JP2023180548A - 藻類増殖促進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 藻類への電気刺激のための電極に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気刺激によって藻類の増殖促進を行う藻類増殖促進装置を得る。【解決手段】 バイオリアクタ１０は、所定の藻類を含む液体を収容する収容空間１０１を有する。ベクトルポテンシャルコイル装置１におけるベクトルポテンシャルコイルは、バイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側の少なくとも一方に配置されている。電源装置２は、そのベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させ、収容空間１０１において交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、ベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を液体に印加して電気刺激を藻類に与える。【選択図】 図１

Description

本発明は、藻類増殖促進装置に関するものである。

近年、バイオマス資源として藻類バイオマスが注目されており、所定の藻類を添加した液体をバイオリアクタに収容し、バイオリアクタ内で培養、増殖させ、増殖によって得られた藻類から、燃料などの脂質、たんぱく質、多糖類などが抽出されている。

短時間で多量の藻類を得るために、種々の増殖促進方法が提案されている。ある増殖促進方法では、微細藻類オーランチオキトリウム（Aurantiochytrium）を含む培地に対して電極からパルス電流を印加することで、バイオマス量を増加させている（例えば非特許文献１参照）。

他方、ソレノイドコイルを周回させたベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させてベクトルポテンシャルを発生するベクトルポテンシャル発生装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。また、時間変化するベクトルポテンシャルによって電圧が誘起されることを利用してベクトルポテンシャルを検出するベクトルポテンシャル検出装置も開発されている（例えば特許文献２参照）。

国際公開ＷＯ２０１５／０９９１４７ 特許第６９５０９２５号明細書

川口紘輝、高谷誠、内ヶ崎万蔵著「電気刺激による微細藻類Aurantiochytrium sp. SEK209の増殖促進」、バイオマス科学会議発表論文集、一般社団法人 日本エネルギー学会、２０１６年１月１４日発行、第１３７～１３８頁

上述の増殖促進方法では、藻類を含む液体に対して電流を導通させるためには、その液体に電極を接触させる必要がある。そのため、（ａ）電極からその液体に、電極由来の金属イオンが溶出し、藻類の増殖に悪影響を与える可能性があり、また、（ｂ）電極が腐食する可能性がある。なお、それらの問題の生じない電極を使用する場合には、電極のコストが高くなり好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、藻類への電気刺激のための電極に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気刺激によって藻類の増殖促進を行う藻類増殖促進装置を得ることを目的とする。

本発明に係る藻類増殖促進装置は、所定の藻類を含む液体を収容する収容空間を有するバイオリアクタと、バイオリアクタの収容空間および外側の少なくとも一方に配置されたベクトルポテンシャルコイルと、ベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させ、収容空間において交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、ベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を液体に印加して電気刺激を藻類に与える電源装置とを備える。

本発明によれば、藻類への電気刺激のための電極に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気刺激によって藻類の増殖促進を行う藻類増殖促進装置が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る藻類増殖促進装置１０の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図３は、実施の形態２におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図４は、実施の形態３におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図５は、実施の形態４におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例（一部）を示す図である。 図６は、実施の形態５におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図７は、実施の形態６におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図８は、実施の形態６におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す側面図である。 図９は、実施の形態７におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１０は、実施の形態８におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１１は、実施の形態９におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１２は、実施の形態１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１３は、実施の形態１１におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１４は、実施の形態１２におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す側面図である。 図１５は、実施の形態１２におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。 図１６は、実施の形態１３におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。 図１７は、実施の形態１４におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態に係る藻類増殖促進装置の構成を示すブロック図である。

図１に示す藻類増殖促進装置は、バイオリアクタ１０、ベクトルポテンシャルコイル装置１、電源装置２、およびコントローラ３を備える。

バイオリアクタ１０は、所定の藻類を含む液体を収容する収容空間を有する部材である。実施の形態１では、バイオリアクタ１０は、パイプ状の部材である。ただし、バイオリアクタ１０は、容器状の部材、レースウェイ型の培養槽などでもよい。また、上述の所定の藻類は、燃料などの脂質、たんぱく質、多糖類などを産生したり取り込んだりする藻類（ここでは、単細胞の微細藻類）であり、光合成性のあるものでもよいし、光合成性のないものでもよい。例えば、オーランチオキトリウム、ボトリオコッカス、シュードコリシスティス、イカダモ、ナンノクロロプシスなどが、上述の所定の藻類として使用される。上述の液体は、導電性のある液体培地（例えば電解質を含む水、塩水、汽水、海水など）であって、上述の藻類を添加される。なお、ここでは、バイオリアクタ１０は、非金属性（例えば樹脂製）の部材である。また、バイオリアクタ１０を金属製の部材とする場合には、例えば、上述の液体が接触する箇所（内壁など）を樹脂などで覆い、上述の液体が金属に接触しないようにする。

