JPH08262232A - 発光担体 - Google Patents
発光担体Info
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- JPH08262232A JPH08262232A JP9452995A JP9452995A JPH08262232A JP H08262232 A JPH08262232 A JP H08262232A JP 9452995 A JP9452995 A JP 9452995A JP 9452995 A JP9452995 A JP 9452995A JP H08262232 A JPH08262232 A JP H08262232A
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- light
- scattering
- carrier
- luminescent carrier
- luminescent
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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
- C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
- C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
-
- 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
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Biomedical Technology (AREA)
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
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- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 バイオリアクターにおける光合成生物の培養
に使用好適な、培養液中での長時間の使用に耐える耐水
性と耐久性を有し、発光面のサイズを大きくすることが
でき、発光表面の散乱光強度がほぼ均一の状態で光を放
射することができる、入射光の損失の少ない発光担体を
提供する。 【構成】 本発明の発光担体３は、２枚の透明板１を重
ね合わせた密閉構造からなり、その透明板１の重ね合わ
せ面は、入射光を散乱させることができるように光散乱
面２となっている。本発明の発光担体３の少なくとも一
つの端部は、光源からの光を受け入れるための光入射部
である。本発明の発光担体３は、光入射部付近では散乱
能力が小さく、光入射部から離れるに従い散乱能力が大
きく形成されているので、発光担体のその発光表面の散
乱光強度がほぼ均一の状態で光を放射することができ
る。
に使用好適な、培養液中での長時間の使用に耐える耐水
性と耐久性を有し、発光面のサイズを大きくすることが
でき、発光表面の散乱光強度がほぼ均一の状態で光を放
射することができる、入射光の損失の少ない発光担体を
提供する。 【構成】 本発明の発光担体３は、２枚の透明板１を重
ね合わせた密閉構造からなり、その透明板１の重ね合わ
せ面は、入射光を散乱させることができるように光散乱
面２となっている。本発明の発光担体３の少なくとも一
つの端部は、光源からの光を受け入れるための光入射部
である。本発明の発光担体３は、光入射部付近では散乱
能力が小さく、光入射部から離れるに従い散乱能力が大
きく形成されているので、発光担体のその発光表面の散
乱光強度がほぼ均一の状態で光を放射することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液相中に光を送り込む
必要のある反応装置に使用される発光担体、特に、微細
藻類等に光合成を行わせるバイオリアクターに好適に使
用される発光担体に関する。
必要のある反応装置に使用される発光担体、特に、微細
藻類等に光合成を行わせるバイオリアクターに好適に使
用される発光担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、化石燃料の大量消費や森林の伐採
に伴って大気中の二酸化炭素（ＣＯ2）濃度が上昇し、
いわゆる地球温暖化が国際的問題となってきている。大
気中へのＣＯ2 の放出を減らすひとつの手段として、Ｃ
Ｏ2 を多量に含む工場などの排ガスを光合成により固定
化する方法が提案されている。例えば、微細藻類を含む
培養液の入ったバイオリアクター中に、排ガスと太陽光
を導き入れて、光合成により微細藻類を増殖させて、Ｃ
Ｏ2 を有機物として固定化することが提案されている。
このようなバイオリアクターに光を導く方法には、太陽
光を集めて光ファイバーバンドル等により導くことが提
案されている。この方法により増殖した微細藻類は、バ
イオマス資源として利用することができる。
に伴って大気中の二酸化炭素（ＣＯ2）濃度が上昇し、
いわゆる地球温暖化が国際的問題となってきている。大
気中へのＣＯ2 の放出を減らすひとつの手段として、Ｃ
Ｏ2 を多量に含む工場などの排ガスを光合成により固定
化する方法が提案されている。例えば、微細藻類を含む
培養液の入ったバイオリアクター中に、排ガスと太陽光
を導き入れて、光合成により微細藻類を増殖させて、Ｃ
Ｏ2 を有機物として固定化することが提案されている。
このようなバイオリアクターに光を導く方法には、太陽
光を集めて光ファイバーバンドル等により導くことが提
案されている。この方法により増殖した微細藻類は、バ
イオマス資源として利用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の光フ
ァイバーバンドル等によりバイオリアクターに光を導く
