JP2011502529A - 光エネルギ依存性の生物学的種を成長させる生物反応器装置、生物反応器システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、生物学的種２の成長のための生物反応器装置１に関するもので、第１の種２ａのための第１生息環境４ａを画定する少なくとも１つの容器装置３と、光Ｌを放出することにより上記第１の種２ａに適合された１つの発光固体照明源６を持つ第１照明装置５ａとを有し、この固体照明源６は該固体照明源６から放出される光エネルギを用いて上記生息環境４を照明し、当該生物反応器装置１は第２の種２ｂに適合された第２生息環境４ｂを有する。本発明は、更に、２つの生物反応器装置１ａ及び１ｂを有し、一方が水中生態域として構成され、もう一方が陸上生態域として構成され、両方が組み合わされて複合人工生態域を形成するような生物反応器システム２０にも関するものである。また、本発明は１つの生物反応器装置１内で光エネルギ依存性生物学的種２を成長させる方法であって、第１生息環境４ａ内の第１の種１を第１照明装置５ａにより照明するステップと、成長された種２ａを前の生息環境４から分離された後続の生息環境４ｂ、４ｃ、４ｄ、…へ接続システム７を介して移送するステップと、上記後続の生息環境４ｂ、４ｃ、４ｄ、…における後続の種２ｂ、２ｃ、…を後続の照明装置５ｂ、５ｃ、…により照明するステップと、上記の移送及び照明するステップを所望の種２が最適状態に成長するまで繰り返すステップとを有するような方法にも関するものである。

Description

本発明は、光依存性の生物学的種（biological species）を成長させる請求項１の前置部に記載の生物反応器（バイオリアクタ）装置、少なくとも２つの生物反応器装置を有する生物反応器システム及び方法に関する。

生物反応器装置及び生物反応器装置を有する生物反応器システムは従来技術においてよく知られている。

例えば、米国特許第7,220,018号には、成長のためにＬＥＤ光システムを用いて海洋生息環境を照明する方法及び装置が開示されている。該光システムは、ＬＥＤ光源、斯様な光源のための電源並びに該ＬＥＤ光源の駆動状態及び輝度を制御するためのコントローラを含んでいる。該装置は、海洋生息環境が収容される単一の閉じた領域を有している。上記照明源は、１つの装置においては1種類の種に対してのみ適合化されている。従って、米国特許第7,220,018号による装置は、2以上の種に対しては、特に完全な食物連鎖に対しては適していない。

かくして、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものである。特に、本発明の一つの目的は、2以上の光依存性種の最適な成長のための、低コストで稼働する効率的な装置、効率的なシステム及び効率的な方法を提供することにある。

上記及び他の目的は、独立請求項に記載された装置、システム及び方法により達成することができる。従属請求項は、本発明の他の有利な例示的組み合わせを示す。

本発明の上記目的は、光エネルギ依存性生物学的種の成長のための生物反応器装置であって、第１の種を収容するための第１生息環境を画定する少なくとも１つの容器装置（basin device）と、光、特に上記第１の種の最適な成長に対して設定されたスペクトルを持つ光を放出することにより該第１の種に適合された少なくとも１つの発光固体照明源を備える第１照明装置とを有し、上記固体照明源は該固体照明源から上記第１の種に対して放出される光エネルギを用いて上記生息環境を照明し、当該生物反応器装置が第２の種に対して適合された少なくとも第２の生息環境を有し、１つの生物反応器システムにおいて少なくとも２つの異なる種類の種を成長させるような生物反応器装置により達成される。

光エネルギ依存性生物学的種は、成長のために光を必要とする全ての生き物である。このような光エネルギ依存性生物学的種の例は、一次生産者（primary producers）、独立栄養生物（autotrophs）、消費者（consumers）、従属栄養生物（heterotrophs）、分解者（decomposers）、腐食性生物（detritivores）、植物プランクトン（phytoplankton）、動物プランクトン（zooplankton）、藻類（algae）、魚類（fish）、ナノプランクトン（nanoplankton）、マイクロ動物プランクトン（micorzooplankton）、マクロ動物プランクトン（macrozooplankton）、メガ動物プランクトン（megazooplankton）、動物プランクトン食性の魚類（zooplanktivorous fish）、魚食性の魚類（piscivorous fish）、マイクロ植物プランクトン（microphytoplankton）、底生草食生物（benthic herbivores）、底生肉食生物（benthic carnivores）、マクロ植物プランクトン（macrophytoplankton）、プランクトン食性の魚類（planktivorous fish）、メガプランクトン（megaplankton）及びプランクトン食性の鯨類（planktivorous whales）等を含む。

