Fotobiorreactor solar con dilución controlada del flujo en volumen.

Módulo (2) de guiado de la luz del sol para un fotorreactor (1) que comprende una cámara

(11) de reacción, comprendiendo el módulo (2):

- un concentrador (21) dispuesto fuera de la cámara (11) de reacción para concentrar la luz solar en un haz concentrado;

- un difusor (24) para ser dispuesto en la cámara (11) de reacción para introducir el haz concentrado en el interior de la cámara (11) de reacción y difundir el haz concentrado en el interior de la cámara (11) de reacción;

caracterizado por que el módulo (2) comprende además un homogeneizador (22) dispuesto entre el concentrador (21) y el difusor (24), fuera de la cámara (11) de reacción, para homogeneizar el haz concentrado antes de que el haz concentrado entre en el difusor (24).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/071002.

Solicitante: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (C.N.R.S.).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 3, RUE MICHEL ANGE 75016 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: GOETZ, VINCENT, CORNET,JEAN-FRANÇOIS, PLANTARD,GAËL, GARCIA,ROGER, LAFON,PASCAL, JOYARD,FRÉDÉRIC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > C12M1/00 (Equipos para enzimología o microbiología)

PDF original: ES-2539139_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Fotobiorreactor solar con dilución controlada del flujo en volumen.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo general de los fotorreactores. Más particularmente, la invención se refiere al campo de los fotobiorreactores y de los módulos de captación y de distribución de la luz solar para fotobiorreactores utilizados para la producción de microorganismos fotosintéticos.

Antecedente tecnológico

Hoy en día se utilizan dos técnicas para la producción de microorganismos fotosintéticos: las técnicas a cielo abierto (por ejemplo: piscinas abiertas) y las técnicas en reactor cerrado.

Las técnicas en reactor cerrado tienen la ventaja de permitir:

- el mantenimiento del cultivo de microorganismos fotosintéticos estériles, evitando así por lo menos las contaminaciones;

- el control estricto de las aportaciones de agua y de nutrientes;

- el control de la transferencia de dióxido de carbono y conjuntamente del pH, aumentando así la productividad de la superficie;

- el cultivo tiene concentraciones en biomasa elevadas, aumentando también así la productividad, pero también optimizando la compacidad, teniendo esto como resultado la disminución de los costes energéticos asociados a la circulación de los fluidos y al control térmico del reactor.

Las técnicas en reactor cerrado son generalmente realizadas por unos fotobiorreactores de captación directa de la luz del sol a través de una pared transparente.

Sin embargo, esta situación en la que se sufre la densidad de flujo solar directa incidente, conduce a funcionar con una eficacia termodinámica de conversión de la fotosíntesis muy baja. Estas técnicas necesitan por lo tanto una disponibilidad de superficie importante.

Se sabe también que utilizar unos fotobiorreactores para los cuales la luz del sol es capturada en primer lugar y después llevada al interior de los fotobiorreactores para ser distribuida a una baja densidad de flujo puede aumentar significativamente la eficacia termodinámica de la fotosíntesis, como en el documento WO 2007/134141. Esto aumenta aún más la productividad en superficie de los fotobiorreactores. La captación se puede realizar de diversas maneras y permite formar un haz que concentra la luz del sol. Este haz se reenvía después hacia una guía de luz para llevar el flujo luminoso dentro de la cámara de reacción del fotobiorreactor y ser distribuido.

Sin embargo, en tal fotobiorreactor, la guía o difusor no permite difundir de manera homogénea la luz en el interior del fotobiorreactor, disminuyendo así la eficacia del fotobiorreactor. Asimismo, la guía o difusor puede sufrir deterioros debidos a una subida en temperatura en su interior demasiado importante, haciéndolos a veces fundirse. Finalmente, la presencia de numerosas estructuras que difunden la luz dentro de la cámara de reacción puede ser el origen de los problemas de adhesión celular o bien de una mala mezcla que conlleva una pérdida de eficacia.

Presentación

Uno de los objetivos de la invención es paliar por lo menos un inconveniente de la técnica anterior.

