WO2013015422A1

WO2013015422A1 - 培養装置

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Publication number: WO2013015422A1
Application number: PCT/JP2012/069224
Authority: WO
Inventors: 克明松澤; 浩介石井; 田中　浩; 隼志山村
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-01-31
Also published as: JPWO2013015422A1; ES2627346T3; US20140147915A1; BR112014001669B1; JP5794303B2; BR112014001669A2; EP2770046A1; US9476023B2; EP2770046A4; EP2770046B1; MY164877A

Abstract

　藻類を培養する培養装置（１００，２００）は、上面に開口部（１１２）を有し、藻類を含む培養液である藻類液（Ｍ）が収容される培養池（１１０）と、光透過性および可撓性を有し、培養池（１１０）の開口部（１１２）の少なくとも一部を封止するシート部（１３０）と、大気よりも高い二酸化炭素濃度を有する高濃度ＣＯ_２ガスを培養池（１１０）とシート部（１３０）との間に供給するガス供給部（１２４，１６０，２１２）と、を備える。供給された高濃度ＣＯ_２ガスの少なくとも一部によって、藻類液（Ｍ）の液面（１１４）とシート部（１３０）との間にガスが滞留するガス滞留空間（Ｇ）が形成される。　

Description

培養装置

　本発明は、藻類等を培養する培養装置に関する。
　本願は、２０１１年７月２７日に日本に出願された特願２０１１－１６３８６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　近年、バイオ燃料（炭化水素やバイオディーゼル）や、アスタキサンチン等の生理活性物質を産生することができる藻類（特に、微細藻類）が注目されている。このような藻類を大量に培養し、その産生物を石油に代わるエネルギーとして利用したり、薬や化粧品、食品等に利用したりすることが検討されている。

　藻類等の大量培養用の培養装置として、培養液の水面が大気開放されている培養装置（開放系リアクタ）、例えばレースウェイ型やオープンポンド型の培養装置（培養池）が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。藻類等の植物は、光照射条件下で二酸化炭素（ＣＯ_２）を炭素源として光合成を行うことで、増殖したり炭化水素等の産生物を産生したりする。そのため、バイオ燃料や生理活性物質といった産生物の産生効率を向上させるためには、培養池内部まで光を到達させるとともに、バブリング等によって培養液中に二酸化炭素を供給して十分に溶解させることが望ましい。

　レースウェイ型の培養装置において、培養池内部まで光を到達させることと、バブリング等を用いた、培養液中への二酸化炭素の供給による溶解とはトレードオフの関係にある。

　具体的に説明すると、レースウェイ型の培養装置では、水面からのみ光が培養池内部に入射する。そのため、藻類が増殖すると藻類自体が光を遮ってしまい、光の到達距離が短くなり、藻類の光合成の効率が低下する可能性がある。したがって、レースウェイ型の培養装置は、藻類が増殖しても光が培養池の底面まで到達するように、ある程度浅く（例えば、３０ｃｍ程度に）形成される。

　しかしながら、光の到達を考慮して培養池の深さ（鉛直方向の長さ）を短くすると、バブリング等によって培養液中に二酸化炭素を供給したとしても、供給された二酸化炭素が水面から大気中へすぐに放出されてしまう可能性がある。そのため、二酸化炭素と培養液との接触時間を確保できず、培養液中に二酸化炭素が十分に溶解されない場合がある。また、一般的に培養液中の溶解二酸化炭素濃度は、大気中の二酸化炭素濃度と平衡状態になるまで変化する。そのため、予め二酸化炭素を高濃度（例えば、２～３％程度）に溶解させた培養液を培養池に供給したとしても、レースウェイ型の培養装置では水面が大気開放されているため、培養液中の溶解二酸化炭素濃度は大気中の二酸化炭素濃度（４００ｐｐｍ程度）まで短時間で低下してしまう。

　そのため、藻類を含む培養液である藻類液に高濃度の二酸化炭素を溶解させる培養装置と、高濃度の二酸化炭素が溶解され培養装置から送出された藻類液を収容すると共に藻類の光合成が行われる培養池とを個別に備える技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、ビニル樹脂やアクリル樹脂の板状部材で構成された箱形状のカバー部材（蓋）を培養池の外縁に設置して、培養池の開口部を覆うことで、培養池における二酸化炭素の大気への放出を防止している。

日本国特開平０８－１７３１３９号公報

Elsevier, Bioresource Technology 101, 2010:1406-1413

　近年、藻類の更なる大量培養が試みられており、培養池の大きさが、数ヘクタール～数百ヘクタール程度に及ぶことが想定されている。このような広大な培養池の開口部に、上述した特許文献１の技術を利用して箱形状の蓋を設置する場合、樹脂等からなる蓋のみでは強度不足となる可能性がある。そのため、箱形状の蓋を鉛直下方から支持するための支柱を培養池に複数本設置しなければならない。

