培養装置
【課題】培養液を冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液を確実に冷却することができ、直接光等による培養液の温度上昇を抑制する培養装置の提供。
【解決手段】培養装置１００は、培養液Ｍが満たされる槽本体１１０と、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍを槽本体１１０外に越流させるとともに、当該越流した培養液Ｍを槽本体１１０の外面に沿って流下させる越流部１３０とを備える。
【解決手段】培養装置１００は、培養液Ｍが満たされる槽本体１１０と、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍを槽本体１１０外に越流させるとともに、当該越流した培養液Ｍを槽本体１１０の外面に沿って流下させる越流部１３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類等を培養する培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）が注目されており、このような藻類を大量に培養し、石油に換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。
【０００３】
藻類等の大量培養用の培養装置の例として、水面が開放されている培養装置であるオープンポンド（屋外池）型が挙げられる（例えば、非特許文献１）。藻類等の植物は、光合成を行って、増殖したり、炭化水素等を産生したりするため、培養槽内部まで光を到達させることが望ましいが、オープンポンド型は、水面からしか光が入射しないため、藻類の増殖に伴って、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してしまう。また、水面から他の微生物が混入してしまい藻類の培養効率が低下してしまうこともある。
【０００４】
そこで、チューブ形状の培養槽で構成されるチューブ型の培養装置（例えば、非特許文献１）や、直方体形状の培養槽で構成されるパネル型の培養装置（例えば、特許文献１）が検討されている。なお、チューブ型やパネル型の培養装置を構成する培養槽は、光合成効率を向上させるために、光を透過する、例えば、ガラス、プラスチック等の部材で構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Elsevier, Bioresource Technology 101, 2010:1406-1413
【特許文献１】特開２０００−１３９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、藻類には培養に適した温度範囲があり、この温度範囲を大きく逸脱すると、藻類の培養効率が低下してしまう。例えば、培養液の温度が高すぎると、藻類を構成するタンパク質等が変性してしまうといった問題が生じる。
【０００７】
しかし、上述したように、チューブ型や、パネル型の培養装置は、培養槽内部まで光を到達させるために、光を透過する部材で構成されている。このため、太陽光の照射量が多い日中等は、培養槽全体に光が当たり、培養槽内の培養液の温度が上昇し、藻類を構成するタンパク質や核酸等が変性してしまうことがある。したがって、チューブ型やパネル型の培養装置を利用して藻類を培養する場合、培養液を冷却するための専用の装置を用いて、培養液を冷却する必要があり、コスト高となったり、培養装置全体の占有体積が大きくなってしまったりしていた。
【０００８】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、培養液を冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液を確実に冷却することができ、直接光等による培養液の温度上昇を抑制す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の培養装置は、培養液が満たされる槽本体と、槽本体内の培養液が所定水位となったときに、槽本体内の培養液を槽本体外に越流させるとともに、当該越流した培養液を槽本体の外面に沿って流下させる越流部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記槽本体は、受光した光を槽本体内に透過させる受光面部を備え、越流部は、越流した培養液を槽本体における受光面部の外面以外の外面に沿って流下させてもよい。
【００１１】
上記槽本体は、受光面部より、当該受光面部から透過される光の透過方向前方に位置し、受光面部と対向する位置に配置される背面部を備え、越流部は、越流した培養液を背面部の外面に沿って流下させてもよい。
【００１２】
上記槽本体における越流部の下方位置には、新たな培養液を供給する培養液供給部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、培養液を冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液を確実に冷却することができ、直接光等による培養液の温度上昇を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】培養装置の外観斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｙ断面図である。
