WO2017134167A1 - Rührwerkzeug - Google Patents

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WO2017134167A1
WO2017134167A1 PCT/EP2017/052257 EP2017052257W WO2017134167A1 WO 2017134167 A1 WO2017134167 A1 WO 2017134167A1 EP 2017052257 W EP2017052257 W EP 2017052257W WO 2017134167 A1 WO2017134167 A1 WO 2017134167A1
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WO
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light guide
light
coupling
stirring tool
tool according
Prior art date
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PCT/EP2017/052257
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Brick
Nils KAUFMANN
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/06—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of illumination
    • C12M41/08—Means for changing the orientation

Definitions

  • the invention relates to a stirring apparatus according to patent applica ⁇ demanding. 1
  • Stirring tools are used, for example, in a photobioreactor, in order to enable mixing of the reactor contents and egg ⁇ ne supply of light to the reactor contents in deeper areas of the reactor.
  • Corresponding stirring tools are known from DE 10 2011 002 763 A1 and EP 2 520 642 A1.
  • the object of the invention is to provide an improved stirring tool for a reactor, in particular for a photobioreactor.
  • An advantage of the stirring tool described is that, on the one hand, an improved stirring function is made possible while maintaining or improving the supply of light.
  • a stirring apparatus comprising a light guide provided schla ⁇ gene, wherein the light conductor comprises a coupling region for Einkop- PelN of light, wherein the light conductor extends along a longitudinal direction, wherein the light guide is configured to guide light from the coupling region to an end portion, wherein the light guide is adapted to emit light along the longitudinal direction laterally, wherein the Optical fiber has at least one arcuate portion.
  • the arcuate portion has at least the shape of a partial cone section. This ensures good mixing and good light distribution.
  • a curve is understood that occurs when a section of a straight double circular cone (rotational ⁇ cone) with a plane.
  • a partial cone section comprises part of the conic section.
  • Ellipse, circle, parabola, hyperbola Depending on the Nei ⁇ supply angle of the cutting plane relative to the half ⁇ ff ⁇ opening angle of the cone, the following conic sections arise.
  • partial conical sections ⁇ partial ellipses, partial circles, parabolas or part Detailhy- is perbeln.
  • the arcuate portion is formed in the form of a spiral. In one embodiment, the arcuate portion we ⁇ tendonss 180 ° especially at least 360 ° surrounded to a center ⁇ axis.
  • the arcuate portion surrounds at least 720 ° about a central axis.
  • the arcuate portion is in the form of a spiral having an arcuate portion.
  • the bo ⁇ genförmige section may extend over 360 ° or more, in particular over 720 °. This ensures good mixing and light distribution even in higher reactors.
  • the light guide has a first and a second portion, which portions merge into one another, wherein the light guide up to a reversing area extends from the coupling region in the first portion away from the coupling region, wherein the light ⁇ conductor starting from the inversion region over the second portion extends back towards the coupling region.
  • the light guide is designed as a closed loop. This provides a stable shape of the light guide.
  • the stirring tool has a light source which radiates light into the coupling-in region, the light source having a light-emitting semiconductor chip.
  • the semiconductor chip provides an efficient light source that takes up little space.
  • a coupling element is provided between the light source and the light guide in order to couple the light into the light guide. As a result, the light coupling is improved.
  • the light guide is formed of a material having a refractive index, wherein the Biegeab ⁇ section having a bending radius, wherein the light conductor comprises egg ⁇ NEN round cross section with a diameter, wherein the refractive index of 1.4 to 2, said the Ver ⁇ ratio between the bending radius and the diameter between 2 and 100 is.
  • At least two light guides are provided. This allows increased flexibility in the shape of the light guides.
  • 1 is a schematic representation of a first embodiment of the stirring tool
  • 2 is a top view of the light guide
  • FIG. 6 is a schematic representation of a second embodiment of the stirring tool
  • FIG. 7 shows a schematic view from above of the light guide of FIG. 6,
  • Fig. 8 is a schematic bottom view of the light ⁇ head of Fig. 6
  • Fig. 9 is a schematic representation of a Biegeabschnit ⁇ tes of the light guide
  • FIG. 10 is a first diagram showing characteristics for different refractive indices depending on a maximum angle of incidence and depending on the ratio of Ra ⁇ dius to the diameter of the stirring tool,
  • Fig. 11 is a second diagram, the characteristics for maximum
  • Angle of incidence depends on the ratio of the bending radius to the diameter and depending on the refractive index
  • Fig. 12 is a third diagram showing characteristic curves for various ratios of the bending radius to the diameter, depending on the refractive index and from the maxima ⁇ len angle of incidence,
  • FIG. 13 is a fourth diagram showing characteristics for refractive indices depending on a beam angle and as a function of the ratio of the bending radius to the diameter
  • Fig. 14 is a fifth diagram showing characteristics for maximum
  • Fig. 15 shows a sixth diagram showing characteristic curves for various ratios of the radius to the diameter in Ab ⁇ dependence of the refractive index and depending on the beam angle.
  • the stirring tool 3 has a light guide 4, which has a coupling-in region 5 for coupling in light.
  • the light guide 4 extends along a longitudinal direction 6, which is shown as a dashed axis.
  • the light guide 4 is formed from a light-conducting material, for example glass or plastic, or has at least one light-conducting material 4.
  • the light guide 4 has a plurality of arcuate portions 7.
  • the light guide 4 is formed as a spiral with a plurality of arcuate sections, wherein the spiral winds around the longitudinal direction 6.
  • the light guide 4 extends from the coupling region 5, which lies outside of the reactor 1, up to a rich Endbe ⁇ 8 which is angeord ⁇ net above a floor 50 of the reactor. 1
  • the arcuate portions 7 in the illustrated embodiment are arranged radially symmetrically about a central axis 9, in which the longitudinal direction 6 is shown.
  • the end region 8 of the light guide 4 is aligned perpendicular to the central axis 9 in the illustrated embodiment.
  • the light guide 4 may also have the form of a helix or a double helix.
  • the light guide 4 may also be in a plane to be arranged with ⁇ tenachse 9 passes through, and have a plurality of lined-up bogenförmi ⁇ ge portions 7, so that the light guide 4 at least an S-shape, in particular a plurality of juxtaposed S-shapes, along the longitudinal direction 6 in the plane.
  • the arcuate portions 7 of the light guide 4 form two spiral circles, each with 360 °.
  • Optical fiber 4 have a fixed pitch and a fixed diameter.
  • the light guide 4 may have a circular shape, an ellipse shape or similar rounded shapes in cross section.
  • the light guide 4 may also have an angular area in cross section.
  • Light guide 4 triangular, square or polygonal design.
