JPH0372957A - 生物反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工ルーメン、生物培養装置１発酵装置、汚水
処理装置などとして利用される生物反応装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

牛、羊等の反葛動物のルーメン（第−胃）では、プロト
シア等の原生動物および細菌類が共生し、反姿された飼
料の嫌気性生物反応による消化が行われる。

このような度毎動物のルーメンを模倣して試料を発酵さ
せ、あるいは嫌気性雰囲気下で細菌類や原生動物類を培
養するための人工ルーメンとして、例えばＷｅｌｌｅｒ
らの装置（ｗｅｌｌｅｒ　Ｒ，Ａ、　ｅｔ　ａｌ、　Ｂ
ｒ、Ｊ。

Ｎｕｔｒ、　３２．３４１（１９７４））、Ｈｏｏｖｅ
ｒらの装置（ＨｏｏｖｅｒＷ、Ｈ，ａｔ　ａｌ、　Ｊ、
　Ａｎｉｍａｌ　５ｃｉｅｎｃｅ、　４３　（２）　５
２８（１９７６））、　Ｈｏｏｖｅｒ　らの装置を改良
したＨａｎｎａｈらの装置（Ｈａｎｎａｈ　Ｓ、Ｍ、　
ｅｔ　ａｌ、　Ａｎｉｍａｌ　Ｆｅｅｄ　５ｃｉｅｎｃ
ｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　１６．５１（１９
８６））、Ｔｅａｔｈｅｒらの装置ｉ　（Ｔｅａｔｈｅ
ｒ　Ｒ，Ｍ、　ｅｔ　ａｌ、　Ｊ、ＤａｉｒｙＳｃｉｅ
ｎｃｅ、　７１゜６６６　（１９８８））あるいは特開
昭５７−４１１１５８号公報に開示された装置などが知
られている。

しかしながらこれらの装置は、それぞれの観点に立脚し
た特性は具備してはいるものの、全体的に見た場合、満
足できるものではなかった。例えばＷｅｌｌｅｒらの装
置は、丈の長い植物等を基質として投入できるが、粉砕
機構を備えていないため動物の反部に当たる消化を期待
できず、また毎日基質の半分を交換するため、培養を一
時中断しなければならないという欠点を有している。

）ｌａｎｎａｈらの装置は、内容物の連続排出ができる
ものの、発酵、培養槽中で試料の粉砕ができないため、
粗大な試料の投入は困難である。また試料をペレット化
しなければならず、任意の形状の消化試験を行うことが
できない。

Ｔｅａｔｈｓｒ　らの装置は、やや大きな試料にも対応
できるように撹拌装置に工夫をしているが、粉砕機構が
ないため、基本的には試料の粉砕を必要とすることでは
Ｗｅｌｌｅｒらの装置やＨａ　ｎ　ｎ　ａ　ｈらの装置
と変わらない。また濾過装置がないため、内容物の固体
−液体のバランスを一定に保ち難いという問題点もあっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記問題点を解決するため、固形の試
料を任意に設定した時間に供給して反応槽内で粉砕して
生物反応を行い、固体−液体のバランスを一定に保ちな
から生成物を効率よく排出し、また発酵不十分な丈の長
い植物組織などの試料を流出させないための濾過装置を
長期にわたり機能させ、また装置全体を集中制御するこ
とが可能な生物反応装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は次の生物反応装置である。

（１，）生物の存在下に試料を導入して生物反応を行う
反応槽と、試料の粉砕を行うように反応槽内に設けられ
た歯車装置と、反応槽の内容物を撹拌する撹拌装置と１
反応槽に試料を導入する試料導入装置と、反応槽の内容
物を取出す取出装置とを備えた生物反応装置。

