WO2017068265A1 - Fermenteur pour milieu liquide à agitation par circulation d'un gaz comprenant un dispositif automatique de mise en communication fluidique entre les volumes à circulations ascendante et descendante en fonction de la hauteur du milieu - Google Patents

Fermenteur pour milieu liquide à agitation par circulation d'un gaz comprenant un dispositif automatique de mise en communication fluidique entre les volumes à circulations ascendante et descendante en fonction de la hauteur du milieu Download PDF

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WO2017068265A1
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WO
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volume
fermenter
liquid medium
communication device
partition wall
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PCT/FR2016/052659
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Inventor
Arnaud CHEYROU LAGREZE
Philippe BAILLON
Stephane FAY
Original Assignee
Gg Coriolis
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    • 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
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/24—Draft tube
    • 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
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    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
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    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/22—Perforated plates, discs or walls
    • 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
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C12M29/08—Air lift

Definitions

  • Fermenter for a liquid medium with agitation by circulating a gas comprising an automatic device for placing in fluid communication between the volumes with ascending and descending circulation as a function of the height of the medium
  • the present invention relates to a fermentor for liquid medium for continuous or discontinuous production, comprising means for stirring by circulation of a gas, the fermenter comprising:
  • a container adapted to contain the liquid medium
  • a separating wall positioned in the receptacle and separating first and second volumes
  • a fermenter is an apparatus in which a fermentation of the liquid medium is carried out.
  • This device also known as a bioreactor or propagator, allows the multiplication of microorganisms (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells). It makes it possible to control the cultivation conditions such as temperature, pH or gasification, conferring a high reliability of the harvested information.
  • the first category of solutions for agitating the liquid medium exploits motorized means which impose a circulation of the liquid medium, for example using one or more motor (s), in particular via mechanized agitators.
  • This solution has the advantage of being able to operate at varying levels of liquid medium inside the container. In case of foaming or uncontrolled evaporation of the liquid medium, it is always agitated, to avoid a stop or a sharp reduction in gas exchange.
  • this solution has the disadvantage of being complex and expensive. It calls for the use of motorized systems and means of sealing associated with these engines, which involves adding parts, and requires human intervention.
  • a second category of solutions for agitating the liquid medium provides for the use of agitation means by circulating a gas injected into the lower part of the liquid medium, this technology being conventionally known in the English terminology "air lift".
  • the invention which will be described concerns a solution falling within this second category.
  • This solution has the advantage of not using a mechanical system as previously described. But this solution generally requires a constant level operation of the liquid medium in the container. The foam and evaporation phenomena are therefore very problematic because, in the event of a drop in the level of liquid medium in the container, there is a risk of poor downward circulation and the gasification is no longer effective in a large part of the fermenter . Agitation and gas exchange will decrease dramatically in this part of the fermenter. Micro-organisms may die and sediment.
  • a fermenter with "air lift” technology comprises a container containing the liquid medium and at least one partition wall, for example constituted in an inner tube, positioned in the container to delimit on either side thereof a first volume and a second volume.
  • a gas injection device is arranged in the lower part of one of these two volumes to create an upward circulation of the mixture between the liquid medium and the gas injected into this volume and a downward circulation of this mixture in the non-liquid volume. supplied with gas by the injection device.
  • the system is likely to defuse as soon as the liquid medium is in static equilibrium at a given level below the discharge zone.
  • the inner tube comprises openings and means for closing these manually controlled openings, in the image of the solution described in the document US3236744A1. But this solution is based on the human factor and is unreliable, it would also be possible to provide an inner tube having a variable height depending on the level of the liquid medium but this solution would not be easily achievable.
  • the present invention aims to solve all or part of the disadvantages listed above.
  • a fermenter for a liquid medium comprising means for stirring by circulation of a gas, comprising a container adapted to contain the liquid medium, a partition wall positioned in the container and separating first and second volumes, a device for injecting said gas into the lower part of one of the first or second volumes to create in said volume an upward circulation of the mixture between the liquid medium and the injected gas and a downward circulation of said mixture in the volume not supplied with gas by said injection device, the partition wall being equipped with at least one device for fluid communication of the first and second volumes between them configured so as to automatically vary between:
  • the device for fluidic communication allows, for the liquid medium and the gas contained in the container, a free fluid flow from one volume to the other through said device for putting in fluid communication, the first configuration being occupied as soon as at the level of the fluidic communication device, the difference between the pressure of said mixture in the volume where the upward circulation occurs and the pressure of said mixture in the volume where the downward circulation occurs is greater than a predetermined threshold value,
  • the fluidic communication device blocks all or part of said fluid circulation for the liquid medium and the gas contained in the container, the second configuration being occupied as soon as at the level of the device for fluid communication the difference between the pressure of said mixture in the volume where the upward circulation occurs and the pressure of said mixture in the volume where the downward circulation occurs is less than or equal to the predetermined threshold value.
  • FIG. 1 is a view, in perspective and in transparency, of an example of a fermenter according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a closure element and the corresponding connecting mechanism used in the fermenter of FIG. 1,
  • Figure 3 is a perspective view of the closure member and the support arm shown in Figure 2;
  • FIG. 4A is a partial view, in perspective and in transparency, of the fermenter of FIG. 1, representing a plurality of communication devices, each occupying its first configuration,
  • Figure 4B shows in detail the area marked A in Figure 4A
  • FIGS. 5 and 6 schematically represent a fermenter according to the invention, in longitudinal section, respectively in the second configuration and in the first configuration.
  • the invention essentially relates to a fermentor 10 for a liquid medium ensuring a continuous or discontinuous production.
  • the fermenter comprises means ensuring agitation of the liquid medium by circulating a gas in the liquid medium.
  • the liquid medium may be a sterile medium or a medium with controlled contamination.
  • the fermenter 10 is therefore of the type corresponding to the technology "air lift" in English terminology.
  • the fermenter 10 is generally configured so as to ensure fermentation of the liquid medium.
  • This device also known as a bioreactor or propagator, allows the multiplication of microorganisms (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae, animal and plant cells). It makes it possible to control the cultivation conditions such as temperature, pH, gasification or gas exchange, thus conferring a high degree of reliability on the information collected.
  • the fermenter 10 which will be described in detail below comprises:
  • a container 11 adapted to contain the liquid medium, its shape possibly being any,
  • a separation wall positioned in the container 11 and separating first and second volumes VI, V2 inside the container 11,
  • a device 13 for injecting the gas mentioned above configured so as to inject it into the lower part of the first volume VI or the second volume V2 in order to create, in this volume where the injection takes place, an upward circulation of the mixing between the liquid medium and the injected gas, and a downward circulation of this mixture in the other volume, that is to say in the volume not supplied with gas by the injection device 13.
  • the nature, constitution or shape of the partition wall which has a height marked H, can be any.
  • the partition wall is formed in an inner tube 12 positioned in the container 11 in such a way that the inner tube 12 internally delimits the first volume VI and outwardly delimits the second volume V2 in combination with the container 11.
  • the first volume VI corresponds to the internal volume delimited by the inner tube 12 while the second volume V2 is located around the inner tube 12, between the latter and the walls of the container 11.
  • this construction of the partition wall in the form of a single inner tube 12 is not limiting.
  • the injection device 13 injects the gas into the lower part of the first volume VI, so that the upward circulation of the mixture between the liquid medium and the injected gas is produced in the first volume VI, that is to say inside the inner tube 12, here circular section.
  • the downward circulation of this mixture then occurs in the second volume V2, that is to say in the intermediate volume, here of annular section, between the inner wall of the container 11 and the outer wall of the inner tube 12.
  • the container 11 of the fermenter 10 comprises an inlet 14 for feeding the container 11, and therefore the fermenter 10, in a liquid medium to be fermented and an outlet 15 for discharging the liquid medium out of the container 11 after fermentation , and therefore out of the fermenter 10.
  • the inlet 14 and the outlet 15 can be equipped with all the conventional means known in the technical field concerned, for example to regulate the flow of liquid medium entering the fermenter 10 via the inlet 14 and / or leaving the fermenter 10 at the outlet 15.
  • the fermenter 10 can be equipped with all the means conventionally used in the technical field of fermenters, especially any sensor or equivalent for determining a physical characteristic of the medium liquid or mixture in this zone, such as temperature, pressure, flow, level, a foam sensor element etc.
  • the ferm also includes an inlet 23 for supplying the gas to the injection device 13 and a drainage system 24.
  • the partition wall is equipped with at least one fluid communication setting device 16 selectively enabling the first and second volumes VI, V2 to be in fluid communication with each other.
  • Each device for setting fluid communication 16 is in particular configured so as to vary automatically, without any human intervention for this purpose, between:
  • FIG. 6 a first configuration in which the fluidic communication device 16 allows, for the liquid medium and the gas contained in the container 11, a free fluid flow from one volume to the other through said device setting into fluid communication 16, and a second configuration (FIG. 5) in which the fluidic communication device 16 blocks all or part of this fluid circulation for the liquid medium and the gas contained in the container 11.
  • said at least one fluid communication setting device 16 is automatic in a manner requiring no manual intervention, operating autonomously, which allows a reliable and efficient circulation and therefore an optimal stirring.
  • the first configuration is occupied as soon as at the level of the fluid communication device 16, at least one physical parameter of the mixture satisfies a predetermined condition.
  • the second configuration is occupied as soon as at the level of the fluid communication device 16, said at least one physical parameter does not satisfy the predetermined condition mentioned above.
  • Said at least one physical parameter comprises the value of the pressure of the mixture respectively in the first and second volumes VI and V2.
