JP2012023989A - 循環型の光生物反応器 - Google Patents

Abstract

【課題】循環型の光生物反応器を提供する。
【解決手段】第１培養部は、培養液が供給される培養タンクと、培養タンクの内部に光を照射するように、培養タンクに結合された第１光源とを含むように提供される。第２培養部は、培養タンクの外部に管状に配され、培養タンクから培養液が供給される培養配管と、培養配管の内部に光を照射するように、培養配管に結合された第２光源とを含むように提供される。ポンプ部は、第１培養部及び第２培養部の間で培養液を循環させるように、第１培養部及び第２培養部の間に連結される。
【選択図】図１

Description

本発明は、培養装置に係り、特に、循環型の光生物反応器に関する。

現在、全世界的に耕作されている農作物類は、人類の主な食糧供給源として使われて来たが、農地面積当たりの収穫量が多くなく、太陽エネルギーの利用率が極めて低い。これに比べて、水中で太陽エネルギーと二酸化炭素、少量含有された無機塩類で生育することができる微細光合性藻類は、農作物の生育が不可能な地域でも生育が可能であり、農作物と比較して単位耕作面積当たり２０倍以上のタンパク質を得ることができるだけではなく、多種の有用物質と微生物あるいは動植物細胞から生産が不可能な天然の珍しい物質の生産が可能である。特に、細胞の大きさが大きな藻類は、容易に沈澱されて多様な方法によって抽出及び分離することが可能であり、主なエネルギー源として太陽エネルギーを使うことで、地球上に照射される太陽エネルギーの効率的な利用が可能であり、炭素源として二酸化炭素を使い、副産物として酸素を放出する光合性過程を有しており、大気汚染を低める機能も有している。

これにより、主にクロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）属、ドナリエラ（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ）属、スピルリナ（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ）属、この中でも、スピルリナ属の光合性微細藻類（以下、便宜上、「スピルリナ」と称する）は、他の光合性微細藻類に比べて細胞の大きさが大きく、アルカリ汚染性の環境でも容易に成長することができる藻類であって、食品、医薬、工業用製品などの多様な製品に応用されており、研究が活発に進められている。一方、大韓民国は、四季が明らかで季節による温度変化及び日照量の差が激しい気候的な特性のために、スピルリナの野外培養よりは室内培養と関連した技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、自動調節加熱器及び通気装置が備えられた培養槽、前記培養槽を支持するための装備が備えられた支持枠、前記支持枠の側面に付着された培養水供給用の配管、培養水を循環させるゴム管及び培養水を循環させる水ポンプを含む連鎖培養装置が開示されている。特許文献２には、培養容器を横に配された内部筒と外部筒とからなる二重円筒状に成形すると同時に、少なくとも外部筒を可視光線を透過する透明材料で構成し、ガス注入口を培養容器内の下部に開口させた微細藻類の培養装置が開示されている。特許文献３には、接種物が培養される接種物の培養槽が微細藻類培養のための大量培養槽の内部に一体に設けられた水路式微細藻類の屋外培養槽が開示されている。しかし、これらの培養装置を使ってスピルリナを培養する場合、培養装置の表面に増殖されたスピルリナが過度に固着されて、経時的に培養効率が低下し、雑菌の汚染によって、意図した培養産物を得ることができないという短所があった。

これら問題点を克服するために、培養槽を密封し、流入される空気にフィルターを備えて雑菌の汚染を防止する技術が開発された。例えば、特許文献４には、空気濾過及び紫外線殺菌装置、エアポンプ、濾過装置、案内管、フィルター、ニードル弁及び培養器を含む微細藻類の屋外大量培養装置が開示されており、特許文献５には、上部に蓋を備えて内部にｐＨセンサーと分散器とが設けられた培養水槽、蛍光灯が備えられた培養水槽枠、ｐＨ調節器、エアポンプ及び二酸化炭素培養タンクを含む微細藻類用の高密度培養装置が開示されている。

大韓民国特許登録第２３５１８２号 大韓民国特許登録第６０９７３６号 大韓民国特許登録第６７９９８９号 大韓民国特許公開第２００２−００５７８８２号 大韓民国特許登録第４２０４９２号