方法においては、バイオリアクター内の培養液中には微
生物等が無数に浮遊しているため光の減衰が大きいの
で、光ファイバーの端面といった小さい光源から出射さ
れた光の届く範囲はごく狭いものとなっている。従っ
て、光合成が行われる範囲も限られてしまう。光合成を
効率よく行わせるためには、光ファイバーバンドル等か
らの光を培養液中の広い範囲に均一に分散させて放射す
る装置が必要である。以下、このような装置を発光担体
と呼ぶ。
ァイバーバンドル等によりバイオリアクターに光を導く
方法においては、バイオリアクター内の培養液中には微
生物等が無数に浮遊しているため光の減衰が大きいの
で、光ファイバーの端面といった小さい光源から出射さ
れた光の届く範囲はごく狭いものとなっている。従っ
て、光合成が行われる範囲も限られてしまう。光合成を
効率よく行わせるためには、光ファイバーバンドル等か
らの光を培養液中の広い範囲に均一に分散させて放射す
る装置が必要である。以下、このような装置を発光担体
と呼ぶ。
【０００４】そこで本発明は、バイオリアクターにおけ
る光合成生物の培養に好適な、培養液中での長時間の使
用に耐える耐水性と耐久性を有し、発光面のサイズを大
きくすることができ、発光表面の散乱光強度がほぼ均一
の状態で光を放射することができ、入射光の損失の少な
い発光担体を提供することを目的とする。
る光合成生物の培養に好適な、培養液中での長時間の使
用に耐える耐水性と耐久性を有し、発光面のサイズを大
きくすることができ、発光表面の散乱光強度がほぼ均一
の状態で光を放射することができ、入射光の損失の少な
い発光担体を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、本発明の発光担体は、（１）重ね合わせ面が
光散乱面として入射光を散乱させることができる、２枚
の透明板を重ね合わせた密閉構造の発光担体であって、
（２）該発光担体の少なくとも一つの端部は、光源から
の光を受け入れるための光入射部であり、（３）前記透
明板の光散乱面は、前記光入射部付近では散乱能力が小
さく、前記光入射部から離れるに従い散乱能力が大きく
形成されていることを特徴とした透明板全体から均一に
光を散乱することが可能な発光担体である。
るために、本発明の発光担体は、（１）重ね合わせ面が
光散乱面として入射光を散乱させることができる、２枚
の透明板を重ね合わせた密閉構造の発光担体であって、
（２）該発光担体の少なくとも一つの端部は、光源から
の光を受け入れるための光入射部であり、（３）前記透
明板の光散乱面は、前記光入射部付近では散乱能力が小
さく、前記光入射部から離れるに従い散乱能力が大きく
形成されていることを特徴とした透明板全体から均一に
光を散乱することが可能な発光担体である。
【０００６】本発明の発光担体における透明板の光散乱
面は、その光散乱部分の割合を光入射部側でＰ、光入射
部より最も遠い面でＱとするとき、次の式（１）、
面は、その光散乱部分の割合を光入射部側でＰ、光入射
部より最も遠い面でＱとするとき、次の式（１）、
【０００７】
【数２】 を満たすことが、散乱光強度をほぼ均一の状態で、透明
板全体から光を放射させるために必要である。
板全体から光を放射させるために必要である。
【０００８】本発明の発光担体は、その一方の端面が光
入射端面であり、もう一方の端面が光反射板が設置され
た光反射端面とすることが、透明板全体から均一に光を
散乱するために好ましい態様である。しかしながら、発
光担体の両端面を光入射端面とすることも可能である。
入射端面であり、もう一方の端面が光反射板が設置され
た光反射端面とすることが、透明板全体から均一に光を
散乱するために好ましい態様である。しかしながら、発
光担体の両端面を光入射端面とすることも可能である。
【０００９】本発明の発光担体は、接続可能なユニット
から構成されていてもよく、該ユニットが複数個接続さ
れて単一の発光担体を形成することができる。
から構成されていてもよく、該ユニットが複数個接続さ
れて単一の発光担体を形成することができる。
【００１０】本発明の発光担体の基本構造の１例を、図
１の発光担体の斜視図及び図２のその断面図に基づき説
明する。本発明の発光担体３は、２枚の略長方形の透明
板１を重ね合わせてその周囲が密閉構造となるように形
成されている。２枚の透明板１の合わせ目部分の側面周
囲は、防水の目的のために封止材、接着剤等により接着
あるいは溶着されている。図１の発光担体３の一方の端
面は光入射端面４、他の端面は光反射端面５となってお
り、光入射端面４からの光がこの光反射端面５迄到達し
た場合に、到達した光を反射させて、発光担体３内に戻
す作用をし、入射光を効率よく利用することができる。
なお、この光反射端面５を廃止し、両端面とも光入射端
面４とすることもできる。また、光入射を行う部分は、
発光担体３の端面に限らず、発光担体３の端部付近の全
周囲に形成してもよい。
１の発光担体の斜視図及び図２のその断面図に基づき説
明する。本発明の発光担体３は、２枚の略長方形の透明
板１を重ね合わせてその周囲が密閉構造となるように形
成されている。２枚の透明板１の合わせ目部分の側面周
囲は、防水の目的のために封止材、接着剤等により接着
あるいは溶着されている。図１の発光担体３の一方の端
面は光入射端面４、他の端面は光反射端面５となってお
り、光入射端面４からの光がこの光反射端面５迄到達し
た場合に、到達した光を反射させて、発光担体３内に戻
す作用をし、入射光を効率よく利用することができる。
なお、この光反射端面５を廃止し、両端面とも光入射端
面４とすることもできる。また、光入射を行う部分は、
発光担体３の端面に限らず、発光担体３の端部付近の全
周囲に形成してもよい。
【００１１】本発明の発光担体において、透明窓から入
射された入射光は、発光担体の透明板１内を伝播する。
ここで、２枚の透明板１の重なり合う面は、共に砂スリ
面等の光散乱面２となっているので、入射光を少しずつ