En particular, la invención tiene por objetivo permitir una mejor eficacia de la captación directa del sol proponiendo un módulo de captación y de distribución de la luz del sol para un fotorreactor que comprende una cámara de reacción, comprendiendo el módulo:

- un concentrador dispuesto fuera de la cámara de reacción para concentrar la luz solar en un haz concentrado;

- un difusor para ser colocado en la cámara de reacción para introducir el haz concentrado en el interior de la cámara de reacción y difundir el haz concentrado en el interior de la cámara de reacción;

caracterizado por que el módulo comprende además un homogeneizador dispuesto entre el concentrador y el difusor, fuera de la cámara de reacción, para homogeneizar el haz concentrado antes de que el haz concentrado entre en el difusor.

Este módulo tiene como ventaja permitir la falta de homogeneización del haz concentrado por el concentrador sobre el difusor. En efecto, se ha descubierto que la homogeneidad de la difusión de la luz en el interior del fotorreactor se debía en parte a la falta de homogeneidad de la iluminación del difusor por el haz concentrado. En efecto, un haz concentrado tiene un perfil de densidad de flujo de forma gaussiana. Así, el centro del difusor recibe demasiada luz mientras que su periferia no recibe la suficiente. El centro del difusor puede entonces calentarse de manera excesiva y fundirse.

Otras características opcionales y no limitativas son:

- el módulo comprende además una guía de luz para guiar la luz del concentrador al difusor, estando la guía de luz dispuesta entre el homogeneizador y el difusor fuera de la cámara de reacción;

- el módulo comprende además un filtro cercano al infrarrojo para filtrar la luz del sol, de manera que la luz del sol esté exenta de radiaciones en infrarrojos cercanos;

- el concentrador es un concentrador de lente de Fresnel que comprende una lente de Fresnel que tiene un foco;

- el módulo puede comprender un sensor de espejo compuesto con un foco casi puntual dispuesto entre el concentrador de lente de Fresnel y el homogeneizador, y delante del foco de la lente de Fresnel para redirigir el haz concentrado;

- el concentrador es un concentrador de tipo Cassegrain;

- la guía de luz y el difusor forman un solo y mismo elemento compuesto de fibras ópticas;

poseyendo cada fibra óptica una parte de difusión, formando las partes de difusión de las fibras ópticas el difusor; y poseyendo cada fibra óptica una parte de guiado, formando las partes de guiado de las fibras ópticas reunidas en un cable trenzado la guía de luz.

La invención propone también un panel de captación y de distribución de la luz del sol que comprende por lo menos dos módulos tales como se han descrito anteriormente, que comprende un concentrador de lente de Fresnel.

La invención propone también un fotorreactor, en particular fotobiorreactor que comprende una cámara de reacción, caracterizado por que comprende además un módulo o un panel tales como se han descrito anteriormente.

Una ventaja con tal fotorreactor está relacionada con la utilización del módulo de guiado de luz. Las ventajas del módulo son por lo tanto aportadas a tal fotorreactor. Además, gracias a la posibilidad de agrupar los módulos en panel, el fotorreactor puede tener unas dimensiones diversas y el número de módulos utilizados simplemente se adaptan.

Otras características opcionales y no limitativas de este fotorreactor son:

- las partes de difusión de las fibras ópticas del módulo o del panel están dispuestas tensadas y paralelas entre sí en el interior de la cámara de reacción según un enmallado triangular;

- el fotorreactor comprende además por lo menos tres rejillas dispuestas paralelamente la una encima de la otra, estando cada una formada por un marco y por cables tensados en el interior del marco paralelamente los unos de los otros según una dirección, formando la dirección de los cables de una rejilla con la dirección de los cables de una rejilla por encima un ángulo de ± 60º con el fin de mantener las partes de difusión de las fibras ópticas según una malla triangular; y -el fotorreactor comprende además un reactor de tipo airlift con bucle de recirculación externo y un retorno central para mezclar eficazmente el contenido de la cámara de reacción.

