JPH10108665A - 太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター - Google Patents
太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクターInfo
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- JPH10108665A JPH10108665A JP26575096A JP26575096A JPH10108665A JP H10108665 A JPH10108665 A JP H10108665A JP 26575096 A JP26575096 A JP 26575096A JP 26575096 A JP26575096 A JP 26575096A JP H10108665 A JPH10108665 A JP H10108665A
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- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
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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
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 入射光を強度希釈して使う方式のフォトバイ
オリアクターを提供する。 【解決手段】 狭い受光面４と広い出光面６と受光面４
からの光を拡散させ出光面６へ向ける拡散面５とからな
る光拡散素子１の１個以上を、光拡散型フォトバイオリ
アクター10の槽体11に取付け、受光面４により入射光Ｉ
を受光し、出光面６を槽体11内に配置する。槽体11内に
光拡散素子１の出光面６に接して反応室12を画成する。
狭い受光面４で受光した光を拡散面５で拡散の上広い出
光面６を介し反応液13へ照射する。その照射の際に受光
面４での受光時の光強度を、（受光面４の面積／出光面
６の面積）比で希釈して出光面６から送出する
オリアクターを提供する。 【解決手段】 狭い受光面４と広い出光面６と受光面４
からの光を拡散させ出光面６へ向ける拡散面５とからな
る光拡散素子１の１個以上を、光拡散型フォトバイオリ
アクター10の槽体11に取付け、受光面４により入射光Ｉ
を受光し、出光面６を槽体11内に配置する。槽体11内に
光拡散素子１の出光面６に接して反応室12を画成する。
狭い受光面４で受光した光を拡散面５で拡散の上広い出
光面６を介し反応液13へ照射する。その照射の際に受光
面４での受光時の光強度を、（受光面４の面積／出光面
６の面積）比で希釈して出光面６から送出する
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽エネルギー誘導・拡
散型フォトバイオリアクターに関し、とくに日射により
生物光化学反応を行わせるフォトバイオリアクター等に
おいて日射の強度を希釈しながら日射の全エネルギーを
利用できるようにした太陽エネルギー誘導・拡散型フォ
トバイオリアクターに関する。
散型フォトバイオリアクターに関し、とくに日射により
生物光化学反応を行わせるフォトバイオリアクター等に
おいて日射の強度を希釈しながら日射の全エネルギーを
利用できるようにした太陽エネルギー誘導・拡散型フォ
トバイオリアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光又は人工光を微生物等の生物に照
射し生物に光化学反応を起こさせてその反応産生物を取
得すること、又はその反応により特定の対象物質を除去
又は変成させることが生命工学等において注目されてい
る。現在の所、スピルリナやカロチンの製造を、微生物
の光化学作用を利用する技術によって製造することが試
みられている。また、光ファイバーと発光板又は発光体
とを組合わせた光化学バイオリアクターの提案もある。
射し生物に光化学反応を起こさせてその反応産生物を取
得すること、又はその反応により特定の対象物質を除去
又は変成させることが生命工学等において注目されてい
る。現在の所、スピルリナやカロチンの製造を、微生物
の光化学作用を利用する技術によって製造することが試
みられている。また、光ファイバーと発光板又は発光体
とを組合わせた光化学バイオリアクターの提案もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの試み
又は提案はコストや効率の面で未だ満足すべきものとは
なっていない。例えば、生物の光化学反応を利用して太