光合成性のある藻類が使用される場合、バイオリアクタ１０には、（少なくとも一部に）光透過性のある部材（例えば透明な樹脂製の部材）が使用される。光合成性のない藻類が使用される場合、バイオリアクタ１０は、光透過性のある部材でも光透過性のない部材（例えば金属製の部材）でもよい。

図２は、実施の形態１におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

例えば図２に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、バイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側の少なくとも一方（ここでは外側）に配置されたベクトルポテンシャルコイル（以下、ＶＰコイルともいう）１１を備える。実施の形態１では、例えば図２に示すように、ＶＰコイル１１は、らせん状のコイル軸に沿って周回するソレノイドコイルである。ここでは、バイオリアクタ１０は、円筒状の部材であって、ＶＰコイル１１は、円状に周回するらせん状のコイル軸を有する。

また、電源装置２は、商用電源や電池（１次電池または２次電池）などの電力に基づいて交流電流を生成し、その交流電流をＶＰコイル１１に導通させ、上述の収容空間１０１において交流電流に対応して時間変化するベクトルポテンシャルを発生させ、そのベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を上述の液体に印加して電気刺激を上述の藻類に与えて増殖を促進する。具体的には、上述の液体が導電性を有する場合には、上述の液体には交流の電界が印加されるとともに、その電界による電圧に対応する交流電流が上述の液体を導通する。これにより、電界による電気刺激と電流による電気刺激の両方が上述の藻類に与えられる。一方、上述の液体が導電性を有さない場合には、上述の液体には交流の電界が印加されるが、上述の交流電流は導通しない。

振幅Ｉ_ｍのｓｉｎ波である交流電流をＶＰコイル１１に導通させた場合、収容空間１０１には、次式に示す交流電圧Ｖ２が、交流電流によって発生するベクトルポテンシャルの時間変化に応じて生じ、その交流電圧に応じた交流電流が収容空間１０１内の液体を導通する。

ここで、μ_０は真空透磁率であり、ｎはＶＰコイル１１におけるソレノイドの単位長あたりの巻数であり、Ｎ_１は、らせん状のＶＰコイル１１の単位長あたりの巻数であり、ＳはＶＰコイル１１におけるソレノイドの断面積であり、ωは交流電流の角周波数であり、ａは、らせん状のＶＰコイル１１の断面半径であり、Ｌは、ＶＰコイル１１の長さ（両端間の距離）であり、ｔは時間である。

また、コントローラ３は、制御プログラムを実行するコンピュータなどであって、電源装置２を制御して、所定の周波数の交流電流を所定のタイミング（常時、所定時間間隔など）でＶＰコイル１１に導通させる。例えば、コントローラ３は、電源装置２に、高周波で短時間、パルス状の交流電流を導通させるようにしてもよい。

次に、上記藻類増殖促進装置の動作について説明する。

コントローラ３は、図示せぬ流体制御装置（ポンプや弁など）を制御して、パイプ状のバイオリアクタ１０に、上述の藻類が添加されている液体を流入させた後、電源装置２を制御して、電源装置２に、交流電流をＶＰコイル１１へ供給させる。

その際、電源装置２は、所定のタイミングで、所定の波形（振幅および周波数）で、交流電流を生成し、ＶＰコイル１１へ供給する。

ＶＰコイル１１を導通する電流によって磁場がコイル軸に沿って発生し、その電流に平行にベクトルポテンシャルが発生し、ＶＰコイル１１の湾曲内側方向（つまり、収容空間１０１）におけるベクトルポテンシャルの強度が、ＶＰコイル１１の湾曲外側方向におけるベクトルポテンシャルより大きくなる。