　また、蓋の支柱との接触部分は、支柱で支持できる程度の強度が必要となる。そのため、蓋を構成する板状部材の板厚をある程度厚くしなければならず、コスト高になる可能性がある。さらに、広大な培養池の開口部を覆うための、板厚が厚く、巨大な箱形状の蓋は、その重量も大きくなる。したがって、重機を複数台利用しなければ、メンテナンス等のために培養池を開閉することは困難である。

　本発明は、このような事情に鑑み、簡易な構成で、培養池を覆う蓋の強度を確保しつつ低コスト化を図るとともに、メンテナンス性を高めることが可能な培養装置を提供することを目的としている。

　本発明の第１の態様によれば、藻類を培養する培養装置は、上面に開口部を有し、藻類を含む培養液である藻類液が収容される培養池と、光透過性および可撓性を有し、培養池の開口部の少なくとも一部を封止するシート部と、大気よりも高い二酸化炭素濃度を有する高濃度ＣＯ_２ガスを培養池とシート部との間に供給するガス供給部と、を備える。供給された高濃度ＣＯ_２ガスの少なくとも一部によって、藻類液の液面とシート部との間にガスが滞留するガス滞留空間が形成される。

　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、上記培養装置は、培養池と異なる領域で、培養液の外周に沿って形成され、液体が収容される外溝部と、外溝部に収容される液体中に配置され、シート部の端部を鉛直下方に牽引してこの端部を液体中に保持する保持部と、をさらに備える。保持部がシート部の端部を液体中で鉛直下方に牽引することで、シート部および液体が、培養池の開口部を全面に亘って封止する。

　本発明の第３の態様によれば、上記第２の態様において、上記保持部は、シート部の端部を着脱可能に掛止する。

　本発明の第４の態様によれば、上記第１から第３のいずれか１つの態様において、上記培養装置は、ガス滞留空間中の二酸化炭素の濃度を検出する濃度検出部をさらに備える。ガス供給部は、濃度検出部が検出した二酸化炭素の濃度が所定値未満である場合に、高濃度ＣＯ_２ガスを供給するように構成されている。

　本発明の第５の態様によれば、上記第１から第４のいずれか１つの態様において、上記ガス供給部は、高濃度ＣＯ_２ガスを藻類液中に供給する。高濃度ＣＯ_２ガスは、この高濃度ＣＯ_２ガスに含まれる二酸化炭素のうち少なくとも一部が藻類液中に溶解した後に、藻類液の液面から放出される。

　本発明の第６の態様によれば、上記第１から第５のいずれか１つの態様において、上記培養装置は、シート部に振動を与えることで、シート部に付着した液滴を落下させるように構成された振動付与部をさらに備える。

　本発明の第７の態様によれば、上記第６の態様において、上記培養装置は、ガス滞留空間の照度と、この培養装置の外部空間の照度とを測定する照度測定部をさらに備える。振動付与部は、ガス滞留空間の照度と上記外部空間の照度との差が所定値以上となる場合に、シート部に振動を与えるように構成されている。

　本発明の第８の態様によれば、上記第１から第７のいずれか１つの態様において、上記培養装置は、ガス滞留空間からこの培養装置の外部に向けて送出されたガスを、再びガス滞留空間に循環して供給するための循環流路をさらに備える。

　本発明の第９の態様によれば、藻類を培養する培養装置は、上面に開口部を有し、藻類を含む培養液である藻類液が収容される培養池と、光透過性を有し、培養池の開口部を封止する封止部と、培養池と異なる領域で、培養池の外周に沿って形成され、液体が収容される外溝部と、を備える。封止部の端部が、外溝部に収容される液体中に保持されることで、封止部および液体が、培養池の開口部を全面に亘って封止する。

　本発明によれば、簡易な構成で、培養池を覆う蓋の強度を確保しつつ低コスト化を図るとともに、メンテナンス性を高めることが可能となる。

本発明の第１実施形態における培養装置の外観斜視図である。図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。本発明の第１実施形態における培養装置の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。保持部の具体的構成の一例を示す断面図である。保持部によるシート部の牽引を説明するための説明図である。本発明の第２実施形態における培養装置の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。

　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定しない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態における培養装置１００の外観斜視図であり、図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図であり、図３は、培養装置１００の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。また、図３中、制御に伴う信号の流れを波線の矢印で示す。

　図１、図２、図３に示すように、培養装置１００は、培養池１１０と、ガス供給部１２０と、シート部１３０（封止部）と、外溝部１４０と、保持部１５０と、制御部１６０（ガス供給部、振動付与部）と、濃度検出部１７０と、振動付与部１８０と、照度測定部１９０とを含んで構成される。なお、図１および図２において、説明の便宜上、制御部１６０、濃度検出部１７０、振動付与部１８０、照度測定部１９０の記載を省略する。