【図３】槽本体内の培養液Ｍの循環過程を説明するための説明図である。
【図４】越流部を越流する培養液Ｍの流動過程を説明するための説明図である。
【図５】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【図６】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【図７】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明を限定するものではない。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し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
（培養装置１００）
図１は、培養装置１００の外観斜視図であり、図２は、図１におけるＸ−Ｙ断面図である。図１および図２に示すように、培養装置１００は、槽本体１１０と、培養液回収部１５０とを備えて構成されている。
【００１７】
（槽本体１１０の構成）
槽本体１１０は、図１中Ｘ方向に対向配置された受光面部１１２および背面部１１４と、図１中Ｚ方向に対面配置された右側面部１１６ａおよび左側面部１１６ｂと、背面部１１４の下端と受光面部１１２の下端とを連続する底面部１１８とを備えている。
【００１８】
受光面部１１２は、ガラスや樹脂（例えば、アクリル、ポリエチレンテレフタレート等）等の光を透過させる部材で構成され、主に、太陽や照明から照射される直接光（直射光）Ｌを受光し、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。
【００１９】
背面部１１４は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材（例えば、金属等）で構成され、受光面部１１２よりも透過方向Ｔ（図２参照）の前方に位置し、受光面部１１２と対向する位置に配置される。ここで透過方向Ｔは、受光面部１１２から透過される光の方向である。
【００２０】
右側面部１１６ａおよび左側面部１１６ｂは、受光面部１１２と同様に、光を透過させる部材で構成され、主に散乱光や反射光を受光して、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。
【００２１】
底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材（例えば、金属等）で構成され、図２に示すように、背面部１１４の下端と受光面部１１２の下端とを連続するとともに、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って連続的に鉛直下方に傾斜している。
【００２２】
このように、受光面部１１２、背面部１１４、右側面部１１６ａ、左側面部１１６ｂ、底面部１１８で囲まれた槽本体１１０の内部空間は、図２に示すように、鉛直断面（図１におけるＸ−Ｙ断面）の形状が三角形であり、この内部空間には藻類が分散された培養液Ｍが満たされることになる。
【００２３】
また、図１および図２に示すように、槽本体１１０には、ガス導入部１２０と、越流部１３０と、培養液供給部１４０と、ガス取出部１４２とが設けられている。
【００２４】
ガス導入部１２０は、例えば、受光面部１１２と底面部１１６との連続部１２２に設けられており、培養液Ｍ中に被培養体（藻類等）が消費する消費ガス（例えば、光合成時には二酸化炭素、呼吸時には酸素）を導入する。
【００２５】
越流部１３０は、背面部１１４に設けられ、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍを槽本体１１０外に越流させる。なお、本実施形態において越流部１３０は、背面部１１４および底面部１１８を冷却する冷却手段に該当する。越流部１３０による冷却処理については後に詳述する。
【００２６】
培養液供給部１４０は、越流部１３０の下方位置に設けられ、新たな培養液Ｍを供給する。
【００２７】
ガス取出部１４２は、例えば、背面部１１４における喫水面よりも上方位置に設けられ、藻類が光合成を行うことによって生じる酸素や、藻類が呼吸を行うことによって生じる二酸化炭素を取り出す。これにより、藻類が光合成を行う際に培養液Ｍに酸素が供給されてしまい光合成効率が低下したり、藻類が呼吸を行う際に培養液Ｍに二酸化炭素が供給されてしまい呼吸効率が低下したりする事態を回避することが可能となる。
【００２８】
以下に、培養液Ｍの循環過程について説明する。
【００２９】
（槽本体１１０における培養液Ｍの循環過程）
図３は、槽本体１１０内の培養液Ｍの循環過程を説明するための説明図である。上述したように受光面部１１２は、主に直接光Ｌを受光し、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。ここで、槽本体１１０は、藻類が分散された培養液Ｍで満たされているため、培養液Ｍ中の藻類によって、受光した光が受光面部１１２から槽本体１１０の内部に向かうに従って徐々に減衰する。その結果、槽本体１１０内の領域ごとに、受光によって生じる培養液Ｍの温度上昇に差が生じる。