  • the first configuration is occupied as soon as the difference between the pressure in the volume where the upward circulation occurs and the pressure in the volume where the downward circulation occurs is greater than a value at the level of the fluid communication device 16. predetermined threshold. This situation can occur when the liquid medium in the volume where the ascending circulation occurs no longer communicates with the volume where the downward circulation occurs, because of a difference in levels no longer allowing the liquid medium to overflow from the volume to the volume. upward movement to downflow volume.
  • the second configuration is, on the contrary, occupied as soon as the difference between the pressure in the volume where the ascending circulation occurs and the pressure in the volume where the downward circulation occurs is lower than the level of the fluidic communication device 16. equal to the above-mentioned predetermined threshold value.
  • the pressure difference between the upflow and downflow volumes can quite be induced by a difference in levels of the liquid medium in these two volumes respectively.
  • the pressure differential is reversed with respect to the normal state of the fermenter 10. continuous diet; in fact, the pressure of the liquid medium in the upflow volume becomes greater than the pressure of the liquid medium in the downflow volume.
  • the predetermined threshold value beyond which the first configuration is automatically applied may be equal to 0 (the second configuration then being automatically adopted in the event of equal pressure between the volumes VI and V2 at the device 16) or adopt a constant value greater than 0 and fixed by a suitable mechanical member, such as a spring or the like.
  • FIGS. 1, 4A and 4B show the fermenter 10 in the hypothetical situation where each fluid communication device 16 adopts its first configuration, for reasons of comprehension only. In use, it goes without saying that each fluidic communication device 16 adopts its second configuration when it is not immersed in the liquid medium or when the pressure difference between the two volumes is not sufficient. to override the threshold value.
  • the fermenter 10 comprises a plurality of separate fluid communication devices 16 and arranged in different zones of the partition wall staggered along its height H.
  • the devices for setting fluid communication 16 are arranged in different areas of the inner tube 12 spaced over its height.
  • the inner tube 12 is oriented vertically so that its height corresponds to the direction in which the level of liquid medium varies within the container 11.
  • the fermenter 10 comprises three separate fluid communication devices 16 staggered along the height of the inner tube 12.
  • the fermenter 10 comprises only two separate fluid communication devices staggered along the length of the inner tube 12.
  • FIGS. 1 the fermenter 10 comprises only two separate fluid communication devices staggered along the length of the inner tube 12.
  • the height of the inner tube 12 there is arranged an upper fluidic communication device 16 16 and a lower 16 fluid communication device 16, independent of one another.
  • the number of fluid communication devices 16 may be arbitrary, depending for example on the height H of the partition, the required accuracy, the nature of the liquid medium, etc. setting fluid communication 16 may be distributed over all or part of the height H of the partition wall, at a regular pitch or not.
  • FIG. 6 only the upper fluidic communication device 16 occupies its first configuration while, at the same time, the lower fluidic communication device 16 is in the second configuration. In FIG. 5, the upper fluid communication device 16 and the lower fluid communication device 16 are both in their second configurations.
  • each fluid communication device 16 is in its second configuration. This is why in FIG. 5, the upper fluidic communication device 16 is in its second configuration and the lower fluid communication device 16 is also in its second configuration.
  • Each fluidic communication device 16 is therefore normally closed in the normal situation of the fermenter 10 and blocks the circulation from one volume to another, especially when the level NI of liquid medium in the fermenter 10 remains generally constant (the pressures in the volumes VI, V2 on either side of each device being substantially identical).
  • the direction of upward movement in the first volume VI is indicated by the arrows F1.
  • the downward flow direction inside the second volume V2 is symbolized by the arrows F3.
  • the discharge of the liquid medium from the upflow volume to the downflow volume is represented by the arrows F2.
  • the return of the liquid medium to pass from the downflow volume to the upflow volume is shown schematically by the arrows F4.
  • FIG. 6 shows, on the other hand, a situation of the fermenter 10 in which one of the fluid communication communication devices 16 automatically and autonomously occupies its first configuration.
  • the arrows F1, F3 and F4 are always illustrated to show that in these zones, the manner of circulation of the liquid medium is identical to that of FIG. 5. But in FIG. 6 the arrows F2 are absent because the liquid medium spill does not occur. is more than one volume to another above the partition wall.
  • the pressure in the volume with upward circulation here in volume VI
  • the pressure in the downflow volume here in volume V2
  • the level of the liquid medium in the fermenter 10 has decreased overall in comparison with the NI level initially occupied in the normal situation of FIG. of liquid medium in the upflow volume is denoted N2 and the level of liquid medium in the downflow volume is denoted N3, the levels N2 and N3 thus being located below the NI level, for example due to evaporation. or uncontrolled foaming.
  • the N3 level is below the N2 level.
  • the difference in pressures in volumes VI and V2 which is concomitant with the difference between the levels N2 and N3 in volumes VI and V2 can increase to become, at least in certain areas of the height H of the partition wall (which here corresponds to the height of the inner tube 12), greater than the predetermined threshold value associated with the differential pressure. In these areas where the threshold value is exceeded, the fluid communication setting device 16 subjected to this differential pressure automatically automatically occupy the first configuration under the effect of this pressure difference. This is the reason why, in FIG. 6, the upper fluidic communication device 16 automatically occupies its first configuration. On the other hand, FIG.
  • the lower fluidic communication device therefore remains in its second configuration, at the opposite of the device for placing in fluidic communication 16 higher. It is quite clear that the fluidic communication devices 16 of the same fermenter 10 are independent and autonomous from each other, each operating automatically without any external action other than the actions of the pressure differentials in the two volumes on the one hand. and other devices for placing in fluid communication 16.
  • the passage of the upper fluid communication device 16 towards its first configuration promotes a return to the initial pressures (when the NI level was established) in the two volumes VI, V2.
  • Such a change to the first configuration allows the liquid medium and the injected gas to flow freely through the upper fluidic communication device 16 thus open, especially in one direction (shown schematically by the arrows F5) from the volume where the upward movement towards the volume where the downward circulation takes place.
  • This temporary, free and automatic circulation of the liquid medium through the upper fluidic communication device 16 has the effect of compensating for and correcting the consequences of the lowering of the level of the liquid medium in the fermenter 10. Thus the circulation at the The interior of the fermenter 10 does not stop.
  • the arrangement of several fluidic communication devices 16 at different heights has the advantage of automatically and autonomously compensating for changes in the height of the liquid medium, in particular in a situation of foaming and uncontrolled evaporation, and of limiting the risks of blocking fermentor 10 and stopping fermentation or death of microorganisms (this allows to maintain a liquid culture medium at the same physicochemical conditions).
  • the fermenter 10 in addition to being very simple in design and very economical compared to the fermenters of the prior art according to the first category, is therefore very reliable and secure. It has the advantage of not requiring motorized systems, and to overcome a need for opening and closing means actuated from the outside and therefore to sealing means. It avoids the need for human intervention and the risk of external contamination.
  • the fermenter 10 having this characteristic has the additional advantage of being able to operate even better with varying levels of liquid medium inside the container 11, without having to provide a height of the inner tube 12 that is weak or variable or to use motorized stirring systems of the liquid medium. This makes it possible to open or close the fluidic communication setting devices 16 at different levels depending on the height of the liquid medium in the volume supplied with gas.
  • each device for setting fluid communication 16 is autonomous and varies from one configuration to another without external action and independently of the configuration adopted by any other device for fluidic communication 16 of the fermenter 10.
  • the fluidic communication devices 16 which are located at different heights are independent of one another and are not connected between them in this particular embodiment, nor controlled from outside the fermenter.
  • This feature does not in any way prevent a variant in which the shutter elements 18 (which are described in detail below) of a single fluidic communication device 16, located at the same level. height, move in synchronism, in particular being actuated by a spring and / or being connected to each other.
  • each fluidic communication device 16 comprises a plurality of openings 17 each crossing the thickness of the separation wall and a plurality of closure elements 18, where each closure element 18 equips a corresponding opening 17 and varies between:
  • each opening 17 is a window or hearing through the entire thickness of the inner tube 12, in that this window opens into both the first volume VI and the second volume V2.
  • the shape of the outline of each opening 17 may be arbitrary, for example of rectangular shape as shown.
  • the number of openings 17 that equip each fluidic communication device 16 may be any, for example equal to 4, as shown in the embodiment illustrated in the figures.
  • the openings 17 which equip it are arranged at the same given height of the inner tube 12 and are angularly distributed around its axis of extension, at regular pitch or not.
  • each fluid communication device 16 may comprise, for each closure element 18, a corresponding connection mechanism 19 making it possible to fix the closure element 18 on the partition wall in such a way that movable between the closing and opening positions.
  • the open position is shown for all the fluidic communication devices 16.
  • the open position is shown for the upper fluid communication device 16.
  • the closed position is shown for the lower fluid communication device 16.
  • the connecting mechanism 19 makes it possible, for example, to fix the closure element 18 on the inner tube 12.
  • Each connecting mechanism 19 is configured so that the closure member 18 is mechanically automatically placed in its open position under the action of the difference between the pressure in the volume where the upward flow occurs and the pressure in the the volume where the downward flow occurs, when this difference takes a value greater than the predetermined threshold value already mentioned above.
  • Each connecting mechanism 19 is configured so that the closure member 18 is mechanically automatically placed in its closed position under the action of the difference between the pressure in the volume where the upward circulation occurs and the pressure in the volume where the downward flow occurs, when this difference takes a value less than or equal to the predetermined threshold value.