　培養池１１０は、上面に開口部１１２を有し、藻類を含む培養液である藻類液Ｍが収容される。培養池１１０は、略水平方向に延びる底部と、底部の端から上方に延びる側壁部とを備える。本実施形態において、培養池１１０は、地面を掘って形成されるため、培養池１１０の上端（側壁部の上端）は、グランドレベル（図２中ＧＬで示す）よりも低い位置に配置されている。

　ガス供給部１２０は、ガス供給口１２２と、ポンプ１２４（ガス供給部）とを含んで構成される。ガス供給口１２２は、培養池１１０内の底面に設けられたガス供給用部材（例えば、多孔質部材）として構成されている。ポンプ１２４は、不図示のガス源からのガスを培養池１１０に向けて送出する。ガス供給口１２２とポンプ１２４とは、供給管で接続されている。
　ガス供給部１２０は、不図示のガス源から高濃度ＣＯ_２ガス（大気よりも高い二酸化炭素濃度を有するガス）を、藻類液Ｍ中に供給する。本実施形態においてガス供給部１２０は、後述する制御部１６０による制御指令に応じて、高濃度ＣＯ_２ガスを間欠的に藻類液Ｍ中に供給する。また、ガス供給部１２０は、培養装置１００の稼働開始時に、二酸化炭素が１０％程度含まれる高濃度ＣＯ_２ガスを供給し、後述するガス滞留空間Ｇの圧力が所定値Ｐとなると高濃度ＣＯ_２ガスの供給を停止する。
　培養装置１００の稼働中において、ガス供給部１２０は、二酸化炭素が１０％程度含まれる高濃度ＣＯ_２ガスを、制御部１６０による制御指令に応じて藻類液Ｍ中に供給する。制御部１６０によるガス供給部１２０のガス供給処理については後に詳述する。

　藻類を培養する際に、藻類液Ｍを培養池１１０内で循環させない場合は、培養液中で藻類が沈殿して藻類のクラスタが形成され、光合成効率や培養液の消費効率が低下して全体的な培養効率が低下する可能性がある。本実施形態では、ガス供給部１２０が、ガスを液中に供給するバブリング等によって藻類液Ｍ中に高濃度ＣＯ_２ガスを供給するため、高濃度ＣＯ_２ガスで藻類液Ｍを攪拌することができる。これにより、藻類が沈殿することによる、光合成効率の低下や培養液の消費効率の低下を抑制することが可能となる。

　ガス供給部１２０が藻類液Ｍ中に供給した高濃度ＣＯ_２ガスは、この高濃度ＣＯ_２ガスに含まれる二酸化炭素のうち少なくとも一部が藻類液Ｍ中に溶解した後に、藻類液Ｍの液面１１４から放出される。

　シート部１３０は、シート状に形成された光透過性および可撓性を有する部材（好ましくは、紫外線に強い樹脂であり、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン等）である。シート部１３０は、培養池１１０の開口部１１２を十分覆うことができる大きさに形成されている。すなわち、シート部１３０は、培養池１１０の開口部１１２を全体的に封止する部材である。また、培養装置１００の稼働中において、ガス供給部１２０によってシート部１３０の内側、すなわち培養池１１０とシート部１３０との間に高濃度ＣＯ_２ガスが供給される。ガスの供給によりシート部１３０が膨張するため、シート部１３０は、この膨張を考慮した大きさに形成されている。図２に示すように、シート部１３０の端部１３２が、後述する保持部１５０によって、外溝部１４０に収容された液体Ｓ中に保持される。これにより、シート部１３０と液体Ｓは、開口部１１２を全面に亘って封止する。

　ガス供給部１２０によって藻類液Ｍ中に供給された高濃度ＣＯ_２ガスに含まれる二酸化炭素の一部は、藻類液Ｍを液面１１４に向けて移動する間に藻類液Ｍに溶解できずに液面１１４から放出される。しかしながら、シート部１３０が培養池１１０の開口部１１２を封止しているため、液面１１４から放出された二酸化炭素を含むガスがシート部１３０の内側に留まり、ガス滞留空間Ｇを形成する。すなわち、供給された高濃度ＣＯ_２ガスの少なくとも一部によって、液面１１４とシート部１３０との間にガス滞留空間Ｇが形成される。したがって、液面１１４から放出された二酸化炭素の、大気（培養装置１００の外部の大気、以下同じ）への放出を防止できる。
　また、ガス滞留空間Ｇに滞留するガスの二酸化炭素濃度は、大気よりも高い。上述したように、藻類液Ｍ中の溶解二酸化炭素の濃度は、ガス滞留空間Ｇの気相中二酸化炭素濃度と平衡状態になるまで変化するため、藻類液Ｍ中の溶解二酸化炭素の濃度を大気よりも高濃度に維持することが可能となる。また、藻類による二酸化炭素の消費によって藻類液Ｍ中の溶解二酸化炭素濃度が低下しても、藻類液Ｍは高い二酸化炭素濃度を有するガス滞留空間Ｇと接触している状態を維持するため、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素を藻類液Ｍに溶解させることができる。