散乱させて発光担体３の裏表の両表面から散乱光を放射
することができる。
射された入射光は、発光担体の透明板１内を伝播する。
ここで、２枚の透明板１の重なり合う面は、共に砂スリ
面等の光散乱面２となっているので、入射光を少しずつ
散乱させて発光担体３の裏表の両表面から散乱光を放射
することができる。
【００１２】本発明の発光担体は、２枚の透明板１の合
わせ目部分の側面周囲が、防水の目的のために封止材等
により接着あるいは溶着されて密封構造となっているた
め、本発明の発光担体３を液相中で使用しても、２枚の
透明板１の合わせ目部分に形成されている光散乱面に液
体が侵入しないので、透明板１の光散乱面２が濡れて半
透明となるような光散乱機能が低下する事態を防ぐこと
ができる。したがって、液相中での使用でも光を均一に
散乱することが可能である。
わせ目部分の側面周囲が、防水の目的のために封止材等
により接着あるいは溶着されて密封構造となっているた
め、本発明の発光担体３を液相中で使用しても、２枚の
透明板１の合わせ目部分に形成されている光散乱面に液
体が侵入しないので、透明板１の光散乱面２が濡れて半
透明となるような光散乱機能が低下する事態を防ぐこと
ができる。したがって、液相中での使用でも光を均一に
散乱することが可能である。
【００１３】本発明の発光担体３に用いる透明板１の材
質としては、光透過率の良好な光学ガラスやアクリル樹
脂等が適している。透明板１の合わせ面に光散乱加工す
るためには、研磨砂によるスリ面としたり、あるいは白
色塗料を塗るといった方法が挙げられる。また、透明板
１として材料の大きさに制限のあるもの（例えば、光学
ガラス等）を使用する場合には、小さい発光担体３をユ
ニットとして製作してから、いくつかのユニットを透明
な接着剤等で接続して大きな発光担体３とすることもで
きる。
質としては、光透過率の良好な光学ガラスやアクリル樹
脂等が適している。透明板１の合わせ面に光散乱加工す
るためには、研磨砂によるスリ面としたり、あるいは白
色塗料を塗るといった方法が挙げられる。また、透明板
１として材料の大きさに制限のあるもの（例えば、光学
ガラス等）を使用する場合には、小さい発光担体３をユ
ニットとして製作してから、いくつかのユニットを透明
な接着剤等で接続して大きな発光担体３とすることもで
きる。
【００１４】本発明者らの実験によると、発光担体３の
透明板１の光散乱面２の光散乱能力を一様にすると、後
述するように散乱光強度は光源からの距離によって指数
関数的に単調減少するので、散乱光の不均一が極めて大
きくなってしまうことが明らかとなった。したがって、
散乱光強度を均一化するためには、光散乱面２の光散乱
能力を光入射端面４付近では小さく、光入射端面４から
離れるにしたがって大きくする必要がある。
透明板１の光散乱面２の光散乱能力を一様にすると、後
述するように散乱光強度は光源からの距離によって指数
関数的に単調減少するので、散乱光の不均一が極めて大
きくなってしまうことが明らかとなった。したがって、
散乱光強度を均一化するためには、光散乱面２の光散乱
能力を光入射端面４付近では小さく、光入射端面４から
離れるにしたがって大きくする必要がある。
【００１５】ここで、光散乱面２の光散乱能力を表す数
値として、以下のように「散乱係数」を定義する。長さ
Ｌの発光担体３の片側端面に光源を設置した場合の模式
図を図３に示す。光源からの距離をｚ、入射光強度をＩ
0 、発光担体３内部を伝播する光の光強度をＩ（ｚ）と
する。光が距離ｚ〜ｚ＋Δｚを伝播する間に、 Ｉ（ｚ）・Δｚ・ｔ の光が散乱される場合、ｔを散乱係数と定義する。散乱
係数ｔが光源からの距離ｚによらず一定値であるなら
ば、散乱による散乱光強度分布は下記の式（２）、
値として、以下のように「散乱係数」を定義する。長さ
Ｌの発光担体３の片側端面に光源を設置した場合の模式
図を図３に示す。光源からの距離をｚ、入射光強度をＩ
0 、発光担体３内部を伝播する光の光強度をＩ（ｚ）と
する。光が距離ｚ〜ｚ＋Δｚを伝播する間に、 Ｉ（ｚ）・Δｚ・ｔ の光が散乱される場合、ｔを散乱係数と定義する。散乱
係数ｔが光源からの距離ｚによらず一定値であるなら
ば、散乱による散乱光強度分布は下記の式（２）、
【００１６】
【数３】 により表される。上記式（２）のままでは散乱光強度が
指数関数的に減少するので、散乱光強度の均一性を良く
するためには散乱係数ｔをｚによって変化させる必要が
ある。
指数関数的に減少するので、散乱光強度の均一性を良く
するためには散乱係数ｔをｚによって変化させる必要が
ある。
【００１７】散乱係数ｔのｚによる変化を適当な数式で
表し、以下の定数 発光担体の長さ： Ｌｍｍ 透明板内部における、厚さ１０ｍｍあたりの光の透過
率：Ｔr (0＜Ｔr ≦1) 光反射端面の反射効率： Ｒ0 (0＜R0≦1) を決めれば、発光担体のｚ方向の散乱光強度分布は数値
計算することができる。本発明者らは、散乱係数ｔのｚ
による変化を下記の式（３）の二次式
表し、以下の定数 発光担体の長さ： Ｌｍｍ 透明板内部における、厚さ１０ｍｍあたりの光の透過
率：Ｔr (0＜Ｔr ≦1) 光反射端面の反射効率： Ｒ0 (0＜R0≦1) を決めれば、発光担体のｚ方向の散乱光強度分布は数値
計算することができる。本発明者らは、散乱係数ｔのｚ
による変化を下記の式（３）の二次式
【００１８】
【数４】 （但し、ｘ＝ｚ／Ｌ，Ａ，Ｂ，Ｃは定数）で表し、Ｌ＝
１０００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝１．０及び
０．８の場合について、散乱光強度分布の計算を行っ
た。散乱光強度分布が均一に近くなるように定数Ａ，
Ｂ，Ｃの値を最適化した計算結果を図４、図５にそれぞ
れ示す。ｔの変化を表す式は、下記の式（４）、式
（５）
１０００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝１．０及び
