生物反应器的制作方法

专利名称：生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物反应器，该生物反应器包括至少一个腔室，该腔室有腔室壁， 该至少一个腔室用于接收生物物质，生物反应器还包括用于将要处理的材料供给该至少一 个腔室的腔室进口和用于将已处理的材料从该至少一个腔室排出的腔室出口，该至少一个 腔室由包括至少一个柔性塑料材料薄膜的材料来制造，如第一权利要求的前序部分中所 述。
背景技术：
在未来化石燃料的预计亏空框架中，已经确定在2010年，5. 75%的燃料必须是生 物来源。在2020年，20%的燃料必须由生物燃料构成。对生物燃料的增大需求产生了对生 物物质的增大需求，因为生物燃料包括或者来源于生物物质。生物物质可以从家庭垃圾、淤 泥、木头废物、工业废流、水处理设施等获得。不过，为了能够有足够大量的生物物质用于能 量生产，附加生物物质在农田中生长，特别是用于能量生产。农作物的生长是相对缓慢的方 法，需要大量的农田。因此，需要一种高效方法来用于在提高生产能力的情况下生长生物物 质。US-A-5534417介绍了一种生物反应器，该生物反应器能够低成本地以工业规模生 长微生物。由US-A-5534417已知的反应器包括多个柔性聚乙烯的细长小室，这些小室能够 接收生物物质。小室以垂直位置悬挂在支承结构上。小室通过使得两个聚乙烯箔沿高度方 向局部连接而产生，而在箔之间的空间确定了小室。如果需要，可以提供多排小室。生物反 应器还包括气体进口和出口，用于使气体形成气泡和使得各小室通气；至少一个进口和/或出口，用于向生物物质供给养分和取出生物物质；歧管，该歧管与所有出口连接，用于从生物反应器接收生物物质以及将生物物质 送出生物反应器。为了减小光在小室之间透射的干扰，在两个相邻小室之间的距离等于或小于 IOOmm0EP-A-0725134介绍了一种柔性生物反应器，它包括两个隔腔，这两个隔腔通过半 透膜分开。细胞储存在第一、较小的隔腔中，该第一、较小的隔腔由半透膜和外部的气体可 透过壁来确定，而介质储存在第二、较大的隔腔中，该第二、较大的隔腔由半透膜和生物反 应器的第二外部壁来确定。细胞隔腔的气体可透过隔膜允许细胞在很短扩散路径上进行直 接气体交换。EP-A-0471947介绍了一种培养袋，该培养袋包括用于培养细胞的培养室。培养袋 由具有良好柔性、透明和气体可透过的塑料材料片来制造，并通过塑料材料片的熔化_粘 结而形成。培养袋包括至少一个开口，该开口至少用于注入和排出介质、注入细胞和回收培 养的细胞。由US-A-5543417、EP-A-0725134和EP-A-0471947已知的生物反应器具有这样的缺点，在其中培养细胞的反应器小室必须悬挂在附加支承结构上。这限制了生物反应器的 可能应用，并使得设备复杂和昂贵。另一缺点是当装配生物反应器时，各小室需要单独地与 中心进口和出口连接。W0-A-2008/079724公开了一种光生物反应器，它包括用于接收生物物质的至少一 个腔室。该至少一个腔室包括柔性、透明的塑料或复合材料薄膜。该至少一个腔室由水池 包围，该水池向光生物反应器提供结构支承。该至少一个腔室包括腔室进口和出口，分别用 于将要处理的材料供给该至少一个腔室以及将已处理的材料从该至少一个腔室排出。由 W0-A-2008/079724可知的光生物反应器具有这样的缺点，为了装配光生物反应器，该至少 一个腔室需要与水池连接。另一缺点是当装配光生物反应器时，各腔室进口 /出口需要单 独地与中心进口和出口连接，这使得安装麻烦和昂贵
发明内容
本发明的目的是提供一种生物反应器，它能够以简化方式来布置和装配，以便获 得工作的生物反应器。这通过根据本发明的一种生物反应器而实现，该生物反应器显示了第一权利要求 的技术特性。因此，本发明的生物反应器的特征在于生物反应器形成封闭容积，该至少一个腔室位于该封闭容积中；生物反应器包括封闭壳体，该封闭壳体具有壳体壁，该至少一个腔室与壳体壁连 接，壳体包括壳体进口，该壳体进口与腔室进口连接，用于将材料供给腔室进口 ；以及壳 体出口，该壳体出口与腔室出口连接，用于将已处理的材料从腔室出口排出；在生物反应器中保持反应器压力，该反应器压力高于生物反应器外部的外部压 力，这样，生物反应器自支承(self-supporting)。