本発明における意味での容器装置は、光エネルギ依存性生物学的種を収容するのに適した全ての筐体を含むものとする。好ましくは、該容器装置は、密閉された容器装置、特には少なくとも部分的に水密な容器装置、少なくとも非浸透性容器装置、及び／又は少なくとも気密な容器装置とする。該容器装置は、単一の部分として設計することができるか、又は一緒に結合された少なくとも２つの部分の構成とすることもできる。一つの好ましい実施例において、該容器装置は水密性容器と覆い（top）とを有する。該容器は、水密的に構成することができると共に、底板と壁とを有し、当該容器装置の内部を画定する。上記覆いは、蓋とすることができ、上記容器上に着脱可能に配置することができる。好ましい一実施例において、上記容器装置は水槽である。該容器装置は単一の容器ユニットを有することができる。他の例として、該容器装置は少なくとも２つの、好ましくは数個の容器ユニットを有することができる。該容器ユニット（又は複数の容器ユニット）は、上記容器装置と同様に構成することができる。

上記容器装置の内側は、第１の生息環境を有する。該生息環境は、当該容器装置の全内側に等しくすることができるか、又は該容器装置により囲まれる領域の一部のみとすることができる。

前記照明装置は、少なくとも１つの発光固体照明源を有する。該固体照明源は、ＬＥＤ照明源、ＯＬＥＤ照明源及びＳＳＬレーザ照明源等を含むことができる。当該照明装置は、単一の固体照明源又は幾つかの固体照明源を有することができる。上記幾つかの固体照明源は、全て同一の種類のものとすることができるか、又は個別に、例えば１つがＯＬＥＤ照明源であり、もう１つがＬＥＤ照明源である等のように、構成することができる。

当該照明装置は、上記第１の生息環境に収容された第１の種に適合される。即ち、該照明装置により放出される光は、上記第１の種を成長させるのに最適化されたスペクトルを有する。各最適化は、当該種の光合成活動に対して最適化されたスペクトル、当該種の特別な環境条件、光の強度、光の波長、細菌感染の防止、カビ感染の防止、当該環境に対する加熱効果、当該環境に対する浸透性（例えば、空気、水等）、照明の時間長等を含む。

当該照明装置は、第１生息環境と、該生息環境に対応する種とを照明する。この照明光により、エネルギが当該種及び生息環境に伝達される。この光エネルギは、当該種の最適な成長に適合される。

本発明の生物反応器装置は、少なくとも、第２の種に適合された第２の生息環境を有する。この方法により、２つの異なる種類の種を単一の生物反応器装置において成長させることができる。第２の生息環境は、前記第１の照明装置により照明することができるか、又は第２の照明装置により照明することができる。該第２の照明装置は、前記第１の照明装置と同一とすることができるか、又は異なるように構成することもできる。該第２照明装置は、好ましい一実施例では、上記第２の種の最適な成長に適合される。

好ましい実施例において、上記生物反応器装置は、各々が少なくとも１つの生息環境を持つ少なくとも２つの容器装置を有する。他の例として、当該装置は、少なくとも２つの生息環境が備えられた少なくとも１つの容器装置を有することができる。これら生息環境は、対応する容器装置の内側に挿入された分離壁により、互いに分離することができる。これら生息環境は、互いから隔離することができるか、又は互いに通ずることができる。

本発明の他の実施例において、上記生息環境は、食物連鎖の順次の種に適合されて、順次に配列することができ、該配列は、人工的食物連鎖を形成するために、各々の種が従う食物連鎖の段階に対応する。

従って、本発明の一実施例では、第１の生息環境は、食物連鎖における初段の、一次生産者及び／又は独立栄養生物を含む種を収容するように適合される。勿論、該第１生息環境は、例えば従属栄養生物等の他の種に適合させることもできる。該適合化は、初段の種を収容するために要する全てのパラメータ、例えば光、環境媒体（atmosphere）等の環境パラメータ等を含む。特に、光の環境が該一次種のために調整される。即ち、当該第１生息環境を照明する放出光は、好ましくは２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にある特定のスペクトルを有する。より好ましくは、上記放出光は、赤色光、特には約６６６ｎｍの波長を持つ赤色光とする。好ましくは、当該照明装置は、各々が特には約６６６ｎｍの波長を持つ赤色光を放出するように調整された、数個のＬＥＤ照明源を有する。該ＬＥＤ照明源は、例えば環境媒体として水を含む生息環境内に直接配置することができる。上記一次種は、当該食物連鎖における後続の段の種のための食物として働く。