０．８の場合について、散乱光強度分布の計算を行っ
た。散乱光強度分布が均一に近くなるように定数Ａ，
Ｂ，Ｃの値を最適化した計算結果を図４、図５にそれぞ
れ示す。ｔの変化を表す式は、下記の式（４）、式
（５）
【００１９】
【数５】
【００２０】
【数６】 である。散乱係数ｔの、光入射端面４（ｘ＝０）と光反
射端面５（ｘ＝１）での値は、Ｒ0 ＝１．０の場合、光
入射端面でｔ＝０．９０５３／Ｌ、光反射端面でｔ＝
３．６５３９／Ｌとなり、Ｒ0 ＝０．８の場合、光入射
端面でｔ＝０．９０６８／Ｌ、光反射端面でｔ＝３．８
３５０／Ｌとなる。
射端面５（ｘ＝１）での値は、Ｒ0 ＝１．０の場合、光
入射端面でｔ＝０．９０５３／Ｌ、光反射端面でｔ＝
３．６５３９／Ｌとなり、Ｒ0 ＝０．８の場合、光入射
端面でｔ＝０．９０６８／Ｌ、光反射端面でｔ＝３．８
３５０／Ｌとなる。
【００２１】本発明の発光担体において、透明板の光散
乱面の光散乱能力を変化させるためには、以下に示す方
法が挙げられる。
乱面の光散乱能力を変化させるためには、以下に示す方
法が挙げられる。
【００２２】透明板に形成する光散乱面の性質を変化
させる。例えば、光散乱面を砂スリ面とする場合であれ
ば、砂目の粗さを連続的あるいは段階的に変化させて散
乱係数（光散乱能力）を変える。
させる。例えば、光散乱面を砂スリ面とする場合であれ
ば、砂目の粗さを連続的あるいは段階的に変化させて散
乱係数（光散乱能力）を変える。
【００２３】透明板に形成する光散乱面を、光散乱部
分と平滑部分が混在する状態として、光散乱部分の割合
を連続的あるいは段階的に変化させる。例えば、透明板
の表面に穴のあいたマスクをかけてから研磨砂を吹き付
けたり、あるいは白色塗料を塗るといった方法をとれ
ば、容易に所望の光散乱部分のパターンをつくることが
できる。この方法は、前記の方法に比べ比較的簡単に
実施することができる利点がある。
分と平滑部分が混在する状態として、光散乱部分の割合
を連続的あるいは段階的に変化させる。例えば、透明板
の表面に穴のあいたマスクをかけてから研磨砂を吹き付
けたり、あるいは白色塗料を塗るといった方法をとれ
ば、容易に所望の光散乱部分のパターンをつくることが
できる。この方法は、前記の方法に比べ比較的簡単に
実施することができる利点がある。
【００２４】前記の光散乱能力を変化させる方法の光
散乱部分のパターンの例を、図６及び図７に示す。図６
は、光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分６のストラ
イプ幅を次第に増加させると同時に平滑部分７のストラ
イプ幅を次第に減少させている。図７は、光源からの距
離ｚに応じて、光散乱部分６の円形パターンの面積を次
第に増加させると同時に、相対的に平滑部分７の面積を
次第に減少させている。
散乱部分のパターンの例を、図６及び図７に示す。図６
は、光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分６のストラ
イプ幅を次第に増加させると同時に平滑部分７のストラ
イプ幅を次第に減少させている。図７は、光源からの距
離ｚに応じて、光散乱部分６の円形パターンの面積を次
第に増加させると同時に、相対的に平滑部分７の面積を
次第に減少させている。
【００２５】上述の計算によって得られた散乱係数ｔの
変化式を前記の方法で実現するには、以下の方法によ
る。まず最初に、光散乱部分６の割合が１００％のとき
の散乱係数を実験的に求めて、その値をｔ0 とする。図
６の縞状パターンをピッチ１０ｍｍで形成する場合につ
いて考えると、光散乱部分６の幅と散乱係数ｔは比例す
ると考えて、光源からの距離ｚにおける散乱係数をｔと
するためには光散乱部分６の幅を（ｔ／ｔ0 ）×１０ｍ
ｍとすればよい。光散乱部分６の割合を入射端面でＰ、
光反射端面でＱとするとき、Ｑ／Ｐの値を求めると、下
記の式（６）、式（７）
変化式を前記の方法で実現するには、以下の方法によ
る。まず最初に、光散乱部分６の割合が１００％のとき
の散乱係数を実験的に求めて、その値をｔ0 とする。図
６の縞状パターンをピッチ１０ｍｍで形成する場合につ
いて考えると、光散乱部分６の幅と散乱係数ｔは比例す
ると考えて、光源からの距離ｚにおける散乱係数をｔと
するためには光散乱部分６の幅を（ｔ／ｔ0 ）×１０ｍ
ｍとすればよい。光散乱部分６の割合を入射端面でＰ、
光反射端面でＱとするとき、Ｑ／Ｐの値を求めると、下
記の式（６）、式（７）
【００２６】
【数７】
【００２７】
【数８】 となる。したがって、Ｑ／Ｐは、ほぼ４程度であればよ
いことになる。
いことになる。
【００２８】ところが、本発明者らの研究によると、上
記ｔ0 （光散乱部分の割合が１００％のときの散乱係
数）の値は光源からの距離ｚによって大きく変化するこ
とが明らかになった。光学ガラス製の発光担体（大きさ
８０×４００ｍｍ、透明板の片面の厚さは５，１０，１
５ｍｍの３種類、光散乱面はスリ面とした）を実際に作
製して散乱光強度分布を測定してみたところ（なお、測
定方法の詳細は後記する実施例１と同じで、その測定装
置は図１２に示す）、得られた数値を横軸に光源からの
距離ｚ、縦軸に散乱係数ｔをとったグラフとして図８に
示す。図８中、●印は片面の厚さ５ｍｍの２枚の透明板
からなる発光担体、□印は同じく１０ｍｍの発光担体、
▲印は同じく１５ｍｍの発光担体を示す。
記ｔ0 （光散乱部分の割合が１００％のときの散乱係
数）の値は光源からの距離ｚによって大きく変化するこ
とが明らかになった。光学ガラス製の発光担体（大きさ
８０×４００ｍｍ、透明板の片面の厚さは５，１０，１
５ｍｍの３種類、光散乱面はスリ面とした）を実際に作
製して散乱光強度分布を測定してみたところ（なお、測
定方法の詳細は後記する実施例１と同じで、その測定装
置は図１２に示す）、得られた数値を横軸に光源からの
距離ｚ、縦軸に散乱係数ｔをとったグラフとして図８に