（２）歯車装置は太陽歯車の周囲を遊星歯車が公転する
遊星歯車装置からなる上記（１）記載の生物反応装置。

（３）撹拌装置は反応槽の内容物を放射方向に移動させ
る攪拌翼および上下方向に移動させるスクリュウコンベ
アからなる上記（１）または（２）記載の生物反応装置
。

（４）取出装置は濾過装置付スクリュウコンベアからな
る上記（１）ないしく３）のいずれかに記載の生物反応
装置。

本発明において、生物反応とは、発酵、培養、消化、生
物処理など、生物の関与するすべての反応を意味する。

これらの反応は好気性反応でも、嫌気性反応でもよく、
それぞれの反応に適した条件を維持するように構成され
る。また生物反応は連続的に行われ、コンピュータ制御
により自動化するように構成することができる。

〔作　用〕

本発明の生物反応装置においては、反応槽に生物反応を
行うための生物を存在させた状態で、試料導入装置から
基質となる試料を導入し、歯車装置を駆動して試料の粉
砕を行い、撹拌装置で撹拌しながら生物反応を行い、生
成物は取出装置から取出す。このとき反応槽に導入され
た固形の試料は歯車装置によって粉砕され、撹拌状態で
生物反応に供される。

歯車装置として太陽歯車の周囲を遊星歯車が公転する遊
星歯車装置を使用する場合は、試料の粉砕と撹拌を行う
ことができ、特に遊星歯車が往復公転する場合は、胃の
収縮運動に類似の撹拌が行われ５人エル−メンに適した
反応条件が得られる。

反応槽に内容物を放射方向に移動させる攪拌翼および上
下方向に移動させるスクリュウコンベアからなる撹拌装
置を設けると、反応槽内の固形物を歯車装置に供給して
粉砕し、均一化した状態で反応が行われる。

取出装置として濾過装置付スクリュウコンベアを用いる
と、固体および液体が一定比率で排出されるため反応槽
内の固体−液体のバランスが一定に保たれた状態で、生
成物が効率よく排出される。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面により説明する。

第工図は人工ルーメンに適用した実施例の生物反応装置
を示す断面図、第２図はその一部の斜視図である。

図において、生物反応装置１は反応槽２を有し、その周
囲はジャケット３で覆われており、その内部に供給され
る熱媒４により温度制御されるようになっている。反応
槽２の上部にはＭ５が設けられており、シャッタ６を介
して試料導入装置７から試料８が導入されるようになっ
ている。

反応槽２内には、蓋５を貫通して歯車装置９が挿入され
ており、反応槽２の内容物１１の粉砕および撹拌を行う
ようになっている。また反応槽２内には内容物１１を放
射方向に移動させる攪拌翼１２および上下方向に移動さ
せるスクリュウコンベア１３からなる撹拌装置が設けら
れている。そして反応槽２の上部側壁を貫通し、スクリ
ュウコンベア１３に連絡するように、濾過装置１５付ス
クリユウコンベア１６からなる取出装置が設けられてい
る。濾過装置１１５としては、取外し可能な濾過網が取
付けられており、随時交換できるため、連続反応が効率
よく行われるようになっている。１７は反応槽２にバッ
ファ等の薬剤を注入する注入管、１８は窒素ガス、炭酸
ガス等のガスを供給する通気管、１９はｐＨ計、２０は
サーミスタである。

試料導入装置７は、試料管２１に多段に出没可能に設け
られた試料台２２に試料８が載置されている。

試料台２２は係止環２３を介して引張スプリング２４に
連結している。引張スプリング２４を止める支柱２５に
は環状レバー２６が支点２７によって往復回転可能に取
付けられており、試料台２２例の端部に設けられた係止
ピン２８が係止環２３に係合するようになっている。環
状レバー２６の反対側にはラダーチェーン２９が挿入さ
れており、その一部に設けられたフック３０が環状レバ
ー２６の端部３１に当接可能になっている。ラダーチェ
ーン２９はモータ３２により引上げられるようになって
いる。

