JP3391835B2 - Gas dissolving apparatus and reaction apparatus including the same - Google Patents

Gas dissolving apparatus and reaction apparatus including the same

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JP3391835B2
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圭一郎 檜山
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Abstract

PURPOSE:To attempt to improve reaction efficiency of a chemical reaction or an enzyme reaction wherein a gas is required in a gas dissolving apparatus with high gas-dissolving efficiency. CONSTITUTION:In a storing tank 21, a pressure frame 23 feeding a gas into a liq. under pressure and a stirring device 25 which stirs the liq. and moves it downward is provided below this pressure frame 23. As gas feeding under pressure is performed thereby at the gas-liq. interface around the opening 23a of the pressure frame 23 and dispersion of the existing dissolved gas is efficiently performed at the liq. face of the storing tank 21, it is possible to dissolve efficiently the gas. In addition, in a bioreactor 40 equipped with a gas dissolving apparatus like this, it is possible to improve reaction efficiency as a liq. culture medium can be fed to an immobilized enzyme 41 in the storing tank under a condition where gas is efficiently dissolved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は気体溶解装置、特に撹拌
手段や供給手段等を改良することにより気体の溶解効率
を向上させた気体溶解装置及びこれを備えた反応装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas dissolving device, and more particularly to a gas dissolving device having improved gas dissolving efficiency by improving a stirring means, a supplying means and the like, and a reactor equipped therewith.

【0002】[0002]

【従来の技術】気体は様々な性質を有していることか
ら、気体の性質を溶液の形で利用するために種々の気体
溶解装置が考えられている。気体の中でも酸素は人体に
無害な高活性物質として知られ、例えば、酸素の活性を
利用して飲料水の有害物質の除去や殺菌などを行うこと
ができるため、種々の酸素溶解装置が従来から考えられ
ている。
2. Description of the Related Art Since gas has various properties, various gas dissolving devices have been considered in order to utilize the properties of gas in the form of a solution. Among gases, oxygen is known as a highly active substance that is harmless to the human body. For example, various oxygen dissolving devices have been conventionally used because it is possible to remove harmful substances in drinking water and sterilize them by utilizing the activity of oxygen. It is considered.

【0003】酸素溶解装置は、飲料水の殺菌の他にも、
例えば廃水や廃液などの汚水に酸素を供給して汚水を活
性化させる汚水処理工程にも用いられている。このよう
な廃水処理工程においては、汚泥内へ酸素の十分な溶解
を行うことが必要であり、酸素溶解装置によって汚水に
酸素を溶解させることによりバクテリアを効果的に活性
化して汚水を処理している。
In addition to sterilizing drinking water, the oxygen dissolving device is
For example, it is also used in a wastewater treatment process in which oxygen is supplied to wastewater such as wastewater or waste liquid to activate the wastewater. In such a wastewater treatment step, it is necessary to sufficiently dissolve oxygen in the sludge, and by dissolving oxygen in the wastewater by an oxygen dissolving device, bacteria are effectively activated to treat the wastewater. There is.

【0004】図8には、従来から使用されている酸素溶
解装置の構成が示されている。図8に示されているよう
に、従来の酸素溶解装置は、液体を内部に貯留する貯留
槽10と、この貯留槽10内部に設置されているプロペ
ラ11と、このプロペラ11を回転させるモータ12と
から構成されている。そして、前記貯留槽10には、酸
素を吸入する吸入口10aと、過剰の気体を排出する排
出口10bとが設置されている。このような従来装置に
おいては、吸入口10aから酸素が供給されるとプロペ
ラ11が回転駆動して酸素を液体中に溶解させるように
なっている。これは、酸素の液体への溶解は気液界面に
よって行われるため、プロペラ11が回転することによ
り次々に新たな気液界面を作り出すことによって酸素の
溶解が行われるようにしている。
FIG. 8 shows the construction of a conventionally used oxygen dissolving apparatus. As shown in FIG. 8, a conventional oxygen dissolving apparatus includes a storage tank 10 for storing a liquid therein, a propeller 11 installed inside the storage tank 10, and a motor 12 for rotating the propeller 11. It consists of and. The storage tank 10 is provided with a suction port 10a for sucking oxygen and a discharge port 10b for discharging excess gas. In such a conventional device, when oxygen is supplied from the suction port 10a, the propeller 11 is rotationally driven to dissolve oxygen in the liquid. This is because the dissolution of oxygen in the liquid is carried out at the gas-liquid interface, so that the propeller 11 is rotated to create new gas-liquid interfaces one after another, so that the oxygen is dissolved.

【0005】ところで、液体への気体の溶解は、微生物
の培養を行う場合にも行われる。例えば、発酵に酸素が
必要な液体培地中の微生物に酸素を供給するために、図
8に示されるような気体溶解装置が用いられることがあ
る。このような気体溶解装置を備えた培養槽としては、
例えば図9に示されるような通気撹拌培養槽14があ
る。この通気撹拌培養槽14は、図8の気体溶解装置と
同じ原理で、プロペラの回転撹拌によって気体を溶解さ
せ、これによって好気性微生物の培養を行う。また通気
撹拌培養槽14は、モータ駆動の撹拌羽根11が培地を
撹拌する一方で、コンプレッサ(空気圧縮機)等により
槽底部から空気を強制的に導入することによって酸素を
槽内に供給する。このような供給形式を採用することに
より、図8に示される気体溶解装置よりも効率的に気体
を溶解させることができる。なお、この通気撹拌培養槽
14においては、培養される微生物および使用される液
体培地は、接種口14aおよび培地入口14bからそれ
ぞれ槽内に供給される。培養液は取出口14cから取出
される。発酵時に生成した気体および過剰の酸素は排気
口14dから排出される。撹拌培養槽14はジャケット
16に覆われており、槽14はジャケット16の間隙に
蒸気或いは冷却水が通じられることによって温度制御が
行われる。
By the way, the dissolution of gas in a liquid is also carried out when culturing microorganisms. For example, a gas dissolution apparatus as shown in FIG. 8 may be used to supply oxygen to microorganisms in a liquid medium that require oxygen for fermentation. As a culture tank equipped with such a gas dissolving device,
For example, there is an aeration stirring culture tank 14 as shown in FIG. The aeration and agitation culture tank 14 dissolves the gas by rotating and agitating the propeller according to the same principle as that of the gas dissolution apparatus of FIG. 8, thereby culturing aerobic microorganisms. The aeration stirring culture tank 14 supplies oxygen into the tank by forcibly introducing air from the bottom of the tank with a compressor (air compressor) while the stirring blade 11 driven by a motor stirs the medium. By adopting such a supply system, the gas can be dissolved more efficiently than the gas dissolving device shown in FIG. In the aeration and agitation culture tank 14, the microorganisms to be cultured and the liquid medium to be used are supplied into the tank from the inoculation port 14a and the medium inlet 14b, respectively. The culture solution is taken out from the outlet 14c. The gas generated during fermentation and excess oxygen are exhausted from the exhaust port 14d. The stirring culture tank 14 is covered with a jacket 16, and the temperature of the tank 14 is controlled by passing steam or cooling water through the gap between the jackets 16.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ここで、原理的には、
同一の液体中に2種類の気体が溶解する場合には、それ
ぞれの溶解度は互いに干渉し合わないということになっ
ている。しかしながら実際には、例えば窒素が溶解して
いる水中に酸素を溶解させようとすると、酸素の溶解度
が低下するのが普通である。また、気体の溶解度は、界
面に係る圧力に比例するという事実があり、気液界面に
2種以上の気体が存在した場合には、その溶解度や溶解
速度が低下するという事実も一般的に認められている。
[Problems to be Solved by the Invention] Here, in principle,
When two types of gas are dissolved in the same liquid, the solubilities of the two do not interfere with each other. However, in practice, for example, when trying to dissolve oxygen in water in which nitrogen is dissolved, the solubility of oxygen usually decreases. In addition, there is a fact that the solubility of gas is proportional to the pressure applied to the interface, and it is generally accepted that the solubility and dissolution rate of two or more gases at the gas-liquid interface decrease. Has been.

