JP2882622B2 - 光合成培養装置 - Google Patents
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- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
- C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光合成細菌、藻類、植
物細胞等、その生育に光を必要とする光合成生物を培養
する光合成培養装置に関する。特に、光合成生物の培養
による炭酸ガスを高効率で大量に固定化できる光合成培
養装置に関する。本発明の光合成培養装置は、地球温暖
化の主原因とされている炭酸ガスを生物的に固定化する
ことや、光合成生物の培養による有用生物の生産に利用
できる。
物細胞等、その生育に光を必要とする光合成生物を培養
する光合成培養装置に関する。特に、光合成生物の培養
による炭酸ガスを高効率で大量に固定化できる光合成培
養装置に関する。本発明の光合成培養装置は、地球温暖
化の主原因とされている炭酸ガスを生物的に固定化する
ことや、光合成生物の培養による有用生物の生産に利用
できる。
【０００２】
【従来の技術】光合成生物の培養は古くから行なわれ、
有用物質の生産に用いられている。光合成反応に必要と
される炭酸ガス（二酸化炭素またはＣＯ2 ）は、一方で
地球温暖化の主原因と考えられており、近年では炭酸ガ
スの固定化に有効であるとみられている。
有用物質の生産に用いられている。光合成反応に必要と
される炭酸ガス（二酸化炭素またはＣＯ2 ）は、一方で
地球温暖化の主原因と考えられており、近年では炭酸ガ
スの固定化に有効であるとみられている。
【０００３】従来の光合成生物の培養法としては、太陽
光を直接利用して屋外で培養するオープンポンド方式が
よく知られている。この方式において大量培養する場
合、光の透過距離の関係から液深を大きくとることがで
きず、結果として広大な敷地面積を必要とする重大な欠
点を有する。
光を直接利用して屋外で培養するオープンポンド方式が
よく知られている。この方式において大量培養する場
合、光の透過距離の関係から液深を大きくとることがで
きず、結果として広大な敷地面積を必要とする重大な欠
点を有する。
【０００４】このような欠点を改良して液深が大きくと
れる光合成培養装置として、例えば、特開昭５０−１５
７５８１号公報に記載の技術のように光を透過するガラ
スなどの材質を培養槽の外壁として用い、培養槽の外部
から光の供給を行なう外部照射型の光合成培養装置や、
特開昭５０−１４２７７８号公報、特開昭５７−１０２
１８１号公報、特開昭６１−１３９３８２号公報などに
記載の技術のように発光管を培養槽内に浸漬したり、外
部の光源から光ファイバーなどにより光を培養槽内部に
導いて光供給を行なう内部照射型の光合成培養装置など
があった。
れる光合成培養装置として、例えば、特開昭５０−１５
７５８１号公報に記載の技術のように光を透過するガラ
スなどの材質を培養槽の外壁として用い、培養槽の外部
から光の供給を行なう外部照射型の光合成培養装置や、
特開昭５０−１４２７７８号公報、特開昭５７−１０２
１８１号公報、特開昭６１−１３９３８２号公報などに
記載の技術のように発光管を培養槽内に浸漬したり、外
部の光源から光ファイバーなどにより光を培養槽内部に
導いて光供給を行なう内部照射型の光合成培養装置など
があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の外部照射型
の培養装置において、その照射面積を大きくするにはガ
ラス等の光透過性の材質でできた槽壁部などを大きくす
る必要があり、構造上、強度上の面から培養槽の大型化
は極めて困難であるという問題を有する。また、この外
部照射型の培養装置では、光合成微生物の濃度が高くな
ると光の到達する距離が短くなり、供給される光量が不
足して光合成微生物の増殖が抑えられるという問題を有
している。さらに、培養をスケールアップする場合、光
供給密度を同一にする必要があるが、この外部照射型の
培養装置では光照射部が培養槽の側面だけなので、例え
ば、培養槽を一般的によく行われる幾何学的相似条件で
スケールアップする場合を考えると容積の増大分と同じ
だけ側面積を大きくすることはできないため、即ち、比
照射面積（容積当りの照射面積）が低下するため、光供
給密度を一定に保つことが困難である。
の培養装置において、その照射面積を大きくするにはガ
ラス等の光透過性の材質でできた槽壁部などを大きくす
る必要があり、構造上、強度上の面から培養槽の大型化
は極めて困難であるという問題を有する。また、この外
部照射型の培養装置では、光合成微生物の濃度が高くな
ると光の到達する距離が短くなり、供給される光量が不
足して光合成微生物の増殖が抑えられるという問題を有
している。さらに、培養をスケールアップする場合、光
供給密度を同一にする必要があるが、この外部照射型の
培養装置では光照射部が培養槽の側面だけなので、例え
