JP4484552B2 - プランクトン培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物性プランクトン等を培養槽内で循環させながら培養する装置に関する。特に、本発明は、プランクトンに損傷を与えることなく循環させることによりプランクトン生産効率の向上を図る対策に関する。

従来より、クロレラに代表される植物性プランクトン等を培養するための装置として種々のものが提案されている。特に、培養槽内における珪藻類の培養状態の均一化を図るために、この培養槽内に循環流を生成し、この循環流の中で珪藻類を培養していくことが行われている。

例えば下記の特許文献１には、培養槽に循環回路を接続し、この循環回路に機械式ポンプを備えさせた構成が開示されている。つまり、ポンプの駆動により培養槽と循環回路との間で珪藻類を培養液と共に循環させながら培養していくものである。

また、特許文献２には、培養容器内の底部に回転子（プロペラ）を配置し、この回転子の回転によって培養液に遠心力を与えて培養容器内で藻類等を循環させることが開示されている。
特公平７−８３７０８号公報 特公平７−１１４６８６号公報

ところが、上述した各特許文献に開示されているものにあっては、培養動作中に珪藻類に損傷を与えてしまう可能性があった。つまり、特許文献１に開示されているものでは、珪藻類が培養液と共にポンプに吸引された際、ポンプ室内で羽根からの強い衝撃力を受けたり、このポンプ室内での大きな圧力変動の影響によって一部の珪藻類が損傷してしまうことがあった。

同様に、特許文献２に開示されているものでは、回転するプロペラからの衝撃力を珪藻類が受けてしまい、この場合にも一部の珪藻類が損傷してしまうことになる。

このように、培養槽内で珪藻類を循環させながら培養していく装置にあっては、一部の珪藻類が損傷してしまう状況を回避するのは困難であり、培養槽内の全ての珪藻類を効果的に培養して培養効率の向上を図り珪藻類の生産性を向上させるには限界があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、培養槽内で珪藻類等のプランクトンを循環させながら培養するに際し、プランクトンに損傷を与えることなく培養効率の向上を図りプランクトンの生産性を向上できるプランクトン培養装置を提供することにある。

−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、機械式ポンプやプロペラを使用することなしに培養液に水流を発生させる手段としてエアリフトを使用し、つまりエア供給によって培養槽内に水流を生成し、この水流に沿ってプランクトンを循環させながら培養していくようにしている。つまり、プランクトンに大きな衝撃力を与えてしまうことなしにプランクトンの循環培養が可能な構成としている。また、循環流を一様流（整流）とせず、エアリフトによって螺旋流を容易に生成できるようにし、実際の海洋の潮流に近似した流れの中でプランクトンの培養が行えるようにもしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、培養液が貯留された培養槽内の循環経路に沿ってプランクトンを循環させながら培養するプランクトン培養装置を前提とする。このプランクトン培養装置に対し、上記循環経路の延長方向に沿って延びる経路側壁に配設され、上記培養槽内底部の培養液を導入する導入口及び培養槽内上部に培養液を導出する導出口を備えたエアリフト管と、このエアリフト管内の底部に気泡を供給する気泡供給手段とを備えさせる。また、上記エアリフト管の導入口は、循環経路の延長方向に沿う培養液循環方向の上流側に向かうに従って上記経路側壁から離れる方向に向いて開放されている一方、上記エアリフト管の導出口は、循環経路の延長方向に沿う培養液循環方向の下流側に向かうに従って上記経路側壁から離れる方向に向いて開放されている。そして、上記気泡供給手段からの気泡供給によってエアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流を発生させることにより、循環経路上流側の槽内底部の培養液をエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に流して循環経路に螺旋流を生成する螺旋流生成手段を設けた構成としている。この場合の螺旋流生成手段のより具体的な構成としては以下のものが掲げられる。つまり、エアリフト管は、上記経路側壁の内部に配設されており、この経路側壁は、エアリフト管の導入口及び導出口が臨む部分が開放されている。