【0007】ところが実際には、酸素の溶解に伴って液
体中から発生してくる気体が気液界面に滞流してしまう
ため、従来の気体溶解装置では気液界面に2種以上の気
体が並存することになり、酸素の溶解度と溶解速度が共
に低下してしまうという問題があった。また、酸素の溶
解度を向上させるため装置全体を加圧すると、常に破裂
等の危険を伴い、また高圧に耐える構造にするためには
多大な労力と費用がかかるという問題があった。更に
は、不用意に圧力をかけて溶解させると、純粋に酸素の
みが溶解した液体が得られないという問題もある。
In reality, however, the gas generated from the liquid due to the dissolution of oxygen stagnates at the gas-liquid interface, so that in the conventional gas dissolving apparatus, two or more kinds of gas coexist at the gas-liquid interface. Therefore, there is a problem that both the solubility and the dissolution rate of oxygen decrease. Further, there is a problem that if the entire apparatus is pressurized to improve the solubility of oxygen, there is always a risk of bursting, and that a structure that can withstand high pressure requires a lot of labor and cost. Furthermore, there is a problem in that a liquid in which only pure oxygen is dissolved cannot be obtained if the liquid is dissolved by applying pressure carelessly.

【0008】なお、ここまでは酸素が最も頻繁に用いら
れる気体であることから酸素溶解装置について説明して
きたが、これは酸素を液体に溶解する場合だけに限られ
ず、ある特定の気体を所定の液体に溶解させたい場合に
常に付き纏う問題である。
Up to this point, the oxygen dissolving apparatus has been described because oxygen is the most frequently used gas, but this is not limited to the case of dissolving oxygen in a liquid, and a specific gas may be used as a predetermined gas. This is a problem that always accompanies when you want to dissolve in a liquid.

【0009】本発明は以上のような問題に鑑みてなされ
たものであり、その第一の目的は、特定の気体を効率良
く液体に溶解させることができる気体溶解装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is to provide a gas dissolving device capable of efficiently dissolving a specific gas in a liquid.

【0010】また、上記した問題点は、気体溶解装置を
備えた培養槽においては更にデリケートな問題を引き起
こすことになる。すなわち、気体溶解装置を備えた培養
槽において培養の効率を向上させるためには、必要な気
体の液体培地への供給効率を高める必要がある。そし
て、気体の供給効率を高めるためには、気体の供給圧力
を大きくするかまたは撹拌羽根の回転速度を上げる必要
がある。
Further, the above-mentioned problems will cause more delicate problems in a culture tank equipped with a gas dissolving device. That is, in order to improve the culture efficiency in a culture tank equipped with a gas dissolving device, it is necessary to increase the supply efficiency of the required gas to the liquid medium. In order to increase the gas supply efficiency, it is necessary to increase the gas supply pressure or increase the rotation speed of the stirring blade.

【0011】しかしながら、気体の供給圧力を高めた場
合には、既に述べたような安全性等の問題の他、高圧に
より微生物を破壊してしまう恐れがあるという問題が新
たに生じてくる。この問題は、撹拌を強力にした場合に
も生じる培養槽に固有の問題でもある。
However, when the supply pressure of gas is increased, in addition to the above-mentioned problems of safety and the like, there is a new problem that microorganisms may be destroyed by high pressure. This problem is also a problem specific to the culture tank that occurs even when the stirring is intense.

【0012】本発明は以上のような問題に鑑みてなされ
たものであり、その第二の目的は、特定の気体を効率良
く液体に溶解させることができしかも培養槽に適用でき
る気体溶解装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems. A second object of the present invention is to provide a gas dissolving device which can efficiently dissolve a specific gas into a liquid and can be applied to a culture tank. To provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る気体溶解装置においては、所
定の気体を液体に溶解させる装置であって、排気口を備
え、内部に液体を貯留する貯留槽と、この貯留槽に設置
され、この貯留槽に貯留されている液体の液面の一部を
覆いかつ当該液面下に開放口を有する加圧フレームと、
貯留槽内の液体に溶解させる気体を前記加圧フレーム内
に加圧供給する気体供給手段と、前記加圧フレームの開
放口の下方の液体を撹拌する撹拌手段と、前記貯留槽内
の液体の液面下に埋設され、少なくとも前記撹拌手段を
囲う囲み壁と、を含み、更に、前記加圧フレームと囲み
壁との間に前記囲み壁内に液体を吸入する液体吸入口が
設けられ、溶解させる気体のみを前記加圧フレーム内の
液面に加圧供給することにより、当該気体の溶解効率を
向上させ、前記撹拌手段によって生じた流れをこの囲み
壁により所定の方向に導き、これによって前記貯留槽内
全体にわたる流れを生じさせることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a gas dissolving apparatus according to the present invention is an apparatus for dissolving a predetermined gas in a liquid, which is provided with an exhaust port and is internally provided. A storage tank for storing the liquid, a pressure frame installed in the storage tank, which covers a part of the liquid surface of the liquid stored in the storage tank and has an opening under the liquid surface,
Gas supply means for pressurizing and supplying a gas dissolved in the liquid in the storage tank into the pressurizing frame, a stirring means for stirring the liquid below the opening of the pressurizing frame, and the inside of the storage tank
Is buried under the liquid surface of the
An enclosing enclosure wall, and further comprising the pressure frame and the enclosure.
Between the wall and the surrounding wall is a liquid suction port for sucking liquid
By providing only the gas to be dissolved to the liquid surface in the pressurizing frame under pressure, the efficiency of dissolution of the gas is improved, and the flow generated by the stirring means is surrounded by this enclosure.
Guided in a predetermined direction by the wall, so that inside the storage tank
Throughout and wherein Rukoto cause flow.

【0014】[0014]

【0015】更に、上記いずれかの気体溶解装置におい
て、前記撹拌手段は、当該撹拌手段近傍の液体を下方に
移動させる手段であることを特徴とする。なお、この気
体溶解装置において、前記撹拌手段は、下方に向かって
孔径が小さくなる孔を有するプレートと、このプレート
を上下方向に加振させる加振手段と、からなり、プレー
トの振動により下方向の液流を生じさせることを特徴と
する。
Further, in any one of the above gas dissolving devices, the stirring means is means for moving the liquid in the vicinity of the stirring means downward. In this gas dissolving apparatus, the stirring means is composed of a plate having a hole whose hole diameter becomes smaller toward the lower side, and a vibrating means for vertically vibrating the plate. Is generated.

【0016】また更に、上記いずれかの気体溶解装置に
おいて、固定化酵素あるいは固定化微生物を担持する手
段を前記貯留槽に備え、酵素反応に必要な気体を液体表
面に加圧溶解させながら反応基質の酵素反応を行うこと
を特徴とする。
Furthermore, in any one of the above-mentioned gas dissolving devices, the storage tank is provided with a means for supporting an immobilized enzyme or an immobilized microorganism, and a reaction substrate is prepared by pressurizing and dissolving the gas required for the enzyme reaction on the liquid surface. It is characterized by carrying out the enzyme reaction of.

【0017】[0017]

【作用】以上のような構成を有する本発明に係る気体溶
解装置においては、溶解される気体が加圧フレーム内に
加圧供給されると、加圧フレームの内側の液面は、加圧
された分だけ貯留槽内部の液面よりも低くなる。この結
果、加圧フレームの内側の気液界面に加圧が行われてい
ると同時に、加圧フレームの外側の気液界面では加圧が
行われていない状態が形成される。
In the gas dissolving apparatus according to the present invention having the above-described structure, when the gas to be dissolved is pressurized and supplied into the pressure frame, the liquid surface inside the pressure frame is pressurized. It becomes lower than the liquid level in the storage tank by the amount. As a result, a state is formed in which pressure is being applied to the gas-liquid interface inside the pressure frame and at the same time pressure is not being applied to the gas-liquid interface outside the pressure frame.