【００３０】
具体的に説明すると、図３に示す、受光面部１１２の近傍の領域Ａに位置する培養液Ｍは、受光した光によって、背面部１１４の近傍の領域Ｂや、底面部１１８の近傍の領域Ｃに位置する培養液Ｍと比較して高温になる。
【００３１】
そうすると、領域Ａに位置する培養液Ｍは、図３に示すように、受光面部１１２に沿って鉛直上方に上昇し（図３中、矢印ａで示す）、喫水面に到達する。喫水面に到達した培養液Ｍは、背面部１１４に沿って、鉛直下方に下降し（図３中、矢印ｂで示す）、領域Ｂに位置していた培養液Ｍは押し出されて底面部１１８に到達する。ここで、上述したように、底面部１１８は、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って鉛直下方に傾斜しているため、底面部１１８に到達した培養液Ｍは、底面部１１８に沿って（図３中矢印ｃで示す）、受光面部１１２に向かって流動する。そうすると、領域Ｃに位置していた培養液Ｍは、押し出されて、受光面部１１２の下端に到達する。
【００３２】
したがって、培養装置１００は、図３中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で、培養液Ｍを循環させることができ、培養液Ｍ中で、藻類が沈殿する事態を回避することが可能となる。これにより、藻類の光合成効率の低下や培養液Ｍの消費効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、ガス導入部１２０が連続部１２２に設けられる構成により、培養液Ｍに満遍なく消費ガスを供給するとともに、領域Ａにおける培養液Ｍの上昇を補助することができる。
【００３４】
さらに、上述したように、本実施形態にかかる背面部１１４および底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材で構成されるため、背面部１１４の近傍の領域Ｂおよび底面部１１８の近傍の領域Ｃに位置する培養液Ｍをより低温にすることができる。したがって、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍを、効率よく受光面部１１２の近傍（領域Ａ）に流動させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態において、槽本体１１０は、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って漸減するように形成される。このように、喫水面において、受光面部１１２側から背面部１１４側への培養液Ｍの流動距離を短くすることにより、光によって加温され喫水面に到達した培養液Ｍが背面部１１４に到達する途中で下降してしまい、循環の流れを乱してしまう事態を回避することが可能となる。したがって、培養液Ｍの循環効率を向上させることができる。
【００３６】
また、受光面部１１２を傾斜させることにより、受光面積を大きくすることが可能となり、藻類の光合成効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
ここで、藻類の循環について説明すると、藻類は、培養液Ｍに分散されているため、上述した培養液Ｍの循環に伴って、図３中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で循環する。このような培養液Ｍの循環に加えて、上述したように、底面部１１８が、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って鉛直下方に傾斜しているため、重力によって、背面部１１４の端側に位置する藻類を受光面部１１２の下端側に流動させることができる。そして、受光面部１１２の下端側に移動した藻類は、ガス導入部１２０による消費ガスの供給に伴って、喫水面まで到達し、その後、重力によって底面部１１８に向かって下降する。
【００３８】
ところで、藻類には、光が当たる期間と当たらない期間とが交互になるように培養することで、光合成効率が向上するという特徴がある（ライトダークエフェクト）。しかし、上述したように、チューブ型や、パネル型の培養装置は、培養槽内部まで光を到達させるために、光を透過する部材で構成されているため、太陽光の照射量が多い日中等は、培養槽全体に光が当たり、培養槽内の明るさが均一になってしまい、ライトダークエフェクトが得られず、却って光合成効率が抑制されたり、強光阻害が引き起こされたりするという問題があった。
【００３９】
本実施形態にかかる培養装置１００は、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直上方に向かうに従って短くなる構成、すなわち、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直下方に向かうに従って長くなる構成により、受光面部１１２から透過される光の透過方向に、培養液Ｍが厚い領域Ｄを形成することができる（図２参照）。ここで、培養装置１００は、槽本体１１０内部において培養液Ｍを連続して循環させることができるため、藻類を培養液Ｍに均一に分散させることが可能となる。これにより、領域Ｄにおいて、光の透過率が低い藻類の層が形成されることになり、受光面部１１２から背面部１１４に向かうに従って、光を徐々に減衰させることができる。したがって、太陽光の照射量が多い日中等であっても、槽本体１１０の内部に明るい領域Ａと暗い領域Ｄとを並行して形成することができ、藻類の光合成効率を向上させるとともに、藻類に対する強光阻害を抑制することが可能となる。