この特定事項により、気泡供給手段によってエアリフト管内の底部に気泡が供給されると、この気泡がエアリフト管内を上昇していき、これによって、エアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流が発生する。つまり、循環経路上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に螺旋流（例えば循環経路の流れ方向に直交する鉛直断面の中央を回転中心とした左ネジ回り方向の旋回流）が生成されることになる。このようにして循環経路を循環しながらプランクトンが培養されていく。本解決手段によれば、エアリフトによって循環流を発生させているため、プランクトンに損傷を与えることなく循環経路を循環させることができると共に、培養槽内の全てのプランクトンに対して均一に光を与えることができ珪藻類等のような光合成を行うプランクトンの培養に好適である。
また、上記構成に加えて、培養槽内底部の培養液を導入する導入口及び培養槽内上部に培養液を導出する導出口を備えた造流生成用のエアリフト管と、この造流生成用のエアリフト管内の底部に気泡を供給する気泡供給手段とを備えさせ、この気泡供給手段からの気泡供給によって造流生成用のエアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流を発生させることにより、循環経路上流側の槽内底部の培養液を造流生成用のエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に流して循環経路に造流を生成する造流生成手段を設けた構成を付加することもできる。これによれば、気泡供給手段によって造流生成用のエアリフト管内の底部に気泡が供給されると、この気泡がエアリフト管内を上昇していき、これによって、エアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流が発生する。つまり、循環経路上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に造流（循環流）が生成されることになる。
また、培養槽内の底部に設置され、その培養槽内の底部から気泡を供給することにより、鉛直面内で旋回する旋回流を生成する旋回流生成手段を設けた構成を付加することもできる。この場合の旋回流生成手段のより具体的な構成としては以下のものが掲げられる。つまり、旋回流生成手段を、循環経路を形成する経路側壁の近傍に配設し、この経路側壁に沿って鉛直上方に気泡を供給する構成とするものである。これによれば、旋回流生成手段から供給された気泡により培養槽内の底部から水面に向かう流れが生じ、この流れは水面に達してこの水面に沿って流れた後、他方の側壁及び培養槽の底部へと順に流れを変化させながら培養槽内に旋回流を発生させることになる。

本発明では、培養液に水流を発生させる手段としてエアリフトを使用し、エア供給によって培養槽内に水流を生成し、この水流に沿ってプランクトンを循環させながら培養していくようにしている。従来の機械式ポンプやプロペラを使用して培養液に水流を発生させるものにあってはプランクトンに大きな衝撃力を与えてしまい一部のプランクトンが損傷してしまう状況を招いていた。本発明によれば、プランクトンの損傷は生じないため、培養効率の向上を図ることができプランクトンの生産性を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、プランクトン培養装置として、クロレラの培養装置に本発明を適用した場合について説明する。

（クロレラ培養装置の構成説明）
図１は本形態に係るクロレラ培養装置１の平面図、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図、図３は図１におけるIII-III線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、本形態に係るクロレラ培養装置１は、培養槽２と採集槽３とを備えている。つまり、培養槽２において培養したクロレラを採集槽３に取り出す構成となっている（この培養工程及び採集工程については後述する）。以下、クロレラ培養装置１の各部について詳細に説明する。

−培養槽２−
図１〜図３に示すように、培養槽２は、平面視が長円形状の上部開放型の容器で成る槽本体２１を備えている。この槽本体２１は、例えばその長手方向の寸法（長さ寸法）は５０００ｍｍ、幅寸法は１５００ｍｍ、高さ寸法は１０００ｍｍとなっている。これら寸法はこれに限るものではない。

そして、この槽本体２１の中央部には、この槽本体２１の内部に環状の循環経路４を形成するように仕切ユニット２２が設置されている。つまり、この仕切ユニット２２が槽本体２１の中央においてその長手方向（平面視での長円の長手方向：図１における左右方向）に所定長さを持って設置されることにより、槽本体２１の内部に循環経路４を形成している。この循環経路４としては、上記仕切ユニット２２を挟んで互いに対向するように形成された一対の直線経路４１，４３と、これら一対の直線経路４１，４３の両端同士を繋いでいる一対の反転経路４２，４４とにより構成されている。このようにして循環経路４が形成されているため、後述する各水流形成手段（造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７）の駆動に伴って、循環経路４（４１，４２，４３，４４）を図中時計回り方向に循環する循環流が形成され、この循環流に沿ってクロレラを循環させながら培養するようになっている。

上記槽本体２１の上端部には複数本の支持フレーム２３〜２６が架け渡されており、これら支持フレーム２３〜２６によって仕切ユニット２２が支持されている。この仕切ユニット２２は、槽本体２１の幅方向（図１における上下方向）に僅かな隙間（後述する螺旋流生成ユニット７が収容される隙間）を存して対向配置された一対の仕切板２２ａ，２２ｂを備えている。つまり、一方の仕切板２２ａの片面が一方の直線経路４１に面し、他方の仕切板２２ｂの片面が他方の直線経路４３に面する構成となっている。