【0018】このような状態では、加圧フレームの内側
では気体の溶解度が大きくなり、一方、加圧フレームの
外側では気体の溶解度が小さくなる。従って、加圧フレ
ーム内に供給された気体は液体中に溶解しやすく、一
方、加圧フレームの外側では、液体中に溶解している気
体が放出されやすくなる。すなわち、加圧フレームの存
在により、加圧フレームの内側では気体が溶けやすくさ
れている一方で、その外側では液体から気体が放出され
やすくなっている状態が形成される。
In such a state, the gas solubility is high inside the pressure frame, while the gas solubility is low outside the pressure frame. Therefore, the gas supplied into the pressurizing frame is easily dissolved in the liquid, while the gas dissolved in the liquid is easily released outside the pressurizing frame. That is, due to the presence of the pressurizing frame, the gas is easily dissolved inside the pressurizing frame, while the gas is easily released from the liquid outside the pressurizing frame.

【0019】そして、このような状態で撹拌手段が作動
すると、加圧フレームの内側では溶解度が大きくされた
状態で気体が溶解され、溶解させたい気体が効率よく液
体中に溶解する。この一方で、気体が加圧溶解された液
体が加圧フレームの外側に次々に供給され、加圧フレー
ムの外側の液体においては、当初から液体中に溶けてい
た他の気体が追い出される。このため、液体中に溶解し
ている他の気体が効率よく放出される。放出された他の
気体は、加圧フレームの外側の液面から放散して排出口
から排出される。
When the stirring means operates in such a state, the gas is dissolved inside the pressurizing frame in a state where the solubility is increased, and the gas to be dissolved is efficiently dissolved in the liquid. On the other hand, the liquid in which the gas is melted under pressure is sequentially supplied to the outside of the pressure frame, and in the liquid outside the pressure frame, the other gas that has been dissolved in the liquid from the beginning is expelled. Therefore, the other gas dissolved in the liquid is efficiently released. The other gas discharged is diffused from the liquid surface outside the pressurizing frame and discharged from the discharge port.

【0020】また、上記気体溶解装置において、前記貯
留槽内の液体の液面下に囲み壁を埋設すると、前記撹拌
手段によって生じた流れは、この囲み壁により所定の方
向に導かれ、これによって前記貯留槽内全体にわたる流
れが生じる。このようにして、貯留槽内を液体が循環す
るので、溶解効率が向上する。これと共に、排気口から
は、過剰な気体や、液体中に当初から溶解し、溶かされ
るべき気体が溶解されることにより液体中から追い出さ
れた他の気体が放出されやすくなる。
Further, in the above-mentioned gas dissolving device, when the surrounding wall is buried below the liquid surface of the liquid in the storage tank, the flow generated by the agitating means is guided in a predetermined direction by the surrounding wall, whereby A flow occurs throughout the reservoir. In this way, since the liquid circulates in the storage tank, the dissolution efficiency is improved. At the same time, excess gas or other gas that has been dissolved in the liquid from the beginning and the gas to be dissolved is dissolved and is expelled from the liquid is likely to be discharged from the exhaust port.

【0021】この時に、前記撹拌手段を、当該撹拌手段
近傍の液体を下方に移動させる手段とすると、前記囲み
壁の下側からは液体が流出し、同時にその上側からは液
体が流入する。このため、囲み壁の内側では下向きの流
れ、この一方で、囲み壁の外側では上向きの流れが生ず
る。このように、撹拌手段と囲み壁により、貯留槽内に
対流を生じさせることができ、気体の溶解効率を向上さ
せることができるようになる。なお、この撹拌手段は、
下方に向かって孔径が小さくなる孔を有するプレート
と、このプレートを上下方向に加振させる加振手段と、
で構成されることにより、プレートの上下方向の振動に
よって有効に下方向の液流を生じさせることができる。
At this time, if the stirring means is a means for moving the liquid in the vicinity of the stirring means downward, the liquid flows out from the lower side of the surrounding wall and at the same time the liquid flows from the upper side thereof. This results in a downward flow inside the enclosure wall, while an upward flow occurs outside the enclosure wall. As described above, the stirring means and the surrounding wall can generate convection in the storage tank and improve the gas dissolution efficiency. In addition, this stirring means,
A plate having a hole whose hole diameter decreases downward, and a vibrating means for vertically vibrating the plate,
With the above configuration, the downward liquid flow can be effectively generated by the vertical vibration of the plate.

【0022】また更に、上記いずれかの気体溶解装置に
おいて、固定化酵素あるいは固定化微生物を担持する手
段を前記貯留槽に備え付けることにより、酵素反応に必
要な気体を液体表面に加圧溶解させながら反応基質の酵
素反応を行わせることができる。
Further, in any one of the above-mentioned gas dissolving devices, by equipping the storage tank with means for supporting the immobilized enzyme or the immobilized microorganism, the gas required for the enzyme reaction is dissolved under pressure on the liquid surface. An enzymatic reaction of the reaction substrate can be performed.

【0023】このような気体溶解装置を備えた反応装置
(培養槽)は、高圧状態や強力な撹拌を伴わないため、
液体培地に気体を安全に供給しながら反応基質の酵素反
応を行うことができる。
Since the reactor (culture tank) equipped with such a gas dissolving device does not involve high pressure or strong stirring,
The enzyme reaction of the reaction substrate can be performed while safely supplying gas to the liquid medium.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

[気体溶解装置]図1は、本発明に係る気体溶解装置を
酸素溶解装置に適用した好適な一実施例を示した断面図
である。
[Gas Dissolving Device] FIG. 1 is a sectional view showing a preferred embodiment in which the gas dissolving device according to the present invention is applied to an oxygen dissolving device.

【0025】本実施例に係る酸素溶解装置は、液体を内
部に貯留する貯留槽21と、酸素を加圧供給する加圧フ
レーム23と、加圧フレーム23の開放口23aの液体
を撹拌する撹拌手段25とを有している。
The oxygen dissolving apparatus according to this embodiment has a storage tank 21 for storing a liquid therein, a pressurizing frame 23 for pressurizing and supplying oxygen, and an agitator for agitating the liquid at an opening 23a of the pressurizing frame 23. And means 25.

【0026】貯留槽21内部には、実施例において、8
分目あたりまで液体が貯留されるようになっており、貯
留槽21内部の上部には空間が形成されている。貯留槽
21の上面には、気体を排出するための排出口27が設
置されている。
In the storage tank 21, in the embodiment, 8
The liquid is stored up to around the minute, and a space is formed in the upper part inside the storage tank 21. A discharge port 27 for discharging gas is installed on the upper surface of the storage tank 21.

