8에 도시된 바와 같이 반관상 형태를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 상기 제2 용접점(S2)은 커넥터의 에지들에서, 커넥터(5)의 세로 방향 에지들(52)을 따라, 뿐만 아니라 상기 커넥터의 아치형 에지들(51)을 따라 움직이는 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성될 수 있다(도 5 내지 도 8 참조).

대안적으로, 커넥터들(5)은 도 10에 도시된 바와 같이 관상 형태를 나타낼 수 있다. 그러면, 각각의 커넥터(5)는 제2 용접점(S2)과는 별개인 두 개의 원형 용접 비드들에 의해 덕트 상에 용접되고, 제2 용접점(S2)은 커넥터의 두 개의 원형 에지들을 냉각 및/또는 가열 덕트에 연결한다(도 12 참조).

일 구현예에 따르면, 생물반응기는, 특히

- 컨테이너 본체(2) 내부의 로터(8)로서, 이때 로터는 컨테이너 본체(2)에 대해 차례로 기동성을 나타내고, 이러한 로터는 블레이드들(80)을 가지고 있는 로터(8);

- 컨테이너의 중심을 향해 돌출되는 카운터 블레이드들(81)로서, 컨테이너 본체(2)에 대해 고정된 위치에서 일체화되는 카운터 블레이드들(81);

을 포함하는, 교반 수단을 보유할 수 있다.

특히 유리한 구현예에 따르면, 상기 교반 수단의 카운터 블레이드들(81)은 상기 지지체(6) 또는 상기 고정 수단의 상기 지지체들(6)(플레이트들(62), 프로파일들(63) 등)을 포함한다. 이러한 구현예에 따르면, 따라서, 상기 지지체들(6)은 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 지지 기능과 바이오매스의 교반을 위한 카운터 블레이드의 기능을 병행한다.

유리한 구현예에 따르면, 카운터 블레이드들은 전적으로 상기 고정 수단의 상기 지지체들(6)에 의해 구성되며, 예를 들어, 도 1 내지 도 8의 구현예에 따른 플레이트들(6)에 의해 구성된다.

본 출원인의 지식 내에서, 그리고 선행 기술에 따른 생물반응기들에서, 한편으로는 내부 교환기의 나선체 덕트의 지지체, 그리고 다른 한편으로는 상기 교반 수단의 카운터 블레이드들은 별개의 요소들에 의해 구성된다. 이러한 경우, 그리고 본 출원인에 의해 공지된 선행 기술에 따르면, 나선체 덕트는 카운터 블레이드에 대해, 빈번하게는 덕트의 중심을 향하여, 방사상으로 상쇄된다.

본 발명의 이러한 유리한 구현예에 따르면, 나선체 덕트와 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등)은 동일한 수준에서 방사상으로 위치되고, 상기 지지체(플레이트, 프로파일 등) 또는 고정 수단의 상기 지지체들(플레이트들, 프로파일들 등)은 침전물을 보조하는, 컨테이너 내의 추가적인 표면을 형성하지 않는다.

바람직하게는, 고정 수단은 컨테이너 본체의 내주 상에 각지게 분포된 다수의 상기 지지체들(6)(플레이트들(62), 프로파일들(63) 등)을 포함하고, 각각은 컨테이너 본체의 높이에 따라 그것들의 세로 축을 따라 배향되며, 각각은 적어도 나선체의 높이에 상응하여 연장된다.

바람직한 구현예에 따르면, 고정 수단은 컨테이너 본체의 내주 상에 규칙적으로 분포된다.

나선체의 수용 지점들의 수와 분포는 바람직하게는 덕트/수용 지지체(6) 연결 상의 응력과 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 변형 사이의 절충안으로서 선택된다. 일시적인 단계 중에 덕트의 팽창/수축이 방해되지 않음을 확실히 하는 한편, 최저의 응력을 나타내는 해결책에 우선권을 주는 것이 바람직하다.

나선체의 수용 지점들은 바람직하게는 나선체의 매 X 회전마다 덕트를 따라 규칙적으로 분포되며, X는 예를 들어, 1회전의 1/3 또는 1회전의 2/3과 같이, 1/4 내지 3/4 사이에 함유될 수 있다. 이 값에 따르면, 매회 덕트가 체계적으로 지지되지 못할 수 있는 특정한 경우에, 그것은 지지체들(6)(플레이트들, 프로파일들 등)의 근처를 지나간다.