　また、上述したようにシート部１３０は可撓性を有するため、その内側の圧力が上昇すると、シート部１３０は上方に膨らむことが可能である。ガス供給部１２０が、ガス滞留空間Ｇの圧力Ｐ（ゲージ圧）が単位面積あたりのシート部１３０の重さ（ｇ／ｃｍ^２）以上の圧力となるように高濃度ＣＯ_２ガスを供給すると、この高濃度ＣＯ_２ガスによってシート部１３０が膨らみ、ガス滞留空間Ｇが形成される。すなわち、ガス供給部１２０が供給するガスによってシート部１３０を内側（下方）から支持することができる。

　このように、可撓性を有する部材でシート部１３０を構成するとともに、ガス供給部１２０がシート部１３０の内側に高濃度ＣＯ_２ガスを供給するという簡易な構成で、シート部１３０を支持するための支柱等を用いずに、ガス滞留空間Ｇを形成しつつ開口部１１２をシート部１３０で覆うことができる。また、開口部１１２を封止する蓋としての機能を備えるシート部１３０を、厚みの薄い（例えば、０．１ｍｍ程度）部材で形成することが可能である。そのため、蓋を板状の樹脂で形成する場合と比較して、軽量化と利便性の向上を図ることができ、メンテナンス時に容易に培養池１１０を開閉することが可能となる。

　さらに、上述したように、シート部１３０は、光透過性を有する部材で形成されるため、シート部１３０によって開口部１１２の全面が封止されたとしても開口部１１２を通して藻類液Ｍに太陽１０等からの光が十分に入射される。
　なお、シート部１３０には、シート部１３０の内側から外側にガスを排出するための排出バルブ１３６が取り付けられている。

　外溝部１４０は、培養池１１０と異なる領域に形成され、液体が収容される。外溝部１４０も、培養池１１０と同様に、底部と、底部の端から上方に延びる側壁部とを備える。図１に示すように、本実施形態において外溝部１４０は、培養池１１０の外周に沿って形成されている。すなわち、外溝部１４０の側壁部は、培養池１１０の側壁部を平面視で囲むように配置されている。外溝部１４０の内部（外溝部１４０の側壁部と培養池１１０の側壁部との間の空間）には滅菌効果を有する液体（例えば、次亜塩素酸を含む水溶液等）Ｓが収容されている。なお、本実施形態において、外溝部１４０は、地面を掘って形成され、外溝部１４０の上端（側壁部の上端）は、グランドレベル（図２中ＧＬで示す）と実質的に等しい位置に配置されている。

　保持部１５０は、例えば、金属を用いて培養池１１０の外周を囲む枠状に形成され、外溝部１４０の液体Ｓ中に沈んで配置されている。保持部１５０は、外溝部１４０に収容される液体Ｓ中において、シート部１３０の端部１３２を鉛直下方に牽引して、端部１３２を液体Ｓ中に保持する。
　詳細に説明すると、シート部１３０には、その内側に形成されたガス滞留空間Ｇの圧力Ｐによって膨張する向きに力が加わり、その鉛直方向成分が浮力Ｆとなる。保持部１５０の重量を、浮力Ｆ以上の力で鉛直下方に牽引することができる重さにすることで、端部１３２を液体Ｓ中に保持することができる。本実施形態では、液体Ｓの保持部１５０（シート部１３０）より内側（培養池１１０側）の液面の高さは、液面１１４の高さと実質的に等しくなっている。また、液体Ｓの保持部１５０（シート部１３０）より外側の液面は、内側の液面の高さより、浮力Ｆに相当する圧力水頭分（図２中にＨで示す）高くなっている。

　上記構成により、シート部１３０の端部１３２は、全周に亘って液体Ｓ中に保持される。したがって、シート部１３０および液体Ｓが、培養池１１０の開口部１１２を全面に亘って確実に封止することができる。

　また、開口部１１２は全面に亘ってシート部１３０および液体Ｓによって封止されているため、外部の微生物は、液体Ｓを通過して培養池１１０に侵入する可能性がある。そのため、液体Ｓを、滅菌効果（微生物を死滅させる効果）を有する液体とすることにより、外部から侵入する微生物を滅菌することができ、藻類液Ｍへの汚染物質の侵入（藻類液Ｍのコンタミネーション）を防止することが可能となる。

　また、本実施形態において保持部１５０は、シート部１３０の端部１３２を着脱可能に掛止する構成となっている。

　図４Ａは、保持部１５０の具体的構成の一例を示す断面図であり、図４Ｂは、保持部１５０によるシート部１３０の牽引を説明するための説明図である。本実施形態において、シート部１３０の端部１３２近傍には、複数の掛合孔１３４が形成されている。複数の掛合孔１３４は、シート部１３０の外周に沿って、例えば実質的に等間隔に設けられている。