しかし、前述した従来の装置を使って雑菌の汚染を防止することはできたが、培養装置の表面に増殖された光合性微細藻類が過度に固着されて、経時的に培養効率が低下するという問題点は相変らず解決されていない実情である。このような問題を解決することができれば、光合性微細藻類の培養効率が著しく増大して、より経済的に光合性微細藻類を生産することが期待されるが、いまだには何らの成果が報告されていない。本発明は、光合性微細藻類の固着を減少させて光合性微細藻類の培養効率を増大させることができる光生物反応器を提供する。

本発明者は、培養装置の表面に増殖された光合性微細藻類が過度に固着される問題点を解決しようと鋭意研究努力した結果、光合性微細藻類を循環式で培養する場合、光合性微細藻類の培養液が光に露出される面積が極大化され、培養液の循環によって培養装置の表面に増殖された光合性微細藻類が過度に固着されないということを確認し、本発明を完成した。

本発明の一形態による光生物反応器が提供される。第１培養部は、培養液が供給される培養タンク、前記培養タンクの内部に光を照射するように、前記培養タンクに結合された第１光源を含むように提供される。第２培養部は、前記培養タンクの外部に管状に配され、前記培養タンクから培養液が供給される培養配管、前記培養配管の内部に光を照射するように、前記培養配管に結合された第２光源を含むように提供される。ポンプ部は、前記第１培養部及び前記第２培養部の間で培養液を循環させるように、前記第１培養部及び前記第２培養部の間に連結される。

本発明の他の形態による光生物反応器が提供される。第１培養部は、培養液が供給される培養タンク、及び前記培養タンクに結合された第１培養液流入口、第１培養液排出口及び第１光源を含む。第２培養部は、前記培養タンクの外部に管状に配され、前記培養タンクから培養液が供給される培養配管、及び前記培養配管に結合された第２培養液流入口、第２培養液排出口及び第２光源を含む。前記第１培養部及び前記第２培養部の間で培養液が循環されるように、前記第１培養液排出口は、前記第２培養液流入口に連結され、前記第１培養液流入口は、前記第２培養液排出口に連結される。

本発明の実施形態による光生物反応器を使えば、培養装置の表面に光合性微細藻類の固着を防止して、光合性微細藻類の培養効率を増大させることができる。これにより、光合性微細藻類の培養効率が向上して、経済性を確保することができる。

本発明の循環型の光生物反応器の一実施形態を示す概要図である。 本発明の循環型の光生物反応器に含まれた培養部の一実施形態を示す断面図である。 本発明の循環型の光生物反応器に含まれた配管部の一実施形態を示す平面図である。 本発明の循環型の光生物反応器の培養配管に備えられた酸素排出器の一実施形態を示す概要図である。 二つのポンプ部に培養物を供給する二つの培養液排出口と二つの培養配管から培養物が流入される二つの培養液流入口とが備えられた培養部の他の実施形態を示す平面図である。

本発明者は、スピルリナを含む光合性微細藻類を培養するに当って、培養装置の表面に光合性微細藻類が過度に固着される原因を把握しようと多様な研究を行った。その結果、光合性微細藻類が過度に固着される原因は、二つに把握されたが、一つは、光合性微細藻類を培養するに当って、明条件と暗条件とを規則的に付与することによって、光合性微細藻類の成長だけではなく、個体数の増殖がともに隋伴されるものであり、他の一つは、光合性微細藻類の培養時に培養液がほとんど流動されないか、または培養液の流動が制限されて培養液の流動程度が少ない部位で光合性微細藻類の固着が始まり、これより固着された領域が拡張されるものである。

本発明者は、このような原因を除去するために、光合性微細藻類の培養時に明条件のみを付与することで、光合性微細藻類の個体数の増殖速度を低下させ、培養液を十分に流動させることができる培養装置を考案しようとしたが、攪拌機が備えられた培養タンク形態の光生物反応器を使う場合、攪拌機の撹拌速度を増加させても、培養液を十分に流動させることができないということを確認した。

これにより、単純に攪拌機を使う方式ではない他の方式で光合性微細藻類を含む培養液を流動させようとしたが、培養液自体を循環させる方式を利用する場合、単純に攪拌機を使う方式よりも培養液を十分に流動させることができるということを確認した。これを具現するために、本発明者は、光生物反応器に光源が付着された培養配管及びポンプを備えた光生物反応器を考案するに至った。前記光生物反応器は、従来の光生物反応器とは異なって、培養配管及びポンプを用いて培養液を一定速度で循環させる方式で培養液を流動させることができ、前記培養配管に結合された光源を利用することによって、前記培養液に容易に明条件を付与すると同時に、光合性微細藻類の培養時に十分な日照量を供給することができた。