示す。図８中、●印は片面の厚さ５ｍｍの２枚の透明板
からなる発光担体、□印は同じく１０ｍｍの発光担体、
▲印は同じく１５ｍｍの発光担体を示す。
【００２９】図８に示すように、光源からの距離ｚに対
するｔ0 （光散乱部分の割合が１００％のときの散乱係
数）の値は単調に減少する傾向を示した。したがって、
縞状パターンの設計にあたっては、ｔ0 はｚの関数とす
る補正が必要である。図８より、光源近傍ではｔ0 の値
を、３００ｍｍ≦ｚの領域よりも、１．５倍（発光担体
の厚さが１５×２ｍｍの場合）ないし、５．０倍（発光
担体の厚さが５×２ｍｍの場合）ほど大きく見積もる必
要があることが分かる。したがって、光入射端面におけ
る光散乱部分の割合Ｐをより小さくする必要があり、Ｑ
／Ｐは上記計算値（４倍程度）の１．５倍〜５倍が必要
である。これを第１の補正と呼ぶ。
するｔ0 （光散乱部分の割合が１００％のときの散乱係
数）の値は単調に減少する傾向を示した。したがって、
縞状パターンの設計にあたっては、ｔ0 はｚの関数とす
る補正が必要である。図８より、光源近傍ではｔ0 の値
を、３００ｍｍ≦ｚの領域よりも、１．５倍（発光担体
の厚さが１５×２ｍｍの場合）ないし、５．０倍（発光
担体の厚さが５×２ｍｍの場合）ほど大きく見積もる必
要があることが分かる。したがって、光入射端面におけ
る光散乱部分の割合Ｐをより小さくする必要があり、Ｑ
／Ｐは上記計算値（４倍程度）の１．５倍〜５倍が必要
である。これを第１の補正と呼ぶ。
【００３０】さらに、本発明者らの実験によると、光散
乱部分の割合と散乱係数ｔは比例しない。すなわち、縞
状パターンの光散乱部分の割合がｓのときの散乱係数を
ｔとすると、ｔ／ｔ0 とｓは一致せず、常にｔ／ｔ0 ＞
ｓの関係にある。ピッチ１０ｍｍの縞状パターンを有す
る光学ガラス製の発光担体（大きさ８０×４００ｍｍ、
片面の厚さは５，１０，１５ｍｍ、スリ部分の幅０．３
〜５ｍｍ）を実際に作製して散乱光強度分布を測定した
結果を図９に示す。図９中、●印、□印、▲印は前記と
同じ発光担体を示す。
乱部分の割合と散乱係数ｔは比例しない。すなわち、縞
状パターンの光散乱部分の割合がｓのときの散乱係数を
ｔとすると、ｔ／ｔ0 とｓは一致せず、常にｔ／ｔ0 ＞
ｓの関係にある。ピッチ１０ｍｍの縞状パターンを有す
る光学ガラス製の発光担体（大きさ８０×４００ｍｍ、
片面の厚さは５，１０，１５ｍｍ、スリ部分の幅０．３
〜５ｍｍ）を実際に作製して散乱光強度分布を測定した
結果を図９に示す。図９中、●印、□印、▲印は前記と
同じ発光担体を示す。
【００３１】図９によれば、ｔ／ｔ0 とｓの比例関係か
らのずれは、透明体が薄くなるほど、またスリ部分の幅
が小さくなるほど大きくなることがわかる。したがっ
て、透明体の厚みが小さい場合は、光源近傍（もともと
スリ部分の割合が小さい領域）でのスリ幅をさらに狭く
する補正を加える必要がある。この補正もＱ／Ｐの値を
大きくする方向にはたらく。その補正量は、１．０倍
（発光担体の厚さが１５×２ｍｍの場合）ないし、２．
０倍（発光担体の厚さが５×２ｍｍの場合）程度が必要
である。これを第２の補正と呼ぶ。
らのずれは、透明体が薄くなるほど、またスリ部分の幅
が小さくなるほど大きくなることがわかる。したがっ
て、透明体の厚みが小さい場合は、光源近傍（もともと
スリ部分の割合が小さい領域）でのスリ幅をさらに狭く
する補正を加える必要がある。この補正もＱ／Ｐの値を
大きくする方向にはたらく。その補正量は、１．０倍
（発光担体の厚さが１５×２ｍｍの場合）ないし、２．
０倍（発光担体の厚さが５×２ｍｍの場合）程度が必要
である。これを第２の補正と呼ぶ。
【００３２】以上の結果をまとめると、発光担体が厚い
場合のＱ／Ｐ値は計算で求めたＱ／Ｐ＝４あたりが最適
値であるが、発光担体が薄い場合のＱ／Ｐ値は、 第１の補正 ： １．５〜５．０倍 第２の補正 ： １．０〜２．０倍 を考慮して最大Ｑ／Ｐ＝４０〜５０程度が必要である。
場合のＱ／Ｐ値は計算で求めたＱ／Ｐ＝４あたりが最適
値であるが、発光担体が薄い場合のＱ／Ｐ値は、 第１の補正 ： １．５〜５．０倍 第２の補正 ： １．０〜２．０倍 を考慮して最大Ｑ／Ｐ＝４０〜５０程度が必要である。
【００３３】
〔実施例１〕本実施例１の発光担体の構造の平面図を図
１０に、その断面図を図１１に示す。図１２は、本発明
の発光担体全体を透明アクリル製の水槽に沈めて、光入
射端面に光源からの光を入射させて、透明板の光散乱表
面における散乱光強度分布を測定する装置を示す。
１０に、その断面図を図１１に示す。図１２は、本発明
の発光担体全体を透明アクリル製の水槽に沈めて、光入
射端面に光源からの光を入射させて、透明板の光散乱表
面における散乱光強度分布を測定する装置を示す。
【００３４】図１０、図１１の発光担体において、透明
板１としては、１０×８０×４００ｍｍの光学ガラス板
を用い、その光学ガラス板２枚の光散乱面２を合わせて
周囲を接着して発光担体ユニットを作製した。次に、ユ
ニットを図１０のように３個接続して、長さ１２００ｍ
ｍの発光担体３とした。発光担体３の側面には２ｍｍ厚
のアルミ製の側板８を接着して補強した。各ユニットの
光散乱面２周辺の接着、ユニットの接続、および側板８
の接着にはエポキシ系接着剤（セメダイン（株）製セメ
ダイン１５６５）を用いた。
板１としては、１０×８０×４００ｍｍの光学ガラス板
を用い、その光学ガラス板２枚の光散乱面２を合わせて
周囲を接着して発光担体ユニットを作製した。次に、ユ
ニットを図１０のように３個接続して、長さ１２００ｍ
ｍの発光担体３とした。発光担体３の側面には２ｍｍ厚
のアルミ製の側板８を接着して補強した。各ユニットの
光散乱面２周辺の接着、ユニットの接続、および側板８
の接着にはエポキシ系接着剤（セメダイン（株）製セメ
ダイン１５６５）を用いた。
【００３５】第３ユニットの終端には反射板９としてア
ルミニウムの薄板（厚さ０．１ｍｍ）を上記接着剤で貼
りつけて光反射端面５とした。