本発明の他の実施例において、第２生息環境は、消費者及び／又は従属栄養生物を含む、食物連鎖の二次段の種を収容するように適合される。当該適合化は、二次段の種を収容するために要する全てのパラメータ、例えば光、環境媒体等の環境パラメータ等を含む。特に、光の環境は当該二次種のために調整される。即ち、当該第２生息環境を照明する放出光は、好ましくは２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にある特定のスペクトルを有する。より好ましくは、上記放出光は、何らかの他の光と組み合わされた赤色光、特には約６２５〜５２０ｎｍの波長を持つオレンジ色、黄色及び／又は緑色光と組み合わされた赤色光とする。好ましくは、当該照明装置は、各々が特には約６２５〜５２０ｎｍの波長を持つ、赤色スペクトルから緑色スペクトルまでの光を放出するように調整された、数個のＬＥＤ照明源を有する。該ＬＥＤ照明源は、例えば環境媒体として水を含む上記生息環境内に直接配置することができる。上記二次種は、当該食物連鎖における後続の段の種のための食物として働き得る。

本発明の更に他の実施例において、第３生息環境は、従属栄養生物（好ましくは、前記第２段の従属栄養生物とは異なる従属栄養生物）を含む、食物連鎖の第３段の種を収容するように適合される。当該適合化は、第３段の種を収容するために要する全てのパラメータ、例えば光、環境媒体等の環境パラメータ等を含む。特に、光の環境が当該第３の種のために調整される。即ち、当該第３生息環境を照明する放出光は、好ましくは２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にある特定のスペクトルを有する。より好ましくは、上記放出光は、緑色光、特には約５２０〜５６５ｎｍの波長を持つ緑色光とする。好ましくは、当該照明装置は、各々が特には約５４０ｎｍの波長を持つ緑色光を放出するように調整された、数個のＬＥＤ照明源を有する。該ＬＥＤ照明源は、例えば環境媒体として水を含む上記生息環境内に直接配置することができる。この場合も、上記第３の種は、後続の段の種のための食物として働き得る。更に、上記照明装置はパルス駆動されるＵＶのＬＥＤ照明源を有し、これら照明源は第３段の種の真菌病を処置するために設置される。該第３段は、食物連鎖における最後の段とすることもできる。

本発明の更なる実施例では、最後の生息環境は、従属栄養生物等の廃物を収容して該廃物を再利用するよう適合される。該最後の生息環境は、食物連鎖の第４の、第５の、…の生息環境とすることができるか、又は複数の連続した生息環境の配置における最後のものとすることができる。当該適合化は、最後の段の種を収容するために要する全てのパラメータ、例えば光、環境媒体等の環境パラメータ等を含む。特に、光の環境が当該最後の種又は該種に対応する廃物のために調整される。即ち、当該最後の生息環境を照明する放出光は、好ましくは２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にある特定のスペクトルを有する。好ましくは、当該照明装置は、数個のＬＥＤ照明源を有する。該ＬＥＤ照明源は、例えば環境媒体として水を含む上記生息環境内に直接配置することができる。更に、上記照明装置はパルス駆動されるＵＶのＬＥＤ照明源を有することができ、これら照明源は最後の段の種の真菌病を処置するために設置される。

本発明の好ましい一実施例において、前記生息環境は、これら生息環境を接続及び分離するために、閉鎖手段を備える接続システムを介して連結される。これら生息環境は、１つの共通の容器装置内に、分離壁により分離されて配置することができる。上記の分離された生息環境を接続するために、上記接続システムは、異なる生息環境を接続するパイプ及び導管等を有することができる。これらのパイプ及び導管等は、ゲート又はロックを介して閉塞又は閉鎖することができ、かくして、上記生息環境を連通させ又は分離させることができる。上記接続システムは、或る生息環境から他の生息環境へ種及び／又は環境媒体を移送する移送機を有することができる。更に、上記移送を調整するために制御ユニットを設置することができる。

前記各生息環境は、別個の容器装置に、特には離隔された容器装置に配置することができる。この場合、上記接続システムは、これら生息環境の接続のために斯かる容器装置を接続することができる。

異なる生息環境は、分離壁により少なくとも部分的に画定される。上記分離壁は、容器装置内の追加の壁とすることができるか、又は当該容器装置の壁の一部とすることができる。該分離壁は、対応する容器装置の形状に部分的に依存して、板状とすることができるか、又はチューブの形態を有することができる。

本発明の更なる実施例において、前記固体照明源は、少なくとも１つのＬＥＤ、特には１つの無機ＬＥＤ、１つのＯＬＥＤ、１つのレーザダイオード、前記ＬＥＤに接続された１つの光導体、及び／又は斯かる光導体に接続された１つの放射構造体を有する。上記光導体及び／又は放射構造体は、オプション的なもので、付加的に追加することができる。ＬＥＤの使用は、下記のような利点を有する。

第１に、ＬＥＤ／ＯＬＥＤの性能は高く、依然として急速に改善しつつある。第２に、ＬＥＤ／ＯＬＥＤの光出力の波長は種の吸収スペクトルに同調させて、低エネルギ消費で最良の成長速度を達成することができる。第３に、ＬＥＤ／ＯＬＥＤは非常に容易に制御（調光、パルス化、波長、周波数等）することができる。第４に、特定の波長を持つＬＥＤ／ＯＬＥＤを、種のカビ感染を処置するために有害な細菌を除去すると共に環境媒体、例えば水を浄化するために使用することができる。第５に、ＬＥＤ／ＯＬＥＤは容易に冷却することができる一方、発生された熱は再利用することができる。第６に、ＯＬＥＤは、優れたフォームファクタ故に、生物反応器用途に非常に適している。

