JPWO1999050384A1 - Microalgae culture device - Google Patents

Microalgae culture device

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征四郎 平林
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久人 貞松
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Abstract

(57)【要約】 この発明は、微細藻類の培養に使用される密閉型のドーム形状、円錐形状または円筒形状の培養装置と装置内で移動自在のガス吐出装置に関する。培養装置は基本的には透明な内側の部材(半球状ドーム、円錐周壁、筒状周壁)と透明な外側の部材と両部材の下端部を連結する底部よりなり、外側部材の頂部に円筒開口部が、また底部にはガス導入部材と培養液の排出部材が設けられたものであり、ガス吐出装置は基本的には対向する二つの方形基板、気泡誘導部材、吐出ノズルよりなっている。機械的撹拌をすることなく培養液を撹拌できるとともに高濃度培養が可能となる。 (57) [Abstract] This invention relates to a closed dome-shaped, conical, or cylindrical culture device used for culturing microalgae, and a gas discharge device that can be moved freely within the device. The culture device basically consists of a transparent inner member (hemispherical dome, conical peripheral wall, or cylindrical peripheral wall), a transparent outer member, and a bottom that connects the lower ends of both members. A cylindrical opening is provided at the top of the outer member, and a gas inlet and culture solution outlet members are provided at the bottom. The gas discharge device basically consists of two opposing square substrates, a bubble inducer, and a discharge nozzle. This allows the culture solution to be stirred without mechanical stirring, and enables high-concentration culture.

Description

【発明の詳細な説明】 微細藻類培養装置 技術分野 この発明は、微細藻類等の光合成生物の培養に用いられるドーム形状、円錐形 状または円筒形状の培養装置と、この装置内で移動自在に設けられた培養に必要 なガスを培養液に供給するとともに培養液を撹拌する作用を有するガス吐出装置 、あるいはこの培養装置とガス吐出装置とを組み合わせた培養装置に関するもの である。[Detailed Description of the Invention] Microalgae Cultivation Device Technical Field This invention relates to a dome-, cone-, or cylindrical-shaped cultivation device used for culturing photosynthetic organisms such as microalgae, and a gas discharge device movably mounted within the device that supplies gases necessary for cultivation to the culture solution and agitates the culture solution, or to a cultivation device that combines the cultivation device with a gas discharge device.

背景技術 従来より、ビタミン類、アミノ酸、色素類、タンパク質、多糖類、脂肪酸など の有用物質を製造するために、あるいは地球温暖化の原因の1つとされる二酸化 炭素を処理するために、クロレラとかスピルリナなどの微細藻類を含む微生物を 大量に培養する研究が広く行われ、その研究成果に基づいた培養物の製品が市販 されている。BACKGROUND ART Large-scale cultivation of microorganisms, including microalgae such as chlorella and spirulina, has been widely studied for the production of useful substances such as vitamins, amino acids, pigments, proteins, polysaccharides, and fatty acids, as well as for the treatment of carbon dioxide, which is considered one of the causes of global warming. Culture products based on the results of this research are commercially available.

これらの微生物の中で藻類のほとんどが、二酸化炭素を吸収し光合成作用によ り有用物質を生合成するものである。この場合、藻類の培養が効率よく行われる ことが重要であるから、光合成を効率よく行われるための培養装置が必要である 。このため、従来の培養装置の改良、新しい培養装置の開発が行われている。Among these microorganisms, most algae absorb carbon dioxide and synthesize useful substances through photosynthesis. Because efficient algae cultivation is crucial, a culture device that allows for efficient photosynthesis is required. For this reason, existing culture devices are being improved and new ones are being developed.

従来より、藻類の培養装置として、たとえば培養池、レースウェイ型培養装置 、チューブラ型培養装置、液膜形成培養装置などが広く知られている。培養池は 、屋外にたとえばコンクリート製の培養池または培養槽を作り、この槽に培養液 を入れて池を形成し、この中でクロレラのような微細藻類を太陽光を利用して培 養する形式のものである。しかし、この形式のものは、たとえば3000m2イと いう池の表面積を必要とするから、通常巨大なものとなってしまう。 Conventionally, various types of algae culture devices have been widely known, including culture ponds, raceway-type culture devices, tubular-type culture devices, and liquid film-forming culture devices. A culture pond is a type of device in which a culture pond or tank made of concrete is constructed outdoors, a culture solution is poured into the tank, and microalgae such as chlorella are cultivated in the tank using sunlight. However, this type of device requires a pond surface area of, for example, 3,000 , making it usually quite large.

また、この形式により微細藻類を培養した場合、培養が進行するにつれて培養 液中の微細藻類の濃度が高くなり、液が緑色に濃く染まってしまい、太陽光が培 養池の底部にまで到達しない。このような現象から、微細藻類の培養濃度を低く しない限り、藻類の光合成効率が全体として低下する間題が生じる。Furthermore, when microalgae are cultivated using this method, the concentration of microalgae in the culture medium increases as the cultivation progresses, causing the medium to turn a deep green color and preventing sunlight from reaching the bottom of the pond. This phenomenon results in a problem of a decrease in the overall photosynthetic efficiency of the algae unless the microalgae cultivation concentration is reduced.

このため、液の深さを15cm以上にすることができないし、微細藻類を大量培 養するためには広大な土地が必要である。また培養液の濃度を高くすることがで きないため、培養物を液から回収する場合、ぼう大な量の低濃度の培養液から培 養物を回収しなければならないという問題が生じている。For this reason, the depth of the liquid cannot exceed 15 cm, and large amounts of land are required for mass cultivation of microalgae. Furthermore, because the concentration of the culture medium cannot be increased, the problem of harvesting the culture medium from the liquid arises: the culture medium must be harvested from a vast amount of low-concentration culture medium.

一方、培養池を撹拌して微細藻類が光合成するのを容易にしなければならない が、低濃度のぼう大な液量を撹拌ずするために多量のエネルギーが必要となる。On the other hand, the culture pond must be agitated to facilitate photosynthesis of the microalgae, but a large amount of energy is required to agitate the large volume of low-concentration liquid.

さらに、培養池は屋外でしかも開放されているため、ほこり、ごみなどの夾雑物 が液に混入しやすく、また、空気中に浮遊する微生物とか別の藻類が池に混入し 、繁殖することから、純度の高い、高品質の培養物が得られないという問題も生 じている。Furthermore, because the culture ponds are outdoors and open, dust, debris, and other contaminants can easily get into the liquid. Airborne microorganisms and other algae can also get into the ponds and multiply, making it difficult to obtain high-purity, high-quality cultures.

また、培養池は、屋外であるため気候の変動により温度が上下し、池の温度を 一定に保持することが非常に困難である。特に地域により冬季は温度が下がりす ぎるという欠点がある。Furthermore, because culture ponds are outdoors, their temperature fluctuates with the weather, making it extremely difficult to maintain a constant temperature. In particular, depending on the region, the temperature can drop too low in winter.

このような事情から、培養池を利用した藻類の培養は、高pH、塩分濃度が高 いなどの特殊な条件下で生育することの可能なクロレラ、スピルリナ、ドナリニ ラという藻類にしか適用できないという欠点がある。For these reasons, the disadvantage of using ponds to cultivate algae is that it is only suitable for Chlorella, Spirulina, and Dunaliella, which can grow under special conditions such as high pH and high salinity.

レースウェイ型培養装置は、培養槽の内部を整流板で区切って、培養液の巡回 路を形成したものであって、この巡回路に培養液を循環手段により巡回させる方 法により藻類を培養する。この方式は培養池の方式を改良したものではあるが、 培養池による培養法と同様に培養の進行に伴って藻類の光合成速度が低下するた め光の効率的な利用ができない。このために炭酸ガスの利用効率が低いという問 題も生じる。光の効率的な利用を達成するため、太陽光を光ファイバーを介して 液に照射するなどの提案もされている。(実開平5−43900) しかし、この方式を利用して藻類の培養を行う場合、機械的な撹拌により液を 巡回させるため、藻類の細胞が破壊されるとかシアーストレス(剪断応力により 藻類が切断され、細胞の活性が低下して増殖速度が遅くなるという現象)が生じ るなどの欠点を避けることができない。A raceway-type culture device divides the interior of a culture tank with baffles, creating a nutrient circulation path. Algae are cultivated by circulating the nutrient through this circulation path using a circulation device. While this method is an improvement over the culture pond method, as with the culture pond method, the algae's photosynthetic rate declines as the culture progresses, resulting in inefficient light utilization. This also creates the problem of low carbon dioxide utilization efficiency. To achieve efficient light utilization, proposals have been made to irradiate the liquid with sunlight via optical fiber. (Japanese Utility Model Application Publication No. 5-43900) However, when culturing algae using this method, mechanical agitation is required to circulate the liquid, which inevitably leads to cell destruction and shear stress (a phenomenon in which algae are broken by shear stress, reducing cell activity and slowing growth).

チューブラ型培養装置は、光透過性のチューブからなる培養槽を用いて微細藻 類などを培養する装置である。この装置を利用して藻類を培養すると、雑菌など による培養液の汚染がなく、培養濃度も高くすることができるので、培養液から 藻類を分離し、藻類が産生する有用物質を回収する場合にはきわめて有利な方法 である。A tubular culture device is a device for cultivating microalgae and other organisms using a culture tank made of light-transmitting tubes. Cultivating algae using this device prevents contamination of the culture medium with bacteria and allows for high culture concentrations, making it an extremely advantageous method for separating algae from the culture medium and recovering useful substances produced by the algae.

しかしながら、長期間藻類を培養すると、藻類がチューブ内壁に付着し、チュ ーブを透過する光の量が極端に低下する。このような現象から効率的な微細藻類 の培養が困難であるとともにチューブ内壁に付着した藻類を除去することが容易 ではない。However, when algae are cultivated for a long period of time, the algae adhere to the inner walls of the tubes, dramatically reducing the amount of light that passes through. This phenomenon makes efficient microalgae cultivation difficult, and it is not easy to remove the algae that has adhered to the inner walls of the tubes.

このような問題を解決するためにチューブ内に洗浄用ボールを挿入し、このボ ールを常に培養液ともに循環させてチューブの内壁を洗浄する方法が提案されて いる(特開平6−90739)。しかし、この方法によってもチューブの内壁の よごれ、藻類の付着をうまく取り除き続けることはできないし、ボールを回収し 洗浄しなければならないし、また常にボールをチューブ内を循環させなければな らないなどの問題が多い。さらに、この方式による藻類の培養の問題は、チュー ブ内で培養が行われるため、藻類が光合成によってはき出す酸素ガスがチューブ 内に滞留し、この酸素が逆に藻類の光合成を阻害する作用(光合成阻害)を起こ すことである。このため、光合成で発生する酸素による培養への悪影響を抑える ための装置の工夫も提案されている。(特開平9−121835) 液膜形成培養装置は、培養槽の上面に光透過性のドーム状蓋体を設け、培養液 をドーム状蓋体の頂部の内面に下方から噴出させて、蓋体内面に培養液の液膜を 形成させ、この液膜に光を照射するものである。(特開平8−38159) しかし、この提案された方式では、液膜を形成させ続けるためには循環ポンプ が必要であるとともに大量培養には適していないし、太陽光の利用ができないな どの問題点がある。To address these issues, a method has been proposed in which cleaning balls are inserted into the tube and constantly circulated along with the culture solution to clean the inner walls of the tube (Japanese Patent Publication No. 6-90739). However, this method does not consistently remove dirt and algae from the inner walls of the tube, and it requires the balls to be collected and cleaned, as well as constantly circulating them through the tube. Another problem with this method of culturing algae is that because the culture is performed inside the tube, oxygen gas released by the algae during photosynthesis remains within the tube, and this oxygen can actually inhibit photosynthesis (photosynthesis inhibition). Therefore, various devices have been proposed to reduce the adverse effects of oxygen produced by photosynthesis on the culture. (JP Patent Publication No. 9-121835) The liquid film-forming culture device is a device that attaches a light-transmitting dome-shaped lid to the top of a culture tank. Culture medium is sprayed from below onto the inner surface of the dome-shaped lid's top, forming a liquid film of culture medium on the inside of the lid. This liquid film is then irradiated with light. (JP Patent Publication No. 8-38159) However, this proposed method requires a circulation pump to maintain liquid film formation, is not suitable for large-scale culture, and has other problems, such as being unable to utilize sunlight.

