KR20110137314A - 광화학 과정에 사용하기 위한 장치 - Google Patents

광화학 과정에 사용하기 위한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20110137314A
KR20110137314A KR1020117021636A KR20117021636A KR20110137314A KR 20110137314 A KR20110137314 A KR 20110137314A KR 1020117021636 A KR1020117021636 A KR 1020117021636A KR 20117021636 A KR20117021636 A KR 20117021636A KR 20110137314 A KR20110137314 A KR 20110137314A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
light
reaction medium
liquid
pipe
Prior art date
Application number
KR1020117021636A
Other languages
English (en)
Inventor
마틴 모르
프란츠 에민저
Original Assignee
에코두나 테크놀로지 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에코두나 테크놀로지 게엠베하 filed Critical 에코두나 테크놀로지 게엠베하
Publication of KR20110137314A publication Critical patent/KR20110137314A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/16—Apparatus for enzymology or microbiology containing, or adapted to contain, solid media
    • C12M1/18—Multiple fields or compartments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/24—Apparatus for enzymology or microbiology tube or bottle type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/22—Transparent or translucent parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
    • C12M3/02—Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus with means providing suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/06—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of illumination
    • C12M41/10—Filtering the incident radiation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 바람직하게는 향광성(phototropic) 미생물의 재배와 생산 또는 수경재배(hydrocultivation)하기 위한 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 광화학 과정에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다. 반응기, 특히 생물반응기(bioreactor)가 제공되고, 또 이 반응기에는 반응 매질, 예컨대 수용액 또는 현탁액이 곡류(meandering) 방식으로 안내된다. 반응 매질(6)이 유동하는 반응기는, 수직이거나 또는 소정 각으로 경사진, 저부에서 접속된 2개의 파이프(3) 또는 챔버(8)를 포함하는 적어도 1개의 반응기 요소(2)로 이루어진다. 상기 반응 매질(6)은 반응기에 도입되고 또 그로부터 상부 반응 매질 표면 위로, 바람직하게는 연속적으로, 압력 없이 자유롭게 대기로 방출된다. 유체정역학적 압력 및 레벨 보상(level compensation)의 결과로서, 반응 매질(6)의 유동이 미생물에 대하여 스트레스가 없다. 바람직하게는 투명 또는 반투명 물질로 이루어진 상기 반응기 및 그의 파이프(3) 또는 챔버(8)는 광-안내성 액체(14) 내에 배열된다.

Description

광화학 과정에 사용하기 위한 장치{Device for a photochemical process}
본 발명은 바람직하게는 향광성(phototropic) 미생물의 재배와 생산 또는 수경재배(hydrocultivation)하기 위한 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 광화학 과정에 사용하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치에는 반응기, 특히 생물반응기(bioreactor)가 제공되고, 또 상기 반응기에는 반응 매질, 예컨대 수용액 또는 현탁액이 곡류(meandering) 방식으로 안내된다.
유리 또는 플라스틱으로 제조된, 향광성 미생물용 생물반응기는 DE 41 34 813 A1호로부터 공지되어 있다. 배양 배지는 생물반응기를 통하여 펌핑되거나 또는 수평적으로 위치한 웹 플레이트(web plates)를 통하여 곡류 방식으로 저부를 향하여 전달된다. 또한, 난류-생성 배지는 웹에 위치한다. 상기 방법에 따르면, 이산화탄소가 상부에 도입되고 또 동작시키기 위하여 천연 또는 인공광이 사용된다. 생물반응기는 광원에 대하여 직각으로 위치하거나 또는 그를 추적한다.
또한, 향광성 미생물용 또는 광촉매적 과정용 생물반응기는 또한 GB 2 235 210 A호 및 DE 196 44 992 C1호로부터 공지되어 있다.
생물반응기에서 광촉매적 폐수 처리는 EP 738 686 A1호로부터 공지되어 있고, 상기 처리에서 세정될 액체는 투명 플라스틱으로 제조된 다수의 웹 플레이트를 통하여 전달된다. 온도 조절을 위하여, 통상의 반투명 웹 플레이트 다수가 사용될 수 있다.
또한, 적어도 3개의 벨트를 갖는 다수의 웹 플레이트로 제조된 능동적 또는 수동적 온도제어성 솔라 요소(solar element)는 WO 98/18903호에 기재되어 있다. 반응기 내의 층들은 광화학 또는 광합성 과정용으로도 사용된다. 따라서, 배양 배지는 밀봉된 프런트(front) 및 수평적으로 위치한 웹 플레이트를 갖는 밀폐 반응기에서 곡류 방식으로 저부를 향하여 전달된다.
반응 매질이 수평적으로 유동하는 생물반응기는 WO 2008/079724 A2호로부터 공지되어 있으며, 상기 생물반응기는 수조(water basin)에 배열된다.
예컨대 Florian Manfred Graetz "Semi-automatic Generation of Circuit and Fluid Diagrams for Mechatronic Systems" (Munich Tech. Univ. 2006에서 논문) ISBN 10 308316-0643-9로부터 아르키메데스 스크류(Archimedian screw) 및 다빈치 스파이럴(spiral of Da Vinci)도 또한 공지되어 있다.
또한, 홈통을 갖는 수력발전 스크류 및 발전기는 DE 195 07 149 C2호로부터 공지되어 있다. 에너지 전환을 위한 수력발전 스크류는 DE 41 39 134 C2호로부터 공지되어 있다.
자연히, 힘의 유체정역학적 균형(hydrostatic balance)은 유체정역학적 역설로 알려져 있고, 이는 또한 파스칼의 역설로도 지칭된다. 이것은 유체가 유체의 충전 레벨에 따라서 용기의 기저에서 수직압을 유발하지만 용기의 형상에는 아무런 영향이 없는 현상을 기재하는 분명한 역설이다.
상부(top)는 개방되어 있고 저부(bottom)는 연결되어 있는 용기는 내부연결된 탱크 또는 내부연결된 파이프라 불린다. 균질 유체는 이들에서 동일 수준을 가지는데, 이는 공기압 및 중력이 용기에 대하여 동일한 효과를 갖기 때문이다. 비균질 유체의 경우에서, 액체의 컬럼은 수준과 관련된 비중에 대하여 역으로 작용한다.
통상, 솔라 반응기에서 수송은 상기 언급한 일부 방법에서와 같이 통상적인 펌핑 방법에 의해 실시된다. 이 과정은 고압, 부압(negative pressure), 높은 가속화 또는 압착으로 인하여 반응 매질에서 스트레스를 유발한다. 이런 스트레스에 처리되기 때문에, 대부분의 향광성 미생물은 자신의 가능한 광합성 능력을 포기한다. 세포는 파괴되거나 손상되고 및/또는 미생물은 자신에게 부과된 상기 과정들을 충분히 회복하기 전에 재생을 위해 시간 및/또는 대사 산물을 필요로 한다. 마찬가지로, 대부분의 광화학 과정은 이러한 스트레스하에서는 그의 가능한 광촉매적 능력의 급감을 겪으며, 이는 분자가 파괴되거나 손상을 입거나 및/또는 부과된 상기 과정들을 충분히 회복하기 전에 부가적 시간 및/또는 산화제를 필요로 하기 때문이다.