  • the coupling region 5 is formed in the illustrated embodiment in the form of a planar cross-sectional area 10 at the upper end of the light guide 4.
  • a light source 11 is arranged.
  • the light source is formed, for example in the form of an optoelectronic rule ⁇ semiconductor chip 11, the electromagnetic radiation on a radiation face 12 emits.
  • a coupling element in the form of a lens 13 is arranged on the emission side of the semiconductor chip 12. 11
  • the lens 13 serves to focus the light emitted from the semi-conductor chip 11 ⁇ light in the direction of the cross-sectional area 10th In the illustrated embodiment, the lens 13 is spaced from the cross-sectional area 10.
  • the lens 13 can be dispensed with and the semiconductor chip 11 can rest directly on the cross-sectional area 10.
  • the lens 13 may also be arranged on the end of the light guide 4.
  • other types and forms of coupling elements may be provided.
  • the coupling-in region 5 of the optical waveguide 4 can also have coupling-in structures for improved coupling of electromagnetic radiation into the optical waveguide 4.
  • reflectors, lenses, TIR lenses or concentrators can be provided.
  • the semiconductor chip can also be fixedly connected to the light guide. It is an unillustrated drive ⁇ selement 53, in particular an electric motor provided which rotates the stirring tool with the light guide 4 about the center axis 9.
  • Fig. 2 shows a schematic view from above of the
  • the light guide 4 is formed spirally.
  • the light guide 4 may have at least one spiral winding or a plurality of spiral turns.
  • FIG 3 shows a schematic view from below of a view of the light guide 4 with the end region 8.
  • FIG. 4 shows, in a schematic side view, a section of the optical waveguide 4, which according to the embodiment of FIG. 1 is designed as a spiral.
  • the light guide 4 is rotated about the central axis 9, for example.
  • a mixing of the reactor medium 2 a discharged over the surface 14 of the light guide 4 of electromagnetic radiation is distributed evenly in the reactor volume 1 on the one achieved and walls ⁇ ren.
  • other axes of rotation can be used which are not in the center axis 9.
  • the light guide 4 may have scattering particles or scattering elements in the interior or on the surface 14 in order to couple electromagnetic radiation via the surface 14 into the reactor 1. Further- toward the light guide can have 4 conversion material beispielswei ⁇ se phosphor to move one of the light source 11 Be ⁇ riding asked electromagnetic radiation in the wavelength at least partially.
  • the conversion material can be distributed in the volume of the light guide 4 or arranged as a surface coating on the surface 14 of the light guide 4.
  • scattering centers for example in the form of particles, diffusers or structures, for example in the form of prisms, tapers or a roughened surface 14, can be used to decouple the electromagnetic radiation.
  • Fig. 5 shows a cross section through a section of egg ⁇ nes bent portion 7 of the light guide 4.
  • the surface 14 is covered with a layer of conversion material 15.
  • the Kon ⁇ version material 15 and scattering elements 51 such as scatter ⁇ particles or diffusion particles may be provided to couple light from the optical fiber 4 into the reactor 1.
  • the surface 14 and / or the layer 15 may be formed in the form of a roughened or correspondingly structured surface in order to improve an outcoupling of electromagnetic radiation into the reactor 1.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of another embodiment of the stirring tool 3 with the light guide 4, wherein in this embodiment, the light guide as the
  • Light guide 4 is formed in the form of a closed loop. Starting from the coupling region 5, a first spiral-shaped portion 17 extends to a reverse region 18. Starting from the turnaround section 18 extends a second, also a spiral portion 19 back to the Einkoppelbe ⁇ rich 5. The second section 19 merges into the Einkoppelbe ⁇ rich. 5 Each of the sections 17, 19 has at least 1.5 circular arcs. In addition, the spiral-shaped first and second sections 17, 19 are interlaced.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the optical waveguide 4 of FIG. 6 from above and FIG. 8 shows a schematic view of the optical waveguide 4 of FIG. 6 from below.
  • FIG. 9 shows, in a schematic representation, a partial section of an arcuate section 7 of the light guide 4, which adjoins the coupling-in region 5.
  • Electromagnetic radiation 20 which is emitted from the light emitting element 11 to the cross-section ⁇ surface 10 is coupled to a maximum angle of incidence 21 ⁇ ⁇ into the light guide 4, and guided in the light guide 4 via total reflection at an outer surface of the light guide 4 in the light guide. 4
  • the Lichtlei ⁇ ter 4 has a diameter D.
  • the light guide 4, starting from the coupling region 5 merges into the curved section 7, the curved section 7 having a radius of curvature R.
  • a deflected at the cross-sectional area 10 light beam 34 has a beam angle 35 to the center axis 9 of the Lichtlei ⁇ ters 4 on.
  • the refractive index of the light guide and the ratio of the bending radius to the diameter is selected so that preferably 50% or more, in particular 60% or 70% of the coupled into the light guide light within the maximum angle of incidence 21 ⁇ ⁇ are.
  • the maximum angle of incidence 21 is 43.2 °.
  • the maximum angle of incidence kels of 43.2 ° occurs after a coupling of the electromagnetic radiation no total reflection on the inside of the surface 14 of the light guide 4. This Situational ⁇ tion is for guiding the electromagnetic radiation in the light guide 4 of disadvantage.
  • the maximum angle of incidence 21 is 51.1 ° for the total reflection after the electromagnetic radiation has been coupled into the optical waveguide 4 the inside of the surface 14 of the Lichtlei ⁇ ters 4 occurs.
  • the maximum angle of incidence contributes ⁇ be 61.9 ° for the nor after the injection of the electromagnetic radiation into the optical fiber 4 total reflection on the inside of the surface 14 of the light guide 4 occurs.
  • the maximum angle of incidence is 90 ° for the total reflection after the coupling of the electromagnetic radiation into the optical waveguide 4 Inside the surface 14 of the light guide 4 occurs.
  • a critical beam angle 22 with respect to a vertical axis 52 to the surface 14 may be indicated for the various refractive indices n.
  • n refractive index
  • FIG. 10 shows a first diagram, in which the maximum angle of incidence 21 ⁇ ⁇ on the ordinate and on the abscissa Ratio R / D between the bending radius R and the diameter D of the bent portion 7 of the light guide 4 are indicated.
  • characteristic curves 23, 24, 25 for different refractive indices are shown in the diagram of FIG.
  • the characteristic curves 23, 24, 25 represent limits for the maximum angle of incidence 21 ⁇ ⁇ . If the maximum input beam angle ⁇ ⁇ above the characteristic curve, the light is no longer guided by the total reflection in the light guide 4 after being coupled into the light guide 4.