【0027】加圧フレーム23にはバルブ29を介して
酸素が加圧供給されるようになっており、この酸素の加
圧供給により加圧フレーム23の内側の液体が排出さ
れ、最終的には加圧フレーム23の内側の液面は、その
外側の液面よりも図中のLだけ低くなるようになってい
る。そして、このような状態では常に、加圧フレーム2
3内では酸素の加圧状態が保たれるとともに、加圧フレ
ーム23外では常圧状態が保たれることとなる。この点
が本実施例に係る酸素溶解装置の特徴の一つであり、加
圧により加圧フレーム23内部は気体が解けやすい状態
に保たれると同時に、加圧フレーム23外部は気体が放
出されやすい状態に保たれるようになっている。このた
め、加圧フレーム23内部の気液界面では酸素が解けや
すく、この一方で、加圧フレーム23外部の気液界面で
は液体中に溶存している気体が放出されやすいようにな
っている。したがって、加圧フレーム23内部で酸素の
溶解が行われ、これと同時に加圧フレーム23外部で酸
素以外の気体の放散が行われることとなるので、酸素の
みが溶解した液体を効率的に製造することが可能となっ
ている。
Oxygen is supplied under pressure to the pressurizing frame 23 via a valve 29, and the liquid inside the pressurizing frame 23 is discharged by the pressurizing supply of oxygen, and finally oxygen is supplied. The liquid level inside the pressurizing frame 23 is lower than the liquid level outside thereof by L in the figure. And, in such a state, the pressure frame 2 is always
The pressure of oxygen is maintained inside 3 and the normal pressure is maintained outside the pressure frame 23. This point is one of the features of the oxygen dissolving apparatus according to the present embodiment, in which the inside of the pressurizing frame 23 is kept in a state where the gas is easily melted by pressurization, and at the same time, the gas is released outside the pressurizing frame 23. It is designed to be easily maintained. For this reason, oxygen is easily dissolved at the gas-liquid interface inside the pressurizing frame 23, while the gas dissolved in the liquid is easily released at the gas-liquid interface outside the pressurizing frame 23. Therefore, oxygen is dissolved inside the pressurizing frame 23, and at the same time, gas other than oxygen is dissipated outside the pressurizing frame 23, so that a liquid in which only oxygen is dissolved can be efficiently produced. It is possible.

【0028】本実施例に係る酸素溶解装置の撹拌手段2
5は、プレート25aと駆動軸25bとから構成されて
おり、駆動軸25bに接続されている駆動モータ31に
よってプレート25aが上下方向に移動させられるよう
になっている。駆動軸25bと加圧フレーム23の接触
部分にはダイヤフラム33が設置されており、これによ
り駆動軸25bが上下方向にスムーズに移動するように
なっている。一方、プレート25aには漏斗状の穴25
cが設けられており、この穴25cによりプレート25
aが上方に移動した場合には穴25cを介して液体が下
方に移動し、プレート25aが下方に移動した場合には
穴25cを介して液体の移動はほとんど起こらない。す
なわち、この漏斗状の穴25cがプレート25aに設け
られているために、プレート25aが上下方向に駆動す
ると、この付近の液体は下方へ下方へと追いやられるよ
うになっている。そして、プレート25aの周辺には囲
み壁35が設置されており、囲み壁35と加圧フレーム
23との間には間隔(液体吸入口)37が形成されるよ
うになっている。この囲み壁35は、プレート25aの
周りに沿って円筒状に設けられており、図示していない
支持部材によって貯留槽21内に固定されている。ま
た、加圧フレーム23の形状は、下方の開放口23aに
向かってスカート状に広がるような形状となっており、
開放口23aにおいて酸素と液体との接触面積が大きく
なり、これにより酸素の溶解効率が向上するようになっ
ている。なお、この加圧フレーム23の形状は、スカー
ト状に広がるような形状でなくとも、通常の円筒形でも
差支えない。
Stirring means 2 of the oxygen dissolving apparatus according to the present embodiment
Reference numeral 5 is composed of a plate 25a and a drive shaft 25b, and the plate 25a is vertically movable by a drive motor 31 connected to the drive shaft 25b. A diaphragm 33 is installed at a contact portion between the drive shaft 25b and the pressure frame 23, whereby the drive shaft 25b can move smoothly in the vertical direction. On the other hand, the plate 25a has a funnel-shaped hole 25.
c is provided, and the plate 25 is provided by this hole 25c.
When a moves upward, the liquid moves downward through the hole 25c, and when plate 25a moves downward, the liquid hardly moves through the hole 25c. That is, since the funnel-shaped hole 25c is provided in the plate 25a, when the plate 25a is driven in the vertical direction, the liquid in the vicinity of the plate 25a is driven downward. A surrounding wall 35 is installed around the plate 25a, and a space (liquid suction port) 37 is formed between the surrounding wall 35 and the pressure frame 23. The surrounding wall 35 is provided in a cylindrical shape along the periphery of the plate 25a and is fixed in the storage tank 21 by a supporting member (not shown). Further, the shape of the pressure frame 23 is such that it spreads in a skirt shape toward the lower opening 23a,
The contact area between the oxygen and the liquid is increased at the opening 23a, so that the dissolution efficiency of oxygen is improved. Incidentally, the shape of the pressure frame 23 need not be a shape that spreads in a skirt shape, and may be an ordinary cylindrical shape.

【0029】以上のようにして構成されている本実施例
に係る酸素溶解装置においては、駆動モータ31が駆動
してプレート25aが上下方向に移動すると、加圧フレ
ーム23と囲み壁35の間の液体吸入口37から液体が
吸入され、この液体が囲み壁35の下方から周囲に供給
されるようになる。ここで、液体吸入口37から吸入さ
れた液体は、加圧フレーム23内部に形成されている気
液界面で酸素が加圧供給されてから貯留槽21の下方へ
移動していくことになるが、このときの撹拌手段25の
撹拌作用によって高圧状態で効率良く酸素が溶解される
こととなる。そして、この溶解した酸素が、液体に当初
から溶存している他の気体を当該液体から押し出す作用
をすることとなるが、この押し出し作用は主に常圧下に
ある加圧フレーム23外部の液面において行われること
になる。そして、過剰の酸素及び酸素が溶解することに
より放出させられた(押し出された)酸素以外の気体
は、排気口27から排気されていくことになる。
In the oxygen dissolving apparatus according to this embodiment constructed as described above, when the drive motor 31 is driven to move the plate 25a in the vertical direction, the space between the pressure frame 23 and the surrounding wall 35 is changed. The liquid is sucked from the liquid suction port 37, and the liquid is supplied to the surroundings from below the surrounding wall 35. Here, the liquid sucked from the liquid suction port 37 moves below the storage tank 21 after oxygen is pressurized and supplied at the gas-liquid interface formed inside the pressure frame 23. By the stirring action of the stirring means 25 at this time, oxygen is efficiently dissolved in a high pressure state. Then, the dissolved oxygen has a function of pushing out the other gas that is initially dissolved in the liquid from the liquid, and the pushing action is mainly the liquid level outside the pressure frame 23 under normal pressure. Will be done in. Then, the excess oxygen and the gas other than the oxygen released (extruded) by the dissolution of the oxygen are exhausted from the exhaust port 27.

【0030】なお、酸素の供給量の調整は、加圧フレー
ム23の内側の液面の高さを検出する液面検出センサ2
4を備えることによって、容易に行うことができる。す
なわち、酸素が液体中に溶解するに従って、加圧フレー
ム23の内側の液面は上昇する。そこで、この液面の上
昇を液面検出センサ24で検出することにより、酸素の
供給不足を検出する。そして、検出された供給不足の量
に追従させて加圧フレーム23内に酸素が供給される。
液面検出センサ24としては、例えば特開平4−361
123号公報に記載されているような液面検出装置を使
用することができる。
The adjustment of the oxygen supply amount is performed by the liquid level detection sensor 2 for detecting the height of the liquid level inside the pressurizing frame 23.
By providing 4, it can be easily performed. That is, as the oxygen dissolves in the liquid, the liquid level inside the pressure frame 23 rises. Therefore, the rise in the liquid level is detected by the liquid level detection sensor 24 to detect the insufficient supply of oxygen. Then, oxygen is supplied into the pressurizing frame 23 so as to follow the detected amount of supply shortage.
As the liquid level detection sensor 24, for example, JP-A-4-361
A liquid level detection device such as that described in Japanese Patent No. 123 can be used.