DE 41 34 813 A1호 GB 2 235 210 A호 DE 196 44 992 C1호 EP 738 686 A1호 WO 98/18903호 DE 195 07 149 C2호 DE 41 39 134 C2호
Florian Manfred Graetz "Semi-automatic Generation of Circuit and Fluid Diagrams for Mechatronic Systems" (Munich Tech. Univ. 2006에서 논문) ISBN 10 308316-0643-9
본 발명의 목적은 상술한 결점을 피하는 한편, 제작 방법으로 인하여 제조가 용이하고 경제적이며, 수율 또는 수집 면에서 질적 및 무엇보다 양적 증가를 가능하게 하는 상술한 유형의 장치를 창제하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 의해 충족된다.
본 발명은 반응 매질이 유동하는 반응기가, 수직이거나 또는 소정 각으로 경사진, 저부에서 접속된 2개의 파이프 또는 챔버를 포함하는 적어도 1개의 반응기 요소로 이루어지며, 그에 의해 상기 반응 매질은 반응기에 도입되고 또 그로부터 상부 반응 매질 표면 위로, 바람직하게는 연속적으로, 압력 없이 자유롭게 대기로 방출되며 또 유체정역학적 압력 및 레벨 보상(level compensation)의 결과로서, 반응 매질의 유동이 미생물에 대하여 스트레스가 없고, 또 바람직하게는 투명 또는 반투명 물질로 이루어진 상기 반응기 및 그의 파이프 또는 챔버는 광-안내성(light-conducting) 액체에 배열되는 것을 특징으로 한다. 본 발명을 이용함으로써, 특히 품질 및 동작 안정성에 관하여, 작성 비용뿐만 아니라 동작 면에서 오늘날의 요건을 충족하는, 특히 향광성 미생물의 재배와 생산 또는 수경재배하기 위한 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 광화학 과정에 사용하기 위한 장치를 최초로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 이러한 장치를 기본한 방법을 이용함으로써, 부드러운 미생물 수송을 달성할 수 있어, 생산 과정 동안에서 어떠한 손상도 방지된다. 반응 매질을 상부 액체 레벨 영역에 제어 도입하는 것에 의해, 충전되는 반응기 요소를 통한 반응 매질의 유동 속도가 규정될 수 있다. 상기 반응 매질은 수직 내부접속된 반응기 요소를 통하여 곡류 방식으로 유동한다. 상기 반응기 요소는 입구 및 출구가 상부에 위치하게 하는 방식으로 서로에 대하여 연결된다. 상기 반응기 요소는 상부를 향하여 완전히 또는 부분적으로 개방된다. 유동은 유체정역학적 압력 보상을 이용하는 것에 의해 전체 반응기 내부에서 최소의 높이 손실로 달성된다. 바이오솔라(biosolar) 반응기 내에서 주로 반응 매질의 무-압력 및 무-압착(appression-free) 수송으로 인하여, 상기 반응 과정은 가능한 적게 손상된다.
또한, 이 유형의 생물반응기의 작성에는 최소의 원료비가 필요하므로, 경제적 효율을 증가시킨다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 예를 들어 다음과 같은 사용 분야에서 이용될 수 있다:
● 폐수의 광촉매적 정화
● CO2를 향광성 미생물에 의해 산소로 만드는 광합성 대사
● 연구 목적의 향광성 미생물의 재배 및 생산
● 광화학적 및/또는 광합성 과정에 대한 연구
● 식품 제품 및 기본적 음식재용의 향광성 미생물의 재배 및 생산
● 약학 산업의 기본 원료용의 향광성 미생물의 재배 및 생산
● 연료 생산 및 발전을 위한 연료 및 기본적 원료용의 향광성 미생물의 재배 및 생산
● 화학 산업의 기본 원료용의 향광성 미생물의 재배 및 생산
● 광합성 과정 내에서 이용할 수 있는 가스(예컨대 수소)를 방출하는 향광성 미생물의 재배 및 생산
미생물의 무-스트레스 수송은 반응기 매질이 반응기 요소를 통하여 유동할 때 힘의 유체정역학적 보상을 이용하는 것에 의해 유사하게(quasi) 실시된다. 또한, 에너지의 최적화, 광의 규정된 도입, 공간의 최적화, 첨가제의 공급, 규정된 온도 제어, 표적화된 조절뿐만 아니라 개선된 가스 회수를 달성할 수 있다.
반응 매질의 온도가 광-안내성 액체를 통하여 및 또한 반응 매질에 도입될 물질을 통하여 제어될 수 있는 것은 본 발명에 따른 상기 장치의 중요한 이점으로 간주되어야 한다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 광-안내성 액체가, 뜨거운 영역에 사용될 때, 주야 온도 변동에 대한 버퍼(buffer)로서 작용하는 이점을 갖는다. 그 결과, 전체 효율이 증가한다.
광-안내성 액체는 바람직하게는 가능한 한 무생물 내지 멸균성이어야하고 또 필요한 경우 해수 밀도를 갖는다. 실리콘 오일도 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 2 이상의 반응기 요소를 하나의 반응기 패널로 연결하기 위한 분할 벽은 반응기 요소의 파이프 또는 챔버 사이의 분할 벽보다 낮게 설계되며, 그 결과로서 반응기 요소에서 액체 레벨이 반응기 요소 사이의 분할 벽보다 높을 때 과잉류 또는 내부연결된 개구(opening)가 만들어지고 또 반응기 패널은 곡류 방식으로 유동될 수 있다. 반응기 요소는 내부연결된 용기로서 설계된다. 이러한 유형의 반응기 요소의 일련의 연결에 의하여, 규정된 유로(flow path)를 생성할 옵션이 제공된다.
관련 향광성 미생물 또는 광화학적 조건에 대한 적응의 결과로 또 하기 변수에 의한 과정 결과에 따라 전체 반응기 내에서 최적 체류 기간에 영향을 줄 수 있다:
● 유동 속도
● 반응기 요소의 단면
● 반응기 요소의 높이
● 도입된 비-가스성 물질의 수 및 조건; 취입된 가스의 조건, 수, 밀도 및 압력
● 곡류-형상의 콘덕턴스로 연결된 반응기 요소의 수
● 폐가스 제거 가능성
● 과정 온도
● 체류 기간 및 광에 대한 위치
● 숙성 탱크 및/또는 암화된 탱크에서 체류 기간
이상적인 경우 및 관련 구조적 조건이 제공되는 경우, 필요에 따라서 전체 과정에 대해 입구에서부터 출구까지 매질의 독특한 연속적인 수송이 가능하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 반응기를 둘러싸는 광-안내성 액체는 상부가 개방된 용기 또는 수조(basin)에 제공된다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 임의의 광화학적 과정에 대하여 광은 절대적 전제조건이다. 광에 대하여 최적인 바이오솔라 리액터를 제공하기 위하여, 내부 표면은 리플렉터(reflector)로서 설계된다.