  • FIG. 11 shows a further diagram in which the refractive index n of the optical waveguide is based on the ordinate and the ratio
  • R / D of the radius R to the diameter D of the bending section 7 of the light guide 4 are plotted on the abscissa.
  • characteristic curves for different maximum angle of incidence ⁇ 21 are given to ⁇ .
  • a fourth characteristic curve 26 is indicated for a maximum angle of incidence 21 of 30 °.
  • a fifth characteristic 27 is given for a maximum angle of incidence of 45 °.
  • a sixth characteristic 28 is given for a maximum angle of incidence of 60 °.
  • a seventh characteristic 29 is given for a maximum angle of incidence of 90 °.
  • the characteristics indicate that for a good guidance of the light in Lichtlei ⁇ ter 4, in particular for a total reflection of the light in the optical waveguide 4, a refractive index is required, which is above the specified characteristics 26, 27, 28, 29.
  • the 12 shows a diagram in which the ordinate the refractive index n and on the abscissa a maximum angle of incidence 21 ⁇ ⁇ are plotted.
  • different characteristic curves 30, 31, 32, 33 are indicated in the diagram.
  • the eighth characteristic 30 is given for a ratio of the radius to the diameter of 1000.
  • the ninth characteristic 31 is given for a ratio of the radius to the diameter of 10.
  • the tenth characteristic 32 is given for a ratio of the radius to the diameter for the value 5.
  • the eleventh characteristic 33 is for a ratio of the radius to the diameter with a Value of 3.3 indicated.
  • a refractive index is required for corresponding maximum irradiation angles ⁇ ⁇ and the predetermined ratio of radius to diameter, which is above the respective characteristic curve 30, 31, 32, 33 lies.
  • Fig. 13 is a diagram in which the inner beam angle 35 ⁇ ⁇ on the ordinate and the ratio R / D of the radius R to the diameter D of the bending portion of the optical fiber are plotted on the abscissa.
  • further first, second, third characteristic curves are shown.
  • the further first characteristic curve 36 is for a refractive index n of 1.6
  • the white ⁇ tere second characteristic curve 37 for n is less than 1.8
  • the further third characteristic curve plotted for n 38 2.0.
  • Fig. 14 shows a diagram in which the ordinate represents the refractive index n and the abscissa the ratio R / D of the Ra ⁇ dius R are applied to the diameter D.
  • fourth, fifth, sixth, seventh characteristics for different? ⁇ che maximum internal beam angle 35 are plotted ⁇ ⁇ .
  • the white ⁇ tere first characteristic is ⁇ ⁇ for a maximum internal beam angle of 10 °
  • the further fifth characteristic for a maximum of 20 °
  • the further sixth characteristic curve 41 for a maximum of 30 °
  • the further seventh characteristic 42 for an internal beam angle ⁇ of at most 40 ° indicated.
  • the refractive index n of the light guide must be at least 1.89 min ⁇ .
  • FIG. 15 shows a diagram in which the ordinate has the refractive index n and on the abscissa the inner maximum
  • Beam angle 35 ⁇ ⁇ are plotted.
  • another eighth, ninth, tenth and eleventh characteristic 43, 44, 45, 46 is provided ⁇ .
  • Further eighth characteristic curve 43 is for a behaves ⁇ nis radius to diameter of 1000
  • the additional ninth characteristic curve 44 is for a ratio of radius to diameter of 10
  • further tenth characteristic curve 45 is for a behaves ⁇ nis the radius to diameter 5
  • the other eleventh characteristic 46 is entered for a ratio of radius to diameter of 3.3.
  • the corresponding values for the refractive index n have the innneren beam angle ⁇ ⁇ exceed the characteristics dependent.
  • the values shown in the diagrams refer to the situation that the coupling region of the optical fiber is in air and that the light guide is in the Reaktorme ⁇ dium, in particular water having a refractive index of 1.33.
  • Other environments have different values for the graphs and characteristics.
  • the reactor 1 provides e.g. a photobioreactor, the example of phototrophic microorganisms such as microalgae such as spirulina or chlorella mixed with water as the reactor medium. Phototrophic microorganisms are capable of using light energy using
  • the reactor medium may also include other materials in which agitation and light delivery are beneficial.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rührwerkzeug für einen Photobioreaktor, mit einem Lichtleiter, wobei der Lichtleiter einen Einkoppelbereich zum Einkoppeln von Licht aufweist, wobei sich der Lichtleiter entlang einer Längsrichtung erstreckt, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, um Licht vom Einkoppelbereich zu einem Endbereich zu führen, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, um Licht entlang der Längsrichtung seitlich abzugeben, wobei der Lichtleiter wenigstens einen bogenförmigen Abschnitt aufweist.

Description

RÜHRWERKZEUG
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Rührwerkzeug gemäß Patentan¬ spruch 1.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 101 797.3, deren Offenbarungsge- halt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Rührwerkzeuge werden beispielsweise in einem Photobioreaktor eingesetzt, um eine Durchmischung des Reaktorinhaltes und ei¬ ne Zufuhr von Licht zum Reaktorinhalt auch in tieferen Berei- chen des Reaktors zu ermöglichen. Entsprechende Rührwerkzeuge sind aus DE 10 2011 002 763 AI und EP 2 520 642 AI bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Rührwerkzeug für einen Reaktor, insbesondere für einen Photo- bioreaktor, bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Rührwerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen des Rührwerkzeuges sind in den ab¬ hängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil des beschriebenen Rührwerkzeuges besteht darin, dass zum einen eine verbesserte Rührfunktion bei gleichblei- bender oder verbesserter Lichtzufuhr ermöglicht wird.
Dazu wird ein Rührwerkzeug mit einem Lichtleiter vorgeschla¬ gen, wobei der Lichtleiter einen Einkoppelbereich zum Einkop- peln von Licht aufweist, wobei sich der Lichtleiter entlang einer Längsrichtung erstreckt, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, um Licht vom Einkoppelbereich zu einem Endabschnitt zu führen, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, um Licht entlang der Längsrichtung seitlich abzugeben, wobei der Lichtleiter wenigstens einen bogenförmigen Abschnitt aufweist.
In einer Ausführung weist der bogenförmige Abschnitt wenigs- tens die Form eines Teilkegelschnittes auf. Dadurch werden eine gute Durchmischung und eine gute Lichtverteilung erreicht. Unter einem Kegelschnitt wird eine Kurve verstanden, die beim Schnitt eines geraden Doppelkreiskegels (Rotations¬ kegels) mit einer Ebene entsteht. Ein Teilkegelschnitt um- fasst einen Teil des Kegelschnittes. In Abhängigkeit vom Nei¬ gungswinkel der Schnittebene in Bezug auf den halben Öff¬ nungswinkel des Kegels ergeben sich folgende Kegelschnitte: Ellipse, Kreis, Parabel, Hyperbel. Somit stellen Teilkegel¬ schnitte Teilellipsen, Teilkreise, Teilparabeln oder Teilhy- perbeln dar.