【００４０】
（越流部１３０による冷却処理）
図４は、越流部１３０を越流する培養液Ｍの流動過程を説明するための説明図である。図４に示すように、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍは、越流部１３０を越流して槽本体１１０外に流動する。すなわち、槽本体１１０内で培養された藻類は、培養液Ｍとともに、越流部１３０を越流して外部に排出されることになる。
【００４１】
そして、図４中矢印で示すように、越流部１３０は、越流した培養液Ｍを背面部１１４の外面に沿って流下させる。ここで、背面部１１４の外面は大気に曝されているため、越流部１３０を越流した培養液Ｍは、背面部１１４の外面に沿って流下している間に気化することになる。そうすると、背面部１１４は、培養液Ｍの気化熱によって冷却される。また、本実施形態において、背面部１１４の外面に沿って流下した培養液Ｍの少なくとも一部は、続いて底面部１１８の外面に沿って流下する。そうすると、培養液Ｍは、底面部１１８の外面に沿って流下している間でも気化することになるため、底面部１１８は、培養液Ｍの気化熱によって冷却される。
【００４２】
ここで、上述したように背面部１１４および底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材で構成されることによる、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍの冷却効果に加えて、越流部１３０を備えることによって、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍの温度をさらに低くすることができ、槽本体１１０内の培養液Ｍの循環効率を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、太陽光の照射量が多い日中等であっても、冷却装置を利用せずに培養液Ｍの温度を藻類の培養に適した温度範囲内に維持することができ、藻類の光合成効率を向上させ、藻類を構成するタンパク質や核酸等が変性して増殖が困難になる事態を回避することが可能となる。
【００４４】
また、背面部１１４の外面および底面部１１８の外面を流下する間に、培養液Ｍの一部が気化することにより、培養液Ｍに含まれる藻類の濃度を向上させることができる。
【００４５】
さらに、越流部１３０を越流した培養液Ｍは、重力によって、越流部１３０と案内部１３２との間を流下することになる。すなわち、越流部１３０から外部に越流した培養液Ｍが、槽本体１１０内部に逆流するという事態は発生しないため、外部から槽本体１１０内へのコンタミネーションを防止することもできる。
【００４６】
また、上述したように、本実施形態では越流部１３０の下方位置に培養液供給部１４０を設けているため、藻類の濃度が低い（０に等しい）新たな培養液Ｍが越流部１３０から排出されてしまうことを防止することができ、また、藻類の濃度が高い培養液Ｍを越流部１３０から排出することが可能となる。
【００４７】
図１および図２に戻って説明すると、培養液回収部１５０は、越流部１３０を越流し、背面部１１４の外面を流下した培養液Ｍを回収する。培養液回収部１５０で回収された、藻類を含む培養液Ｍは培養回収口１５２を通じて、後段のバイオ燃料生成工程等に利用される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態にかかる培養装置１００によれば、培養液Ｍを冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液Ｍを確実に冷却することができ、直接光等による培養液Ｍの温度上昇を抑制することが可能となる。したがって、全体的な藻類の培養効率を向上させることができる。
【００４９】
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ないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
上述した実施形態では、背面部１１４に越流部１３０を設けることとしたが、背面部１１４のみならず、槽本体１１０の受光面部１１２や、右側面部１１６ａ、左側面部１１６ｂ等、槽本体１１０の外周のどの位置に越流部１３０を設けてもよい。例えば、夏の日中等、日差しが強く、受光面部１１２が高温になり過ぎてしまうような設置環境等においては、受光面部１１２に越流部１３０を設けて、受光面部１１２を冷却してもよい。
【００５１】
また、槽本体のすべての外周に越流部を設け、槽本体の外周をすべて冷却することもできる。例えば、図５（ａ）に示すような、円柱形状の槽本体３１０を備える培養装置３００であって、その上面に受光面部３１２が形成される場合、図５（ａ）および図５（ｂ）（図５（ｂ）は、図５（ａ）の鉛直断面図である）に示すように、受光面部３１２以外の側面部３１４全周に渡って越流部３３０を形成することもできる。この場合であっても、受光した光は槽本体３１０の内部に向かうに従って減衰するため、槽本体３１０内で温度差を生じさせることが可能となる。