以下、本発明の実施形態による光生物反応器の構成を添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による光生物反応器を示す概路図である。図１に示されたように、光生物反応器は、第１培養部１００、ポンプ部２００及び第２培養部３００を含みうる。第１培養部１００、ポンプ部２００及び第２培養部３００は、互いに連通されており、培養液が、第１培養部１００→ポンプ部２００→第２培養部３００→第１培養部１００の順序で循環しながら、光合性微細藻類を培養できるようにする。

第２培養部３００は、第１培養部１００から離隔して配されうる。第１培養部１００は、図１に示したように、円筒形で提供されることがあるが、この実施形態が、これに制限されるものではない。例えば、第１培養部１００の形状は、多角筒状に多様に変形されうる。第２培養部３００は、管状に提供され、例えば、多様な形状に成形された配管を含みうる。

ポンプ部２００は、培養液が第１培養部１００及び第２培養部３００の間で循環するように構成することができる。例えば、ポンプ部２００は、第１培養部１００と第２培養部３００との間に存在し、第１培養部１００の第１培養液排出口１３２と連通される第３培養液流入口２１０、ポンプ２２０及び第２培養部３００の第２培養液流入口３１０と連通する第３培養液排出口２３０を備えることができる。これにより、第１培養部１００から流入された培養液が第２培養部３００に伝達され、結果的に、培養液が、第１培養部１００→ポンプ部２００→第２培養部３００→第１培養部１００の順序で循環する。この際、前記ポンプ部２００は、流速調節器（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を追加的に備えることが望ましいが、前記流速調節器は、ポンプ部２００のポンプ２２０に内蔵されることができ、ポンプに電気的に連結されていれば、培養タンク１０１または培養配管３３０に付着されうる。流速調節は、効率的な光合性微細藻類の培養に非常に重要な要素である。流速があまりにも遅い場合には、多細胞性の螺旋形の微細藻類であるスピルリナのような藻類が培養配管３３０の内壁に付着されることができ、流速運動性（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）条件が合わなくて、脱気、ガス交換及び光の照射などが円滑でなくて、光合性微細藻類の生産性が落ちる短所があり、反対に流速があまりにも早い場合には、微細藻類内部の有用物質の損失が発生するためである。したがって、流速は、１〜５０ｃｍ／ｓに調節されることが望ましく、さらに望ましくは、１０〜４０ｃｍ／ｓ、最も望ましくは、２０〜３０ｃｍ／ｓに調節されるが、これに制限されるものではない。

図２は、本発明の光生物反応器に含まれた第１培養部１００の一実施形態を示す断面図である。図２に示されたように、第１培養部１００には、円筒形培養タンク１０１、接種注入口１１０、ガス注入口１１１、センサー装着ポート１２０、第１培養液流入口１３１、第１培養液排出口１３２及び最終排出口１３３、圧力調節弁１１２及び培養液供給器１３４、第１光源１４０及び攪拌機１５０、及び温度調節器１６０が結合されうる。

例えば、接種注入口１１０は、培養タンク１０１の上部に結合され、ガス注入口１１１及びセンサー装着ポート１２０は、培養タンク１０１の下部に結合され、圧力調節弁１１２及び培地注入口１３４は、培養タンク１０１の上部に結合されうる。しかし、このような配置は、例示的に提供され、培養タンク１０１の形状などの変形によって多様に変形されうる。

接種注入口１１０は、接種液（ｉｎｏｃｕｌｕｍ）を培養タンク１０１に注入するように提供され、ガス注入口１１１は、多様なガス、例えば、窒素と二酸化炭素との混合ガスを培養タンク１０１内に注入するように提供されることがある。これにより、培養タンク１０１の内部圧力を外部より高い陽圧に維持させることによって、光合性微細藻類の培養中に外部から由来された雑菌の流入を防止することができる。この際、陽圧の範囲は、特にこれに制限されるものではないが、通常的な微細藻類の培養時に使われる０．１〜１．０ｋｇ／ｃｍ^２ｆであることが望ましい。

前記センサー装着ポート１２０には、培養中である培養物の培養状態を確認するために、多様なセンサー装置、例えば、ｐＨセンサー、二酸化炭素濃度センサー、溶存酸素濃度センサー及び温度センサーが装着されうる。