  • the connecting mechanism 19 associated with each closure element 18 comprises a means for articulating the closure element 18 with respect to the partition wall around the closure element 18. a pivot axis 21 located above the corresponding opening 17, the passage from the open position to the closed position and reciprocally occurs by tilting of the closure member 18 about this pivot axis 21
  • the articulation means makes it possible to articulate the closure element 18 with respect to the inner tube 12.
  • the connecting mechanism 19 is such that the pivot axis 21 is permanently disposed in the volume where the circulation occurs. ascending while the closure member 18 is permanently disposed (regardless of its position between its closed position and its open position) in the volume where the downward circulation occurs.
  • the pivot axis 21 is disposed in the first volume VI in which the upward circulation of the mixture between the liquid medium and the injected gas takes place while the element shutter 18 is disposed permanently, that is to say whatever its position between its closed position and its open position, in the volume where the downward circulation takes place, which corresponds here to the second volume V2.
  • the connecting mechanism 19 associated with each closure member 18 may comprise a support arm 20 having a first end 201 articulated about the pivot axis 21 at the articulation means and a second end 202 connected to the closure member 18.
  • the support arm 20 passes through the thickness of the partition wall, concretely through the thickness of the inner tube 12 in the illustrated example, for example in a zone located above the opening 17 to be closed by the closure element 18 supported by this support arm 20.
  • the support arm 20 could alternatively pass through the thickness of the partition wall through the opening 17.
  • the pivot axis 21 may or may not be integral with the support arm 20.
  • the constituent part of the pivot axis 21 may in particular be integral with the rest of the support arm 20 at the first end 201 .
  • Each connecting mechanism 19 comprises, for example, an attachment clevis 22 on which the pivot axis 21 is articulated, which constitutes in practice the aforementioned articulation means, this fixing screed 22 being fixed at the separation wall.
  • the fixing screed 22 is disposed continuously, that is to say regardless of the position occupied by the closure member 18 between its closed position and its open position, in the volume where the ascending circulation takes place, which corresponds to the first volume VI in the illustrated example.
  • the connection between the inner face of the inner tube 12 and the connecting yoke 22 may be of embedding type, for example by gluing or welding, although any other type of mechanical connection may be envisaged, for example providing for the presence of at least one degree of freedom in translation and / or rotation if necessary.
  • the predetermined threshold value can be determined by the shape of the support arm 20 and by the depth of the pivot axis 21 inside the upflow volume, determining a vacuum closing force, therefore a minimum difference in pressures. allowing the opening of the closure element 18.
  • the weight of the closure elements 18 and / or the length of the support arms 20 can also be taken into account in the predetermination of the opening / closing threshold.
  • the total height of the first volume VI where the upflow occurs is equal to 476 mm while the internal diameter of the tube which defines it is 60 mm.
  • the internal diameter of the tube which externally delimits the second volume V2 where the downward circulation occurs is itself equal to 100 mm while its height is equal to 576 mm.
  • Each of these two devices 16 comprises at least two openings 17 and two shutter elements 18 corresponding to the same height. More specifically, each opening 17 allows fluid communication between the first volume VI and the second volume V2 and has a rectangular contour of 14 mm by 36 mm.
  • the length of each shutter element is 45 mm while its height is 20 mm.
  • the pivot axis 21 of the arm 20 is shifted inwardly of the first volume VI relative to to the wall of the tube which delimits the first volume VI at a distance of 10.75 mm.
  • the arm 20 has a length of 50 mm and has a maximum angular travel of pivoting between its closed position (in which the arm 20 is oriented vertically) and its open position equal to 61 °. It is thus avoided that the closure element 18 rubs on the inner wall of the tube which externally delimits the second volume V2 and does not get stuck on it.
  • the total height of the first volume VI where the upflow occurs is equal to 3000 mm while the internal diameter of the tube which defines it is 219 mm.
  • the inner diameter of the tube which delimits externally the second volume V2 where the downward circulation occurs is equal to 400 mm while its height is equal to 4000 mm.
  • Each of these three devices 16 comprises four openings 17 and four shutter elements 18 corresponding to the same height.
  • each opening 17 allows fluid communication between the first volume VI and the second volume V2 and has a rectangular contour of 123 mm by 68 mm.
  • the length of each shutter element is 153 mm while its height is 93 mm.
  • the pivot axis 21 of the arm 20 is shifted inwardly of the first volume VI relative to the wall of the tube which defines the first volume VI at a distance of 32 mm.
  • the arm 20 has a length of 75 mm and has a maximum angular travel of pivoting between its closed position (in which the arm 20 is oriented vertically) and its open position equal to 61 °. It is thus avoided that the closure element 18 rubs on the inner wall of the tube which externally delimits the second volume V2 and does not get stuck on it.
  • the total height of the first volume VI where the upflow occurs is equal to 3000 mm while the internal diameter of the tube which defines it is 419 mm.
  • the internal diameter of the tube which externally delimits the second volume V2 where the downward circulation occurs is equal to 600 mm while its height is equal to 4000 mm.
  • Each of these four devices 16 comprises four openings 17 and four shutter elements 18 corresponding at the same height.
  • each opening 17 allows fluid communication between the first volume VI and the second volume V2 and has a rectangular contour of 230 mm by 68 mm.
  • the length of each shutter element is 284 mm while its height is 93 mm.
  • the pivot axis 21 of the arm 20 is shifted inwardly of the first volume VI relative to the wall of the tube which defines the first volume VI at a distance of 32 mm.
  • the arm 20 has a length of 75 mm and has a maximum angular travel of pivoting between its closed position (in which the arm 20 is oriented vertically) and its open position equal to 61 °. It is thus avoided that the closure element 18 rubs on the inner wall of the tube which externally delimits the second volume V2 and does not get stuck on it.
  • the connecting mechanism 19 associated with each closure member 18 comprises firstly a sliding means by translation of the closure member 18 relative to the next partition wall a direction of substantially horizontal translation, the passage from the open position to the closed position and reciprocally being performed by sliding of the closure element 18 along this direction of translation, on the other hand a return member resilient biasing the closure member 18 permanently to its closed position and such that the passage to the open position is practiced in opposition to the mechanical action of biasing the elastic return member on the element d shutter 18.
  • the mechanical biasing action applied by the elastic return member is included in the definition and characterization of each predetermined threshold value beyond which the fluidic communication device 16 passes into its first configuration and the shutter member 18 moves to its open position.
  • the closure element 18 may comprise a bearing face 181 intended to come against the partition wall, that is to say ie here against the inner tube 12, in its closed position and having a spatial shape complementary to the shape of the zone of the partition wall at which this bearing face 181 comes into contact. This allows in particular to ensure a good efficiency of the closed position, at lower cost.
  • the outer face of the inner tube 12 is generally cylindrical and convex of circular section, so that the bearing face 181 is a concave surface in a complementary shape of cylinder portion.
  • each closure member 18 can however be arbitrary in its shape as well as its structure or its hardness.
  • the shutter element 18 is rigid and takes the form of a simple closure flap, but this is not limiting.
  • the constitution of the partition wall in the form of an inner tube 12 is in no way limiting.
  • An alternative solution is to provide that the tube attached to the inside or outside of the inner tube 12 is slidable in the inner tube according to its height depending on the level.
  • An additional advantage of the fermenter 10 according to the invention is to be adaptable to existing air lift fermenters.
  • the fermentor 10 described above has the advantage of not using flotation elements that would otherwise partially obstruct the volume of upward or downward circulation and thus disrupt the flow of fluids vertically: the result is the guarantee a good fluid and homogeneous circulation within the fermenter 10.
  • the automatic opening and the automatic closing of the fluidic communication devices 16 make it possible to work so as to use, whatever the height of the liquid medium, the maximum circulation height of the liquid medium: in the event of a drop in the level of the liquid medium in the fermenter 10 then causing a reversal of the pressure differential between the volumes to upward and downward movement, the device or devices 16, located just below the level of the liquid medium opens (s), allowing the flow of fluids to continue between the two volumes. On the other hand, the devices 16 situated at a still lower level remain closed. If the level of liquid medium drops further below this or these open devices, it is one or those still below that will open, but not those located at a height lower than those that have just opened and so right now.

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Abstract

Un fermenteur pour milieu liquide comprenant un récipient, une paroi de séparation entre deux volumes et un dispositif d'injection du gaz dans la partie inférieure de l'un des volumes. Le gaz crée dans ce volume une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté et une circulation descendante dans l'autre volume. La paroi de séparation est équipée d'au moins un dispositif de mise en communication fluidique des volumes entre eux configuré pour varier automatiquement entre une première configuration ouverte permettant une circulation fluidique libre d'un volume à l'autre et une deuxième configuration fermée dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique bloque tout ou partie de ladite circulation fluidique.

Description

Fermenteur pour milieu liquide à agitation par circulation d'un gaz comprenant un dispositif automatique de mise en communication fluidique entre les volumes à circulations ascendante et descendante en fonction de la hauteur du milieu
La présente invention concerne un fermenteur pour milieu liquide à production en continu ou discontinu, comprenant des moyens d'agitation par circulation d'un gaz, le fermenteur comprenant :
un récipient adapté pour contenir le milieu liquide,
- une paroi de séparation positionnée dans le récipient et séparant des premier et deuxième volumes,
un dispositif d'injection de ce gaz dans la partie inférieure de l'un des premier ou deuxième volumes pour créer dans ce volume une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté et une circulation descendante de ce mélange dans le volume non alimenté en gaz par le dispositif d'injection.
De manière connue, un fermenteur est un appareil dans lequel une fermentation du milieu liquide est réalisée. Cet appareil, aussi connu sous le nom de bioréacteur ou propagateur, permet de multiplier des micro-organismes (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales). Il permet de contrôler les conditions de culture telles que la température, le pH ou la gazéification, conférant une grande fiabilité des informations récoltées.