본 발명의 다른 실시형태로서, 리플렉터는 광-안내성 액체 위로 또는 용기 또는 수조 위로 제공되어, 광, 바람직하게는 태양광을 광-안내성 액체에 바람직하게는 액체 표면에 대하여 직각으로 안내한다. 상기 유형의 부가적 리플렉터는 상기 과정에 대한 광 최적화를 증가시킨다. 상기 액체 표면에 대하여 광의 수직 도입 및 필요한 경우 내부 용기 벽의 미러링(mirroring)으로 인하여, 입사광 방사선은 준-다중화(quasi multiplied)되며, 그 결과 상기 과정이 최적화될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 광 수집기(light collectors)가 제공되며, 이들은 특히 리플렉터 앞에 배열되어 광-안내성 액체에 안내될 수 있는 광을 수집한다. 또한 이렇게 하여, 상기 과정에 대해 적절하게 증가된 광의 제공을 달성할 수 있다.
본 발명의 특수한 실시형태에 따르면, 광이 광-안내성 액체에 안내되기 전에 미생물에 유해한 파장을 걸러내기(filtration) 위해 필터(filters)가 제공된다. 이 과정은 상기 유형의 관련 필터를 이용하여 최적화될 수 있다.
본 발명의 다른 특수한 실시형태에 따르면, 광은 펄스 방식(in a pulsed manner)으로 광-안내성 액체에 안내된다. 상기 과정의 요건에 따라서, 펄스 방식의 광 제공은 더욱 우수한 결과를 제공할 수 있다.
본 발명의 특수한 특징에 따르면, 파이프는 특히 플라스틱으로부터 제조된 호일 튜브로 이루어지며, 그의 말단은 전환 장치(conversion devices)와 긴밀하게 연결되어 있다. 이들 호일 튜브는 얇은 벽 두께를 가지며 또 저비용으로 시중에서 입수할 수 있다. 액체 상황에서 무압력 액체로 인하여, 상기 호일 튜브는 손상을 초래할 수 있는 어떠한 힘에도 노출되지 않는다. 호일 튜브는 어떠한 스트레스에도 실질적으로 처리되지 않기 때문에, 그 결과 높은 수명이 예상되어야 한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 곡류-형상으로 내부연결된 챔버는 평행한 종방향 용접부(welds)를 구비한 2개 호일에 의해 형성되며, 그에 의해 전환 장치를 통하여 전환이 실시된다. 상기 방식으로 용접된 호일의 제조는 또한 용이하게 가능하며 저렴하다. 종방향 용접부를 갖는 호일은, 미생물과 향광성 미생물의 재배를 위한 영양분이 풍부한 현탁액의 수직이며 가능한한 낮은 유동 저항성을 가능하게 한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 전환 장치는 종방향 용접부에 의해 형성된 챔버와 연결되어 있는, 바람직하게는 타원형 단면을 갖는 U-형상의 파이프 요소이다. 이들 전환 장치는 주변 영역에서 미생물의 오염을 허용함 없이 현탁액의 상부 및/또는 하부 전환에 영향을 준다. 호일 튜브 반응기에 설치되면, 플라스틱 호일로 제조된 단일 튜브가 파이프의 말단에 세워져 체결된다(fastened). 종방향적으로 용접된 반응기의 경우, 타원형 튜브를 집기 위해 2개 측면이 고정된다.
본 발명의 특수한 실시형태에 따르면, 바람직하게는 예비제작된 전환 장치는 액체 및/또는 가스성 첨가제를 반응 매질에 도입하기 위하여 또는 반응기의 저부 측에서 가스성 과정 산물을 제거하기 위하여 미세보어홀(micro-boreholes)을 포함하는 플러그-인(plug-in) 파이프 또는 통합된 플러그-인 파이프용의 적어도 1개의 보어홀을 포함하는 U-형상의 파이프 요소이다. 이들 하부 전환은 미생물에게 적어도 1개의 액체 및/또는 가스성 영양분을 제공할 수 있게 한다. 진행 과정에 따라서, 상기 도입은 매 전환마다 또는 거리를 두고 실시될 수 있다.
상부 전환에서, 과정에 축적되는 가스 또는 기타 물질은 동시에 제거될 수 있는데, 이는 과량의 가스 또는 과정 중에 생긴 가스들을 배출하기 위한 가스 파이프를 사용하는 것에 의해 주위 영역으로부터의 외래 생물에 의해 현탁액이 오염되지 않게 현탁액이 전환되기 때문이다.
본 발명의 다른 이점에 따르면, 상기 플러그-인 파이프는 다수의 미세보어홀 및/또는 반응 매질이 위에서 아래로 흐르는 영역보다 반응 매질이 아래에서 위로 흐르는 영역에서 또는 비중 방향에서 직경이 더 큰 미세보어홀을 구비한다. 이렇게 하여 또 맘모쓰 펌프(mammoth pump)를 동작하는 과정에 따라서, 아래에서부터 위로 통과하는 파이프 또는 챔버에서 액체 레벨은, 위에서부터 아래로 통과하는 파이프 또는 챔버와 비교할 때, 일종의 "가스 리프트 효과"(gas lift effect)로 상승된다. 액체 레벨에서 상기와 같은 차이는, 이러한 유닛(units)의 다수가 연속적으로 연결되는 경우에 최초의 파이프 또는 챔버와 비교하여 마지막 파이프 또는 챔버의 말단에서 액체 레벨의 상승 및 상기 액체 레벨의 상승을 반응기의 설계 측면에서 고려할 때 상승하는 각 파이프에 가스에 대한 가스 도입 증가를 초래할 수 있다. 바람직하게는 이러한 가스성 첨가제의 도입 증가에도 불구하고, 미생물의 무-스트레스 수송이 가능하다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 플러그-인 파이프는 양쪽 말단에 외부 및/또는 내부 쓰레드(thread)를 구비한다. 예컨대 가스 파이프는 이들이 유니온 너트(union nut)에 의한 조립에 의해 가스 기밀되게 차단되는 방식으로 설계된다. 이들 유니온 너트의 적어도 1개는 가스 배관 연결부를 구비하고 있다.
또한, 상기 가스 파이프는 그의 내부 쓰레드를 통하여 연결구(connecting piece)를 구비할 수 있으므로, 다른 가스 파이프에 나사로 죄여 질 수 있다.
교체를 위해, 유니온 너트는 일 측에서 풀어져서, 상기 연결구가 부착되고, 또 신규 가스 파이프가 상기 연결구의 다른 말단에 부착된다. 상기 신규 가스 파이프를 사용하여, 교체될 가스 파이프는 어셈블리를 통하여 밀려나며 그와 동시에 그 위치에서 감아올려진다. 이렇게 하여, 교체될 가스 파이프는 신규 가스 파이프를 사용하여 가스의 손실 또는 액체 손실을 최소로 하여 어셈블리를 통하여 밀려진다. 이 설계는 상기 과정의 동작 중단 없이 또는 상기 과정의 최소의 손상으로 가스 도입 유닛의 보수유지(maintenance) 또는 변형을 허용한다.