本发明的生物反应器包括封闭容积。因为生物反应器的封闭容积内的压力高于生 物反应器外侧的周围压力，因此该生物反应器自支承，尽管生物反应器由柔性箔制造。由 于该自支承特性，因此不需要将生物反应器连接或悬挂在例如金属架的外部刚性支承结构 上，也不需要在生物反应器中提供刚性支承结构以便装配该生物反应器。在本发明的生物 反应器中，壳体和腔室的进口以及壳体和腔室的出口已经连接，因此，在安装生物反应器时 不需要建立该连接。这导致生物反应器的总体装配时间缩短，且整个系统需要的材料量减 少。因此，安装成本和材料成本都可以降低。本发明的生物反应器还包括具有壳体壁的封闭壳体以及至少一个腔室，该至少一 个腔室与壳体壁连接并与壳体壁成一体。由于该整体结构，当装配生物反应器时腔室并不 需要单独与壳体连接。壳体的存在对装有生物物质的腔室提供了附加保护。它降低了腔室 的壁由于例如坏天气情况而发生泄露的危险。该至少一个腔室并不需要从顶部至底部都与 壳体壁连接。该至少一个腔室至少局部与壳体壁连接就足够，例如只通过底端连接。该至少一个腔室包括腔室进口，用于将要处理的材料供给该至少一个腔室；以 及腔室出口，用于将已处理的材料从该至少一个腔室排出。壳体(该至少一个腔室与该壳 体连接)包括壳体进口，该壳体进口与腔室进口连接，用于将材料供给该至少一个腔室的 腔室进口 ；以及壳体出口，该壳体出口与腔室出口连接，用于将已处理的材料从腔室出口向生物反应器的外部排出。所有这些方面的组合具有的优点是，本发明的生物反应器的装配极其简单，特别是通过保证生物反应器的内部与周围压力相比超压。这例如可以通过使得生物反应器内部 的至少一部分充装有压力下的气体和/或流体来实现。生物反应器的拆卸也可以以非常简 单的方式来进行通过释放该超压，生物反应器的结构将塌缩，然后，生物反应器可以卷起 或折叠。该自支承特性不仅导致安装成本大大降低，还使得反应器的成本因此降低，因为不 需要使用昂贵和复杂的支承结构。本发明的生物反应器还具有的优点是当它不使用或当它 被储存时，材料占据的容积最小。柔性片状材料制造的生物反应器实际上可以在折叠或卷 起状态下储存，并可以在需要时消毒。这导致运输大大简化和更便宜。因为本发明的生物 反应器不需要将各腔室安装在外部结构上，也不需要在腔室和壳体的进口之间以及腔室和 壳体的出口之间建立各自的连接，因此在生物反应器中产生污染的危险最小。在本发明的生物反应器中，该至少一个腔室优选是沿生物反应器的高度方向延 伸。当使用生物反应器作为光生物反应器，目的是例如生长藻类时，反应器的产量在腔室沿 高度方向延伸的情况下增加。优选是紧密堆垛沿生物反应器的高度方向延伸的腔室，因为 它导致更高的生物物质效率。优选是，壳体进口和出口以及腔室进口和出口与生物反应器制成为单件。这样的 优点是该至少一个腔室并不需要单独与供给管和排出管连接。为了向该至少一个腔室提供 要处理的材料和将已处理的材料从该生物反应器排出，使得生物反应器的壳体进口和出口 分别与供给管和排出管连接就足够了。这种结构的优点是，由于该至少一个腔室以及腔室 和壳体的进口和出口都集成在生物反应器中，因此生物反应器在一个简单的步骤中进行装 配，而不需要使得各腔室单独与外部结构或者供给管或排出管连接。优选是，该至少一个腔室的进口和出口由第一柔性片状材料制造成与生物反应器 成单件。该结构的优点是整个生物反应器的制造可以简化和自动进行。优选是，该至少一 个壳体进口和出口由第二柔性片状材料制造成与生物反应器成单件。该结构的优点是整个 生物反应器的制造可以简化和自动进行。优选是，腔室进口和出口以及壳体进口和出口可 以由柔性片状材料来制造。第一和第二柔性片状材料可以相同，或者它们可以不同。各腔 室进口 /出口和壳体进口/出口的第一和第二柔性片状材料可以与制造生物反应器的其余 部分的柔性片状材料相同或不同。成柔性材料(包括一种或多种不同的柔性片状材料)的 生物反应器结构提供的附加优点是系统可以以非常容易的方式来回收。另一优点是生物反 应器可以以非常容易的方式来消毒。对于其它系统，生物反应器的全部不同部件需要单独 处理，而本发明的生物反应器能够作为整体来消毒。