ば、培養槽を一般的によく行われる幾何学的相似条件で
スケールアップする場合を考えると容積の増大分と同じ
だけ側面積を大きくすることはできないため、即ち、比
照射面積（容積当りの照射面積）が低下するため、光供
給密度を一定に保つことが困難である。
【０００６】一方、前記内部照射型の培養装置において
スケールアップする場合、発光体が大型化すると培養液
の撹拌混合が不十分となる問題があった。光合成培養装
置においては、光合成に必要な基質であるＣＯ2 を含む
ガスを直接培養液中に溶解させたり、培養液中の光合成
生物を発光体の近傍に近づけて光を受けさせたり、光合
成生物を培養槽下部に沈降させないことなどのために撹
拌混合を十分に行なうことが不可欠である。ＣＯ2 の培
養液中への供給方法は、上記方法の他に、一旦適当な吸
収液に溶解して間接的に供給する方法もあるが、この場
合においても培養槽内において均一撹拌しなければなら
ないことは上記方法と同じである。
スケールアップする場合、発光体が大型化すると培養液
の撹拌混合が不十分となる問題があった。光合成培養装
置においては、光合成に必要な基質であるＣＯ2 を含む
ガスを直接培養液中に溶解させたり、培養液中の光合成
生物を発光体の近傍に近づけて光を受けさせたり、光合
成生物を培養槽下部に沈降させないことなどのために撹
拌混合を十分に行なうことが不可欠である。ＣＯ2 の培
養液中への供給方法は、上記方法の他に、一旦適当な吸
収液に溶解して間接的に供給する方法もあるが、この場
合においても培養槽内において均一撹拌しなければなら
ないことは上記方法と同じである。
【０００７】培養液の撹拌には、撹拌翼で撹拌するのが
ポンプ等による撹拌に比べて最も撹拌効率がよいが、撹
拌翼の回転部分は発光体を配置できないので、撹拌翼を
設けると培養槽内の光供給容積効率が下がるという問題
がある。培養をスケールアップする場合、この内部照射
型の培養装置において光供給密度を一定に保ってスケー
ルアップすることは外部照射型に比較すると多少は容易
である。しかし、培養槽容積が大きくなると、光供給密
度を一定に保つためには培養槽内に配置する発光体を増
加させる必要があり、そのため培養液の撹拌が困難とな
り、均一混合ができなくなるという問題点があった。
ポンプ等による撹拌に比べて最も撹拌効率がよいが、撹
拌翼の回転部分は発光体を配置できないので、撹拌翼を
設けると培養槽内の光供給容積効率が下がるという問題
がある。培養をスケールアップする場合、この内部照射
型の培養装置において光供給密度を一定に保ってスケー
ルアップすることは外部照射型に比較すると多少は容易
である。しかし、培養槽容積が大きくなると、光供給密
度を一定に保つためには培養槽内に配置する発光体を増
加させる必要があり、そのため培養液の撹拌が困難とな
り、均一混合ができなくなるという問題点があった。
【０００８】また、発光体を培養槽内部で可動させるこ
とにより、光合成生物に効果的に光供給を行うことがで
きる培養装置は、特開平４−８４８８３号公報により知
られており、該培養装置は培養槽内に必要充分な光を均
一に、効率よく供給することができ、光合成生物の培養
が高密度に行なえる特徴を持っている。しかしながら、
該培養装置の発光体は一体となった１枚の平板から構成
され、培養装置の内径の大部分の長さを持っているの
で、このような形状および配置の発光体では発光体の数
を増やしてスケールアップすることが困難であった。
とにより、光合成生物に効果的に光供給を行うことがで
きる培養装置は、特開平４−８４８８３号公報により知
られており、該培養装置は培養槽内に必要充分な光を均
一に、効率よく供給することができ、光合成生物の培養
が高密度に行なえる特徴を持っている。しかしながら、
該培養装置の発光体は一体となった１枚の平板から構成
され、培養装置の内径の大部分の長さを持っているの
で、このような形状および配置の発光体では発光体の数
を増やしてスケールアップすることが困難であった。
【０００９】一方、近年、地球温暖化の原因の一つとし
て大気中におけるＣＯ2 の増加が問題とされており、Ｃ
Ｏ2 の低減技術が要望されている。
て大気中におけるＣＯ2 の増加が問題とされており、Ｃ
Ｏ2 の低減技術が要望されている。
【００１０】そこで、本発明の目的は、スケールアップ
しても培養槽内の光供給が充分に行えると共に、培養液
の撹拌を均一に行なうことができる光合成培養装置を提
供することである。
しても培養槽内の光供給が充分に行えると共に、培養液
の撹拌を均一に行なうことができる光合成培養装置を提
供することである。
【００１１】また本発明の付随的な目的は、効率的なＣ
Ｏ2 の固定化に役立つ光合成培養装置を提供することで
ある。
Ｏ2 の固定化に役立つ光合成培養装置を提供することで
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために、本発明の光合成培養装置は、光合成生物及び
培養液を入れた培養槽内に光及びＣＯ2 が供給されて培
養が行なわれる光合成生物の培養装置において、前記培