가스 파이프의 교체는 전체 시스템의 광생물반응기의 부분 내에서 하기와 같은 작용을 달성할 수 있다:
● 보수유지
● 유동 속도의 변경
● 영양분 용액 변경
● 영양분 용액을 향광성 미생물의 생활 단계에 적응
● 질병과 싸우기
● 미생물 수집하기
● 미생물 부분 또는 전체를 치사시키기
본 발명의 특수 실시형태에 따르면, 아르키메데스 스크류 또는 다빈치 스파이럴 또는 맘모쓰 펌프는 반응 매질의 수송을 위해 반응기의 내부뿐만 아니라 반응기 사이에 제공된다. 이러한 배열의 경우에서, 1 이상의 튜브 또는 웹이 단일 또는 다수의 베어링을 갖는 축 상에서 나선형으로 권취되고 예컨대 스크류 죄기(screwed), 접착제 칠하기(glued) 등과 같은 기술적 방법을 이용하여 강인하게 장착된다. 관련 튜브 또는 웹은 양쪽 말단에서 개방되어 있다. 수송 요소는 튜브 또는 웹의 저부 말단이 용기로부터 반응 매질을 떠올리도록 정렬되고 지지된다.
그러나, 튜브 또는 웹은 상기 반응 매질에 너무 깊게 침지되어서 튜브 말단 또는 웹이 각 회전에서 반응 매질의 외부 표면 위로 돌출하게 된다.
유의한 원심력을 초래하지 않게 스파이럴 방향으로 느리게 회전시키는 것에 의해, 튜브 또는 웹의 관련 하부 절반에 있는 반응 매질은 유체정역학적 압력 보상을 이용하여 스크류의 상부 말단으로 수송된다. 각 회전시, 상부 반회전에 함유된 액체는 방출되어 원래 용기보다 높은 레벨에 자리 잡은 용기에 떨어진다. 다르게는 수송 장치의 완전한 또는 부분적 폐쇄에 의해, 가스의 새어나가기 및/또는 유출이 방지될 수 있다.
본 발명의 특수한 특징에 따르면, 예컨대 유리 돔과 같이 투명 또는 반투명 물질로 제조된 돔과 같은 커버는 용기 또는 수조 위에 제공되며, 상기 장치는 시스템의 밀폐 시공 방법을 위해 제공된다. 이렇게 하여, 소위 뜨거운 영역에 사용될 때 밀폐 시공 방법의 결과로서 증발된 액체를 회수할 수 있는 이점이 제공된다.
본 발명은 도면에 예시된 예시적 실시형태를 기초로 하여 더욱 자세하게 설명된다.
도 1은 파이프로 이루어진 생물반응기이고,
도 2는 도 1에 따른 상면도이며,
도 3은 도 1에 따른 측면도이고,
도 4는 웹 플레이트로 이루어진 생물반응기이며,
도 5는 도 4에 따른 상면도이고,
도 6은 도 4에 따른 측면도이며,
도 7은 파이프의 개략도이고,
도 8은 "가스 리프트" 효과에 개략적 다이아그램이며,
도 9는 수조에서 광화학 과정용 장치이고,
도 10은 광 가이던스(guidance)의 개략도이며,
도 11 및 도 12는 호일 튜브용 전환(diversion) 장치이고,
도 13 및 도 14는 종방향적으로 용접된 호일용 전환 장치이며,
도 15는 다수의 웹 플레이트로 제조된 장치의 개략도이고,
도 16 및 도 17은 도 15에 따른 장치용 전환 장치이며,
도 18 및 도 19는 호일 튜브의 중간부에서 첨가제의 도입을 도시한다.
도 1 내지 도 3에 따르면, 반응기, 특히 바이오솔라 반응기(1)는 저부에서 연결된 2개의 수직 파이프(3)에 의해 형성된 적어도 1개의 반응기 요소(2)를 포함한다. 입구(4) 및 출구(5)는 상부 반응기 에지(edge)에 제공된다. 바이오솔라 반응기(1)를 조립하기 위하여, 다수의 반응기 요소(2)가 연속적으로 연결되며, 출구(5)는 언제나 입구(4)와 연결된다.
상기 유형의 바이오솔라 반응기(1)는 바람직하게는 향광성 미생물의 재배와 생산 또는 수경재배하기 위한 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 광화학 과정용 방법에 이용된다. 동작을 위해, 바이오솔라 반응기(1)는 예컨대 수용액 또는 현탁액과 같은 반응 매질(6)에 의해 충전된다. 동작하는 동안, 바이오솔라 반응기(1)는 그의 제1 입구(4)를 통하여서만 공급을 받는다. 반응 매질(6) 유량의 안내 또는 지시는 반응기 요소(2) 내에서 위에서부터 아래로 또 아래에서 위로 똑바로, 바람직하게는 수직하게 실시된다. 다수의 내부연결된 반응기 요소(2)가 연속적으로 연결되어 있으면, 상기 반응 매질(6)은 곡류 방식으로 반응기를 통하여 유동한다. 반응 매질(6)을 바이오솔라 반응기(1)로 도입 또는 공급하는 것뿐만 아니라 반응기로부터 제거하는 것은, 상부 반응 매질 표면을 통하여 또는 상부 액체 레벨 바로 위를 통하여 또는 반응 매질(6)의 상부 액체 레벨 영역에서 압력 없이 자유로이 대기로 연속적으로 바람직하게 실시된다.
반응기 요소(2)는 내부연결된 파이프(3)와 같이 곡류 형상으로 서로에 대해 연결되므로, 상기 입구(4)와 출구(5)는 상부에 위치한다. 반응기 요소(2)는 필요에 따라서 상부를 향하여 완전히 또는 부분적으로 개방된다.
유체정역학적 압력 보상 및 레벨링으로 인하여, 반응 매질(6)의 유동은 입구(4)에서 반응 매질(6)을 공급하는 것에 의해 생성된다. 이 방법에서, 상기 기재는 반응 매질(6)의 유동이 미생물에 대하여 무-스트레스로 생성되는 것을 의미한다. 이렇게 하여, 어떠한 부가적인 에너지 공급없이도 개별 반응기 요소(2) 사이에서 자유로운 유동이 가능하다. 상기 반응 매질(6)은 입구(4)와 출구(5) 사이의 레벨 차를 보상하기 위해 액체에서 높이의 최소 손실로 곡류 방식으로 반응기를 통하여 이동한다.
바이오솔라 반응기(1)에 대한 다른 설계는 도 4 내지 도 6에 따라 도시된다. 상기 바이오솔라 반응기(1)는 웹 플레이트 또는 다수의 웹 플레이트(7)를 포함한다. 상기 설계의 경우에서, 반응기 요소(2)는 웹 플레이트 또는 다수의 웹 플레이트(7)에 의해 형성된 2개의, 바람직하게는 직사각형의 수직 챔버(8)를 포함하며, 저부에서 개방된 분할 벽(9)에 의해 형성된다. 도입 또는 공급하기 위한 입구(4)뿐만 아니라 출구(5)는 상부 반응기 에지에 제공된다. 2개의 반응기 요소(2)는 도 4에 따라 도시된 예시적 실시형태에서 이미 연결되어 있다.
