JP2011254724A - 光合成微細藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光合成微細藻類の沈降や堆積を確実に防止できる光合成微細藻類培養装置を提供する。
【解決手段】光合成微細藻類と培養液の混合液Ｃを収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽１において、培養槽１の底部から上方の一定位置に離間して位置した状態で、混合液Ｃを吸引し、培養槽１の底部に向かって排出し当該底部の光合成微細藻類を撹拌する撹拌装置２により、液位にかかわらず、培養槽１の底部に十分な撹拌力を与える。また、撹拌装置２を混合液Ｃ中で移動させる移動手段により、撹拌装置２を移動させ、培養槽１の全域を満遍なく撹拌する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合成微細藻類を培養するための装置に関する。

近年、地球温暖化の元凶である二酸化炭素を光合成反応により吸収して固定化する微細生物として光合成微細藻類が注目されている。光合成微細藻類は、培養液を収容する培養槽又は培養池を具備する装置で培養され、光合成反応が促進される。このような培養装置では、光合成微細藻類と培養液の混合液を撹拌することで、培養された光合成微細藻類の沈降や堆積に伴う腐敗を防止し生産性を高めることが求められる。そして、培養液の撹拌を効果的に行うことができる装置として、混合液を撹拌しながら航行する撹拌浮揚体を具備するものが知られている。この撹拌浮揚体は、液面に浮揚するボート型の浮揚体の下部に、撹拌用と推進用を兼ねるプロペラを有する（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−３０９８号公報

しかしながら、上記装置にあっては、培養槽又は培養池の底部を十分に撹拌できず、光合成微細藻類の沈降や堆積を防止できない場合があった。例えば、雨天の影響で培養槽又は培養池の液位が高くなると、プロペラと培養槽又は培養池の底部との距離が長くなり、培養槽又は培養池の底部までプロペラによる撹拌力が及ばない場合があった。一方、晴天により培養液が蒸発し、培養槽又は培養池の液位が低くなると、プロペラと培養槽又は培養液の底部とが接触してしまい、航行不能となる場合があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、安定且つ十分な撹拌により、光合成微細藻類の沈降や堆積を確実に防止できる光合成微細藻類培養装置の提供を目的とする。

本発明による光合成微細藻類培養装置は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置において、光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池と、培養槽又は培養池の混合液中で、培養槽又は培養池の底部から上方の一定位置に離間して位置した状態で、混合液を吸引し、底部に向かって排出し当該底部の光合成微細藻類を撹拌する撹拌装置と、撹拌装置を混合液中で移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする。

このような光合成微細藻類培養装置によれば、撹拌装置が、培養槽又は培養池の底部から上方の一定位置に離間して位置した状態に保たれるため、液位にかかわらず、底部を安定且つ十分に撹拌することができる。また、移動手段により撹拌装置が移動されるため、底部全体を満遍なく撹拌することができる。これにより、光合成微細藻類の沈降や堆積を確実に防止することができる。

ここで、移動手段が、混合液の流れを発生させる水流発生手段で構成されていると、水流発生手段で混合液の全体に流れを発生させることができるため、複数の撹拌装置を移動させることができ、撹拌装置の個々を能動的に駆動するのに比べ構成を単純化することができる。

また、撹拌装置が、混合液を吸引し、底部に向かって排出することにより、底部の光合成微細藻類を撹拌すると共に、当該撹拌装置を底部から上方の一定位置に離間して位置するように浮揚させる撹拌・浮揚手段を有する構成とされていると、一つの手段で撹拌作用と浮揚作用を兼ねることができ、構成を単純化することができる。また、撹拌装置を浮揚させているため、撹拌装置をスムーズに移動させることができる。

また、回転可能に構成されて底部に接地すると共に、下方から撹拌装置を支持し、当該撹拌装置を底部から上方の一定位置に離間して位置させる回転体を備えた構成とされていると、回転体により撹拌装置を底部から上方の一定位置に離間して位置させることができる。また、回転体の回転により、撹拌装置をスムーズに移動させることができる。回転体によるこれらの作用は、撹拌装置の重量に係わらず得られるため、撹拌装置を大型化でき、撹拌装置の台数を減らすことができる。

