JPS63216467A - 発酵槽用酸素富化装置 - 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） この発明は発酵槽用酸素富化装置に関するものである。

さらに詳しくは、発酵槽内の培地に酸素を供給するため
の発酵槽用酸素富化装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、発酵槽内の培地への酸素の供給は、酸素ボン
ベによって高濃度の酸素を直接発酵槽内に吹き込み、培
地を撹拌機で撹拌することによって行われている。

ところで近年、例えば特開昭５８−２０５５２３号公報
に記載されているように、空気の組成である酸素と窒素
に対し、窒素よりも酸素の方を透過させ易い、いわゆる
酸素選択性透過膜を用い、この酸素選択性透過膜の両側
に圧力差を生じさせ、通常空気（酸素濃度２１体積％）
をこの酸素選択性透過膜を透過させて直接酸素を濃縮し
、酸素富化空気（酸素濃度２５〜４０体積％）を生成す
る酸素富化装置が実用化されるようになった。この酸素
富化装置は通常空気から、この通常空気よりも酸素濃度
を向上させた酸素富化空気をきわめて低コストにて生成
することができるという利点を有している。

そこでこのような酸素富化空気を発酵槽内の培地に供給
するようにすれば、上記のような高濃度酸素を発酵槽内
に供給するのに比ベコスト低減を図ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、発酵槽内の培地における発酵の進行は培地の
溶存酸素濃度と密接に結びついており、発酵をスムーズ
に進行させるには、発酵過程を通して上記培地の溶存酸
素濃度をある適正値に維持することが要請される。しか
しながら、上記のような酸素富化装置をそのまま発酵槽
に適用する場合には、酸素富化空気の供給は培地の溶存
酸素濃度とは無関係に行われるので、培地の溶存酸素濃
度を適正値に維持することは困難である。

この発明は上記欠点を解決するためになされたものであ
って、その目的は、発酵槽内の培地への酸素供給に酸素
富化装置を採用するにあたって、培地の溶存酸素濃度を
適正値に維持することが可能であり、そのために発酵の
スムーズな進行が可能となる発酵槽用酸素富化装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこで、この発明の発酵槽用酸素富化装置においては、
酸素選択性透過膜２．２ａと、通常空気を上記酸素選択
性透過膜２．２ａを透過させるための透過手段６．２７
とから成り、上記酸素選択性透過膜２．２ａを透過させ
て得られた酸素富化空気によって発酵槽１０．１０ａ内
の培地１１、１１ａに酸素を供給するための発酵槽用酸
素富化装置であって、さらに上記培地ＩＬ１１ａの溶存
酸素濃度を検出するための検出手段１３．１３ａと、上
記検出手段１３．１３ａによって検出された溶存酸素濃
度に基づいて培地１１、１１ａに対する酸素供給量を制
御するための制御手段２２．３２とを有している。

（作用） 上記構成の発酵槽用酸素富化装置においては、培地にお
ける発酵過程において、培地１１、１１ａ中の溶存酸素
濃度を検出手段１３．１３ａによって検出し、その検出
した溶存酸素濃度に基づいて酸素富化空気による培地１
１、１１ａへの酸素供給量を制御手段２２．３２によっ
て制御する。この結果、培地１１、１１ａ内の溶存酸素
量を適正値に維持することが可能となる。

（実施例） 次にこの発明の発酵槽用酸素富化装置の具体的な実施例
について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図には、この発明の発酵槽用酸素富化装置の第１実
施例を示している。同図において、１は酸素選択性透過
膜２（例えば、ポリジメチルシロキサン共重合体製）を
備えた膜モジュールであり、この膜モジュール１の酸素
選択性透過膜２を挟んで一方の側には、送風ファン３と
フィルタ４とが酸素選択性透過膜２に近接する側から順
に配設されており、またその他方の側は第１配管５によ
って透過手段となる真空ポンプ６の吸込口に接続されて
いる。真空ポンプ６の排気口は第２配管７によって加圧
ポンプ８の吸込口に接続されている。

加圧ポンプ８の排気口には第３配管９の一端部が接続さ
れている。第３配管９の他端側は発酵槽１０内の培地１
１中に配設されており、その外周面には長さ方向に適当
な間隔を置いて複数個の通気孔１２・・が設けられてい
る。また第３配管９の途中にはフィルタ２０が介設され
ている。一方、発酵槽１０内の培地１１には、さらに培
地１１中における溶存酸素濃度を検出するための検出器
１３の触子１４が配置されている。そして上記第１配管
５と第２配管７とは真空ポンプ６と並列してバイパス配
管１５によって互いに接続されており、このバイパス配
管１５には流量調整弁１６が介設されている。この流量
調整弁１６は上記検出器１３にケーブル１７によって電
気的に接続されており、このケーブル１７には、制御器
１８が介設されている。この制御器１８は上記検出器１
３からの検出信号に基づいて上記流量調整弁１６の開度
を制御するものである。上記制御器１日の構成としては
、例えばマイコン等を用いて制御する構成等が挙げられ
るが、上記バイパス配管１５、流量調整弁１６及び制御
器１８によって制御手段２２を構成している。なお同図
において、工９は培地１１を撹拌するための撹拌機であ
る。