2개 이상의 반응기 요소(2)가 연결되면, 이들의 분할 벽(10)은 반응기 요소(2)의 파이프(3) 또는 챔버(8) 사이의 분할 벽(9)보다 더 낮게 설계된다. 그 결과, 반응기 요소(2)에서 액체 레벨이 반응기 요소(12) 사이의 분할 벽(10)보다 더 높을 때, 과잉류(오버플로우) 또는 내부연결된 개구가 생성된다. 이렇게 하여, 과정 단계 사이에서 펌프가 대개 생략될 수 있는 것과 임의 개수의 동일 또는 상이한 과정 단계가 동일 유동 레벨에서 서로 연결될 수 있는 점으로 인하여 에너지 소모가 최소화된다.
개별 반응기 요소(2)는 투명 또는 반투명하게 설계되거나 또는 필요한 경우 내광성(light-proof)일 수 있다. 유리 또는 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 UV-투과성 플라스틱이 원료로서 사용될 수 있다.
바이오솔라 반응기(1)는 도 1 내지 도 3에서의 설계와 유사하게 충전되고 동작된다.
이후에 더욱 자세하게 기재되는 반응기 요소(2)에 대한 입사광 방사선에 대하여, 도 6에 따른 경사진 반응기가 도시된다. 반응기가 각도를 갖고 경사져 있지만, 반응 매질(6)은 위에서 아래로 또는 중력 방향으로 흐른 다음 아래에서 위로 또는 중력 반대 방향으로 흐른다.
도 1 및 도 4에 따르면, 적어도 1개의 도입용 입구(11), 예컨대 제어가능한 밸브는, 바람직하게는 과정 동안에 실시되는, 예컨대 영양분 용액 또는 가스 및/또는 산화제 및/또는 활성 물질 및/또는 과정을 증진시키는 용해된 물질 또는 가스와 같은 첨가제(12)의 연속적 도입 또는 뱃치-대-뱃치식 도입을 위해 반응 매질(6)을 전환하는 영역에서 반응기의 저부 측에 제공된다.
상기 방법에 따르면, 반응 매질(6)은 반응기에 들어가기 전에 CO2 또는 다른 가스에 의해 경우에 따라 포화된다. 포화도는 상기 과정의 요건에 따라서 농축되거나 및/또는 반응기에 체류하는 동안 CO2 또는 다른 가스에 의해 공급된다. 광합성 과정 동안 미생물의 꾸준한 성장에 의해 유발된 반응 매질(6)에서 CO2 수준의 감소는 CO2의 연속적 도입 및/또는 호출 도입에 의해 보상될 수 있다.
광화학적 과정 동안 꾸준한 반응에 의해 유발된 반응 매질에서 효율 감소는 부가적인 활성 가스의 연속적 도입 및/또는 뱃치-대-뱃치 도입에 의해 보상될 수 있다.
도 7에 따라 도입용 입구(11)를 통하여 액체 컬럼의 저부 말단에 첨가제를 도입하는 것에 의해, 상기 첨가제는 반응 매질(6)에서 완전히 혼합되고 또 균등하게 분포된다.
유체 및 가스와 같은 첨가제(12)의 도입은 또한 광의 제공을 최적화하는데, 이는 모든 분자 또는 향광성 미생물이 반응 매질(6)에서 생성된 난류로 인하여 화살표(13)로 나타낸 바와 같이 외부 벽 근처의 반응기 요소(2)의 광이 풍부한 광 구역(light-flooded light zone)에 충분하게 안내되기 때문이다.
유체 및 가스의 도입은 반응 매질(6)에서 난류를 생성하므로, 가스 기포의 상승으로 인하여 내부 반응기 표면의 연속적인 세정이 초래된다는 다른 유리한 결과가 생긴다.
또한, 반응 매질(6)은 유체 및 가스의 규정된 도입에 의해 가열되거나 냉각될 수 있다. 도입된 첨가제(12)는 반응 매질(6)의 제어되는 온도 조절을 위해 사용될 수 있다.
도 8에 따르면, 액체 및/또는 가스성 물질 또는 첨가제(12)는 반응 매질(6)의 전환 영역에서 저부 측에 도입된다. 반응기의 특정 실시형태로서, 다량의 액체 및/또는 가스성 물질 또는 첨가제(12)는 아래에서 위로 흐르는 반응 매질(6)의 영역에서 또는 위에서 아래로 흐르는 반응 매질(6)의 영역에서보다 반중력 방향으로 또는 중력 방향으로 도입된다. 이렇게 하여, 맘모쓰 펌프의 동작 과정에 따라서 이미 언급한 바와 같이, 아래에서 위를 통하여 통과하는 파이프(3) 또는 챔버에서 액체 레벨은 위에서 아래로 통과하는 파이프(3) 또는 챔버(8)에 비하여 일종의 "가스 리프트 효과"로 상승하게 된다. 액체 레벨에서 상기와 같은 차이는, 상기 액체 레벨의 상승이 상기 반응기의 설계를 고려한 경우, 반응기 요소(2)의 다수의 연속적 연결 및 각 상승하는 파이프(3)에 대한 가스 도입 증가의 경우에 제1 파이프(3) 또는 챔버(8)와 비교하여 최종 파이프(3) 또는 챔버(8)의 말단에서 액체 레벨의 증가를 초래할 수 있다. 바람직하게는 가스성 첨가제(12)의 이러한 도입 증가에도 불구하고, 미생물의 무-스트레스 수송이 가능하다.
도 9에 따르면, 반응 매질(6)이 흐르는 반응기는 수직 또는 소정 각도로 경사진 저부에서 연결된 2개의 파이프(3) 또는 챔버(8)를 포함하는 적어도 1개의 반응기 요소(2)로 이루어진다. 이들 다수의 반응기 요소(2)는 연속적으로 반응기 패널(13)에 연결된다. 바람직하게는 서로 연속적으로 연결된 반응기 패널(13)은 프레임-유사 방식으로, 서로에 대하여 거의 평행하게 배열되며 또 바람직하게는 반응기, 특히 바이오솔라 반응기(1)에 고정적으로 장착된다. 반응기 패널(13)을 갖는 바이오솔라 반응기(1)는 광-안내성 액체(14)에 배열된다. 상기 광-안내성 액체(14)는 수조 또는 용기(15)에 제공될 수 있다.
반응 매질(6)은 반응기에 도입되고 또 그로부터 반응 매질 표면 위로, 바람직하게는 연속적으로, 압력없이 자유롭게 대기로 방출된다. 유체정역학적 압력 및 레벨 보상의 결과, 반응 매질(6)의 유동은 미생물에 대하여 무-스트레스이다.
실제로, 도면에 도시된 것과 반대로, 반응기 패널(13)은 자연히 바이오솔라 반응기(1)에 연속적으로 연결되며 또 도입과 제거는 한 곳에서 실시된다.