陽エネルギーの照射により水素を生成させる場合のエネ
ルギー転換効率は、（生成水素の燃焼熱／入射太陽光エ
ネルギー）として与えられるが、その値は現在の技術レ
ベルではあまり高くない。これらの光化学反応利用の技
術では、光源が太陽である場合は限られた期間内に十分
な生成量を得ることが必ずしも容易ではなく、人工光源
の場合は人工光源駆動のためのコストが嵩む等の諸問題
が指摘されている。
又は提案はコストや効率の面で未だ満足すべきものとは
なっていない。例えば、生物の光化学反応を利用して太
陽エネルギーの照射により水素を生成させる場合のエネ
ルギー転換効率は、（生成水素の燃焼熱／入射太陽光エ
ネルギー）として与えられるが、その値は現在の技術レ
ベルではあまり高くない。これらの光化学反応利用の技
術では、光源が太陽である場合は限られた期間内に十分
な生成量を得ることが必ずしも容易ではなく、人工光源
の場合は人工光源駆動のためのコストが嵩む等の諸問題
が指摘されている。
【０００４】生物の光化学反応におけるエネルギー転換
効率の改善について検討の結果、本発明者は入射光の強
度に注目した。反応液の受光面における単位面積当りの
入射光の強度（以下、「実効受光強度」という。）があ
る一定値においてエネルギー転換効率が最大となり、入
射光の強度がそれ以上高くなるとエネルギー転換効率が
低下する場合には、実効受光強度を前記一定値まで下げ
ること即ち強度希釈することがエネルギー転換効率改善
のために有効である。フォトバイオリアクターにおい
て、一定面積の入射面から入射した光を、その一定面積
より大きな面積の出光面を介して反応室へ照射すれば、
入射面での光強度が希釈され、反応室での実効受光強度
は受光面における入射光強度より低くなる。こうすれ
ば、フォトバイオリアクターへ入射する光を反応室にお
いて無損失又は低損失で利用することができ、エネルギ
ー転換効率の向上を期待することができる。
効率の改善について検討の結果、本発明者は入射光の強
度に注目した。反応液の受光面における単位面積当りの
入射光の強度（以下、「実効受光強度」という。）があ
る一定値においてエネルギー転換効率が最大となり、入
射光の強度がそれ以上高くなるとエネルギー転換効率が
低下する場合には、実効受光強度を前記一定値まで下げ
ること即ち強度希釈することがエネルギー転換効率改善
のために有効である。フォトバイオリアクターにおい
て、一定面積の入射面から入射した光を、その一定面積
より大きな面積の出光面を介して反応室へ照射すれば、
入射面での光強度が希釈され、反応室での実効受光強度
は受光面における入射光強度より低くなる。こうすれ
ば、フォトバイオリアクターへ入射する光を反応室にお
いて無損失又は低損失で利用することができ、エネルギ
ー転換効率の向上を期待することができる。
【０００５】従って、本発明の目的は、入射光を強度希
釈して使うフォトバイオリアクターを提供するにある。
釈して使うフォトバイオリアクターを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、実効受光強
度を低くする手段として、コンピュータ・ディスプレイ
に取付けられるバックライト板に注目した。このバック
ライト板においては狭い入光面から光を入射し、広い出
光面から光を均一に出光させている。本発明において
は、フォトバイオリアクターの光入射面と、反応物質が
装填される反応室との間に、光入射面の面積に比して広
い面積の出光面をもった光拡散素子を介在させることに
より、入射光の強度を希釈して反応室へ出光し光エネル
ギー利用効率の改善を図る。
度を低くする手段として、コンピュータ・ディスプレイ
に取付けられるバックライト板に注目した。このバック
ライト板においては狭い入光面から光を入射し、広い出
光面から光を均一に出光させている。本発明において
は、フォトバイオリアクターの光入射面と、反応物質が
装填される反応室との間に、光入射面の面積に比して広
い面積の出光面をもった光拡散素子を介在させることに
より、入射光の強度を希釈して反応室へ出光し光エネル
ギー利用効率の改善を図る。
【０００７】図１の実施例において、本発明の太陽エネ
ルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター10は、狭い
受光面４と広い出光面６と受光面４からの光を拡散させ
出光面６へ向ける拡散面５とを有する光拡散素子１、１
個以上の光拡散素子１の出光面６を内部に保持する槽体
11、及び槽体11内に光拡散素子１の出光面６に接して画
成した反応室12を備え、狭い受光面４で受光した光を拡
散面５で拡散の上広い出光面６を介し反応室12へ照射し
てなるものである。
ルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター10は、狭い
