JP2020014385A - 藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】培養タンクのタンク本体内に貯留される培養液中のＣＯ２溶解量を高めると共に、微細藻類の光合成によって発生する酸素ガス（Ｏ２）がタンク本体内の空間に滞留・蓄積して藻類の繁殖・生育が阻害されることを防止する。【解決手段】培養液循環径路４を通じて還流するＣＯ２が注入された培養液をタンク本体２の胴部上方側から底部側に向けて吐出させる培養液吐出ノズル７Ｒ、７Ｌと、微細藻類の光合成により発生してタンク本体２内の空間に滞留する高濃度の酸素ガス（Ｏ２）を外部に放出させる換気装置１０とが取り付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、微細藻類の培養液が貯留される培養タンクと、そのタンク本体内に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置と、タンク本体内の培養液の一部を循環ポンプで抜き出して再びタンク本体内に還流させる培養液循環径路とを備えた藻類培養装置に関する。

この種の藻類培養装置としては、図２に正面視縦断面図を示し、図３に側面視縦断面図を示す装置が提案されており、当該装置は、ヘマトコッカス藻(Haemato
coccus pluvialis)などの微細藻類を培養する培養液Ｗが貯留される培養タンク２１のタンク本体２２が、角筒状の胴部２２ａと角型漏斗状の底部２２ｂとからなり、当該タンク本体２２と、その上面を密閉する上蓋２３とが、光反射率の高いステンレス鋼板等の金属板で製作されている（特許文献１）。

培養タンク２１には、そのタンク本体２２を水平方向に貫通する多数本の透光性パイプ２４、２４…が上下左右方向に一定間隔で並設され、それら各透光性パイプ２４は、光透過性と耐熱性に優れた高強度のアクリル系樹脂等で円筒形パイプに成形されて、タンク本体２２の角筒状胴部２２ａの一面側から対向面側へ貫通するように設けられており、その貫通部がパッキン等のシーリング材でシールされている。

そして、培養タンク２１のタンク本体２２内に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置２５は、タンク本体２２を水平方向に貫通する透光性パイプ２４、２４…の内部に抜き差し自在に差し込まれる直管型の蛍光ランプを光源２６としている。

また、培養タンク２１には、そのタンク本体２２の底部２２ｂに設けた排水口２８からタンク本体２２内の培養液Ｗの一部を循環ポンプ２９で抜き出して再びタンク本体２２内に還流させる培養液循環径路３０が設けられている。

培養液循環径路３０には、その径路を形成する配管３０ａとタンク本体２２内の培養液Ｗを外部に排出させるドレーン配管３１とをタンク本体２２の底部２２ａに設けられた排水口２８に対して切換接続する電磁三方弁３２と、タンク本体２２内の培養液Ｗの温度を検出する電子温度計３３から出力される温度検出信号に基づいて培養液の温度を調節する温度調節器３４と、微細藻類の光合成に必要な炭酸ガス（ＣＯ_２）や微細藻類の生育・繁殖に必要な窒素等の栄養素を培養液Ｗ中に補給する培地補給装置３５と、ダイアフラムポンプ等からなる循環ポンプ２９とが介装されている。

また、タンク本体２２の胴部２２ａには、培養液循環径路３０を通じて還流する培養液をその胴部２２ａの上方側から水平方向に吐出させる左右一対の上方側培養液吐出ノズル３６Ｒ、３６Ｌと、胴部２２ａの下方側から底部２２ｂと平行方向に吐出させる左右一対の下方側培養液吐出ノズル３７Ｒ、３７とが取り付けられて、タンク本体２２内の培養液Ｗを攪拌・流動させるようになっている。

以上の如く構成された藻類培養装置は、培養タンク２１のタンク本体２２内に光を照射する照明装置２５の光源２６、２６…が、タンク本体２２を貫通するように設けられた透光性パイプ２４、２４…の内部に抜き差し自在に差し込まれて培養タンク２１の外部に配置されているから、培養タンク２１の上蓋２３を閉じた状態で光源２６の交換作業や保守点検作業を行うことができ、その作業を行なう際に、培養タンク２１の内部に有害微生物や異物等が侵入してタンク本体２２内の培養液Ｗが汚染されるおそれもないという利点がある。