각 반응기 패널(13)의 상부 측은 상부로부터 플로트를 구비하거나 또는 상부로부터 현수 체결되므로, 상부 반응기 에지는 주변 액체의 상부 에지 아래를 침지할 수 없게 되므로, 상부에서 개방된 상황이 제공된다.
반응기 패널(13)의 저부 측은 자신의 중량으로 인하여 또는 부가적 중량으로 인하여 광-안내성 액체(14)에서 거의 수직인 현탁액을 허용하는 방식으로 설계된다.
상술한 바와 같이, 바이오솔라 반응기(1)의 반응기 패널(13)의 표면에 대한 광의 제공은 굉장히 중요하다. 이러한 전제조건을 만들기 위하여, 반응기 주변의 광-안내성 액체(14)는 상부에서 개방된 용기 또는 수조에 제공되며, 그의 내부 표면(16)은 바람직하게는 광을 반사하게 설계된다.
바이오솔라 반응기가 제공되어 있는 용기(15) 또는 수조 위에는, 시스템의 밀폐 시공 방법을 위해, 커버, 예컨대 투명 또는 반투명 물질로 제조된 돔, 예컨대 유리 돔이 제공된다.
바이오솔라 반응기에 대한 광 조건을 더욱 더 개선하기 위하여, 도 10에 따르면 광-안내성 액체(14) 위로 또는 용기(15) 또는 수조 위로 리플렉터(17)가 제공되며, 이는 광, 바람직하게는 태양광(18)을 바람직하게는 액체 표면에 대하여 직각에서 광-안내성 액체(14)로 안내한다. 광-안내성 액체(14)로 안내될 수 있는 광을 수집하기 위하여, 광 수집기(도시되지 않음)가 리플렉터(17) 앞에 배열될 수 있다. 동일하게, 미생물에 유해한 파장을 특히 걸러내기 위하여 광이 광-안내성 액체(14)로 안내되기 전에 필터가 제공될 수 있다. 광은 펄스 방식으로 광-안내성 액체(14)에 안내될 수 있다.
도 11 및 도 12에 따르면, 파이프(3)는 특히 플라스틱으로부터 얇은 벽 내에 생성되는 호일 튜브(19)로 이루어진다. 이들 호일 튜브(19)의 말단은 전환장치(20)와 긴밀하게 연결된다. 바람직하게는 예비제작된 전환장치(20)는 액체 및/또는 가스성 첨가제(12)를 반응 매질(6)에 도입하기 위하여 또는 가스성 과정 산물을 반응기의 저부 측에서 제거하기 위하여 미세보어홀(22)을 포함하는 플러그-인 파이프(23) 또는 통합 플러그-인 파이프(24)용의 적어도 1개의 보어홀(21)을 포함하는 U-형상의 파이프 요소이다.
도 13 및 도 14에 따르면, 반응기 패널(13)을 형성하기 위한 대체 해법이 도시되어 있다. 곡류 형상으로 내부연결된 챔버(8)는 평행한 종방향 용접부(26)를 구비한 2개의 호일(25)에 의해 형성된다. 전환장치(27)를 통하여 다시 전환이 실시된다. 전환장치(27)는 바람직하게는 타원형 단면을 갖고, 종방향 용접부에 의해 형성된 챔버(8)에 의해 연결된 U-형상의 파이프 요소이다.
도 15에 따르면, 다수의 웹 플레이트(7)로 제조된 바이오솔라 반응기(1)가 도시되어 있다. 이 실시형태의 경우, 상기 장치는 소형 장치로서 설계되므로, 전환 장치(28)는 웹 플레이트(7)의 상부 및 하부 말단과 긴밀하게 연결된다. 이 반응기는 입구(4) 앞 및/또는 출구(5) 뒤에 사이펀(siphons)(29)을 구비할 수 있다. 그 결과, 반응 매질(6)은 압력-자유로 또는 사이펀(29)을 통하여 압력없이 제1 반응기 요소(2)에 공급될 수 있다. 이 반응기는 그 저부 측에 첨가제(12)의 도입을 위한 플러그-인 파이프(23)를 구비한다. 그의 상부에는, 예컨대 산소와 같이 바람직하게는 상기 과정 중에 생기는 가스성 과정 산물을 제거하기 위하여 부가적인 플러그-인 파이프(30)가 제공된다. 이들 플러그-인 파이프(30)는 반응 매질 표면 위로 또는 반응기 요소(2)의 상부 측 위로 제공된다. 이들 가스성 과정 산물을 제거하기 위하여, 반응 매질(6)의 액체 레벨 위로 또는 반응기 요소의 상부 측 위로 수집 장치가 제공될 수 있다.
도 16 및 도 17에 따르면, 웹 플레이트(7)로부터 제조된 바이오솔라 반응기(1)용 단일 부분으로 이루어진 전환 장치(28)가 도시된다. 따라서, 개별 웹(31)은 웹 플레이트(7)의 관련 내부 형상에 적응된다. 첨가제(12)를 도입하기 위한 플러그-인 파이프(23)는 통합된다.
도 18 및 도 19에 따르면, 호일 튜브(19)가 도시되어 있으며, 첨가제는 호일 튜브(19)의 높이, 예컨대 절반 높이를 따라 도입될 수 있다. 상기 호일 튜브(19)는 그의 절반 높이에서 나뉠 수 있고 또 그 양쪽 부분을 연결하기 위하여 플라스틱 커넥터(32)가 제공될 수 있다. 상기 플라스틱 커넥터(32)는 첨가제(12)를 도입하기 위해 미세보어홀을 구비한 배관(33)을 갖는다.
플러그-인 파이프(23)에 관하여, 외부 및/또는 내부 쓰레드가 양쪽 말단에 제공되는 것이 반드시 언급되어야 한다. 대체를 위하여, 유니온 너트를 일 측에서 풀어내고, 연결구를 부착하며, 새로운 가스 파이프를 상기 연결구의 다른 말단에 부착한다. 상기 새로운 가스 파이프를 사용하여, 교체될 가스 파이프는 어셈블리를 통하여 밀려지므로 동시에 그 위치에서 감아올려진다. 이렇게 하여, 교체될 플러그-인 파이프(23)는 새로운 가스 파이프(21)를 이용하여 가스의 최소 손실 또는 액체의 최소 손실로 어셈블리를 통하여 밀려나게 된다. 이러한 설계는 과정의 작업 중단없이 또는 과정의 최소의 손상으로 가스 도입 유닛의 보수유지 또는 변형을 허용한다.
반응 매질(6)의 무-스트레스 수송을 위하여, 아르키메데스 스크류 또는 다빈치 스파이럴 또는 맘모쓰 펌프가 반응기 내부뿐만 아니라 반응기 사이에 제공될 수 있다.