이러한 경우, 상기 지지체(들)(6)(플레이트들, 프로파일들 등)은 나선체의 수용을 위한 상기 다양한 위치에서의, 제1 보어들(7)로 알려져 있는 보어들(7) 이외에, 상기 덕트의 지름보다 더 큰 크기의 제2 보어들(9)을 보유할 수 있다. 상기 덕트는 지지체(6)와의 접촉시, 그리고 특히 플레이트(62)의 캔트(60)와 접촉시, 덕트가 손상되는 위험 없이, 제2 보어들(9)을 통과하여, 상기 덕트의 자유로운 변형을 가능하게 하는 활동 범위를 남겨 둔다. 이러한 유형의 활동 범위는 예를 들어, 1.5 cm와 같이, 1 cm를 초과할 수 있다.

도 2의 비제한적인 예에서 도시된, 일 구현예에 따르면, 각각의 지지체(6)는 최고점에 제1 보어들(7)과 제2 보어들(9)을 교대로 보유할 수 있다.

카운터 블레이드들(81) 중 하나 이상이 상기 지지체들(플레이트들(62), 프로파일들(63) 등)과 별개인 경우, 카운터 블레이드 또는 각각의 카운터 블레이드는 컨테이너 본체의 상기 지지체(들)과 동일한 반경으로 위치되도록 이러한 제2 보어들(9)을 보유할 수 있다.

바람직하게는, 지지체(들)(6)(플레이트들(62), 프로파일들(63) 등) 및/또는 상기 교반 수단의 카운터 블레이드들(81)은 컨테이너 본체의 측벽으로부터 직접적으로 연장되지 않지만, 이와 반대로 컨테이너 본체의 측벽으로부터 상쇄된다.

따라서, 그리고 도 2에 도시된 구현예에 따르면, 지지체들(6)(플레이트들(62), 프로파일들(63) 등) 각각은, 따라서, 컨테이너 본체의 측면 내벽(20)을 마주보는 외부 에지(61)를 가지고 있고, 상기 고정 수단(4)은 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6) 각각이 컨테이너 본체의 내벽과 일체가 되어, 상응하는 지지체(6)의 외부 에지(61)와 컨테이너 본체의 내벽(20) 사이에 공간(It)을 형성하는 것을 확실하게 하는, 카운터 브레이스들(10)을 포함한다.

지지체들(6) 및/또는 카운터 블레이드들(81)의 이러한 유형의 상쇄는 교반 중에 반응기 내에 바이오매스가 고여 있는 영역이 발생하는 것을 방지하고, 따라서 컨테이너 내에서 바이오매스의 균질한 교반을 확실하게 하는 것을 가능하게 한다.

각각의 카운터 브레이스(10)는 바람직하게는 상응하는 지지체(6) 상에, 그리고 본체(2)의 내벽(20) 상에 각각 용접된다. 금속의 첨가에 의해, 상기 용접점들은 바람직하게는 5 mm를 초과하는 반경의, 중공의 필릿을 형성하는 금속 용접 비드를 가지고 있고, 상기 용접점들은 바람직하게는 연마된다.

상기 냉각 및/또는 가열 덕트 이외에, 생물반응기는 컨테이너 본체 내부에, 열/냉기를 전달하는 유체의 순환에 의해 외부로부터 컨테이너 본체를 냉각/가열하는 장치를 포함할 수 있다.

이러한 외부 장치는 컨테이너 본체 상에 이중 외피, 또는 당업자에게 공지된 임의의 기타 외부 교환기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 생물반응기는 회분식, 유가식 또는 연속식의 발효 방법의 실시, 그리고 더욱 구체적으로는 오염에 민감한 생물학적 또는 생물화학적 반응의 실시를 위한 특별한 용도를 나타낸다.

이러한 유형의 반응기는 특히, 세포 바이오매스의 생산을 위해, 그리고 더욱 구체적으로는 클로렐라 유형의 미세조류의 바이오매스의 배양을 위해 설계된다.

발효 주기는 생물반응기를 화학적으로 및/또는 물리적으로(살균) 세정하는 것으로 시작할 수 있으며, 이어서 컨테이너 본체를 영양 물질로 채우는데, 영양 물질도 도입 전 또는 도입 후에 살균될 수 있으며, 그 다음으로, 생물학적 촉매, 특히 세포 바이오매스로 채우고, 이때, 세포 바이오매스에는 발효 중에 영양 물질, 구체적으로는 탄산 물질이 공급되며, 바람직하게는 세포 바이오매스는 계속적으로 교반된다.

이러한 유형의 생물학적 반응은 며칠 동안 지속될 수 있다. 이러한 공정의 종료시, 바이오매스 및/또는 유용한 화합물은 컨테이너를 비움으로써 회수된다.

본 발명에 따른 생물반응기는 유리하게도 가급적 임의의 영역, 특히 오염의 발달에 유리한 컨테이너 본체 내의 사이 영역이 없다. 따라서, 이러한 반응기는 발효 반응 중에, 특히 내부 교반의 작용에 의해, 물질의 침전, 특히 유기 물질의 침전을 방지하도록 설계된다. 그것은 유리하게도 컨테이너의 유지 및 세정을 위하여 생산 중단을 방지하거나 상당히 제한하는 것을 가능하게 한다.