このように、本発明によれば、安定且つ十分な撹拌により、光合成微細藻類の沈降や堆積を確実に防止できる光合成微細藻類培養装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置の概略構成を説明する平面図である。 図１中の撹拌装置の縦断面図である。 図１のIII-III矢視図である。 図１に示す光合成微細藻類培養装置の一部に、光合成微細藻類の堆積が形成された状態を示す平面図である。 図４のV-V矢視図である。 本発明の第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が具備する撹拌装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が具備する撹拌装置の縦断面図である。

以下、本発明による光合成微細藻類培養装置の好適な実施形態について図１〜図７を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

先ず、本発明による光合成微細藻類培養装置の第１実施形態を説明する。図１は第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置を示す平面図、図２は図１中の撹拌装置の縦断面図（図１のII-II矢視図）、図３は図１のIII-III矢視図である。

図１に示すように、光合成微細藻類培養装置１００は、光合成微細藻類と培養液の混合液（濁液）Ｃを収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池（以降、一括して培養槽と呼ぶ）１と、混合液Ｃ中で、培養槽１底部の光合成微細藻類を撹拌する複数の撹拌装置２と、培養槽１全体の混合液Ｃの流れを形成するための水流発生手段３とを備えている。

培養槽１に収容され培養液と混合される光合成微細藻類としては、ボツリオコッカス（Botryococcus）属のボツリオコッカス・ブラウニー（Botryococcus braunii）、セネデスムス（Scenedesmus）属のセネデスムス・ディモファス（Scenedesmus dimorphus）や、クロレラ（Chlorella）属のクロレラ・ブルガリス（Chlorella vulgaris）等が用いられる。

培養槽１は屋外に設置され、太陽からの太陽光が照射される。培養槽１が室内に設けられている場合には、室内又は槽内に設けた光源により光が照射される。この培養槽１は、レースウェイタイプのオープンポンドであり、長円形状の循環水路を成している。なお、培養槽１は、レースウェイタイプのオープンポンドに限られず、培養槽１中に収容された混合液Ｃに流れを形成させられるものであれば、円形槽や角形槽等どのようなものであっても良い。

培養槽１の循環水路の底部には、１個又は複数個（本実施形態では１個）の非接触型充電器４が設置されている。この非接触型充電器４は、電磁誘導等の既知の手段を利用して、充電対象に非接触で充電を行う充電器であり、後述するように撹拌装置２に内蔵された充電池を充電する。

撹拌装置２は、図２に示すように、本体５と、プロペラ６と、モータ７とを備えている。本体５は、円板形状をしており、その中央に、その軸心に沿って上下に貫通する液体流路８が形成されている。プロペラ６とモータ７は、液体流路８内に取り付けられている。具体的には、モータ７は液体流路８の上端側に取り付けられ、プロペラ６は、下方に延びるモータ７の出力軸に取り付けられ、モータ７の駆動によりプロペラ６が回転されると、液体流路８の上端側の開口８ａから液体が吸引され、下端側の開口８ｂからその液体が排出されるようになっている。また、本体５には、モータ７を駆動するための充電池（不図示）が内蔵されており、当該充電池は、培養槽１底部の非接触型充電器４に接近する度に充電される。なお、本体５の形状は円板形状に限られず、四角板形状、三角板形状等、様々な形状を選択し得る。

このように構成された撹拌装置２は、図示のように開口８ｂが培養槽１の底部に向かうようにして、培養槽１中の混合液Ｃ中に配置され、プロペラ６が一定速度で回転される。このプロペラ６の回転により、混合液Ｃが、開口８ａから吸引され、開口８ｂから培養槽１底部に向かって排出される。そして、撹拌装置２は、混合液Ｃの排出の反作用で生じる浮揚力で浮揚し、当該浮揚力と重力とが釣り合う位置に留まり、培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置する。このように、撹拌装置２は、培養槽１底部の光合成微細藻類を撹拌すると共に、当該撹拌装置２を培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置するように浮揚させる撹拌・浮揚手段を備えている。

図１に示すように、水流発生手段３は、培養槽１を構成する循環水路の途中に設けられた水車を有している。この水流発生手段３は、水車を回転させ、混合液Ｃを一方から他方に送り出すことで、培養槽１中の混合液Ｃの流れＦを形成し、この流れＦに乗せて撹拌装置２を移動させる。このように、水流発生手段３は、撹拌装置２を混合液中で移動させる移動手段を構成する。なお、ここでは水流発生手段３として水車を例示したが、水車に代えて水中ポンプ等を用いても良い。