微細藻類は、光合成によって体内に有用な物質を蓄積するので、微細藻類にい かに効率よく光合成を行わせるかが大きな課題となる。光合成を効率よく行わせ る要因として考えられるものは、培養装置の受光面積の拡大、培養液の効率的撹 拌、培養液の厚さあるいは深さの調整、培養装置の内部表面に付着する微細藻類 の除去洗浄の容易性、温度制御、雑菌・ほかの微細藻類および夾雑物の混入の防 止などがある。Because microalgae accumulate useful substances in their bodies through photosynthesis, a major challenge is how to efficiently allow microalgae to photosynthesize. Potential factors for efficient photosynthesis include increasing the light-receiving area of the culture device, efficiently stirring the culture solution, adjusting the thickness or depth of the culture solution, making it easy to remove and clean microalgae that adhere to the interior surfaces of the culture device, temperature control, and preventing the intrusion of bacteria, other microalgae, and other contaminants.

受光面積の問題は、いかに受光面積を大きくとり、またいかに光を効率的に培 養液にあてるかによって左右される。The issue of the light-receiving area depends on how large the light-receiving area is and how efficiently the light is directed to the culture solution.

たとえば培養槽、培養池の場合、その表面積は、培養槽や培養池の表面によっ て決まるから、表面積を大きくするためには槽や池の大きさを大きくすることの みによって達成でき、代わりの手段がない。For example, in the case of a culture tank or pond, the surface area is determined by the surface of the tank or pond, so increasing the surface area can only be achieved by increasing the size of the tank or pond; there is no alternative.

培養液の撹拌は、培養液に光を均一に照射するためには不可欠であって、通常 その手段は、たとえばポンプによる液の撹拌とか移動によるもの、あるいは槽・ 池などでの機械的撹拌によるものが多い。Agitation of the culture solution is essential for uniform exposure to light, and is usually achieved by, for example, stirring or moving the solution with a pump, or by mechanical agitation in a tank or pond.

しかし、このような機械的撹拌は、微細藻類の細胞の破壊とかシアーストレス の原因となるので好ましくない。However, such mechanical agitation is undesirable because it can cause cell destruction and shear stress in the microalgae.

微細藻類の種類により光合成速度が異なるため、遅いものと速いものとでは培 養液の深さを変えてやる必要があり、また目的とする培養濃度に応じてその深さ を変えてやる必要がある。このように培養液の厚さあるいは深さは微細藻類の種 類と目的とする培養濃度などの条件に応じて自由に調整できるものでなければな らない。Because photosynthetic rates vary depending on the type of microalgae, the depth of the culture solution must be adjusted depending on whether the algae is slow or fast, and also depending on the desired culture concentration. Thus, the thickness or depth of the culture solution must be freely adjustable depending on the conditions, such as the type of microalgae and the desired culture concentration.

培養装置の内側表面に付着する微細藻類の除去・洗浄は、屋外での開放型の培 養池や培養槽ではあまり問題とはならない。しかし、密閉型の培養装置では、付 着した微細藻類が光を通さなくなるため、この除去・洗浄をどうしても行う必要 がある。そして、培養が終了した段階で、つぎの培養を行うために、装置の内側 表面を洗浄し、付着物を容易に除去できる装置構造となっていなければならない 。Removing and cleaning microalgae that adhere to the interior surfaces of cultivation equipment is not a major problem in open-type cultivation ponds or culture tanks used outdoors. However, in closed cultivation equipment, the adhered microalgae block light, making this removal and cleaning necessary. Furthermore, once cultivation is complete, the equipment must be designed so that the interior surfaces can be easily cleaned and the adhesions removed in order to prepare for the next cultivation.

温度制御は、とくに密閉型の装置では夏期に液の温度が上昇しすぎて培養のト ラブルが発生するため、非常に重要である。この解決策の1つとして培養液に冷 水を混入する方法があげられるが、培養液が希釈されつぎの工程の培養物の回収 で希釈された大量の培養液を取り扱わなければならい。このためこの方法は工業 的に非常に不利となる。Temperature control is extremely important, especially in closed systems, because the temperature of the culture medium can rise too high in the summer, causing problems with the culture. One solution to this problem is to add cold water to the culture medium, but this dilutes the medium, and large volumes of diluted medium must be handled in the next step, culture harvesting. This makes this method industrially disadvantageous.

また、培養装置は、通常屋外で使用するための装置であるか、あるいは屋内で 使用するための装置のいずれかである。このため、屋外用の装置を屋内で使用す ると光の利用効率が低いという問題が生じ、一方屋内用の装置を屋外では使用で きないという問題が生じている。簡単な構造の培養装置で、屋内でも屋外でも通 常の培養条件により培養できるものが必要となってきている。Furthermore, culture devices are typically either designed for outdoor use or for indoor use. Therefore, using outdoor devices indoors can result in low light utilization efficiency, while indoor devices cannot be used outdoors. This has created a need for a simple culture device that can be used indoors or outdoors under standard culture conditions.

培養液の撹拌は、培養を均一に行わせるためにどうしても必要な操作である。Agitation of the culture medium is an essential operation for uniform cultivation.

これは、液体培地の表面層部分と深層部分とでは培養速度に差が生じるため、 空気とか二酸化炭素などのガスを液体培地、すなわち培養液の全体にわたって 均一に分配しなければならないため、培養すべき微細藻類に光を均一に分配し なければならないため、培養中にコロニーを形成しやすい微細藻類が沈でんし て液底部にたまるのを防ぐとともに培養液中に再分散されるようにするため、な どの目的からである。This is because the culture rate differs between the surface and deeper layers of the liquid medium, so gases such as air and carbon dioxide must be distributed evenly throughout the liquid medium (i.e., the culture solution). Light must be distributed evenly to the microalgae being cultured. Microalgae that tend to form colonies during culture must be prevented from settling and accumulating at the bottom, and must be redispersed throughout the culture solution.

このような培養液を常時撹拌するとともに、この培養液に必要な空気あるいは 炭酸ガスなどを供給する必要がある。This culture solution must be constantly stirred and supplied with air or carbon dioxide.

したがって、本発明は、微細藻類の密閉型の培養装置でありながら、従来の開 放型あるいは密閉型の培養装置の欠点を改良した培養装置を提供することを目的 とし、その培養装置の形状はドーム形状、円錐形状あるいは円筒形状のものであ って、雑菌とか夾雑物が混入せず、培養液の温度制御で容易で、培養液を 機械的に撹拌しなくても液の撹拌ができるので藻類の細胞が破壊されたり、シア ーストレスが生じず、培養濃度を高くすることができ、装置の洗浄が容易で 、発生する酸素により培養が阻害されず、さらに光の利用効率が高いなどの 利点を有するものである。Therefore, the present invention aims to provide a closed-type microalgae culture device that overcomes the drawbacks of conventional open-type or closed-type culture devices. The culture device can be dome-shaped, conical, or cylindrical, and offers the following advantages: no contamination by bacteria or other contaminants; easy temperature control of the culture solution; agitation of the culture solution without mechanical stirring prevents destruction of algae cells or shear stress; high culture concentration; easy cleaning of the device; no inhibition of culture by oxygen generated; and high light utilization efficiency.

また、本発明は、培養装置で使用ずるガス吐出装置を提供することを目的とし 、この装置を使用して培養液に必要なガスを供給すると、装置が移動運動をして 液を撹拌するとともに、吐出されるガスによっても液が撹拌され、供給されるガ スと培養液との接触がきわめて良好となり、培養効率が上昇するなどの利点があ る。Another object of the present invention is to provide a gas discharge device for use in a culture apparatus. When this device is used to supply the necessary gas to the culture solution, the device moves and agitates the solution, and the discharged gas also agitates the solution, resulting in excellent contact between the supplied gas and the culture solution, thereby improving culture efficiency.

さらに、本発明は、上述の培養装置とガス吐出装置とを組み合わせたことを特 徴とする培養装置に関するものである。Furthermore, the present invention relates to a culture apparatus characterized by combining the above-mentioned culture apparatus with a gas discharge device.

発明の開示 本発明の微細藻類の培養装置は、ドーム形状、円錐形状または円筒形状のいず れかの形状のものから選ばれる培養装置であって、ドーム形状の培養装置は、透 明な材料よりなる外側半球状ドームと透明な材料よりなる内側半球状ドーム、お よび両ドームの下端部を連結する底部よりなり、外側半球状ドームの頂部には円 筒開口部が設けられ、底部には空気および/または炭酸ガスの導入部材および培 養液の排出部材が設けられるとともに、必要に応じて円筒開口部の外側に散水用 部材が、また底部外周に散水受器が配設されていることを特徴とするドーム形状 の培養装置であり、 円錐形状の培養装置は、透明な材料よりなる外側円錐周壁と透明な材料よりな る内側円錐周壁、および両周壁の下端部を連結する底部よりなり、外側円錐周壁 の頂部には円筒開口部が設けられ、底部には空気および/または炭酸ガスの導人 部材および培養液の排出部材が設けられるとともに、必要に応じて円筒開口部の 外側に散水用部材が、また底部外周に散水受器が配設されていることを特徴とす る装置であり、 また、円筒形状の培養装置は、透明な材料よりなる上壁を有する外側筒状周壁 と透明な材料よりなる上壁を有する内側筒状周壁、および両周壁の下端部を連結 する底部よりなり、外側筒状周壁の上壁中央部には円筒開口部が設けられ、底部 には空気および/または炭酸ガスの導入部材および培養液の排出部材が設けられ るとともに、必要に応じて円筒開口部の外側に散水部材が、また底部外周に散水 受器が配設されていることを特徴とする装置である。Disclosure of the Invention The microalgae culture device of the present invention is a culture device selected from the group consisting of a dome-shaped, conical, and cylindrical shape. The dome-shaped culture device comprises an outer hemispherical dome made of a transparent material, an inner hemispherical dome made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the domes. The outer hemispherical dome has a cylindrical opening at the top, and the bottom is equipped with an air and/or carbon dioxide inlet and a culture solution outlet. If necessary, a water sprinkler is provided on the outside of the cylindrical opening, and a water sprinkler receiver is provided around the periphery of the bottom. The conical culture device comprises an outer conical wall made of a transparent material, an inner conical wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the two walls. The outer conical wall has a cylindrical opening at its top, and the bottom is equipped with an air and/or carbon dioxide gas inlet and a culture medium outlet. If necessary, a water sprinkler is provided on the outside of the cylindrical opening, and a water sprinkler receiver is provided on the outer periphery of the bottom. The cylindrical culture device also comprises an outer cylindrical wall having an upper wall made of a transparent material, an inner cylindrical wall having an upper wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the two walls. The outer cylindrical wall has a cylindrical opening at its center, and the bottom is equipped with an air and/or carbon dioxide gas inlet and a culture medium outlet. If necessary, a water sprinkler is provided on the outside of the cylindrical opening, and a water sprinkler receiver is provided on the outer periphery of the bottom.

また、微細藻類の培養装置に使用するためのガス吐出装置は、対向する2つの 方形基板、断面コ字状あるいは断面逆U字状で、下方に開放された気泡誘導部材 および吐出ノズルより構成され、気泡誘導部材は方形基板の上側面に対して傾斜 して設けられ、その上面の傾斜壁がその上端部においてほぼ水平に折り曲げられ て延在する上壁を形成しているとともに、傾斜壁および上壁の両側端より垂下さ れる側壁を有し、かつ両側壁の下端部が方形基板の上側面で接合されており、 吐出ノズルは、傾斜壁の下方部に穿設された貫通孔を貫通して回転自在に取り つけられたものであることを特徴とする装置であって、必要に応じて対向する方 形基板のうち、少なくとも一方が先端部および/または後端郊において同一方向 に折り曲げられており、また、少なくともいずれか一方の方形基板に重量調節手 段が設けられていることを特徴とするものである。A gas discharge device for use in a microalgae culture system comprises two opposing rectangular substrates, a downwardly open bubble inducer with a U-shaped or inverted U-shaped cross section, and a discharge nozzle. The bubble inducer is inclined relative to the upper surface of the rectangular substrate, and the inclined wall on the upper surface of the bubble inducer is bent at its upper end almost horizontally to form an extending upper wall. The bubble inducer has side walls hanging down from both ends of the inclined wall and the upper wall, and the lower ends of both walls are joined to the upper surface of the rectangular substrate. The discharge nozzle is rotatably attached through a through-hole drilled in the lower portion of the inclined wall. If necessary, at least one of the opposing rectangular substrates is bent in the same direction near its front and/or rear end, and at least one of the rectangular substrates is provided with a weight adjustment means.