【0031】図2は、本発明に係る酸素溶解装置の第2
実施例を示した断面図である。なお、第1実施例と同一
の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。
FIG. 2 shows a second oxygen dissolution apparatus according to the present invention.
It is sectional drawing which showed the Example. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0032】この第2実施例において特徴的なことは、
囲み壁35が、撹拌手段25を囲むだけでなく、加圧フ
レーム23の周囲をも取り囲んでいることである。な
お、この囲み壁35が、図示されない支持部材により貯
留槽21に固定されていることは第1実施例と同様であ
る。また、第2実施例に係る酸素溶解装置においても、
この支持部材により貯留槽21内部の液体の流れが妨害
されることはないように構成されている。
The characteristic feature of this second embodiment is that
The surrounding wall 35 not only surrounds the stirring means 25 but also surrounds the periphery of the pressure frame 23. The surrounding wall 35 is fixed to the storage tank 21 by a supporting member (not shown), as in the first embodiment. Further, also in the oxygen dissolving apparatus according to the second embodiment,
The support member is configured so as not to obstruct the flow of liquid inside the storage tank 21.

【0033】本第2実施例に係る酸素溶解装置のよう
に、加圧フレーム23の周囲にも囲み壁35を施すよう
にすると、貯留槽21の液面付近の液体が加圧フレーム
23の下方に移動していくようになる。ここで、貯留槽
21内部の液面付近の液体は、当該液面付近において気
体が放出された後の液体である。液面付近から気体が放
出されるのは、液面には水圧がかからず大気圧だけがか
かるため、液体自身の気体溶解能力が低下するからであ
る。このため、貯留槽21の液面付近の液体は、貯留槽
21中で気体の溶解量が一番少ない液体であることにな
る。従って、囲み壁35を加圧フレーム23の周囲に施
し液面付近の液体を吸入するようにしたことは、気体の
溶存量が最も少ない液体に酸素を加圧溶解させる構成と
したことになる。そして、このような構成としたことに
より、貯留槽21内で最も酸素が溶解しやすい液体に酸
素を加圧供給することになり、これにより効率的に酸素
の溶解を図ることが可能となる。
When the surrounding wall 35 is also provided around the pressurizing frame 23 as in the oxygen dissolving apparatus according to the second embodiment, the liquid near the liquid surface of the storage tank 21 is below the pressurizing frame 23. To move to. Here, the liquid near the liquid surface inside the storage tank 21 is the liquid after the gas is released near the liquid surface. The reason why the gas is released from the vicinity of the liquid surface is that the liquid surface has no water pressure and only the atmospheric pressure is applied, so that the gas dissolving ability of the liquid itself is lowered. Therefore, the liquid near the liquid surface of the storage tank 21 is the liquid in which the amount of dissolved gas is the smallest in the storage tank 21. Therefore, by providing the surrounding wall 35 around the pressurizing frame 23 to suck the liquid near the liquid surface, oxygen is pressurized and dissolved in the liquid having the smallest dissolved amount of gas. With such a configuration, oxygen is pressurized and supplied to the liquid in which the oxygen is most easily dissolved in the storage tank 21, whereby the oxygen can be efficiently dissolved.

【0034】ここで、前記第1及び第2実施例共に、撹
拌装置25はプレート25aと駆動軸25bと駆動モー
タ31とから構成されているが、撹拌装置25の構成は
これに限られるものではなく、例えば図3に示されるよ
うに、駆動軸25bに螺旋状の板25dを設置したもの
を用いてもよい。螺旋板25dを設置した駆動軸25b
は、上下方向に動くものでも、回転するものでも、液体
を下方に移動させるように作動するものであればいかな
る動作でも差支えない。また、図3(a)あるいは
(b)に示されるように、駆動軸25bに螺旋状の板2
5dとプレート25aを、これらの上下関係を問わず、
並設したものであってもよい。さらには、図3(c)に
示されるように、プロペラによって貯留槽21の下方に
液体を移動させる撹拌手段を用いてもよい。即ち、貯留
槽21の上部付近の、かかる圧力が少なく溶存気体の量
が少ない液体を加圧フレーム23の下方に移動させるよ
うなものであれば、いずれの構成をとることも可能であ
る。
Here, in both the first and second embodiments, the stirring device 25 is composed of the plate 25a, the drive shaft 25b and the drive motor 31, but the structure of the stirring device 25 is not limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 3, a drive shaft 25b provided with a spiral plate 25d may be used. Drive shaft 25b with spiral plate 25d installed
Can move up and down, rotate, or operate as long as it operates to move the liquid downward. Further, as shown in FIG. 3A or 3B, the spiral plate 2 is attached to the drive shaft 25b.
5d and the plate 25a, regardless of their vertical relationship,
They may be arranged side by side. Further, as shown in FIG. 3C, a stirring means for moving the liquid below the storage tank 21 by a propeller may be used. That is, any configuration can be adopted as long as the liquid having a small pressure and a small amount of dissolved gas near the upper portion of the storage tank 21 is moved to the lower side of the pressurizing frame 23.

【0035】なお、酸素の溶解が最も一般的に行われて
いるために、本実施例においては本発明に係る気体溶解
装置を酸素溶解装置に適用した例を示したが、本実施例
に係る酸素溶解装置は、酸素以外の気体を液体に溶解さ
せる場合にも用いることが可能である。
Since oxygen is most commonly dissolved, this embodiment shows an example in which the gas dissolving apparatus according to the present invention is applied to an oxygen dissolving apparatus. The oxygen dissolving device can also be used when a gas other than oxygen is dissolved in a liquid.

【0036】[反応装置(培養槽)]液体培地とは微生
物の増殖に必要な栄養源を水に溶かしたものをいい、液
体培地を用いた液体培養法では、培地をかき混ぜること
により微生物細胞が均一に分散し、同時に栄養源や酸素
も均等に分散するので、微生物の増殖に良い環境を提供
する。培養温度の制御も容易である。液体培地を用いた
培養法は大量培養に向いており、現在の発酵工業の主流
をなす培養法である。従って、液体培地に安定かつ安全
でしかも効率良く所定の気体を供給するのは重要なこと
である。しかしながら、上記した第一実施例あるいは第
二実施例に係る気体溶解装置は、このような温和な条件
で効率良く気体を供給できる。
[Reactor (Culture tank)] A liquid medium means a nutrient source necessary for the growth of microorganisms dissolved in water. In a liquid culture method using a liquid medium, microbial cells are generated by stirring the medium. Since it is evenly dispersed, and at the same time, nutrients and oxygen are evenly dispersed, providing a good environment for the growth of microorganisms. It is easy to control the culture temperature. The culturing method using a liquid medium is suitable for large-scale culturing, and is the culturing method which is the mainstream of the present fermentation industry. Therefore, it is important to supply a predetermined gas to the liquid medium in a stable, safe and efficient manner. However, the gas dissolving apparatus according to the first embodiment or the second embodiment described above can efficiently supply gas under such mild conditions.

【0037】図4は、第二実施例に係る気体溶解装置を
備えたバイオリアクタ40の構成を示した断面図であ
る。なお、第一および第二実施例と同一の構成要素には
同一の符号を付しその説明を省略する。
FIG. 4 is a sectional view showing the construction of a bioreactor 40 equipped with a gas dissolving device according to the second embodiment. The same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0038】図4のバイオリアクタ40には、貯留槽2
1内に固定化酵素41が備えられている。酵素反応を行
うにあたって固定化酵素41を用いてバイオリアクタを
構成したのは、酵素を再使用できるため経済的に有利だ
からである。図4に示されるバイオリアクタ40におい
ては、第二実施例に係る気体溶解装置により効率的に気
体の溶解が行われた状態で酵素反応が行われる。固定化
酵素41の代わりに固定化微生物を使用することも可能
である。
The bioreactor 40 shown in FIG.
An immobilized enzyme 41 is provided in the unit 1. The reason why the bioreactor is constructed by using the immobilized enzyme 41 in carrying out the enzyme reaction is that the enzyme can be reused, which is economically advantageous. In the bioreactor 40 shown in FIG. 4, the enzymatic reaction is performed in a state where the gas is efficiently dissolved by the gas dissolving device according to the second embodiment. It is also possible to use an immobilized microorganism instead of the immobilized enzyme 41.