Deux catégories de solutions existent classiquement pour agiter le milieu liquide durant le procédé de fermentation.
La première catégorie de solutions pour agiter le milieu liquide, la plus usitée, exploite des moyens motorisés qui imposent une circulation du milieu liquide, par exemple à l'aide d'un ou plusieurs moteur(s), en particulier via des agitateurs mécanisés.
Cette solution présente l'avantage de pouvoir fonctionner à des niveaux variables de milieu liquide à l'intérieur du récipient. En cas de moussage ou d'évaporation non contrôlée du milieu liquide, celui-ci est toujours agité, permettant d'éviter un arrêt ou une forte réduction des échanges gazeux. Mais cette solution présente toutefois l'inconvénient d'être complexe et onéreuse. Elle réclame l'utilisation de systèmes motorisés et de moyens d'étanchéité associés aux arbres de ces moteurs, ce qui implique un ajout de pièces, et nécessite des interventions humaines.
Une deuxième catégorie de solutions pour agiter le milieu liquide prévoit l'utilisation de moyens d'agitation par circulation d'un gaz injecté en partie inférieure du milieu liquide, cette technologie étant classiquement connue sous la terminologie anglo-saxonne « air lift ». L'invention qui va être décrite concerne une solution relevant de cette deuxième catégorie.
Cette solution présente l'avantage de ne pas utiliser de système mécanique tel que précédemment décrit. Mais cette solution oblige globalement à un fonctionnement à niveau constant du milieu liquide dans le récipient. La mousse et les phénomènes d'évaporation sont donc très problématiques car, en cas de chute du niveau de milieu liquide dans le récipient, il se présente un risque de mauvaise circulation descendante et la gazéification n'est plus efficace dans une grosse partie du fermenteur. L'agitation et les échanges gazeux vont diminuer dramatiquement dans cette partie du fermenteur. Les micro-organismes risquent de mourir et de se sédimenter.
Classiquement, un fermenteur à technologie « air lift » comprend un récipient contenant le milieu liquide et au moins une paroi de séparation, par exemple constituée dans un tube interne, positionnée dans le récipient pour délimiter de part et d'autre de celle-ci un premier volume et un deuxième volume. Un dispositif d'injection de gaz est agencé dans la partie inférieure de l'un de ces deux volumes pour créer une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté dans ce volume et une circulation descendante de ce mélange dans le volume non alimenté en gaz par le dispositif d'injection.
Quelle que soit la hauteur du tube interne, le système est susceptible de se désamorcer dès que le milieu liquide se trouve en équilibre statique à un niveau donné situé en dessous de la zone de déversement.
Pour limiter autant que possible les risques de voir la circulation dans le fermenteur se désamorcer en cas de baisse du niveau de milieu liquide, notamment en cas de moussage ou d'évaporation non contrôlée, il existe des solutions où le tube interne comprend des ouvertures et des moyens de fermeture de ces ouvertures commandés manuellement, à l'image de la solution décrite dans le document US3236744A1. Mais cette solution repose sur le facteur humain et n'est pas fiable, il serait aussi envisageable de prévoir un tube interne ayant une hauteur variable en fonction du niveau du milieu liquide mais cette solution ne serait pas facilement réalisable. La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients listés ci-dessus.
Dans ce contexte, il existe un besoin de fournir un fermenteur pour milieu liquide à agitation par circulation d'un gaz, autrement dit ce qui correspond à la deuxième catégorie de solutions mentionnée précédemment, qui permette :
d'être simple, fiable et économique,
- d'éviter les risques de contaminations extérieures, notamment inhérents aux moyens d'étanchéité des passages d'axes ou d'actionneurs venant de l'extérieur du fermenteur,
- de garantir une agitation et des échanges gazeux quel que soit le niveau du milieu liquide,
- d'éviter les risques de dysfonctionnement du fermenteur et de sédimentation des micro-organismes,
- d'éviter le recours à des systèmes motorisés et de limiter les interventions humaines,
- de réduire l'utilisation de moyens d'ouverture/fermeture et de moyens d'étanchéité. Ces objets peuvent être atteints par un fermenteur selon les revendications annexées.
En particulier, pour répondre aux problématiques listées ci-dessus, il est proposé un fermenteur pour milieu liquide, comprenant des moyens d'agitation par circulation d'un gaz, comprenant un récipient adapté pour contenir le milieu liquide, une paroi de séparation positionnée dans le récipient et séparant des premier et deuxième volumes, un dispositif d'injection dudit gaz dans la partie inférieure de l'un des premier ou deuxième volumes pour créer dans ledit volume une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté et une circulation descendante dudit mélange dans le volume non alimenté en gaz par ledit dispositif d'injection, la paroi de séparation étant équipée d'au moins un dispositif de mise en communication fluidique des premier et deuxième volumes entre eux configuré de sorte à varier automatiquement entre :
une première configuration dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique permet, pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient, une circulation fluidique libre d'un volume à l'autre à travers ledit dispositif de mise en communication fluidique, la première configuration étant occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique, la différence entre la pression dudit mélange dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit est supérieure à une valeur seuil prédéterminée,
et une deuxième configuration dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique bloque tout ou partie de ladite circulation fluidique pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient, la deuxième configuration étant occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique, la différence entre la pression dudit mélange dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit est inférieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
La Figure 1 est une vue, en perspective et en transparence, d'un exemple de fermenteur selon l'invention,
La Figure 2 est une vue en perspective d'un élément d'obturation et du mécanisme de liaison correspondant utilisés dans le fermenteur de la figure 1,
La Figure 3 est une vue en perspective de l'élément d'obturation et du bras de support visibles sur la Figure 2,
La Figure 4A est une vue partielle, en perspective et en transparence, du fermenteur de la figure 1, représentant une pluralité de dispositifs de mise en communication, chacun occupant sa première configuration,
La Figure 4B représente en détails la zone repérée A sur la Figure 4A,
Et les figures 5 et 6 représentent schématiquement un fermenteur selon l'invention, en coupe longitudinale, respectivement dans la deuxième configuration et dans la première configuration.
En référence aux figures annexées telles que présentées sommairement ci-dessus, l'invention concerne essentiellement un fermenteur 10 pour milieu liquide assurant une production en continu ou discontinu. Le fermenteur comprend des moyens assurant une agitation du milieu liquide par circulation d'un gaz dans le milieu liquide. Le milieu liquide peut être un milieu stérile ou un milieu avec une contamination contrôlée. Le fermenteur 10 est donc du type correspondant à la technologie « air lift » en terminologie anglo-saxonne. Le fermenteur 10 est globalement configuré de sorte à pouvoir assurer une fermentation du milieu liquide. Cet appareil, aussi connu sous le nom de bioréacteur ou propagateur, permet de multiplier des micro-organismes (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues, cellules animales et végétales). Il permet de contrôler les conditions de culture telles que la température, le pH, la gazéification ou les échanges gazeux, conférant ainsi une grande fiabilité des informations récoltées.
De manière générale, le fermenteur 10 qui va être décrit en détails ci- après comprend :
- un récipient 11 adapté pour contenir le milieu liquide, sa forme pouvant être quelconque,
- une paroi de séparation positionnée dans le récipient 11 et séparant des premier et deuxième volumes VI, V2 à l'intérieur du récipient 11,
- un dispositif d'injection 13 du gaz mentionné ci-dessus configuré de sorte à l'injecter dans la partie inférieure du premier volume VI ou du deuxième volume V2 pour créer, dans ce volume où se produit l'injection, une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté, et une circulation descendante de ce mélange dans l'autre volume, c'est-à-dire dans le volume non alimenté en gaz par le dispositif d'injection 13.
La nature, la constitution ou la forme de la paroi de séparation, qui présente une hauteur repérée H, peuvent être quelconques. Dans l'exemple illustré, la paroi de séparation est formée dans un tube interne 12 positionné dans le récipient 11 de manière telle que le tube interne 12 délimite intérieurement le premier volume VI et délimite extérieurement le deuxième volume V2 en combinaison avec le récipient 11. Autrement dit, dans cet exemple particulier, le premier volume VI correspond au volume intérieur délimité par le tube interne 12 tandis que le deuxième volume V2 est situé autour du tube interne 12, entre celui-ci et les parois du récipient 11.
Mais il va de soi que cette construction de la paroi de séparation sous la forme d'un unique tube interne 12 n'est pas limitative. Notamment, il est par exemple possible de prévoir plusieurs tubes concentriques, ayant des sections de formes quelconques, ou des compartiments parallèles dans un récipient 11 de forme quelconque, par exemple rectangulaire.
Dans la variante représentée et de manière non limitative, le dispositif d'injection 13 injecte le gaz dans la partie inférieure du premier volume VI, de sorte que la circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté se produit dans le premier volume VI, c'est-à-dire à l'intérieur du tube interne 12, ici de section circulaire. La circulation descendante de ce mélange se produit ensuite dans le deuxième volume V2, c'est-à-dire dans le volume intermédiaire, ici de section annulaire, entre la paroi intérieure du récipient 11 et la paroi externe du tube interne 12.
Toutefois, il est tout à fait possible d'envisager une configuration inversée dans laquelle le dispositif d'injection 13 injecterait le gaz dans la partie inférieure du deuxième volume V2 pour que la circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté se produise dans le deuxième volume V2 compris entre le récipient 11 et le tube interne 12. Dans cette alternative, la circulation descendante se produirait ensuite dans le premier volume VI, à l'intérieur du tube interne 12.