그 자체가 공지된 방식으로, 이러한 생물반응기는 생성물 및 보조 물질(영양분, pH 조절을 위한 산/염기, 소포제 첨가 등)을 위한 공급 개구부, 생성물 방출을 위한 산출부, pH, 온도, 기체(O₂) 등을 위한 센서와 같은 다양한 센서들뿐만 아니라, 제어/명령 시스템 또는 하부의 ("버블러 시스템"으로 알려져 있는) 공기 확산기, 해치들을 포함할 수 있고, 조명이 있거나 없을 수 있고, 또는 이러한 유형의 반응기들에서 일반적으로 접하는 임의의 기타 부대용품이 있거나 없을 수 있다.

본 발명은 소위 "야생형"의 세포들 또는 무작위 돌연변이유발 형태의 기법에 의해 또는 유전자 조작에 의해 돌연변이된 세포들로 이루어진 군으로부터 선택된 세포 바이오매스들의 생산을 위한 용도를 나타낸다.

본 발명은 인간 또는 동물의 식량 산업, 생명공학 산업, 제약 및 화장품 산업 분야에서, 그리고 바이오연료 및 화학 분야에서 용도를 나타낸다.

기타 구현예들이 다음 청구항에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 맥락으로부터 벗어나지 않고도 예상될 수 있음은 인정될 것이다.

1. 생물반응기
2. 컨테이너 본체
3,　3', 3" 냉각 및/또는 가열 덕트
4. 고정 수단
5. 커넥터
6. 지지체(들)
7. 보어들(제1 보어들)
8. 로터
9. 보어들(제2 보어들)
10. 카운터 브레이스들
11. 필릿(용접점들)
20. 내벽
51. 아치형 에지들
52. 세로 방향 에지들
60. 캔트(지지체 6)
61. 외부 에지(지지체 6)
62. 플레이트들(지지체들 6)
63. 프로파일(지지체 6)
80. 블레이드들(로터 8)
81. 카운터 블레이드들
C1,C2 지지체 면들(Support sides)
It. 공간(Inter-space)
S1. 제1 용접점
S2. 제2 용접점

Claims (19)