また、本発明は、上述の培養装置とガス吐出装置とを組み合わせてなる培養装 置である。The present invention also provides a culture device comprising the above-described culture device and a gas discharge device in combination.

培養装置で使用する透明な材料としては、透明で光透過性に優れ、耐候性、耐 紫外線性のある材料であれば何でも使用でき、たとえば、アクリル樹脂、ポリカ ーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ガラスなどの材 料があげられるが、加工のしやすさなどの点から合成樹脂がよく、特にアクリル 樹脂は上記の特性を有することから最も好ましい材料である。Any transparent material that is transparent, light-transmitting, weather-resistant, and UV-resistant can be used for the culture device. Examples include acrylic resin, polycarbonate, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, and glass. However, synthetic resins are preferred for their ease of processing, and acrylic resins are particularly preferred due to their properties.

培養装置に導入するガスとしては、その成分中に炭酸ガスを含むものでなけれ ばならないが、空気に炭酸ガスを混入して炭酸ガス濃度を高めたものでもよいし 、また空気と炭酸ガスを別々に装置に導入してもよい。The gas introduced into the culture system must contain carbon dioxide. However, air may be mixed with carbon dioxide to increase the carbon dioxide concentration, or air and carbon dioxide may be introduced into the system separately.

炭酸ガスは、一番好ましいのは空気と混合して使用するのがよい。炭酸ガスを 混合した空気が、培養液を撹拌しながら上昇していく際、炭酸ガスは培養液中に 分散・吸収されるとともに、空気は培養により発生する酸素を培養液より取り去 る働きをする。そして、炭酸ガスを単独で培養液に導入すると、導入する割合が 低くなるため、培養液中への炭酸ガスの分散速度がどうしても遅くなる傾向があ る。Carbon dioxide is best used in combination with air. As the carbon dioxide-mixed air rises through the culture solution while stirring, the carbon dioxide is dispersed and absorbed into the solution, while the air acts to remove oxygen generated by the culture from the solution. However, if carbon dioxide is introduced alone into the culture solution, the rate of introduction is low, which inevitably slows the rate at which carbon dioxide diffuses into the solution.

円筒開口部は、培養液に注入された空気や未使用の炭酸ガスや発生する酸素を 大気中に放散する作用を有するが、開放された開口部では、ゴミなどの夾雑物が 入りやすい。このような物質の混入を防止するため、フィルター部材を開口部に 設けるとか、蓋部材を開口部に設けて、フィルター部材と同様の作用をもたせる ことが好ましい。The cylindrical opening functions to release air injected into the culture medium, unused carbon dioxide, and generated oxygen into the atmosphere. However, open openings are prone to the ingress of dust and other contaminants. To prevent the ingress of such substances, it is preferable to install a filter element over the opening or to install a cover element over the opening that functions similarly to a filter element.

この開口部は、外側半球状ドーム、外側円錐周壁、あるいは外側筒状周壁の上 壁と一体で成形してもよいし、別体で成形したものを固着したものであてもよい 。This opening may be molded integrally with the upper wall of the outer hemispherical dome, outer conical wall, or outer cylindrical wall, or it may be molded separately and then attached.

培養装置本体として使用するドーム形状、円錐形状、あるいは円筒形状の培養 装置は、外側部材と内側部材をそれぞれ一体で形成したものでもよいし、一方を 一体で形成し、他方を2分割とか4分割など適宜分割した部材を組み立てたもの であってもよいし、両方を分割した部材を組み立てたものであってもよい。培養 装置の大きさと形状により装置の作り方を決定すればよい。The dome-, conical-, or cylindrical-shaped culture device used as the main body of the culture device may have an outer and inner component formed as a single unit, or one may be formed as a single unit and the other may be assembled from appropriately divided components, such as two or four pieces, or both may be assembled from divided components. The method of construction of the culture device can be determined based on the size and shape of the culture device.

さらに、散水受器は、散水され装置外表面を落下する水流を受けることができ る部材であれば、その材料と構造は問わない。材料としては、金属材料とかプラ スチック材料があげられる。Furthermore, the water receiver may be made of any material and structure, including metal and plastic, as long as it can receive the water flowing down the outer surface of the device.

また散水受器の構造としては、培養装置本体とは別体で成形したものであって もよいし、培養装置外側部材の下端部を外周水平方向に延在させ、その先端部を 上方に折り曲げて受器を構成したものであってもよいし、また培養装置内側部材 の下端部を外周水平方向に延在させ、その先端部を上方に折り曲げて散水受器を 構成したものであってもよい。The trickle receiver may be formed separately from the culture device body, or may be formed by extending the lower end of the outer culture device member horizontally around the periphery and bending the tip upward, or may be formed by extending the lower end of the inner culture device member horizontally around the periphery and bending the tip upward.

好ましいのは培養装置本体とは別体で成形した部材で散水受器を構成すること である。Preferably, the water receiver is made of a separate component molded from the main body of the culture device.

また、底部に設けられる空気および/または炭酸ガスの導入部材としては、ガ ス吐出孔を多数穿設した管状部材を使用してもよいし、底部にガス吐出孔を設け たものであってもよい。The air and/or carbon dioxide gas introducing member provided at the bottom may be a tubular member having a large number of gas discharge holes formed therein, or may be a member having gas discharge holes formed at the bottom.

この導入部材から培養液に導入されたガスは、培養液中を上昇するガスの上昇 に伴って培養液が撹拌されることとなるのでわざわざ機械的に培養液を撹拌する 必要がない。したがって、この方法によれば機械的な撹拌による細胞の破壊とか シアーストレスの発生を防止することができる。The gas introduced into the culture medium through this introduction element agitates the medium as it rises through the medium, eliminating the need for mechanical agitation. This method therefore prevents cell destruction and shear stress caused by mechanical agitation.

また、ガスの上昇に伴って、光合成により発生する酸素ガスを培養液より効率 的に早く放出させることができる。Furthermore, as the gas level rises, oxygen gas produced by photosynthesis can be released more efficiently and quickly from the culture solution.

培養液を培養装置に供給する方法としては2つある。その1つは底部に供給部 材(たとえば、底部に設けられた供給孔)を設け、この供給部材を通して培養液 を供給する方法である。There are two methods for supplying the culture medium to the culture device. One is to provide a supply member (e.g., a supply hole) at the bottom and supply the culture medium through this supply member.

2番目の方法は、頂部の円筒開口部から培養液を供給する方法である。The second method is to supply the culture medium through a cylindrical opening at the top.

装置に各種の供給部材や導入部材を設けることは、装置の複雑化を招き、それ と同時に培養する微細藻類の種類を変更しようとする場合にコンタミネーション の問題が生ずる。Providing various supply and introduction components to the device increases the complexity of the device, and at the same time, contamination problems arise when attempting to change the type of microalgae being cultivated.

そこで、第2番目の方法が一番好ましいものである。Therefore, the second method is the most preferred.

培養装置の外側の部材も、内側の部材もともに透明な材料より構成されている ので、培養装置の内側空間に人工光源を設ければ、野外培養においては夜間も培 養が可能となる。また室内培養においては培養装置の内側と外側の2つの人工光 源によって効率的な連続培養を実現することができる。Both the inner and outer components of the culture device are made of transparent materials. By providing an artificial light source inside the device, outdoor cultivation is possible even at night. In indoor cultivation, efficient continuous cultivation can be achieved by using two artificial light sources, one inside and one outside the device.

ドーム形状の培養装置は、専有面積が小さいが表面積は大きいので、受光面積 が大きい。そして、この装置では、培養液の撹拌がきわめて良好に行われる。The dome-shaped culture device has a small footprint but a large surface area, resulting in a large light-receiving area. Furthermore, this device provides excellent agitation of the culture medium.

また、この装置は、プラスチックで形成する場合、真空成形により容易に成形で き、一番安価に作製することができる。Furthermore, when this device is made of plastic, it can be easily formed by vacuum forming and is the most inexpensive to manufacture.

このような理由から、ドーム形状の培養装置が微細藻類培養装置として一番好 ましいものである。For these reasons, a dome-shaped culture device is the most preferred microalgae culture device.

培養条件を制御・監視するために温度センサー、液面レベルセンサー、pHセ ンサー、溶存酸素量センサーなどの各種のセンサーを培養装置に設けることが好 ましい。このセンサーは、円筒開口部あるいは装置の外壁を介して設けられる。In order to control and monitor the culture conditions, it is preferable to provide the culture device with various sensors such as a temperature sensor, a liquid level sensor, a pH sensor, and a dissolved oxygen sensor. These sensors are provided through the cylindrical opening or the outer wall of the device.

本発明のガス吐出装置は、空気などのガスを培養装置の底部に向けて斜め下方 に放出するので、装置内でカエルが飛びはねるようにピョンピョン飛びはねなが ら、前進する。この動作により培養液がはげしく撹拌されるとともに、放出され たガスが培養液を上昇する際に培養液を撹拌する。とくに、培養する微細藻類が コロニーを形成しやすい場合には、ガス吐出装置から吐出されるガスによってコ ロニーが破壊され、培養液中に微細藻類が分散され、培養効率が向上する。The gas discharge device of the present invention discharges gas, such as air, diagonally downward toward the bottom of the culture device, causing the algae to hop forward inside the device like a frog. This action vigorously agitates the culture solution, and the released gas also agitates the culture solution as it rises. In particular, if the microalgae being cultured tend to form colonies, the gas discharged from the gas discharge device destroys the colonies, dispersing the microalgae throughout the culture solution and improving culture efficiency.

ガス吐出装置は通常プラスチックによって構成されるが、重量調節手段を設け て、装置の重さを調節する。The gas discharge device is usually made of plastic, and a weight adjustment means is provided to adjust the weight of the device.

本発明の培養装置を利用して培養することができる微細藻類は、従来から商業 的に成功しているクロレラ(Chlorella)、スピルリナ(Spirulina)、ドナリエ ラばかりでなく、各種の微細藻類を培養できる。たとえば、β−ケトカロチノイ ド(アスタキサンチン)を産生するヘマトコッカス・プルビイアリス(Haematoc occus pluviaris)、海洋性魚類養殖用の生餌となったり高度不飽和脂肪酸(D HA)を産生するイソクリシス・ガルバーナ(Isocrysis galvana)、同じく海 洋性魚類養殖用の生餌となったり高度不飽和脂肪酸(EPA)を産生するナンノ クロロプシス・オキュラータ(Nannochloropsis oculata)などの有用性物質を産 生する付値価値の高い微細藻類があげられる。本発明の培養装置はこれらの微細 藻類を高濃度でしかも光の高い利用効率で培養することができる。Microalgae that can be cultured using the culture device of the present invention include not only the commercially successful Chlorella, Spirulina, and Dunaliella, but also a variety of other microalgae. Examples include highly valuable microalgae that produce useful substances, such as Haematococcus pluviaris, which produces β-ketocarotenoids (astaxanthin), Isocrysis galvana, which is used as live feed for marine fish farming and produces polyunsaturated fatty acids (DHA), and Nannochloropsis oculata, which is also used as live feed for marine fish farming and produces polyunsaturated fatty acids (EPA). The culture device of the present invention allows these microalgae to be cultured at high concentrations with high light utilization efficiency.