また、照明装置２５の光源２６から放射される光は、培養タンク２１のタンク本体２２内に一定の間隔で上下左右に並ぶように設けられた透光性パイプ２４の外周部からその周方向に沿って全方位的に放射されることにより、タンク本体２２内の胴部２２ａ側、底部２２ｂ側および液面側に向けて略均等に照射されることに加えて、タンク本体２２が、光反射率の高いステンレス鋼板等の金属板で製作されていることもあって、タンク本体２２内における光照射密度が全体的に略均一化するから、タンク本体２２内の培養液Ｗ中における微細藻類の培養濃度が高くても、タンク本体２２内全体にわたって微細藻類の光合成を促す光を均一に照射することが可能となる。

更に、培養液循環径路３０を通じてタンク本体２２内へ還流する培養液が、タンク本体２２の胴部２２ａに取り付けられた各左右一対の上方側培養液吐出ノズル３６Ｒ、３６Ｌと下方側培養液吐出ノズル３７Ｒ、３７から水平方向に吐出されることにより、タンク本体２２内の培養液Ｗが攪拌・流動せられるので、照明装置２５の光源２６からの光が培養液Ｗ中の微細藻類に均一に照射されることとなる。

上記のような利点がある図２及び図３に示す従来装置は、大容量の培養タンク２１を用いて高品質の微細藻類を高効率・高濃度で大量培養することが可能であるとされているが、微細藻類の培養効率を高めるためには、培養タンク２１のタンク本体２２内に貯留された微細藻類の培養液Ｗ中に、その藻類の光合成に不可欠な炭酸ガス（ＣＯ₂）を所要量注入・溶解させる必要がある。

そのため、タンク本体２２の底部２２ａから抜き出した培養液Wに培地補給装置３５で炭酸ガス（ＣＯ_２）を注入し、培養液循環径路３０を通じてタンク本体２２内へ還流させているが、タンク本体２２の胴部２２ａの上方側に取り付けられた培養液吐出ノズル３６Ｒ、３６Ｌは、タンク本体２２内に還流する培養液を水平方向に吐出させるように配置されているため、吐出させた培養液中に含まれるＣＯ_２の気泡が瞬時に培養液Ｗの液面に浮上して培養液中から抜け出てしまうので、照明装置２５により微細藻類の光合成を促す光が照射される培養液Ｗ中のＣＯ_２溶解量を高めて微細藻類を高効率で大量培養することは困難であった。

また、本願の発明者が、タンク本体２２内の培養液Ｗ中におけるＣＯ_２溶解量を高めて微細藻類を大量培養する実験を行ったところ、その藻類の光合成によって発生する酸素ガス（Ｏ_２）が、タンク本体２２内の培養液Ｗの液面と、タンク本体２２の上面を閉塞する上蓋２３との間に生ずる空間内に多量に滞留・蓄積して、微細藻類の繁殖・生育を阻害する要因となることが判明した。

ＷＯ２０１０／１１６９４６

本発明は、微細藻類を高効率で大量培養するために、培養タンクのタンク本体内に貯留される培養液中のＣＯ_２溶解量を高めると共に、そのＣＯ_２溶解量を高めることで微細藻類の光合成によって発生する酸素ガス（Ｏ_２）の量が増加し、その酸素ガスがタンク本体内の培養液の液面とタンク本体の上面を塞ぐ上蓋との間に生ずる空間内に多量に滞留・蓄積して、藻類の繁殖・生育が阻害されることを防止することを技術的課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、微細藻類の培養液が貯留される培養タンクのタンク本体内に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置と、タンク本体内の培養液の一部を循環ポンプで抜き出してその液中に炭酸ガス（ＣＯ_２）を補給注入して再びタンク本体内に還流させる培養液循環径路とを備えた藻類培養装置において、前記タンク本体に、前記培養液循環径路を通じて還流する培養液をタンク本体の胴部上方側から底部側に向けて吐出させる複数本の培養液吐出ノズルが取り付けられ、タンク本体の上面を閉塞する上蓋に、当該上蓋とタンク本体内に貯留された培養液の液面との間に生じた空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）を外部に放出させる換気装置が取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、培養タンクのタンク本体に取り付けられた培養液吐出ノズルによりタンク本体の胴部上方側から底部側に向けて吐出される培養液中に含まれる炭酸ガス（ＣＯ_２）の気泡が、タンク本体内の培養液中を一旦タンク本体の底部側へ下降し、その底部側から上昇に転じて、タンク本体内の培養液の液面へと向かうこととなるので、タンク本体内の培養液中におけるＣＯ_２の滞留時間が長くなってＣＯ_２溶解量が高まり、微細藻類の光合成が促進される。