Sur les figures, on peut voir que le récipient 11 du fermenteur 10 comprend une entrée 14 pour alimenter le récipient 11, et donc le fermenteur 10, en milieu liquide à fermenter et une sortie 15 pour sortir le milieu liquide hors du récipient 11 après fermentation, et donc hors du fermenteur 10. L'entrée 14 et la sortie 15 peuvent être équipées de tous les moyens classiques et connus dans le domaine technique concerné, par exemple permettant de réguler le débit de milieu liquide entrant dans le fermenteur 10 via l'entrée 14 et/ou sortant du fermenteur 10 à la sortie 15. De manière générale, le fermenteur 10 peut être équipé de tous les moyens classiquement utilisés dans le domaine technique des fermenteurs, notamment tout capteur ou équivalent permettant de déterminer une caractéristique physique du milieu liquide ou du mélange dans cette zone, comme par exemple la température, la pression, le débit, le niveau, un élément détecteur de mousse etc.. Le fermenteur 10 comprend également une entrée 23 pour alimenter le gaz vers le disposititif d'injection 13 et un système de vidange 24.
La paroi de séparation est équipée d'au moins un dispositif de mise en communication fluidique 16 permettant sélectivement de mettre ou non en communication fluidique les premier et deuxième volumes VI, V2 entre eux. Chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 est notamment configuré de sorte à varier automatiquement, sans aucune intervention humaine à cet effet, entre :
- une première configuration (Figure 6) dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique 16 permet, pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient 11, une circulation fluidique libre d'un volume à l'autre à travers ledit dispositif de mise en communication fluidique 16, - et une deuxième configuration (Figure 5) dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique 16 bloque tout ou partie de cette circulation fluidique pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient 11.
Avantageusement, ledit au moins un dispositif de mise en communication fluidique 16 est automatique d'une manière ne nécessitant aucune intervention manuelle, fonctionnant de manière autonome, ce qui permet une circulation fiable et efficace et donc une agitation optimale.
La première configuration est occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique 16, au moins un paramètre physique du mélange satisfait une condition prédéterminée. La deuxième configuration est occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique 16, ledit au moins un paramètre physique ne satisfait pas la condition prédéterminée évoquée ci-dessus.
Ledit au moins un paramètre physique comprend la valeur de la pression du mélange respectivement dans les premier et deuxième volumes VI et V2. La première configuration est occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique 16, la différence entre la pression dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dans le volume où la circulation descendante se produit est supérieure à une valeur seuil prédéterminée. Cette situation peut se produire lorsque le milieu liquide dans le volume où la circulation ascendante se produit ne communique plus avec le volume où la circulation descendante se produit, du fait d'une différence de niveaux ne permettant plus le débordement du milieu liquide du volume à circulation ascendante vers le volume à circulation descendante. La deuxième configuration est au contraire occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique 16, la différence entre la pression dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dans le volume où la circulation descendante se produit est inférieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée susmentionnée.
Il est clair que la différence de pression entre les volumes à circulation ascendante et à circulation descendante peut tout à fait être induite par une différence de niveaux du milieu liquide dans ces deux volumes respectivement. A titre d'exemple, si le niveau du milieu liquide dans le volume à circulation descendante est inférieur au niveau du milieu liquide dans le volume à circulation ascendante, le différentiel de pression s'inverse par rapport à l'état normal du fermenteur 10 en régime continu ; de fait, la pression du milieu liquide dans le volume à circulation ascendante devient supérieure à la pression du milieu liquide dans le volume à circulation descendante. La valeur seuil prédéterminée au-delà de laquelle la première configuration est automatiquement appliquée peut être égale à 0 (la deuxième configuration étant alors adoptée automatiquement en cas d'égalité de pression entre les volumes VI et V2 au niveau du dispositif 16) ou adopter une valeur constante supérieure à 0 et fixée par un organe mécanique idoine, comme par exemple un ressort ou équivalent.
Les figures 1, 4A et 4B représentent le fermenteur 10 dans la situation hypothétique où chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 adopte sa première configuration, pour des raisons de compréhension uniquement. En cours d'utilisation, il va de soi que chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 adopte sa deuxième configuration lorsqu'il n'est pas plongé dans le milieu liquide ou lorsque la différence de pressions entre les deux volumes n'est pas suffisante pour outrepasser la valeur seuil.
Selon un mode de réalisation particulier, le fermenteur 10 comprend une pluralité de dispositifs de mise en communication fluidique 16 distincts et agencés en différentes zones de la paroi de séparation échelonnées le long de sa hauteur H. Autrement dit, les dispositifs de mise en communication fluidique 16 sont agencés en différentes zones du tube interne 12 échelonnées sur sa hauteur. Il est précisé que le tube interne 12 est orienté verticalement de sorte que sa hauteur correspond à la direction suivant laquelle le niveau de milieu liquide varie au sein du récipient 11. Dans l'exemple particulier illustré sur les figures 1, 2, 3, 4a et 4B, le fermenteur 10 comprend trois dispositifs de mise en communication fluidique 16 distincts échelonnés le long de la hauteur du tube interne 12. Sur les figures 5 et 6, le fermenteur 10 comprend uniquement deux dispositifs de mise en communication fluidique distincts échelonnés le long de la hauteur du tube interne 12 : il est agencé un dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur 16 et un dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur 16, indépendants l'un de l'autre. Il va de soi que le nombre de dispositifs de mise en communication fluidique 16 peut être quelconque, en fonction par exemple de la hauteur H de la paroi de séparation, de la précision requise, de la nature du milieu liquide etc.. Les dispositifs de mise en communication fluidique 16 peuvent être répartis sur tout ou partie de la hauteur H de la paroi de séparation, suivant un pas régulier ou non.
Sur la figure 6, seul le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur occupe sa première configuration tandis que, dans le même temps, le dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur est dans la deuxième configuration. Sur la figure 5, le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur et le dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur sont tous deux dans leurs deuxièmes configurations.
Le fermenteur 10 permet de résoudre les problèmes que posent les fermenteurs de l'art antérieur. Dans une situation normale de fonctionnement du fermenteur 10, ce qui est représenté sur la figure 5, chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 est dans sa deuxième configuration. C'est pourquoi sur la figure 5, le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur est dans sa deuxième configuration et le dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur est également dans sa deuxième configuration. Chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 est donc normalement fermé en situation normale du fermenteur 10 et bloque la circulation d'un volume à l'autre, notamment lorsque le niveau NI de milieu liquide dans le fermenteur 10 reste globalement constant (les pressions dans les volumes VI, V2 de part et d'autre de chaque dispositif étant sensiblement identiques). Le sens de circulation ascendante dans le premier volume VI est repéré par les flèches Fl. Le sens de circulation descendante à l'intérieur du deuxième volume V2 est symbolisé par les flèches F3. Dans la partie supérieure du fermenteur 10, par le dessus de la paroi de séparation, le déversement du milieu liquide du volume à circulation ascendante vers le volume à circulation descendante est représenté par les flèches F2. Dans la partie inférieure du fermenteur 10, par le dessous de la paroi de séparation, le retour du milieu liquide pour passer du volume à circulation descendante vers le volume à circulation ascendante est schématisé par les flèches F4.
La figure 6 montre par contre une situation du fermenteur 10 dans lequel l'un des dispositifs de mise en communication fluidique 16 vient occuper automatiquement et de manière autonome sa première configuration. Les flèches Fl, F3 et F4 sont toujours illustrées pour montrer que dans ces zones, la manière de circuler du milieu liquide est identique à celle de la figure 5. Mais sur la figure 6 les flèches F2 sont absentes car le déversement du milieu liquide ne se fait plus d'un volume à l'autre au dessus de la paroi de séparation. Au contraire, lorsque le niveau de milieu liquide a tendance à baisser dans le fermenteur 10, par exemple en cas de moussage ou d'évaporation non contrôlée, la pression dans le volume à circulation ascendante (ici dans le volume VI) a tendance à augmenter par rapport à la pression dans le volume à circulation descendante (ici dans le volume V2). Sur la figure 6, le niveau du milieu liquide dans le fermenteur 10 a baissé globalement en comparaison du niveau NI initialement occupé dans la situation normale de la figure 5 : le niveau de milieu liquide dans le volume à circulation ascendante est noté N2 et le niveau de milieu liquide dans le volume à circulation descendante est noté N3, les niveaux N2 et N3 étant donc situés en dessous du niveau NI, par exemple en raison d'une évaporation ou d'un moussage incontrôlés. D'autre part, en raison des différences de pressions dans les deux volumes, le niveau N3 est situé en dessous du niveau N2. La différence de pressions dans les volumes VI et V2 qui est concomitante avec la différence entre les niveaux N2 et N3 dans les volumes VI et V2 peut augmenter jusqu'à devenir, au moins en certaines zones de la hauteur H de la paroi de séparation (ce qui ici correspond à la hauteur du tube interne 12), supérieure à la valeur seuil prédéterminée associée au différentiel de pressions. Dans ces zones où la valeur seuil est dépassée, le dispositif de mise en communication fluidique 16 soumis à ce différentiel de pressions vient automatiquement occuper temporairement la première configuration sous l'effet de cette différence de pressions. C'est la raison pour laquelle, sur la figure 6, le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur vient occuper automatiquement sa première configuration. Par contre, la figure 6 montre le cas particulier où la différence de pressions dans les volumes VI et V2 n'est pas suffisante pour dépasser la valeur seuil prédéterminée : le dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur reste donc dans sa deuxième configuration, au contraire du dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur. On vient bien que les dispositifs de mise en communication fluidique 16 d'un même fermenteur 10 sont indépendants et autonomes les uns des autres, chacun fonctionnant de manière automatique sans aucune action extérieure autre que les actions des différentiels de pressions dans les deux volumes de part et d'autre des dispositifs de mise en communication fluidique 16.