　一方、図４Ａに示すように、保持部１５０は、本体枠１５２と、複数の掛合鉤１５４と、釣上部１５６とを含んで構成される。

　本体枠１５２は、培養池１１０の外周を囲むように形成されている。掛合鉤１５４は、リベット等で構成され、本体枠１５２に複数設けられており、シート部１３０に設けられた複数の掛合孔１３４それぞれに掛合できる。複数の掛合鉤１５４はそれぞれ、対応する掛合孔１３４と掛合可能な寸法に設定されている。釣上部１５６は、Ｉボルト等で構成され、本体枠１５２に複数設けられている。クレーン等が釣上部１５６を掛止して釣り上げることで、保持部１５０全体が釣り上げられる。

　培養池１１０にシート部１３０を設置する場合、まず、クレーン等で釣上部１５６を掛止して吊り下げ、外溝部１４０に収容された液体Ｓ中に本体枠１５２を沈めて設置する。続いて、保持部１５０の掛合鉤１５４に、シート部１３０の掛合孔１３４を掛合する。これにより、図４Ａに示すように、掛合孔１３４の鉛直上側の端部１３４ａが、掛合鉤１５４に掛止され、シート部１３０および液体Ｓによって開口部１１２が全面に亘って封止される。

　ガス供給部１２０によって藻類液Ｍ中に高濃度ＣＯ_２ガスが供給されると、液面１１４とシート部１３０との間に圧力Ｐのガス滞留空間Ｇが形成される。そのため、図４Ｂに示すように、ガス滞留空間Ｇの圧力Ｐによってシート部１３０に浮力Ｆが生じ、掛合孔１３４の鉛直下側の端部１３４ｂが、掛合鉤１５４に掛止される。
　保持部１５０が、浮力Ｆ以上の力で鉛直下方に牽引することができる重さに設定されているため、浮力Ｆに抗して端部１３２を液体Ｓ中に保持することができる。

　上述したように、保持部１５０を、シート部１３０に掛止するといった簡易な構成とすることで、シート部１３０を保持部１５０に容易に着脱することが可能となる。したがって、シート部１３０が外気や紫外線等を原因として破損・劣化した場合に、シート部１３０の交換を容易に行うことができる。

　図３に戻って説明すると、制御部１６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路を備え、培養装置１００を管理および制御する。

　制御部１６０は、濃度検出部１７０から送信される濃度信号（後述）に基づいて、ポンプ１２４の動作および排出バルブ１３６（シート部１３０の内側から外側にガスを排出するためのバルブ）の開度を調整する（ガス供給処理）。また、制御部１６０は、照度測定部１９０から送信される照度信号（後述）に基づいて、振動付与部１８０を制御する（振動付与処理）。制御部１６０によるガス供給処理と、振動付与処理については、後に詳述する。

　濃度検出部１７０は、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素の濃度を検出して、検出した濃度を示す信号である濃度信号を制御部１６０に送信する。

　制御部１６０は濃度信号を受信し、受信した濃度信号に示された二酸化炭素濃度が所定値（例えば、２％）未満である場合に、ガス供給処理を行う。具体的に説明すると、藻類は光合成を行う際に二酸化炭素を消費して酸素を産生する。上述したように、培養装置１００において開口部１１２はシート部１３０で封止されているため、藻類が光合成をし続けると、藻類液Ｍ中の溶解二酸化炭素濃度は低下し、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素が藻類液Ｍに溶解する。また、藻類が産生した酸素は藻類液Ｍからガス滞留空間Ｇへ放出される。したがって、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素濃度は低下し、逆に酸素濃度が上昇する。

　制御部１６０は、濃度信号に示された二酸化炭素濃度が所定値未満（例えば、２％）であると、まず、排出バルブ１３６の開度を調整して、ガス滞留空間Ｇにおける５０％の容量のガスをシート部１３０の外側に排出する。続いて、制御部１６０は、ガス供給部１２０のポンプ１２４を駆動して、二酸化炭素濃度が１０％程度含まれる高濃度ＣＯ_２ガスを、ガス滞留空間Ｇの圧力が圧力Ｐとなるまで藻類液Ｍ中に供給する。これにより、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素濃度を、このガス供給処理を行う前と比較して上昇させることができ、例えば、６％とすることが可能となる。

　上述したように、藻類の光合成による二酸化炭素の消費によって、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素濃度が低下すると、制御部１６０がガス供給部１２０を用いて新たな高濃度ＣＯ_２ガスを藻類液Ｍ中に供給する。したがって、ガス滞留空間Ｇ中の二酸化炭素濃度を所定値に保つことができ、結果として藻類液Ｍの溶解二酸化炭素濃度も所定値に保つことが可能となる。よって、藻類の光合成効率を高く維持することができる。