そして、収容空間１０１において、ベクトルポテンシャルが交番するため、その時間的変化に応じた交流電圧が上述のように発生し、その交流電圧に応じた交流電流が収容空間１０１内の液体に導通し、収容空間１０１内の藻類に電気刺激が与えられる。これにより、収容空間１０１内の藻類の増殖が促進される。

所定時間経過後、コントローラ３は、図示せぬ流体制御装置（ポンプや弁など）を制御して、増殖した上述の藻類を含む液体をバイオリアクタ１０から排出する。そして、既存の方法で、排出された液体における増殖した上述の藻類から脂質、たんぱく質、多糖類などのバイオマス資源が抽出される。

以上のように、上記実施の形態によれば、バイオリアクタ１０は、所定の藻類を含む液体を収容する収容空間１０１を有する。ＶＰコイル１１は、バイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側の少なくとも一方に配置されている。電源装置２は、ＶＰコイル１１に交流電流を導通させ、収容空間１０１において交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、ベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を液体に印加して電気刺激を藻類に与える。

これにより、藻類を含む液体に電極を接触させることなく藻類に電気刺激が与えられる。したがって、藻類への電気刺激のための電極に起因する不具合の発生を抑制しつつ、電気刺激によって藻類の増殖が促進される。

実施の形態２．

図３は、実施の形態２におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

実施の形態２では、例えば図３に示すように、バイオリアクタ１０は、容器状の部材である。ここでは、バイオリアクタ１０は、円筒状の容器である。図３に示すバイオリアクタ１０は、上述の藻類を添加された液体を流入させる配管１０ａ、上述の藻類を添加された液体を排出させる配管１０ｂ、撹拌装置１０ｃ（撹拌羽根、モータなど）、および温度センサなどのセンサ１０ｄを備える。

実施の形態２では、バイオリアクタ１０において上述の液体が貯留され、上述の液体が貯留される位置（高さ）の外側に、実施の形態１と同様のＶＰコイル１１が配置されている。

なお、実施の形態２に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態３．

図４は、実施の形態３におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

実施の形態３では、例えば図４に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、ＶＰコイル１１の他、ＶＰコイル１１を構成するソレノイドコイル内でコイル軸に沿って延びる強磁性体部材１１Ａをさらに備える。

この強磁性体部材１１Ａは、導電性を有するパーマロイなどの材料で形成されている。そして、ＶＰコイル１１の一端と強磁性体部材１１Ａの一端１１Ａ１（第１接続点）とが互いに電気的に接続されており、電源装置２は、ＶＰコイル１１の他端および強磁性体部材１１Ａの他端１１Ａ２（第２接続点）に電圧を印加してＶＰコイル１１に交流電流を導通させる。

このように、強磁性体部材１１Ａが上述の交流電流の経路となり、ＶＰコイル１１のいずれか一方の端部側に２つの端子が配置されるため、電源装置２からＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａまでの配線の敷設が簡単になるとともに、その配線を流れる経路が囲む面積が比較的狭くなり、この配線を流れる電流に起因して発生する不要な磁場が抑制される。

なお、実施の形態３に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態４．

図５は、実施の形態４におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例（一部）を示す図である。

実施の形態４では、例えば図５に示すように、ＶＰコイル１１は、同一のコイル軸に沿ってそれぞれ延びコイル径の互いに異なる内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２を備える。そして、内側ソレノイドコイル１１－１の一端と外側ソレノイドコイル１１－２の一端が互いに電気的に接続されている。内側ソレノイドコイル１１－１および外側ソレノイドコイル１１－２は、それぞれ１本のＶＰコイルとして機能するものである。したがって、実施の形態４のＶＰコイル１１は、電気的には、２本のＶＰコイルを同相で直列接続した構成となっている。そして、電源装置２は、内側ソレノイドコイル１１－１の他端および外側ソレノイドコイル１１－２の他端に電圧を印加してベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させる。これにより、内側ソレノイドコイル１１－１によるベクトルポテンシャルと外側ソレノイドコイル１１－２によるベクトルポテンシャルとが同一方向に発生する。