次に、水流形成手段である造流生成ユニット（造流生成手段）５、旋回流生成ユニット（旋回流生成手段）６、螺旋流生成ユニット（螺旋流生成手段）７についてそれぞれ説明する。

−造流生成ユニット５−
造流生成ユニット５，５は、槽本体２１の循環経路４を図中時計回り方向に循環する循環流（造流）を形成するためのものである。この造流生成ユニット５，５は、上記循環経路４の各直線経路４１，４３の上流端部分に対応して配置された上下一対の支持フレーム２３，２６にそれぞれ支持されている。ここでは一方の造流生成ユニット５について説明する。

この造流生成ユニット５は、３本のエアリフト管５１，５１，５１を備えており、これらエアリフト管５１，５１，５１が、循環経路４の流れ方向に直交する水平方向に所定間隔を存して支持フレーム２３に支持されている。

図４に示すように、エアリフト管５１は、鉛直方向に延びる管本体５２を備え、この管本体５２の下端部には循環経路４の流れ方向上流側に屈曲されたエルボ５３が設けられている。そして、このエルボ５３の開口端が槽本体２１内の底部の培養液を導入する導入口５３ａとして形成されている。一方、上記管本体５２の上端部にはＴ字管５４が設けられており、このＴ字管５４の一つの開口（水平方向に開放する開口）が循環経路４の流れ方向下流側に開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口５４ａとして形成されている。

更に、この造流生成ユニット５には、各エアリフト管５１，５１，５１内部にエアリフト用の気泡を供給するための気泡供給手段としての気泡供給ユニットが備えられている。この気泡供給ユニットは、図示しないエアポンプ、このエアポンプからエアリフト管５１内部の底部にまで延びるエア供給管５５を備えている。また、このエア供給管５５の先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材５５ａが取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管５５を経て散気部材５５ａからエアリフト管５１内部に供給されると、この気泡がエアリフト管５１内を上昇していき、これによって、エアリフト管５１内に導入口５３ａから導出口５４ａに向かう水流が発生する（図４の矢印参照）。つまり、循環経路４上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管５１を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に造流が生成されるようになっている。

このように構成された造流生成ユニット５，５が、循環経路４の各直線経路４１，４３の上流端部分に対応してそれぞれ配置されているため、例えば一方の造流生成ユニット５において加速された水流は、一方の直線経路４１及び反転経路４２を経た後、他方の造流生成ユニット５において加速されて、他方の直線経路４３及び反転経路４４に流されることになり、この動作が繰り返されることによって循環経路に造流（循環流）が生成されるようになっている。この造流の概略図を図７（ａ）に示している。また、図１では実線の矢印でこの造流を示している。

−旋回流生成ユニット６−
旋回流生成ユニット６は、循環経路４の流れ方向に直交する面内で旋回する旋回流を生成するためのものである。この旋回流生成ユニット６は、上記エアポンプからのエアを受ける一対の散気管６１，６１を備えている。ここでも一方の散気管６１についてのみ説明する。

図５に示すように、散気管６１は、上記造流生成ユニット５の配設位置の直下流側であって、上記循環経路４を形成している仕切ユニット２２の仕切板２２ａの下端に沿うよう水平方向に延設されている。

このように散気管６１が配置されているため、エアポンプが駆動してエアが散気管６１に供給されると、この散気管６１から多数の気泡が仕切ユニット２２の仕切板２２ａに沿って上方へ浮上していく。つまり、この仕切板２２ａの近傍では上向き方向の水流が発生することになる（図５の矢印Ａ参照）。この水流は、培養液の水面上に達すると、槽本体２１の外側（循環経路４の流れ方向に直交する面内において槽本体２１の外壁側）向けて流れ方向を変換する（図５の矢印Ｂ参照）。その後、水面上において槽本体２１の外壁に達した水流は、この外壁に沿って下向きの流れに変換され（図５の矢印Ｃ参照）、その後、槽本体２１の底部に達すると、仕切板２２ａに向かう方向（散気管６１の配設位置に向かう方向）の流れとなり（図５の矢印Ｄ参照）、この散気管６１から供給される気泡によって再び仕切板２２ａに沿った上向き方向の水流に変化し、この循環動作を繰り返す。これによって、循環経路４の流れ方向に直交する面内で旋回する旋回流（図５における矢印Ｅ参照）が生成されるようになっている。この旋回流の概略図を図７（ｂ）に示している。また、図１では、この旋回流の水面付近での流れ（上記矢印Ｂに相当する流れ）を破線の矢印で示している。