　振動付与部１８０は、シート部１３０の近傍に設置されたエアガンやバイブレータ等で構成され、制御部１６０の制御指令に応じて、シート部１３０に振動を与えることが可能である。
　上述したように、培養装置１００において開口部１１２はシート部１３０で封止されているため、藻類の培養を継続すると、藻類液Ｍから蒸発した水蒸気等がシート部１３０の内側で凝縮し、シート部１３０の内側に液滴となって付着する場合がある。この場合、シート部１３０の外側から内側への光の入射が、液滴によって遮られてしまい、光の藻類液Ｍへの到達効率が低下する可能性がある。

　上記のような場合に、振動付与部１８０がシート部１３０に振動を与えて、シート部１３０の内側に付着した液滴を培養池１１０に落下させることで、シート部１３０の内側から液滴を除去することができる。なお、液滴が外溝部１４０に落下しても構わない。これにより、液滴による、シート部１３０の光透過効率の低下を防止することが可能となる。

　また、シート部１３０の外側に液滴が付着している場合であっても、振動付与部１８０が、シート部１３０に振動を与えることで、シート部１３０の外側に付着した液滴をシート部１３０の外部（外溝部１４０等）に落下させることができ、シート部１３０から除去することが可能となる。

　照度測定部１９０は、ガス滞留空間Ｇの照度と、シート部１３０の外側の空間Ａ（培養装置１００の外部空間）の照度とをそれぞれ測定して、測定した照度を示す信号である照度信号を制御部１６０に送信する。制御部１６０は照度信号を受信し、受信した照度信号に示されたガス滞留空間Ｇの照度と、シート部１３０の外側の空間Ａの照度との差が所定閾値（所定値）以上である場合に振動付与処理を行う。上述したように、藻類液Ｍから蒸発した水蒸気等が凝縮して液滴となってシート部１３０の内側に付着すると、光の入射が液滴によって遮られる場合がある。つまり、ガス滞留空間Ｇの照度が低下する。

　上記のような場合に、制御部１６０は、ガス滞留空間Ｇの照度と、シート部１３０の外側の空間Ａの照度との差が所定閾値以上となった場合、すなわち、外側の空間Ａよりもガス滞留空間Ｇが暗くなった場合、シート部１３０に液滴が付着したとみなし、振動付与部１８０を駆動して、シート部１３０に振動を与える。したがって、シート部１３０から液滴が除去され、シート部１３０が本来有する光透過効率を維持することが可能となる。

　また、制御部１６０が、ガス滞留空間Ｇの照度と、シート部１３０の外側の空間Ａの照度との差分を算出するため、単に天候が曇り等であることによってガス滞留空間Ｇの照度が低下し、液適が付着していなくてもシート部１３０の内側に液適が付着しているとの誤判断を回避することができる。そのため、振動付与部１８０が不要に振動を付与する事態を回避することが可能となる。

　以上に説明したように、本実施形態の培養装置１００によれば、培養池１１０の開口部１１２を、可撓性を有するシート部１３０で覆うとともに、シート部１３０の内側に高濃度ＣＯ_２ガスを滞留させている。そのため、支柱がなくとも、この高濃度ＣＯ_２ガスが内側からシート部１３０を確実に支持することができる。
　また、開口部１１２を覆う蓋の機能を有するシート部１３０が厚みの薄い部材である。そのため、蓋を板状部材で構成する場合と比較して、その厚みを著しく低減することができ、蓋の軽量化を図ることが可能となる。したがって、蓋を板状部材で構成する場合と比較して、支柱に要するコストおよび蓋として利用する材料に要するコストを削減することができる。
　さらに、シート部１３０は蓋を板状部材で構成する場合と比較して、きわめて軽い。そのため、培養装置１００の開閉を容易に行うことが可能となり、メンテナンス性を向上させることができる。

（第２実施形態）
　図５を参照して、本発明の第２実施形態における培養装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態における培養装置２００の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態の構成要素と同様の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

　ガス供給部１２０は、ガス供給口１２２と、ポンプ１２４と、供給管１２６と、供給停止バルブ１２８とを備える。供給管１２６は、ガス供給口１２２とポンプ１２４とを接続する。ポンプ１２４から送出される高濃度ＣＯ_２ガスは、供給管１２６及びガス供給口１２２を通って藻類液Ｍ内に供給される。供給停止バルブ１２８は、供給管１２６に設けられ、制御部１６０の制御指令に基づいて供給管１２６の流路を開閉可能である。

　シート部１３０と排出バルブ１３６とは、排出管１３８によって接続されている。すなわち、排出管１３８は、シート部１３０の内側のガス滞留空間Ｇと、排出バルブ１３６とを互いに連通している。排出バルブ１３６は、制御部１６０の制御指令に基づいて排出管１３８の流路を開閉可能である。