なお、実施の形態４に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態５．

図６は、実施の形態５におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

実施の形態５では、例えば図６に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１（ＶＰコイル１１など）は、バイオリアクタ１０の収容空間１０１に配置されている。ＶＰコイルの内部空間において、上述のベクトルポテンシャルに基づき生じる電界が上述の液体に印加される。また、上述の液体が導電性を有する場合、例えば図６に示すように、交流電流Ｉ（ｔ）がＶＰコイル１１の内部空間とＶＰコイル１１の外側とを周回的に導通する。なお、ここでは、実施の形態３と同様のベクトルポテンシャルコイル装置１が収容空間１０１に配置されているが、他の実施の形態と同様のベクトルポテンシャルコイル装置１が収容空間１０１に配置されていてもよい。

なお、ベクトルポテンシャルコイル装置１がバイオリアクタ１０の収容空間１０１に配置される場合、ベクトルポテンシャルコイル装置１（ＶＰコイル１１および強磁性体部材１１Ａなど）は被覆され、ＶＰコイル１１の導線など（つまり、金属部分）が収容空間１０１内の液体に触れないようになっている。また、電源装置２およびコントローラ３は、バイオリアクタ１０の外側に配置されており、電源装置２からＶＰコイル１１までの配線は、バイオリアクタ１０から液体が漏洩しないようにバイオリアクタ１０の壁面を介して敷設される。

なお、実施の形態５に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態６．

図７は、実施の形態６におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。図８は、実施の形態６におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す側面図である。

実施の形態６に係る藻類増殖促進装置では、上述の藻類は、光合成性のある藻類であって、バイオリアクタ１０は、外部からの培養光を収容空間１０１に透過させる。

実施の形態６では、例えば図７および図８に示すように、ＶＰコイル１２は、バイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側に配置されている。具体的には、ＶＰコイル１２は、収容空間１０１への培養光の入射側とは反対側の、バイオリアクタ１０の外側に配置されている。

また、実施の形態６では、ＶＰコイル１２は、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであり、周方向において開口部を備える。つまり、ＶＰコイル１２のコイル軸は１周以上周回されていない。その開口部には、ＶＰコイル１２が存在しないため、ＶＰコイル１２によって培養光（太陽光、人工光など）の、収容空間１０１への入射が妨げられない。

例えば、ＶＰコイル１２の上述のコイル軸は円弧状であり、そのコイル軸（つまり、円弧）を含む円の中心（ここでは、収容空間１０１の中心軸）から見たＶＰコイル１２（のコイル軸）の一端から他端までの角度（中心角）は、３６０度未満とされる。これにより、上述の開口部が形成される。例えば、その中心角は、１８０度でもよく、また、１８０度未満でもよい。ただし、中心角が大きいほど、湾曲内側方向のベクトルポテンシャルの強度が大きくなるため、中心角が大きいほうが好ましい。この中心角は、０度より大きく３６０度未満のいずれかの角度とされ、さらに、（ａ）０度より大きく１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｂ）０度より大きく９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｃ）０度より大きく４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｄ）０．５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｅ）０．５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｅ）０．５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｆ）０．５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｇ）２度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｈ）２度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｉ）２度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｊ）２度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｋ）２度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよく、あるいは、（ｌ）５度以上であり３６０度未満のいずれかの角度とされてもよく、さらに、（ｍ）５度以上であり１８０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｎ）５度以上であり９０度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｏ）５度以上であり４５度以下のいずれかの角度とされてもよく、（ｐ）５度以上であり２５度以下のいずれかの角度とされてもよい。

ＶＰコイル１２を導通する電流によるベクトルポテンシャルは、電流から離れるにつれて弱くなるが、上述のようにＶＰコイル１２（のコイル軸）は、湾曲しているため、湾曲の内側方向（円弧状の場合はその曲率中心）では、ＶＰコイル１２の各位置の電流で発生したベクトルポテンシャルが重なり合うので強度が大きくなる。

さらに、実施の形態６に係る藻類増殖促進装置は、バイオリアクタ１０とＶＰコイル１２との間に、収容空間１０１の内部へ培養光を反射する反射層２１をさらに備える。これにより、液体内の藻類に照射される培養光の光量が増加する。例えば、上述の中心角の角度範囲の全部または一部に反射層２１が設けられる。例えば、反射層２１は、アルミ蒸着などでバイオリアクタ１０表面に形成された金属膜、アルミ蒸着などで形成された金属膜を有する、バイオリアクタ１０表面と略同一の形状に部材である。なお、反射層２１が金属膜である場合でも、ベクトルポテンシャルは金属で遮蔽されないため、ＶＰコイル１２の交流電流によって収容空間１０１内でベクトルポテンシャルが発生する。