实际上，该消毒处理可以在生物反应器 的制造过程中进行。现场不需要附加消毒。这是因为生物反应器形成封闭容积，且不需要 与外部结构连接，在装配过程中受到污染的危险最小。因为生物反应器作为整体可以由柔性塑料箔来制造，且不需要外部结构(腔室需 要与该外部结构连接)，因此对于可以装配生物反应器的位置将有更大的自由度。例如，可 以在海上/海下使用生物反应器。生物反应器例如可以用在不可能用于船只航行或对船只 航行有危险的位置，例如在风力涡轮机位置的附近。换句话说，生物反应器可以用于实际上 不能使用的位置。优选是，该至少一个腔室包括第一和第二壁，该第一和第二壁形成腔室的周围壁，第一和第二壁沿腔室的高度方向至少局部相互连接，且第一和第二壁由柔性塑料材料片材制造。当腔室的第一和/或第二壁形成生物反应器的周围壁的一部分时，将进一步减少材 料和进一步简化结构。在腔室的第一优选实施例中，腔室的第一和第二壁分别包括第一和第二上边缘以 及第一和第二下边缘，第一和第二上边缘相互连接，第一和第二下边缘相互连接，这样，提 供了具有封闭容积的腔室。这种生物反应器的一个实例是蜂窝结构形式的反应器。在腔室的第二优选实施例中，腔室的第一和第二壁分别包括第一和第二上边缘以 及第一和第二下边缘，生物反应器的壳体包括上边缘和下边缘，且生物反应器的壳体包括 上部壁和下部壁以及周围壁。第一和第二上边缘与壳体的上部壁连接，第一和第二下边缘 与壳体的下部壁连接，且腔室的、与壳体的周围壁相邻的直立边缘在它的高度的至少一部 分上与该周围壁连接。在该实施例中，提供了具有封闭容积的腔室，因为腔室的上部壁和下 部壁由壳体的上部壁和下部壁形成。这样的连接可以通过本领域技术人员已知的任意方法获得，例如通过焊接或胶接 或者适合本领域技术人员的任意其它方式，并可以将腔室的尺寸调节至目标用途。在生物反应器中的增大压力可以以不同方式实现。根据第一实施例，在该至少一 个腔室中保持增大的压力，这样，腔室中的压力高于生物反应器外部的压力。根据第二实 施例，因为生物反应器包括多排相邻腔室，且在相邻排腔室之间提供有用于接收处于压力 (该压力高于生物反应器外部的压力，但是低于该至少一个腔室中的压力)下的介质的空 间，因此将保持增大的压力。用于保持该增大压力的装置可以是本领域技术人员已知的装置，例如具有下部层 和上部层的流体或气体或两层或更多层的系统，下层是第一流体，上层从第二流体或气体 中选择。


附图和

中将进一步解释本发明。图1表示了本发明的生物反应器的优选实施例内部的透视图。图2表示了本发明的生物反应器的相邻腔室的优选实施例的详图。图3表示了本发明的生物反应器的相邻腔室的另一优选实施例的水平剖视图。图4表示了本发明的生物反应器的相邻腔室的还一优选实施例的详图。图5表示了本发明的生物反应器的另一优选实施例的示意图。图6表示了本发明的生物反应器的该至少一个腔室的腔室进口的优选实施例的 详图。图7表示了本发明的生物反应器的另一优选实施例的示意图。图8表示了本发明的生物反应器的另一优选实施例的详图。
具体实施例方式本发明的生物反应器1的第一优选实施例在图1中表示，其包括具有壁的封闭壳 体2，其包围封闭的内部6。壳体壁包括周围壁3以及上部壁和下部壁4、5。生物反应器还 包括至少一个(优选是多个)腔室10，该腔室10至少局部与壳体2的壁连接。
壳体的壁由柔性塑性材料片制造。因此，可以使用本领域技术人员已知的任意塑 性材料，例如聚乙烯、PVC、聚丙烯、尼龙或者包括一层或多层这些材料的多层结构。壳体的 周围壁、上部壁和下部壁可以由相同或不同的材料制造。当生物反应器用作光生物反应器 时，柔性塑性材料优选是对于光透明。为了在生物反应器内部获得更高的光强度以便在腔 室紧密堆叠的情况下提高生物物质的产量，下部壁优选是由反射光的塑性材料来制造，特 别是当生物反应器用作光生物反应器时。