　本実施形態では、供給管１２６と排出管１３８とを接続する循環管２１０が設けられている。循環管２１０の一端は、供給停止バルブ１２８とガス供給口１２２との間の供給管１２６に接続され、循環管２１０の他端は、シート部１３０と排出バルブ１３６との間の排出管１３８に接続されている。すなわち、培養装置２００には、排出管１３８の一部の流路と、循環管２１０と、供給管１２６の一部の流路とにより、循環流路２２０が形成されている。循環流路２２０は、ガス滞留空間Ｇから培養装置２００の外部に向けて送出されたガスを、再びガス滞留空間Ｇに循環して供給するための流路である。
　循環管２１０（本実施形態では供給管１２６の近傍）には、第２ポンプ２１２（ガス供給部）が設けられている。第２ポンプ２１２は、ポンプ１２４が動作していない状態でも、循環管２１０や供給管１２６におけるガスをガス滞留空間Ｇに向けて供給可能である。また、第２ポンプ２１２の動作は、制御部１６０の制御指令に基づいて制御される。

　続いて、本実施形態における培養装置２００の動作を説明する。
　制御部１６０と濃度検出部１７０が第１実施形態と同様に構成されている場合、ガス滞留空間Ｇの二酸化炭素濃度が所定値未満であるときには、制御部１６０はガス滞留空間Ｇ内の二酸化炭素が不足していると判断するため、制御部１６０の制御指令に基づいてポンプ１２４が作動する。この場合、本実施形態では循環管２１０に第２ポンプ２１２が設けられているため、高濃度ＣＯ_２ガスがガス滞留空間Ｇを介さずに循環管２１０を通って排出バルブ１３６に向けて流動してしまうことを、第２ポンプ２１２によって防止できる。
　一方、ガス滞留空間Ｇの二酸化炭素濃度が所定値以上であるときには、制御部１６０はガス滞留空間Ｇ内に十分な二酸化炭素が滞留していると判断するため、制御部１６０の制御指令に基づいてポンプ１２４の動作は停止する。
　上述したように、藻類の光合成により藻類液Ｍ内の二酸化炭素が消費されると、ガス滞留空間Ｇ内の二酸化炭素が藻類液Ｍに溶解する。しかしながら、ポンプ１２４が停止している状態では、ガス滞留空間Ｇ内の二酸化炭素は液面１１４のみを介して藻類液Ｍに溶解するため、迅速に二酸化炭素を溶解させることが難しい場合がある。

　本実施形態では、濃度検出部１７０の検出によりガス滞留空間Ｇの二酸化炭素濃度が所定値以上であると判断された場合には、制御部１６０が、供給停止バルブ１２８と排出バルブ１３６とを閉じた状態で、第２ポンプ２１２を動作させる。第２ポンプ２１２の動作により、循環管２１０及び供給管１２６におけるガスがガス滞留空間Ｇに向けて流動する。さらに、供給停止バルブ１２８と排出バルブ１３６とが閉じた状態では、閉ループの循環流路２２０が形成されているため、第２ポンプ２１２の動作によって、循環流路２２０を一定の向きでガスが流動する。
　濃度検出部１７０の検出によりガス滞留空間Ｇの二酸化炭素濃度が所定値以上であると判断されているため、ガス滞留空間Ｇには未だ十分な二酸化炭素が存在している。このようなガス滞留空間Ｇ内のガスが、循環流路２２０を介して再び藻類液Ｍ内に供給されるため、藻類液Ｍ内に迅速に二酸化炭素を溶解させることができる。
　以上より、本実施形態によれば、ポンプ１２４が停止している状態であっても、藻類液Ｍにおける高い二酸化炭素濃度を確保でき、培養池１１０内を藻類の光合成に適した環境に維持できる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定される。上述の実施形態において示した各構成や動作態様は一例であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

　例えば、上述した実施形態において、シート部１３０の端部１３２が保持部１５０によって液体Ｓ中に保持され、シート部１３０および液体Ｓによって、培養池１１０の開口部１１２が全面に亘って封止されている。しかし、コンタミネーション等の外乱に強い藻類を培養する場合は、必ずしも開口部１１２を全面に亘って封止する必要はない。このような場合、シート部１３０が、開口部１１２の少なくとも一部を封止すれば、液面１１４から放出された二酸化炭素をシート部１３０の内側に滞留させることができ、藻類液Ｍへの二酸化炭素の溶解効率を向上することが可能となる。例えば、保持部１５０を培養池１１０の内周に沿って配置し、保持部１５０を培養池１１０内に沈めて設置することで、シート部１３０が、開口部１１２の少なくとも一部を覆ってもよい。この場合、外溝部１４０は設けずともよい。

　上述した実施形態において、ガス供給部１２０は、藻類液Ｍ中に高濃度ＣＯ_２ガスを供給している。しかし、シート部１３０の内側にガス滞留空間Ｇを形成できればよいため、ガス供給部１２０が、藻類液Ｍを経由することなくシート部１３０の内側に高濃度ＣＯ_２ガスを供給してもよい。