ルミニウムの薄板（厚さ０．１ｍｍ）を上記接着剤で貼
りつけて光反射端面５とした。
【００３６】光学ガラス板の光散乱面２には、図６に示
す縞状パターンを形成した。縞のピッチは１０ｍｍとし
て、紙製マスクをガラス板に被せてから研磨砂（カーボ
ランダム＃４００番）を吹き付けることによりパターン
をつくった。縞状パターンにおけるスリ部分の幅は、第
１ユニットについて下記の表１に、第２ユニットについ
ては下記の表２に、第３ユニットについては下記の表３
にそれぞれ示す。Ｑ／Ｐの値は、９．３８／０．３８＝
２４．６８である。
す縞状パターンを形成した。縞のピッチは１０ｍｍとし
て、紙製マスクをガラス板に被せてから研磨砂（カーボ
ランダム＃４００番）を吹き付けることによりパターン
をつくった。縞状パターンにおけるスリ部分の幅は、第
１ユニットについて下記の表１に、第２ユニットについ
ては下記の表２に、第３ユニットについては下記の表３
にそれぞれ示す。Ｑ／Ｐの値は、９．３８／０．３８＝
２４．６８である。
【００３７】発光担体３の光源１１としては、光ファイ
バーバンドルによる線状光源（発光部の大きさ０．８×
６０ｍｍ）を使用した。発光担体全体を透明アクリル製
の水槽１０に沈めて、光入射端面に上記光源１１からの
光を入射させて、散乱光強度分布を測定した。なお、線
状光源と発光担体の間に挟まれる水槽壁面の厚さは５ｍ
ｍである。
バーバンドルによる線状光源（発光部の大きさ０．８×
６０ｍｍ）を使用した。発光担体全体を透明アクリル製
の水槽１０に沈めて、光入射端面に上記光源１１からの
光を入射させて、散乱光強度分布を測定した。なお、線
状光源と発光担体の間に挟まれる水槽壁面の厚さは５ｍ
ｍである。
【００３８】図１２の光散乱表面における散乱光強度分
布を測定する装置において、発光担体３の散乱光強度分
布の測定用のセンサ１２としては、（株）アドバンテス
ト製ＴＱ８２０１４型（商品名、受光部の大きさφ８．
４ｍｍ）を使用した。光強度はＷ（ワット）単位で表示
される。センサ１２をガラス表面に密着させて長さ方向
に測定した場合の散乱光強度分布を図１３のグラフに示
す。図１３によれば、本実施例１の発光担体の光強度の
均一性は、接続部分での強い散乱光を除くと、ほぼ±２
５％の範囲におさまっていることが分かる。
布を測定する装置において、発光担体３の散乱光強度分
布の測定用のセンサ１２としては、（株）アドバンテス
ト製ＴＱ８２０１４型（商品名、受光部の大きさφ８．
４ｍｍ）を使用した。光強度はＷ（ワット）単位で表示
される。センサ１２をガラス表面に密着させて長さ方向
に測定した場合の散乱光強度分布を図１３のグラフに示
す。図１３によれば、本実施例１の発光担体の光強度の
均一性は、接続部分での強い散乱光を除くと、ほぼ±２
５％の範囲におさまっていることが分かる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】 〔実施例２〕本実施例２で使用する発光担体の構造は、
前記実施例１に使用したもの（図７）とほぼ同じである
が、側板は使用しなかった。透明板としては、１５×８
０×１２００ｍｍの透明アクリル板を２枚合わせて、そ
の周囲をアクリル用接着剤アクリルダインＢ（商品名、
新興プラスチック製）により接着した。２枚の透明アク
リル板が接着された３０×８０ｍｍの１端面を光入射端
面とし、その反対側の端面にアルミニウムの薄板（厚さ
０．１ｍｍ）を上記接着剤で貼りつけて光反射端面とし
た。
前記実施例１に使用したもの（図７）とほぼ同じである
が、側板は使用しなかった。透明板としては、１５×８
０×１２００ｍｍの透明アクリル板を２枚合わせて、そ
の周囲をアクリル用接着剤アクリルダインＢ（商品名、
新興プラスチック製）により接着した。２枚の透明アク
リル板が接着された３０×８０ｍｍの１端面を光入射端
面とし、その反対側の端面にアルミニウムの薄板（厚さ
０．１ｍｍ）を上記接着剤で貼りつけて光反射端面とし
た。
【００４２】透明アクリル板の光散乱面には、図６に示
す縞状パターンを形成した。縞のピッチは１０ｍｍとし
て、紙製マスクをガラス板にかぶせてから研磨砂（カー
ボランダム＃１００番）を吹き付けることによりパター
ンをつくった。パターンにおけるスリ部分の幅は、下記
の表４〜６に記す。Ｑ／Ｐの値は、９．８３／１．１５
＝８．５５である。発光担体の光源と、散乱光強度分布
の測定方法は前記実施例１と同じにした。センサをガラ
ス表面に密着させて長さ方向に測定した場合の散乱光強
度分布を図１４のグラフに示す。図１４によれば、本実
施例２の発光担体の光強度の均一性は、ほぼ±２０％の
範囲におさまっていることが分かる。
す縞状パターンを形成した。縞のピッチは１０ｍｍとし
て、紙製マスクをガラス板にかぶせてから研磨砂（カー
ボランダム＃１００番）を吹き付けることによりパター
ンをつくった。パターンにおけるスリ部分の幅は、下記
の表４〜６に記す。Ｑ／Ｐの値は、９．８３／１．１５
＝８．５５である。発光担体の光源と、散乱光強度分布
の測定方法は前記実施例１と同じにした。センサをガラ
ス表面に密着させて長さ方向に測定した場合の散乱光強
度分布を図１４のグラフに示す。図１４によれば、本実
施例２の発光担体の光強度の均一性は、ほぼ±２０％の
範囲におさまっていることが分かる。
【００４３】
【表４】
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
【発明の効果】以上のように本発明の発光担体によれ
ば、比較的小さな光源からの光を、発光表面の散乱光強
度がほぼ均一な状態で、水中に放出することができ、長
時間の使用に耐える耐水性と耐久性を有し、発光面のサ
イズを大きくすることができ、入射光の損失の少ない発
光担体を提供することができる。
ば、比較的小さな光源からの光を、発光表面の散乱光強
度がほぼ均一な状態で、水中に放出することができ、長
時間の使用に耐える耐水性と耐久性を有し、発光面のサ