また、実施の形態６に係る藻類増殖促進装置は、互いに同一な複数のＶＰコイル１２を備えている。そのＶＰコイル１２は、パイプ状のバイオリアクタ１０の軸方向に沿って配列されている。

電源装置２は、複数のＶＰコイル１２に交流電流を導通させ、収容空間１０１において交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、ベクトルポテンシャルに基づき生じる電圧に対応する交流電流を、収容空間１０１内の液体に導通させて電気刺激をその液体内の藻類に与える。ＶＰコイル１２は、電気的に、互いに直列または並列に接続されており、各時点で同一方向にベクトルポテンシャルを発生させる。

なお、実施の形態６に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態７．

図９は、実施の形態７におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態７では、例えば図９に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、ＶＰコイル１２としてのソレノイドコイル内でコイル軸に沿って延びる強磁性体部材１２Ａをさらに備える。強磁性体部材１２Ａは、導電性を有するパーマロイなどの材料で形成されている。また、ＶＰコイル１２の一端と強磁性体部材１２Ａの一端１２Ａ１（第１接続点）とが互いに電気的に接続されている。電源装置２は、ＶＰコイル１２の他端および強磁性体部材１２Ａの他端１２Ａ２（第２接続点）に電圧を印加してＶＰコイル１２に交流電流を導通させる。

強磁性体部材１２Ａの実効透磁率に応じてベクトルポテンシャルが増強されるため、湾曲の内側方向（円弧状の場合はその曲率中心）では、ベクトルポテンシャルの強度が大きくなる。

ＶＰコイル１２のコイル軸は１周以上周回していないので、ＶＰコイル１２の両端の距離が大きくなるが、強磁性体部材１２Ａが電流の経路となり、ＶＰコイル１２のいずれか一方の端部側に２つの端子が配置されるため、電源装置２からＶＰコイル１２および強磁性体部材１２Ａまでの配線の敷設が簡単になるとともに、その配線を流れる経路が囲む面積が比較的狭くなり、この配線を流れる電流に起因して発生する不要な磁場が抑制される。

なお、実施の形態７に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、実施の形態６と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態８．

図１０は、実施の形態８におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態８では、例えば図１０に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、ＶＰコイル１２としてのソレノイドコイル内でコイル軸に沿って延びる強磁性体部材１２Ｂをさらに備える。強磁性体部材１２Ｂは、導電性を有し、ＶＰコイル１２の一端と強磁性体部材１２Ｂの接続点１２Ｂ１（ＶＰコイル１２の一端側の箇所、第１接続点）とが互いに電気的に接続されている。電源装置２は、ＶＰコイル１２の他端および強磁性体部材１２Ｂの接続点１２Ｂ２（ＶＰコイル１２の他端側の箇所、第２接続点）に電圧を印加してＶＰコイル１２に交流電流を導通させる。

さらに、強磁性体部材１２Ｂの接続点１２Ｂ１，１２Ｂ２から外側（湾曲外側方向）へ向かって湾曲しており、強磁性体部材１２Ｂは、ギャップＧを介して閉磁路を形成している。なお、ギャップＧによってＶＰコイル１２の湾曲の外側の部分を電流が導通しないようになっている。

また、強磁性体部材１２Ｂにおける内側部分と外側部分との移行部分は、磁束の漏洩や曲げ加工による透磁率減少の影響を小さくするために、急峻な屈曲箇所のないように、連続的に滑らかな曲線状とされることが好ましい。また、強磁性体部材１１Ｂは複数部材を連結して形成されるようにしてもよい。

なお、実施の形態８に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、実施の形態６と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態９．

図１１は、実施の形態９におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態９では、例えば図１１に示すように、ＶＰコイル１２は、同一のコイル軸に沿ってそれぞれ延び互いに異なるコイル径の内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２を備える。内側ソレノイドコイル１２－１の一端と外側ソレノイドコイル１２－２の一端が互いに電気的に接続されている。電源装置２は、内側ソレノイドコイル１２－１の他端および外側ソレノイドコイル１２－２の他端に電圧を印加してＶＰコイル１２に交流電流を導通させる。