−螺旋流生成ユニット７−
螺旋流生成ユニット７，７は、槽本体２１の循環経路４を図１中の時計回り方向で且つ左ネジ回りに循環する旋回流を形成するためのものである。この螺旋流生成ユニット７，７は、仕切ユニット２２を構成している仕切板２２ａ，２２ｂの間に配設されている。ここでも一方の螺旋流生成ユニット７について説明する。

この螺旋流生成ユニット７は、５本のエアリフト管７１，７１，…を備えており、これらエアリフト管７１，７１，…が、循環経路４の流れ方向に沿って所定間隔を存して仕切板２２ａ，２２ｂの間に支持されている。

図６（ａ）はエアリフト管７１の側面図であり、図６（ｂ）はエアリフト管７１の平面図である。これら図に示すように、エアリフト管７１は、鉛直方向に延びる管本体７２を備え、この管本体７２の下端部には循環経路４の流れ方向上流側に向かうに従って循環経路の中央部へ向かうように屈曲されたエルボ７３が設けられている。そして、このエルボ７３の開口端が槽本体２１内の底部の培養液を導入する導入口７３ａとして形成されている。一方、上記管本体７２の上端部にはＴ字管７４が設けられており、このＴ字管７４の一つの開口が循環経路４の流れ方向下流側に向かうに従って循環経路の中央部へ向かうように開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口７４ａとして形成されている。

更に、この螺旋流生成ユニット７には、各エアリフト管７１，７１，…内部にエアリフト用の気泡を供給するための気泡供給手段としての気泡供給ユニットが備えられている。この気泡供給ユニットは、上述した造流生成ユニット５のものと同様に、図示しない上記エアポンプ、このエアポンプからエアリフト管７１内部の底部にまで延びるエア供給管７５を備えている。また、このエア供給管７５の先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材７５ａが取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管７５を経て散気部材７５ａからエアリフト管７１内部に供給されると、この気泡がエアリフト管７１内を上昇していき、これによって、エアリフト管７１内に導入口７３ａから導出口７４ａに向かう水流が発生する。つまり、循環経路４上流側の槽内底部の培養液がエアリフト管７１を経て循環経路下流側の槽内上部に向かって流され、これによって循環経路に螺旋流が生成されるようになっている。この螺旋流の概略図を図７（ｃ）に示している。また、図１では一点鎖線の矢印でこの螺旋流を示している。

このように、螺旋流生成ユニット７の各エアリフト管７１，７１，…では、導入口７３ａから導出口７４ａに向かう水流が発生するため、上記仕切ユニット２２の仕切板２２ａ，２２ｂには、これら導入口７３ａ及び導出口７４ａに対応する部分に切欠き２２ｃが形成されている（図２参照）。

以上のように、本クロレラ培養装置１の培養槽２には、水流形成手段として造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６及び螺旋流生成ユニット７が備えられており、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していくことができる。

また、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６及び螺旋流生成ユニット７は何れもエアリフトによって水流を発生させているため、クロレラに大きな衝撃力を与えてしまうことがない。従来の機械式ポンプやプロペラを使用して培養液に水流を発生させるものにあってはクロレラに大きな衝撃力を与えてしまい一部のクロレラが損傷してしまう状況を招いていた。本実施形態のものによれば、クロレラの損傷は生じないため、培養効率の向上を図ることができクロレラの生産性を向上できる。

特に、上記各ユニット５，６，７によって生成される水流の複合化によって循環経路４内に複雑な流れを生成することができるため、実際の海洋の潮流に近似した流れの中でクロレラの培養を行うことが可能になり、クロレラの生産性を大幅に向上することができる。

尚、上記培養槽２には、クロレラの栄養源となる補給海水（例えば２０℃の海洋深層水）を槽本体２１に流入するための補給管２９が接続されており、この補給管２９には開閉自在な補給弁２９ａが設けられている。また、この培養槽２の内部には、槽本体２１に貯留している培養液の温度をクロレラの培養に適した温度（例えば２０℃）に維持するための熱交換器２Ａが備えられている。この熱交換器２Ａはコイルタイプのものが採用されており、内部に低温度の水（例えば海洋深層水）が流され、槽本体２１内の培養液を最適温度に冷却するようになっている。また、必要に応じて培養液を加温するためのヒータも用いられる。