受光面４と広い出光面６と受光面４からの光を拡散させ
出光面６へ向ける拡散面５とを有する光拡散素子１、１
個以上の光拡散素子１の出光面６を内部に保持する槽体
11、及び槽体11内に光拡散素子１の出光面６に接して画
成した反応室12を備え、狭い受光面４で受光した光を拡
散面５で拡散の上広い出光面６を介し反応室12へ照射し
てなるものである。
【０００８】図２を参照するに、好ましくは光拡散素子
１を、狭い受光面４と広い出光面６と受光面４への入射
光を出光面６へ向け拡散する拡散面５とをそれぞれ有す
る１対の透光性材料製拡散板３、及び拡散面５で背中合
わせにした該１対の拡散板３の間に保持される反射板２
によって構成する。図２(Ａ)の例では、各拡散板３を受
光面４にそれぞれ直角な拡散面５と出光面６とを有する
四辺形とし、１対の四辺形拡散板３を反射板２により拡
散面５で背中合わせに結合して光拡散素子１の外形を実
質上矩形にし、一層好ましくは各拡散板３の受光面４に
対向する終端面７と拡散面５との間の尖端角θを75゜〜6
0゜とする。
１を、狭い受光面４と広い出光面６と受光面４への入射
光を出光面６へ向け拡散する拡散面５とをそれぞれ有す
る１対の透光性材料製拡散板３、及び拡散面５で背中合
わせにした該１対の拡散板３の間に保持される反射板２
によって構成する。図２(Ａ)の例では、各拡散板３を受
光面４にそれぞれ直角な拡散面５と出光面６とを有する
四辺形とし、１対の四辺形拡散板３を反射板２により拡
散面５で背中合わせに結合して光拡散素子１の外形を実
質上矩形にし、一層好ましくは各拡散板３の受光面４に
対向する終端面７と拡散面５との間の尖端角θを75゜〜6
0゜とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１の実施例においては、受光面
４と拡散面５とが直交する断面直角三角形状の構造の拡
散板３によって光拡散素子１を形成し、拡散板３の長さ
を槽体11の長さに等しくし、複数の拡散板３の各々の狭
い受光面４を槽体11の頂面に沿って配置し、拡散面５を
その槽体11の深さ方向に差込み、隣接する光拡散素子１
の出光面６の間に反応室12を形成している。反応室12に
は、例えば菌体液等の反応液13が充填される。拡散板３
は、メチルメタアクリレート（MMA）樹脂又はガラス等
の透明な材料からなる透明部材である。受光面４及び出
光面６はいずれも槽体11の長さに等しい長さであるが、
受光面４は幅が狭いので面積が狭く、出光面６は槽体11
の深さより大きい幅をとることができ、その幅が受光面
４の幅に比して広いので、出光面６の面積は受光面４の
面積に比して広い。また、この実施例の光拡散素子１は
１対の拡散板３の拡散面５を反射板２により背中合わせ
に結合したものであるが、単一の拡散板３により光拡散
素子１を形成してもよい。光の拡散を確実にするために
好ましくは、拡散面５には多数のドットを印刷しそれら
のドットにおける乱反射を拡散に利用する。図１及び図
２の拡散面５における点線は、このドット印刷がそれら
の拡散面５にあることを示す。
４と拡散面５とが直交する断面直角三角形状の構造の拡
散板３によって光拡散素子１を形成し、拡散板３の長さ
を槽体11の長さに等しくし、複数の拡散板３の各々の狭
い受光面４を槽体11の頂面に沿って配置し、拡散面５を
その槽体11の深さ方向に差込み、隣接する光拡散素子１
の出光面６の間に反応室12を形成している。反応室12に
は、例えば菌体液等の反応液13が充填される。拡散板３
は、メチルメタアクリレート（MMA）樹脂又はガラス等
の透明な材料からなる透明部材である。受光面４及び出
光面６はいずれも槽体11の長さに等しい長さであるが、
受光面４は幅が狭いので面積が狭く、出光面６は槽体11
の深さより大きい幅をとることができ、その幅が受光面
４の幅に比して広いので、出光面６の面積は受光面４の
面積に比して広い。また、この実施例の光拡散素子１は
１対の拡散板３の拡散面５を反射板２により背中合わせ
に結合したものであるが、単一の拡散板３により光拡散
素子１を形成してもよい。光の拡散を確実にするために
好ましくは、拡散面５には多数のドットを印刷しそれら
のドットにおける乱反射を拡散に利用する。図１及び図
２の拡散面５における点線は、このドット印刷がそれら
の拡散面５にあることを示す。
【００１０】１対の断面直角三角形状拡散板３からなる
図１(Ｂ)の光拡散素子１においては、受光面４から拡散
面５の下端へ向う入射光が、拡散面５で拡散されること
なく出光面６から出光して反応室12への進入光の強度に
ムラが生ずるのを避ける必要がある。このため、受光面
４から拡散面５を経ることなく直接に出光面６に至る光
はできるだけ全反射させて拡散面５へ向わせることが望
ましく、上記楔形状の先端頂角γを鋭角にする。また、
上記楔形光拡散素子１における頂角γは取扱上、余り鋭