また、微細藻類の光合成により発生してタンク本体内の培養液の液面とタンク本体の上蓋との間の空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）が、上蓋に取り付けた換気装置により外部に放出されて、その酸素ガス（Ｏ_２）により微細藻類の繁殖・生育が阻害されることが防止される。

本発明の実施例に係る藻類培養装置を概略的に示す模式図。 従来装置の正面視縦断面図。 従来装置の側面視縦断面図

本発明の実施形態に係る藻類培養装置は、ヘマトコッカス藻などの微細藻類の培養液が貯留される培養タンクのタンク本体内に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置と、タンク本体内の培養液の一部を循環ポンプで抜き出してその液中に炭酸ガス（ＣＯ_２）を補給注入して再びタンク本体内に還流させる培養液循環径路とを備え、タンク本体には、培養液循環径路を通じて還流する培養液をタンク本体の胴部上方側から底部側に向けて吐出させる複数本の培養液吐出ノズルが取り付けられ、タンク本体の上面を閉塞する上蓋には、当該上蓋とタンク本体内に貯留された培養液の液面との間に生じた上部空間内に滞留する高濃度の酸素ガス（Ｏ_２）を外部に放出させる換気装置が取り付けられている。

前記換気装置は、培養タンクのタンク本体の上面を閉塞する上蓋に取り付けられる排気口と、その排気口からタンク本体内の気体を放出させる換気ファンと、排気口を開閉する電動シャッターと、前記上蓋とタンク本体内に貯留された培養液の液面との間に生じた上部空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）の濃度を計測して、そのＯ_２濃度の計測値が一定値以上に達すると、換気ファンを起動させると同時に電動シャッターを開放させ、Ｏ_２濃度の計測値が一定値以下に低下すると、換気ファンを停止させると同時に電動シャッターを閉鎖させる酸素計とを具備しており、当該酸素計は、培養タンクの上蓋に取り付けてタンク本体内のＯ_２濃度を検出するＯ_２センサを有している。

また、前記換気装置の他の実施形態は、前記上蓋に取り付けられるφ25〜φ70ｍｍの排気口と、当該排気口からタンク本体内の気体を常時放出させる小口径換気ファンとを具備している。

図１に示す本発明の実施例に係る藻類培養装置は、微細藻類の培養液Ｗが貯留される培養タンク１のタンク本体２とその上面を閉塞する上蓋３が、光反射率の高いステンレス鋼板で製作されている。そして、図示は省略するが、培養タンク１は、タンク本体２内に貯留される培養液Ｗ中に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置を備えている。なお、当該照明装置は、直管型蛍光ランプを光源とする図２及び図３の照明装置と同型のものでもよいし、ＬＥＤや有機ＥＬ等を光源とするものでもよく、その構成は限定されない。

培養タンク１は、そのタンク本体２が、角筒状の胴部２ａと角型漏斗状の底部２ｂとで構成され、タンク本体２内に貯留された培養液Ｗの一部を循環ポンプ５で底部２ｂ側から抜き出し、その培養液中に炭酸ガス補給装置６でＣＯ_２を補給注入して再びタンク本体２内に還流させる培養液循環径路４を備えている。

タンク本体２の胴部２ａの上方側と下方側には、培養液循環径路４を通じて還流する培養液をタンク本体２の底部２ｂ側に向けて斜め下方へ吐出させる各々左右一対の培養液吐出ノズル７Ｒ、７Ｌ及び８Ｒ、８Ｌが取り付けられている。

これにより、培養液吐出ノズル７Ｒ、７Ｌ及び８Ｒ、８Ｌからタンク本体２内に吐出される培養液中に溶解したＣＯ_２の気泡は、タンク本体２の底部２ｂ側へ一旦下降して、その底部２ｂ側から上昇に転じて、タンク本体２内の培養液Ｗの液面側へと浮上することとなるので、培養液Ｗ中における滞留時間が長くなってＣＯ_２溶解量が高まり、微細藻類の光合成が促進される。