−採集槽３−
次に、採集槽３について説明する。この採集槽３は、クロレラの培養期間中には上記培養槽２との間で培養液を循環し、クロレラの採集時には、濃縮及び採集を行って、高濃度のクロレラを採集できるようになっている。以下、詳細に説明する。

図８は、本形態に係る採集槽３を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

これら図に示すように、採集槽３は、略直方体形状の槽本体３１の内部にプランクトンネット３２が配置された構成となっている。以下、詳しく説明する。

プランクトンネット３２は上部が開放された微小網目（クロレラが通過しない網目）を有するネットにより構成されており、その形状は、Ｖ字断面形状を有している。そして、その上端縁部が採集槽３の槽本体３１内縁にネジ止め等の手段によって取り付けられている。このため、採集槽３の槽本体３１内部は、プランクトンネット３２により２つの領域に仕切られている。以下、このプランクトンネット３２の下側の領域を１次側領域（図８（ｃ）における領域α）と呼び、プランクトンネット３２の上側の領域を２次側領域（図８（ｃ）における領域β）と呼ぶ。尚、このプランクトンネット３２の内部には棒状の錘３２ａが置かれている。この錘３２ａはプランクトンネット３２に固定されておらず、このプランクトンネット３２の内部で自由に移動できるようになっている。具体的には、後述するエア供給管３Ａからの気泡の圧力（浮力）を受けてこの錘３２ａがプランクトンネット３２の内部で移動し、このプランクトンネット３２を変形させることで、プランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に付着したクロレラを容易に剥離させることができるようにしている。

採集槽３の槽本体３１は、上部が開放された容器で成り、その側面であって上記１次側領域αに対応する部分には、培養液導入開口３３、培養液戻し開口３４、培養液導出開口３５が設けられている。

上記培養液導入開口３３は、上記培養槽２の槽本体２１に形成された培養液排出開口２７に導入管３６により接続されている（図１参照）。この導入管３６には開閉自在な電磁弁３６ａが設けられている。一方、培養液戻し開口３４は、培養槽２の槽本体２１に形成された培養液戻し開口２８に戻し管３７により接続されている。そして、この戻し管３７は、培養槽２の槽本体２１の内部において上方に向けて屈曲されてエアリフト管３７ｃとして形成されており、このエアリフト管３７ｃの上端は槽本体２１の水面よりも上方に位置している。更に、この戻し管３７の上端部には、上記造流生成ユニット５のエアリフト管５１と同様に、Ｔ字管３７ａ（図３参照）が設けられており、このＴ字管３７ａの一つの開口（水平方向に開放する開口）が循環経路４の流れ方向下流側に開放されており、この開口端が槽本体２１内の上部に培養液を導出する導出口３７ｂとして形成されている。そして、このエアリフト管３７ｃの内部には、エアリフト用の気泡を供給するための気泡供給ユニットが挿入されている。この気泡供給ユニットは、図示しない上記エアポンプ、このエアポンプからエアリフト管３７ｃ内部の底部にまで延びるエア供給管３７ｄ（図９参照）を備えている。このエア供給管３７ｄには、このエアリフト管３７ｃに対するエアの供給／非供給を切り換えるための切換弁３７ｅが設けられている。また、このエア供給管３７ｄの先端（空気供給方向の下流端）には供給されたエアを微細化して気泡を生成するための散気部材（図示省略）が取り付けられている。このため、エアポンプが駆動してエアがエア供給管３７ｃを経て散気部材からエアリフト管３７ｃ内部に供給されると、この気泡がエアリフト管３７ｃ内を上昇していき、これによって、エアリフト管３７ｃ内に上方へ向かう水流が発生する。これに伴い、上記エアリフト管３７ｃでは、採集槽３から培養槽２へ向かう水流が発生し、導入管３６では、培養槽２から採集槽３へ向かう水流が発生することになる。つまり、培養槽２と採集槽３との間で培養液が循環するよう構成されている。尚、上記エアリフト管３７ｃのＴ字管３７ａの開放端は循環経路４の流れ方向下流側に開放されているため、ここから導出される培養液も、培養槽２内での循環流生成に寄与している。

また、採集槽３の槽本体３１の培養液導出開口３５には、採集弁３８ａを備えた採集管３８が接続されている。この採集管３８の下流側端部には採集ネット８が配置されており、上記採集弁３８ａの開放動作に伴って採集槽３内のクロレラが採集管３８により取り出されて採集ネット８に回収される構成となっている。