養槽内の中心に撹拌翼が配置され、該撹拌翼の回転範囲
と該培養槽の内壁との間に、光を照射する機能を有する
板状発光体が複数個配置されていることを特徴とする。
るために、本発明の光合成培養装置は、光合成生物及び
培養液を入れた培養槽内に光及びＣＯ2 が供給されて培
養が行なわれる光合成生物の培養装置において、前記培
養槽内の中心に撹拌翼が配置され、該撹拌翼の回転範囲
と該培養槽の内壁との間に、光を照射する機能を有する
板状発光体が複数個配置されていることを特徴とする。
【００１３】また、前記板状発光体は、前記撹拌翼の回
転中心からの放射線に対する前記板状発光体の水平方向
との角度が０度（ゼロを含まず）〜６０度となるよう
に、且つ前記撹拌翼の回転方向と同じ方向に開いた角度
になるように固定して配置されていることを特徴とす
る。
転中心からの放射線に対する前記板状発光体の水平方向
との角度が０度（ゼロを含まず）〜６０度となるよう
に、且つ前記撹拌翼の回転方向と同じ方向に開いた角度
になるように固定して配置されていることを特徴とす
る。
【００１４】
【作用】本発明は上記のとおり、培養槽内の中心に撹拌
翼が配置され、該撹拌翼の回転範囲と該培養槽の内壁と
の間に、光を照射する機能を有する板状発光体が複数個
配置され、そして該板状発光体は、前記撹拌翼の回転中
心からの放射線に対する前記板状発光体の水平方向との
角度が０度（ゼロを含まず）〜６０度となるように、且
つ前記撹拌翼の回転方向と同じ方向に開いた角度になる
ように固定して配置されているので、培養液の撹拌のた
めの撹拌動力にあまり抵抗を与えないことが可能とな
り、培養槽内の培養液の循環流を形成しやすくなり、同
時に、培養液に必要量の光を均一に供給することができ
る。
翼が配置され、該撹拌翼の回転範囲と該培養槽の内壁と
の間に、光を照射する機能を有する板状発光体が複数個
配置され、そして該板状発光体は、前記撹拌翼の回転中
心からの放射線に対する前記板状発光体の水平方向との
角度が０度（ゼロを含まず）〜６０度となるように、且
つ前記撹拌翼の回転方向と同じ方向に開いた角度になる
ように固定して配置されているので、培養液の撹拌のた
めの撹拌動力にあまり抵抗を与えないことが可能とな
り、培養槽内の培養液の循環流を形成しやすくなり、同
時に、培養液に必要量の光を均一に供給することができ
る。
【００１５】本発明の光合成培養装置では板状発光体が
複数個存在するので、どのようなスケールの培養槽にお
いても常に板状発光体相互の間隔をほぼ一定にして配置
することが可能であり、均一の撹拌条件のもとで、常に
光合成生物への光供給条件を一定にすることができる。
複数個存在するので、どのようなスケールの培養槽にお
いても常に板状発光体相互の間隔をほぼ一定にして配置
することが可能であり、均一の撹拌条件のもとで、常に
光合成生物への光供給条件を一定にすることができる。
【００１６】つぎに本発明の光合成培養装置が、比照射
面積において有利であることを次のケースＩ（比較例）
とケースII（本発明）を例にして説明する。
面積において有利であることを次のケースＩ（比較例）
とケースII（本発明）を例にして説明する。
【００１７】ケースＩ（比較例）：培養槽を一般的によ
く行われる幾何学的相似条件でスケールアップし、側面
から光を照射することができる光合成培養装置とした。
培養槽の容積をＶ、培養槽の直径をＤ、培養槽の側壁高
さ及び板状発光体の高さをそれぞれＨとして、直径Ｄと
側壁高さをそれぞれ下記の表１に示す値を採用して、培
養槽の容積Ｖを０．０１ｍ3 、０．１ｍ3 及び１ｍ3 と
した場合の、光の供給面となる培養槽の側壁面積Ａ＝Ｄ
・π・Ｈ、比照射面積Ａ／Ｖを下記表１に示す。
く行われる幾何学的相似条件でスケールアップし、側面
から光を照射することができる光合成培養装置とした。
培養槽の容積をＶ、培養槽の直径をＤ、培養槽の側壁高
さ及び板状発光体の高さをそれぞれＨとして、直径Ｄと
側壁高さをそれぞれ下記の表１に示す値を採用して、培
養槽の容積Ｖを０．０１ｍ3 、０．１ｍ3 及び１ｍ3 と
した場合の、光の供給面となる培養槽の側壁面積Ａ＝Ｄ
・π・Ｈ、比照射面積Ａ／Ｖを下記表１に示す。
【００１８】ケースII（本発明）：培養槽の側壁を光非
透過型とし、その培養槽内の中心に撹拌翼を配置し、そ
の撹拌翼の回転範囲の外側と培養槽内壁の間に、光を照
射する機能を有する板状発光体を複数個配置してスケー
ルアップすることとした。前記ケースＩと同じ、培養槽
の容積Ｖ、培養槽の直径Ｄ、培養槽の側壁高さ及び板状
発光体の高さＨとし、さらに、板状発光体の幅、及び板
状発光体の枚数を下記の表１のようにしたときの発光体
総表面積Ａ、及び比照射面積Ａ／Ｖを下記表１に併せて
示す。
透過型とし、その培養槽内の中心に撹拌翼を配置し、そ
の撹拌翼の回転範囲の外側と培養槽内壁の間に、光を照
射する機能を有する板状発光体を複数個配置してスケー
ルアップすることとした。前記ケースＩと同じ、培養槽
の容積Ｖ、培養槽の直径Ｄ、培養槽の側壁高さ及び板状
発光体の高さＨとし、さらに、板状発光体の幅、及び板