次に上記構成の発酵槽用酸素富化装置の作動状態につい
て説明する。送風ファン３を作動させると、フィルタ４
を通して清浄化された通常空気が膜モジュール１の酸素
選択性透過膜２の片側の面の近辺に送風される。そして
真空ポンプ６を作動させると、酸素選択性透過膜２の他
方の面側か減圧され、その減圧作用によって上記通常空
気がこの酸素選択性透過膜２を透過し、酸素富化空気と
なって第１配管５を通して真空ポンプ６の排気口から排
気される。そしてこの酸素富化空気は、第２配管７を通
して加圧ポンプ８によって略常圧に戻されると共に、第
３配管９を通して発酵槽１０内の培地１１中でバブリン
グされ、さらには撹拌機１９によって撹拌されて培地１
１内に溶は込むこととなる。

そして培地１１における溶存酸素濃度は検出器１３によ
って定時的に検出されており、検出器１３で検出された
溶存酸素濃度が適正値より大きいときは、制御器１８か
らの制御信号により、流量調整弁１６の開度を大きくす
る。このとき真空ポンプ６の排気口から排気された酸素
富化空気は第２配管７の途中でバイパス配管１５内に分
流し、さらにこの分流した酸素富化空気がバイパス配管
１５を通して第１配管５内の酸素富化空気と合流するこ
ととなり、同図矢印で示すような循環径路を形成するよ
うになる。このような酸素富化空気の循環により、加圧
ポンプ８側に流れる酸素富化空気の流量が減少すること
になる。すなわち流量調整弁１６の開度を大きくするこ
とにより、加圧ポンプ８から第３配管９を通して培地１
１内でバブリングされる酸素富化空気はその流量が減少
され、培地１１に供給される酸素量を減少するように働
き、培地１１の溶存酸素濃度は適正値に戻るよう減少す
ることとなる。

一方検出器１３で検出された培地１１における溶存酸素
濃度が適正値未満となったときは、制御器１８からの制
御信号により、流量調整弁１６はその開度が小さくされ
るように制御される。このときバイパス配管１５を循環
する酸素富化空気の量は減少し、加圧ポンプ８側に流れ
る酸素富化空気の流量が増加することとなる。すなわち
流量調整弁１６の開度を小さくすることにより、加圧ポ
ンプ８から第３配管９を通して培地１１内でバブリング
される酸素富化空気は、その流量が増加され、培地１１
に供給される酸素量を増加するように働き、培地１１の
溶存酸素濃度は適正値に戻るよう増加することとなる。

以上のように、上記第１実施例においては、発酵槽１０
における発酵中、検出器１３によって培地１１における
溶存酸素濃度を検出し、その溶存酸素濃度が適正値より
大きくなったとき又は小さくなったときには制御器１８
からの制御信号に応じて流量調整弁１６の開度を大きく
したり又は小さくしたりしてバイパス量を増減し、これ
により供給酸素量を調節するように構成しているので、
培地１１の溶存酸素濃度を適正値に維持することが可能
であり、そのため発酵のスムーズな進行が可能となる。

第２図には、この発明の発酵槽用酸素富化装置の第２実
施例を示している。同図において、ｌａは酸素選択性透
過膜２ａを備えた膜モジュールであり、この膜モジュー
ル１ａの酸素選択性透過膜２ａを挟んで一方の側は、水
分離器２５を介設した第１配管２６によって透過手段と
なる圧縮機２７の吐出口に接続されている。なおこのよ
うに水分離器２５を使用するのは、酸素選択性透過膜２
ａが水分を通し易い特性のものであるため、予め通常空
気から水分を除去しておき、多量の水分が発酵槽１０ａ
に供給されるのを防止するためである。一方膜モジュー
ル１ａの酸素選択性透過１１２ａの他方の側にはフィル
タ２８を介設した第２配管２９の一端部が接続されてお
り、第２配管２９の他端側は、上記第１実施例と同様に
、発酵槽１０ａ内の培地１１ａ中に配設されており、そ
の外周面には複数個の通気孔１２ａ　・・が設けられて
いる。発酵槽１０ａ内の培地１１ａには、さらに溶存酸
素濃度を検出するための検出器１３ａの触子１４ａが配
置されている。一方上記第１配管２６の凝縮器２５と膜
モジュール１ａとの間の部分には、流量調整弁３０が介
設されておリ、この流Ｎ調整弁３０は上記検出器１３ａ
にケーブル１７ａによって電気的に接続されている。そ
してこのケーブル１７ａには制御器１８ａが介設されて
いる。この制御器１８ａは上記検出器１３ａからの検出
信号に基づいて上記流量調整弁３０の開度を制御するも
のである。上記流量調整弁３０と制御器１８ａとによっ
て制御手段３２を構成している。なお、１９ａは撹拌機
である。