図面の簡単な説明 第1図は、この発明の培養装置のドーム形状のものの断面図であり、 第2図は、第1図で示されたドーム形状の培養装置による培養時の様子を示す 部分的模式図であり、 第3図は、第1図で示されたドーム形状の培養装置の正面図であり、 第4図は、第1〜3図で示されるドーム形状の培養装置を利用した微細藻類の 大量培養システムを示ず説明図であり、 第5図は、この発明の円錐形状の培養装置の断面図であり、 第6図は、第5図の円錐形状の培養装置の正面図であり、 第7図は、この発明の円筒形状の培養装置の断面図であり、 第8図は、第7図の円筒形状の培養装置の正面図であり、 第9図は、ガス吐出装置の斜視図であり、 第10図は、第9図のガス吐出装置の側面図であり、 第11図は、第9図のガス吐出装置の平面図であり、 第12図は、第9図のガス吐出装置の断面図であり、 第13図は、第9図のガス吐出装置の吐出ノズルの拡大断面図であり、 第14図は、ガス吐出装置がガスを培養液中に吐出したときの様子を示す断面 説明図であり、 第15図は、ドーム形状の培養装置自体とガス吐出装置とを組み合わせた培養 装置の断面説明図であり、 第16図は、第15図の一部切り欠き上面図であり、 第17図は、円錐形状の培養装置自体とガス吐出装置とを組み合わせた培養装 置の断面説明図であり、 第18図は、円筒形状の培養装置自体とガス吐出装置とを組み合わせた培養装 置の断面説明図であり、 第19図は、本発明のガス吐出装置の他の例を示す斜視図であり、 第20図は、本発明のガス吐出装置の別の例を示す斜視図であり、 第21図は、本発明のガス吐出装置のさらに別の例を示す斜視図であり、 第22図は、第21図におけるX−X’断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a cross-sectional view of a dome-shaped culture device of the present invention. Figure 2 is a partial schematic diagram showing the state of culture using the dome-shaped culture device shown in Figure 1. Figure 3 is a front view of the dome-shaped culture device shown in Figure 1. Figure 4 is an explanatory diagram showing a mass culture system for microalgae using the dome-shaped culture device shown in Figures 1-3. Figure 5 is a cross-sectional view of a conical culture device of the present invention. Figure 6 is a front view of the conical culture device of Figure 5. Figure 7 is a cross-sectional view of a cylindrical culture device of the present invention. Figure 8 is a front view of the cylindrical culture device of Figure 7. Figure 9 is a perspective view of a gas discharge device. Figure 10 is a side view of the gas discharge device of Figure 9. Figure 11 is a plan view of the gas discharge device of Figure 9. Figure 12 is a cross-sectional view of the gas discharge device of Figure 9, Figure 13 is an enlarged cross-sectional view of the discharge nozzle of the gas discharge device of Figure 9, Figure 14 is a cross-sectional explanatory diagram showing the state when the gas discharge device discharges gas into the culture solution, Figure 15 is a cross-sectional explanatory diagram of a culture device combining a dome-shaped culture device itself with a gas discharge device, Figure 16 is a partially cut-away top view of Figure 15, Figure 17 is a cross-sectional explanatory diagram of a culture device combining a conical-shaped culture device itself with a gas discharge device, Figure 18 is a cross-sectional explanatory diagram of a culture device combining a cylindrical-shaped culture device itself with a gas discharge device, Figure 19 is a perspective view showing another example of the gas discharge device of the present invention, Figure 20 is a perspective view showing another example of the gas discharge device of the present invention, Figure 21 is a perspective view showing yet another example of the gas discharge device of the present invention, Figure 22 is a cross-sectional view taken along the X-X' line in Figure 21.

発明を実施するための最良の形態 本発明をより詳細に説明するために、添付の図面にしたがって、本発明の培養 装置およびガス吐出装置を説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION To explain the present invention in more detail, the incubation device and gas discharge device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図ないし第3図は、ドーム形状の培養装置1を示す。1 to 3 show a dome-shaped culture device 1.

第3図は、ドーム形状の培養装置1の正面図であり、外側半球状ドーム8の頂 部には円筒開口部4が設けられ、この円筒開口部4の外側にはドーム8を冷却す るための散水部材3が設けられ、ドーム8の下部には散水部材3から散水された 水の散水受器11が設けられており、装置1は複数の固定部材16により支持さ れている。そして、培養装置の底部14には、ガス導入部材6と、培養液の排出 部材7が取り付けられている。Figure 3 is a front view of the dome-shaped culture apparatus 1. A cylindrical opening 4 is provided at the top of the outer hemispherical dome 8. A sprinkler member 3 for cooling the dome 8 is provided outside the cylindrical opening 4. A sprinkler receiver 11 for water sprinkled from the sprinkler member 3 is provided below the dome 8. The apparatus 1 is supported by multiple fixing members 16. A gas inlet member 6 and a culture medium outlet member 7 are attached to the bottom 14 of the culture apparatus.

第1図は、装置1の断面図である。この装置1は、外側半球状ドーム8と、内 側半球状ドーム9、および両ドームの下端部を連結する底部14により構成され ている。そして、ドーム8の頂部には円筒開口部4が別体で設けられ、円筒開口 部4の外側には散水部材3が設けられ、冷却水15がこの散水部材3よりドーム 8の表面に散水され、ドーム8の表面を膜状となって覆いながら落下して散水受 器11に至るようになっている。Figure 1 is a cross-sectional view of the apparatus 1. The apparatus 1 is composed of an outer hemispherical dome 8, an inner hemispherical dome 9, and a base 14 connecting the lower ends of the two domes. A separate cylindrical opening 4 is provided at the top of the dome 8, and a sprinkler member 3 is provided outside the cylindrical opening 4. Cooling water 15 is sprinkled onto the surface of the dome 8 from the sprinkler member 3, and falls down to a sprinkler receiver 11 while covering the surface of the dome 8 in the form of a film.

この冷却水15により培養液5の温度を制御する(第2図参照)。The temperature of the culture solution 5 is controlled by this cooling water 15 (see FIG. 2).

ドーム8、ドーム9、底部14、円筒開口部4、および散水受け器11は、透 明な材料によりそれぞれ構成されている。透明な材料としてはアクリル樹脂が使 用されている。また散水受器11の材料としてはステンレスなどの金属材料も好 都合に使用できる。そして、散水受器11より冷却水は排水部材(図示せず)を とおって排水される。排水された水は貯水され、冷却水として再び使用される。The domes 8, 9, bottom 14, cylindrical opening 4, and trickle receptacle 11 are each made of a transparent material. An acrylic resin is typically used as the transparent material. Metal materials such as stainless steel can also be conveniently used for the trickle receptacle 11. The cooling water drains from the trickle receptacle 11 through a drainage member (not shown). The drained water is stored and reused as cooling water.

底部14には、空気および/または炭酸ガスを培養液5に供給するためのガス 導入部材6、および培養液5を培養装置1から抜き取るための排出部材7が取り 付けられている。底部14の上面には、管上面に多数の注入口が穿設されたガス 注入管10が複数個配設され、ガス導入部材6の一部を構成している。ガス導入 部材6により供給されるガスは、炭酸ガスを混合した空気が一番好ましいが、空 気だけでもよい。A gas inlet member 6 for supplying air and/or carbon dioxide to the culture solution 5 and an outlet member 7 for removing the culture solution 5 from the culture device 1 are attached to the bottom 14. A plurality of gas inlet pipes 10 with multiple inlets drilled on the upper surface of the bottom 14 are arranged on the upper surface of the bottom 14 and constitute part of the gas inlet member 6. The gas supplied by the gas inlet member 6 is preferably air mixed with carbon dioxide, but air alone may also be used.

内側半球状ドームの内側空間には人工光源2を設けてある。人工光源2により 、夜間の屋外培養の場合にも微細藻類に光合成を行わせることが可能となる。さ らに室内培養の場合には培養装置の外側と内側から同時に人工光源により光合成 を行わせることができ、この場合には培養液の深さあるいは厚さを大きくすろこ ともできる。An artificial light source 2 is installed inside the inner hemispherical dome. This allows microalgae to photosynthesize even during outdoor cultivation at night. Furthermore, for indoor cultivation, photosynthesis can be performed using artificial light sources simultaneously from both the inside and outside of the cultivation device, allowing for greater depth or thickness of the culture solution.

第2図は、培養時の様子を模式的に示したものである。ガス注入管10より焙 養液5に放出されたガスの気泡12は、その浮力により外側半球状ドーム8の内 壁に沿って培養液5中を上昇する。この気泡12の上昇の動きは培養液の上昇を 促進するとともに気泡12に含まれる炭酸ガスは培養液に供給され、微細藻類の 光合成により発生する酸素は気泡12に取り込まれる。気泡12は培養液の表面 で大気中に開放される。ドーム8の内壁に沿って上昇してきた培養液の流れ17 は、内側半球状ドーム9の壁に沿って下降する。Figure 2 shows a schematic diagram of the culture process. Gas bubbles 12 released into the culture solution 5 from the gas injection pipe 10 rise through the culture solution 5 along the inner wall of the outer hemispherical dome 8 due to their buoyancy. This upward movement of the bubbles 12 promotes the upward movement of the culture solution, and carbon dioxide contained in the bubbles 12 is supplied to the culture solution. Oxygen generated by photosynthesis of the microalgae is absorbed by the bubbles 12. The bubbles 12 are released into the atmosphere at the surface of the culture solution. The culture solution flow 17 that rose along the inner wall of the dome 8 descends along the wall of the inner hemispherical dome 9.

このように、培養液に底部付近から供給される空気などのガスは、培養液に炭 酸ガスを供給する一方で、発生ずる酸素ガスを取り込んで大気に放出する作用を 有するとともに、培養液を同時に均一に撹拌するという作用を有するものである 。In this way, gases such as air supplied to the culture solution from near the bottom not only supply carbon dioxide to the culture solution, but also absorb the oxygen gas that is generated and release it into the atmosphere, while simultaneously agitating the culture solution uniformly.

夏期では、培養液の温度が上がりすぎ、培養が困難となるような場合には散水 部材3より冷却水15を外側半球状ドーム8の表面上に供給し、培養液の温度を 調節することができる。冷却に使用された水は散水受器11を介して回収され、 再度使用される。In summer, if the temperature of the culture medium rises too high and cultivation becomes difficult, cooling water 15 can be supplied from the sprinkler member 3 onto the surface of the outer hemispherical dome 8 to regulate the temperature of the culture medium. The water used for cooling is collected via the sprinkler receiver 11 and reused.

屋外培養の場合、夜間にも培養を行うときには、内側半球状ドーム9の内側空 間に設けた人工光源2を使用ずると24時間連続培養が可能となる。In the case of outdoor cultivation, if cultivation is to be continued at night, continuous cultivation for 24 hours can be achieved by using an artificial light source 2 provided in the inner space of the inner hemispherical dome 9.

微細藻類は日中太陽光を受けてさかんに光合成を行って、増殖するとともに、 体内に蛋白質、多糖類、脂肪酸、色素類、ビタミン類などの有用物質を産生し、 蓄積するが、夜間においては、このような光合成が行われないため、日中に合成 したものなどが、微細藻類自体のエネルギー消費によって、たとえば夏期におい ては、日中に比べて最大で藻類の菌体の約20%もの重量が失われてしまうため 、大きなロスとなる。During the day, microalgae actively photosynthesize in the sunlight and grow, producing and accumulating useful substances such as proteins, polysaccharides, fatty acids, pigments, and vitamins. However, at night, such photosynthesis does not occur, and the substances synthesized during the day are lost due to the microalgae's own energy consumption. In summer, for example, up to about 20% of the weight of the algae body is lost compared to daytime, resulting in a significant loss.

そこでこのロスを防止するため人工光源により光合成を行わせてこの分を補う ことができる。したがって、最小限の光合成を行わせるだけの光量の人工光源で 十分であるが、これ以上の光合成を行わせてもさしつかえない。人工光源として は、たとえば蛍光灯、白熱灯、ハロゲンランプなどがあげられる。To prevent this loss, artificial light sources can be used to stimulate photosynthesis and compensate for this loss. Therefore, an artificial light source with enough light to stimulate minimal photosynthesis is sufficient, but more light than this is acceptable. Examples of artificial light sources include fluorescent lamps, incandescent lamps, and halogen lamps.

室内培養の場合には培養装置1の外側と内側の両方から人工光源を利用し得行 う。このように人工光源2を使用すると24時間効率的な連続培養が可能となる 。For indoor cultivation, artificial light sources can be used both inside and outside the cultivation device 1. Using artificial light source 2 in this way enables efficient continuous cultivation 24 hours a day.

培養状況を監視するためには、培養液の温度、液面レベル、pHおよび溶存酸 素量(DO)を常時測定し、これらの数値を最適範囲内に保つことが必要である 。そこで、これらのセンサーを装置に取り付けることが望ましく、頂部の円筒開 口部4を介して設置されるか、ドーム8あるいはドーム9のいずれか一方あるい は両方を介して設けるのがよい。ドームに取り付けると、装置が複雑化し、洗浄 な どに手間がかかるので、円筒開口部4を介して設置することが一番好ましい。To monitor the culture status, it is necessary to constantly measure the temperature, liquid level, pH, and dissolved oxygen (DO) of the culture medium and maintain these values within optimal ranges. Therefore, it is desirable to attach these sensors to the device, preferably through the cylindrical opening 4 at the top, or through either dome 8 or dome 9, or both. Since dome installation increases the device's complexity and makes cleaning more difficult, installation through the cylindrical opening 4 is most preferable.