【0039】気体溶解装置が酸素溶解装置として使用さ
れた場合には、例えばグルコースオキシダーゼのような
酸素を受容体とするオキシドレダクターゼが固定化酵素
として採用され、酸化還元反応が行われる。
When the gas dissolving device is used as the oxygen dissolving device, for example, oxidoreductase which uses oxygen as an acceptor, such as glucose oxidase, is adopted as the immobilized enzyme to carry out the redox reaction.

【0040】図5は、本発明に係る気体溶解装置を備え
た改良型のバイオリアクタ50の構成を示した断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view showing the structure of an improved bioreactor 50 equipped with the gas dissolving apparatus according to the present invention.

【0041】本実施例に係るバイオリアクタ50は、液
体を内部に貯留する貯留槽51と、気体を加圧供給する
加圧フレーム53と、加圧フレーム53の開放口53a
の液体を撹拌する撹拌手段55と、撹拌手段55を取り
囲む筒体56と、筒体56と貯留槽51の間隙に備え付
けられた固定化担体58とを有している。固定化担体5
8には、固定化酵素58aが固定されている。
The bioreactor 50 according to this embodiment has a storage tank 51 for storing a liquid therein, a pressurizing frame 53 for pressurizing and supplying gas, and an opening 53a of the pressurizing frame 53.
The stirring means 55 that stirs the liquid, the cylindrical body 56 that surrounds the stirring means 55, and the immobilization carrier 58 that is provided in the gap between the cylindrical body 56 and the storage tank 51. Immobilization carrier 5
An immobilized enzyme 58a is immobilized on the surface 8.

【0042】気体溶解装置の第一実施例と比較して端的
に説明すれば、バイオリアクタ50は、加圧フレーム2
3の一部と円筒形の囲み壁35が一体形成されて筒体5
6を構成し、これに固定化担体58が備えられた構成と
なっている。
Briefly described in comparison with the first embodiment of the gas dissolving apparatus, the bioreactor 50 comprises the pressurizing frame 2
3 and a cylindrical surrounding wall 35 are integrally formed to form a cylindrical body 5.
6 is provided, and the immobilization carrier 58 is provided therein.

【0043】加圧フレーム53には気体供給口59から
気体が加圧供給されるようになっており、これにより筒
体56の内側の液面は貯留槽51内部の液面よりも低く
なる。そして、このような状態では常に、加圧フレーム
53内では気体の加圧状態が保たれるとともに、加圧フ
レーム53外では常圧状態が保たれることとなる。これ
により、加圧フレーム53内部の気液界面では気体が解
けやすくなっている一方で、加圧フレーム53外部の気
液界面では液体中に溶存している気体が放出されやすい
ようになっていることは気体溶解装置に関して既に説明
した通りである。
Gas is pressurized and supplied to the pressurizing frame 53 from the gas supply port 59, whereby the liquid level inside the cylindrical body 56 becomes lower than the liquid level inside the storage tank 51. In such a state, the pressurized state of the gas is always maintained inside the pressure frame 53, and the normal pressure state is maintained outside the pressure frame 53. As a result, the gas is easily dissolved at the gas-liquid interface inside the pressurizing frame 53, while the gas dissolved in the liquid is easily released at the gas-liquid interface outside the pressurizing frame 53. This is as described above regarding the gas dissolving device.

【0044】貯留槽51内部には、実施例において、8
分目あたりまで液体が貯留されるようになっており、貯
留槽51内部の上部には空間が形成されている。貯留槽
51の上面には、気体を排出するための排出口57が設
置されている。
In the storage tank 51, in the embodiment, 8
The liquid is stored up to around the minute, and a space is formed in the upper part inside the storage tank 51. A discharge port 57 for discharging gas is installed on the upper surface of the storage tank 51.

【0045】本実施例に係る気体溶解装置の撹拌手段5
5は、プレート55aと駆動軸55bとから構成されて
おり、駆動モータ61によってプレート55aが上下方
向に移動させられる。駆動軸55bと加圧フレーム53
の接触部分にはダイヤフラム63が設置されており、駆
動軸55bが上下方向にスムーズに移動する。一方、プ
レート55aには、第一実施例と同様に漏斗状の穴55
cが設けられており、この漏斗状の穴55cのために、
プレート55aが上下方向に駆動すると筒体56の内側
の液体が下方向に移動する。
Stirring means 5 of the gas dissolving apparatus according to this embodiment
Reference numeral 5 includes a plate 55a and a drive shaft 55b, and the drive motor 61 moves the plate 55a in the vertical direction. Drive shaft 55b and pressure frame 53
A diaphragm 63 is installed at the contact portion of the drive shaft 55, and the drive shaft 55b moves smoothly in the vertical direction. On the other hand, the plate 55a has a funnel-shaped hole 55 as in the first embodiment.
c is provided, and for this funnel-shaped hole 55c,
When the plate 55a is driven in the vertical direction, the liquid inside the tubular body 56 moves downward.

【0046】ここで、筒体56の下側には、貯留槽51
との間に所定の間隙が設けられており、一方、筒体56
の上部には流入口56aが設けられている。流入口56
aは、プレート55aが上昇したときの最大高さよりも
少し高い位置に設けられている。従って、プレート55
aが上下方向に駆動すると、筒体56の内側の液体が下
方向に移動し、筒体56の下を通って筒体56の外側を
上昇し、流入口56aより筒体56の内側に流入する。
このような循環過程の途中で、貯留槽51内の液体は、
貯留槽51と筒体56の間の間隙に固定された固定化酵
素上を通過する。
Here, below the cylindrical body 56, the storage tank 51
A predetermined gap is provided between the cylindrical body 56 and
An inflow port 56a is provided in the upper part of the. Inlet 56
a is provided at a position slightly higher than the maximum height when the plate 55a is raised. Therefore, the plate 55
When a is driven in the vertical direction, the liquid inside the tubular body 56 moves downward, passes under the tubular body 56 and rises outside the tubular body 56, and flows into the inside of the tubular body 56 from the inflow port 56a. To do.
During the circulation process, the liquid in the storage tank 51 is
It passes over the immobilized enzyme fixed in the gap between the storage tank 51 and the cylinder 56.

【0047】実施例において、バイオリアクタ50は、
図5に示されているように、貯留槽51を取り囲みその
温度制御を行うパイプ65と、これらを囲む枠体67
と、貯留槽51に反応基質あるいはその溶液等を注入す
る液体注入口69と、固定化酵素あるいは固定化微生物
を注入する固定化酵素注入管71と、を有している。ま
た、バイオリアクタ50は、図6(これは図5とは別方
向の断面図である)に示されているように、バイオリア
クタ50の生成物を取り出す生成物取出管73と、pH
調整剤を注入するpH調整剤注入口75と、を有してい
る。生成物取出管73は、生成物を取り込む取込口を2
個有しており(取込口73a、取込口73b)、上部の
取込口73aには三方コックが設置され、この三方コッ
クが制御されることにより、上部の取込口73aあるい
は下部の取込口73bが目的に応じて適宜選択される。
また、生成物取出管73の先端部分にはpHセンサ73
c及び温度センサ73dが設置されており、これにより
リアクタ50内のpH及び温度が追跡されるようになっ
ている。実施例においては、pHセンサ73c及び温度
センサ73dは生成物取出管73の先端部分に設置され
ているため、固定化酵素あるいは固定化微生物に供給さ
れる液体培地のpH及び温度を最適状態にすることがで
きる。
In the example, the bioreactor 50 comprises:
As shown in FIG. 5, a pipe 65 that surrounds the storage tank 51 and controls the temperature of the storage tank 51, and a frame 67 that surrounds the pipe 65.
And a liquid injection port 69 for injecting a reaction substrate or a solution thereof into the storage tank 51, and an immobilized enzyme injection pipe 71 for injecting an immobilized enzyme or an immobilized microorganism. Further, the bioreactor 50 has a product extraction pipe 73 for extracting the product of the bioreactor 50 and a pH, as shown in FIG. 6 (this is a cross-sectional view in a direction different from FIG. 5).
And a pH adjusting agent injection port 75 for injecting an adjusting agent. The product take-out pipe 73 has two take-in ports for taking in the product.
Each of them has an intake port 73a, an intake port 73b, and a three-way cock is installed in the upper intake port 73a. By controlling the three-way cock, the upper intake port 73a or the lower intake port 73a is controlled. The intake port 73b is appropriately selected according to the purpose.
Further, the pH sensor 73 is provided at the tip of the product take-out pipe 73.
c and a temperature sensor 73d are installed so that the pH and temperature in the reactor 50 can be tracked. In the embodiment, since the pH sensor 73c and the temperature sensor 73d are installed at the tip of the product extraction pipe 73, the pH and temperature of the liquid medium supplied to the immobilized enzyme or the immobilized microorganisms are optimized. be able to.