【００５２】
さらに、上述した実施形態では、底面部１１８を背面部１１４から受光面部１１２に向かうに従って鉛直下方に傾斜させることにより、越流部１３０から背面部１１４の外面に沿って流下した培養液Ｍを、底面部１１８の外面にも沿って流下させている。このように、槽本体において、越流部を設ける面や、越流部より越流した培養液Ｍで冷却する面は、設置環境に応じて適宜決定すればよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、槽本体１１０の形状によって槽本体１１０内に温度差を生じさせることで、培養液Ｍが自然に循環する構成としたが、培養液Ｍを循環させるための循環装置を別途に設けることとしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態において、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って漸減するように槽本体１１０が形成される例について説明したが、例えば、図６（ａ）に示すように、受光面部１１２が槽本体１１０の外部に向かって凸形状であっても、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って短くなるように、すなわち、受光面部１１２と背面部１１４との最上端側の距離が最下端側の距離より短くなるように槽本体１１０が形成されてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、受光面部１１２の下端から所定の高さまでは受光面部１１２と背面部１１４との距離が一定であり、所定の高さ以上から鉛直上方に向かうに従って漸減する形状であっても、図６（ｃ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直上方に向かうに従って段階的に短くなる形状であってもよい。さらに、受光面部１１２の近傍の領域で培養液Ｍおよび藻類が上昇できる構成であれば、図６（ｄ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が所定（一定）の距離（受光面部１１２と背面部１１４が平行に配される構成）であってもよい。
【００５５】
さらに、上述した実施形態では、底面部１１８全体が背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って連続的に鉛直下方に傾斜している構成について説明したが、例えば、図７（ａ）に示すように、底面部１１８が槽本体１１０の内部に向かって凸形状であってもよい。また、図７（ｂ）に示すように、底面部１１８の一部が鉛直下方に傾斜する形状であっても、図７（ｃ）に示すように、底面部１１８が段階的に鉛直下方に傾斜する形状であってもよい。
【００５６】
なお、図７（ｄ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って短くなるように形成すれば、受光面部１１２の近傍の領域において培養液および藻類を鉛直上方に上昇させることができるため、底面部１１８を水平に形成しても、図７中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で、培養液および藻類を循環させることが可能となる。
【００５７】
また、上述した実施形態においてガス導入部１２０は、連続部１２２に設けられているが、藻類に消費ガスを供給できれば、槽本体１１０のどの位置に配されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１００、３００ …培養装置
１１０、３１０ …槽本体
１１２、３１２ …受光面部
１１４ …背面部
１１８ …底面部
１２０ …ガス導入部
１３０、３３０ …越流部
１４０ …培養液供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類等を培養する培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）が注目されており、このような藻類を大量に培養し、石油に換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。
【０００３】
藻類等の大量培養用の培養装置の例として、水面が開放されている培養装置であるオープンポンド（屋外池）型が挙げられる（例えば、非特許文献１）。藻類等の植物は、光合成を行って、増殖したり、炭化水素等を産生したりするため、培養槽内部まで光を到達させることが望ましいが、オープンポンド型は、水面からしか光が入射しないため、藻類の増殖に伴って、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してしまう。また、水面から他の微生物が混入してしまい藻類の培養効率が低下してしまうこともある。
【０００４】
そこで、チューブ形状の培養槽で構成されるチューブ型の培養装置（例えば、非特許文献１）や、直方体形状の培養槽で構成されるパネル型の培養装置（例えば、特許文献１）が検討されている。なお、チューブ型やパネル型の培養装置を構成する培養槽は、光合成効率を向上させるために、光を透過する、例えば、ガラス、プラスチック等の部材で構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Elsevier, Bioresource Technology 101, 2010:1406-1413