在优选实施例中，用于控制生物反应器内部的温度的附加材料添加在壳体壁材料 上，或者以在壳体壁的至少一部分的顶部上的附加层的形式来提供。这特别适合当生物反 应器用作光生物反应器的情况。材料可以是本领域技术人员认为合适的任意材料，例如硫 酸铜。通过在生物反应器的上部壳体壁的顶部上添加例如硫酸铜的附加层，某些频率的光 将在该附加层中被吸收，并将阻止其进入生物反应器。该吸收可以导致更好地控制生物反 应器内部的温度，因此可以提高生物反应器的效率。生物反应器的内部6包括至少一个腔室10，要处理的材料在该腔室10中进行反 应、转变或者处理，以便形成最终产品。腔室10优选是沿生物反应器的高度方向延伸。本发明的生物反应器优选是包括一个相邻腔室排25或者多个这样的排。这些排 可以沿生物反应器的横向或纵向方向延伸，并增加了反应器表面和容积。优选是，多个这样 的排25布置在壳体的内部6中。相邻排优选是彼此平行和与生物反应器的一个侧壁平行 地延伸，尽管这并不是必须的。各腔室包括周围壁15，该周围壁包括第一和第二相对腔室壁11、12。第一腔室壁 11优选是由第一塑料箔制造，第二腔室壁12优选是由第二塑料箔制造，如图1中所示。第 一和第二塑料箔局部相互连接。通过使得第一和第二箔在它们高度的至少一部分上相互连 接而获得多个相邻腔室，例如如图1中所示。连接可以通过本领域技术人员已知的任意方 法来实现，例如通过焊接、胶接或者任意其它连接技术。当不希望在相邻腔室之间有流动时 该连接可以连续，如图1中所示，或者当希望可以控制和发散流过一个或多个腔室的液体 和气体流时该连接可以间断。使连接间断的优点是在不同腔室之间获得较大的材料交换。 当生物反应器例如用作光生物反应器时(其中，气体和要处理的材料供给腔室)，将有较大 范围的气鼓泡，且气鼓泡将引向多个腔室和连续通向多个相邻腔室。气鼓泡以及材料流将 通过在不同腔室之间的间断而减慢，这导致延长接触以及与要处理材料的更好气体交换。 因此，生物反应器的效率提高。优选是，接头的位置定位成彼此交错，如图8中所示。这样 的结构为优选，因为它导致气鼓泡和要处理的材料更均勻地在不同腔室之间分隔和更好混 合。间断连接的另一优点是生物反应器不需要完全充满以获得在相邻腔室之间的交换。间 断提供了连续交换，而不管生物反应器充装的材料量如何。该连续交换的另一优点是生物 反应器更少依赖布置生物反应器的表面的水平面偏差。第一和第二箔可以由相同或不同材料来制造，但优选是由相同材料制造。第一和 第二腔室壁可以选择由一个箔制造，如图4中所示。通过使得箔的一部分局部连接，产生多 个相邻腔室，如图4中所示。连接可以连续或间断。优选是，该至少一个腔室由对于光透明 的材料来制造，特别是当生物反应器用作光生物反应器时。该材料可以是与一个壳体壁相 同或不同的材料。第一和第二箔的连接能够使得腔室10的尺寸调节成目标用途。例如，在相继连接处之间的距离可以恒定，从而导致在生物反应器中所有腔室都有一个相同容积。不过，也可以使得在相继连接处之间的距离变化，并提供具有不同容积的腔室的生物反应器。至少一部分腔室10 (但优选是全部腔室10)与壳体的壁连接，从而使得生物反应 器的壳体2可以与腔室10 (该腔室用作反应器容积)一起作为一个整体一次装配，而不需 要在单独步骤中使得腔室与壳体连接。根据本发明，这可以以多种不同方式来实现。根据图3中所示的第一实施例，腔室10的第一或第二壁11、12形成生物反应器的 壳体的周围壁的一部分。特别是，周围壁的侧面33由形成腔室10的、处于该侧面的壁的板 而形成。周围壁的另一侧面34由形成腔室20的、处于该另一侧面的壁的板而形成。在该 实施例中，腔室10、20的第一壁11包括第一上边缘和第一下边缘，腔室10、20的第二壁12 包括第二上边缘和第二下边缘。第一和第二上边缘相互连接，第一和第二下边缘相互连接， 这样，提供了封闭腔室10、20。这样的生物反应器非常容易构造，并可以在很少的操作中进 行安装。优选是，生物反应器具有蜂窝结构的形式，如图3中所示，但是也可以采取本领域 技术人员已知的任意其它形式，只要该生物反应器自支承。根据图1中所示的第二优选实施例，在壳体2的内部6中提供了相邻腔室10的多 个排25。在所示实施例中，这些排沿反应器的横向方向延伸，但是这些排也可以沿反应器 的纵向方向延伸，或者沿任意其它方向延伸。多排腔室与壳体连接。此外，第一箔包括第一 上边缘23，第二箔包括第二上边缘24。第一和第二上边缘23、24优选是通过连续连接而与 壳体的上部壁4连接。第一板包括第一下边缘26，第二板包括第二下边缘27。第一和第二 下边缘26、27通过连续连接而与壳体的下部壁5连接。