Claims (15)

  1. 반응 매질(6)이 유동하는 반응기가, 수직이거나 또는 소정 각으로 경사진, 저부에서 접속된 2개의 파이프(3) 또는 챔버(8)를 포함하는 적어도 1개의 반응기 요소(2)로 이루어지며, 그에 의해 상기 반응 매질(6)은 반응기에 도입되고 또 그로부터 상부 반응 매질 표면 위로, 바람직하게는 연속적으로, 압력 없이 자유롭게 대기로 방출되며 또 유체정역학적 압력 및 레벨 보상의 결과로서, 반응 매질(6)의 유동이 미생물에 대하여 스트레스가 없고, 또 바람직하게는 투명 또는 반투명 물질로 이루어진 상기 반응기 및 그의 파이프(3) 또는 챔버(8)는 광-안내성 액체(14) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    반응기, 특히 생물반응기가 제공되고, 또 반응 매질, 예컨대 수용액 또는 현탁액이 곡류 방식으로 반응기에 안내되는, 바람직하게는 특히 향광성 미생물의 재배와 생산 또는 수경재배하기 위한 광촉매적 과정 및/또는 광합성 과정과 같은 광화학 과정에 사용하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 2 이상의 반응기 요소(2)를 하나의 반응기 패널(13)로 연결하기 위한 분할 벽(10)은 반응기 요소(2)의 파이프(3) 또는 챔버(8) 사이의 분할 벽(9)보다 낮게 설계되며, 그 결과로서 반응기 요소(2)에서 액체 레벨이 반응기 요소(2) 사이의 분할 벽(10)보다 높을 때 과잉류 또는 내부연결된 개구가 만들어지고 또 반응기 패널(13)은 곡류 방식으로 유동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 반응기를 둘러싸는 광-안내성 액체(14)는 상부가 개방된 용기(15) 또는 수조에 제공되며, 그의 내부 표면(16)은 바람직하게는 광을 반사하게 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 광-안내성 액체(14) 위로 또는 용기(15) 또는 수조 위로 리플렉터(17)가 제공되어, 광, 바람직하게는 태양광을 광-안내성 액체(14)에, 바람직하게는 액체 표면에 대하여 직각으로 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 광 수집기가 제공되며, 이들은 특히 리플렉터(17) 앞에 배열되어 광-안내성 액체(14)에 안내될 수 있는 광을 수집하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 광이 광-안내성 액체(14)에 안내되기 전에 미생물에 유해한 파장을 걸러내기 위하여 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 광이 펄스 방식으로 광-안내성 액체(14)에 안내되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프(3)는 특히 플라스틱으로부터 제조된 호일 튜브(19)로 이루어지며, 그의 말단은 전환 장치(20)와 긴밀하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 곡류-형상으로 내부연결된 챔버(8)는 평행한 종방향 용접부를 구비한 2개 호일(25)에 의해 형성되며, 그에 의해 전환 장치(27)를 통하여 전환이 실시되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 전환 장치(27)는 종방향 용접부에 의해 형성된 챔버(8)와 연결되어 있는, 바람직하게는 타원형 단면을 갖는 U-형상의 파이프 요소인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 예비제작된 전환 장치(20, 27, 28)는 액체 및/또는 가스성 첨가제를 반응 매질에 도입하기 위하여 또는 반응기의 저부 측에서 가스성 과정 산물을 제거하기 위하여 미세보어홀을 포함하는 플러그-인 파이프(23,30) 또는 통합된 플러그-인 파이프(24)용의 적어도 1개의 보어홀을 포함하는 U-형상의 파이프 요소인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 플러그-인 파이프(23, 30)는 다수의 미세보어홀(22) 및/또는 반응 매질(6)이 위에서 아래로 흐르는 영역보다 반응 매질(6)이 아래에서 위로 흐르는 영역에서 또는 비중 방향에서 직경이 더 큰 미세보어홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 플러그-인 파이프가 양쪽 말단에 외부 및/또는 내부 쓰레드를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 매질(6)의 수송을 위해 아르키메데스 스크류 또는 다빈치 스파이럴 또는 맘모쓰 펌프가 반응기의 내부뿐만 아니라 반응기 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 예컨대 유리 돔과 같이 투명 또는 반투명 물질로 제조된 돔과 같은 커버가 용기(15) 또는 수조 위에 제공되며, 상기 장치는 시스템의 밀폐 시공 방법을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020117021636A 2009-03-12 2010-03-08 광화학 과정에 사용하기 위한 장치 KR20110137314A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA404/2009A AT507989B1 (de) 2009-03-12 2009-03-12 Einrichtung für einen photochemischen prozess
ATA404/2009 2009-03-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110137314A true KR20110137314A (ko) 2011-12-22

Family

ID=42676610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117021636A KR20110137314A (ko) 2009-03-12 2010-03-08 광화학 과정에 사용하기 위한 장치

Country Status (17)

Country Link
US (1) US9260689B2 (ko)
EP (1) EP2406366A2 (ko)
JP (1) JP5761807B2 (ko)
KR (1) KR20110137314A (ko)
CN (1) CN102348792B (ko)
AT (1) AT507989B1 (ko)
BR (1) BRPI1008964A2 (ko)
CA (1) CA2753570A1 (ko)
EA (1) EA023916B1 (ko)
EG (1) EG26469A (ko)
HK (1) HK1163732A1 (ko)
IL (1) IL214497A (ko)
MX (1) MX2011009076A (ko)
MY (1) MY149734A (ko)
NZ (1) NZ595592A (ko)
WO (1) WO2010102316A2 (ko)
ZA (1) ZA201106813B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372328B1 (ko) * 2012-03-06 2014-03-12 한국에너지기술연구원 비닐 시트형 광생물반응기 및 이의 제작방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009094680A1 (de) * 2008-01-31 2009-08-06 Martin Mohr Verfahren und einrichtung für einen photochemischen prozess
DE102008026829B4 (de) * 2008-06-05 2011-07-21 Alge Oil GmbH & Co. KG, 10787 Aufzucht- und Reproduktionsanlage für lichtintensive Mikroorganismen (z.B. Algen)
DE102011116237A1 (de) * 2011-10-18 2013-04-18 Thomas Warscheid Verfahren und Vorrichtung zur Kultivierung von phototrophen Organismen
DE102013109747A1 (de) * 2013-09-06 2015-03-12 Weber Gmbh Vorrichtung sowie Verfahren zur Gewinnung von Phytoplankton (Mikroalgen)
AT515854B1 (de) 2014-05-30 2018-07-15 Ecoduna Ag Verfahren für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen Prozess
AT516115A1 (de) 2014-07-24 2016-02-15 Ecoduna Ag Verfahren für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen, Prozess
AT516223A1 (de) * 2014-09-04 2016-03-15 Ecoduna Ag Verfahren zum Betrieb einer Anlage, insbesondere einer Biosolaranlage
WO2016176698A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Ecoduna Ag Einrichtung für einen photochemischen, wie photokatalytischen und/oder photosynthetischen prozess
AT517667B1 (de) * 2015-09-14 2019-05-15 Ecoduna Ag Verfahren zur Gewinnung von entfeuchteter Biomasse
US9751849B1 (en) 2016-12-06 2017-09-05 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method of producing a furanone compound
DE102017001041B4 (de) 2017-01-27 2024-01-25 Jörn Jander Photobioreaktor und Verfahren zur Kultivierung von phototrophen Mikroalgen
DE102020127005A1 (de) 2020-10-14 2022-04-14 Anita Meier Photobioreaktor, insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen wie beispielsweise Mikroalgen
CN112850879B (zh) * 2021-01-07 2022-07-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种海水养殖废水处理和微藻培养采收的三折流板反应器

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3184395A (en) * 1962-10-01 1965-05-18 John H Brewer Apparatus and method for culturing aerobic microorganisms
FR94705E (fr) 1966-06-01 1969-10-24 Inst Francais Du Petrole Procédé perfectionné de culture d'algues et dispositif de mise en oeuvre.