一方、前記第１培養液流入口１３１を通じて前記第２培養部３００から移動した培養液が第１培養部１００に流入され、第１培養液排出口１３２を通じて第１培養部１００からポンプ部２００に培養液が流出され、培養が終了した後、培養物は、最終排出口１３３を通じて第１培養部１００の外部に放出される。

また、圧力調節弁１１２は、光合性微細藻類の培養時に発生する酸素の圧力によって開閉される一方向（ｏｎｅ−ｗａｙ）弁であって、前記培養部の内部圧力が外部圧力に比べて陽圧に維持される場合には、弁が開放されてガスを外部に排出するが、内部圧力が低下する場合には、弁が閉鎖されてガスの排出が停止されるように構成することができる。

前記培地注入口１３４は、末端が球型である棒状の管（ｔｕｂｅ）であって、球型の末端の表面には、多数の細孔が存在するスプレーボール状に提供されることがある。これを通じて新鮮な培地を微細な水流で第１培養部１００に分散供給し、ことによって、培地注入口１３４は、培養部の内部で発生した泡を除去する役割を果たすこともでき、培養が完全に終了して培養物を排出した後、第１培養部１００、ポンプ部２００及び第２培養部３００の内部を洗浄するための洗浄剤を供給する用途としても使われる。

前記第１光源１４０は、光合性微細藻類の培養時に光合性を行うことができる光を発光する装置であって、自然光と似ている三波長または五波長の光を発散するが、この際、光源の照度及び明暗周期は、培養条件によって自動変動させることが望ましい。例えば、第１光源１４０は、培養タンク１０１の内部に配置される。他の例として、培養タンク１０１が光を透過させる材質で構成されているか、培養タンク１０１の一部分に光を透過することができる採光窓が備えられた場合には、第１光源１４０は、培養タンク１０１の外面に配置されることもある。

前記攪拌機１５０は、培養タンク１０１の内部下端に備えられ、光合性微細藻類の初度培養時に培養液を混合する役割を果たし、本培養時にも、培養部に残留する培養物と培養液流入口から流入された培養物とを混合する役割を行う。前記温度調節器１６０は、第１培養部１００の外部に付着されて、その温度を調節する役割を行える。温度調節器１６０は、特にこれに制限されるものではないが、適正温度の水をジャケット（ｊａｃｋｅｔ）で循環させることで、所望の培養温度を調節することができるウォータージャケット（ｗａｔｅｒ ｊａｃｋｅｔ）である。同時に、前記第１培養部１００には、その内部を確認することができる視窓がさらに備えられることもある。

図３は、本発明の管状の光生物反応器に含まれた第２培養部３００の一実施形態を示す平面図である。図３に示されたように、前記第２培養部３００には、ポンプ部（図１の２００）の第３培養液排出口２３０と連通される第２培養液流入口３１０、培養配管３３０及び前記培養部の第１培養液流入口１３１と連通される第２培養液排出口３４０が備えられている。

第２光源３２０は、第２培養部３００の一部または全体に付着されて備えられうる。例えば、第２光源３２０は、培養配管３３０の長手方向に沿って伸張するように培養配管３３０の外面に結合されうる。前記第２培養部３００の培養配管３３０は、内部に光合性微細藻類を含む培養液を循環させながら、第２光源３２０から光が供給されて、前記光合性微細藻類が光合性を行うことができる環境を提供する役割ができる。これにより、培養配管３３０は、第２光源３２０から発散された光が透過することができる材質で構成され、例えば、培養配管３３０の全体が光を透過することができる材質で構成されることもでき、光源が備えられた部分のみ光が透過することができる材質で構成することもできる。選択的に、第２光源３２０は、培養配管内に配置されるが、この場合、前記第２光源３２０は、培養配管の内壁に設けられることが望ましく、ＬＥＤ素子で構成されることが望ましい。この場合、培養配管は、不透明材質で構成することができる。また、培養時の便宜をはかるために、前記培養配管３３０の一側端に、センサー装置、例えば、ｐＨセンサー、二酸化炭素濃度センサー、溶存酸素濃度センサー、温度センサーなどをさらに備えることもできる。同時に、前記培養配管３３０は、培養液が光に露出される面積を極大化するように、細長形管状に構成されることが望ましいが、このように、細長形管状に構成される場合、培養配管３３０の効率的な配置のために、多重で折れた形態で構成することが望ましい。この場合、第２光源３２０は、培養配管３３０の折れた構造の間に多重で提供されることがある。前記培養配管の内部直径は、３〜３０ｃｍであることが望ましく、さらに望ましくは、５〜２５ｃｍであり、最も望ましくは、１０〜２０ｃｍである。前記培養配管の内部直径は、効率的な光合性微細藻類の培養のための重要な要素であって、内部直径があまりにも大きい場合には、光の照射が不十分で生産性が落ちてしまい、内部直径があまりにも小さい場合には、適切な流速（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）の調節と規模拡大（ｓｃａｌｅ−ｕｐ）が困難な短所がある。