このドーム形状の培養装置1は、半径を異にする二種類の半球状ドームを任意 に組み合わせることにより、2つのドーム間に形成される空間の容量と、ドーム 間の距離を変化させることができる。このことは、培養液量と培養液の厚さある いは深さを自由に設定できることを意味する。This dome-shaped culture device 1 can be freely combined with two types of hemispherical domes with different radii to change the volume of the space formed between the two domes and the distance between the domes. This means that the volume of culture medium and the thickness or depth of the culture medium can be freely set.

さらに、培養液が接触する装置表面には微細藻類が付着するため、この付着物 を除去し、洗浄する際には、この組み合わせた二種類の半球状ドームのうち、外 側半球状ドーム8を取りはずし、それぞれを洗浄することもできるし、両者を取 りはずして別の場所で洗浄することもできる。Furthermore, because microalgae adhere to the surfaces of the device that come into contact with the culture medium, when removing and cleaning this adhesion, the outer hemispherical dome 8 of the two hemispherical domes can be removed and washed separately, or both can be removed and washed in separate locations.

半球状ドームは、外側半球状ドームはたとえば2分割したものを組み立てると 非常に便利である。いずれにせよ、二種類のドームは、それぞれ一体で成型した ものである必要はなく、複数に分割して成型したものを組み立ててもよいもので ある。It is very convenient to assemble the outer hemispherical dome in two separate pieces. In any case, the two domes do not have to be molded as a single unit; they can be molded in multiple separate pieces and then assembled.

半球状ドームの形状としては、球体状のものを適宜の位置で切断した半球状の ドーム型のものであってもよいが、光の利用率、受光などの観点からみて、半球 状程度のものが一番好ましい。The hemispherical dome shape may be a hemispherical dome formed by cutting a sphere at an appropriate position, but from the standpoint of light utilization efficiency and light reception, a hemispherical shape is most preferable.

さらに球体状のものばかりでなく、卵形などの変形した球体状のものも本発明 の対象である。Furthermore, the present invention is not limited to spherical shapes, but also encompasses deformed spherical shapes such as oval shapes.

ドームの大きさとしては、たとえば直径50cm程度のものから200cm程度の ものまで使用できるが、培養する微細藻類の種類と培養条件および培養目的に応 じて適切な大きさのものを任意に選択して培養装置とずればよい。Dome sizes can range from about 50 cm to 200 cm in diameter, but the appropriate size can be selected as the culture device depending on the type of microalgae to be cultured, the culture conditions, and the purpose of the culture.

二種類のドームの間隔は、微細藻類の種類と培養条件および培養目的にもよる が、最大の光合成効率が得られるように設定すればよい。通常は、好ましくは2 .5cmないし10cm、より好ましくは5cm程度である。The distance between the two domes depends on the type of microalgae, the cultivation conditions, and the purpose of cultivation, but should be set so as to obtain maximum photosynthetic efficiency. Generally, it is preferably 2.5 to 10 cm, and more preferably about 5 cm.

つぎに、半径約50cmの外側半球状ドーム8と半径約45cmの内側半球状ドー ムとでドーム問隔5cmのドーム形状培養装置1を組み立て、かつ、ドーム8の頂 部にはドーム8とは別体で成型した直径6cmの円筒開口部4を設けた。Next, a dome-shaped culture device 1 was assembled, consisting of an outer hemispherical dome 8 with a radius of approximately 50 cm and an inner hemispherical dome with a radius of approximately 45 cm, with a dome-to-dome distance of 5 cm. At the top of the dome 8, a cylindrical opening 4 with a diameter of 6 cm was formed separately from the dome 8.

この培養装置を使用して微細藻類スピルリナ・プラテンシス(Spirulina Plat encis)を培養したところ、培養濃度として10〜20g/リットル、生産性も 2.0〜5.0g/リットル/日を実現することができた。一方、従来の培養池 方 式の場合には培養濃度が0.3〜0.5g/リットル、生産性も0.1〜0.2g/ リットル/日である。そして、従来の培養方法に比較し生産性が約10倍に向上 することが判明した。When the microalga Spirulina platensis was cultivated using this culture device, a culture concentration of 10-20 g/L and a productivity of 2.0-5.0 g/L/day were achieved. In contrast, the conventional culture pond method achieved a culture concentration of 0.3-0.5 g/L and a productivity of 0.1-0.2 g/L/day. This demonstrated an approximately 10-fold improvement in productivity compared to conventional cultivation methods.

また赤色色素のアスタキサンチンを産生ずるヘマトコッカス・プルビイアリス (Haematococcus Pluviaris)の培養では、培養濃度として5g〜10g/リット ルの高濃度培養により、色素アスタキサンチンを4%〜8%の高含量を含む藻体 (バイオマス)の生産が可能であることが判明した。この赤色色素を産生するヘ マトコッカス・プルビイアリス(Haematococcus Pluviaris)の培養は従来の培 養池方式ではきわめて困難である。またさらに、海洋性藻類のナンノクロロプシ ス・オキュラータ(Nannochloropsis Oculata)でも約5g〜10g/リットル の高濃度培養が可能であった。従来の方法では0.2〜0.4g/リットルが限 度である。Additionally, in the cultivation of Haematococcus pluvialis, which produces the red pigment astaxanthin, it was found possible to produce algal biomass containing astaxanthin at a high concentration of 4% to 8% by culturing at a concentration of 5-10 g/L. Cultivating this red pigment-producing Haematococcus pluvialis is extremely difficult using conventional pond culture methods. Furthermore, the marine alga Nannochloropsis oculata was also successfully cultivated at a concentration of approximately 5-10 g/L, compared with a conventional method limit of 0.2-0.4 g/L.

第4図は、本発明による密閉型野外培養装置を多数配置して、微細藻類を同時 にかつ大量に培養することができるシステムを示したもので、構成する個々の装 置には、同時に同種類の微細藻類を入れて培養してもよいし、あるいは個々の装 置には別々に種類の異なるものを入れて培養してもよいようになっており、個々 の装置には各種のセンサーが取り付けられ、培養条件を制御できるようになって いる。Figure 4 shows a system for simultaneously culturing large quantities of microalgae by arranging multiple closed outdoor cultivation devices according to the present invention. Each device may contain the same type of microalgae for cultivation simultaneously, or different types of microalgae may be cultivated separately. Each device is equipped with various sensors to control the cultivation conditions.

このため、個々の装置で培養されている微細藻類の種類が相違しても、個々の 装置の各種の培養条件を独立して制御できるので非常に有効である。This is extremely effective because it allows for independent control of the various culture conditions of each device, even if the types of microalgae being cultured in each device are different.

そして、個々の装置をある程度密に配置しても光の利用率ないし占有面積あた りの光の受光面積が大きいので非常に便利で、大量培養に適し、生産性は非常に 高くなる。Furthermore, even if individual devices are arranged relatively densely, the light utilization rate or the light receiving area per occupied area is large, making it very convenient, suitable for large-scale culture, and extremely productive.

第5図および第6図は、円錐形状の培養装置21を示す。5 and 6 show a conical shaped culture device 21.

第6図は、円錐形状の培養装置21の正面図であり、透明な材料よりなる外側 円錐周壁28の頂部には円筒開目部24が設けられ、この開口部24の外側には 、周壁28を冷却するための散水部材23が設けられ、周壁28の下部には敗水 部材23から散水された冷却水の散水受器31が設けられ、装置21は複数の固 定部材36により支持されている。FIG. 6 is a front view of the conical culture device 21. The outer conical peripheral wall 28 is made of a transparent material and has a cylindrical opening 24 at the top. A sprinkler member 23 for cooling the peripheral wall 28 is provided outside the opening 24. A sprinkler receiver 31 for cooling water sprinkled from the sprinkler member 23 is provided at the bottom of the peripheral wall 28. The device 21 is supported by multiple fixing members 36.

そして、装置21の底部14にはガス導入部材26と、培養液の排出部材27 が取り付けられている。A gas inlet member 26 and a culture medium outlet member 27 are attached to the bottom 14 of the device 21.

第5図は、装置21の断面図である。この装置21は、透明な材料よりなる外 側円錐周壁28と、透明な材料よりなる内側円錐周壁29および両周壁の下端部 を連結する底部34により構成されている。外側円錐周壁28の頂部には円筒開 口部24が別体で設けられ、開口部24の外側には散水部材23が設けられ、冷 却水がこの散水部材23より周壁28の表面に散水され、周壁28の表面を膜状 となって覆いながら落下して散水受器31に至るようになっている。冷却水によ り培養液25の温度を制御する。Figure 5 is a cross-sectional view of the device 21. The device 21 is composed of an outer conical peripheral wall 28 made of a transparent material, an inner conical peripheral wall 29 also made of a transparent material, and a bottom 34 connecting the lower ends of both peripheral walls. A cylindrical opening 24 is provided separately at the top of the outer conical peripheral wall 28, and a sprinkler member 23 is provided outside the opening 24. Cooling water is sprinkled from the sprinkler member 23 onto the surface of the peripheral wall 28, covering the surface of the peripheral wall 28 as a film, and then falls to the sprinkler receiver 31. The temperature of the culture medium 25 is controlled by the cooling water.

周壁28、周壁29、底部34、円筒開口部24および散水受器31は、アク リル樹脂のような透明な材料によってそれぞれ構成されている。The peripheral wall 28, the peripheral wall 29, the bottom 34, the cylindrical opening 24, and the water spray receiver 31 are each made of a transparent material such as acrylic resin.

散水受器31から冷却水は排水部材(図示せず)をとおって排水される。The cooling water is drained from the water spray receiver 31 through a drain member (not shown).

底部34には、空気および/または炭酸ガスを培養液25に供給するためのガ ス導入部材26および培養液25を装置21から抜き取るための排出部材27が 取り付けられている。底部14の上面には、多数のガス注入口が管上面に穿設さ れたガス注入管30が複数個配設され、ガス導入部材26の一部を構成している 。さらに、周壁29の内側空間には人工光源22が設けられ、屋外培養の夜間の 際に光合成を連続して行うことができるようになっている。Attached to the bottom 34 are a gas inlet 26 for supplying air and/or carbon dioxide to the culture solution 25 and an outlet 27 for removing the culture solution 25 from the device 21. A plurality of gas inlet pipes 30 with multiple gas inlets drilled into their upper surfaces are located on the upper surface of the bottom 14, forming part of the gas inlet 26. Furthermore, an artificial light source 22 is provided in the interior space of the peripheral wall 29, allowing continuous photosynthesis during outdoor cultivation at night.

第7図および第8図は、円筒形状の培養装置41を示す。7 and 8 show a cylindrical culture device 41.

第8図は、円筒形状の培養装置41の正面図であり、透明な材料よりなる上壁 57を有する外側筒状周壁48の上壁中央郎付近に円筒開口部44が設けられ、 この開口部44の外側には上壁57および周壁48を冷却するための散水部材4 3が設けられ、周壁48の下部には散水部材43から散水された冷却水の散水受 器51が設けられ、装置41は複数の固定部材56により支持されている。Figure 8 is a front view of a cylindrical culture device 41. The outer cylindrical peripheral wall 48 has a top wall 57 made of a transparent material. A cylindrical opening 44 is provided near the center of the top wall. A sprinkler member 43 for cooling the top wall 57 and peripheral wall 48 is provided outside the opening 44. A sprinkler receiver 51 for cooling water sprinkled from the sprinkler member 43 is provided at the bottom of the peripheral wall 48. The device 41 is supported by multiple fixing members 56.

そして、装置41の底部54にはガス導入部材46と、培養液の排出部材47 が取り付けられている。A gas inlet member 46 and a culture medium outlet member 47 are attached to the bottom 54 of the device 41.