最適な成長のために照明装置を使用することは、成長を日光及び／又は天候条件から無関係とさせる。特に、光の輝度及びスペクトル条件を必要に応じて制御することができる。光源は、最適な成長を実現するために当該種に所望の限り接近させることができ、かくして、光が例えば水により全く又は殆ど吸収されることがない。完全な白いスペクトルの代わりに小さなスペクトルを使用することにより、当該光のスペクトル組成の制御を容易に実現することができ、１つのタイプの種又は生物のためのみの最適な条件を生成することができる。このことは、他の種からの栄養に関する争いを回避することができる。

複数の容器装置を使用することにより、完全な魚食物連鎖等を形成することができる一方、異なる種をＬＥＤ／ＯＬＥＤにより別個に且つ最適に制御することができる。

上述した固体照明源は、非常に小型であって、容器装置に容易に組み込むことができる。

本発明の好ましい一実施例において、前記ＬＥＤ、特には前記無機ＬＥＤ、前記ＯＬＥＤ、前記レーザダイオード、前記ＬＥＤに接続された前記光導体、及び／又は斯かる光導体に接続された前記放射構造体は、容器装置の又は幾つかの容器装置の前記分離壁（又は複数の分離壁）に、及び前記容器装置の他の壁に組み込まれる。対応する壁は、好ましくは、光を伝導する材料からなるものとする。

本発明の他の実施例において、当該装置は、対応する生息環境に面する前記分離壁（又は複数の分離壁）の表面に配置されて該生息環境及び該生息環境の内容物を照明する放射構造体を有する。このような配置により、上記固体照明源は当該容器装置に非常に容易に組み込むことができる。

本発明の更なる実施例は、前記照明装置を少なくとも制御するコントローラを有し、各固体照明源が、関連する種の最適な成長に対応する特定のスペクトル及び／又は特定の輝度の光を放出するようにする。固体照明源は、斯かる放出光に関して容易に制御することができる。従って、１種類の固体照明源を第１の生息環境及び第２の生息環境のための照明源として使用することができ、その場合において、放出される光は異なるスペクトルを有することができる。該コントローラは、放出されるべき光の１以上のパラメータを制御することができる。

本発明の更に他の実施例では、当該生物反応器装置は、前記照明装置を少なくとも部分的に冷却するための冷却システムを更に有する。効率的な動作のために、前記照明装置を冷却することができる。当該照明装置により発生された熱は、再利用することができる。例えば、生成された熱は当該生息環境を加熱するために使用することができる。

一つの好ましい例は、対応する生息環境の内容物を冷却のために使用するような内部冷却システムとして構成された冷却システムを有する。生息環境の内容物が例えば水である場合、当該照明装置により発生された熱を、該水を加熱するために使用することができる。

本発明の他の好ましい実施例において、上記冷却システムは前記分離壁を含む当該対応する生息環境の内容物の外側へ熱を移送するための導管を有するような外部冷却システムとして構成される。この様にして、熱は、当該生息環境の外側の熱が必要とされる位置へ移送することができる。従って、上記対応する生息環境における熱の正確な調整を実現することができる。

本発明の一実施例において、当該生物反応器装置は、特に養魚場、イガイ又はアサリ養殖場及びロブスタ養殖場等を形成する水中生態域として構成される。各生息環境は水中生態域として構成することができ、その場合において、異なる生息環境は、例えば異なる種に適合された異なる水中生態域を構築することができる。上記水中生態域は海洋生態域又は淡水生態域とすることができる。或る生息環境においては海洋生態域を確立することができる一方、他の生息環境では淡水生態域を確立することができる。

本発明の他の実施例において、当該生物反応器装置は、特には温室を形成する地上生態域として構成される。異なる生息環境は、例えば異なる種のための異なる地上生態域として構成することができる。勿論、異なる生息環境は、異なる生態域として構成することができる。例えば、或る生息環境は水中生態域として構成することができる一方、他の生息環境は地上生態域として構成することができる。

更に他の実施例において、当該生物反応器装置は、疾病、感染及び他の最適な成長を阻害する効果の処置のための、ＵＶ−ＬＥＤ、ＵＶ−ＯＬＥＤ、パルス駆動されるＵＶ−ＬＥＤ及びパルス駆動されるＵＶ−ＯＬＥＤ等の放射装置を有し、上記処置は不所望な種の成長の防止、並びに対応する種のための最適化されたスペクトル組成、パルス周波数及び／又は昼夜サイクル光の提供を含む。このような放射装置の使用により、１つの特定の種の最適な成長を実現することができる。１つの共通の容器における第２の種の成長のためにエネルギが浪費されることがない。当該生息環境は１つの特定の種を成長させるために最適化され、真菌病、細菌又は他の感染等の如何なる成長阻害効果も防止する。