本発明の一実施形態によれば、本発明の第２培養部３００の培養配管３３０は、一つのフレーム（ｆｒａｍｅ）上に直線部と屈曲部とを含む平行に多重で折れた形態で構成され、このように、折れた形態が多段に重畳されるように構成することもできる。また、前記フレームは、前記第２光源３２０と培養配管３３０とを固定するための枠であって、前記第２光源３２０に電力を供給するための電源供給装置をさらに含むこともできる。同時に、前記培養配管３３０に備えられた第２光源３２０は、光合性微細藻類の培養時に光合性を行うことができる光を発散する役割を行い、前記第２光源３２０から発散される光の波長は、特にこれに制限されるものではないが、自然光と似ている三波長または五波長が望ましく、光源の照度及び明暗周期は、培養条件によって自動変動させることが望ましい。

一方、培養配管３３０は、直線部位と屈曲部位とを含む多重の折れた形態で構成されるので、前記屈曲部位に光生物の培養時に生産される酸素が排出されずに累積されることもある。前記累積された酸素を強制に排出するために、前記屈曲部位に酸素排出器をさらに備えることによって、一定レベル以上に酸素が累積されれば、自動で酸素排出器（図４参照）が作動して累積された酸素を外部に排出することが望ましい。

図４は、本発明の光生物反応器の培養配管３３０に備えられた酸素排出器の一実施形態を示す概路図である。図４に示されたように、酸素排出器は、接地センサー３５１、前記接地センサーと電気的に連結された流量調節器（ＭＦＣ、ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３５２及び前記流量調節器と連結された弁３５３で構成されるが、前記接地センサー３５１の一側の末端の培養液に浸漬させて通電させる。

前記培養配管３３０の屈曲部位に酸素が累積されてガス層を形成すれば、前記接地センサー３５１が培養液から外に押し出され、前記接地センサーが培養液の外に押し出されば、通電が維持されずに断電され、このように断電された場合には、流量調節器３５２と連結された弁３５３が作動されて一定量の酸素を排出させる。一定量の酸素が排出されて接地センサー３５１が再び培養液に浸漬されれば通電されて、流量調節器３５２と連結された弁３５３の作動が中止される。

一方、本発明の他の実施形態によれば、本発明の管状の光生物反応器は、一つの培養部と、二つ以上のポンプ部及び配管部とを含むこともできる。

図５は、二つのポンプ部に培養物を供給する二つの第１培養液排出口１３２、二つの培養配管３３０から培養物が流入される二つの第１培養液流入口１３１及び一つの培養液放出口１３３が備えられた培養部の他の実施形態を示す平面図である。図５に示されたように、一つの培養部と、二つ以上のポンプ部及び配管部とを含む管状の光生物反応器を使えば、一つの培養部が、二つ以上の配管部に培養物を供給するので、より効率的に培養することができる。

以下、本発明の管状の光生物反応器の作用及び効果を添付した図面を参照して詳細に説明する。

まず、第１培養部１００の第１培養液流入口１３１、第１培養液排出口１３２及び培養液放出口１３３を閉鎖した後、接種注入口１１１０または培地注入口１３４を通じて、培養タンク１０１に光合性微細藻類の種菌が接種された培養液を注入し、第１光源１４０に光を供給し、温度調節器１６０を通じて適正温度を維持しながら攪拌機１５０を駆動させて、光合性微細藻類の初度培養を実施する。前記第１培養部１００のセンサー装着ポート１２０に装着された各種センサーを用いて、培養状態を点検しながら適切な時期に初度培養を終了する。