Sur la figure 6, le passage du dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur vers sa première configuration favorise un retour aux pressions initiales (lorsque le niveau NI était établi) dans les deux volumes VI, V2. Un tel changement vers la première configuration permet au milieu liquide et au gaz injecté de circuler librement à travers le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur ainsi ouvert, notamment dans un sens (schématisé par les flèches F5) allant du volume où se produit la circulation ascendante vers le volume où a lieu la circulation descendante. Cette circulation temporaire, libre et automatique du milieu liquide à travers le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur a pour effet de compenser et de corriger les conséquences de la baisse du niveau du milieu liquide dans le fermenteur 10. Ainsi la circulation à l'intérieur du fermenteur 10 ne s'interrompt pas. Cela permet d'éviter un blocage du fermenteur 10 et un risque de zone morte dépourvue de circulation et d'échange gazeux, qui entraînerait sinon un arrêt de la fermentation voire un changement de conditions du milieu liquide, susceptible d'entraîner la mort des micro-organismes. Ensuite, lorsque le niveau de milieu liquide est augmenté et que le déversement reprend en haut de la paroi de séparation, la pression dans le volume à circulation ascendante diminue alors que la pression augmente dans le volume à circulation descendante. Le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur revient alors automatiquement vers sa deuxième configuration. Dans l'exemple illustré, le milieu liquide a tendance à circuler du premier volume VI vers le deuxième volume V2 dans la première configuration de chaque dispositif de mise en communication fluidique 16. Quand on permet au niveau de milieu liquide d'augmenter suffisamment dans le fermenteur 10, on provoque à nouveau une dépression dans le volume à circulation ascendante et une surpression dans le volume à circulation descendante suffisantes pour causer automatiquement le retour vers la deuxième configuration du dispositif de mise en communication fluidique concerné.
L'aménagement de plusieurs dispositifs de mise en communication fluidique 16 à différentes hauteurs présente comme avantage de compenser automatiquement et de manière autonome les variations de hauteur de milieu liquide, en particulier en situation de moussage et d'évaporation non contrôlée, et de limiter les risques de blocage du fermenteur 10 et de l'arrêt de la fermentation ou la mort des micro-organismes (cela permet de conserver un milieu liquide de culture aux mêmes conditions physico-chimiques). Le fermenteur 10, en plus d'être très simple de conception et très économique en regard des fermenteurs de l'art antérieur selon la première catégorie, est donc très fiable et sécurisé. Il présente l'avantage de ne pas requérir de systèmes motorisés, et de s'affranchir d'un besoin de moyens d'ouverture et de fermeture actionnés de l'extérieur et donc à des moyens d'étanchéité. Il évite les besoins en interventions humaines et les risques de contaminations extérieures.
Le fermenteur 10 ayant cette caractéristique présente comme avantage supplémentaire de pouvoir encore mieux fonctionner avec des niveaux variables de milieu liquide à l'intérieur du récipient 11, sans pour autant avoir besoin de prévoir une hauteur du tube interne 12 faible ou variable ou d'utiliser des systèmes motorisés d'agitation du milieu liquide. Cela permet d'ouvrir ou de fermer les dispositifs de mise en communication fluidique 16 à différents niveaux en fonction de la hauteur du milieu liquide dans le volume alimenté en gaz.
Préférentiellement, chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 est autonome et varie d'une configuration à l'autre sans action extérieure et indépendamment de la configuration adoptée par tout autre dispositif de mise en communication fluidique 16 du fermenteur 10. Autrement dit, les dispositifs de mise en communication fluidique 16 qui sont situés à des hauteurs différentes sont indépendants les uns des autres et ne sont pas reliés entre eux dans ce mode particulier de réalisation, ni commandés depuis l'extérieur du fermenteur. Cette caractéristique n'empêche en rien d'envisager une variante dans laquelle les éléments d'obturation 18 (qui sont décrits en détails ci-dessous) d'un seul et même dispositif de mise en communication fluidique 16, situés à un même niveau en hauteur, se déplacent en synchronisme, notamment en étant actionnés par un ressort et/ou en étant reliés entre eux.
Selon un mode de réalisation présentant l'avantage de sa grande simplicité tout en ayant une grande fiabilité et une bonne efficacité, chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 comprend une pluralité d'ouvertures 17 traversant chacune l'épaisseur de la paroi de séparation et une pluralité d'éléments d'obturation 18, où chaque élément d'obturation 18 équipe une ouverture 17 correspondante et varie entre :
- une position d'ouverture, correspondant à la première configuration du dispositif de mise en communication fluidique 16, dans laquelle l'élément d'obturation 18 ouvre l'ouverture 17 correspondante et autorise la communication fluidique entre les premier et deuxième volumes VI, V2 au travers de l'ouverture 17 pour permettre au milieu liquide et au gaz contenus dans le récipient 11 de circuler librement d'un volume à l'autre au travers de l'ouverture 17,
- et une position de fermeture, correspondant à la deuxième configuration du dispositif de mise en communication fluidique 16, dans laquelle l'élément d'obturation 18 ferme au moins partiellement l'ouverture 17 correspondante et bloque tout ou partie de la communication fluidique entre les premier et deuxième volumes VI, V2 au travers de l'ouverture 17 pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient 11.
En pratique dans l'exemple illustré, chaque ouverture 17 est une fenêtre ou une ouïe traversant toute l'épaisseur du tube interne 12, en ce sens que cette fenêtre débouche à la fois dans le premier volume VI et dans le deuxième volume V2. La forme du contour de chaque ouverture 17 peut être quelconque, par exemple de forme rectangulaire comme cela est représenté. Le nombre d'ouvertures 17 qui équipent chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 peut être quelconque, par exemple égal à 4, comme cela est représenté dans le mode de réalisation illustré sur les figures. Pour un dispositif de mise en communication fluidique 16 donné, les ouvertures 17 qui l'équipent sont agencées à une même hauteur donnée du tube interne 12 et sont angulairement repartis autour de son axe d'extension, à pas régulier ou non.
En référence aux figures 2 et 3, chaque dispositif de mise en communication fluidique 16 peut comprendre, pour chaque élément d'obturation 18, un mécanisme de liaison 19 correspondant permettant de fixer l'élément d'obturation 18 sur la paroi de séparation de manière mobile entre les positions de fermeture et d'ouverture. Sur les figures 1, 4A et 4B annexées, la position d'ouverture est représentée pour tous les dispositifs de mise en communication fluidique 16. Sur la figure 6, la position d'ouverture est représentée pour le dispositif de mise en communication fluidique 16 supérieur et la position de fermeture est représentée pour le dispositif de mise en communication fluidique 16 inférieur. Sur toutes les figures, le mécanisme de liaison 19 permet par exemple de fixer l'élément d'obturation 18 sur le tube interne 12.
Chaque mécanisme de liaison 19 est configuré de sorte que l'élément d'obturation 18 est mécaniquement placé automatiquement dans sa position d'ouverture sous l'action de la différence entre la pression dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dans le volume où la circulation descendante se produit, lorsque cette différence prend une valeur supérieure à la valeur seuil prédéterminée déjà précédemment mentionnée.
Chaque mécanisme de liaison 19 est configuré de sorte que l'élément d'obturation 18 est mécaniquement placé automatiquement dans sa position de fermeture sous l'action de la différence entre la pression dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dans le volume où la circulation descendante se produit, lorsque cette différence prend une valeur inférieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée.
Selon un mode de réalisation simple, économique, fiable et efficace, le mécanisme de liaison 19 associé à chaque élément d'obturation 18 comprend un moyen d'articulation de l'élément d'obturation 18 par rapport à la paroi de séparation autour d'un axe de pivotement 21 situé au-dessus de l'ouverture 17 correspondante, le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture et réciproquement se pratiquant par basculement de l'élément d'obturation 18 autour de cet axe de pivotement 21. En pratique dans l'exemple illustré, le moyen d'articulation permet d'articuler l'élément d'obturation 18 par rapport au tube interne 12.
De préférence, le mécanisme de liaison 19 est tel que l'axe de pivotement 21 est disposé en permanence dans le volume où se produit la circulation ascendante tandis que l'élément d'obturation 18 est disposé en permanence (quelle que soit sa position entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture) dans le volume où se produit la circulation descendante.
C'est pourquoi, dans l'exemple particulier illustré de fermenteur 10, l'axe de pivotement 21 est disposé dans le premier volume VI dans lequel la circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté a lieu alors que l'élément d'obturation 18 est disposé en permanence, c'est-à-dire quelle que soit sa position entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture, dans le volume où la circulation descendante a lieu, ce qui correspond ici au deuxième volume V2.
Cette disposition présente comme avantage de renforcer, en condition normale de fonctionnement, l'auto-fermeture de chaque élément d'obturation 18 vers sa position de fermeture sous l'action de la gravité, en positionnant très avantageusement le centre de gravité du mécanisme de liaison 19 dans le volume (ici le premier volume VI) où la circulation ascendante a lieu.