如果需要，第一排腔室31的第一壁 21可以形成壳体的第一侧壁，因此可以集成至壳体2的第一侧壁9中，如图2中所示，最后 排腔室32的第二壁22可以形成壳体的第二侧壁19，因此可以集成在壳体的侧壁中。因此， 第一和第二侧壁9、19位于壳体2的相对侧。这样的实施例导致节省材料。如图2中所示， 在相邻排腔室10、20之间提供有空间30。如果需要，可以提供壳体的腔室的可拆卸连接，这样，一排或多排腔室可以在需要 时交换。根据图4中所示的第三实施例，腔室或成排腔室的第一和第二壁11、12由一个片 材形成，该片材可选择地与壳体2的上部壁4和下部壁5连接。连接优选是连续，但是也可 以间断(当流体流进入该空间30时)。本发明的生物反应器的各腔室包括腔室进口 13、17，用于将要处理的材料供给 腔室；以及腔室出口 14、18，用于将已处理的材料从该腔室排出。腔室进口和出口优选是与 生物反应器形成单件。腔室进口和出口可以采用本领域技术人员认为合适的任意形状。腔 室进口可以采取开口的形式，如图6中所示。类似的，腔室出口可以采取开口的形式。本发 明的生物反应器的壳体包括壳体进口 7，该壳体进口 7与腔室进口连接，用于将要处理的材 料供给腔室的腔室进口。壳体还包括壳体出口 8，该壳体出口与腔室出口连接，用于排出通 过腔室出口离开腔室的反应产物。优选是，壳体进口和出口与生物反应器制成为单件，如图 5中所示。壳体进口和出口可以采取本领域技术人员认为合适的任意形状。壳体进口和出 口 7、8可以采取简单的开口形式，当安装反应器时，附加零件布置在该开口中。壳体进口和 出口还可以由与生物反应器的、与壳体连接的其余部分相比具有更低柔性和更大厚度的塑 性材料来制造。要处理的材料可以是流体、固体和气体，或者可以包含其中的两种或更多。最终产品也可以是流体、固体或气体，或者其中的两种或更多。腔室和/或壳体进口通常位 于生物反应器的下侧，腔室和/或壳体出口通常位于生物反应器的上侧。腔室和/或壳体 进口和出口都可以位于生物反应器的下侧或上侧。 图8表示了本发明的生物反应器的详细情况，其中，壳体出口位于生物反应器的 下侧。图8中所示的生物反应器包括多个相邻腔室。各腔室包括第一和第二相对腔室壁11、 12。第一腔室壁11优选是由第一塑料箔制造，第二腔室壁12优选是由第二塑料箔制造。第 一和第二塑料箔局部相互连接。连接是间断的，以便能够在不同腔室之间有大量的材料交 换。图8中所示的生物反应器还包括壳体壁，各腔室至少局部与该壳体壁连接(未示出)。 图8中所示的生物反应器还包括溢流腔室，该溢流腔室用于接收和排出该至少一个腔室中 的、高于预定高度的已处理材料。溢流腔室平行于材料的流动方向延伸通过该至少一个腔 室，并包括壳体的侧壁和分隔壁，该分隔壁延伸至该预定高度。分隔壁可以是该至少一个腔 室的、邻近壳体的侧壁，或者是单独的壁。溢流腔室作为用于该至少一个腔室的腔室出口。 当已处理的材料达到由溢流腔室的腔室壁的上侧确定的高度时，已处理材料从该至少一个 腔室排出至壳体出口，该壳体出口通常布置在生物反应器的壳体壁的底部。溢流腔室还可 以用作其它种类材料(例如气体)的出口。在生物反应器的下侧提供壳体出口的优点是它 更容易制造。另一优点是当生物反应器用作光生物反应器时，壳体和腔室的出口不会因为 部分倾斜光的吸收而对生物反应器的效率产生不利影响。如图1、2和4中所示，第一和第二片材只是沿它们的高度的一部分相互连接，因 此，供给管13沿成排相邻腔室形成于底部，用于将要处理的材料供给腔室10、20，且排出管 14形成于腔室的顶部，用于排出最终产品。当需要时，供给管13和/或排出管14可以沿整 个成排相邻腔室或者成排相邻腔室的一部分延伸。图5中表示了腔室和壳体的进口的优选实施例。图5中所示的生物反应器包括多 个平行延伸排的相邻腔室。一排相邻腔室通过使得第一和第二塑料材料片材沿该至少一个 腔室的高度方向至少局部连接而形成。第一和第二片材只是沿它们高度的一部分相互连 接，因此形成下部和上部管。上部管例如可以与溢流腔室连接，这样，已处理的材料从各腔 室通过上部管排向溢流腔室和排向壳体出口 8。一排的不同腔室例如借助于在不同腔室之 间的间断连接而相互连接。