また、この採集槽３の槽本体３１には、オーバフロー管３９が接続されている。このオーバフロー管３９は、槽本体３１の側壁を貫通し、この槽本体３１の内部においてプランクトンネット３２よりも所定寸法だけ上側の位置で開放されている。このため、このオーバフロー管３９の上端位置よりも培養液の水位が上昇した場合には、その上昇分だけオーバフロー管３９によって槽本体３１内の培養液が抜き出され、この抜き出された培養液が排水溝９に排出されるようになっている。また、このオーバフロー管３９には開閉自在なオーバフロー弁３９ａが設けられている。

更に、この採集槽３の槽本体３１内部には、上記エアリフト管３７ｃの内部に挿入されているエア供給管３７ｄから分岐されたエア供給管３Ａが配設されている（図８（ｂ）参照）。このエア供給管３Ａは、開閉自在な切換弁３７ｆが設けられていると共に槽本体３１の底部中央部まで延びており、プランクトンネット３２の下側から、このプランクトンネット３２に向けて気泡を連続供給するようになっている。このエア供給により、プランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に付着するクロレラに対して剥離効果が得られるようになっている。

（クロレラ培養動作）
次に、上述の如く構成されたクロレラ培養装置によるクロレラ培養動作について説明する。本クロレラ培養装置のクロレラ培養動作としては、「連続培養」「バッチ培養」の２タイプの動作が可能である。以下、それぞれについて説明する。

−連続培養動作−
図９を用いて連続培養動作について説明する。図９（ａ）は培養工程を、図９（ｂ）は濃縮工程を、図９（ｃ）は採集工程をそれぞれ示している。

培養工程では、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７が共に駆動され、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していく。この際、図９（ａ）に示すように、培養槽２に接続されている補給管２９の補給弁２９ａは開放され、クロレラの栄養源となる海水（海洋深層水）がこの補給管２９から培養槽２に連続的に供給される。また、培養槽２と採集槽３とを接続している戻し管３７のエアリフト管３７ｃには、気泡供給ユニットからエアが供給されていると共に、導入管３６の電磁弁３６ａが開放されており、これによって培養槽２と採集槽３との間で培養液は循環している。そして、培養槽２から採集槽３に導入された培養液の一部はプランクトンネット３２を通過した後、オーバフロー管３９によって抜き出されて排水溝９に排出される。また、エア供給管３Ａからプランクトンネット３２に向けて気泡が連続供給されており、このプランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に対するクロレラの付着が防止されている。

このような動作が連続して数日間（例えば４日間）行われることにより、培養槽２内でクロレラが培養されていき、次第に濃度が高くなっていく。

上記培養工程が終了すると、濃縮工程に移る。この濃縮工程では、図９（ｂ）に示すように、エア供給管３７ｄの切換弁３７ｅの開度を小さく又は全閉にし、戻し管３７のエアリフト管３７ｃへのエア供給量を少なくするか又はエア供給を停止する。これによって採集槽３から培養槽２へ戻されるクロレラの量が減り、採集槽３では、プランクトンネット３２の１次側から２次側へ培養液のみが透過され、採集槽３内に高濃度のクロレラが生成されることになる。この際、プランクトンネット３２の下側からは、エア供給管３Ａによって気泡が連続供給されており、プランクトンネット３２の表面（１次側領域に臨む面）に付着したクロレラが容易に剥離されることになり、クロレラの濃縮動作が円滑に行われる。また、この際、エア供給管３Ａから供給される気泡は、プランクトンネット３２の内部に置かれた錘３２ａを左右に揺動させる動力として作用することになり、これによっても、プランクトンネット３２の表面に付着したクロレラが容易に剥離されることになる。

上記濃縮工程が終了すると採集工程に移る。この採集工程では、図９（ｃ）に示すように、補給弁２９ａを閉鎖して培養槽２への給水を停止すると共に、導入管３６の電磁弁３６ａを閉鎖し、また、エアリフト管３７ｃへのエア供給を停止する。これによって培養槽２と採集槽３との間での培養液の循環動作を停止させる。一方、採集管３８の採集弁３８ａを開放し、採集槽３内の濃縮クロレラを採集ネット８に回収する。

以上の動作により、高濃度のクロレラが生成されることになる。以上の各工程を連続して行った後、再び上記培養工程（図９（ａ））を開始し、上記動作を繰り返す。

−バッチ培養動作−
次に、図１０を用いてバッチ培養動作について説明する。図１０（ａ）は培養工程を、図１０（ｂ）は濃縮工程を、図１０（ｃ）は採集工程をそれぞれ示している。