状発光体の枚数を下記の表１のようにしたときの発光体
総表面積Ａ、及び比照射面積Ａ／Ｖを下記表１に併せて
示す。
【００１９】
【表１】 上記表１によれば、ケースＩの場合、槽容積が増えるに
従って比照射面積は小さくなるのに対して、ケースII
（本発明）の場合では、板状発光体の個数及び（又は面
積）を増加させることにより比照射面積を一定に保つこ
とができ、光合成培養において有利であることがわか
る。そして、板状発光体の配置を上記のような配置とす
ることにより、スケールアップする場合にも、培養槽内
に容易に板状発光体を配置でき、且つ培養効率のよい配
置とすることができる。
従って比照射面積は小さくなるのに対して、ケースII
（本発明）の場合では、板状発光体の個数及び（又は面
積）を増加させることにより比照射面積を一定に保つこ
とができ、光合成培養において有利であることがわか
る。そして、板状発光体の配置を上記のような配置とす
ることにより、スケールアップする場合にも、培養槽内
に容易に板状発光体を配置でき、且つ培養効率のよい配
置とすることができる。
【００２０】本発明では特に、上記の固定された板状発
光体の配置と回転する撹拌翼との組み合わせにより、あ
たかも培養槽の内径とほぼ同じ幅を有する撹拌翼が回転
するのと同様な作用効果が得られることから、発光機能
を有する大型の撹拌翼を作成する必要がなく、装置の製
作や装置管理上極めて有利である。
光体の配置と回転する撹拌翼との組み合わせにより、あ
たかも培養槽の内径とほぼ同じ幅を有する撹拌翼が回転
するのと同様な作用効果が得られることから、発光機能
を有する大型の撹拌翼を作成する必要がなく、装置の製
作や装置管理上極めて有利である。
【００２１】上記板状発光体に加えて、撹拌翼が発光機
能を有する場合には、その撹拌翼は培養槽内における培
養液の循環流を形成するとともに、培養槽内中心部にお
いては光合成生物に対し均一に光を供給することができ
る。通常の発光機能を持たない撹拌翼の場合には、培養
槽内へ光を供給する効果は得られないが、発光撹拌翼に
比べて撹拌性能のより優れた既知の撹拌翼を選定でき
る。従って特に、撹拌による機械的損傷を受けにくい光
合成生物の場合は適用が可能である。
能を有する場合には、その撹拌翼は培養槽内における培
養液の循環流を形成するとともに、培養槽内中心部にお
いては光合成生物に対し均一に光を供給することができ
る。通常の発光機能を持たない撹拌翼の場合には、培養
槽内へ光を供給する効果は得られないが、発光撹拌翼に
比べて撹拌性能のより優れた既知の撹拌翼を選定でき
る。従って特に、撹拌による機械的損傷を受けにくい光
合成生物の場合は適用が可能である。
【００２２】
〔実施例１〕 本発明を実施例により説明する。図１は、本発明の光合
成培養装置の全体概要の一例を示した図である。図２は
図１の培養装置の断面を上方向から示した図である。図
中、１１は培養槽、１２は培養槽１１内の中心に回転可
能に配置されている光を照射する機能を有する撹拌翼で
あるが、撹拌翼１２は光を照射する機能がなくても構わ
ない。１３は光を照射する機能を有する板状発光体であ
る。その板状発光体１３は、撹拌翼１２の回転範囲の外
側で且つ該培養槽１１内に４個等間隔で配置されてい
る。その配置は、撹拌翼１２の回転中心からの放射線に
対する前記板状発光体１３の水平方向との配置角度α
が、点線９で囲んだ範囲、０度（ゼロを含まず）〜６０
度となるように、且つ前記撹拌翼１２の回転方向と同じ
方向に開いた角度になるように配置されている。この板
状発光体１３の配置角度αは、培養条件に合わせて任意
に変更が可能となるように調整することができる。
成培養装置の全体概要の一例を示した図である。図２は
図１の培養装置の断面を上方向から示した図である。図
中、１１は培養槽、１２は培養槽１１内の中心に回転可
能に配置されている光を照射する機能を有する撹拌翼で
あるが、撹拌翼１２は光を照射する機能がなくても構わ
ない。１３は光を照射する機能を有する板状発光体であ
る。その板状発光体１３は、撹拌翼１２の回転範囲の外
側で且つ該培養槽１１内に４個等間隔で配置されてい
る。その配置は、撹拌翼１２の回転中心からの放射線に
対する前記板状発光体１３の水平方向との配置角度α
が、点線９で囲んだ範囲、０度（ゼロを含まず）〜６０
度となるように、且つ前記撹拌翼１２の回転方向と同じ
方向に開いた角度になるように配置されている。この板
状発光体１３の配置角度αは、培養条件に合わせて任意
に変更が可能となるように調整することができる。
【００２３】板状発光体１３の配置角度αをマイナスと
すると板状発光体１３の背面の液流れが著しく低下す
る。この配置角度αが小さくなりすぎ０に近づくと、液
流れが板状発光体１３の抵抗を受けやすくなり、撹拌動
力を要することになる。またこの配置角度αが大きすぎ
ると撹拌動力は小さくなるが、逆に板状発光体１３に邪
魔されて培養槽壁面側の培養液の流れが悪くなり、とり
わけ６０度を越えると板状発光体１３と培養槽１１壁間
の培養液の撹拌効率が著しく低下する。従って、板状発