1. - 내벽들이 서로간에 바이오매스의 수용을 위한 내부 부피를 정의하는, 컨테이너 본체(2);
   - 외벽이 상기 내부 부피에 배치된 바이오매스와 직접적으로 접촉하도록 설계되며, 나선체 형태로, 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는, 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3");
   - 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 지지 및 나선체들을 따라 다수의 수용 위치 내에서 컨테이너 본체(2) 상에 덕트의 고정을 확실하게 하는 고정 수단(4)을 포함하는 생물반응기(1)로서,
   상기 고정 수단은
   - 관상 또는 반관상이고, 나선체를 따라 상기 다수의 수용 위치에서, 국소적으로, 외부로부터 상기 덕트(3, 3', 3")를 감싸는 커넥터들(5);
   - 컨테이너 본체(2)의 내벽과 일체로 되어 있으며, 컨테이너 본체의 중심을 향해 돌출되는 하나 또는 다수의 지지체(6)로서, 이때, 상기 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6)은 나선체를 따라 상기 다수의 수용 위치에 제공된 커넥터들(5)의 바깥길이에 대해 서로 보완적인 형태의 다수의 보어들(7)을 가지고 있고, 상기 보어들(7)은 상기 커넥터들(5)을 수용하는 것인, 하나 또는 다수의 지지체(6)를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   이때, 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")는
   - 상응하는 커넥터(5)와 상응하는 지지체(6)를 연결하는 제1 용접점(S1)으로, 이때 상기 제1 용접점(S1)은 상기 상응하는 지지체(6)의 양면 상에서, 상응하는 보어(7)의 에지들을 따라 연장되는 것인 제1 용접점(S1), 및
   - 상응하는 커넥터(5) 및 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")를 연결하는 제2 용접점(S2)으로, 상기 제2 용접점(S2)은 상기 커넥터(5)의 에지들을 따라 연장되는 것인 제2 용접점(S2)에 의해 상기 다수의 수용 위치 각각에서 일체로 되고,
   이때, 상기 제1 용접점(S1) 및 상기 제2 용접점(S2)은 금속 첨가에 의해 생성되는 것인, 생물반응기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 용접점(S1) 및/또는 상기 제2 용접점(S2)의, 금속 용접 비드 또는 각각의 금속 용접 비드는 각각 중공인 필릿(11)을 형성하고, 상기 용접점들은 연마되는 것인 생물반응기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보어들(7) 각각은 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6) 중 하나의 에지에서 개방되는 것인 생물반응기.
4. 제3항에 있어서, 보어들(7)은 컨테이너 본체(2)의 중심을 향해 개방되는 것인 생물반응기.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 용접점(S1)은 상기 상응하는 지지체(6)의 양면(C1, C2)의 보어(7)의 에지들에서뿐만 아니라, 상기 상응하는 지지체(6)의 캔트(60) 상에서, 상기 냉각 및/또는 가열 덕트(3, 3', 3")의 상부 및 하부에서 움직이는 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성되는 것인 생물반응기.
6. 제3항에 있어서, 커넥터들(5)은 반관상 형태를 나타내고, 상기 제2 용접점(S2)은 커넥터의 에지들에서, 커넥터(5)의 세로 방향 에지들(52)을 따라, 뿐만 아니라 상기 커넥터의 아치형 에지들(51)을 따라 움직이는 폐쇄된 궤도를 나타내는 연속적인 용접선에 의해 구성되는 것인 생물반응기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   - 컨테이너 본체(2) 내부의 로터(8)로서, 컨테이너 본체(2)에 대해 차례로 기동성을 나타내고 블레이드들(80)을 갖는, 로터(8);
   - 컨테이너의 중심을 향해 돌출되는 카운터 블레이드들(81)로서, 컨테이너 본체(2)에 대해 고정된 위치에서 일체화되는 카운터 블레이드들(81)
   을 포함하는 교반 수단이 있는 생물반응기.
8. 제7항에 있어서, 상기 교반 수단의 카운터 블레이드들(81)은 상기 고정 수단의 상기 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6)을 포함하는 것인 생물반응기.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보어들(7)은 소위 제1 보어들이고, 상기 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6)은 나선체 수용을 위하여 상기 다수의 수용 위치에서의 상기 제1 보어들(7) 이외에도, 상기 덕트의 지름보다 큰 크기의 제2 보어들(9)을 가지고 있으며, 상기 덕트는 상기 제2 보어들(9)을 통과하여 상기 덕트의 자유로운 변형을 가능하게 하는 활동 범위를 남겨 두는 것인 생물반응기.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 컨테이너 본체의 내주 상에 각지게 분포된 다수의 상기 지지체들(6)로서, 각각이 컨테이너 본체의 높이에 따라 그것들의 세로 축을 따라 배향되며, 각각이 나선체의 높이에 상응하여 연장되는 다수의 상기 지지체들(6)이 있는 생물반응기.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지체(6) 또는 지지체들(6) 각각은 컨테이너(2)의 측면 내벽(20)을 마주보는 외부 에지를 가지고 있고, 이때, 상기 고정 수단(4)은 상기 지지체(6) 또는 상기 지지체들(6) 각각이 컨테이너 본체의 내벽과 일체가 되어, 상응하는 지지체(6)의 외부 에지(61)와 컨테이너 본체의 내벽(20) 사이에 공간(It)을 형성하는 것을 확실하게 하는, 카운터 브레이스들(10)을 포함하는 것인 생물반응기.
12. 제11항에 있어서, 각각의 카운터 브레이스(10)는 상응하는 지지체(6) 상에, 그리고 컨테이너 본체(2)의 내벽(20) 상에 각각 용접되며, 금속의 첨가에 의해, 상기 용접점들은 중공인 필릿을 형성하는 금속 용접 비드를 가지고 있고, 상기 용접점들은 연마되는 것인 생물반응기.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열/냉기를 전달하는 유체의 순환에 의해 외부로부터 컨테이너 본체를 냉각/가열하는 장치가 구비된 생물반응기.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체(6) 또는 지지체들(6) 각각은 플레이트(62) 또는 프로파일(63)로부터 선택되는 것인 생물반응기.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 생물학적 또는 생물화학적 반응의 생성, 또는 세포 바이오매스의 생산, 또는 미세조류의 배양을 위해 사용되는 것인 생물반응기.
16. 제15항에 있어서, 소위 "야생형"의 세포들 또는 무작위 돌연변이유발 형태의 기법에 의해 또는 유전자 조작에 의해 돌연변이된 세포들로 이루어진 군으로부터 선택된 세포 바이오매스들의 생산을 위해 사용되는 것인 생물반응기.
17. 제15항에 있어서, 클로렐라 유형의 미세조류 생산을 위해 사용되는 것인 생물반응기.
18. 제15항에 있어서, 인간 또는 동물의 식량 산업, 생명공학 산업, 제약 및 화장품 산업 분야에서, 그리고 바이오연료 및 화학 분야에서 사용되는 것인 생물반응기.
19. 삭제

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