生物反应器包括至少一个供给管，该供给管集成在生物反应器 的壳体中，并沿生物反应器的纵向方向延伸，连接不同平行排的相邻腔室。供给管优选是由 柔性片材制造。优选是，在供给管和成排腔室之间的各相交处，孔形成于供给管中，该孔作 为用于该排相邻腔室的腔室入口，如图6中所示。供给管可以通过下部管而与各腔室连接， 如图5中所示。然后，要处理的材料首先从供给管传递给下部管，该下部管再向各腔室供给 要处理的材料。供给管还包括壳体进口，该壳体进口布置成供给管中的开口的形式，该开口 穿过壳体壁延伸，连接器插入该开口中。要处理的材料供给壳体进口，再通过供给管输送给 不同腔室进口。因为各腔室进口优选是与生物反应器制成为单件，且因为各腔室进口与壳 体进口连接，因此当装配生物反应器时，不需要使得各腔室进口分别与供给管连接。使得壳 体进口与供给管连接就足够了。图7中表示了腔室和壳体进口的另一优选实施例。图7中所示的生物反应器包括 多个平行延伸排的相邻腔室。一排相邻腔室通过使得第一和第二塑性材料片材沿该至少一 个腔室的高度方向至少局部连接而形成。第一和第二片材只是沿它们高度的一部分相互连接，因此形成上部管。生物反应器包括供给管，该供给管集成在生物反应器的壳体中，且该供给管在生物反应器的下侧急弯，这样，它在各排相邻腔室的下面延伸。供给管包括多个开 口，这些开口使它能够将要处理的材料传递给生物反应器的各腔室。优选是，供给管包括在 与腔室各相交处的开口。这使得在相邻腔室之间的连接连续或间断。供给管优选是由柔性 片状材料制造。图7中所示的壳体进口与图5中所示的相同，但是可以有本领域技术人员 认为合适的任意其它形状。因为各腔室进口与生物反应器制成为单件，且因为各腔室进口 与壳体进口连接，因此当装配生物反应器时，不需要使得各腔室进口分别与供给管连接。为了向各腔室提供相同量的要处理材料和/或气体，腔室进口通常提供有孔，该 孔使得要处理的材料和/或气体在压力下传送给该至少一个腔室。通过控制要处理的材料 和/或气体传送给该至少一个腔室的压力，生物反应器能够将相同量的要处理材料和/或 气体供给生物反应器的各腔室，而不管在不同腔室之间的水平高度差。腔室出口和壳体出口的形状可以与腔室进口和壳体进口的形状相同，但是例如可 以布置在生物反应器的上侧。当生物反应器用作光生物反应器时，生物反应器优选是包括气体壳体进口和通向 各腔室的气体腔室进口，用于将气体供给各腔室。气体壳体进口和腔室进口优选是与生物 反应器制成为单件，这样，当装配生物反应器时，不需要使不同气体腔室进口单独地与气体 供给源连接。在图5和7中，生物反应器包括气体供给管，该气体供给管平行于材料供给管 延伸，且该气体供给管具有与材料供给管类似的形状。气体可以以脉动方式传送给气体壳 体进口 38。这样的优点是使得将粘在腔室壁内侧上的材料部分松开。这使得损失的材料减 少，并提高整个生物反应器的效率。本发明的生物反应器为自支承，这意味着生物反应器可以在不需要使得生物反应 器或生物反应器的一部分与支承结构连接或悬挂在支承机构上的情况下进行装配。该自支 承特性包括生物反应器1和(特别是)壳体2形成封闭容积，且在生物反应器中的反应 器压力高于该生物反应器外侧的外部压力。这可以以多种不同方式实现。在生物反应器中 的增大压力例如可以通过使得腔室10、20提供有超压、通过例如在腔室10、20中的流体或 气体上施加超压而实现。增大压力也可以通过图2、5和7中所示的系统来实现，其中，在腔 室之间的空间30在增大的压力下充装介质。该介质例如可以是气体或流体，或者第一和第 二流体，或者下部流体相和上部气体相，其中该第二流体在第一流体的顶部上。在这种情况 下，壳体还包括用于在压力下提供介质的进口 37，如图5和7中所示。当腔室内部的密度小 于周围介质的密度时，使得该至少一个腔室通过它的底侧与壳体壁连接就足够了。传送给 腔室底侧的气泡将使得该至少一个腔室具有充分的结构。在腔室之间提供的介质可以进行 调节，例如用于改进生物反应器的效率。在不同排的腔室之间的介质调节例如可以用于减 少藻类在腔室外部生长的危险，或者用于控制生物反应器内部的温度。当介质是液体时，该 介质用作温度缓冲器，并在某种程度上调节生物反应器内部的温度。本发明的生物反应器具有的优点是全部部件(即反应器壁以及供给源-进口和 排出器_出口)可以由柔性片状材料制造。