Presentación de los dibujos

Otras características, objetivos y ventajas aparecerán con la lectura de la descripción detallada siguiente, en referencia a los dibujos dados a título... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Módulo (2) de guiado de la luz del sol para un fotorreactor (1) que comprende una cámara (11) de reacción, comprendiendo el módulo (2) : 5

- un concentrador (21) dispuesto fuera de la cámara (11) de reacción para concentrar la luz solar en un haz concentrado;

- un difusor (24) para ser dispuesto en la cámara (11) de reacción para introducir el haz concentrado en el 10 interior de la cámara (11) de reacción y difundir el haz concentrado en el interior de la cámara (11) de reacción;

caracterizado por que el módulo (2) comprende además un homogeneizador (22) dispuesto entre el concentrador (21) y el difusor (24) , fuera de la cámara (11) de reacción, para homogeneizar el haz concentrado antes de que el 15 haz concentrado entre en el difusor (24) .

2. Módulo (2) según la reivindicación 1, que comprende además una guía de luz (23) para guiar la luz del concentrador (21) al difusor (24) , estando la guía de luz (23) dispuesta entre el homogeneizador (22) y el difusor (24) fuera de la cámara (11) de reacción.

3. Módulo (2) según una de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además un filtro (27) cercano al infrarrojo para filtrar la luz del sol de manera que la luz transmitida en la cámara (11) de reacción esté exenta de radiación en el infrarrojo cercano.

4. Módulo (2) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el concentrador (21) es un concentrador de lente de Fresnel que comprende una lente de Fresnel que tiene un foco.

5. Módulo (2) según la reivindicación 4, que comprende además un sensor (29) de espejo compuesto con foco casi puntual dispuesto entre el concentrador de lente de Fresnel y el homogeneizador (22) y delante del foco de la lente 30 de Fresnel para redirigir el haz concentrado.

6. Módulo (2) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el concentrador (21) es un concentrador de tipo Cassegrain.

7. Módulo (2) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la guía de luz (23) y el difusor (24) forman un solo y mismo elemento compuesto de fibras ópticas (25) ;

en el que cada fibra óptica (25) posee una parte difusora (25-24) , formando las partes de difusión (25-24) de las fibras ópticas (25) el difusor (24) ; y en el que cada fibra óptica (25) posee una parte de guiado (25-23) fuera de la cámara (11) de reacción, formando las partes de guiado (25-23) de las fibras ópticas (25) la guía de luz (23) , estando las partes de guiado (25-23) de las fibras ópticas (25) reunidas en un cable trenzado (26) .

8. Panel (3) de guiado de luz que comprende por lo menos dos módulos (2) de guiado de luz según una de las reivindicaciones 1 a 5 o según la reivindicación 7 en combinación con una de las reivindicaciones 4 o 5, estando los módulos (2) montados en paralelo.

9. Fotorreactor (1) que comprende una cámara (11) de reacción, caracterizado por que comprende además un 50 módulo (2) según una de las reivindicaciones 1 a 7, o un panel (3) de guiado de luz según la reivindicación 8, estando el difusor del módulo (2) o los difusores del panel dispuesto (s) en el interior de la cámara (11) de reacción.

10. Fotorreactor que comprende una cámara (11) de reacción, caracterizado por que comprende además un módulo (2) según la reivindicación 7 o un panel (3) de guiado de luz que comprende un módulo (2) según la reivindicación 7

en combinación con una de las reivindicaciones 4 o 5, estando las partes de difusión de las fibras ópticas (25) del módulo (2) o del panel (3) dispuestas tensadas y paralelas entre sí en el interior de la cámara (11) de reacción según un enmallado triangular.

11. Fotorreactor según la reivindicación 10, que comprende además por lo menos tres rejillas (2g) dispuestas 60 paralelamente la una por encima de la otra, estando cada una formada por un marco (2g1) y por cables (2g2) tensados en el interior del marco (2g1) paralelamente los unos a los otros según una dirección, formando la dirección de los cables de una rejilla con la dirección de los cables de una rejilla por encima un ángulo de ± 60º con el fin de mantener las partes de difusión (25-24) de las fibras ópticas (25) según un enmallado triangular.

12. Fotorreactor según una de las reivindicaciones 10 u 11, que comprende además un reactor de tipo airlift (14) con 9

bucle de recirculación externo y un retorno central para mezclar eficazmente el contenido de la cámara (11) de reacción.