【0048】以上のようにして構成されている本実施例
に係るバイオリアクタ50においては、例えば食酢を製
造する場合には、酢酸菌が固定化酵素注入管71から注
入され、固定化担体58に固定化される。反応基質であ
るエタノールを含む液体培地は、液体注入口69から注
入される。気体供給口59からは、所定の気体として酸
素が供給される。この状態で駆動モータ61が駆動して
プレート55aが上下方向に移動すると、加圧フレーム
53内部に形成されている気液界面で気体が加圧供給さ
れた状態で撹拌されるので、高圧状態で効率良く酸素が
溶解する。酸素が溶解した液体培地は、プレート55a
の上下運動により筒体56の内側を移動し、貯留槽51
の下部を通って、固定化された酢酸菌に供給される。そ
して、反応後の液体培地に溶解している酸素以外の気体
は常圧下で放散され、排気口57から排気される。酸素
以外の気体が放散された液体培地は、流入口56aから
筒体56の内側に流入する。
In the bioreactor 50 according to this embodiment configured as described above, for example, in the case of producing vinegar, acetic acid bacteria are injected from the immobilized enzyme injection pipe 71 to the immobilized carrier 58. It is fixed. A liquid medium containing ethanol as a reaction substrate is injected from the liquid injection port 69. Oxygen is supplied as a predetermined gas from the gas supply port 59. When the drive motor 61 is driven in this state to move the plate 55a in the vertical direction, the gas is agitated while being pressurized and supplied at the gas-liquid interface formed inside the pressurizing frame 53. Oxygen is dissolved efficiently. The liquid medium in which oxygen is dissolved is the plate 55a.
Is moved inside the tubular body 56 by the vertical movement of the storage tank 51,
It is supplied to the immobilized acetic acid bacteria through the lower part of. Then, gases other than oxygen dissolved in the liquid medium after the reaction are diffused under normal pressure and exhausted from the exhaust port 57. The liquid medium in which the gas other than oxygen has been diffused flows into the inside of the cylindrical body 56 from the inflow port 56a.

【0049】この際、反応初期は酵素反応の最適温度に
持っていくためにパイプ65に蒸気が通じられて貯留槽
51内が加温され、一方、貯留槽51内の温度が上昇し
過ぎた場合には冷却水が通じられて冷却が行われる。ま
た、酢酸菌に供給される液体培地を最適pHに保つため
に、pHセンサ73cからの情報に応じてpH調整剤注
入口75からpH調整剤が注入される。貯留槽51内に
は、必要に応じて、反応基質であるエタノールが加えら
れる。加圧フレーム53内は、常に酸素の加圧状態が保
たれる。固定化された酢酸菌に供給される液体培地のコ
ンディションは、生成物取出管73の下部の取込口73
bから液体培地を取り出して検査することも可能であ
る。このときには、取込口73aに取り付けられている
三方コックは、Bのような状態にされる。反応後の生成
物を取り出す際には、該三方コックがAのような状態に
され、上部の取込口73aから生成物が取り込まれ、取
出管73から生成物が取り出される。
At this time, in order to bring the temperature to the optimum temperature for the enzymatic reaction in the initial stage of the reaction, steam is passed through the pipe 65 to warm the inside of the storage tank 51, while the temperature inside the storage tank 51 rises too much. In some cases, cooling water is passed through for cooling. Further, in order to keep the liquid medium supplied to the acetic acid bacteria at the optimum pH, the pH adjusting agent is injected from the pH adjusting agent injection port 75 according to the information from the pH sensor 73c. If necessary, ethanol, which is a reaction substrate, is added to the storage tank 51. The pressurized state of oxygen is always maintained in the pressurizing frame 53. The condition of the liquid medium supplied to the immobilized acetic acid bacterium is the inlet 73 at the bottom of the product outlet pipe 73.
It is also possible to take out the liquid medium from b and inspect it. At this time, the three-way cock attached to the intake port 73a is brought into a state B. When the product after the reaction is taken out, the three-way cock is brought into a state like A, the product is taken in from the upper intake port 73a, and the product is taken out from the take-out pipe 73.

【0050】ところで、培養槽は、雑菌汚染を防止でき
る性能を有していることも必要である。そのために、槽
内部の洗浄と殺菌の操作が容易で、しかも厳密にできる
ことが必要となる。本実施例に係るバイオリアクタ50
は、ステンレスあるいはフッ素樹脂で構成されており、
内部構造も屈曲部など、洗浄や殺菌の死角になる部分が
無いように配慮されている。また、捩子80を取り外す
ことにより、リアクタ全体を容易に分解することができ
るので、洗浄あるいは殺菌を容易に行うことができる。
By the way, it is also necessary that the culture tank has a performance capable of preventing contamination of various bacteria. Therefore, it is necessary that cleaning and sterilization of the inside of the tank be easy and strict. Bioreactor 50 according to the present embodiment
Is made of stainless steel or fluororesin,
The internal structure is also designed so that there are no blind spots for cleaning or sterilization, such as bends. Further, by removing the screw 80, the whole reactor can be easily disassembled, so that cleaning or sterilization can be easily performed.

【0051】なお、酵素あるいは微生物は、例えば図7
に示されるような方法で固定化されるが、これらの方法
に限られること無く、酵素あるいは微生物の固定はいか
なる方法を用いてもよい。
The enzymes or microorganisms are shown in FIG.
However, the method is not limited to these methods, and any method may be used to fix the enzyme or the microorganism.

【0052】また、上記実施例では酢酸菌を使用したた
め酸素を加圧供給しているが、加圧供給される気体は、
酸素に限られることなく、使用される酵素あるいは微生
物に応じて適宜選択される。例えば、窒素固定菌を使用
する場合には窒素、硫黄細菌の場合には水素細菌の場合
には水素、硫黄細菌の場合には酸素や炭酸ガスが加圧供
給される。嫌気性細菌の場合には、アルゴン等の不活性
ガスが供給される。
In the above-mentioned embodiment, since acetic acid bacteria are used, oxygen is supplied under pressure. However, the gas supplied under pressure is
The oxygen is not limited to oxygen, and may be appropriately selected depending on the enzyme or microorganism used. For example, nitrogen is supplied under pressure when nitrogen-fixing bacteria are used, hydrogen is supplied for hydrogen bacteria in the case of sulfur bacteria, and oxygen or carbon dioxide gas is supplied under pressure in the case of sulfur bacteria. In the case of anaerobic bacteria, an inert gas such as argon is supplied.