本発明の前記目的は、少なくとも２つの生物反応器装置を有する生物反応器システムであって、１つの装置が水中生態域として構成され、もう１つの装置が地上生態域として構成され、両方の装置が複合人工生態域を形成するように組み合わされた生物反応器システムによっても達成される。各生物反応器装置は、異なる種類の水中及び地上生態域を各々有することができる。

更に、本発明の前記目的は、少なくとも１つの生物反応器装置において光エネルギ依存性生物学的種を成長させる方法であって、第１生息環境における第１の種を第１波長を持つ光を放出する第１照明装置により照明するステップと、成長された該第１の種を当該前の生息環境から分離された後続の生息環境へ接続システムを介して移送するステップと、前記後続する生息環境における後続の種を前の照明装置の光とは異なるスペクトルを持つ光を放出する後続の照明装置により照明するステップと、前記移送及び照明するステップを、所望の種が最適状態に成長するまで繰り返すステップとを有するような方法によっても達成される。

上述した生物反応器装置、並びに請求項に記載の構成要素及び下記実施例において本発明に従い使用されるべき構成要素は、寸法、形状、材料の選択に関して如何なる特別な例外を受けるものではない。というのは、関連する分野で選択基準が既知であるような技術思想は制限無しで適用することができるからである。本発明の目的の更なる詳細、特徴及び利点は、従属請求項及び本発明の好ましいものではあるが限定するものではない実施例を示す解説図の下記の説明に開示されている。

図１は、生物反応器装置の一実施例の概略側面図を示す。 図２は、容器装置の一実施例の概略側面図を示す。 図３は、容器装置の他の実施例の概略側面図を示す。 図４は、生物反応器装置の他の実施例の概略斜視図である。 図５は、生物反応器装置の更に他の実施例の概略斜視図である。 図６は、生物反応器装置の他の実施例の概略斜視図である。 図７は、温室と養魚場との組み合わせによる生物反応器システムの概要を示す。

図１は、異なる種２を成長させるための、３つの容器装置３を有する生物反応器装置１の一実施例の概略側面図を示す。各容器装置３は、異なる種類の種２ａ、２ｂ、２ｃに適合されている。第１の容器装置３ａは第１の種２ａを収容するように適合化され、第２の容器装置３ｂは第２の種２ｂを収容するように適合化され、第３の容器装置３ｃは第３の種２ｃを収容するように適合化されている。

第１の種２ａは、食物連鎖における初段の一次種であり、一次生産者（primary producers）及び／又は独立栄養生物（autotrophs）等を含む。

第２の種２ｂは、食物連鎖における二次段の二次種であり、消費者（consumers）及び／又は従属独立栄養生物（heterotrophs）を含む。

第３の種２ｃは、食物連鎖における第３段の第３の種であり、第２段と同様に、従属独立栄養生物、特には第２段の前記従属栄養生物とは異なる従属栄養生物、を含む。この実施例において、第３段は食物連鎖の最後の段である。

各容器装置３ａ〜３ｃは、対応する種２ａ〜２ｃが配置される生息環境４ａ〜４ｃを画定する。

更に、生物反応器装置１は、少なくとも１つの容器装置３内に少なくとも１つの照明装置５を有している。図１による例では、第１の容器装置３ａは第１照明装置５ａを有し、第２の容器装置３ｂは第２照明装置５ｂを有し、第３の容器装置３ｃは第３照明装置５ｃを有している。照明装置５ａ〜５ｃは異なるように配置され、各照明装置５は対応する容器装置３内に配置された種２に従って適合化されている。異なる照明装置５の差は、使用される照明源の種類、及び／又は斯かる照明源が放出する光の強度（輝度）及び／又はスペクトル、及び／又は何らかの他のパラメータにあるものとすることができる。

各照明装置５は、少なくとも１つの固体照明源６を有する。図１による固体照明源６は、ＬＥＤ照明源、特にはＯＬＥＤ照明源である。図示された照明源６は、異なる照明装置５ａ〜５ｃでは相違する。例えば、照明源６は、数、配置及び放出される光のスペクトル等で相違する。

異なる容器装置３、特に異なる生息環境４は、接続システム７を介して接続される。該接続システムは矢印により概念的に示されており、その場合において、該矢印は、或る生息環境４の種及び／又は他の内容物を他の生息環境４へ移送するためのチューブシステム又は何らかの他の移送システムを表している。容器装置の構成を、以下の図で更に詳細に示す。