その後、培地注入口１３４を通じて、初度培養が終了した培養タンク１０１に新鮮な培地を注入しながら、攪拌機１５０を駆動し続けて、初度培養が終了した培養液と前記培養液とを混合し、初度培養物と同じ体積の前記培養液が注入された時点で、第１培養液流入口１３１と第１培養液排出口１３２とを開放して、前記混合された培養液をポンプ部２００の第３培養液流入口２１０に伝達する。前記ポンプ部２００の第３培養液流入口２１０に混合された培養液が伝達されれば、ポンプ部２００のポンプ２２０を駆動して、前記培養液を第３培養液排出口２３０を通じて第２培養部３００の第２培養液流入口３１０に伝達し、第２培養部３００の第２培養液流入口３１０に伝達された前記培養液は、ポンプ２２０によって、培養配管３３０、第２培養液排出口３４０及び第１培養部１００の第１培養液流入口１３１に順次に伝達されて、培養タンク１０１に伝達されることによって、培養液が循環され始める。このように、培養液の循環が始まれば、培養配管３３０に付着された第２光源３２０から光を培養配管３３０に供給して、培養液に含まれた光合性微細藻類が光合性を始める。この際、ポンプ部２００のポンプ２２０は、追加的に流速調節器を備えることが望ましく、前記流速調節器によって培養配管３３０を循環する培養液の流速が調節される。循環される培養液の流速の調節は、非常に重要である。これは、速度があまりにも遅い場合に、光合性微細藻類、特に、スピルリナのような多細胞性の螺旋形の微細藻類は、培養配管３３０の内壁によく付着し、不適切な流速運動性によって脱気、気体交換などが不良で、光合性効率が非常に落ちてしまい、速度があまりにも早い場合に、微細藻類内部の有用物質の損失をもたらすからである。したがって、流速は、１〜５０ｃｍ／ｓに調節されることが望ましく、さらに望ましくは、１０〜４０ｃｍ／ｓに調節され、最も望ましくは、２０〜３０ｃｍ／ｓに調節される。

このような循環式光合性微細藻類の培養を行いながら、第１培養部１００のガス注入口１１１を通じて、二酸化炭素及び窒素の混合ガスを持続的に注入して、第１培養部１００の培養タンク１０１に約０．１〜１．０ｋｇ／ｃｍ^２ｆの陽圧がかかるようにして、外部から由来された雑菌の汚染を防止し、前記混合ガスに含まれた二酸化炭素の分圧を調節して培養液のｐＨを調節する。

同時に、光合性微細藻類の培養時に光合性によって発生する酸素は、第１培養部１００の培養タンク１０１で培地と分離されて培養タンクの上部に移動し、圧力調節弁１１２を通じて外部に排出される。この際、本発明の第２培養部３００の培養配管３３０が、一つのフレーム上に直線部と屈曲部とを含む平行に多重で折れた形態で構成される場合、前記培養配管３３０の屈曲部位に酸素が累積されて、第１培養部１００の培養タンク１０１に伝達されないこともあるので、前記屈曲部位に酸素排出器を装着して、培養配管３３０内に累積された酸素を除去することが望ましい。

前述した循環式光合性微細藻類の培養が終了すれば、第１培養部１００の最終排出口１３３を開放して、最終培養された光合性微細藻類を収得する。このように、循環式光合性微細藻類の培養が終了した後、培養配管３３０の全体表面面積に対する光合性微細藻類が固着された培養配管３３０の表面面積の比率を算出した結果、５％未満であるということが分かり、本発明の管状の光生物反応器を使う場合、培養配管に沿って備えられた光源で明条件のみを持続的に維持して、光合性微細藻類の個体数の増殖速度を低下させ、培養液が、培養部、循環ポンプ及び配管部を循環させて培養液の流動が極大化されることによって、光合性微細藻類が培養装置の表面に固着されて培養収率が低下する問題点を解決することができた。

本発明の光生物反応器によって培養可能な光合性微細藻類は、特に制限されるものではないが、クロレラ属、ドナリエラ属、スピルリナ属の微細藻類であることが望ましく、スピルリナ属の微細藻類であることがさらに望ましい。

本発明は、循環型の光生物反応器関連の分野に適用可能である。

Claims (20)