培養工程では、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７が共に駆動され、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流により、循環経路４内でクロレラを循環させながら培養していく。この際、図１０（ａ）に示すように、補給管２９の補給弁２９ａは閉鎖されている。また、上記連続培養動作の場合と同様に、培養槽２と採集槽３とを接続している戻し管３７のエアリフト管３７ｃには、気泡供給ユニットからエアが供給されていると共に、導入管３６の電磁弁３６ａが開放されており、これによって培養槽２と採集槽３との間で培養液は循環している。そして、培養槽２から採集槽３に導入された培養液によって採集槽３内の水面がオーバフロー管３９の上端位置よりも上昇した場合にはその上昇分だけオーバフロー管３９によって抜き出されて排水溝９に排出される。また、エア供給管３Ａからプランクトンネット３２に向けて気泡が連続供給されており、このプランクトンネット３２の表面（１次側領域αに臨む面）に対するクロレラの付着が防止されている。

このような動作が連続して数日間（例えば４日間）行われることにより、培養槽２内でクロレラが培養されていき、次第に濃度が高くなっていく。

上記培養工程が終了すると、濃縮工程に移る。この濃縮工程では、図１０（ｂ）に示すように、エア供給管３７ｄの切換弁３７ｅを全閉にし、戻し管３７のエアリフト管３７ｃへのエア供給を停止する。これによって採集槽３から培養槽２へ戻り水量を「０」にする。そして、プランクトンネット３２の２次側に、ポンプ９２を備えた水抜き管９１を接続して、このプランクトンネット３２の２次側から培養液のみを強制的に採集槽３から引き抜いて排水溝９に排出していく。これにより、採集槽３では、プランクトンネット３２の１次側から２次側へ培養液のみが透過され、採集槽３内に高濃度のクロレラが生成されることになる。この際、プランクトンネット３２の下側からは、エア供給管３Ａによって気泡が連続供給されており、プランクトンネット３２の表面（１次側領域に臨む面）に付着したクロレラが容易に剥離されることになり、クロレラの濃縮動作が円滑に行われる。また、この際にも、エア供給管３Ａから供給される気泡は、プランクトンネット３２の内部に置かれた錘３２ａを左右に揺動させる動力として作用することになり、これによっても、プランクトンネット３２の表面に付着したクロレラが容易に剥離されることになる。尚、この濃縮工程が進むに従って培養槽２及び採集槽３の水位が次第に降下していく。

上記濃縮工程が終了すると採集工程に移る。この採集工程では、図１０（ｃ）に示すように、採集管３８の採集弁３８ａを開放し、採集槽３内の濃縮クロレラを採集ネット８に回収する。

以上の動作により、高濃度のクロレラが生成されることになる。以上の各工程を連続して行った後、補給管２９の補給弁２９ａを開放し、海水（海洋深層水）を培養槽２に供給する。そして、この培養槽２内の水位が所定高さ（培養工程開始水位）に達すると、補給弁２９ａを閉鎖して、再び上記培養工程（図１０（ａ））を開始し、上記動作を繰り返す。

以上説明してきたように、本形態では、培養工程において、上記造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７が共に駆動され、これら各ユニット５，６，７によって生成される水流、つまり、造流生成ユニット５によって生成される造流、旋回流生成ユニット６によって生成される旋回流、螺旋流生成ユニット７によって生成される螺旋流が互いに組み合わされた複雑な流れの中（実際の海洋の潮流に近似した流れの中）でクロレラを循環させながら培養していくようにしている。また、これら流れの駆動力をエアリフトによって得るようにしている。このため、従来のポンプやプロペラを使用する場合とは異なり、クロレラに損傷を与えることなく循環経路４を循環させることができる。従って、培養効率の向上を図ることができプランクトンの生産性を向上できる。特に、クロレラ等の珪藻類のように光合成を行うプランクトンの培養に適用した場合には、光の届きにくい槽内底部のプランクトンを槽内上部に送り出すことができ、培養槽内の全てのプランクトンに対して均一に光を与えることができ、これによっても生産性の向上を図ることができる。