第7図は、装置41の断面図である。装置41は、上壁57を有する外側筒状 周壁48と上壁58を有する内側筒状周壁49および両周壁の下端部を連結する 底部54により構成されている。そして上壁57の中央部付近には円筒開口部4 4が一体で設けられ、開口部44の外側には散水部材43が設けられ、冷却水が この散水部材43より上壁57に散水され、周壁48の表面を膜状となって覆い ながら散水受器51に至るようになっている。Figure 7 is a cross-sectional view of the device 41. The device 41 is composed of an outer cylindrical peripheral wall 48 having an upper wall 57, an inner cylindrical peripheral wall 49 having an upper wall 58, and a bottom 54 connecting the lower ends of the two peripheral walls. A cylindrical opening 44 is integrally formed near the center of the upper wall 57, and a sprinkler member 43 is provided outside the opening 44. Cooling water is sprinkled from the sprinkler member 43 onto the upper wall 57, forming a film that covers the surface of the peripheral wall 48, and reaches the sprinkler receiver 51.

冷却水により培養液45の温度を制御する。The temperature of the culture solution 45 is controlled by cooling water.

周壁48、周壁49、上壁57、上壁58、円筒開口部44および散水受器5 1は、アクリル樹脂のような透明な材料によってそれぞれ構成されている。The peripheral wall 48, the peripheral wall 49, the upper wall 57, the upper wall 58, the cylindrical opening 44, and the water spray receiver 51 are each made of a transparent material such as acrylic resin.

散水受器51から冷却水は排水部材(図示せず)をとおって排水される。底部 54にはガスを培養液に供給するためのガス導入部材46および培養液45を装 置41から抜き取るための排出部材47が取り付けられている。底部54の上面 には、多数のガス注入口が管上面に穿設されたガス注入管50が複数個配設され 、ガス導入部材46の一部を構成している。Cooling water is drained from the trickle receiver 51 through a drainage member (not shown). A gas inlet member 46 for supplying gas to the culture solution and a drainage member 47 for removing the culture solution 45 from the device 41 are attached to the bottom 54. A plurality of gas inlet pipes 50 with multiple gas inlets drilled into their upper surfaces are arranged on the upper surface of the bottom 54, forming part of the gas inlet member 46.

さらに、上壁58および周壁49により形成される内側空間には人工光源42 が設けられ、夜間でも光合成できるようになっている。Furthermore, an artificial light source 42 is provided in the inner space formed by the upper wall 58 and the peripheral wall 49, allowing photosynthesis to occur even at night.

第9図ないし第12図はガス吐出装置100のそれぞれ斜視図、側面図、平面 図および断面図を示し、第13図はガス吐出装置の吐出ノズルの拡大断面図を示 すものである。9-12 show a perspective view, a side view, a plan view, and a cross-sectional view, respectively, of the gas delivery device 100, and FIG. 13 shows an enlarged cross-sectional view of the delivery nozzle of the gas delivery device.

ガス吐出装置100は、対向する方形基板101、101’、断面コ字状で下 方に開放された気泡誘導部材102、および吐出ノズル103よりなっており、 気泡誘導部材102は、方形基板の上側面107、107’に対して傾斜して設 けられているとともにその上面の傾斜壁104およびその上端部がほぼ水平に延 在した上壁105を有するとともに、傾斜壁104と上壁105の両側端部より 垂下された側壁106、106’を有し、両側壁106、106’の下端部が両 方形基板101、101’の上側面107、107’で接合されている。両方形 基板は固定部材108、108’により固定されている。Gas discharge device 100 consists of opposing rectangular substrates 101, 101', a bubble guide member 102 with a U-shaped cross section that opens downward, and a discharge nozzle 103. Bubble guide member 102 is inclined relative to the upper surfaces 107, 107' of the rectangular substrates, and has an inclined wall 104 on its upper surface, an upper wall 105 whose upper end extends approximately horizontally, and side walls 106, 106' depending from both ends of inclined wall 104 and upper wall 105, with the lower ends of both side walls 106, 106' joined to the upper surfaces 107, 107' of both rectangular substrates 101, 101'. Both substrates are fixed by fixing members 108, 108'.

吐出ノズル103は、傾斜壁104の下方部に穿設された貫通孔109を貫通 して回転自在に設けられている。ノズル103は貫通孔109から抜け出さない ようにノズル103の外周部にストッパー110、110’が貫通孔109をは さんで対向位置に設けられている。The discharge nozzle 103 is rotatably provided through a through-hole 109 drilled in the lower part of the inclined wall 104. To prevent the nozzle 103 from slipping out of the through-hole 109, stoppers 110 and 110' are provided on the outer periphery of the nozzle 103 at opposing positions across the through-hole 109.

培養装置本体は、ドーム形状のもの、三角錐形状のもの、円筒形状のもののい ずれの形式のものであっても、その底部の内側端と外側端は同心円の円周となっ ているので、円板の中央部分を丸くくりぬいた円形状となっている。このくりぬ かれた円形状の底部を容易に移動できるように、第11図にみるように方形基板 101、101’は先端部分および後端部分が同一方向に曲げられている。Whether the culture device body is dome-shaped, triangular pyramidal, or cylindrical, the inner and outer edges of its bottom are concentric circles, creating a circular shape with a circular hole cut out from the center of the plate. To facilitate easy movement of this hollowed-out circular bottom, the leading and trailing ends of the rectangular base plates 101, 101' are bent in the same direction, as shown in Figure 11.

そして、傾斜壁104の傾斜角は、方形基板の上側面に対して45°〜60° となるように設計するのがよい。The angle of inclination of the inclined wall 104 with respect to the upper surface of the square substrate should be designed to be 45° to 60°.

第14図は、ガス吐出装置により、ガスを培養液中に吐出したときの様子を示 す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing the state when gas is discharged into the culture solution by the gas discharge device.

空気あるいは炭酸ガスを混入した空気などのガスは、培養装置とは別に設けら れたガス供給装置(図示せず)から、ガス導入管111を経て吐出ノズル103 に至り、その先端部から培養装置の底部112に向けて放出される。放出された ガス113は底部112に当たった後、気泡114となって気泡誘導部材102 の内側すなわち、傾斜壁104および上壁105に沿って上昇し、上壁105の 端部から培養液115中に送り出される。送り出された気泡114は液中を上昇 し、培養液表面で大気に放出される。ガスが培養液と接触している間に炭酸ガス が培養液に吸収され、一方藻類の光合成によって発生し培養液に気泡ないし溶解 している酸素がガスに取り込まれる。気泡114は培養液中を上昇する際に液を 同時に上方に押し上げるので、液の対流を発生させる。Gas, such as air or air mixed with carbon dioxide, travels from a gas supply device (not shown) installed separately from the culture device through a gas inlet pipe 111 to an outlet nozzle 103 and is released from its tip toward the bottom 112 of the culture device. After hitting the bottom 112, the released gas 113 turns into bubbles 114 and rises along the inside of the bubble guide member 102, i.e., along the inclined wall 104 and upper wall 105, and is discharged from the edge of the upper wall 105 into the culture solution 115. The discharged bubbles 114 rise through the solution and are released into the atmosphere at the surface of the culture solution. While the gas is in contact with the culture solution, carbon dioxide is absorbed into the culture solution, while oxygen, generated by algae photosynthesis and dissolved in the culture solution as bubbles, is absorbed into the gas. As the bubbles 114 rise through the culture solution, they simultaneously push the liquid upward, generating convection currents in the liquid.

吐出ノズル103の先端部から放出されるガスと気泡114により、ガス吐出 装置自体に浮力が生じるとともに矢印で示した方向に推進力が生じる。このため ガス吐出装置100は矢印方向に浮き上がった状態で移動する。移動すると装置 100の自重により底部に着地し、また浮き上がって前進するという動作を繰り 返すので、この動作により培養液が大きく撹拌されることになる。このガス吐出 装置の培養液中での動作は、カエルがピョンピョン飛びはねながら前進していく 動作と類似している。The gas and bubbles 114 released from the tip of the discharge nozzle 103 create buoyancy within the gas discharge device itself, generating a propulsive force in the direction indicated by the arrow. This causes the gas discharge device 100 to move in a floating state in the direction indicated by the arrow. As it moves, the device 100 repeatedly lands on the bottom due to its own weight, then floats up and moves forward, resulting in significant agitation of the culture medium. The movement of this gas discharge device in the culture medium is similar to the movement of a frog hopping forward.

ガス吐出装置100を形成する部材は、通常プラスチックであるが、プラスチ ック自体は培養液中では浮力もあり相当軽いものが多いので、プラスチックに比 重の大きな充填剤を添加してある程度の重量を与えて成形したものか、あるいは 方形基板101、101’に岩石粉末や充填剤粉末をエポキシ樹脂などの合成樹 脂で接着したものを積層して成形した人造石様のもの、あるいは方形基板101 、101’の下部を人造石様の材料で上部をプラッスチックで形成したものが、 あるいは、方形基板101、101’の対向面の任意の箇所に鉛などの金属のお もりを着脱自在にして、ガス吐出装置3の全体の重さを調節可能としたものがあ げられるが、全体の重さを調節可能としたものが一番好ましい。The components that make up gas discharge device 100 are typically plastic. However, since plastic itself is often quite light and buoyant in the culture medium, they are often molded to add a heavy filler to give them a certain amount of weight. Alternatively, they may be molded to resemble artificial stone by laminating rock powder or filler powder bonded to rectangular substrates 101, 101' with synthetic resin such as epoxy resin. Alternatively, rectangular substrates 101, 101' may have their lower portions made of an artificial stone-like material and their upper portions made of plastic. Alternatively, metal weights such as lead may be attached and detached to any desired locations on the opposing surfaces of rectangular substrates 101, 101' to adjust the overall weight of gas discharge device 3. The most preferable configuration is one that allows for adjustment of the overall weight.

第15図は、ガス吐出装置100’およびドーム形状の培養装置本体151を 組み合わせてなる培養装置150の断面説明図であり、第16図はその上面図で あって、その一部を切り欠いたものを示す。FIG. 15 is a cross-sectional view of a culture device 150 formed by combining a gas discharge device 100' and a dome-shaped culture device main body 151, and FIG. 16 is a top view thereof, with a portion cut away.

ここでは、培養装置本体151は、外側半球状ドーム153および内側半球状 ドーム152および両ドームの下端部を連結する底部154とよりなり、かつド ーム153の頂部には円筒開口部155が設けられており、その他の部材記載は 省略されている。Here, the culture device body 151 comprises an outer hemispherical dome 153, an inner hemispherical dome 152, and a bottom 154 connecting the lower ends of the two domes. A cylindrical opening 155 is provided at the top of the dome 153; other components are not shown.

これらの材料は、すべて透明な材料、たとえばアクリル樹脂である。All of these materials are transparent materials, such as acrylic resin.

ガス導入管157が連結されたガス吐出装置100’は、培養装置本体151 の円筒開口部155より挿入され底部154に載置される。The gas discharge device 100′, to which the gas inlet pipe 157 is connected, is inserted through the cylindrical opening 155 of the culture device main body 151 and placed on the bottom 154.

ガス導入管157は、ポリウレタン、シリコーン、合成ゴムなどの材料によっ て作製され、内側半球状ドーム152の表面に接している。The gas introduction pipe 157 is made of a material such as polyurethane, silicone, or synthetic rubber, and is in contact with the surface of the inner hemispherical dome 152.

空気などのガスをガス吐出装置100’に供給すると、この装置100’は培 養液中を飛びはねながら矢印の進行方向に前進する。この際、吐出されるガスと 、ガス吐出装置の動きにより培養液は十分撹拌されることになる。When a gas such as air is supplied to the gas discharge device 100', the device 100' moves forward in the direction of the arrow while splashing through the culture solution. At this time, the culture solution is sufficiently agitated by the discharged gas and the movement of the gas discharge device.

そして、環状の底部154上をガス吐出装置100’が前進するので、第16 図に示したように連結しているガス導入管157が内側半球状ドーム152の表 面をこすりながら、すなわちち、洗浄しながら装置100’が底部154上を円 運動することになる。つまり、ガス導入管157は、ドーム152の表面をこす りながら、すなわち、洗浄しながら装置100’が底部154上を円運動するこ とになる。つまり、ガス導入管157は、ドーム152の表面に藻類が付着する のを防止するとともに表面を洗浄する作用をする。As the gas discharge device 100' advances over the annular bottom 154, the gas inlet pipe 157 connected thereto, as shown in FIG. 16, scrubs, i.e., cleans, the surface of the inner hemispherical dome 152 as the device 100' moves circularly over the bottom 154. In other words, the gas inlet pipe 157 scrubs, i.e., cleans, the surface of the dome 152 as the device 100' moves circularly over the bottom 154. In other words, the gas inlet pipe 157 prevents algae from adhering to the surface of the dome 152 and also cleans the surface.