【0053】本実施例に係るバイオリアクタは、アミノ
酸、抗生物質、アルコール、酵素などの生産を行うこと
ができ、実験室規模から工業的規模まで広く採用するこ
とができる。
The bioreactor according to this example can produce amino acids, antibiotics, alcohols, enzymes and the like, and can be widely adopted from a laboratory scale to an industrial scale.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上のようにして、本発明に係る気体溶
解装置においては、気体を外部から分離して加圧供給
し、その他の個所では加圧を行わないため、当初から液
体中に溶存している液体の放散を図りながら、液体への
気体の溶解効率の向上を図ることが可能となっている。
これに加えて、撹拌手段により貯留槽内部の液体を上方
から下方へと移動させるために、溶解効率の一層の向上
を図ることが可能となっている。
As described above, in the gas dissolving apparatus according to the present invention, the gas is separated from the outside and supplied under pressure, and no pressure is applied to other places, so that the gas is dissolved in the liquid from the beginning. It is possible to improve the dissolution efficiency of the gas into the liquid while aiming to dissipate the generated liquid.
In addition to this, since the liquid inside the storage tank is moved from the upper side to the lower side by the stirring means, it is possible to further improve the dissolution efficiency.

【0055】また、本発明に係る気体溶解装置は、構造
が比較的簡易であるので強度の向上を容易に達成するこ
とができ、同時に装置の分解が容易であり、洗浄や部品
交換を容易に行うことができる。このため、メンテナン
スを図るのに適している。
Further, since the gas dissolving apparatus according to the present invention has a relatively simple structure, the strength can be easily improved, and at the same time, the apparatus can be easily disassembled to facilitate cleaning and parts replacement. It can be carried out. Therefore, it is suitable for maintenance.

【0056】更に、本発明の気体溶解装置を備えた反応
装置は、反応系に気体が効率的に供給されることとなる
ので、気体を必要とする反応の反応効率を向上させるこ
とができる。
Further, in the reactor equipped with the gas dissolving apparatus of the present invention, the gas is efficiently supplied to the reaction system, so that the reaction efficiency of the reaction requiring the gas can be improved.

【0057】特に、反応効率を向上させるばかりでな
く、洗浄や部品交換を容易に行うことができることか
ら、固定化酵素あるいは固定化微生物を用いて、容易に
バイオリアクタにすることができる。
In particular, not only the reaction efficiency can be improved, but also washing and replacement of parts can be easily carried out. Therefore, a bioreactor can be easily prepared by using an immobilized enzyme or immobilized microorganism.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る酸素溶解装置の構成
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an oxygen dissolving apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例に係る酸素溶解装置の構成
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of an oxygen dissolving apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】撹拌手段のいくつかの実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing some examples of stirring means.

【図4】第二実施例に係る気体溶解装置を備えたバイオ
リアクターの構成を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a bioreactor including a gas dissolving device according to a second embodiment.

【図5】本発明に係る気体溶解装置を備えた改良型のバ
イオリアクターの構成を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of an improved bioreactor equipped with the gas dissolving device according to the present invention.

【図6】図5に示されるバイオリアクターの構成を示す
別方向の断面図である。
6 is a cross-sectional view in another direction showing the configuration of the bioreactor shown in FIG.

【図7】酵素の固定化を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining immobilization of an enzyme.

【図8】従来の酸素溶解装置の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional oxygen dissolving device.

【図9】従来から使用されている通気撹拌培養槽の構成
を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional aeration stirring culture tank.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 貯留槽 23 加圧フレーム 25 撹拌手段(撹拌装置) 27 排気口 23a 開放口 35 囲み壁 40 バイオリアクタ 41 固定化酵素 50 バイオリアクタ 51 貯留槽 53 加圧フレーム 53a 開放口 55 撹拌手段 56 筒体 58 固定化担体 58a 固定化酵素 67 枠体 69 液体注入口 71 固定化酵素注入管 73 生成物取出管 73a、73b 取込口 80 捩子 21 Storage tank 23 Pressure frame 25 Stirring means (stirring device) 27 Exhaust port 23a opening 35 Surrounding wall 40 bioreactor 41 Immobilized enzyme 50 bioreactors 51 storage tank 53 pressure frame 53a opening 55 stirring means 56 cylinder 58 Immobilization carrier 58a immobilized enzyme 67 frame 69 Liquid inlet 71 Immobilized enzyme injection tube 73 Product removal tube 73a, 73b inlet 80 screw

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01F 1/00 B01F 3/04 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B01F 1/00 B01F 3/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 定の気体を液体に溶解させる装置であ
って、 排気口を備え、内部に液体を貯留する貯留槽と、 この貯留槽に設置され、この貯留槽に貯留されている液
体の液面の一部を覆い、かつ当該液面下に開放口を有す
る加圧フレームと、 貯留槽内の液体に溶解させる気体を前記加圧フレーム内
に加圧供給する気体供給手段と、 前記加圧フレームの開放口の下方の液体を撹拌する撹拌
手段と、前記貯留槽内の液体の液面下に埋設され、少なくとも前
記撹拌手段を囲う囲み壁と、 を含み、更に、前記加圧フレームと囲み壁との間に前記囲み壁内
に液体を吸入する液体吸入口が設けられ、 溶解させる気体のみを前記加圧フレーム内の液面に加圧
供給することにより、当該気体の溶解効率を向上させ
前記撹拌手段によって生じた流れをこの囲み壁により所
定の方向に導き、これによって前記貯留槽内全体にわた
る流れを生じさせることを特徴とする気体溶解装置。
1. A device for dissolving Jo Tokoro of gas to a liquid, provided with an exhaust port, a reservoir for storing the liquid therein, is installed in the storage tank, liquid stored in the reservoir A pressurizing frame that covers a part of the liquid surface of the liquid tank and has an opening under the liquid surface, and a gas supply unit that pressurizes and supplies a gas to be dissolved in the liquid in the storage tank into the pressurizing frame, a stirring means for stirring the liquid below the mouth opening of the pressure frame, is embedded below the liquid surface of liquid in the reservoir, at least prior to
An enclosing wall enclosing the stirring means , and further, in the enclosing wall between the pressure frame and the enclosing wall.
Is provided with a liquid suction port for sucking a liquid, and by supplying only the gas to be dissolved to the liquid surface in the pressure frame under pressure, the dissolution efficiency of the gas is improved ,
The flow generated by the stirring means is collected by this surrounding wall.
In a fixed direction, so that
Gas dissolution apparatus according to claim Rukoto cause flow that.
【請求項2】 求項1記載の気体溶解装置において、前記撹拌手段は、当該撹拌手段近傍の液体を下方に移動
させる手段であ ることを特徴とする気体溶解装置。
2. A gas dissolving apparatus Motomeko 1, wherein said stirring means moves the liquid of the stirring means near the lower
A gas dissolving device, characterized in that it is a means for causing the gas to dissolve.
【請求項3】 求項2記載の気体溶解装置において、 前記撹拌手段は 下方に向かって孔径が小さくなる孔を有するプレート
と、 このプレートを上下方向に加振させる加振手段と、 からなり、 プレートの振動により下方向の液流を生じさせ ることを
特徴とする気体溶解装置。
3. A gas dissolving apparatus Motomeko 2, wherein said agitation means comprises a plate having a pore diameter decreases downward hole
And a vibrating means for vibrating the plate in the vertical direction, and a downward liquid flow is generated by the vibration of the plate .
【請求項4】 請求項1又は2又は3記載の気体溶解装
置において、更に、固定化酵素あるいは固定化微生物を担持する手段
が前記貯留槽に備えら れ、 酵素反応に必要な気体を液体表面に加圧溶解させながら
反応基質の酵素反応を行う ことを特徴とする反応装置。
4. The gas dissolving apparatus according to claim 1, 2 or 3, further comprising means for supporting an immobilized enzyme or an immobilized microorganism.
There the reservoir includes et al is in, while the gas necessary for the enzymatic reaction was dissolved under pressure in the liquid surface
Reactor and performing the enzymatic reaction of the reactive substrate.
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