光体１３の配置角度αを前記の通り０度（ゼロを含ま
ず）〜６０度とすることにより撹拌効果は得られる。撹
拌動力をより考慮するならば、望ましくはこの配置角度
αは通常１０度〜４０度が最適である。
すると板状発光体１３の背面の液流れが著しく低下す
る。この配置角度αが小さくなりすぎ０に近づくと、液
流れが板状発光体１３の抵抗を受けやすくなり、撹拌動
力を要することになる。またこの配置角度αが大きすぎ
ると撹拌動力は小さくなるが、逆に板状発光体１３に邪
魔されて培養槽壁面側の培養液の流れが悪くなり、とり
わけ６０度を越えると板状発光体１３と培養槽１１壁間
の培養液の撹拌効率が著しく低下する。従って、板状発
光体１３の配置角度αを前記の通り０度（ゼロを含ま
ず）〜６０度とすることにより撹拌効果は得られる。撹
拌動力をより考慮するならば、望ましくはこの配置角度
αは通常１０度〜４０度が最適である。
【００２４】なお、本実施例１では板状発光体１３の培
養槽壁側の一端を固定した場合についての角度変化を示
しているが、この固定位置は板状発光体１３の任意の位
置を選ぶことができ、図１に示した箇所に限定されな
い。板状発光体１３は材質にアクリル板などの合成樹脂
板やガラス板などの透明板状体を使用することができ
る。板状発光体１３は平板や培養槽１１に沿って曲がっ
た湾曲板を用いることができる。
養槽壁側の一端を固定した場合についての角度変化を示
しているが、この固定位置は板状発光体１３の任意の位
置を選ぶことができ、図１に示した箇所に限定されな
い。板状発光体１３は材質にアクリル板などの合成樹脂
板やガラス板などの透明板状体を使用することができ
る。板状発光体１３は平板や培養槽１１に沿って曲がっ
た湾曲板を用いることができる。
【００２５】培養槽１１の上部の天板１８にはその内面
に鏡板１９が設けられるか、又は天板１８の内面自体が
鏡面仕上げされているので、培養槽１１内部から発散さ
れる光は反射されて培養に有効利用される。撹拌翼１２
は回転軸２０を介して回転可能な状態で天板１８又は鏡
板１９に固定されている。また、板状発光体１３も、培
養槽１１の天板１８又は鏡板１９に固定されている。
に鏡板１９が設けられるか、又は天板１８の内面自体が
鏡面仕上げされているので、培養槽１１内部から発散さ
れる光は反射されて培養に有効利用される。撹拌翼１２
は回転軸２０を介して回転可能な状態で天板１８又は鏡
板１９に固定されている。また、板状発光体１３も、培
養槽１１の天板１８又は鏡板１９に固定されている。
【００２６】その撹拌翼１２はグラスファイバー製のラ
イトガイド２２と光学的に連結されており、またその板
状発光体１３もグラスファイバー製のライトガイド２１
に光学的に連結されており、ライトガイド２１及び２２
を通じて外部光源から供給される光を受けて、それらの
表面全体から光を放射することができる。撹拌翼１２の
材質には、その撹拌翼１２が発光機能を有するものとす
るならば、板状発光体１３と同じ材質のものを用いるこ
とができ、また発光機能を持たないとするならば、通
常、培養槽の撹拌翼として用いられている材料、例え
ば、ステンレスなどを用いることができる。
イトガイド２２と光学的に連結されており、またその板
状発光体１３もグラスファイバー製のライトガイド２１
に光学的に連結されており、ライトガイド２１及び２２
を通じて外部光源から供給される光を受けて、それらの
表面全体から光を放射することができる。撹拌翼１２の
材質には、その撹拌翼１２が発光機能を有するものとす
るならば、板状発光体１３と同じ材質のものを用いるこ
とができ、また発光機能を持たないとするならば、通
常、培養槽の撹拌翼として用いられている材料、例え
ば、ステンレスなどを用いることができる。
【００２７】１４は光合成生物を含んだ培養液である。
培養液１４の量は、培養槽１１内の培養液１４のスムー
ズなフローパターンが得られるように、板状発光体１３
及び撹拌翼１２の上部が培養液１４の液面から若干出る
程度にすることが望ましい。培養槽１１内の底部には培
養槽１１の外部からＣＯ2 を含む通気ガスを培養液１４
に供給するための通気管１５が配置されている。本実施
例１においては、リングスパージャを通気管１５として
用いているが、シングルノズルなどによる他の形式の通
気装置を用いてもよい。
培養液１４の量は、培養槽１１内の培養液１４のスムー
ズなフローパターンが得られるように、板状発光体１３
及び撹拌翼１２の上部が培養液１４の液面から若干出る
程度にすることが望ましい。培養槽１１内の底部には培
養槽１１の外部からＣＯ2 を含む通気ガスを培養液１４
に供給するための通気管１５が配置されている。本実施
例１においては、リングスパージャを通気管１５として
用いているが、シングルノズルなどによる他の形式の通
気装置を用いてもよい。
【００２８】培養槽１１の外部に設けられたモータ１７
で回転軸２０が駆動されることにより、撹拌翼１２が回
転させられる。一方、培養槽１１内へ供給された通気ガ
スは上昇しながら撹拌翼１２により撹拌されながら培養
液１４中に均一に分散されていき、培養槽１１上部に設