イズを大きくすることができ、入射光の損失の少ない発
光担体を提供することができる。
【００４７】したがって、本発明の発光担体は、光を培
養液中の広い範囲に均一に分散させて放射する光合成生
物の培養に好適なバイオリアクターに使用できるのみな
らず、液相中に光を送り込む必要のある反応装置一般
（例えば、光触媒を用いる反応装置等）に広く応用でき
る。
養液中の広い範囲に均一に分散させて放射する光合成生
物の培養に好適なバイオリアクターに使用できるのみな
らず、液相中に光を送り込む必要のある反応装置一般
（例えば、光触媒を用いる反応装置等）に広く応用でき
る。
【図１】本発明の発光担体の基本構造の１例の斜視図で
ある。
ある。
【図２】本発明の発光担体の基本構造の１例の断面図で
ある。
ある。
【図３】長さＬの発光担体の片側端面に光源を設置した
場合の模式図を示す。
場合の模式図を示す。
【図４】散乱係数ｔのｚによる変化を上記式（３）（但
し、ｘ＝ｚ／Ｌ，Ａ，Ｂ，Ｃは定数）で示し、Ｌ＝１０
００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝１．０の場合に
ついて、散乱光強度分布の計算を行い、散乱光強度分布
が均一に近くなるように定数Ａ，Ｂ，Ｃの値を最適化し
た計算結果を示す。
し、ｘ＝ｚ／Ｌ，Ａ，Ｂ，Ｃは定数）で示し、Ｌ＝１０
００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝１．０の場合に
ついて、散乱光強度分布の計算を行い、散乱光強度分布
が均一に近くなるように定数Ａ，Ｂ，Ｃの値を最適化し
た計算結果を示す。
【図５】散乱係数ｔのｚによる変化を上記式（３）（但
し、ｘ＝ｚ／Ｌ，Ａ，Ｂ，Ｃは定数）で示し、Ｌ＝１０
００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝０．８の場合に
ついて、散乱光強度分布の計算を行い、散乱光強度分布
が均一に近くなるように定数Ａ，Ｂ，Ｃの値を最適化し
た計算結果を示す。
し、ｘ＝ｚ／Ｌ，Ａ，Ｂ，Ｃは定数）で示し、Ｌ＝１０
００ｍｍ、Ｔｒ＝０．９９８５、Ｒ0 ＝０．８の場合に
ついて、散乱光強度分布の計算を行い、散乱光強度分布
が均一に近くなるように定数Ａ，Ｂ，Ｃの値を最適化し
た計算結果を示す。
【図６】光散乱能力を変化させる方法として、光散乱部
分のパターンを光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分
のストライプ幅を次第に増加させると同時に平滑部分の
ストライプ幅を次第に減少させた縞状パターンの例を示
す。
分のパターンを光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分
のストライプ幅を次第に増加させると同時に平滑部分の
ストライプ幅を次第に減少させた縞状パターンの例を示
す。
【図７】光散乱能力を変化させる方法として、光散乱部
分のパターンを光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分
の円形パターンの面積を次第に増加させると同時に、相
対的に平滑部分の面積を次第に減少させた円形パターン
の例を示す。
分のパターンを光源からの距離ｚに応じて、光散乱部分
の円形パターンの面積を次第に増加させると同時に、相
対的に平滑部分の面積を次第に減少させた円形パターン
の例を示す。
【図８】光学ガラス製の発光担体を使用した図１２に示
す測定装置で散乱光強度分布を測定した結果について、
横軸に光源からの距離ｚ、縦軸に散乱係数ｔをとったグ
ラフである。
す測定装置で散乱光強度分布を測定した結果について、
横軸に光源からの距離ｚ、縦軸に散乱係数ｔをとったグ
ラフである。
【図９】ピッチ１０ｍｍの縞状パターンを有する光学ガ
ラス製の発光担体についての散乱光強度分布を測定した
結果について、縦軸に縞状パターンの光散乱部分の割合
ｓ、横軸にｔ／ｔ0 をとったグラフである。
ラス製の発光担体についての散乱光強度分布を測定した
結果について、縦軸に縞状パターンの光散乱部分の割合
ｓ、横軸にｔ／ｔ0 をとったグラフである。
【図１０】実施例１の発光担体の平面図である。
【図１１】実施例１の発光担体の断面図である。
【図１２】本発明の発光担体全体を透明アクリル製の水
槽に沈めて、光入射端面に光源からの光を入射させて、
透明板の光散乱表面における散乱光強度分布を測定する
装置を示す。
槽に沈めて、光入射端面に光源からの光を入射させて、
透明板の光散乱表面における散乱光強度分布を測定する
装置を示す。
【図１３】センサをガラス表面に密着させて長さ方向に
測定した場合の実施例１の散乱光強度分布を示すグラフ
である。
測定した場合の実施例１の散乱光強度分布を示すグラフ
である。
【図１４】センサをガラス表面に密着させて長さ方向に
測定した場合の実施例２の散乱光強度分布を示すグラフ
である。
測定した場合の実施例２の散乱光強度分布を示すグラフ
である。
１ 透明板 ２ 光散乱面 ３ 発光担体 ４ 光入射端面 ５ 光反射端面 ６ 光散乱部分 ７ 平滑部分 ８ 側板 ９ 反射板 １０ 水槽 １１ 光源 １２ センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (4)
- 【請求項１】 （１）重ね合わせ面が光散乱面として入
射光を散乱させることができる、２枚の透明板を重ね合
わせた密閉構造の発光担体であって、 （２）該発光担体の少なくとも一つの端部は、光源から
の光を受け入れるための光入射部であり、 （３）前記透明板の光散乱面は、前記光入射部付近では
散乱能力が小さく、前記光入射部から離れるに従い散乱
能力が大きく形成されていることを特徴とする、透明板
全体から均一に光を散乱することが可能な発光担体。 - 【請求項２】 前記透明板の光散乱面における、光散乱
部分の割合を光入射部側でＰ、光入射部より最も遠い面