また、ガス吐出装置100’は培養液156を撹拌しながら移動するので、藻 類でコロニーを形成するようなものがあっても破壊されるとともに培養液中に再 び分散されるので非常に効率よく培養が行われる。Furthermore, since the gas discharge device 100' moves the culture solution 156 while stirring it, any algae that form colonies are destroyed and dispersed again in the culture solution, resulting in extremely efficient culture.

この際に、ガス導入管にねじれが生じるが、第13図に示すように吐出ノズル は回転自在になっており、吐出ノズルが貫通孔内で回転し、ねじれが解消される 。During this process, the gas inlet tube becomes twisted. However, as shown in Figure 13, the discharge nozzle is rotatable, so the nozzle rotates within the through-hole, eliminating the twist.

第17図は、ガス吐出装置100”および円錐形状の培養装置本体161とを 組み合わせてなる培養装置160の断面説明図である。FIG. 17 is an explanatory cross-sectional view of a culture device 160 formed by combining a gas discharge device 100″ and a conical culture device main body 161.

ここで、培養装置本体161は、透明な材料よりなる外側円錐周壁163、透 明な材料よりなる内側円錐周壁162および両周壁下端部を連結する底部164 とよりなり、かつ周壁163の頂部には透明な材料よりなる円筒開口部165が 設けられている。ここでは、その他の部材の記載は省略されている。Here, the culture device body 161 comprises an outer conical peripheral wall 163 made of a transparent material, an inner conical peripheral wall 162 made of a transparent material, and a bottom 164 connecting the lower ends of the two peripheral walls, and a cylindrical opening 165 made of a transparent material is provided at the top of the peripheral wall 163. Other components are not shown here.

ガス導入管167が連結したガス吐出装置100”は、円筒開口部165より 挿入され、底部164に載置される。The gas discharge device 100″ connected to the gas inlet pipe 167 is inserted through the cylindrical opening 165 and placed on the bottom 164.

空気などのガスをガス吐出装置100”に供給するとこの装置100”は、培 養液中を飛びはねながら前進運動を繰り返す。この動きは第15図、第16図の 培養装置で説明したとおりである。When a gas such as air is supplied to the gas discharge device 100", the device 100" repeats forward movement while splashing through the culture solution. This movement is as described for the culture device in Figures 15 and 16.

第18図は、ガス吐出装置100’’’および円筒形状の培養装置本体171 とを組み合わせてなる培養装置170の断面説明図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of a culture device 170 formed by combining a gas discharge device 100''' and a cylindrical culture device main body 171.

ここで、培養装置本体171は、透明な材料よりなる上壁を有する外側筒状周 壁173、透明な材料よりなる上壁を有ずる内側筒状周壁172および両周壁の 下端部を連結する底部174とよりなり、かつ外側筒状周壁173の上壁中央部 には透明な材料よりなる円筒開口部175が設けられている。ここでは、その他 の部材の記載は省略されている。Here, the culture device body 171 comprises an outer cylindrical peripheral wall 173 having an upper wall made of a transparent material, an inner cylindrical peripheral wall 172 having an upper wall made of a transparent material, and a bottom 174 connecting the lower ends of both peripheral walls. A cylindrical opening 175 made of a transparent material is provided in the center of the upper wall of the outer cylindrical peripheral wall 173. Other components are not shown here.

ガス導入管177が連結したガス吐出装置100’’’は円筒開口部175よ り挿入され、底部174に載置される。Gas discharge device 100''' connected to gas inlet pipe 177 is inserted through cylindrical opening 175 and placed on bottom 174.

空気などのガスをガス吐出装置100’’’に供給すると、この装置 100’’’は、培養液中を飛びはねながら前進運動を繰り返す。この動きは第 15図、第16図の培養装置で説明したとおりである。When a gas such as air is supplied to the gas discharge device 100''', the device 100''' repeatedly moves forward while hopping through the culture medium. This movement is as described for the culture device in Figures 15 and 16.

第19図は、本発明のガス吐出装置の他の実施例を示す斜視図である。FIG. 19 is a perspective view showing another embodiment of the gas discharge device of the present invention.

このガス吐出装置200は、第9図で示されたガス吐出装置100の構造とは 、対向する方形基板201、201’のうち、一方の方形基板201が他方の方 形基板201’より長さが短く、その先端部と後端部が折り曲げられていない点 で相違するが、他の点では同じである。そして、202は気泡誘導部材、203 は吐出ノズル、211はガス導入管、201、201’は方形基板、204は傾 斜壁、205は上壁、206は側壁、207、207’は上側面、208、20 8’は固定部材をそれぞれ示す。This gas discharge device 200 differs from the gas discharge device 100 shown in Figure 9 in that, of the opposing rectangular substrates 201 and 201', one rectangular substrate 201 is shorter than the other rectangular substrate 201' and its leading and trailing ends are not bent, but otherwise is the same. Also, 202 denotes a bubble guide member, 203 denotes a discharge nozzle, 211 denotes a gas introduction pipe, 201 and 201' denote rectangular substrates, 204 denotes an inclined wall, 205 denotes an upper wall, 206 denotes a side wall, 207 and 207' denote upper surfaces, and 208 and 208' denote fixing members.

また、方形基板201、201’には重量調節手段であるおもり(図示せず) が着脱自在にとりつけられている。In addition, weights (not shown) serving as weight adjustment means are detachably attached to the rectangular base plates 201 and 201'.

第20図は、本発明のガス吐出装置の別の実施例を示す斜視図である。FIG. 20 is a perspective view showing another embodiment of the gas discharge device of the present invention.

このガス吐出装置300は、第9図で示されたガス吐出装置100の構造とは 、対向する方形基板301、301’が両者ともその先端部と後端部が折り曲げ られていない点で相違するが、他の点では同じである。そして、302は気泡誘 導部材、303は吐出ノズル、311はガス導入管、301、301’は方形基 板、304は傾斜壁、305は上壁、306は側壁、307、307’は方形基 板の上側面、308、308’は固定部材をそれぞれ示す。This gas discharge device 300 differs from the gas discharge device 100 shown in Figure 9 in that the leading and trailing ends of the opposing rectangular substrates 301, 301' are not bent, but are otherwise the same. Also, 302 denotes a bubble guide member, 303 denotes a discharge nozzle, 311 denotes a gas introduction pipe, 301, 301' denote rectangular substrates, 304 denotes an inclined wall, 305 denotes an upper wall, 306 denotes a side wall, 307, 307' denote upper surfaces of the rectangular substrates, and 308, 308' denote fixing members.

また、方形基板301、301’には重量調節手段であるおもり(図示せず) が着脱自在にとりつけられている。In addition, weights (not shown) serving as weight adjustment means are detachably attached to the rectangular base plates 301 and 301'.

第21図は、本願発明のガス吐出装置のさらに別の実施例を示す斜視図である 。また、第22図は、第21図におけるガス吐出装置のX−X’断面図を示す。Figure 21 is a perspective view showing yet another embodiment of the gas discharge device of the present invention. Figure 22 shows a cross-sectional view of the gas discharge device shown in Figure 21 taken along line X-X'.

このガス吐出装置400は、対向する方形基板401、401’、および断面 逆U字状の下方に開放された、外形く字状の気泡誘導部材402、およびガス導 入管411が連結した吐出ノズル403よりなっており、気泡誘導部材402は 、方形基板部の上側面407、407’に対して傾斜して設けられ、その上面の 半円状の傾斜壁404の上端部が半円形状を保持したままほぼ水平に折り曲げら れて延在する上壁405を形成し、かつその半円形状の側端部より垂下される両 側壁(側壁406および他側壁(図示せず)よりなる)を有する断面逆U字状構 造となっており、しかも前記両側壁の下端部が方形基板の上側面407、407 ’ で接合されている。吐出ノズル403は、断面逆U字状の気泡誘導部材402の 傾斜壁404の下方の半円形状頂部に穿設された貫通孔409を貫通して回転自 在に設けられているとともに該貫通孔409から抜け出さないように2つのスト ッパー410、410’が該貫通孔409をはさんで対向位置に吐出ノズル40 3の外周部に設けられている。This gas discharge device 400 comprises opposing rectangular base plates 401, 401', a V-shaped bubble guide member 402 with an inverted U-shaped cross section that opens downward, and a discharge nozzle 403 connected to a gas inlet pipe 411. The bubble guide member 402 is inclined relative to the upper surfaces 407, 407' of the rectangular base plate, and has a semicircular inclined wall 404 on its upper surface, the upper end of which is bent almost horizontally while maintaining its semicircular shape to form an extending upper wall 405. The inverted U-shaped cross section has two side walls (composed of a side wall 406 and another side wall (not shown)) that hang down from the semicircular side end, and the lower ends of both side walls are joined to the upper surfaces 407, 407' of the rectangular base plate. The discharge nozzle 403 is rotatably mounted through a through-hole 409 bored in the semicircular top portion below the inclined wall 404 of the bubble guide member 402, which has an inverted U-shaped cross section. To prevent the discharge nozzle 403 from slipping out of the through-hole 409, two stoppers 410, 410' are provided on the outer periphery of the discharge nozzle 403 at opposing positions across the through-hole 409.

そして、上壁405と両側壁により形成される端部が開放されており、また方 形基板401、401’が固定部材408、408’により固定されている。The ends formed by the top wall 405 and both side walls are open, and the rectangular substrates 401, 401′ are fixed by fixing members 408, 408′.

この例においては2つの方形基板は、先端部および後端部で曲がっていないが 、2つの方形基板の先端部および後端部が同じ方向に折れ曲がったものでもよい し、1つの方形基板のみが先端部および/または後端部で折れ曲がった構造のも のであっても同様に使用される。In this example, the two rectangular substrates are not bent at their leading and trailing ends, but the leading and trailing ends of the two rectangular substrates may be bent in the same direction, or only one rectangular substrate may be bent at its leading and/or trailing end.

また、方形基板401、401’には重量調節手段であるおもり(図示せず) が着脱自在にとりつけられている。In addition, weights (not shown) serving as weight adjustment means are detachably attached to the rectangular base plates 401 and 401'.

産業上の利用可能性 以上のように、本発明にかかる培養装置、ガス吐出装置、あるいは培養装置と ガス吐出装置とを組み合わせた培養装置は、微細藻類の高濃度での培養に適した ものであり、培養液をわざわざ機械的に撹拌する必要がなく、さらに装置の内部 空間に人工光源を設けると、屋外においては24時間連続培養が可能であるとと もに、屋内においては装置の内外から光を照射でき、連続培養を実現できるもの である。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the culture apparatus, gas discharge device, or culture apparatus combining the culture apparatus and gas discharge device according to the present invention is suitable for culturing microalgae at high concentrations, eliminating the need for mechanical stirring of the culture solution. Furthermore, by installing an artificial light source within the device's interior, continuous culture can be performed 24 hours a day outdoors, and indoors, light can be irradiated from both inside and outside the device, enabling continuous culture.