けられた排気管１６より排出されていく。培養液１４
は、培養槽１１中心の撹拌翼１２の回転により押し出さ
れ、板状発光体１３を前記した配置とすることにより、
且つ 板状発光体１３の角度を最適撹拌特性が得られる
よう設定することにより、培養液１４は板状発光体１３
の間を通り培養槽壁方向に吐出され、培養槽壁部に到達
した培養液１４の一部は培養槽１１の壁面に沿って流
れ、一部は上下流となって培養槽１１の中心に戻るとい
う循環流を形成することができる。この時、板状発光体
１３（及び／又は撹拌翼１２）が発光して光を放射して
おり、光合成生物はこの板状発光体１３（及び／又は撹
拌翼１２）の間を均一状態で繰り返し通過するので光合
成生物の培養が進む。
で回転軸２０が駆動されることにより、撹拌翼１２が回
転させられる。一方、培養槽１１内へ供給された通気ガ
スは上昇しながら撹拌翼１２により撹拌されながら培養
液１４中に均一に分散されていき、培養槽１１上部に設
けられた排気管１６より排出されていく。培養液１４
は、培養槽１１中心の撹拌翼１２の回転により押し出さ
れ、板状発光体１３を前記した配置とすることにより、
且つ 板状発光体１３の角度を最適撹拌特性が得られる
よう設定することにより、培養液１４は板状発光体１３
の間を通り培養槽壁方向に吐出され、培養槽壁部に到達
した培養液１４の一部は培養槽１１の壁面に沿って流
れ、一部は上下流となって培養槽１１の中心に戻るとい
う循環流を形成することができる。この時、板状発光体
１３（及び／又は撹拌翼１２）が発光して光を放射して
おり、光合成生物はこの板状発光体１３（及び／又は撹
拌翼１２）の間を均一状態で繰り返し通過するので光合
成生物の培養が進む。
【００２９】この板状発光体１３（及び／又は撹拌翼１
２）を均一に発光させるためには、その表面や内部に光
散乱加工をすることが望ましい。培養槽１１内の板状発
光体１３（及び／又は撹拌翼１２）の設定を行なうに
は、板状発光体１３（及び／又は撹拌翼１２）の総表面
積が、光合成生物の培養に必要な照射面積となるように
設定する。板状発光体１３の１枚当りの面積を大きくす
る場合には、板状発光体１３の均一発光性や構造強度を
確保するように発光体の製作に注意をはらわねばならな
い。また板状発光体１３の枚数を増やす場合には、部品
数が増えるので、スケールアップサイズや発光体材質特
性を考慮した板状発光体１３の最適の大きさ、形状、取
付位置となるように構成する。またその板状発光体１３
の配置間隔は、等間隔とすることが均一な光の照射のた
め望ましい。
２）を均一に発光させるためには、その表面や内部に光
散乱加工をすることが望ましい。培養槽１１内の板状発
光体１３（及び／又は撹拌翼１２）の設定を行なうに
は、板状発光体１３（及び／又は撹拌翼１２）の総表面
積が、光合成生物の培養に必要な照射面積となるように
設定する。板状発光体１３の１枚当りの面積を大きくす
る場合には、板状発光体１３の均一発光性や構造強度を
確保するように発光体の製作に注意をはらわねばならな
い。また板状発光体１３の枚数を増やす場合には、部品
数が増えるので、スケールアップサイズや発光体材質特
性を考慮した板状発光体１３の最適の大きさ、形状、取
付位置となるように構成する。またその板状発光体１３
の配置間隔は、等間隔とすることが均一な光の照射のた
め望ましい。
【００３０】光合成生物の光合成に必要な光は、太陽光
あるいは人工光源の光を外部から板状発光体１３（及び
／又は発光機能を有する撹拌翼１２）に伝送して、培養
槽内部に導入供給する。例えば、集光装置で集めた太陽
光や人工光源の光を光伝送用ファイバーバンドルや光ダ
クトを用いて伝送する。また、太陽光と人工光源を併用
してもよい。
あるいは人工光源の光を外部から板状発光体１３（及び
／又は発光機能を有する撹拌翼１２）に伝送して、培養
槽内部に導入供給する。例えば、集光装置で集めた太陽
光や人工光源の光を光伝送用ファイバーバンドルや光ダ
クトを用いて伝送する。また、太陽光と人工光源を併用
してもよい。
【００３１】〔実施例２〕図３は、前記実施例１の光合
成培養装置の培養槽容積Ｖが１０リットルで、発光体総
表面積Ａと培養槽容積Ｖの比、即ち、比照射面積Ａ／Ｖ
が１０のスケールの光合成培養装置で、３５℃の培養温
度、１５ｖｏｌ％のＣＯ2 濃度、０．１ｖｖｍの通気
量、ｐＨ７、１００ｒｐｍの撹拌速度の培養条件で、光
合成培養したクロレラの培養特性結果の例である。
成培養装置の培養槽容積Ｖが１０リットルで、発光体総
表面積Ａと培養槽容積Ｖの比、即ち、比照射面積Ａ／Ｖ
が１０のスケールの光合成培養装置で、３５℃の培養温
度、１５ｖｏｌ％のＣＯ2 濃度、０．１ｖｖｍの通気
量、ｐＨ７、１００ｒｐｍの撹拌速度の培養条件で、光
合成培養したクロレラの培養特性結果の例である。
【００３２】〔実施例３〕図４は、培養槽１１内の板状
発光体１３の形状が幅０．０９５ｍ×高さ０．８ｍのも
のを個数５個と増やし、また発光機能を持たせた撹拌翼
１２の形状を幅０．１２ｍ×高さ０．８ｍとして、比照
射面積Ａ／Ｖを１０にし、且つ培養槽１１の容積Ｖを１