内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２は、それぞれ１本のＶＰコイルとして機能するものである。したがって、実施の形態９のＶＰコイル１２は、電気的には、２本のＶＰコイルを同相で直列接続した構成となっている。そして、電源装置２は、内側ソレノイドコイル１２－１の他端および外側ソレノイドコイル１２－２の他端に電圧を印加してベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させる。これにより、内側ソレノイドコイル１２－１によるベクトルポテンシャルと外側ソレノイドコイル１２－２によるベクトルポテンシャルとが同一方向に発生する。

なお、実施の形態９に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、実施の形態６と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１０．

図１２は、実施の形態１０におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態１０では、例えば図１２に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、ＶＰコイル１２としての内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２のコイル軸に沿って延びる強磁性体部材１２Ｃをさらに備える。なお、強磁性体部材１２Ｃは、内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２とは電気的に接続されていない。

なお、実施の形態１０に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、実施の形態９と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１１．

図１３は、実施の形態１１におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態１１では、例えば図１３に示すように、ベクトルポテンシャルコイル装置１は、ＶＰコイル１２としての内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２のコイル軸に沿って延びる強磁性体部材１２Ｄを備える。

さらに、強磁性体部材１２Ｄは、ＶＰコイル１２の両端から外側へ向かって湾曲しつつ延びており、閉磁路を形成している。なお、強磁性体部材１２Ｄは、内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２とは電気的に接続されていない。強磁性体部材１２Ｄは、導電性を有していなくてもよく、ギャップは設けられていない。実施の形態１１では、交流電流が内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２を導通し強磁性体部材１２Ｄを導通しないため、強磁性体部材１２Ｄは導電性やギャップを必要としない。

なお、実施の形態１１に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、実施の形態９と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１２．

図１４は、実施の形態１２におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す側面図である。図１５は、実施の形態１２におけるベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す上面図である。

実施の形態１２に係る藻類増殖促進装置は、例えば図１４および図１５に示すように、互いに同一な複数のＶＰコイル１３を備えている。実施の形態１２では、各ＶＰコイル１３は、互いに同一な、直線状のコイル軸のソレノイドコイルである。それらのＶＰコイル１３は、パイプ状のバイオリアクタ１０の周方向に沿って配列されている。

電源装置２は、複数のＶＰコイル１３に交流電流を導通させ、収容空間１０１において交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、ベクトルポテンシャルに基づき生じる電圧に対応する交流電流を、収容空間１０１内の液体に導通させて電気刺激をその液体内の藻類に与える。ＶＰコイル１３は、電気的に、互いに直列または並列に接続されており、各時点で同一方向にベクトルポテンシャルを発生させる。

収容空間１０１の中心から所定の中心角θの角度範囲内に、（ここでは均等な角度間隔で）複数のＶＰコイル１３が配列されている。２つのＶＰコイル１３の間の中間位置では２つのＶＰコイル１３のベクトルポテンシャルが相殺されるため、例えば、この中心角θは１８０度未満のいずれかの角度とされる。

なお、実施の形態１２に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１３．

図１６は、実施の形態１３におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

実施の形態１３では、例えば図１６に示すように、ＶＰコイル１１は、バイオリアクタ１０（主液路）の外側に配置されている。さらに、バイオリアクタ１０は、主液路とは別に、ＶＰコイル１１の配置位置の上流側と下流側とを接続する副液路１０Ａを備える。したがって、ＶＰコイル１１によって発生した交流電流が副液路１０Ａ内の液体に導通して電気刺激が上述の藻類に与えられる。つまり、主液路および副液路における液体に交流電流Ｉ（ｔ）が周回的に導通する。

なお、例えば図１６に示すように、副液路１０Ａに、非金属性（例えば樹脂製）の多孔質フィルタ１０Ｂを設けるようにしてもよい。その場合、多孔質フィルタ１０Ｂは、上述の藻類を透過させないが、上述の液体を透過させる。したがって、多孔質フィルタ１０Ｂがあっても上述の交流電流Ｉ（ｔ）は副液路１０Ａを導通する。また、副液路１０Ａにも同様のＶＰコイル１１を設置してもよい。その場合、副液路１０ＡのＶＰコイル１１は、主液路のＶＰコイル１１により生成される交流電流Ｉ（ｔ）と同一の向きの交流電流が生成されるように設置される。