───────────────────────────────────────────────────── (注)この公表は、国際事務局(WIPO)により国際公開された公報を基に作 成したものである。 なおこの公表に係る日本語特許出願(日本語実用新案登録出願)の国際公開の 効果は、特許法第184条の10第1項(実用新案法第48条の13第2項)に より生ずるものであり、本掲載とは関係ありません。───────────────────────────────────────────────────── (Note) This publication is based on the publication published internationally by the International Bureau of Patents (WIPO). The effect of the international publication of the Japanese patent application (Japanese utility model registration application) related to this publication arises pursuant to Article 184-10, Paragraph 1 of the Patent Act (Article 48-13, Paragraph 2 of the Utility Model Act) and is unrelated to this publication.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.微細藻類の培養装置において、該装置はドーム形状、円錐形状または円筒形 状のいずれかの形状のものから選ばれるものであって、 該ドーム形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる外側半球状ドーム、 透明な材料よりなる内側半球状ドームおよび両ドームの下端部を連結する底部よ りなり、かつ該外側半球状ドームの頂部には円筒開口部が、および該底部には空 気および/または炭酸ガスの導入部材および培養液の排出部材が設けられている ものであり、 該円錐形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる外側円錐周壁、透明な 内側円錐周壁および両周壁の下端部を連絡する底部よりなり、かつ該外側円錐周 壁の頂部には円筒開口部が、および該底部には空気および/または炭酸ガスの導 入部材および培養液の排出部材が設けられているものであり、 または、該円筒形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる上壁を有する 外側筒状周壁、透明な材料よりなる上壁を有する内側筒状周壁および両周壁の下 端部を連結する底部よりなり、かつ該外側筒状周壁の上壁中央部には円筒開口部 が、および該底部には空気および/または炭酸ガスの導入部材および培養液の排 出部材が設けられているものであることを特徴とする上記培養装置。1. A microalgae culture device, the device being selected from the group consisting of a dome-shaped, conical, and cylindrical shape. The dome-shaped culture device comprises an outer hemispherical dome made of a transparent material, an inner hemispherical dome made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the two domes. The outer hemispherical dome has a cylindrical opening at the top, and the bottom is provided with an air and/or carbon dioxide inlet and a culture medium outlet. The cone-shaped culture device comprises an outer conical peripheral wall made of a transparent material, a transparent inner conical peripheral wall, and a bottom connecting the lower ends of the two peripheral walls. The outer conical peripheral wall has a cylindrical opening at the top, and the bottom is provided with an air and/or carbon dioxide inlet and a culture medium outlet. Alternatively, the cylindrical culture device may comprise an outer cylindrical peripheral wall having an upper wall made of a transparent material, an inner cylindrical peripheral wall having an upper wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of both peripheral walls, the outer cylindrical peripheral wall having a cylindrical opening in the center of the upper wall, and the bottom having an air and/or carbon dioxide gas inlet member and a culture medium outlet member. 2.培養装置の形状がドーム形状であることを特徴とする請求の範囲第1項記載 の培養装置。2. The culture device according to claim 1, wherein the culture device is dome-shaped. 3.培養装置の形状が円錐形状であることを特徴とする請求の範囲第1項記載の 培養装置。3. The culture device according to claim 1, wherein the culture device has a conical shape. 4.培養装置の形状が円筒形上であることを特徴とする請求の範囲第1項記載の 培養装置。4. The culture device according to claim 1, wherein the culture device has a cylindrical shape. 5.透明な材料がアクリル樹脂であることを特徴とする請求の範囲第1項ないし 第4項のいずれかに記載の培養装置。5. The culture device according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent material is an acrylic resin. 6.円筒開口部の外側に散水用部材が、および底部の外周に散水受器がそれぞれ さらに配設されていることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第5項のいずれ かに記載の培養装置。6. The culture device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a water sprinkler member disposed on the outside of the cylindrical opening and a water sprinkler receiver disposed on the outer periphery of the bottom. 7.内側半球状ドーム、内側円錐周壁または内側筒状周壁の内側空間に人工光源 がさらに配設されていることを特徴とする請求の範囲第1項ないし第6項のいず れかに記載の培養装置。7. The culture device according to any one of claims 1 to 6, further comprising an artificial light source disposed within the interior space of the inner hemispherical dome, the inner conical wall, or the inner cylindrical wall. 8.微細藻類の培養装置に使用するためのガス吐出装置において、該ガス吐出装 置は対向する二つの方形基板、断面コ字状で下方に開放された気泡誘導部材およ び吐出ノズルより構成され、該気泡誘導部材は該方形基板の上側面に対して傾斜 して設けられるとともに、該気泡誘導部材の上面の傾斜壁がその上端部において ほぼ水平に折り曲げられ延在する上壁を形成し、かつ該傾斜壁および該上壁の両 側端より垂下される側壁を有し、かつ両側壁の下端部が方形基板の上側面で接合 されており、該吐出ノズルは該傾斜壁の下方部に穿設された貫通孔を貫通して回 転自在に取りつけられたものであることを特徴とする上記ガス吐出装置。8. A gas discharge device for use in a microalgae culture apparatus, the gas discharge device comprising two opposing rectangular base plates, a bubble inducing member with a U-shaped cross section and opening downward, and a discharge nozzle, the bubble inducing member being provided at an angle relative to the upper surfaces of the rectangular base plates, the inclined wall on the upper surface of the bubble inducing member being bent at its upper end to a substantially horizontal position to form an extending upper wall, the inclined wall having side walls hanging down from both ends of the inclined wall and the upper wall, the lower ends of both walls being joined to the upper surfaces of the rectangular base plates, and the discharge nozzle being rotatably attached through a through-hole drilled in the lower portion of the inclined wall. 9.培養装置に使用するためのガス吐出装置であって、対向する二つの方形基板 、断面逆U字状の下方に開放されたの気泡誘導部材および吐出ノズルより構成さ れ、該気泡誘導部材は該方形基板の上側面に対して傾斜して設けられ、その上面 の半円状の傾斜壁の上端部が半円形状を保持したままほぼ水平に折り曲げられて 延在する上壁を形成しているとともに、該傾斜壁および該上壁の両側端より垂下 される側壁を有し、かつ両側壁の下端部が該方形基板の上側面で接合されたもの であり、吐出ノズルは該傾斜壁の下方部に穿設された貫通孔を貫通して回転自在 に取りつけられたものであることを特徴とする上記ガス吐出装置。9. A gas discharge device for use in a culture apparatus, comprising two opposing rectangular base plates, a bubble inducer member with an inverted U-shaped cross section that opens downward, and a discharge nozzle; the bubble inducer member is disposed at an angle relative to the upper surface of the rectangular base plate, and the upper end of the semicircular inclined wall on the bubble inducer member is bent approximately horizontally while maintaining its semicircular shape to form an extending upper wall; the bubble inducer has side walls that hang down from both ends of the inclined wall and the upper wall, and the lower ends of both walls are joined to the upper surface of the rectangular base plate; and the discharge nozzle is rotatably attached through a through-hole drilled in the lower part of the inclined wall. 10.請求の範囲第8項または第9項より選ばれるガス吐出装置であって、対向 する二つの方形基板のうち、少なくとも一方が、先端部および/または後端部に おいて同一方向に折り曲げられた構造のものであることを特徴とする上記ガス吐 出装置。10. A gas discharge device selected from claims 8 or 9, wherein at least one of two opposing rectangular substrates has a structure in which the leading end and/or the trailing end are bent in the same direction. 11.請求の範囲第8項ないし第10項より選ばれるガス吐出装置であって、対 向する二つの方形基板の少なくとも一方に重量調節手段が設けられていることを 特徴とする上記ガス吐出装置。11. A gas discharge device selected from claims 8 through 10, characterized in that a weight adjustment means is provided on at least one of the two opposing rectangular base plates. 12.培養装置本体とガス吐出装置からなる微細藻類培養装置において、 培養装置本体はドーム形状、円錐形状または円筒形状の培養装置であって、 該ドーム形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる外側半球状ドーム、 透明な材料よりなる内側半球状ドームおよび両ドームの下端部を連結する底部よ りなり、かつ、該外側半球状ドームの頂部には円筒開口部が、および該底部には 空気および/または炭酸ガスの導入部材および培養液の排出部材が設けられてい るものであり、 該円錐形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる外側円錐周壁、透明な 材料よりなる内側円錐周壁および両周壁の下端部を連結する底部よりなり、かつ 該外側円錐周壁の頂部には円筒開口部が、および該底部には空気および/または 炭酸ガスの導入部材および培養液の排出部材が設けられているものであり、 または、該円筒形状の培養装置にあっては、透明な材料よりなる上壁を有する 外側筒状周壁、透明な材料よりなる上壁を有する内側筒状周壁および両周壁の下 端部を連結する底部よりなり、かつ該外側筒状周壁の上壁中央部には円筒開口部 が、および該底部には空気および/または炭酸ガスの導入部材および培養液の排 出部材が設けられているものであることを特徴とし、 該ガス吐出装置にあっては、対向する2つの方形基板、断面コ字状または断面 逆U字状で下方に開放された気泡誘導部材および吐出ノズルより構成され、該気 泡誘導部材は該方形基板の上側面に対して傾斜して設けられるとともに該気泡誘 導部材の上面の傾斜壁が上端部においてほぼ水平に折り曲げられて延在する上壁 を形成し、かつ該傾斜壁および該上壁の両側端より垂下される側壁を有し、かつ 両側壁の下端部のそれぞれが該方形基板の2つの該上側面で接合されており、該 吐出ノズルは、該傾斜壁の下方部に穿設された貫通孔を貫通して回転自体に取り 付けられていることを特徴とする上記培養装置。12. A microalgae culture device comprising a culture device main body and a gas discharge device, wherein the culture device main body is a dome-shaped, conical, or cylindrical culture device, wherein the dome-shaped culture device comprises an outer hemispherical dome made of a transparent material, an inner hemispherical dome made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the domes, wherein a cylindrical opening is provided at the top of the outer hemispherical dome and an air and/or carbon dioxide gas inlet and a culture medium outlet at the bottom, wherein the conical culture device comprises an outer conical peripheral wall made of a transparent material, an inner conical peripheral wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the outer conical peripheral wall, wherein a cylindrical opening is provided at the top of the outer conical peripheral wall and an air and/or carbon dioxide gas inlet and a culture medium outlet at the bottom, wherein a conical culture device comprises an outer conical peripheral wall made of a transparent material, an inner conical peripheral wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of the outer conical peripheral wall, wherein a cylindrical opening is provided at the top of the outer conical peripheral wall and an air and/or carbon dioxide gas inlet and a culture medium outlet at the bottom, Alternatively, the cylindrical culture device may comprise an outer cylindrical peripheral wall having an upper wall made of a transparent material, an inner cylindrical peripheral wall having an upper wall made of a transparent material, and a bottom connecting the lower ends of both peripheral walls, with a cylindrical opening in the center of the upper wall of the outer cylindrical peripheral wall, and an air and/or carbon dioxide inlet member and a culture medium outlet member provided at the bottom. The gas discharge device is comprised of two opposing rectangular base plates, a bubble guide member with a U-shaped or inverted U-shaped cross section that opens downward, and a discharge nozzle; the bubble guide member is provided at an angle relative to the upper surface of the rectangular base plate, and the inclined wall on the upper surface of the bubble guide member is bent at its upper end to form an extending upper wall that is approximately horizontal, and the bubble guide member has side walls that hang down from both ends of the inclined wall and the upper wall, and the lower ends of both side walls are joined to the two upper surfaces of the rectangular base plate; and the discharge nozzle is attached to the rotor by passing through a through-hole drilled in the lower portion of the inclined wall. 13.培養装置本体の透明な材料がアクリル樹脂であることを特徴とする請求の 範囲第12項記載の培養装置。13. The culture device according to claim 12, wherein the transparent material of the culture device body is acrylic resin. 14.培養装置本体の底部に、さらに空気および/または炭酸ガスの導入部材が 設けられていることを特徴とする請求の範囲第12項または第13項記載の培養 装置。14. The culture device according to claim 12 or 13, further comprising an air and/or carbon dioxide gas introduction member at the bottom of the culture device body. 15.培養装置本体にさらに円筒開口部の外側に散水部材が、および底部の外周 に散水受器がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求の範囲第12項ない し第14項のいずれかに記載の培養装置。15. The culture apparatus according to any one of claims 12 to 14, wherein the culture apparatus body further comprises a water sprinkler member on the outside of the cylindrical opening and a water sprinkler receiver on the outer periphery of the bottom. 16.培養装置本体にさらに、内側半球状ドーム、内側円錐周壁または内側筒状 周壁の内側空間に人工光源が設けられていることを特徴とする請求の範囲第12 項ないし第15項のいずれかに記載の培養装置。16. The culture device according to any one of claims 12 to 15, wherein the culture device main body further comprises an artificial light source provided in the inner space of the inner hemispherical dome, the inner conical peripheral wall, or the inner cylindrical peripheral wall. 17.ガス吐出装置の方形基板のうち少なくとも一方が先端部および/または後 端部において同一方向に折り曲げられていることを特徴とする請求の範囲第12 項ないし第16項のいずれかに記載の培養装置。17. The culture device according to any one of claims 12 to 16, wherein at least one of the rectangular base plates of the gas discharge device is bent in the same direction at the front end and/or rear end. 18.ガス吐出装置の2つの方形基板の少なくとも一方に重量調節手段が設けら れていることを特徴とする請求の範囲第12項ないし第17項のいずれかに記載 の培養装置。18. The culture device according to any one of claims 12 to 17, wherein a weight adjustment means is provided on at least one of the two rectangular base plates of the gas discharge device.
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