US3768200A (en) 1971-07-16 1973-10-30 Research Corp Apparatus for the production of algae including a filtering medium
DE2951700C2 (de) 1979-01-15 1985-05-09 Joachim Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Wenzel Solarkraftwerk
US5091315A (en) 1985-09-03 1992-02-25 The Board Of Trustees Of Stanford University Bioconversion reactor
JPS62220183A (ja) 1986-03-20 1987-09-28 Toshiro Sekine 微細藻類培養装置
GB8910597D0 (en) 1989-05-09 1989-06-21 West Of Scotland College The Photobioreactor
US5500112A (en) 1990-04-24 1996-03-19 Mcdonald; Alistair J. Apparatus for biological treatment of effluent
DE4134813C2 (de) 1991-10-22 1994-07-21 Inst Getreideverarbeitung Einrichtung zur Kultivation von phototrophen Mikroorganismen
DE4139134C2 (de) 1991-11-28 1997-12-04 Radlik Karl August Wasserkraftschnecke zur Energieumwandlung
DE19507149C2 (de) 1995-03-01 2002-06-20 Ritz Atro Pumpwerksbau Gmbh Schwenkbare, kompakte Wasserkraftschnecke
JP3486475B2 (ja) * 1995-03-07 2004-01-13 財団法人地球環境産業技術研究機構 間欠式光照射装置
DE19514372A1 (de) * 1995-04-18 1996-10-24 Roehm Gmbh Reaktoren für die photokatalytische Abwasserreinigung mit Stegmehrfachplatten als Solarelementen
DE19611855C1 (de) * 1996-03-26 1997-08-21 Tramm Werner Sabine Dr Rer Nat Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff, Sauerstoff und Biomasse durch Einwirkung des Sonnenlichtes
DE19644992C1 (de) 1996-10-30 1998-03-12 Roehm Gmbh Temperierbares Solarelement für Solarreaktoren
GB9719965D0 (en) 1997-09-19 1997-11-19 Biotechna Environmental Intern Modified bioreactor
DE19747994C1 (de) 1997-10-17 1999-01-28 Torsten Steinau Verfahrenstech Bioreaktor mit U-förmigen Reaktorelementen
GB2330589B (en) * 1997-10-22 2002-03-06 Stephen Skill Apparatus and method for culture of photosensitive organisms
JP2000060533A (ja) * 1998-08-20 2000-02-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 太陽光導光光学系を備えた培養槽とその使用方法
DE10049437A1 (de) * 2000-10-06 2002-04-25 Fraunhofer Ges Forschung Bioreaktor für die Kultivierung von Mikroorganismen sowie Verfahren zur Herstellung desselben
DE10164458A1 (de) * 2001-12-21 2003-07-10 Fraunhofer Ges Forschung Bioreaktor
ITFI20030047A1 (it) * 2003-02-24 2004-08-25 Univ Firenze Reattore per la coltura industriale di microrganismi fotosintetici
US20090130704A1 (en) 2003-11-13 2009-05-21 Gyure Dale C Novel bioreactor
JP4519542B2 (ja) * 2004-06-30 2010-08-04 小糸工業株式会社 培養装置
MX2008010770A (es) * 2006-02-21 2009-03-06 Univ Arizona State Fotobiorreactor y usos para el mismo.
US8415142B2 (en) * 2006-06-14 2013-04-09 Malcolm Glen Kertz Method and apparatus for CO2 sequestration
IL184971A0 (en) * 2006-08-01 2008-12-29 Brightsource Energy Inc High density bioreactor system, devices and methods
US9637714B2 (en) * 2006-12-28 2017-05-02 Colorado State University Research Foundation Diffuse light extended surface area water-supported photobioreactor
CN101820743A (zh) * 2007-06-14 2010-09-01 尼古拉斯·米特罗普洛斯 用于生物燃料的藻类生长
US8033047B2 (en) 2007-10-23 2011-10-11 Sartec Corporation Algae cultivation systems and methods
WO2009094680A1 (de) 2008-01-31 2009-08-06 Martin Mohr Verfahren und einrichtung für einen photochemischen prozess

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372328B1 (ko) * 2012-03-06 2014-03-12 한국에너지기술연구원 비닐 시트형 광생물반응기 및 이의 제작방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5761807B2 (ja) 2015-08-12
WO2010102316A2 (de) 2010-09-16
MY149734A (en) 2013-10-14
US9260689B2 (en) 2016-02-16
CA2753570A1 (en) 2010-09-16
CN102348792A (zh) 2012-02-08
NZ595592A (en) 2013-01-25
HK1163732A1 (en) 2012-09-14
ZA201106813B (en) 2012-12-27
CN102348792B (zh) 2015-06-03
AU2010223830A1 (en) 2011-11-03
EA201171120A1 (ru) 2012-04-30
US20120003734A1 (en) 2012-01-05
IL214497A (en) 2013-06-27
EP2406366A2 (de) 2012-01-18
AT507989A1 (de) 2010-09-15
MX2011009076A (es) 2011-10-28
JP2012519495A (ja) 2012-08-30
IL214497A0 (en) 2011-10-02
EA023916B1 (ru) 2016-07-29
AT507989B1 (de) 2013-01-15
BRPI1008964A2 (pt) 2015-09-01
WO2010102316A3 (de) 2011-06-03
EG26469A (en) 2013-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110137314A (ko) 광화학 과정에 사용하기 위한 장치
EP2430143B1 (en) Algae production and harvesting apparatus
US20170037348A1 (en) Gravity flow tubular photobioreactor and photobioreactor farm
JP2014221051A (ja) 光化学プロセスのための方法および装置
US20100261260A1 (en) Photobioreactor and method for processing polluted air
US11274272B2 (en) Method for a photochemical process, such as a photocatalytic and/or photosynthetic process
US20160017266A1 (en) Photobioreactor and Method for Processing Polluted Air
JP2010045983A (ja) プランクトン藻類の回収装置
WO2022075830A1 (es) Bioreactor anaerobio multi-media de alto contenido de biomasas y factor de contacto
KR20120073432A (ko) 폐수를 이용한 미세조류 생산장치
CN101830607B (zh) 交替式两级好氧膜生物反应器
CN208200659U (zh) 一种生活污水处理装置
CN101519263B (zh) 单元式膜与生物分解的农村污水处理站
WO2024038269A1 (en) Cultivating aquatic organisms, such as algae, in particular to support the conversion of co2 into biomass
CN101020890A (zh) 内置导光散射柱的光生物制氢反应器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application