図２は、容器装置３の一実施例の概略側面図を示す。該容器装置３は、角型の水槽として形成され、生息環境４を画定するガラス壁又は光伝導性材料からなる壁を有している。図２の例は、図１による食物連鎖の第３段を表し、従って殆どの符号には"ｃ"なるインデックスが使用されている。容器装置３ｃは、本例では魚である第３の種２ｃに適合されている。従って、生息環境４ｃは上記魚にとり適した環境として水を収容している。照明装置５ｃは幾つかのＬＥＤ照明源６ｃを有し、これら照明源６ｃは互いに部分的に相違している。可能性のある相違は、放出されるスペクトル、異なる形状及び異なる輝度等を含む。照明装置５ｃは、容器装置３ｃの生息環境４ｃを画定する該容器装置３ｃの分離壁８に配置されている。この場合、生息環境４ｃは上記容器装置３ｃの全内部を含み、分離壁８は該容器装置３ｃの外壁に一致する。

図３は容器装置３の他の実施例の概略側面図を示し、該図３の容器装置は図１による第３の容器装置３ｃを表している。単体の各固体照明源６が、照明の主方向も示す小さな複数の矢印により表されている。該容器装置３ｃは第３段の種２ｃに適合されている。特に、照明装置５は上記種２ｃに適合化されている。即ち、該種２ｃにより最適な成長のために完全に吸収される光Ｌが放出される。該照明装置５は、少なくとも１つのＬＥＤ９を有する。該ＬＥＤ９は、１つの分離壁８に隣接して配置されると共に、光導体１０に沿って光を放出し、該光導体は、図示の例では、１つの分離壁に統合されている。上記光Ｌを対応する生息環境４に放出するために、照明装置５は上記光導体に接続された放射構造体１１を有している。該放射構造体は、光Ｌを当該生息環境へと案内する如何なる構造とすることもできる。上記光Ｌの発生は、コントローラ１２（図６に示す）により制御することができる。前記ＬＥＤにより発生される熱を利用するために、照明装置５は冷却システム１３を有し、該冷却システムは内部冷却システム又は外部冷却システムとすることができる。図３における冷却システムは、前記分離壁に組み込まれると共に、上記の発生された熱をチューブシステムを介して移送する導管を有している。適切な熱エネルギ伝送媒体は、当該生息環境４からの水であり得る。

図４は、生物反応器装置１の他の実施例の概略斜視図を示す。該生物反応器装置１は容器装置３を有する。該容器装置３は如何なる形状又は形態を有することもできる。図４においては、容器装置３は一種の管状形態を有し、管状の分離壁８により相互に分離された、第１方向において環状断面を有する２つの生息環境４ａ、４ｂを備えている。言い換えると、第１の（円柱状）生息環境４ａは上記管状分離壁８の内側により画定され、該管状分離壁は離てられた円筒状の壁により囲まれて、第２の（管状）生息環境４ｂが形成される。上記分離壁８には、２つの生息環境４ａ、４ｂにより挟まれて照明装置５が組み込まれている。該照明装置５は、生息環境４ａを、又は生息環境４ｂを、又はこれら両方を同時に照明することができる。生息環境４ａ、４ｂは接続システム（図４には図示せず）により接続することができ、かくして、両生息環境の内容物の連絡を実現することができ、その場合において、例えば生息環境４ａの内容物が生息環境４ｂに流れるようにする。

図５は、生物反応器装置１の更に他の実施例の概略斜視図を示す。該生物反応器装置１は、４つの生息環境４ａ〜４ｄを画定する容器装置３を有している。容器装置３は、互いに隣接して配置された２つの板状部分５０、５１から構築されている。これら板状部分のうちの少なくとも一方５０は、生息環境４のための空洞を画定する溝及び凸部を有し、これら生息環境４は第２の部分５１により覆われる。上記部分５０、５１の長手方向に延びる上記溝は、接続システム７（図示略）により接続することができ、かくして、異なる生息環境４の間の連絡を実現することができる。照明装置５は、当該容器装置３を画定する上記２つの部分のうちの少なくとも一方に組み込まれる。

図６は、生物反応器装置１の他の実施例の概略斜視図を示す。該生物反応器装置１は１つの容器装置３を有する。該容器装置３は、角型の水槽として形成され、該水槽の内部に４つの分離壁８を有している。生息環境４は、上記分離壁８及び当該容器装置３の外壁により相互に分離されている。本例において、各分離壁８は、組み込まれた照明装置５を有している。該照明装置５は、光Ｌを少なくとも２つの方向に、即ち、２つの異なる生息環境４に放出することができる。対応する種に従って光Ｌの放出を適合化させるために、照明装置５はコントローラ１２により制御される。該コントローラ１２は、スペクトル、波長、輝度、照明時間及び照明頻度等を制御する。