−その他の実施形態−
以上説明した実施形態では、培養槽２内に、造流生成ユニット５、旋回流生成ユニット６、螺旋流生成ユニット７を備えさせ、これらを同時に駆動させるようにしていた。本発明はこれに限らず、螺旋流生成ユニット７のみを培養槽２内に備えさせたり、螺旋流生成ユニット７と他の何れか一つのユニットとを培養槽２内に備えさせるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、クロレラ培養装置に本発明を適用した場合について説明したが、その他のプランクトン（例えばワムシなどの動物性プランクトン）の培養装置にも適用可能である。

実施形態に係るクロレラ培養装置の平面図である。 図１におけるII-II線に沿った断面図である。 図１におけるIII-III線に沿った断面図である。 造流生成ユニットのエアリフト管を示す断面図である。 旋回流生成ユニットによる旋回流生成動作を説明するための断面図である。 （ａ）は螺旋流生成ユニットのエアリフト管を示す側面図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は造流生成ユニットにより生成される造流の概略を、（ｂ）は旋回流生成ユニットにより生成される旋回流の概略を、（ｃ）は螺旋流生成ユニットにより生成される螺旋流の概略をそれぞれ示す図である。 採集槽を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は図８（ａ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 連続培養動作を説明するための模式図であって、（ａ）は培養工程、（ｂ）は濃縮工程、（ｃ）は採集工程をそれぞれ示す図である。 バッチ培養動作を説明するための模式図であって、（ａ）は培養工程、（ｂ）は濃縮工程、（ｃ）は採集工程をそれぞれ示す図である。

符号の説明

１ クロレラ培養装置（プランクトン培養装置）
２ 培養槽
４ 循環経路
５ 造流生成ユニット（造流生成手段）
５１ エアリフト管
５３ａ 導入口
５４ａ 導出口
５５ エア供給管
６ 旋回流生成ユニット（旋回流生成手段）
７ 螺旋流生成ユニット（螺旋流生成手段）
７１ エアリフト管
７３ａ 導入口
７４ａ 導出口
７５ エア供給管

Claims (5)

1. 培養液が貯留された培養槽内の循環経路に沿ってプランクトンを循環させながら培養するプランクトン培養装置において、
   上記循環経路の延長方向に沿って延びる経路側壁に配設され、上記培養槽内底部の培養液を導入する導入口及び培養槽内上部に培養液を導出する導出口を備えたエアリフト管と、このエアリフト管内の底部に気泡を供給する気泡供給手段とを備えており、
   上記エアリフト管の導入口は、循環経路の延長方向に沿う培養液循環方向の上流側に向かうに従って上記経路側壁から離れる方向に向いて開放されている一方、上記エアリフト管の導出口は、循環経路の延長方向に沿う培養液循環方向の下流側に向かうに従って上記経路側壁から離れる方向に向いて開放されており、
   上記気泡供給手段からの気泡供給によってエアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流を発生させることにより、循環経路上流側の槽内底部の培養液をエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に流して循環経路に螺旋流を生成する螺旋流生成手段が設けられていることを特徴とするプランクトン培養装置。
2. 請求項１記載のプランクトン培養装置において、
   上記エアリフト管は、上記経路側壁の内部に配設されており、この経路側壁は、エアリフト管の導入口及び導出口が臨む部分が開放されていることを特徴とするプランクトン培養装置。
3. 請求項１または２記載のプランクトン培養装置において、
   造流生成手段を備えており、この造流生成手段は、上記培養槽内底部の培養液を導入する導入口及び培養槽内上部に培養液を導出する導出口を備えた造流生成用のエアリフト管と、この造流生成用のエアリフト管内の底部に気泡を供給する気泡供給手段とを備え、この気泡供給手段からの気泡供給によって造流生成用のエアリフト管内に導入口から導出口に向かう水流を発生させることにより、循環経路上流側の槽内底部の培養液を造流生成用のエアリフト管を経て循環経路下流側の槽内上部に流して循環経路に造流を生成するよう構成されていることを特徴とするプランクトン培養装置。
4. 請求項１、２または３記載のプランクトン培養装置において、
   旋回流生成手段を備えており、この旋回流生成手段は、上記培養槽内の底部に設置され、その培養槽内の底部から気泡を供給することにより、鉛直面内で旋回する旋回流を生成するよう構成されていることを特徴とするプランクトン培養装置。
5. 請求項４記載のプランクトン培養装置において、
   旋回流生成手段は、循環経路を形成する経路側壁の近傍に配設されており、この経路側壁に沿って鉛直上方に気泡を供給するよう構成されていることを特徴とするプランクトン培養装置。

Images