歯車装置９は太陽歯車３４が攪拌翼１２と一体的に設け
られており、回転軸３５を介してモータ３６により回転
可能となっている。太陽歯車３４の周囲には２個の遊星
歯車３７．３８が対称位置にかみ合って、公転および自
転するようになっている。遊星歯車３７．３８は回転軸
３９．４０により１回転アーム４１に自由回転可能に取
付けられている。回転アーム４１は中空軸４２を介して
モータ４３により回転するようになっている。

スクリュウコンベア１３は回転軸４５を介してモータ４
６により回転し、スクリュウコンベア１６はモータ４７
により回転するようになっている。またシャッタ６はモ
ータ４８により開閉するようになっている。ｐＨＨＩＯ
２サーミスタ２０の信号はインターフェース５１を経て
パーソナルコンピュータ５２およびボードコンピュータ
５３に送られ、パーソナルコンピュータ５２およびボー
ドコンピュータ５３の信号はインターフェース５１を経
てモータ３２．３６．４３．４６．４７．４８、および
その他の機器に送られ、プログラムに従って生物反応が
行われるようになっている。

上記の生物反応装置１は、パーソナルコンピュータ５２
により反応条件の設定、変更を行い、決められた条件に
よる運転はボードコンピュータ５３により行われる。

生物反応は反応槽２内に、予め原生動物、細菌等の生物
反応を行うための生物、および必要により栄養源その他
の培地を入れる。この生物反応装置１を人工ルーメンと
して用いる場合１反復動物のルーメンから取出したルー
メン内容物を反応槽２に入れる。

モしてモータ４８を開動して、シャッタ６を開いた状態
で、モータ３２を開動してラダーチェーン２９を引上げ
ると、フック３０が環状レバー２６の端部３１を引上げ
るため、係止ピン２８が係止環２３から外れて、試料台
２２が引張スプリング２４に引張られ、試料８は反応槽
２内に導入される。この試料８の導入は生物反応の条件
に応じたインターバルで行われ、人工ルーメンの場合は
動物の給餌に合せたインターバルとされる。例えば図面
の場合１日分の飼料を１２回分に分け、王時間毎に反応
槽２に導入する。試料８の導入後はシャッタ６は閉じら
れる。

反応槽２内では、モータ３６の回転により歯車装置９の
太陽歯車３４および攪拌翼工２が一体となって回転する
。太陽歯車３４の回転により、これにかみ合っている遊
星歯車３７．３８も自転し、導入された試料８の粉砕が
行われる。モータ４３の回転により回転アーム４１を回
転させることにより、遊星歯車３７．３８は公転し、太
陽歯車３４の全周にわたって試料８の粉砕および攪拌が
行われる。遊星歯車３７．３８は同一方向に回転させて
もよいが、往復回転させることにより、さらに良好な粉
砕効果が得られるとともに、ルーメンの収縮の場合と同
様の攪拌が行われる。

攪拌翼１２の回転により、反応槽２の内容物１１は放射
方向に移動して循環する。このような攪拌によっても、
軽質のものは上部に浮上し、重質のものは底部に沈降す
るので、モータ４６の回転によりスクリュウコンベア１
３を正逆回転させることにより、これらの軽質および重
質のものも均・−に攪拌し、歯車装置９に供給して全体
の固形物を粉砕し、内容物１】を均質化して、均一な生
物反応を行うことができる。

生物反応に際しては、注入管１７からバッファ等の薬剤
を注入し、通気管１８から窒素ガス、炭酸ガス等の不活
性ガスを供給する。人工ルーメンのように嫌気性の生物
反応のときは、窒素ガスまたは炭酸ガスを供給して嫌気
性に保つが、好気性反応の場合は空気を供給する。

反応槽２における生成物は、モータ４７によりスクリュ
ウコンベア１６を回転させることにより、濾過装置１５
で固形分を分離して取出される。これにより固体−液体
のバランスを一定に保ちながら。