In einer Ausführung ist der bogenförmige Abschnitt in Form einer Spirale ausgebildet. In einer Ausführung umringt der bogenförmige Abschnitt we¬ nigstens 180°, insbesondere wenigstens 360° um eine Mitten¬ achse .
In einer Ausführung wobei der bogenförmige Abschnitt wenigs- tens 720° um eine Mittenachse umringt.
In einer Ausführung weist der bogenförmige Abschnitt die Form einer Spirale mit einem bogenförmigen Abschnitt auf. Der bo¬ genförmige Abschnitt kann sich über 360° oder mehr, insbesondere über 720° erstrecken. Dadurch wird eine gute Durchmi- schung und Lichtverteilung auch in höheren Reaktoren erreicht .
In einer Ausführung weist der Lichtleiter einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei die Abschnitte ineinander übergehen, wobei sich der Lichtleiter ausgehend vom Einkoppelbereich in dem ersten Abschnitt weg vom Einkoppelbereich bis zu einem Umkehrbereich erstreckt, wobei sich der Licht¬ leiter ausgehend vom Umkehrbereich über den zweiten Abschnitt zurück in Richtung auf den Einkoppelbereich erstreckt. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der Durchmischung und der Lichtverteilung erreicht.
In einer Ausführung ist der Lichtleiter als geschlossene Schleife ausgebildet. Dadurch wird eine stabile Form des Lichtleiters bereitgestellt.
In einer Ausführung weist das Rührwerkzeug eine Lichtquelle auf, die Licht in den Einkoppelbereich einstrahlt, wobei die Lichtquelle einen lichtemittierenden Halbleiterchip aufweist. Mithilfe des Halbleiterchips wird eine effiziente Lichtquelle bereitgestellt, die wenig Bauraum beansprucht.
In einer Ausführung ist zwischen der Lichtquelle und dem Lichtleiter ein Einkoppelelement vorgesehen ist, um das Licht in den Lichtleiter einzukoppeln . Dadurch wird die Lichteinkopplung verbessert.
In einer Ausführung ist der Lichtleiter aus einem Material mit einem Brechungsindex gebildet ist, wobei der Biegeab¬ schnitt einen Biegeradius aufweist, wobei der Lichtleiter ei¬ nen runden Querschnitt mit einem Durchmesser aufweist, wobei der Brechungsindex zwischen 1,4 und 2 liegt, wobei das Ver¬ hältnis zwischen dem Biegeradius und dem Durchmesser zwischen 2 und 100 liegt.
In einer Ausführung sind wenigstens zwei Lichtleiter vorgesehen. Dadurch wird eine erhöhte Flexibilität bei der Form der Lichtleiter ermöglicht.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei- spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Rührwerkzeuges, Fig. 2 eine Ansicht von oben auf den Lichtleiter,
Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Lichtleiter,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Lichtleiters,
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Teilabschnitt des
Lichtleiters ,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Rührwerkzeuges,
Fig. 7 eine schematische Ansicht von oben auf den Licht- leiter der Fig.6,
Fig. 8 eine schematische Ansicht von unten auf den Licht¬ leiter der Fig. 6, Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Biegeabschnit¬ tes des Lichtleiters,
Fig. 10 ein erstes Diagramm, das Kennlinien für verschiedene Brechungsindizes abhängig von einem maximalen Einstrahlwinkel und abhängig vom Verhältnis des Ra¬ dius zum Durchmesser des Rührwerkzeuges zeigt,
Fig. 11 ein zweites Diagramm, das Kennlinien für maximale
Einstrahlwinkel abhängig vom Verhältnis des Bieger- adius zum Durchmesser und abhängig vom Brechungsindex zeigt,
Fig. 12 ein drittes Diagramm, das Kennlinien für verschiedene Verhältnisse des Biegeradius zum Durchmesser in Abhängigkeit vom Brechungsindex und vom maxima¬ len Einfallswinkel zeigt,
Fig. 13 ein viertes Diagramm, das Kennlinien für Brechungsindizes in Abhängigkeit von einem Strahlwinkel und in Abhängigkeit vom Verhältnis des Biegeradius zum Durchmesser zeigt,
Fig. 14 ein fünftes Diagramm, das Kennlinien für maximale
Einfallswinkel in Abhängigkeit vom Verhältnis des
Biegeradius zum Durchmesser und in Abhängigkeit vom Brechungsindex zeigt, und
Fig. 15 ein sechstes Diagramm, das Kennlinien für verschie- dene Verhältnisse des Radius zum Durchmesser in Ab¬ hängigkeit des Brechungsindex und in Abhängigkeit vom Strahlwinkel zeigt.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Reak- tor 1, wobei im Reaktor 1 ein flüssiges Reaktormedium 2 angeordnet ist, wobei ein Rührwerkzeug 3 vorgesehen ist, das für eine Durchmischung des Reaktormediums 2 und für eine Versor¬ gung des Reaktormediums 2 mit elektromagnetischer Strahlung verwendet wird. Das Rührwerkzeug 3 weist einen Lichtleiter 4 auf, der einen Einkoppelbereich 5 zum Einkoppeln von Licht aufweist. Der Lichtleiter 4 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung 6, die als gestrichelte Achse dargestellt ist. Der Lichtleiter 4 ist aus einem lichtleitenden Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff gebildet oder weist wenigs- tens ein lichtleitendes Material 4 auf. Der Lichtleiter 4 weist mehrere bogenförmige Abschnitte 7 auf.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Lichtleiter 4 als Spirale mit mehreren bogenförmigen Abschnitten ausgebil- det, wobei sich die Spirale um die Längsrichtung 6 windet.
Der Lichtleiter 4 erstreckt sich von dem Einkoppelbereich 5, der außerhalb des Reaktors 1 liegt, bis zu einem Endbe¬ reich 8, der oberhalb eines Bodens 50 des Reaktors 1 angeord¬ net ist. Die bogenförmigen Abschnitte 7 in der dargestellten Ausführungsform sind radialsymmetrisch um eine Mittenachse 9 angeordnet, in der die Längsrichtung 6 dargestellt ist. Der Endbereich 8 des Lichtleiters 4 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Mittenachse 9 ausgerichtet. Der Lichtleiter 4 kann auch die Form einer Helix oder einer Doppelhelix aufweisen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Lichtlei- ter 4 auch in einer Ebene angeordnet sein, die durch die Mit¬ tenachse 9 geht, und mehrere, aneinander gereihte bogenförmi¬ ge Abschnitte 7 aufweisen, so dass der Lichtleiter 4 wenigstens eine S-Form, insbesondere mehrere aneinander gereihte S- Formen, entlang der Längsrichtung 6 in der Ebene aufweist.