くない方がよい。これらの点を勘案して、図２(Ｂ)の楔
形頂角γの適当な値は20゜〜30゜であることが見出され
た。但し、本発明の光拡散素子１はこの楔形状のものに
限定されない。
図１(Ｂ)の光拡散素子１においては、受光面４から拡散
面５の下端へ向う入射光が、拡散面５で拡散されること
なく出光面６から出光して反応室12への進入光の強度に
ムラが生ずるのを避ける必要がある。このため、受光面
４から拡散面５を経ることなく直接に出光面６に至る光
はできるだけ全反射させて拡散面５へ向わせることが望
ましく、上記楔形状の先端頂角γを鋭角にする。また、
上記楔形光拡散素子１における頂角γは取扱上、余り鋭
くない方がよい。これらの点を勘案して、図２(Ｂ)の楔
形頂角γの適当な値は20゜〜30゜であることが見出され
た。但し、本発明の光拡散素子１はこの楔形状のものに
限定されない。
【００１１】図１のフォトバイオリアクター10の上方か
らの入射光Ｉは、光拡散素子１の受光面４を通って拡散
面５の下端まで進むが、その間に拡散面５の全面から拡
散を受けて出光面６へ向けられ反応室12へ進入する。入
射光Ｉの全量が反応室12へ進入するので、受光面４にお
ける光の強度は、出光面６の外側において（受光面４の
面積／出光面６の面積）比の割合で低下する。即ち入射
光Ｉの全量が希釈されて矢印Ｄで示されるように反応室
12へ供給される。例えば、ある光化学反応Ｘの最適入力
光強度が直射日光の強度より低い場合、直射日光をその
まま光化学反応Ｘの系に加えても、最適入力光強度を超
える強度部分は十分には活用されず、有効に利用される
のはその直射日光エネルギーの一部分であって、エネル
ギー変換効率は相対的に低くならざるを得ない。本発明
の太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター
によれば、直射日光の場合をも含め入射光の強度を（受
光面４の面積／出光面６の面積）比の割合で希釈するこ
とができるので、受光した直射日光エネルギーの全量を
当該直射日光の強度以下の例えば前記光化学反応Ｘに最
適の入力光強度に希釈した上でその光化学反応Ｘの系に
加え、エネルギーの変換効率や生物光化学反応の効率を
向上させることができる。
らの入射光Ｉは、光拡散素子１の受光面４を通って拡散
面５の下端まで進むが、その間に拡散面５の全面から拡
散を受けて出光面６へ向けられ反応室12へ進入する。入
射光Ｉの全量が反応室12へ進入するので、受光面４にお
ける光の強度は、出光面６の外側において（受光面４の
面積／出光面６の面積）比の割合で低下する。即ち入射
光Ｉの全量が希釈されて矢印Ｄで示されるように反応室
12へ供給される。例えば、ある光化学反応Ｘの最適入力
光強度が直射日光の強度より低い場合、直射日光をその
まま光化学反応Ｘの系に加えても、最適入力光強度を超
える強度部分は十分には活用されず、有効に利用される
のはその直射日光エネルギーの一部分であって、エネル
ギー変換効率は相対的に低くならざるを得ない。本発明
の太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター
によれば、直射日光の場合をも含め入射光の強度を（受
光面４の面積／出光面６の面積）比の割合で希釈するこ
とができるので、受光した直射日光エネルギーの全量を
当該直射日光の強度以下の例えば前記光化学反応Ｘに最
適の入力光強度に希釈した上でその光化学反応Ｘの系に
加え、エネルギーの変換効率や生物光化学反応の効率を
向上させることができる。
【００１２】従って、本発明の目的である「入射光を強
度希釈して使うフォトバイオリアクター」の提供が達成
される。
度希釈して使うフォトバイオリアクター」の提供が達成
される。
【００１３】
【実施例】図３の実施例では、各拡散板３を受光面４に
それぞれ直角な拡散面５と出光面６とを有する四辺形と
し、１対の四辺形拡散板３を反射板２により拡散面５で
背中合わせに結合して外形を実質上矩形にした光拡散素
子１を使用する。
それぞれ直角な拡散面５と出光面６とを有する四辺形と
し、１対の四辺形拡散板３を反射板２により拡散面５で
背中合わせに結合して外形を実質上矩形にした光拡散素
子１を使用する。
【００１４】拡散板３は、取扱上の容易性などの観点か
ら比較的厚い透明板とするのが好ましい場合が多い。こ
の場合、受光面４に対向する終端面７を透明にしておく
と、受光面４で受光した光の大部分が実質上強度希釈を
受けることなくその終端面７から外へ抜けてしまい、受
光面４の受光量に対する出光面６からの出光率が下がり
光化学反応の効率が低下する。この出光率低下を避ける
ため、終端面７に例えば図２(Ａ)に示すアルミニウム箔
等の鏡面部材８を張付けるか又は他の適当な反射材料を
塗布することにより、この終端面７に到達した光を全て