００リットルにスケールアップし、板状発光体１３の中
心軸との角度を約２０度にした場合の光合成培養装置の
断面図を示す。
発光体１３の形状が幅０．０９５ｍ×高さ０．８ｍのも
のを個数５個と増やし、また発光機能を持たせた撹拌翼
１２の形状を幅０．１２ｍ×高さ０．８ｍとして、比照
射面積Ａ／Ｖを１０にし、且つ培養槽１１の容積Ｖを１
００リットルにスケールアップし、板状発光体１３の中
心軸との角度を約２０度にした場合の光合成培養装置の
断面図を示す。
【００３３】本実施例３の光合成培養装置を用いてクロ
レラを、培養条件の撹拌速度を５０ｒｐｍとし、その他
の培養条件を前記実施例２と同じにして培養した結果、
前記実施例２と同様な培養特性が見られた。
レラを、培養条件の撹拌速度を５０ｒｐｍとし、その他
の培養条件を前記実施例２と同じにして培養した結果、
前記実施例２と同様な培養特性が見られた。
【００３４】〔実施例４〕図５は、培養槽１１内の板状
発光体１３の形状が幅０．２７ｍ×高さ１．７ｍのもの
を個数１１個と増やし、ステンレス製の撹拌翼１２の形
状を幅０．２０ｍ×高さ１．７ｍとして、比照射面積Ａ
／Ｖを１０にし、且つ培養槽１１の容積Ｖを１０００リ
ットルにスケールアップし、板状発光体１３の中心軸と
の角度を約２０度にした場合の光合成培養装置の断面図
を示す。
発光体１３の形状が幅０．２７ｍ×高さ１．７ｍのもの
を個数１１個と増やし、ステンレス製の撹拌翼１２の形
状を幅０．２０ｍ×高さ１．７ｍとして、比照射面積Ａ
／Ｖを１０にし、且つ培養槽１１の容積Ｖを１０００リ
ットルにスケールアップし、板状発光体１３の中心軸と
の角度を約２０度にした場合の光合成培養装置の断面図
を示す。
【００３５】本実施例４の光合成培養装置を用いてクロ
レラを、培養条件の撹拌速度を３０ｒｐｍとし、その他
の培養条件を前記実施例２と同じにして培養した結果、
前記実施例２と同様な培養特性が見られた。
レラを、培養条件の撹拌速度を３０ｒｐｍとし、その他
の培養条件を前記実施例２と同じにして培養した結果、
前記実施例２と同様な培養特性が見られた。
【００３６】〔実施例５〕図６は、培養槽１１の容積Ｖ
を１０００リットルにスケールアップしているが、板状
発光体１３の形状を幅０．３７ｍ×高さ１．７ｍとし
て、１枚あたりの面積を前記実施例４のものより３７％
大きくし、枚数を１１枚から８枚に削減し、且つ比照射
面積Ａ／Ｖを１０にした場合の光合成培養装置の断面図
を示す。本実施例５では板状発光体１３の配置角度を３
０度とした。
を１０００リットルにスケールアップしているが、板状
発光体１３の形状を幅０．３７ｍ×高さ１．７ｍとし
て、１枚あたりの面積を前記実施例４のものより３７％
大きくし、枚数を１１枚から８枚に削減し、且つ比照射
面積Ａ／Ｖを１０にした場合の光合成培養装置の断面図
を示す。本実施例５では板状発光体１３の配置角度を３
０度とした。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明の光合成培養装置に
よれば、光合成生物を培養するにあたり効率の良い光供
給が行なわれるとともに、培養槽内の撹拌混合が均一に
行なわれるために高い光合成生産性が得られる。とりわ
け、比照射面積を一定に保ってのスケールアップが容易
な構造であるため、高密度培養による効率的な大量生産
用バイオリアクター及び大処理の炭酸ガス固定用バイオ
リアクターを実現することができる。
よれば、光合成生物を培養するにあたり効率の良い光供
給が行なわれるとともに、培養槽内の撹拌混合が均一に
行なわれるために高い光合成生産性が得られる。とりわ
け、比照射面積を一定に保ってのスケールアップが容易
な構造であるため、高密度培養による効率的な大量生産
用バイオリアクター及び大処理の炭酸ガス固定用バイオ
リアクターを実現することができる。
【図１】実施例１の光合成培養装置の全体概要を示す。
【図２】図１の光合成培養装置の断面図である。
【図３】光合成培養装置の培養槽容積Ｖが１０リットル
で、発光体総表面積Ａと培養槽容積Ｖの比、即ち、比照
射面積Ａ／Ｖが１０のスケール条件下で光合成培養した
実施例２のクロレラの培養特性結果の例である。
で、発光体総表面積Ａと培養槽容積Ｖの比、即ち、比照
射面積Ａ／Ｖが１０のスケール条件下で光合成培養した
実施例２のクロレラの培養特性結果の例である。
【図４】実施例３の光合成培養装置の断面図である。
【図５】実施例４の光合成培養装置の断面図である。
【図６】実施例５の光合成培養装置の断面図である。