【特許文献１】特開２０００−１３９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、藻類には培養に適した温度範囲があり、この温度範囲を大きく逸脱すると、藻類の培養効率が低下してしまう。例えば、培養液の温度が高すぎると、藻類を構成するタンパク質等が変性してしまうといった問題が生じる。
【０００７】
しかし、上述したように、チューブ型や、パネル型の培養装置は、培養槽内部まで光を到達させるために、光を透過する部材で構成されている。このため、太陽光の照射量が多い日中等は、培養槽全体に光が当たり、培養槽内の培養液の温度が上昇し、藻類を構成するタンパク質や核酸等が変性してしまうことがある。したがって、チューブ型やパネル型の培養装置を利用して藻類を培養する場合、培養液を冷却するための専用の装置を用いて、培養液を冷却する必要があり、コスト高となったり、培養装置全体の占有体積が大きくなってしまったりしていた。
【０００８】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、培養液を冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液を確実に冷却することができ、直接光等による培養液の温度上昇を抑制す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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の培養装置は、培養液が満たされる槽本体と、槽本体内の培養液が所定水位となったときに、槽本体内の培養液を槽本体外に越流させるとともに、当該越流した培養液を槽本体の外面に沿って流下させる越流部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記槽本体は、受光した光を槽本体内に透過させる受光面部を備え、越流部は、越流した培養液を槽本体における受光面部の外面以外の外面に沿って流下させてもよい。
【００１１】
上記槽本体は、受光面部より、当該受光面部から透過される光の透過方向前方に位置し、受光面部と対向する位置に配置される背面部を備え、越流部は、越流した培養液を背面部の外面に沿って流下させてもよい。
【００１２】
上記槽本体における越流部の下方位置には、新たな培養液を供給する培養液供給部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、培養液を冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液を確実に冷却することができ、直接光等による培養液の温度上昇を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】培養装置の外観斜視図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｙ断面図である。
【図３】槽本体内の培養液Ｍの循環過程を説明するための説明図である。
【図４】越流部を越流する培養液Ｍの流動過程を説明するための説明図である。
【図５】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【図６】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【図７】培養装置の変形例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明を限定するものではない。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し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
（培養装置１００）
図１は、培養装置１００の外観斜視図であり、図２は、図１におけるＸ−Ｙ断面図である。図１および図２に示すように、培養装置１００は、槽本体１１０と、培養液回収部１５０とを備えて構成されている。
【００１７】
（槽本体１１０の構成）
槽本体１１０は、図１中Ｘ方向に対向配置された受光面部１１２および背面部１１４と、図１中Ｚ方向に対面配置された右側面部１１６ａおよび左側面部１１６ｂと、背面部１１４の下端と受光面部１１２の下端とを連続する底面部１１８とを備えている。
【００１８】
受光面部１１２は、ガラスや樹脂（例えば、アクリル、ポリエチレンテレフタレート等）等の光を透過させる部材で構成され、主に、太陽や照明から照射される直接光（直射光）Ｌを受光し、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。
【００１９】
背面部１１４は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材（例えば、金属等）で構成され、受光面部１１２よりも透過方向Ｔ（図２参照）の前方に位置し、受光面部１１２と対向する位置に配置される。ここで透過方向Ｔは、受光面部１１２から透過される光の方向である。