1. 培養液が供給される培養タンクと、前記培養タンクの内部に光を照射するように、前記培養タンクに結合された第１光源とを含む第１培養部と、
   前記培養タンクの外部に管状に配され、前記培養タンクから培養液が供給される培養配管と、前記培養配管の内部に光を照射するように、前記培養配管に結合された第２光源とを含む第２培養部と、
   前記第１培養部及び前記第２培養部の間で培養液を循環させるように、前記第１培養部及び前記第２培養部の間に連結されたポンプ部と、
   を含む、光生物反応器。
2. 前記第１光源は、前記培養タンクの内部に配される、請求項１に記載の光生物反応器。
3. 前記第２光源は、前記培養配管の内壁に配されるか、または外部に前記培養配管の長手方向に沿って伸張されるように配される、請求項１または２に記載の光生物反応器。
4. 前記培養配管は、多重で折れた形状を有し、
   前記第２光源は、前記培養配管の長手方向に沿って多重で配され、
   前記培養配管の直径は、３〜３０ｃｍである、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
5. 前記第１培養部は、前記培養タンクに結合され、前記ポンプ部と連結された少なくとも一つの第１培養液流入口及び少なくとも一つの第１培養液排出口をさらに含み、
   前記第２培養部は、前記ポンプ部を通じて前記少なくとも一つの第１培養液排出口及び前記少なくとも一つの第１培養液流入口にそれぞれ連結された少なくとも一つの第２培養液流入口及び少なくとも一つの第２培養液排出口をさらに含む、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
6. 前記第１培養部は、前記培養タンクの内部に培養液を供給するための培養液供給器及び前記培養タンクから培養液を放出するための培養液放出口をさらに含む、請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
7. 前記培養液供給器は棒状の管であり、前記培養液供給器の末端が球型であって、前記球型の末端の表面には、多数の細孔が存在するスプレーボール状である、請求項６に記載の光生物反応器。
8. 前記第１培養部は、前記培養タンク内に培養液を混ぜるための攪拌機をさらに含む、請求項１〜請求項７のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
9. 前記第１培養部は、前記培養タンク内の圧力調節のための圧力調節弁をさらに含む、請求項１〜請求項８のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
10. 前記圧力調節弁は、光生物培養時に発生する酸素の圧力によって開閉される一方向弁である、請求項９に記載の光生物反応器。
11. 前記第１培養部は、前記培養タンク内の温度調節のための温度調節器をさらに含む、請求項１〜請求項１０のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
12. 前記第１培養部は、前記培養タンクに結合された多数のセンサー装着ポートをさらに含む、請求項１〜請求項１１のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
13. 前記第１培養部は、前記培養タンク内にガスの注入を許容するように、前記培養タンクに結合されたガス注入口をさらに含む、請求項１〜請求項１２のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
14. 前記第２培養部は、酸素排出器をさらに含む、請求項１〜請求項１３のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
15. 前記酸素排出器は、前記培養配管の屈曲部に結合された接地センサーと、前記接地センサーと電気的に連結された流量制御器と、前記流量制御器と結合された弁とを含む、請求項１４に記載の光生物反応器。
16. 前記ポンプ部は、流速調節器を含む、請求項１〜請求項１５のうち何れか一項に記載の光生物反応器。
17. 培養液が供給される培養タンクと、前記培養タンクに結合された第１培養液流入口と、第１培養液排出口と、第１光源とを含む第１培養部と、
    前記培養タンクの外部に管状に配され、前記培養タンクから培養液が供給される培養配管と、前記培養配管に結合された第２培養液流入口と、第２培養液排出口と、第２光源とを含む第２培養部と、を含み、
    前記第１培養部及び前記第２培養部の間で培養液が循環されるように、前記第１培養液排出口は、前記第２培養液流入口に連結され、前記第１培養液流入口は、前記第２培養液排出口に連結される、光生物反応器。
18. 前記第１培養部及び前記第２培養部の間で培養液を循環させるように、前記第１培養部及び前記第２培養部の間に結合されたポンプ部をさらに含む、請求項１７に記載の光生物反応器。
19. 前記ポンプ部は、
    前記第１培養液排出口及び前記第２培養液流入口の間の第３培養液流入口と、
    前記第１培養液流入口及び前記第２培養液排出口の間の第３培養液排出口と、
    流速調節器と、
    を含む、請求項１８に記載の光生物反応器。
20. 前記培養配管の直径は、３〜３０ｃｍである、請求項１７に記載の光生物反応器。

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