なお、実施の形態１３に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態１４．

図１７は、実施の形態１４におけるバイオリアクタ１０およびベクトルポテンシャルコイル装置１の一例を示す図である。

実施の形態１４では、例えば図１７に示すように、バイオリアクタ１０は、培養槽４１と、培養槽４１に接続され液体を循環させる循環配管４２と、循環配管４２に設けられたポンプ４３とを備え、ＶＰコイル１１は、循環配管４２に設置されている。実施の形態１４では、ポンプ４３によって、所定の流速（流量）で上述の液体が、培養槽４１および循環配管４２を循環しており、循環配管４２において、液体内の藻類に、ＶＰコイル１１によって上述の電気刺激が与えられる。なお、ここでは、ポンプ４３において上述の液体が接触する箇所は、樹脂などで覆うか、樹脂などの非金属性の部材を使用し、上述の液体が金属に接触しないようにしている。

ここでは、上述の液体が導電性を有しており、ポンプ４３の取込口内の液体から排出口内の液体まで導電性が確保されており、培養槽４１の液位が所定の基準液位以上となるように、培養槽４１内に上述の液体が収容されている場合、上述の交流電流が、培養槽４１および循環配管４２内の液体、並びにポンプ４３を導通する。ここでは、基準液位は、循環配管４２の排出口４２ａの高さに設定されている。

なお、培養槽４１の液位が所定の基準液位未満であっても、十分な流速（流量）で液体が循環している場合には、排出口４２ａから排出された液体が培養槽４１の液位まで連続するため、その場合も、上述の交流電流が、培養槽４１および循環配管４２内の液体およびポンプ４３を導通する。なお、十分な流速（流量）で液体が循環していない場合には、排出口４２ａから排出された液体が液滴状で培養槽４１の液位に落下するため、その場合には、上述の交流電流が、培養槽４１および循環配管４２内の液体、並びにポンプ４３を導通しない。この場合、上述の交流電流は導通しないが、上述の電界は、循環している液体に印加される。したがって、培養槽４１内の液位およびポンプ４３による液体の循環流速（流量）を調整して、上述の交流電流の導通の有無を選択するようにしてもよい。

なお、実施の形態１４に係る藻類増殖促進装置のその他の構成および動作については、他のいずれかの実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態１～１４のいずれかにおいて、バイオリアクタ１０は、レースウェイ方式の培養槽であってもよく、その場合、その収容空間（藻類を含む液体が収容される空間）に上述のＶＰコイル１１，１２，１３が配置されるか、培養槽の底部および／または側面の外側にＶＰコイル１１，１２，１３が配置される。

また、上記実施の形態１～１４のいずれかにおけるバイオリアクタ１０は、例示されているものに限定されず、パイプ状のバイオリアクタ、容器状のバイオリアクタ、レースウェイ方式のバイオリアクタなどといった種々の形態のいずれかとしてもよい。

また、上記実施の形態４，９～１１では、ＶＰコイル１２が、径方向において、内側ソレノイドコイル１２－１および外側ソレノイドコイル１２－２の２層構造となっているが、層数が偶数であれば、４層以上の層数でもよい。その場合、すべての層のソレノイドコイル１２－ｉが電気的に直列接続されるように、ソレノイドコイル１２－ｉのいずれかの端部で次層のソレノイドコイル１２－（ｉ＋１）に接続される。

また、上記実施の形態１～１４では、ＶＰコイル１１，１２，１３がバイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側の一方のみに配置されているが、ＶＰコイル１１がバイオリアクタ１０の収容空間１０１および外側の両方に配置されていてもよい。

また、上記実施の形態１～４，６～１４において、ベクトルポテンシャルコイル装置１（ＶＰコイル１１，１２，１３）がバイオリアクタ１０の外側に配置される代わりに、そのベクトルポテンシャルコイル装置１がバイオリアクタ１０の収容空間１０１に配置されるようにしてもよい。

なお、上記実施の形態１～１４のいずれかにおいて、上述の藻類が添加される液体が導電性を有する場合には、上述のようにベクトルポテンシャルによって発生する交流電界に加えて交流電流が電気刺激として藻類に印加され、上述の藻類が添加される液体が導電性を有さない場合には、その液体に電流が流れなくても上述のようにベクトルポテンシャルによって発生する交流電界が電気刺激として藻類に印加される。