生成物は動産よく取出され、生物処理は定常状態で継続
する。

反応槽２内はｐＨＨＩＯ２出力値により、ＰＨ制御され
、またサーミスタ２０の出力値によって温度制御され、
これらはパーソナルコンピュータ５２、ボードコンピュ
ータ５３によって集中制御される。

なお歯車装置９を構成する太陽歯車３４、遊星歯車３７
．３８は、円形またはだ円形の平歯車でも、カサ歯車で
もよい。だ円形の歯車はルーメンの収縮運動に近い攪拌
を行うことができる。

第１図および第２図の装置において、容量２８０−の反
応槽２に、給餌直前の羊のルーメン内容物を導入し、乾
草７．８ｇ／日、大豆粕２．２ｇ／日、米デンプン２．
０　ｇ　／日の混合物を１２分割して試料８とし、１時
間ごとに反応槽２に導入した。そして太陽歯車３４およ
び攪拌翼１２を０．５ｒｐｍで回転させ。

遊星歯車３７．３８を２　ｒｐｍで１回転ずつ往復公転
させて生物反応試験を行った。

試験期間中のプロトシア数の変化を第３図に。

反応槽内のｐＨおよび揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）の変化を
第４図に示す。

以上の結果より、生物反応装置１はルーメンと同様の生
物反応が行われることがわかる。

以上の実施例は人工ルーメンに関するものであったが、
発酵、培養、汚水処理などの他の生物反応にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、歯車装置および攪拌装置
を用いたので、固形の試料を粉砕して均質化し、効率よ
く生物反応を行うことができる。

このため丈の長い試料でも十分粉砕して生物処理に供す
ることができる。

歯車装置として太陽歯車の周囲を遊星歯車が公転する遊
星歯車装置を使用する場合は、試料の粉砕と攪拌を行う
ことができ、特に遊星歯車が往復公転する場合は、さら
に良好な粉砕効果が得られるとともに、胃の収縮運動の
場合に類似した攪拌が行われ１人エル−メンに適した反
応条件を得ることができる。

反応槽に内容物を放射方向に移動させる攪拌翼、および
上下方向に移動させるスクリュウコンベアからなる攪拌
装置を設けると、反応槽内の固形物を歯車装置に供給し
て粉砕し、均一化した状態で反応を行うことができる。

取出装置として濾過装置付スクリュウコンベアを用いる
と、排出口のスラッジの堆積を防止することができ、固
体−液体のバランスを一定に保ちながら、生成物を効率
よく排出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の生物反応装置の断面図、第２図はその
一部の斜視図、第３図および第４図は試験結果を示すグ
ラフである。 各図中、同一符号は同一部分を示し、２は反応槽、３は
ジャケット、７は試料導入装置、８は試料、９は歯車装
置、１２は攪拌翼、１３、】６はスクリュウコンベア、
１５は濾過装置、２２は試料台、２６は環状レバー、２
９はラダーチェーン、３４は太陽歯車。 ３７．３８は遊星歯車、５１はインターフェース、５２
はパーソナルコンピュータ、５３はボードコンピュータ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）生物の存在下に試料を導入して生物反応を行う反
   応槽と、試料の粉砕を行うように反応槽内に設けられた
   歯車装置と、反応槽の内容物を撹拌する撹拌装置と、反
   応槽に試料を導入する試料導入装置と、反応槽の内容物
   を取出す取出装置とを備えた生物反応装置。（２）歯車
   装置は太陽歯車の周囲を遊星歯車が公転する遊星歯車装
   置からなる請求項（１）記載の生物反応装置。 （３）撹拌装置は反応槽の内容物を放射方向に移動させ
   る攪拌翼および上下方向に移動させるスクリュウコンベ
   アからなる請求項（１）または（２）記載の生物反応装
   置。 （４）取出装置は濾過装置付スクリュウコンベアからな
   る請求項（１）ないし（３）のいずれかに記載の生物反
   応装置。