Par ailleurs, dans le même objectif, le mécanisme de liaison 19 associé à chaque élément d'obturation 18 peut comprendre un bras de support 20 ayant une première extrémité 201 articulée autour de l'axe de pivotement 21 au niveau du moyen d'articulation et une deuxième extrémité 202 raccordée à l'élément d'obturation 18. Le bras de support 20 passe à travers l'épaisseur de la paroi de séparation, concrètement à travers l'épaisseur du tube interne 12 dans l'exemple illustré, par exemple dans une zone située au-dessus de l'ouverture 17 à fermer par l'élément d'obturation 18 supporté par ce bras de support 20. Le bras de support 20 pourrait alternativement traverser l'épaisseur de la paroi de séparation à travers l'ouverture 17. L'axe de pivotement 21 peut être solidaire ou non du bras de support 20. La pièce constitutive de l'axe de pivotement 21 peut notamment venir de matière avec le reste du bras de support 20 au niveau de la première extrémité 201.
Ces dispositions présentent comme avantage supplémentaire de permettre un passage vers la position d'ouverture de l'élément d'obturation 18 même dans le cas où la différence entre la pression du volume où la circulation ascendante se produit et la pression du volume où la circulation descendante se produit est faible. Autrement dit, la sensibilité vers la deuxième configuration de chaque dispositif 16 est grande et elle peut être obtenue sous l'action d'une faible différence de pressions entre le volume à circulation ascendante et le volume à circulation descendante.
Chaque mécanisme de liaison 19 comprend par exemple une chape de fixation 22 sur laquelle est articulé l'axe de pivotement 21, ce qui constitue en pratique le moyen d'articulation susmentionné, cette chape de fixation 22 étant fixée à la paroi de séparation. Notamment, la chape de fixation 22 est disposée en permanence, c'est-à-dire quelle que soit la position occupée par l'élément d'obturation 18 entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture, dans le volume où la circulation ascendante a lieu, ce qui correspond au premier volume VI dans l'exemple illustré. La liaison entre la face intérieure du tube interne 12 et la chape de liaison 22 peut être de type encastrement, par exemple par collage ou par soudage, bien que toute autre nature de liaison mécanique puisse être envisagée, par exemple prévoyant la présence d'au moins un degré de liberté en translation et/ou en rotation si cela est nécessaire.
La valeur seuil prédéterminée peut être déterminée par la forme du bras de support 20 et par la profondeur de l'axe de pivotement 21 à l'intérieur du volume à circulation ascendante, déterminant une force de fermeture à vide, donc une différence minimale de pressions permettant l'ouverture de l'élément d'obturation 18. Le poids des éléments d'obturation 18 et/ou la longueur des bras de support 20 peuvent aussi entrer en compte dans la prédétermination du seuil d'ouverture/fermeture.
Les principes généraux fonctionnels de l'invention ayant été présentés en détails ci-avant, la Demanderesse présente ci-après une description détaillée de trois exemples de réalisation de fermenteur 10 selon l'invention, ayant respectivement un volume utile de 3,75 L, de 350 L et de 840 L.
Dans l'exemple de fermenteur 10 dont le volume utile est 3,75 L, la hauteur totale du premier volume VI où se produit la circulation ascendante est égale à 476 mm tandis que le diamètre interne du tube qui le délimite est 60 mm. Le diamètre interne du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 où se produit la circulation descendante est quant à lui égal à 100 mm tandis que sa hauteur est égale à 576 mm. Il est prévu deux dispositifs de mise en circulation fluidique 16 décalés entre eux le long de la hauteur du fermenteur 10, respectivement situés à 210 et 322 mm du fond du deuxième volume V2. Chacun de ces deux dispositifs 16 comprend au moins deux ouvertures 17 et deux éléments d'obturation 18 correspondants situés à une même hauteur. Plus précisément, chaque ouverture 17 permet une communication fluidique entre le premier volume VI et le deuxième volume V2 et présente un contour rectangulaire de 14 mm par 36 mm. Chaque élément d'obturation 18, réalisé en acier inoxydable de 1 mm, épouse parfaitement la forme de la paroi externe du tube qui délimite le premier volume VI. La longueur de chaque élément d'obturation est 45 mm tandis que sa hauteur est de 20 mm. L'axe de pivotement 21 du bras 20 est décalé vers l'intérieur du premier volume VI par rapport à la paroi du tube qui délimite le premier volume VI selon une distance de 10,75 mm. Le bras 20 présente une longueur de 50 mm et présente une course angulaire maximale de pivotement entre sa position de fermeture (dans laquelle le bras 20 est orienté verticalement) et sa position d'ouverture égale à 61°. Il est ainsi évité que l'élément d'obturation 18 ne frotte sur la paroi intérieure du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 et ne se coince sur celle-ci.
Dans l'exemple de fermenteur 10 dont le volume utile est 350 L, la hauteur totale du premier volume VI où se produit la circulation ascendante est égale à 3000 mm tandis que le diamètre interne du tube qui le délimite est 219 mm. Le diamètre interne du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 où se produit la circulation descendante est quant à lui égal à 400 mm tandis que sa hauteur est égale à 4000 mm. Il est prévu trois dispositifs de mise en circulation fluidique 16 décalés entre eux le long de la hauteur du fermenteur 10, respectivement situés à 521 mm, 1354 mm et 2180 mm du fond du deuxième volume V2. Chacun de ces trois dispositifs 16 comprend quatre ouvertures 17 et quatre éléments d'obturation 18 correspondants situés à une même hauteur. Plus précisément, chaque ouverture 17 permet une communication fluidique entre le premier volume VI et le deuxième volume V2 et présente un contour rectangulaire de 123 mm par 68 mm. Chaque élément d'obturation 18, réalisé en acier inoxydable de 1 mm, épouse parfaitement la forme de la paroi externe du tube qui délimite le premier volume VI. La longueur de chaque élément d'obturation est 153 mm tandis que sa hauteur est de 93 mm. L'axe de pivotement 21 du bras 20 est décalé vers l'intérieur du premier volume VI par rapport à la paroi du tube qui délimite le premier volume VI selon une distance de 32 mm. Le bras 20 présente une longueur de 75 mm et présente une course angulaire maximale de pivotement entre sa position de fermeture (dans laquelle le bras 20 est orienté verticalement) et sa position d'ouverture égale à 61°. Il est ainsi évité que l'élément d'obturation 18 ne frotte sur la paroi intérieure du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 et ne se coince sur celle-ci.
Dans l'exemple de fermenteur 10 dont le volume utile est 840 L, la hauteur totale du premier volume VI où se produit la circulation ascendante est égale à 3000 mm tandis que le diamètre interne du tube qui le délimite est 419 mm. Le diamètre interne du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 où se produit la circulation descendante est quant à lui égal à 600 mm tandis que sa hauteur est égale à 4000 mm. Il est prévu quatre dispositifs de mise en circulation fluidique 16 décalés entre eux le long de la hauteur du fermenteur 10, respectivement situés à 321 mm, 996 mm, 1671 mm et 2346 mm du fond du deuxième volume V2. Chacun de ces quatre dispositifs 16 comprend quatre ouvertures 17 et quatre éléments d'obturation 18 correspondants situés à une même hauteur. Plus précisément, chaque ouverture 17 permet une communication fluidique entre le premier volume VI et le deuxième volume V2 et présente un contour rectangulaire de 230 mm par 68 mm. Chaque élément d'obturation 18, réalisé en acier inoxydable de 1 mm, épouse parfaitement la forme de la paroi externe du tube qui délimite le premier volume VI. La longueur de chaque élément d'obturation est 284 mm tandis que sa hauteur est de 93 mm. L'axe de pivotement 21 du bras 20 est décalé vers l'intérieur du premier volume VI par rapport à la paroi du tube qui délimite le premier volume VI selon une distance de 32 mm. Le bras 20 présente une longueur de 75 mm et présente une course angulaire maximale de pivotement entre sa position de fermeture (dans laquelle le bras 20 est orienté verticalement) et sa position d'ouverture égale à 61°. Il est ainsi évité que l'élément d'obturation 18 ne frotte sur la paroi intérieure du tube qui délimite extérieurement le deuxième volume V2 et ne se coince sur celle-ci.
Selon un autre mode de réalisation alternatif non représenté, le mécanisme de liaison 19 associé à chaque élément d'obturation 18 comprend d'une part un moyen de coulissement par translation de l'élément d'obturation 18 par rapport à la paroi de séparation suivant une direction de translation sensiblement horizontale, le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture et réciproquement se pratiquant par coulissement de l'élément d'obturation 18 le long de cette direction de translation, d'autre part un organe de rappel élastique sollicitant l'élément d'obturation 18 en permanence vers sa position de fermeture et tel que le passage vers la position d'ouverture se pratique en opposition à l'action mécanique de sollicitation de l'organe de rappel élastique sur l'élément d'obturation 18.
Dans cette variante alternative, l'action mécanique de sollicitation appliquée par l'organe de rappel élastique entre en compte dans la définition et la caractérisation de chaque valeur seuil prédéterminée au-delà de laquelle le dispositif de mise en communication fluidique 16 passe dans sa première configuration et l'élément d'obturation 18 passe dans sa position d'ouverture.
Afin de permettre une bonne efficacité de fonctionnement tout en préservant la simplicité et le caractère économique du fermenteur 10, l'élément d'obturation 18 peut comprendre une face d'appui 181 destinée à venir contre la paroi de séparation, c'est-à-dire ici contre le tube interne 12, dans sa position de fermeture et présentant une forme spatiale complémentaire de la forme de la zone de la paroi de séparation au niveau de laquelle cette face d'appui 181 vient en contact. Cela permet notamment de garantir une bonne efficacité de la position de fermeture, à moindre frais.
Dans l'exemple illustré de fermenteur 10, la face extérieure du tube interne 12 est globalement cylindrique et convexe de section circulaire, de sorte que la face d'appui 181 est une surface concave en portion de cylindre de forme complémentaire.