【００２０】
右側面部１１６ａおよび左側面部１１６ｂは、受光面部１１２と同様に、光を透過させる部材で構成され、主に散乱光や反射光を受光して、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。
【００２１】
底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材（例えば、金属等）で構成され、図２に示すように、背面部１１４の下端と受光面部１１２の下端とを連続するとともに、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って連続的に鉛直下方に傾斜している。
【００２２】
このように、受光面部１１２、背面部１１４、右側面部１１６ａ、左側面部１１６ｂ、底面部１１８で囲まれた槽本体１１０の内部空間は、図２に示すように、鉛直断面（図１におけるＸ−Ｙ断面）の形状が三角形であり、この内部空間には藻類が分散された培養液Ｍが満たされることになる。
【００２３】
また、図１および図２に示すように、槽本体１１０には、ガス導入部１２０と、越流部１３０と、培養液供給部１４０と、ガス取出部１４２とが設けられている。
【００２４】
ガス導入部１２０は、例えば、受光面部１１２と底面部１１６との連続部１２２に設けられており、培養液Ｍ中に被培養体（藻類等）が消費する消費ガス（例えば、光合成時には二酸化炭素、呼吸時には酸素）を導入する。
【００２５】
越流部１３０は、背面部１１４に設けられ、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍを槽本体１１０外に越流させる。なお、本実施形態において越流部１３０は、背面部１１４および底面部１１８を冷却する冷却手段に該当する。越流部１３０による冷却処理については後に詳述する。
【００２６】
培養液供給部１４０は、越流部１３０の下方位置に設けられ、新たな培養液Ｍを供給する。
【００２７】
ガス取出部１４２は、例えば、背面部１１４における喫水面よりも上方位置に設けられ、藻類が光合成を行うことによって生じる酸素や、藻類が呼吸を行うことによって生じる二酸化炭素を取り出す。これにより、藻類が光合成を行う際に培養液Ｍに酸素が供給されてしまい光合成効率が低下したり、藻類が呼吸を行う際に培養液Ｍに二酸化炭素が供給されてしまい呼吸効率が低下したりする事態を回避することが可能となる。
【００２８】
以下に、培養液Ｍの循環過程について説明する。
【００２９】
（槽本体１１０における培養液Ｍの循環過程）
図３は、槽本体１１０内の培養液Ｍの循環過程を説明するための説明図である。上述したように受光面部１１２は、主に直接光Ｌを受光し、受光した光を槽本体１１０内に透過させる。ここで、槽本体１１０は、藻類が分散された培養液Ｍで満たされているため、培養液Ｍ中の藻類によって、受光した光が受光面部１１２から槽本体１１０の内部に向かうに従って徐々に減衰する。その結果、槽本体１１０内の領域ごとに、受光によって生じる培養液Ｍの温度上昇に差が生じる。
【００３０】
具体的に説明すると、図３に示す、受光面部１１２の近傍の領域Ａに位置する培養液Ｍは、受光した光によって、背面部１１４の近傍の領域Ｂや、底面部１１８の近傍の領域Ｃに位置する培養液Ｍと比較して高温になる。
【００３１】
そうすると、領域Ａに位置する培養液Ｍは、図３に示すように、受光面部１１２に沿って鉛直上方に上昇し（図３中、矢印ａで示す）、喫水面に到達する。喫水面に到達した培養液Ｍは、背面部１１４に沿って、鉛直下方に下降し（図３中、矢印ｂで示す）、領域Ｂに位置していた培養液Ｍは押し出されて底面部１１８に到達する。ここで、上述したように、底面部１１８は、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って鉛直下方に傾斜しているため、底面部１１８に到達した培養液Ｍは、底面部１１８に沿って（図３中矢印ｃで示す）、受光面部１１２に向かって流動する。そうすると、領域Ｃに位置していた培養液Ｍは、押し出されて、受光面部１１２の下端に到達する。
【００３２】
したがって、培養装置１００は、図３中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で、培養液Ｍを循環させることができ、培養液Ｍ中で、藻類が沈殿する事態を回避することが可能となる。これにより、藻類の光合成効率の低下や培養液Ｍの消費効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また、ガス導入部１２０が連続部１２２に設けられる構成により、培養液Ｍに満遍なく消費ガスを供給するとともに、領域Ａにおける培養液Ｍの上昇を補助することができる。
【００３４】