拡散板３の内部へ反射させる。また、この反射光を受光
面４へ向けたのでは受光面４から抜けてしまうので、例
えば拡散面５の中央部へ反射光が向うようにする。この
ため、図２(Ａ)に示す拡散面５と終端面７との間の尖端
角θを75゜ないし60゜とすることが好ましい。この角θが
75゜を超えると、受光面４から抜ける反射光が多くなっ
て出光面６からの出光率が低下し、角θが60゜未満にな
ると、拡散面５への入射角が拡散作用のためには小さく
なり過ぎ終端面７からの反射光が拡散されずに出光面６
へ向いそこから抜ける部分が多くなり出光面６からの出
光の均一性が劣化することとなる。但し、本発明の拡散
板３は平板状のものや鏡面部材８付きのものに限定され
ない。
ら比較的厚い透明板とするのが好ましい場合が多い。こ
の場合、受光面４に対向する終端面７を透明にしておく
と、受光面４で受光した光の大部分が実質上強度希釈を
受けることなくその終端面７から外へ抜けてしまい、受
光面４の受光量に対する出光面６からの出光率が下がり
光化学反応の効率が低下する。この出光率低下を避ける
ため、終端面７に例えば図２(Ａ)に示すアルミニウム箔
等の鏡面部材８を張付けるか又は他の適当な反射材料を
塗布することにより、この終端面７に到達した光を全て
拡散板３の内部へ反射させる。また、この反射光を受光
面４へ向けたのでは受光面４から抜けてしまうので、例
えば拡散面５の中央部へ反射光が向うようにする。この
ため、図２(Ａ)に示す拡散面５と終端面７との間の尖端
角θを75゜ないし60゜とすることが好ましい。この角θが
75゜を超えると、受光面４から抜ける反射光が多くなっ
て出光面６からの出光率が低下し、角θが60゜未満にな
ると、拡散面５への入射角が拡散作用のためには小さく
なり過ぎ終端面７からの反射光が拡散されずに出光面６
へ向いそこから抜ける部分が多くなり出光面６からの出
光の均一性が劣化することとなる。但し、本発明の拡散
板３は平板状のものや鏡面部材８付きのものに限定され
ない。
【００１５】図１と図３のフォトバイオリアクター10を
比較するに、図１の場合には入射光Ｉの全てについて強
度希釈が行われるが、図３の場合には光拡散素子１を通
らずに直接に反応室12へ入射する光がありその直接入射
光については本発明の強度希釈が行われない。他方、槽
体11の大きさを等しくした場合に図３の構造は、図１の
構造に比して２倍の量の反応液13をフォトバイオリアク
ター10に入れることができ、単位底面積当りの反応液13
の量は多くなる。図３において光拡散素子１を通らない
直接の入射光Ｉについても、従来の平板型フォトバイオ
リアクターの作用は期待できる。
比較するに、図１の場合には入射光Ｉの全てについて強
度希釈が行われるが、図３の場合には光拡散素子１を通
らずに直接に反応室12へ入射する光がありその直接入射
光については本発明の強度希釈が行われない。他方、槽
体11の大きさを等しくした場合に図３の構造は、図１の
構造に比して２倍の量の反応液13をフォトバイオリアク
ター10に入れることができ、単位底面積当りの反応液13
の量は多くなる。図３において光拡散素子１を通らない
直接の入射光Ｉについても、従来の平板型フォトバイオ
リアクターの作用は期待できる。
【００１６】図４の実施例は、図３のフォトバイオリア
クター10で使われる光拡散素子１の終端面７に対し、完
全反射の鏡面部材８に替えて半透明鏡９を取付け、槽体
11を深くして形成した反応室13の下端連通部14へ半透明
鏡９を介して下向き矢印Ｄのように光を通すものであ
る。
クター10で使われる光拡散素子１の終端面７に対し、完
全反射の鏡面部材８に替えて半透明鏡９を取付け、槽体
11を深くして形成した反応室13の下端連通部14へ半透明
鏡９を介して下向き矢印Ｄのように光を通すものであ
る。
【００１７】ここに留意すべきことに、本発明による太
陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター10の
光拡散素子１は、単に光を拡散して強度希釈をするだけ
でなく、反応液13の透明度が低く反応液13を通してでは
光がフォトバイオリアクター10の深部まで達しない場合
に、透明な拡散板３により光をフォトバイオリアクター
10の底部又は深部まで届ける導光作用をも果す。この導
光作用により、フォトバイオリアクター10の単位床面積
当りの反応率の向上に貢献し、生産性改善の効果を併せ
もつ。しかも光拡散素子１内での光損失は僅かであっ
て、10%以下と想定することができる。反応室12で行わ
れる光化学反応によっては、フォトバイオリアクターの
単位床面積当りの生産性を、従来の平板型フォトバイオ
リアクターに比し、本発明の太陽エネルギー誘導・拡散
型フォトバイオリアクター10により数倍にも改善できる
ものと期待される。
陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター10の
光拡散素子１は、単に光を拡散して強度希釈をするだけ
でなく、反応液13の透明度が低く反応液13を通してでは
光がフォトバイオリアクター10の深部まで達しない場合
に、透明な拡散板３により光をフォトバイオリアクター
10の底部又は深部まで届ける導光作用をも果す。この導
光作用により、フォトバイオリアクター10の単位床面積
当りの反応率の向上に貢献し、生産性改善の効果を併せ
もつ。しかも光拡散素子１内での光損失は僅かであっ
て、10%以下と想定することができる。反応室12で行わ
れる光化学反応によっては、フォトバイオリアクターの
単位床面積当りの生産性を、従来の平板型フォトバイオ
リアクターに比し、本発明の太陽エネルギー誘導・拡散
型フォトバイオリアクター10により数倍にも改善できる
ものと期待される。
【００１８】太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオ
リアクター10の大きさは、処理すべき反応液13の性質と
量、その他の設計条件によって定まるが、深さ１メート
ル程度、幅と長さは数メートルから数十メートル程度の
ものは実用化可能であろう。但し、これらの数値に限定
されるものではない。
リアクター10の大きさは、処理すべき反応液13の性質と
量、その他の設計条件によって定まるが、深さ１メート
ル程度、幅と長さは数メートルから数十メートル程度の
ものは実用化可能であろう。但し、これらの数値に限定
されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の太陽エネル
ギー誘導・拡散型フォトバイオリアクターは、入射光の
強度を希釈しながら入射光エネルギーの全量を光化学反
応に使用するので、次の顕著な効果を奏する。
ギー誘導・拡散型フォトバイオリアクターは、入射光の
強度を希釈しながら入射光エネルギーの全量を光化学反
応に使用するので、次の顕著な効果を奏する。
【００２０】(イ)極めて高い強度の直射日光等の入射光
の全エネルギーを強度希釈しながら利用することによ
り、最適レベルの光強度で入射光を無駄なく使用し、同
一の入射光エネルギーで処理できる反応物質の量を増や
すことができる。 (ロ)深いフォトバイオリアクターの場合にも入射光をフ
ォトバイオリアクターの深部まで低損失で導くことがで
きるので、単位床面積当りの処理量を増やし、処理能力
が高いフォトバイオリアクターを提供することができ
る。 (ハ)従来の平板型フォトバイオリアクターと適宜に組合
わせて動作環境に応じた最適の光化学反応装置を組立て
ることができる。
の全エネルギーを強度希釈しながら利用することによ
り、最適レベルの光強度で入射光を無駄なく使用し、同
一の入射光エネルギーで処理できる反応物質の量を増や
すことができる。 (ロ)深いフォトバイオリアクターの場合にも入射光をフ
ォトバイオリアクターの深部まで低損失で導くことがで
きるので、単位床面積当りの処理量を増やし、処理能力
が高いフォトバイオリアクターを提供することができ
る。 (ハ)従来の平板型フォトバイオリアクターと適宜に組合
わせて動作環境に応じた最適の光化学反応装置を組立て
ることができる。
【００２１】(ニ)透明性樹脂又はガラス製の拡散板と金
属製反射板等の安価な材料で製造することができる。 (ホ)例えば微生物の光化学反応により太陽光エネルギー
を水素ガスに変換する技術等の微生物の光化学作用を利
用する反応系で、単位量の微生物が処理できる光エネル
ギーの量が比較的僅かであってしかも処理液中の微生物
濃度にも限度がある場合、直射日光等の高強度又は高密
度の入射エネルギーを如何に効率よく微生物の光化学反
応系に導くかが問題になる。強度希釈が可能なフォトバ
イオリアクターは、この様な微生物の光化学反応系に有
効に利用されるものと期待される。
属製反射板等の安価な材料で製造することができる。 (ホ)例えば微生物の光化学反応により太陽光エネルギー
を水素ガスに変換する技術等の微生物の光化学作用を利
用する反応系で、単位量の微生物が処理できる光エネル
ギーの量が比較的僅かであってしかも処理液中の微生物
濃度にも限度がある場合、直射日光等の高強度又は高密
度の入射エネルギーを如何に効率よく微生物の光化学反
応系に導くかが問題になる。強度希釈が可能なフォトバ
イオリアクターは、この様な微生物の光化学反応系に有
効に利用されるものと期待される。
【図１】は、本発明の一実施例の構成を示す説明図であ
る。
る。
【図２】は、光拡散素子の構造を示す図式的断面図であ
る。
る。
【図３】は、本発明の他の実施例を示す説明図である。
【図４】は、本発明のさらに他の実施例を示す説明図で
ある。
ある。