ここで、水流発生手段３の循環水路を横切る長さは、培養槽１の循環水路の幅よりも短く、水流発生手段３と培養槽１の側壁との間に、撹拌装置２の通過可能な隙間９が形成されている。そして、水流発生手段３の上流側には、撹拌装置２の水流発生手段３に対する接触を防止すると共に、撹拌装置２を隙間９に導くためのフェンス１０が設けられている。フェンス１０は、上流側から見て水流発生手段３の全長を覆っていて、水流発生手段３の隙間９側の端（循環水路の外周側）から他端（循環水路の内周側）に向かうに従い、水流発生手段３との距離が大きくなるように傾斜している。従って、流れＦに乗り、上流側から水流発生手段３に接近する撹拌装置２は、フェンス１０の傾斜により隙間９に導かれ、隙間９を通って水流発生手段３の下流側に移動可能である。

隙間９には、図３に示すように邪魔部材１１が設けられている。この邪魔部材１１は、隙間９において、流れＦの深さ方向の一部を幅方向に亘って塞き止める部材である。これにより、隙間９内の混合液Ｃの流れが絞られ、水流発生手段３の無い隙間９内の流速が確保され、撹拌装置２の滞留が防止される。なお、隙間９内の混合液Ｃの流速が十分である場合には、邪魔部材１１は不要である。

続いて、このように構成された光合成微細藻類培養装置１００の作用について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、培養槽１の循環水路の一部に、光合成微細藻類の堆積が形成された状態を示す平面図、図５は、図４のV-V矢視図である。

培養槽１内の混合液Ｃには、散気装置等により二酸化炭素が供給されるとともに、屋外にあっては太陽光、室内にあっては室内に設けた光源の光が照射され、これにより混合液Ｃ中の光合成微細藻類が光を吸収し、二酸化炭素を取り込んで光合成を行い増殖する。

図４に示すように、混合液Ｃには、水流発生手段３により流れＦが形成され、光合成微細藻類は、培養槽１内を循環流動する。また、複数の撹拌装置２も、その撹拌・浮揚手段により浮揚しながら流れＦに乗って移動し、フェンス１０に導かれて隙間９を通り、培養槽１内を循環流動する。

撹拌装置２は、循環流動過程で非接触型充電器４の近傍を通過し、撹拌装置２に内蔵された充電池が充電される。このため、流れＦによる循環流動を続ける限りモータ７に電流が供給され続け、プロペラ６が回転し続ける。

ここで、流れＦの強さは、培養槽１内の全域で均等とはならず、流れＦの弱い部分が生じる。従って、光合成微細藻類の増殖が進行すると、このような流れＦの弱い部分に光合成微細藻類の堆積Ｐが形成される。なお、堆積Ｐの形成の要因は、これに限られるものではない。

形成された堆積Ｐは、撹拌装置２によって解消される。即ち、図５に示すように、撹拌装置２がそのプロペラ６の回転により上方から吸引し、培養槽１底部に向かって排出する混合液Ｃにより、培養槽１底部に堆積していた光合成微細藻類が撹拌される。この際、撹拌装置２が、撹拌・浮揚手段により、培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置しているため、液位にかかわらず培養槽１底部に十分な撹拌力が及ぶ。また、浮揚した撹拌装置２が、流れＦに乗ってスムーズに移動するため、培養槽１底部の全域が満遍なく撹拌される。こうして、培養槽１全域の堆積Ｐが解消され、光合成微細藻類の沈降、堆積に伴う腐敗が防止され、高い生産性が確保される。

このように、本実施形態においては、撹拌装置２が、培養槽１の底部から上方の一定位置に離間して位置した状態に保たれ、且つ水流発生手段３の形成する流れＦにより移動されるため、培養槽１の底部全体を満遍なく、安定且つ十分に撹拌することができ、光合成微細藻類の沈降や堆積を確実に防止することができる。

また、撹拌装置２単体で撹拌作用と浮揚作用を兼ね、構成を単純化することができ、さらに撹拌装置２が浮揚しているため、撹拌装置２をスムーズに移動させることができる。

次に、本発明による光合成微細藻類培養装置の第２実施形態を説明する。図６は、第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が具備する撹拌装置の縦断面図である。

第２実施形態の光合成微細藻類培養装置が第１実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、撹拌装置２を、異なる撹拌・浮揚手段を有する撹拌装置１２に代えた点である。