そして、タンク本体２の上面を閉塞する上蓋３には、当該上蓋３とタンク本体２内に貯留された培養液Ｗの液面との間に生じた空間に滞留する高濃度の酸素ガス（Ｏ_２）を外部に放出させる換気装置１０が取り付けられている。

換気装置１０は、培養タンク１の上蓋３に取り付けられる排気口１１と、その排気口１１からタンク本体２内の気体を放出させる換気ファン１２と、排気口１１を開閉する電動シャッター１３とを具備すると共に、培養タンク１の上蓋２とタンク本体２に貯留された培養液Ｗの液面との間に生じた空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）の濃度を計測して、そのＯ２濃度の計測値が一定値以上に達すると、換気ファン１２を起動させると同時に電動シャッター１３を開放させ、Ｏ_２濃度の計測値が一定値以下に低下すると、換気ファン１２を停止させると同時に電動シャッター１３を閉鎖させる制御信号を出力する酸素計１４を具備しており、当該酸素計１４には、培養タンクの上蓋に取り付けてタンク本体内のＯ_２濃度を検出するＯ_２センサ１５が設けられている。

しかして、微細藻類の光合成により発生してタンク本体２内の培養液の液面と上蓋３との間の空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）が、上蓋３に取り付けた換気装置１０により外部に放出されて、その酸素ガス（Ｏ_２）により微細藻類の繁殖・生育が阻害されることが防止される。また、換気装置１０は、換気ファン１２の起動・停止に応じて排気口１１を電動シャッター１３で開閉することにより、培養タンク１内へのゴミや虫などの異物の侵入を防止することができるものとなっている。

なお、図示は省略するが、本発明の換気装置は、培養タンク１のタンク本体２の上面を閉塞する上蓋３に取り付けられるφ25〜φ70ｍｍの排気口と、当該排気口からタンク本体２内の気体を常時放出させる小口径換気ファンとを具備したものであってもよく、当該小口径換気ファンを継続的に稼働させてタンク本体２内の気体を常時放出させれば、排気口からの異物の侵入も防止できる。

１…培養タンク
２…タンク本体
２ａ…タンク本体の胴部
２ｂ…タンク本体の底部
３…上蓋
Ｗ…培養液
４…培養液循環径路
５…循環ポンプ
６…炭酸ガス補給装置
７Ｒ、７Ｌ…培養液吐出ノズル
８Ｒ、８Ｌ…培養液吐出ノズル
１０…換気装置
１１…排気口
１２…換気ファン
１３…電動シャッター
１４…酸素計
１５…Ｏ_２センサ

Claims (3)

1. 微細藻類の培養液が貯留される培養タンクのタンク本体内に微細藻類の光合成を促す光を照射する照明装置と、タンク本体内の培養液の一部を循環ポンプで抜き出してその液中に炭酸ガス（ＣＯ_２）を補給注入して再びタンク本体内に還流させる培養液循環径路とを備えた藻類培養装置において、前記タンク本体に、前記培養液循環径路を通じて還流する培養液をタンク本体の胴部上方側から底部側に向けて吐出させる複数本の培養液吐出ノズルが取り付けられ、タンク本体の上面を閉塞する上蓋に、当該上蓋とタンク本体内に貯留された培養液の液面との間に生じた空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）を外部に放出させる換気装置が取り付けられていることを特徴とする藻類培養装置。
2. 前記換気装置が、前記上蓋に取り付けられる排気口と、当該排気口から前記タンク本体内の気体を放出させる換気ファンと、排気口を開閉する電動シャッターと、前記上蓋とタンク本体に貯留された培養液の液面との間に生じた空間内に滞留する酸素ガス（Ｏ_２）の濃度を計測して、そのＯ_２濃度の計測値が一定値以上に達すると、前記換気ファンを起動させると同時に前記電動シャッターを開放させ、Ｏ_２濃度の計測値が一定値以下に低下すると、換気ファンを停止させると同時に電動シャッターを閉鎖させる酸素計とを具備し、当該酸素計は、培養タンクの上蓋に取り付けてタンク本体内のＯ_２濃度を検出するＯ２センサを有している請求項１記載の藻類培養装置。
3. 前記換気装置が、前記上蓋３に取り付けられるφ25〜φ70ｍｍの排気口と、当該排気口から前記タンク本体内の気体を常時放出させる小口径換気ファンとを具備している請求項1記載の藻類培養装置。