Dans ce qui précède, la nature de chaque élément d'obturation 18 peut toutefois être quelconque tant au niveau de sa forme que de sa structure ou de sa dureté. Dans l'exemple illustré, l'élément d'obturation 18 est rigide et prend la forme d'un simple volet de fermeture, mais cela n'est pas limitatif.
Bien que le mode de réalisation précédemment décrit pour le fermenteur 10 présente beaucoup d'avantages et soit particulièrement efficace, des solutions alternatives peuvent être envisagées pour la conception dudit au moins un dispositif de mise en communication fluidique 16. La constitution de la paroi de séparation sous la forme d'un tube interne 12 n'est en aucun cas limitative. De plus, il est par exemple possible de prévoir des volets souples sans moyen d'articulation ou des éléments d'obturation réalisant une obturation partielle de l'ouverture. Il est aussi possible de prévoir une mécanisation, par exemple à l'aide de vérins, et avec une détection par capteurs. Il est également possible de former tous les éléments d'obturation d'un dispositif de mise en communication fluidique 16 dans un seul et même tube tournant à l'intérieur ou à l'extérieur du tube interne 12 et dévoilant les ouvertures 17 de ce dispositif 16 via la rotation de ce deuxième tube. Une solution alternative consiste à prévoir que le tube rapporté à l'intérieur ou à l'extérieur du tube interne 12 soit glissant dans le tube interne suivant sa hauteur en fonction du niveau.
Un avantage supplémentaire du fermenteur 10 selon l'invention est de pouvoir être adaptable à des fermenteurs de type « air lift » déjà existants.
D'autre part, le fermenteur 10 précédemment décrit présente l'avantage de ne pas recourir à des éléments de flottaison qui, sinon, obstrueraient partiellement le volume de circulation ascendant ou descendant et perturberaient ainsi la circulation des fluides verticalement : il en résulte la garantie d'une bonne circulation fluide et homogène au sein du fermenteur 10.
Enfin, l'ouverture automatique et la fermeture automatique des dispositifs de communication fluidiques 16 permettent de travailler de façon à utiliser, quelle que soit la hauteur du milieu liquide, le maximum de hauteur de circulation du milieu liquide : en cas de baisse du niveau du milieu liquide dans le fermenteur 10 provoquant alors une inversion du différentiel de pression entre les volumes à circulation ascendante et descendante, le ou les dispositifs 16, situés juste en dessous du niveau du milieu liquide s'ouvre(nt), permettant à la circulation des fluides de continuer entre les deux volumes. Par contre, les dispositifs 16 situés a un niveau encore inférieur restent fermés. Si le niveau de milieu liquide baisse encore en dessous de ce ou ces dispositifs ouverts, ce sont celui ou ceux situés encore en dessous qui vont s'ouvrir, mais pas ceux situés à une hauteur inférieure à ceux qui viennent de s'ouvrir et ainsi de suite. On conserve ainsi le maximum de hauteur pour les circulations ascendante et descendante quel que soit le niveau du milieu liquide dans le fermenteur 10, donc une meilleur agitation et une optimisation des échanges gazeux. Dans le cas contraire, en cas de remontée du niveau de milieu liquide, le processus fonctionne à l'envers de la même façon.

Claims

REVENDICATIONS
1. Fermenteur (10) pour milieu liquide, comprenant des moyens d'agitation par circulation d'un gaz, comprenant un récipient (11) adapté pour contenir le milieu liquide, une paroi de séparation positionnée dans le récipient (11) et séparant des premier et deuxième volumes (VI, V2), un dispositif d'injection (13) dudit gaz dans la partie inférieure de l'un des premier ou deuxième volumes (VI, V2) pour créer dans ledit volume une circulation ascendante du mélange entre le milieu liquide et le gaz injecté et une circulation descendante dudit mélange dans le volume non alimenté en gaz par ledit dispositif d'injection (13), caractérisé en ce que la paroi de séparation est équipée d'au moins un dispositif de mise en communication fluidique (16) des premier et deuxième volumes (VI, V2) entre eux configuré de sorte à varier automatiquement entre :
une première configuration dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique (16) permet, pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient (11), une circulation fluidique libre d'un volume à l'autre à travers ledit dispositif de mise en communication fluidique (16), la première configuration étant occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique (16), la différence entre la pression dudit mélange dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit est supérieure à une valeur seuil prédéterminée,
et une deuxième configuration dans laquelle le dispositif de mise en communication fluidique (16) bloque tout ou partie de ladite circulation fluidique pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient (11), la deuxième configuration étant occupée dès qu'au niveau du dispositif de mise en communication fluidique (16), la différence entre la pression dudit mélange dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit est inférieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée.
2. Fermenteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de dispositifs de mise en communication fluidique (16) distincts et agencés en différentes zones de la paroi de séparation échelonnées le long de sa hauteur (H).
3. Fermenteur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dispositif de mise en communication fluidique (16) est autonome et varie d'une configuration à l'autre sans action extérieure et indépendamment de la configuration adoptée par tout autre dispositif de mise en communication fluidique (16) du fermenteur (10).
4. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de mise en communication fluidique (16) comprend une pluralité d'ouvertures (17) traversant l'épaisseur de la paroi de séparation et une pluralité d'éléments d'obturation (18), où chaque élément d'obturation (18) équipe une ouverture (17) correspondante et varie entre :
une position d'ouverture, correspondant à la première configuration du dispositif de mise en communication fluidique (16), dans laquelle l'élément d'obturation (18) ouvre l'ouverture (17) correspondante et autorise la communication fluidique entre les premier et deuxième volumes (VI, V2) au travers de l'ouverture (17) pour permettre au milieu liquide et au gaz contenus dans le récipient (11) de circuler librement d'un volume à l'autre au travers de l'ouverture (17),
et une position de fermeture, correspondant à la deuxième configuration du dispositif de mise en communication fluidique (16), dans laquelle l'élément d'obturation (18) ferme au moins partiellement l'ouverture (17) correspondante et bloque tout ou partie de la communication fluidique entre les premier et deuxième volumes (VI, V2) au travers de l'ouverture (17) pour le milieu liquide et le gaz contenus dans le récipient (11).
5. Fermenteur (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque dispositif de mise en communication fluidique (16) comprend, pour chaque élément d'obturation (18), un mécanisme de liaison (19) correspondant permettant de fixer l'élément d'obturation (18) sur la paroi de séparation de manière mobile entre les positions de fermeture et d'ouverture.
6. Fermenteur (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque mécanisme de liaison (19) est configuré de sorte que l'élément d'obturation
(18) est mécaniquement placé automatiquement dans sa position d'ouverture sous l'action de la différence entre la pression dudit ménage dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit lorsque cette différence prend une valeur supérieure à la valeur seuil prédéterminée.
7. Fermenteur (10) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque mécanisme de liaison (19) est configuré de sorte que l'élément d'obturation (18) est mécaniquement placé automatiquement dans sa position de fermeture sous l'action de la différence entre la pression dudit mélange dans le volume où la circulation ascendante se produit et la pression dudit mélange dans le volume où la circulation descendante se produit lorsque cette différence prend une valeur inférieure ou égale à la valeur seuil prédéterminée.
8. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le mécanisme de liaison (19) associé à chaque élément d'obturation (18) comprend un moyen d'articulation (22) de l'élément d'obturation (18) par rapport à la paroi de séparation autour d'un axe de pivotement (21) situé au- dessus de l'ouverture (17) correspondante, le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture et réciproquement se pratiquant par basculement de l'élément d'obturation (18) autour dudit axe de pivotement (21).
9. Fermenteur (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mécanisme de liaison (19) est tel que l'axe de pivotement (21) est disposé dans le volume où se produit la circulation ascendante et en ce que l'élément d'obturation (18) est disposé dans le volume où se produit la circulation descendante.
10. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le mécanisme de liaison (19) associé à chaque élément d'obturation (18) comprend un bras de support (20) ayant une première extrémité (201) articulée autour de l'axe de pivotement (21) au niveau du moyen d'articulation (22) et une deuxième extrémité (202) raccordée à l'élément d'obturation (18), ledit bras de support (20) passant à travers l'épaisseur de la paroi de séparation.
11. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le centre de gravité du mécanisme de liaison (19) est situé dans le volume (VI) où la circulation ascendante se produit.
12. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le mécanisme de liaison (19) associé à chaque élément d'obturation (18) comprend d'une part un moyen de coulissement par translation de l'élément d'obturation (18) par rapport à la paroi de séparation suivant une direction de translation sensiblement horizontale, le passage de la position d'ouverture à la position de fermeture et réciproquement se pratiquant par coulissement de l'élément d'obturation (18) le long de ladite direction de translation, d'autre part un organe de rappel élastique sollicitant l'élément d'obturation (18) en permanence vers sa position de fermeture et tel que le passage vers la position d'ouverture se pratique en opposition à l'action mécanique de sollicitation de l'organe de rappel élastique sur l'élément d'obturation (18).
13. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que l'élément d'obturation (18) comprend une face d'appui (181) destinée à venir contre la paroi de séparation dans la position de fermeture de l'élément d'obturation (18) et présentant une forme spatiale complémentaire de la forme de la zone de la paroi de séparation au niveau de laquelle ladite face d'appui (181) vient en contact.
14. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la paroi de séparation est formée dans un tube interne (12) positionné dans le récipient (11) de manière telle que le tube interne (12) délimite intérieurement le premier volume et délimite extérieurement le deuxième volume (V2) en combinaison avec le récipient (11).
15. Fermenteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit au moins un dispositif de mise en communication fluidique (16) est automatique d'une manière ne nécessitant aucune intervention manuelle.
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