図７は、温室及び養魚場の組み合わせの概念的生物反応器システム２０を示す。上記温室は第１生物反応器装置１ａを表し、上記養魚場は第２生物反応器装置１ｂを表す。斯かる２つの生物反応器システム１ａ及び１ｂの、照明装置５、熱Ｈ、栄養Ｎ及び光Ｌに関する相互依存性が示されている。

第１の種２ａを含む第１生物反応器１ａは、照明装置５により放出される光Ｌ及び熱Ｈを受ける。第１の種２ａは、植物等であり得る。第１生物反応器装置１ａは熱Ｈを第２生物反応器装置２ｂに伝達する。該第２生物反応器装置２ｂも、照明装置５から熱Ｈ及び光Ｌを受ける。

照明装置５は、上記２つの種２ａ、２ｂの成長を最適化するように適合化される。第１の種２ａは、種２ｂに対する食物として働く。種２ｂは、種２ａに対する補給とすることができる。従って、複合生態域を実現することができる。好ましくは、上記第１生物反応器装置１ａは地上生態域であり、第２生物反応器装置１ｂは水中生態域であるとする。

当該生物反応器装置１は、下記の構成要素を有することができる。即ち、魚食物連鎖における少なくとも１つの種を成長させるための少なくとも１つの水容器、魚食物連鎖における少なくとも１つの種、並びに少なくとも１つの有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及び／又は無機発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

更に、下記のフィーチャを追加することができる。即ち、前記ＯＬＥＤ／ＬＥＤのための少なくとも１つの冷却システム、日光を使用する少なくとも１つの容器、ＨＰＳランプ等の他の光源（この場合、不足する波長の光を生成するためにＬＥＤ又はＯＬＥＤを使用することができる）、日光の変化とは無関係に一定な光出力を保証するためのコントローラ及び／又はＯＬＥＤ／ＬＥＤのための制御システムであり、該制御システムは光（輝度、オン／オフ、パルス化、昼夜サイクル、スペクトル等）、水温、水添加物（栄養、薬液、ミネラル等）の濃度、水中のＣＯ_２濃度、水の移動／循環を制御することができる。

生物反応器システム２０は、例えば下記の構成要素を有する。即ち、温室、該温室内の植物を含む植物用飼育床、該温室内で藻及び／又は魚を成長させるための藻及び／又は魚容器装置３、好ましくはＨＰＳを有する第１照明装置５、並びに最適な植物の生長のために該温室内に配置され及び／又は最適な魚／藻の成長のために容器装置３の水中に配置されたＬＥＤ／ＯＬＥＤを有する第２照明装置である。

上記魚容器装置３は、養魚場であり得るか又は別の生物反応器であり得る。

上記魚／藻は、当該温室内の光及び上記照明装置５により発生される熱を再利用する。他の例として、上記魚／藻は、薬品用のバイオ油、色素及びタンパク質、並びに化粧品産業におけるタンパク質等の他の目的のために使用することもできる。この組み合わされたシステムは、下記の利点を提供する。即ち、上記魚は上記藻／植物のための水を栄養（Ｎ、Ｐ、Ｃ、…）により富栄養化する。該水は使用され、廃棄されない。エネルギは理想的に使用される。魚及び植物の両方の源を追跡するのが容易となり、安全性を増加させる。空間が最適に利用される。水が二重に使用される。

１ 生物反応器装置
２ 種
２ａ 第１の種
２ｂ 第２の種
２ｃ 第３の種
３ 容器装置
３ａ 第１の容器装置
３ｂ 第２の容器装置
３ｃ 第３の容器装置
４ 生息環境
４ａ 第１生息環境
４ｂ 第２生息環境
４ｃ 第３生息環境
４ｄ 第４生息環境
４ｅ 第５生息環境
５ 照明装置
５ａ 第１照明装置
５ｂ 第２照明装置
５ｃ 第３照明装置
６ 固体照明源（又は複数の固体照明源）
７ 接続システム
８ 分離壁（又は複数の分離壁）
９ ＬＥＤ
１０ 光導体
１１ 放射構造体
１２ コントローラ
１３ 冷却システム
２０ 生物反応器システム
５０ （第１の板状）部分
５１ （第２の板状）部分
Ｌ 光
Ｈ 熱
Ｎ 栄養

Claims (22)