１…光拡散素子 ２…反射板 ３…拡散板 ４…受光面 ５…拡散面 ６…出光面 ７…終端面 ８…鏡面部材 ９…半透明鏡 10…フォトバイオリアクター 11…槽体 12…反応室 13…反応液 14…下端連通部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 昭三 東京都港区西新橋二丁目８番11号 財団法 人 地球環境産業技術研究機構 ＣＯ２固 定化等プロジェクト室内 (72)発明者 レダ・エム・エー・エル−シシタァウィ 東京都港区西新橋二丁目８番11号 財団法 人 地球環境産業技術研究機構 ＣＯ２固 定化等プロジェクト室内 (72)発明者 上野 嘉之 東京都港区西新橋二丁目８番11号 財団法 人 地球環境産業技術研究機構 ＣＯ２固 定化等プロジェクト室内 (72)発明者 國司 なほ子 東京都港区西新橋二丁目８番11号 財団法 人 地球環境産業技術研究機構 ＣＯ２固 定化等プロジェクト室内
Claims (11)
- 【請求項１】狭い受光面と広い出光面と前記受光面から
の光を拡散させ前記出光面へ向ける拡散面とを有する光
拡散素子、１個以上の前記光拡散素子の出光面を内部に
保持する槽体、及び槽体内に光拡散素子の出光面に接し
て画成した反応室を備え、狭い受光面で受光した光を拡
散面で拡散の上広い出光面を介し反応室へ照射してなる
太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター。 - 【請求項２】請求項１のフォトバイオリアクターにおい
て、前記光拡散素子の拡散面に多数のドットを印刷し、
その多数ドットでの乱反射により光を拡散させてなる太
陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター。 - 【請求項３】請求項１のフォトバイオリアクターにおい
て、前記光拡散素子の前記受光面と対向する表面部位に
入射光のうち拡散されない部分を透過させる半透明鏡を
設け、前記反応室を前記半透明鏡にも接するものとして
なる太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクタ
ー。 - 【請求項４】狭い受光面と光を出す広い出光面と前記受
光面への入射光を拡散させ前記出光面へ向ける拡散面と
を有する透光性材料製の拡散板。 - 【請求項５】狭い受光面と光を出す広い出光面と前記受
光面への入射光を前記出光面へ向け拡散する拡散面とを
それぞれ有する１対の透光性材料製拡散板、及び前記１
対の拡散板の拡散面を背中合わせで保持する反射板を備
えてなる光拡散素子。 - 【請求項６】請求項５の光拡散素子において、前記各拡
散板を受光面に直角な拡散面を有する断面直角三角形状
のものとし、１対の前記断面直角三角形状の拡散板を反
射板により拡散面で背中合わせに結合して外形を楔形状
にしてなる光拡散素子。 - 【請求項７】請求項６の光拡散素子において、受光面に
対向する前記楔形の頂角γを20゜〜30゜としてなる光拡散
素子。 - 【請求項８】請求項５の光拡散素子において、前記各拡
散板を受光面にそれぞれ直角な拡散面と出光面とを有す
る四辺形とし、１対の四辺形拡散板を反射板により拡散
面で背中合わせに結合して外形を実質上矩形にしてなる
光拡散素子。 - 【請求項９】請求項８の光拡散素子において、前記各拡
散板の受光面に対向する終端面と拡散面との間の尖端角
θを75゜〜60゜としてなる光拡散素子。 - 【請求項１０】請求項８の光拡散素子において、前記各
拡散板の受光面に対向する終端面を鏡面部材で覆ってな
る光拡散素子。 - 【請求項１１】請求項８の光拡散素子において、前記各
拡散板の受光面に対向する面を半透明鏡で覆ってなる光
拡散素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08265750A JP3132722B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08265750A JP3132722B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10108665A true JPH10108665A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3132722B2 JP3132722B2 (ja) | 2001-02-05 |
Family