本発明は、例えば、藻類の増殖促進に適用可能である。

１ ベクトルポテンシャルコイル装置
２ 電源装置
３ コントローラ
１０ バイオリアクタ
１０Ａ 副液路
１１，１２，１３ ベクトルポテンシャルコイル
１１－１，１２－１ 内側ソレノイドコイル
１１－２，１２－２ 外側ソレノイドコイル
１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 強磁性体部材
２１ 反射層
４１ 培養槽
４２ 循環配管
４３ ポンプ
１０１ 収容空間

Claims (11)

1. 所定の藻類を含む液体を収容する収容空間を有するバイオリアクタと、
   前記バイオリアクタの前記収容空間および外側の少なくとも一方に配置されたベクトルポテンシャルコイルと、
   前記ベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させ、前記収容空間において前記交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、前記ベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を前記液体に印加して電気刺激を前記藻類に与える電源装置と、
   を備えることを特徴とする藻類増殖促進装置。
2. 前記ベクトルポテンシャルコイルは、らせん状のコイル軸に沿って周回するソレノイドコイルであることを特徴とする請求項１記載の藻類増殖促進装置。
3. 前記ベクトルポテンシャルコイルは、湾曲したコイル軸に沿って延びるソレノイドコイルであり、周方向において開口部を備えることを特徴とする請求項１記載の藻類増殖促進装置。
4. 前記ソレノイドコイル内で前記コイル軸に沿って延びる強磁性体部材をさらに備え、
   前記強磁性体部材は、導電性を有し、
   前記ベクトルポテンシャルコイルの一端と前記強磁性体部材の第１接続点とが互いに電気的に接続されており、
   前記電源装置は、前記ベクトルポテンシャルコイルの他端および前記強磁性体部材の第２接続点に電圧を印加して前記ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させること、
   を特徴とする請求項２または請求項３記載の藻類増殖促進装置。
5. 前記ベクトルポテンシャルコイルは、同一の前記コイル軸に沿ってそれぞれ延びる内側ソレノイドコイルおよび外側ソレノイドコイルを備え、
   前記内側ソレノイドコイルの一端と前記外側ソレノイドコイルの一端が互いに電気的に接続されており、
   前記電源装置は、前記内側ソレノイドコイルの他端および前記外側ソレノイドコイルの他端に電圧を印加して前記ベクトルポテンシャルコイルに電流を導通させること、
   を特徴とする請求項２または請求項３記載の藻類増殖促進装置。
6. 前記ベクトルポテンシャルコイルを含む複数のベクトルポテンシャルコイルを備え、
   前記複数のベクトルポテンシャルコイルは、前記バイオリアクタの軸方向または周方向に沿って配列されており、
   前記電源装置は、前記複数のベクトルポテンシャルコイルに交流電流を導通させ、前記収容空間において前記交流電流に対応するベクトルポテンシャルを発生させ、前記ベクトルポテンシャルに基づき生じる電界を前記液体に印加して電気刺激を前記藻類に与えること、
   を特徴とする請求項１記載の藻類増殖促進装置。
7. 前記藻類は、光合成性のある藻類であって、
   前記バイオリアクタは、外部からの培養光を前記収容空間に透過させ、
   前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記収容空間への前記培養光の入射側とは反対側の前記バイオリアクタの外側に配置されていること、
   を特徴とする請求項３記載の藻類増殖促進装置。
8. 前記バイオリアクタと前記ベクトルポテンシャルコイルとの間に前記培養光を反射する反射層をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の藻類増殖促進装置。
9. 前記バイオリアクタは、培養槽と、前記培養槽に接続され前記液体を循環させる循環配管と、前記循環配管に設けられたポンプとを備え、
   前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記循環配管に設置されていること、
   を特徴とする請求項１記載の藻類増殖促進装置。
10. 前記液体は、導電性を有し、
    前記電源装置は、前記ベクトルポテンシャルに基づき生じる電圧に対応する交流電流を前記液体に導通させて電気刺激を前記藻類に与えること、
    を特徴とする請求項１記載の藻類増殖促進装置。
11. 前記ベクトルポテンシャルコイルは、前記バイオリアクタの外側に配置されており、
    前記バイオリアクタは、前記ベクトルポテンシャルコイルの配置位置の上流側と下流側とを接続する副液路を備え、
    前記交流電流が前記副液路内の前記液体に導通すること、
    を特徴とする請求項１０記載の藻類増殖促進装置。

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