１１ 培養槽 １２ 撹拌翼 １３ 板状発光体 １４ 培養液 １５ 通気管 １６ 排気管 １７ モータ １８ 天板 １９ 鏡板 ２０ 回転軸 ２１，２２ ライトガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 健治 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人 地球環境産業 技術研究機構内 (72)発明者 坂本 庸一郎 東京都港区西新橋２−８−11 第７東洋 海事ビル８階 財団法人 地球環境産業 技術研究機構内 (56)参考文献 特開 平７−163331（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−46826（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84883（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−262477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−102181（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−86145（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−100097（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C12M 1/00 - 3/04
Claims (1)
- 【請求項１】 光合成生物及び培養液を入れた培養槽内
に光及びＣＯ2 が供給されて培養が行われる光合成培養
装置において、 （１）前記培養槽内の中心に撹拌翼が配置され、 （２）該撹拌翼の回転範囲と該培養槽の内壁との間に、
光を照射する機能を有する板状発光体が複数個配置さ
れ、 （３）該板状発光体は、該撹拌翼の回転中心からの放射
線に対する前記板状発光体の水平方向との角度が０度
（ゼロを含まず）〜６０度となるように、且つ前記撹拌
翼の回転方向と同じ方向に開いた角度になるように固定
して配置されていることを特徴とする光合成培養装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6109084A JP2882622B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 光合成培養装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6109084A JP2882622B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 光合成培養装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07289236A JPH07289236A (ja) | 1995-11-07 |
| JP2882622B2 true JP2882622B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=14501198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6109084A Expired - Fee Related JP2882622B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 光合成培養装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2882622B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100374539C (zh) * | 2002-05-13 | 2008-03-12 | 格瑞富埃技术有限公司 | 光生物反应器及其操作方法、包括其的系统以及应用 |
| WO2011065445A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 株式会社筑波バイオテック研究所 | 微細藻類培養装置 |
| JP5975602B2 (ja) * | 2011-03-03 | 2016-08-23 | 株式会社筑波バイオテック研究所 | 微細藻類連続培養装置およびこの装置を用いた微細藻類連続培養方法 |
| EP2505633A1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-03 | Algae Health | Photobioreactor for growing organisms |
| FR3004724B1 (fr) * | 2013-04-22 | 2015-05-22 | Fermentalg | Reacteur a eclairage integre |
-
1994
- 1994-04-25 JP JP6109084A patent/JP2882622B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07289236A (ja) | 1995-11-07 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
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