不过，还可以以其它材料来制造形成进口和出 口的部件，该其它材料具有更小的柔性，但是更坚固，并能够更好地承受粗暴处理。这样， 提供的系统在未安装和未充装的情况下可以折叠或卷起至较小容积，需要很小的空间来存 放，并容易运输。拆卸也非常简单。通过将介质调节成一定状态，本发明的生物反应器适合安装在多个不同地点，这些地点目前还不能使用。特别优选是，本发明的生物反应器并不由 于蒸发而消耗水，因为生物反应器形成封闭容积。生物反应器例如可以安装在地上，但是也 可以安装在水中。在后一种情况下，人们可以选择使得空间30整体或部分充装有流体，并 使得生物反应器漂浮或不漂浮在水中。当生物反应器安装在水中时，生物反应器内部的压 力需要至少高于由相邻水柱高度产生的压力，以避免生物反应器的部件塌缩。本发明的生物反应器适用于多种不同用途。生物反应器特别适合用作光生物反应 器，特别是用于生长生物物质，但是也可以是普通的生物反应器。在这种情况下，用于生物 物质的食物通过进口 7而供给生物反应器，且该生物反应器通常包括用于供给气体的附加 气体进口。
本发明的生物反应器满足具有高产量、低投资、材料和安装成本的生物反应器的 要求，从而使得系统具有成本效益。藻类是自然界存在的、用于制造生物物质的最高效有机物。藻类生产生物物质的 速率可以比通过农业获得的速度高10至30倍。这对于密集居住区(例如西欧)特别重要， 在这些地区，由收获农作物进行的能量生产受到有限农业用地的限制。另外，藻类可以产生 大量的油和脂肪酸，但是也可以用于生产特定化学药剂。因此，藻类适合作为油脂化学、制 药和食品工业的源。本发明的生物反应器例如可以有利地用于生产特殊的油，该油用于食 品工业、化妆品、香水、个人保健品、生物润滑剂和生物燃料。特别是，最后的用途很重要，因 为生产的量可以比通过经典农业获得的量高很多倍。
权利要求
一种生物反应器(1)，其包括至少一个腔室(10、20)，该腔室具有腔室壁(11、12、15、21、22)，该至少一个腔室(10、20)用于接收生物物质，该生物反应器还包括用于将要处理的材料供给该至少一个腔室(10、20)的腔室进口(13、17)和用于将已处理的材料从该至少一个腔室(10、20)排出的腔室出口(14、18)，该至少一个腔室(10、20)由包括至少一个柔性塑性材料薄膜的材料来制造，其特征在于-该生物反应器形成封闭容积，该至少一个腔室(10、20)包含于该封闭容积中；-该生物反应器包括封闭壳体(2)，该封闭壳体具有壳体壁(3、4、5、9、19)，该至少一个腔室(10、20)的至少一部分与壳体壁(3、4、5、9、19)连接，该壳体包括壳体进口(7)，该壳体进口与腔室进口连接，用于将材料供给腔室进口(13、17)；以及壳体出口(8)，该壳体出口与腔室出口连接，用于将已处理的材料从腔室出口(14、18)排出；-在生物反应器中保持反应器压力，该反应器压力高于生物反应器外部的外部压力，使得生物反应器自支承。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔室(10、20)沿生物 反应器的高度方向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔室的腔室进口 (13、17)和/或壳体进口(7)以及腔室出口(14、18)和/或壳体出口⑶由柔性片状材料 与生物反应器成单件地制造。
4.根据权利要求1至3中任意一个所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔室 包括第一腔室壁(11、21)和第二腔室壁(12、22)，该第一和第二腔室壁形成用于该至少一 个腔室(10、20)的腔室周围壁(15)，该第一腔室壁(11、21)和第二腔室壁(12、22)沿该至 少一个腔室(10、20)的高度方向至少部分地相互连接，该第一腔室壁(11、21)和第二腔室 壁(12、22)由柔性塑性材料片材制造。
5.根据权利要求4所述的生物反应器，其特征在于壳体(2)包括壳体周围壁(3)，第 一腔室壁(11、21)和第二腔室壁(12、22)中的至少一个形成壳体周围壁(3)的一部分。