1. 光エネルギ依存性の生物学的種を成長させる生物反応器装置であって、
   第１の種を収容するための第１生息環境を画定する少なくとも１つの容器装置と、
   光を放出することにより前記第１の種に適合された、少なくとも１つの発光固体照明源を備える第１照明装置と、
   を有し、前記固体照明源が前記生息環境を前記固体照明源から前記第１の種に放出される光エネルギを用いて照明する生物反応器装置において、
   第２の種に適合された第２生息環境を少なくとも有し、１つの生物反応器システムにおいて少なくとも２つの異なる種類の種を成長させることを特徴とする生物反応器装置。
2. 各々が少なくとも１つの生息環境を有する少なくとも２つの容器装置を有することを特徴とする請求項１に記載の生物反応器装置。
3. 少なくとも２つの生息環境が設けられた少なくとも１つの容器装置を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生物反応器装置。
4. 前記生息環境が食物連鎖における順次の種に適合されて連続的に配列され、人工的食物連鎖を形成するために、前記配列が、前記種が各々従う食物連鎖の段階に対応することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の生物反応器装置。
5. 第１生息環境が、食物連鎖における初めの段の、一次生産者及び／又は独立栄養生物を含む種を収容するよう適合化されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の生物反応器装置。
6. 第２生息環境が、食物連鎖における二次段の、消費者及び／又は従属栄養生物を含む種を収容するよう適合化されていることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の生物反応器装置。
7. 第３生息環境が、食物連鎖における第３段の、従属栄養生物を含む種を収容するよう適合化されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の生物反応器装置。
8. 最後の生息環境が、従属栄養生物の廃物を収容し、該廃物を再利用するように適合化されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の生物反応器装置。
9. 前記生息環境が、これら生息環境を接続及び分離するための閉鎖手段を持つ接続システムを介して連結されることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の生物反応器装置。
10. 前記生息環境が分離壁により少なくとも部分的に画定されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れか一項に記載の生物反応器装置。
11. 前記固体照明源が、少なくとも１つの、特には１つの無機ＬＥＤであるＬＥＤ、１つのＯＬＥＤ、１つのレーザダイオード、前記ＬＥＤに接続された１つの光導体、及び／又は前記光導体に接続された１つの放射構造体を有していることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の生物反応器装置。
12. 特には前記無機ＬＥＤである前記ＬＥＤ、前記ＯＬＥＤ、前記レーザダイオード、前記ＬＥＤに接続された前記光導体、及び／又は前記光導体に接続された前記放射構造体が、前記分離壁に組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか一項に記載の生物反応器装置。
13. 前記照射構造体が、対応する生息環境に面する前記分離壁の表面に、該生息環境及び該生息環境の内容物を照明するために配置されていることを特徴とする請求項１ないし１２の何れか一項に記載の生物反応器装置。
14. 前記照明装置を、関連する種の最適な成長に対応する特定のスペクトル及び／又は特定の輝度の光を各固体照明源が放出するように少なくとも制御するコントローラを更に有していることを特徴とする請求項１ないし１３の何れか一項に記載の生物反応器装置。
15. 前記照明装置を少なくとも部分的に冷却する冷却システムを更に有していることを特徴とする請求項１ないし１４の何れか一項に記載の生物反応器装置。
16. 前記冷却システムが、対応する生息環境の内容物を冷却のために使用する内部冷却システムとして構成されることを特徴とする請求項１ないし１５の何れか一項に記載の生物反応器装置。
17. 前記冷却システムが、前記分離壁を含む対応する生息環境の内容物の外側に熱を移送する導管を有する外部冷却システムとして構成されることを特徴とする請求項１ないし１６の何れか一項に記載の生物反応器装置。
18. 当該生物反応器装置が、特には養魚場、イガイ若しくはアサリ養殖場又はロブスタ養殖場を形成する水中生態域として構成されることを特徴とする請求項１ないし１７の何れか一項に記載の生物反応器装置。
19. 当該生物反応器装置が、特には温室を形成する地上生態域として構成されることを特徴とする請求項１ないし１８の何れか一項に記載の生物反応器装置。
20. 望ましくない種の成長の妨害を含む疾病、感染及び他の最適成長阻害効果の処置を行うと共に、対応する種に対して最適化されたスペクトル組成、パルス周波数及び／又は昼夜サイクル光を供給するＵＶ-ＬＥＤ、ＵＶ-ＯＬＥＤ、パルス駆動されるＵＶ-ＬＥＤ又はパルス駆動されるＵＶ-ＯＬＥＤの放射装置を有する請求項１ないし１９の何れか一項に記載の生物反応器装置。
21. １つが水中生態域として適合化され、もう１つが地上生態域として適合化され、両方が複合人工生態域を形成するように組み合わされた少なくとも２つの生物反応器装置を有する生物反応器システム。
22. 少なくとも１つの生物反応器装置において光エネルギ依存性の生物学的種を成長させる方法であって、
    第１生息環境における第１の種を、第１スペクトルを持つ光を放出する第１照明装置により照明するステップと、
    成長された前記第１の種を、前の生息環境から分離された後続の生息環境へ接続システムを介して移送するステップと、
    前記後続の生息環境における後続の種を、前の照明装置の光とは異なるスペクトルを持つ光を放出する後続の照明装置により照明するステップと、
    所望の種が最適状態に成長するまで、前記移送するステップ及び照明するステップを繰り返すステップと、
    を有する方法。

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