Die bogenförmigen Abschnitte 7 des Lichtleiters 4 bilden zwei Spiralkreise mit jeweils 360° auf. Die Spiralkreise des
Lichtleiters 4 weisen eine festgelegte Steigung und einen festgelegten Durchmesser auf.
Der Lichtleiter 4 kann im Querschnitt eine Kreisform, eine Ellipsenform oder ähnliche abgerundete Formen aufweisen. Zudem kann der Lichtleiter 4 auch im Querschnitt eine eckige Fläche aufweisen. Insbesondere kann der Querschnitt des
Lichtleiters 4 dreieckig, viereckig oder vieleckig ausgebildet sein. Der Einkoppelbereich 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer planen Querschnittsfläche 10 am oberen Ende des Lichtleiters 4 ausgebildet. Über dem Einkoppelbereich 5 ist eine Lichtquelle 11 angeordnet. Die Lichtquelle ist beispielsweise in Form eines optoelektroni¬ schen Halbleiterchips 11 ausgebildet, der elektromagnetische Strahlung auf einer Abstrahlseite 12 abgibt. In dem darge¬ stellten Ausführungsbeispiel ist ein Einkoppelelement in Form einer Linse 13 auf der Abstrahlseite 12 des Halbleiterchips 11 angeordnet. Die Linse 13 dient dazu, um das vom Halb¬ leiterchip 11 abgegebene Licht in Richtung auf die Querschnittsfläche 10 zu bündeln. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Linse 13 von der Querschnittsfläche 10 beabstandet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auf die Linse 13 verzichtet werden und der Halbleiterchip 11 direkt auf der Querschnittsfläche 10 aufliegen. Zudem kann die Linse 13 auch auf dem Ende des Lichtleiters 4 angeordnet sein. Zudem können auch andere Arten und Formen von Einkoppelelementen vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch der Einkoppelbereich 5 des Lichtleiters 4 Einkoppelstrukturen zur verbesserten Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in den Lichtleiter 4 aufweisen. Dazu können beispielsweise Reflektoren, Linsen, TIR-Linsen oder Konzentratoren vorgesehen sein. Zudem kann der Halbleiterchip auch mit dem Lichtleiter fest verbunden sein. Es ist ein nicht dargestelltes Antrieb¬ selement 53, insbesondere ein Elektromotor vorgesehen, der das Rührwerkzeug mit dem Lichtleiter 4 um die Mittenachse 9 dreht .
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht von oben auf den
Lichtleiter 4 mit der Querschnittsfläche 10 und den bogenför- migen Abschnitten 7, die kreisringförmig ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform ist der Lichtleiter 4 spiralförmig ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführung kann der Lichtleiter 4 wenigstens eine Spiralwindung oder mehrere Spiralwindungen aufweisen.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht von unten einen Blick auf den Lichtleiter 4 mit dem Endbereich 8.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Ab- schnitt des Lichtleiters 4, der gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 als Spirale ausgebildet ist.
Zum Verrühren des Reaktormediums 2 wird der Lichtleiter 4 z.B. um die Mittenachse 9 gedreht. Dadurch wird zum einen ei- ne Durchmischung des Reaktormediums 2 erreicht und zum ande¬ ren eine über die Oberfläche 14 des Lichtleiters 4 abgegebene elektromagnetische Strahlung gleichmäßig im Reaktorvolumen 1 verteilt. Es können jedoch auch andere Drehachsen verwendet werden, die nicht in der Mittenachse 9 liegen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Lichtleiter 4 Streupartikel oder Streuelemente im Inneren oder auf der Oberfläche 14 aufweisen, um elektromagnetische Strahlung über die Oberfläche 14 in den Reaktor 1 auszukoppeln. Weiter- hin kann der Lichtleiter 4 Konversionsmaterial, beispielswei¬ se Leuchtstoff aufweisen, um eine von der Lichtquelle 11 Be¬ reitgestellte elektromagnetische Strahlung in der Wellenlänge wenigstens teilweise zu verschieben. Das Konversionsmaterial kann im Volumen des Lichtleiters 4 verteilt sein oder als Oberflächenbeschichtung auf der Oberfläche 14 des Lichtleiters 4 angeordnet sein. Weiterhin können zur Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung Streuzentren z.B. in Form von Partikeln, Diffusoren oder Strukturen beispielsweise in Form von Prismen, Verjüngungen oder einer aufgerauten Oberfläche 14 aufweisen.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Teilabschnitt ei¬ nes gebogenen Abschnittes 7 des Lichtleiters 4. In dieser Ausführungsform ist die Oberfläche 14 mit einer Schicht aus Konversionsmaterial 15 bedeckt. Zudem oder anstelle des Kon¬ versionsmaterials 15 können auch Streuelemente 51 wie Streu¬ partikel oder Diffusionspartikel vorgesehen sein, um Licht aus dem Lichtleiter 4 in den Reaktor 1 auszukoppeln. Zudem kann die Oberfläche 14 und/oder die Schicht 15 in Form einer aufgerauten oder entsprechend strukturierten Oberfläche ausgebildet sein, um eine Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung in den Reaktor 1 zu verbessern. Fig. 6 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform des Rührwerkzeuges 3 mit dem Lichtleiter 4, wobei in dieser Ausführungsform der Lichtleiter als der
Lichtleiter 4 in Form einer geschlossenen Schleife ausgebildet ist. Ausgehend vom Einkoppelbereich 5 erstreckt sich ein erster spiralförmiger Abschnitt 17 zu einem Umkehrbereich 18. Ausgehend vom Umkehrbereich 18 erstreckt sich ein zweiter, ebenfalls spiralförmiger Abschnitt 19 zurück zum Einkoppelbe¬ reich 5. Der zweite Abschnitt 19 geht in den Einkoppelbe¬ reich 5 über. Jeder der Abschnitte 17, 19 weist wenigstens 1,5 Kreisbögen auf. Zudem sind die spiralförmigen ersten und zweiten Abschnitte 17, 19 ineinander verschränkt. Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht des Lichtleiters 4 der Fig. 6 von oben und Fig. 8 eine schematische Ansicht des Lichtleiters 4 der Fig. 6 von unten.