次に上記構成の発酵槽用酸素富化装置の作動状態につい
て説明する。圧縮機２７を作動すると、通常空気はこの
圧縮機２７によって圧縮、すなわち加圧され、水分離器
２５を経由して膜モジュールｌａの酸素選択性透過膜２
ａの片側の面に圧送される。この圧送力、すなわち通常
空気自体の保有する加圧力によって通常空気は酸素選択
性透過膜２ａを透過し酸素富化空気となる。この酸素富
化空気は第２配管２９を通してフィルタ２８で清浄化さ
れて、発酵槽１０ａ内の培地１１ａ中に吹き出されバブ
リングし、培地１１ａに溶は込むこととなる。

そして培地１１ａにおける溶存酸素濃度は検出器１３ａ
によって定時的に検出されているが、検出器１３ａで検
出された溶存酸素濃度が所定の濃度より大きいときは、
制御器１８ａからの制御信号により、流量調整弁３０の
開度を小さくする。このとき、第１配管２６を通して膜
モジュールｌａ側に供給される通常空気の流量が減少し
、そのため通常空気の酸素選択性透過膜２ａに対する透
過量が減少する。

その結果、得られる酸素富化空気の量が減少し、培地１
１ａに供給される酸素量が減少する。そして培地１１ａ
の溶存酸素濃度は適正値に戻るよう減少されることとな
る。

一方検出器１３ａで検出された培地１１ａにおける溶存
酸素濃度が適正値未満となったときは、流量調整弁３０
はその開度が大きくなるよう制御され、それによって得
られる酸素富化空気の量が増加し、培値１１ａに供給さ
れる酸素量を増加することとなる。

以上のように、上記第２実施例においては、検出された
培地１１ａにおける溶存酸素濃度に応じて流量調整弁３
０の開度を調節し、酸素選択性透過膜２ａを透過する通
常空気量を制御するように構成しているので、上記第１
実施例と同様に、培地１１ａの溶存酸素濃度を適正に維
持することが可能であり、そのため発酵のスムーズな進
行が可能となる。

なお上記各実施例における流量制御弁１６．３０の開度
は培地１１、１１ａにおける溶存酸素濃度の適正値を基
準に、実際の溶存酸素濃度の増減に応じて略比例して行
われるのが好ましい、またその制御方式は、その開度を
培地１１、１１ａの溶存酸素濃度に応じて多段又は無段
にて制御するもの、さらには開閉２段にて制御するもの
等を採用することができる。

以上、この発明の発酵槽用酸素富化装置の具体的な実施
例について説明したが、この発明は上記実施例に限定さ
れるものではな（、この発明の範囲内で種々変更して実
施することが可能である。

例えば上記第１実施例においては、酸素富化空気の流量
を制御するためにバイパス量を調節するものについて説
明したが、インバータ等により真空ポンプ６の回転数を
変えることにより、酸素富化空気の濃度や流量を制御す
るようにしてもよく、そのときは、装置のランニングコ
ストをも低減させることが可能となる。また上記第２実
施例においては、流量調整弁３０により膜モジュール１
ａに供給される通常空気の流量を制御し酸素富化空気の
量を調整するものについて説明しているが、インバータ
等により圧縮機２７の回転数を調節するようにしてもよ
いし、酸素選択性透過膜２ａの透過面積を増減し得る構
成を採ってもよい。圧縮機２７にインバータ等を採用す
るときは、同時にランニングコストの低減が可能となる
。

（発明の効果） 上記したように、この発明の発酵槽用酸素富化装置にお
いては、発酵進行中培地中の溶存酸素濃度を検出し、そ
の検出された溶存酸素濃度に基づいて培地への酸素富化
空気による酸素供給量を制御するようにしているので、
培地の溶存酸素量を適正値に維持することが可能であり
、そのため発酵のスムーズな進行が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の発酵槽用酸素富化装置の第１実施例
を示す説明図、第２図はその第２実施例を示す説明図で
ある。 ２．２ａ・・・酸素選択性透過膜、６・・・真空ポンプ
（透過手段）、１ｏ、１０ａ　　・・・発酵槽、１１．
１１ａ・・・培地、１３．１３ａ・・・検出器（検出手
段）、２２．３２日・制御手段、２７・・・圧縮機（透
過手段）。 特許出願人　　　　　　　ダイキン工業株式会社代　理
　人　　　　　　　　　西　　森　　正　　豐　　２、
・５）７．′ア４：。 １、二゛−［見“二二一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、酸素選択性透過膜（２）（２ａ）と、通常空気を上
   記酸素選択性透過膜（２）（２ａ）を透過させるための
   透過手段（６）（２７）とから成り、上記酸素選択性透
   過膜（２）（２ａ）を透過させて得られた酸素富化空気
   によって発酵槽（１０）（１０ａ）内の培地（１１）（
   １１ａ）に酸素を供給するための発酵槽用酸素富化装置
   であって、さらに上記培地（１１）（１１ａ）の溶存酸
   素濃度を検出するための検出手段（１３）（１３ａ）と
   、上記検出手段（１３）（１３ａ）によって検出された
   溶存酸素濃度に基づいて培地（１１）（１１ａ）に対す
   る酸素供給量を制御するための制御手段（２２）（３２
   ）とを有することを特徴とする発酵槽用酸素富化装置。