ID=17421493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08265750A Expired - Fee Related JP3132722B2 (ja) | 1996-10-07 | 1996-10-07 | 太陽エネルギー誘導・拡散型フォトバイオリアクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3132722B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005059087A1 (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-30 | Inha-Industry Partnership Institute | Multi-layered photobioreactor and method of culturing photosynthetic microorganisms using the same |
| WO2011019944A1 (en) * | 2009-08-13 | 2011-02-17 | AlgEternal Technologies, LLC | Biomass production system and apparatus |
| CN102286363A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-12-21 | 暨南大学 | 一种外置加固内部连通式平板光生物反应器 |
| FR2990955A1 (fr) * | 2012-05-22 | 2013-11-29 | Bernard Gutsche | Procede pour l'obtention de biomasse |
| CN104046559A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-17 | 新奥科技发展有限公司 | 一种微藻养殖装置及养殖方法 |
| WO2014148903A1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
-
1996
- 1996-10-07 JP JP08265750A patent/JP3132722B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005059087A1 (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-30 | Inha-Industry Partnership Institute | Multi-layered photobioreactor and method of culturing photosynthetic microorganisms using the same |
| CN1316004C (zh) * | 2003-12-16 | 2007-05-16 | 仁菏大学校产学协力团 | 多层光照生物反应器及用其培养光合成微生物的方法 |
| WO2011019944A1 (en) * | 2009-08-13 | 2011-02-17 | AlgEternal Technologies, LLC | Biomass production system and apparatus |
| US9534197B2 (en) | 2009-08-13 | 2017-01-03 | AlgEternal Technologies, LLC | Biomass production system and apparatus |
| CN102286363A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-12-21 | 暨南大学 | 一种外置加固内部连通式平板光生物反应器 |
| FR2990955A1 (fr) * | 2012-05-22 | 2013-11-29 | Bernard Gutsche | Procede pour l'obtention de biomasse |
| WO2014148903A1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
| US9534194B2 (en) | 2013-03-21 | 2017-01-03 | Micro Resources Ltd. | Reactor for bulk production of photosynthetic microorganisms |
| CN104046559A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-17 | 新奥科技发展有限公司 | 一种微藻养殖装置及养殖方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3132722B2 (ja) | 2001-02-05 |
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