Fig. 9 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilabschnitt eines bogenförmigen Abschnittes 7 des Lichtleiters 4, der an den Einkoppelbereich 5 angrenzt. Elektromagnetische Strahlung 20, die vom Lichtelement 11 auf die Querschnitts¬ fläche 10 abgegeben wird, wird bis zu einem maximalen Einstrahlwinkel 21 ΘΜ in den Lichtleiter 4 eingekoppelt und im Lichtleiter 4 über Totalreflexion an einer Außenfläche des Lichtleiters 4 im Lichtleiter 4 geführt. Bei größeren Einstrahlwinkeln wird die elektromagnetische Strahlung zwar noch in den Lichtleiter 4 eingekoppelt, aber nicht mehr an der Außenfläche des Lichtleiters 4 total reflektiert. Der Lichtlei¬ ter 4 weist einen Durchmesser D auf. Zudem geht der Lichtleiter 4 ausgehend vom Einkoppelbereich 5 in den bogenförmigen Abschnitt 7 über, wobei der bogenförmige Abschnitt 7 einen Krümmungsradius R aufweist.
Ein an der Querschnittsfläche 10 abgelenkter Lichtstrahl 34 weist einen Strahlwinkel 35 zur Mittenachse 9 des Lichtlei¬ ters 4 auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform ist der Brechungsindex des Lichtleiters und das Verhältnis des Biegeradius zum Durchmesser so gewählt, dass bevorzugt 50 % oder mehr, insbesondere 60 % oder 70 % des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtes innerhalb des maximalen Einstrahlwinkels 21 ΘΜ liegen.
Abhängig von dem Brechungsindex n des Lichtleiters 4 können verschiedene maximale Einstrahlwinkel 21 ΘΜ angegeben werden, bei denen die in den Lichtleiter 4 eingestrahlte elektromag¬ netische Strahlung 20 über Totalreflexion an einer Innenseite der Oberfläche 14 des Abschnittes 7 reflektiert wird und im Lichtleiter 4 in Richtung auf den Endbereich 8 geführt wird. Bei einem Brechungsindex n von 1,5 für den Lichtleiter 4 und Luft als Umgebung im Einkoppelbereich und einem Reaktormedium mit einem Brechnungsindex n von 1,335 beträgt der maximale Einstrahlwinkel 21 43,2°. Oberhalb des maximalen Einfallswin- kels von 43,2 ° tritt nach einer Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung keine Totalreflexion mehr an der Innenseite der Oberfläche 14 des Lichtleiters 4 auf. Diese Situa¬ tion ist für eine Führung der elektromagnetischen Strahlung im Lichtleiter 4 von Nachteil.
Bei einem Brechungsindex n von 1,58 für den Lichtleiter und Luft als Umgebung im Einkoppelbereich und einem Reaktormedium mit einem Brechungsindex n von 1,335 beträgt der maximale Einstrahlwinkel 21 51,1° für den noch nach der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in den Lichtleiter 4 Totalreflexion an der Innenseite der Oberfläche 14 des Lichtlei¬ ters 4 auftritt. Bei einem Brechungsindex n von 1,6 für den Lichtleiter und Luft als Umgebung im Einkoppelbereich und ei- nem Reaktormedium mit einem Brechungsindex n von 1,335 be¬ trägt der maximale Einstrahlwinkel 61,9° für den noch nach der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in den Lichtleiter 4 Totalreflexion an der Innenseite der Oberfläche 14 des Lichtleiters 4 auftritt. Bei einem Brechungsindex n von 1,67 für den Lichtleiter und größer und Luft als Umgebung im Einkoppelbereich und einem Reaktormedium mit einem Brechungsindex n von 1,335 beträgt der maximale Einfallswinkel 90° für den noch nach der Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in den Lichtleiter 4 Totalreflexion an der Innen- seite der Oberfläche 14 des Lichtleiters 4 auftritt.
Zudem kann ein kritischer Strahlwinkel 22 in Bezug auf eine senkrechte Achse 52 zur Oberfläche 14 für die verschiedenen Brechungsindizes n angegeben werden. Beispielsweise erfolgt keine Totalreflexion mehr an der Oberfläche 14 beim Brechungsindex n von 1,5 für einen kritischen Strahlwinkel 22 von kleiner als 62,9°, bei einem Brechungsindex n von 1,58 bei einem kritischen Strahlwinkel kleiner 51,1°, bei einem Brechungsindex n von 1,6 bei einem kritischen Strahlwinkel 22 von 56,6°, bei einem Brechungsindex n von 1,67 einen kriti¬ schen Strahlwinkel 22 von 53,1°.
Fig. 10 zeigt ein erstes Diagramm, bei dem auf der Ordinate der maximale Einstrahlwinkel 21 ΘΜ und auf der Abszisse ein Verhältnis R/D zwischen dem Biegeradius R und dem Durchmesser D des gebogenen Abschnittes 7 des Lichtleiters 4 angegeben sind. Zudem sind in dem Diagramm der Fig. 10 Kennlinien 23, 24, 25 für unterschiedliche Brechungsindizes eingezeichnet. Die erste Kennlinie 23 ist für den Brechungsindex n = 1,6, die zweite Kennlinie 24 für den Brechungsindex n = 1,8 und die dritte Kennlinie 25 für den Brechungsindex n = 2,0 ange¬ geben. Die Kennlinien 23, 24, 25 stellen Grenzen für den maximalen Einstrahlwinkel 21 ΘΜ dar. Liegt der maximale Ein- Strahlwinkel ΘΜ über der Kennlinie, so wird das Licht nicht mehr nach Einkopplung in den Lichtleiter 4 über Totalreflexion im Lichtleiter 4 geführt.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Diagramm, bei dem der Brechungsin- dex n des Lichtleiters auf der Ordinate und das Verhältnis
R/D des Radius R zum Durchmesser D des Biegeabschnittes 7 des Lichtleiters 4 auf der Abszisse aufgetragen sind. Zudem sind Kennlinien für verschiedene maximale Einfallswinkel 21 Θ an¬ gegeben. Eine vierte Kennlinie 26 ist für einen maximalen Einfallswinkel 21 von 30° angegeben. Eine fünfte Kennlinie 27 ist für einen maximalen Einfallswinkel von 45° angegeben. Eine sechste Kennlinie 28 ist für einen maximalen Einstrahlwinkel von 60° angegeben. Eine siebte Kennlinie 29 ist für einen maximalen Einstrahlwinkel von 90° angegeben. Die Kennlinien geben an, dass für eine gute Führung des Lichtes im Lichtlei¬ ter 4, insbesondere für eine Totalreflexion des Lichtes im Lichtleiter 4 ein Brechungsindex erforderlich ist, der über den angegebenen Kennlinien 26, 27, 28, 29 liegt. Fig. 12 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Ordinate der Brechungsindex n und auf der Abszisse ein maximaler Einstrahlwinkel 21 ΘΜ aufgetragen sind. Zudem sind im Diagramm ver¬ schiedene Kennlinien 30, 31, 32, 33 angegeben. Die achte Kennlinie 30 ist für ein Verhältnis des Radius zum Durchmes- ser von 1000 angegeben. Die neunte Kennlinie 31 ist für ein Verhältnis des Radius zum Durchmesser von 10 angegeben. Die zehnte Kennlinie 32 ist für ein Verhältnis des Radius zum Durchmesser für den Wert 5 angegeben. Die elfte Kennlinie 33 ist für ein Verhältnis des Radius zum Durchmesser mit einem Wert von 3,3 angegeben. Für eine gute Führung des Lichtes im Lichtleiter 4, insbesondere für eine Totalreflexion des Lichtes im Lichtleiter 4 ist bei entsprechenden maximalen Einstrahlwinkeln ΘΜ und dem vorgegebenen Verhältnis von Radius zu Durchmesser ein Brechungsindex erforderlich, der über der jeweiligen Kennlinie 30,31,32,33 liegt.