でＱとするとき、次の式、 【数１】 を満たすことを特徴とする請求項１記載の透明板全体か
ら均一に光を散乱することが可能な発光担体。 - 【請求項３】 前記発光担体の一方の端面は光入射端面
であり、もう一方の端面が光反射板が設置された光反射
端面であることを特徴とする請求項１又は２記載の透明
板全体から均一に光を散乱することが可能な発光担体。 - 【請求項４】 前記発光担体が接続可能なユニットであ
り、該ユニットが複数個接続されていることを特徴とす
る請求項１、２又は３記載の透明板全体から均一に光を
散乱することが可能な発光担体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9452995A JP2977182B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 発光担体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9452995A JP2977182B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 発光担体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262232A true JPH08262232A (ja) | 1996-10-11 |
| JP2977182B2 JP2977182B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=14112867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9452995A Expired - Fee Related JP2977182B2 (ja) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | 発光担体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2977182B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140042812A (ko) * | 2011-05-06 | 2014-04-07 | 악타 알가 | 광합성 미생물들의 배양을 위한 폐쇄된 광생물반응기 |
| WO2014148903A1 (en) | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
| WO2018096229A1 (fr) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | Brochier Technologies | Panneau pour photobioreacteur et procede de fabrication |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002350646A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-04 | Hiroshima Pref Gov | 光触媒担持用ガラス構造体 |
-
1995
- 1995-03-28 JP JP9452995A patent/JP2977182B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140042812A (ko) * | 2011-05-06 | 2014-04-07 | 악타 알가 | 광합성 미생물들의 배양을 위한 폐쇄된 광생물반응기 |
| JP2014512832A (ja) * | 2011-05-06 | 2014-05-29 | アクタ アルガ | 光合成微生物の培養のための閉じた環境での光バイオリアクター |
| WO2014148903A1 (en) | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
| JP2016515387A (ja) * | 2013-03-21 | 2016-05-30 | ミクロ・リソーシス・リミテッドＭｉｃｒｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｌｔｄ． | 光合成微生物を大量生産する反応器 |
| US9534194B2 (en) | 2013-03-21 | 2017-01-03 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
| JP2017093455A (ja) * | 2013-03-21 | 2017-06-01 | ミクロ・リソーシス・リミテッドＭｉｃｒｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｌｔｄ． | 光合成微生物を大量生産する反応器 |
| WO2018096229A1 (fr) * | 2016-11-25 | 2018-05-31 | Brochier Technologies | Panneau pour photobioreacteur et procede de fabrication |
| FR3059334A1 (fr) * | 2016-11-25 | 2018-06-01 | Brochier Technologies | Panneau pour photobioreacteur et procede de fabrication |
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| JP2977182B2 (ja) | 1999-11-10 |
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