　上述した実施形態において、図４Ａ及び図４Ｂに示す構成では、本体枠１５２がシート部１３０の外側に設置されている。しかし、本体枠１５２がシート部１３０の内側に設置されてもよい。この場合、釣上部１５６は、掛合鉤１５４が本体枠１５２に接続される位置と対向する位置で、本体枠１５２に設けられてもよい。

　上述した実施形態において、振動付与部１８０は、照度測定部１９０の測定結果に基づいて、シート部１３０に振動を付与している。しかし、照度測定部１９０を利用せずに、例えば、タイマ等を利用して、振動付与部１８０が所定時間ごとに定期的にシート部１３０に振動を与えてもよい。

　開口部１１２を封止する蓋（封止部）の形状は、シート形状に限られず、また、封止部は可撓性を備えない部材で形成されてもよい。いずれにしても、封止部の端部が、外溝部に収容される液体中に保持されるような構成とすることで、封止部および上記液体によって、培養池の開口部を全面に亘って封止するでき、外部からの汚染物質の侵入を防止することが可能となる。

　本発明は、藻類等を培養する培養装置に利用することができる。

Ｇ…ガス滞留空間
Ｍ…藻類液
Ｓ…液体
１００，２００…培養装置
１１０…培養池
１１２…開口部
１１４…液面
１２４…ポンプ（ガス供給部）
１３０…シート部（封止部）
１３２…端部
１４０…外溝部
１５０…保持部
１６０…制御部（ガス供給部，振動付与部）
１７０…濃度検出部
１８０…振動付与部
１９０…照度測定部
２１２…第２ポンプ（ガス供給部）
２２０…循環流路

Claims

　藻類を培養する培養装置であって、
　上面に開口部を有し、前記藻類を含む培養液である藻類液が収容される培養池と、
　光透過性および可撓性を有し、前記培養池の前記開口部の少なくとも一部を封止するシート部と、
　大気よりも高い二酸化炭素濃度を有する高濃度ＣＯ_２ガスを、前記培養池と前記シート部との間に供給するガス供給部と、
　を備え、
　供給された前記高濃度ＣＯ_２ガスの少なくとも一部によって、前記藻類液の液面と前記シート部との間にガスが滞留するガス滞留空間が形成される培養装置。
　前記培養池と異なる領域で、前記培養池の外周に沿って形成され、液体が収容される外溝部と、
　前記外溝部に収容される液体中に配置され、前記シート部の端部を鉛直下方に牽引して前記端部を前記液体中に保持する保持部と、
　をさらに備え、
　前記保持部が前記シート部の端部を前記液体中で鉛直下方に牽引することで、前記シート部および前記液体が、前記培養池の開口部を全面に亘って封止する請求項１に記載の培養装置。
　前記保持部は、前記シート部の端部を着脱可能に掛止する請求項２に記載の培養装置。
　前記ガス滞留空間中の二酸化炭素の濃度を検出する濃度検出部をさらに備え、
　前記ガス供給部は、前記濃度検出部が検出した二酸化炭素の濃度が所定値未満である場合に、前記高濃度ＣＯ_２ガスを供給するように構成されている請求項１に記載の培養装置。
　前記ガス供給部は、前記高濃度ＣＯ_２ガスを前記藻類液中に供給し、
　前記高濃度ＣＯ_２ガスは、前記高濃度ＣＯ_２ガスに含まれる二酸化炭素のうち少なくとも一部が前記藻類液中に溶解した後に、前記藻類液の液面から放出される請求項１に記載の培養装置。
　前記シート部に振動を与えることで、前記シート部に付着した液滴を落下させるように構成された振動付与部をさらに備える請求項１に記載の培養装置。
　前記ガス滞留空間の照度と、この培養装置の外部空間の照度とを測定する照度測定部をさらに備え、
　前記振動付与部は、前記ガス滞留空間の照度と前記外部空間の照度との差が所定値以上となる場合に、前記シート部に振動を与えるように構成されている請求項６に記載の培養装置。
　前記ガス滞留空間からこの培養装置の外部に向けて送出されたガスを、再び前記ガス滞留空間に循環して供給するための循環流路をさらに備える請求項１に記載の培養装置。
　藻類を培養する培養装置であって、
　上面に開口部を有し、前記藻類を含む培養液である藻類液が収容される培養池と、
　光透過性を有し、前記培養池の前記開口部を封止する封止部と、
　前記培養池と異なる領域で、前記培養池の外周に沿って形成され、液体が収容される外溝部と、
　を備え、
　前記封止部の端部が、前記外溝部に収容される液体中に保持されることで、前記封止部および前記液体が、前記培養池の開口部を全面に亘って封止する培養装置。