Fig. 13 zeigt ein Diagramm, bei dem der innere Strahlwinkel 35 θκ auf der Ordinate und das Verhältnis R/D des Radius R zum Durchmesser D des Biegeabschnittes des Lichtleiters auf der Abszisse aufgetragen sind. Zudem sind weitere erste, zweite, dritte Kennlinien eingezeichnet. Die weitere erste Kennlinie 36 ist für einen Brechungsindex n von 1,6, die wei¬ tere zweite Kennlinie 37 für n ist kleiner als 1,8 und die weitere dritte Kennlinie 38 für n = 2,0 aufgetragen. Für eine gute Führung des Lichtes im Lichtleiter 4, insbesondere für eine Totalreflexion muss beim vorgegebenen Verhältnis R/D des Radius R zum Durchmesser D und bei einem vorgegeben Brechungsindex n der innere Strahlwinkel 35 θκ unter der ent- sprechenden Kennlinie liegen.
Fig. 14 zeigt ein Diagramm, bei dem der Ordinate der Brechungsindex n und auf der Abszisse das Verhältnis R/D des Ra¬ dius R zum Durchmesser D aufgetragen sind. Zudem sind weitere vierte, fünfte, sechste, siebte Kennlinien für unterschiedli¬ che maximale innere Strahlwinkel 35 θκ aufgetragen. Die wei¬ tere erste Kennlinie ist für einen maximalen inneren Strahlwinkel θκ von 10°, die weitere fünfte Kennlinie für maximal 20°, die weitere sechste Kennlinie 41 für maximal 30° und die weitere siebte Kennlinie 42 für einen inneren Strahlwinkel θκ von maximal 40° angegeben. Für eine gute Führung der Lichtstrahlen im Lichtleiter 4, insbesondere für eine Totalrefle¬ xion im Lichtleiter 4 mit einem inneren Strahlwinkel gemäß einer weiteren Kennlinie muss der Brechungsindex über der entsprechenden weiteren Kennlinie liegen. Liegt das Verhältnis R/D von Biegeradius R zu dem Durchmesser D des Lichtlei¬ ters 4 bei einem Verhältnis von R/D= 12 und sollen alle
Lichtstrahlen mit einem maximalen inneren Strahlwinkel θκ zwischen +/- 40° über Totalreflexion im Lichtleiter geführt werden, dann muss der Brechungsindex n des Lichtleiters min¬ destens 1,89 betragen.
Fig. 15 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Ordinate der Bre- chungsindex n und auf der Abszisse der innere maximale
Strahlwinkel 35 θκ aufgetragen sind. Zudem sind eine weitere achte, neunte, zehnte und elfte Kennlinie 43, 44, 45, 46 dar¬ gestellt. Die weitere achte Kennlinie 43 ist für ein Verhält¬ nis von Radius zu Durchmesser von 1000, die weitere neunte Kennlinie 44 ist für ein Verhältnis von Radius zu Durchmesser von 10, die weitere zehnte Kennlinie 45 ist für ein Verhält¬ nis des Radius zu Durchmesser von 5, und die weitere elfte Kennlinie 46 ist für ein Verhältnis von Radius zu Durchmesser von 3,3 eingetragen. Zum Erfüllen guter Reflexion, insbeson- dere Totalreflexion müssen die entsprechenden Werte für den Brechungsindex n abhängig vom innneren Strahlwinkel θκ über den Kennlinien liegen.
Die in den Diagrammen angegebenen Werte beziehen sich auf die Situation, dass sich der Einkoppelbereich des Lichtleiters in Luft befindet und dass sich der Lichtleiter in dem Reaktorme¬ dium, insbesondere Wasser, mit einem Brechungsindex von 1,33 befindet. Bei anderen Umgebungen ergeben sich andere Werte für die Diagramme und Kennlinien.
Der Reaktor 1 stellt z.B. einen Photobioreaktor dar, der beispielspeise phototrophe Mikroorganismen wie zum Beispiel Mikroalgen wie Spirulina oder Chlorella vermischt mit Wasser als Reaktormedium aufweist. Phototrophe Mikroorganismen sind in der Lage, mithilfe von Lichtenergie unter Verwendung von
Nährelementen, CO2 und Wasser in Biomasse umzuwandeln. Abhängig von der verwendeten Ausführungsform kann das Reaktormedium auch andere Materialien aufweisen, bei denen ein Durchrühren und Versorgen mit Licht von Vorteil ist.
Im Folgenden sind Formeln für die Beschreibung der Abhängigkeit zwischen dem Brechungsindex n des Lichtleiters, dem ma¬ ximalen Einstrahlwinkel ΘΜΑΧ, dem Biegeradius R des Biegeab- Schnittes des Lichtleiters, dem Durchmesser D des Lichtlei¬ ters und dem maximalen inneren Strahlwinkel I NEN
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Reaktor
2 Reaktormedium
3 Rührwerkzeug
4 Lichtleiter
5 Einkoppelbereich
6 Längsrichtung
7 Abschnitt
8 Endbereich
9 Mittenachse
10 Querschnittsfläche
11 Halbleiterchip
12 Abstrahlseite
13 Linse
14 Oberfläche
15 Konversionsmaterial
17 erster Abschnitt
18 Umkehrbereich
19 zweiter Abschnitt
20 Strahlung
21 Einstrahlwinkel
22 kritischer Strahlwinkel
23 bis 33 erste bis elfte Kennlinie
34 abgelenkte Strahlung
35 innerer Strahlwinkel
36 bis 46 weitere erste bis weitere elfte Kennlinie
50 Boden
51 Streupartikel
52 senkrechte Achse
53 Antriebselement

Claims

PATENTA S PRUCHE
1. Rührwerkzeug (3) für einen Photobioreaktor, mit einem
Lichtleiter (4), wobei der Lichtleiter (4) einen Einkoppelbereich (5) zum Einkoppeln von Licht aufweist, wobei sich der Lichtleiter (4) entlang einer Längsrichtung (6) erstreckt, wobei der Lichtleiter (4) ausgebildet ist, um Licht vom Einkoppelbereich (5) zu einem Endbereich (8) zu führen, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, um Licht entlang der Längsrichtung (6) seitlich abzugeben, wobei der Lichtleiter (4) wenigstens einen bogenförmigen Abschnitt (7) aufweist.
2. Rührwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der bogenförmige Ab¬ schnitt (7) wenigstens die Form eines Teilkegelschnittes aufweist .
3. Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei der bogenförmige Abschnitt in Form einer Spirale aus¬ gebildet ist.
4. Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bogenförmige Abschnitt wenigstens 180°, insbeson- dere wenigstens 360° um eine Mittenachse umringt.
5. Rührwerkzeug nach Anspruch 4, wobei der bogenförmige Ab¬ schnitt (7) wenigstens 720° um eine Mittenachse umringt.
6. Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo¬ bei der Lichtleiter (4) einen ersten und einen zweiten Abschnitt (17, 19) aufweist, wobei die Abschnitte (17, 19) ineinander übergehen, wobei sich der Lichtleiter ausgehend vom Einkoppelbereich (5) in dem ersten Abschnitt (17) weg vom Einkoppelbereich (5) bis zu einem Umkehrbereich (18) erstreckt, wobei sich der Lichtleiter (4) ausgehend vom Umkehrbereich über den zweiten Abschnitt (19) zurück in Richtung auf den Einkoppelbereich (5) erstreckt . Rührwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Abschnitt des Lichtleiters als geschlossene
Schleife ausgebildet sind.
Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Endbereich (8) des Lichtleiters (4) im Wesentli¬ chen quer zu einer Längsrichtung (6) des Lichtleiters (4) angeordnet ist.
Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle (11), die Licht in den Einkoppelbereich (5) einstrahlt, wobei die Lichtquelle (11) einen licht¬ emittierenden Halbleiterchip aufweist.
Rührwerkzeug nach Anspruch 9, wobei zwischen der Licht¬ quelle (11) und dem Lichtleiter (4) ein Einkoppelelement (12) vorgesehen ist, um das Licht in den Lichtleiter (4) einzukoppeln .
Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (4) aus einem Material mit einem Brechungsindex (n) gebildet ist, wobei der bogenförmige Ab¬ schnitt (7) einen Biegeradius (R) aufweist, wobei der Lichtleiter (4) einen Querschnitt mit einem Durchmesser (D) aufweist, wobei der Brechungsindex zwischen 1,4 und 2 liegt, wobei das Verhältnis zwischen dem Biegeradius (R) und dem Durchmesser (D) zwischen 2 und 100 liegt. 12. Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Lichtleiter vorgesehen sind.
Rührwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei ein Antriebselement (53) vorgesehen ist, wobei das Antriebselement (53) mit dem Lichtleiter (4) in Wirkverbindung steht, um den Lichtleiter (4) um eine Drehachse zu drehen.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0358780A (ja) * 1989-07-25 1991-03-13 P C C Technol:Kk 攪拌型培養装置
DE4416069A1 (de) * 1994-04-21 1995-10-26 Inst Getreideverarbeitung Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien
US20100005711A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Sartec Corporation Lighted Algae Cultivation Systems
DE102011002763A1 (de) 2011-01-17 2012-07-19 Wacker Chemie Ag Photobioreaktor mit Beleuchtung mittels Leucht-Formteilen
EP2520642A1 (de) 2011-05-03 2012-11-07 Bayer Intellectual Property GmbH Photobioreaktor mit rotatorisch oszillierenden Lichtquellen
US20120288921A1 (en) * 2009-12-10 2012-11-15 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Solar powered spectral photosynthetic bioreactor system for culturing microalgae at high density
DE102013015423A1 (de) * 2013-09-18 2015-03-19 Airbus Defence and Space GmbH Photobioreaktor mit seitlich licht-auskoppelnden Lichtleitermatten
DE102013019889A1 (de) * 2013-11-28 2015-05-28 Airbus Defence and Space GmbH Photobioreaktor mit Matten aus licht-auskoppelnden Lichtleiterfasern und ein elektrisches Wanderfeld erzeugenden elektrisch leitfähigen Fasern

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2815607A (en) * 1954-11-26 1957-12-10 William E Beatty Process and apparatus for the culture of photo-synthetic micro-organisms and macro-organisms, particularly algae
DE1777802U (de) * 1958-08-28 1958-11-20 Haagen & Rinau Maschinenfabrik Ruehrwerkzeug.
JP2799896B2 (ja) * 1990-03-22 1998-09-21 住友重機械工業株式会社 培養槽
DE29703070U1 (de) * 1997-02-21 1997-04-17 Würtz, Willi B., 75031 Eppingen Rührer zum Mischen von flüssigen Materialien
IL157188A (en) * 2001-02-06 2004-07-25 Levtech Inc Apparatus and method for mixing materials sealed in a container under sterile conditions

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0358780A (ja) * 1989-07-25 1991-03-13 P C C Technol:Kk 攪拌型培養装置
DE4416069A1 (de) * 1994-04-21 1995-10-26 Inst Getreideverarbeitung Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien
US20100005711A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Sartec Corporation Lighted Algae Cultivation Systems
US20120288921A1 (en) * 2009-12-10 2012-11-15 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Solar powered spectral photosynthetic bioreactor system for culturing microalgae at high density
DE102011002763A1 (de) 2011-01-17 2012-07-19 Wacker Chemie Ag Photobioreaktor mit Beleuchtung mittels Leucht-Formteilen
EP2520642A1 (de) 2011-05-03 2012-11-07 Bayer Intellectual Property GmbH Photobioreaktor mit rotatorisch oszillierenden Lichtquellen
DE102013015423A1 (de) * 2013-09-18 2015-03-19 Airbus Defence and Space GmbH Photobioreaktor mit seitlich licht-auskoppelnden Lichtleitermatten
DE102013019889A1 (de) * 2013-11-28 2015-05-28 Airbus Defence and Space GmbH Photobioreaktor mit Matten aus licht-auskoppelnden Lichtleiterfasern und ein elektrisches Wanderfeld erzeugenden elektrisch leitfähigen Fasern

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE WPI Week 199117, Derwent World Patents Index; AN 1991-120499, XP002768613 *

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Publication number Publication date
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AT16042U1 (de) Optisches Element sowie Anordnung zur Lichtabgabe mit einem optischen Element

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