撹拌装置１２は、第１実施形態の撹拌・浮揚手段を構成するプロペラ６、モータ７及び液体流路８に代えて、水中ポンプ１４を備えている。この水中ポンプ１４は、１個又は複数個（本実施形態では２個）とされ、上部の吸入口１４ａから混合液Ｃを吸引し、下部の排出口１４ｂから培養槽１の底部に向かって排出することで、培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置するように浮揚しながら、培養槽１底部の光合成微細藻類を撹拌する。なお、この変更に伴って、プロペラ６、モータ７及び液体流路８を有する本体５は、水中ポンプ１４を有する本体１３に代えられている。また、この本体１３には、水中ポンプ１４を駆動するための充電池（不図示）が内蔵されている。

このように、水中ポンプ１４を用いる構成としても、第１実施形態と同様な効果を得ることができることはいうまでもない。

なお、第１、第２実施形態において、撹拌装置２，１２に推進用のプロペラ等を別途設けることで移動手段を構成し、撹拌装置２，１２を移動させるようにしても良い。

次に、本発明による光合成微細藻類培養装置の第３実施形態を説明する。図７は、第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が具備する撹拌装置の縦断面図である。

第３実施形態の光合成微細藻類培養装置が第１実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、撹拌装置２を、複数の回転体１６が回転自在に取り付けられた撹拌装置１５に代えた点である。

撹拌装置１５は、第１実施形態の撹拌装置２と同様の本体５、プロペラ６、モータ７及び液体流路８を備えている。そして、液体を排出する開口８ｂの形成された本体５の端部に、複数の回転体１６が回転自在に取り付けられている。

このように構成された撹拌装置１５は、複数の回転体１６が培養槽１底部に接地するよう配置され、回転体１６に支持されることで、培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置している。また、回転体１６が回転自在であるため、培養槽１底部に対する回転体１６の回転を伴いながら、培養槽１中を移動することが可能となっている。そして、この撹拌装置１５は、第１実施形態の撹拌装置２と同様に、流れＦに乗って移動する。

このように、回転体１６により支持することで、撹拌装置１５を培養槽１底部から上方の一定位置に離間して位置させる構成としても、第１実施形態と同様な効果を得ることができることはいうまでもなく、加えて、このように構成すると、撹拌装置１５の重量が大きい場合であっても、撹拌装置１５を培養槽１底部から上方の一定位置に容易に離間させることができ、且つ回転体１６の回転により撹拌装置１５をスムーズに移動させることができる。このため、撹拌装置１５を大型化でき、その台数を減らすことができる。

なお、回転体１６をモータ等により駆動することで移動手段を構成し、撹拌装置１５を移動させるようにしても良い。

また、第１〜第３実施形態において、混合液Ｃの吸引方向は上方に限られるものではなく、例えば側方等、どのような方向から吸引しても良い。さらに、混合液Ｃの排出方向は、鉛直下方に限られるものではなく、例えば斜め下方等、培養槽１底部に向かうのであればどのような方向に排出しても良い。

１…培養槽、２，１２，１５…撹拌装置、３…水流発生手段、４…非接触型充電器、５…本体、６…プロペラ、７…モータ、８…液体流路、８ａ…開口、８ｂ…開口、１３…本体、１４…水中ポンプ、１４ａ…吸入口、１４ｂ…排出口、１６…回転体、１００…光合成微細藻類培養装置、Ｃ…混合液、Ｐ…堆積。

Claims (4)

1. 光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置において、
   前記光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養槽又は培養池と、
   前記培養槽又は培養池の前記混合液中で、前記培養槽又は培養池の底部から上方の一定位置に離間して位置した状態で、前記混合液を吸引し、前記底部に向かって排出し当該底部の前記光合成微細藻類を撹拌する撹拌装置と、
   前記撹拌装置を前記混合液中で移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とする光合成微細藻類培養装置。
2. 前記移動手段は、前記混合液の流れを発生させる水流発生手段で構成されていることを特徴とする請求項１記載の光合成微細藻類培養装置。
3. 前記撹拌装置は、前記混合液を吸引し、前記底部に向かって排出することにより、前記底部の前記光合成微細藻類を撹拌すると共に、当該撹拌装置を前記底部から上方の一定位置に離間して位置するように浮揚させる撹拌・浮揚手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光合成微細藻類培養装置。
4. 回転可能に構成されて前記底部に接地すると共に、下方から前記撹拌装置を支持し、当該撹拌装置を前記底部から上方の一定位置に離間して位置させる回転体を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の光合成微細藻類培養装置。

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