6.根据权利要求5所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔室(10、20)的第一 腔室壁(11、21)和第二腔室壁(12、22)分别包括第一上边缘(23)和第二上边缘(24)以及 第一下边缘(26)和第二下边缘(27)，第一上边缘(23)和第二上边缘(24)相互连接，第一 下边缘(26)和第二下边缘(27)相互连接。
7.根据权利要求4-6中任意一个所述的生物反应器，其特征在于生物反应器的壳体 包括上部壳体壁(4)和下部壳体壁(5)，所述至少一个腔室(10、20)的第一腔室壁(11、21) 和第二腔室壁(12、22)分别包括第一上边缘(23)和第二上边缘(24)以及第一下边缘(26) 和第二下边缘(27)，第一上边缘(23)和第二上边缘(24)与上部壳体壁(4)连接，第一下边 缘(26)和第二下边缘(27)与下部壳体壁(5)连接。
8.根据权利要求1至7中任意一个所述的生物反应器，其特征在于该生物反应器包 括至少一排(25、31、32)相邻腔室，该相邻腔室沿它们的竖直边缘相互连接。
9.根据权利要求8所述的生物反应器，其特征在于在相邻腔室之间的连接包括至少 一个间断接头。
10.根据权利要求9所述的生物反应器，其特征在于相邻的间断接头布置成相对彼此 交错的结构。
11.根据权利要求1至10中任意一个所述的生物反应器，其特征在于在该至少一个 腔室(10、20)中的腔室压力高于该生物反应器外部的外部压力。
12.根据权利要求11所述的生物反应器，其特征在于生物反应器包括多排相邻腔室， 在相邻排的腔室之间具有空间(30)，用于在一定压力下接收介质，该压力高于或者等于生 物反应器外部的外部压力，但是它小于该至少一个腔室内的腔室压力，壳体包括至少一个 介质进口(37)，用于将所述介质供给所述空间。
13.根据权利要求1至12中任意一个所述的生物反应器，其特征在于用于提供增大 压力的装置从流体或气体或两层或多层系统中选择，该系统具有下层和上层，下层是第一 流体，上层从第二流体或气体中选择。
14.根据权利要求4至13中任意一个所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔 室的第一腔室壁(11、21)和第二腔室壁(12、22)由片状材料的第一材料制造，该片状材料 的第一材料对于光透明；生物反应器的壳体(2)至少部分由光透明箔的第二材料来制造， 第一和第二材料相同或不同。
15.根据权利要求1至14中任意一个所述的生物反应器，其特征在于壳体壁的至少 一部分包括光反射片状材料。
16.根据权利要求1至15中任意一个所述的生物反应器，其特征在于生物反应器包 括溢流腔室，该溢流腔室用于在该至少一个腔室中高于预定高度处接收和排出已处理的材 料，该溢流腔室平行于材料的流动方向延伸通过该至少一个腔室，并包括壳体的侧壁和分 隔壁，该分隔壁延伸直到该预定高度。
17.根据权利要求1至16中任意一个所述的生物反应器，其特征在于壳体壁包括附 加材料，用于控制生物反应器内部的温度。
18.根据权利要求1至17中任意一个所述的生物反应器，其特征在于该至少一个腔 室的腔室进口包括孔，该孔用于以受控方式将要处理的材料传送给该至少一个腔室。
19.一种集成系统，包括两个或多个如权利要求1至18中所述的生物反应器，其特征在 于该生物反应器通过连接件而相互连接。
全文摘要
本发明涉及一种生物反应器，它包括封闭壳体和至少一个腔室，该封闭壳体具有壳体壁，该至少一个腔室与壳体壁连接。该至少一个腔室包括腔室进口和出口，分别用于将材料供给该至少一个腔室和从该至少一个腔室排出材料。壳体包括壳体进口，用于将材料供给腔室进口；以及壳体出口，用于将已处理的材料从腔室出口排出到生物反应器的外部。生物反应器形成封闭容积，其中，在生物反应器中的反应器压力高于生物反应器外部的外部压力，这样，生物反应器自支承。
文档编号C12M1/00GK101868530SQ200880116936
公开日2010年10月20日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者M·米希尔斯 申请人:普罗维隆控股公司