さらに、上述したように、本実施形態にかかる背面部１１４および底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材で構成されるため、背面部１１４の近傍の領域Ｂおよび底面部１１８の近傍の領域Ｃに位置する培養液Ｍをより低温にすることができる。したがって、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍを、効率よく受光面部１１２の近傍（領域Ａ）に流動させることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態において、槽本体１１０は、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って漸減するように形成される。このように、喫水面において、受光面部１１２側から背面部１１４側への培養液Ｍの流動距離を短くすることにより、光によって加温され喫水面に到達した培養液Ｍが背面部１１４に到達する途中で下降してしまい、循環の流れを乱してしまう事態を回避することが可能となる。したがって、培養液Ｍの循環効率を向上させることができる。
【００３６】
また、受光面部１１２を傾斜させることにより、受光面積を大きくすることが可能となり、藻類の光合成効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
ここで、藻類の循環について説明すると、藻類は、培養液Ｍに分散されているため、上述した培養液Ｍの循環に伴って、図３中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で循環する。このような培養液Ｍの循環に加えて、上述したように、底面部１１８が、背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って鉛直下方に傾斜しているため、重力によって、背面部１１４の端側に位置する藻類を受光面部１１２の下端側に流動させることができる。そして、受光面部１１２の下端側に移動した藻類は、ガス導入部１２０による消費ガスの供給に伴って、喫水面まで到達し、その後、重力によって底面部１１８に向かって下降する。
【００３８】
ところで、藻類には、光が当たる期間と当たらない期間とが交互になるように培養することで、光合成効率が向上するという特徴がある（ライトダークエフェクト）。しかし、上述したように、チューブ型や、パネル型の培養装置は、培養槽内部まで光を到達させるために、光を透過する部材で構成されているため、太陽光の照射量が多い日中等は、培養槽全体に光が当たり、培養槽内の明るさが均一になってしまい、ライトダークエフェクトが得られず、却って光合成効率が抑制されたり、強光阻害が引き起こされたりするという問題があった。
【００３９】
本実施形態にかかる培養装置１００は、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直上方に向かうに従って短くなる構成、すなわち、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直下方に向かうに従って長くなる構成により、受光面部１１２から透過される光の透過方向に、培養液Ｍが厚い領域Ｄを形成することができる（図２参照）。ここで、培養装置１００は、槽本体１１０内部において培養液Ｍを連続して循環させることができるため、藻類を培養液Ｍに均一に分散させることが可能となる。これにより、領域Ｄにおいて、光の透過率が低い藻類の層が形成されることになり、受光面部１１２から背面部１１４に向かうに従って、光を徐々に減衰させることができる。したがって、太陽光の照射量が多い日中等であっても、槽本体１１０の内部に明るい領域Ａと暗い領域Ｄとを並行して形成することができ、藻類の光合成効率を向上させるとともに、藻類に対する強光阻害を抑制することが可能となる。
【００４０】
（越流部１３０による冷却処理）
図４は、越流部１３０を越流する培養液Ｍの流動過程を説明するための説明図である。図４に示すように、槽本体１１０内の培養液Ｍが所定水位となったときに、槽本体１１０内の培養液Ｍは、越流部１３０を越流して槽本体１１０外に流動する。すなわち、槽本体１１０内で培養された藻類は、培養液Ｍとともに、越流部１３０を越流して外部に排出されることになる。
【００４１】
そして、図４中矢印で示すように、越流部１３０は、越流した培養液Ｍを背面部１１４の外面に沿って流下させる。ここで、背面部１１４の外面は大気に曝されているため、越流部１３０を越流した培養液Ｍは、背面部１１４の外面に沿って流下している間に気化することになる。そうすると、背面部１１４は、培養液Ｍの気化熱によって冷却される。また、本実施形態において、背面部１１４の外面に沿って流下した培養液Ｍの少なくとも一部は、続いて底面部１１８の外面に沿って流下する。そうすると、培養液Ｍは、底面部１１８の外面に沿って流下している間でも気化することになるため、底面部１１８は、培養液Ｍの気化熱によって冷却される。
【００４２】
ここで、上述したように背面部１１４および底面部１１８は、受光面部１１２よりも熱伝導度または放熱効率が高い部材で構成されることによる、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍの冷却効果に加えて、越流部１３０を備えることによって、領域Ｂおよび領域Ｃに位置する培養液Ｍの温度をさらに低くすることができ、槽本体１１０内の培養液Ｍの循環効率を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、太陽光の照射量が多い日中等であっても、冷却装置を利用せずに培養液Ｍの温度を藻類の培養に適した温度範囲内に維持することができ、藻類の光合成効率を向上させ、藻類を構成するタンパク質や核酸等が変性して増殖が困難になる事態を回避することが可能となる。
【００４４】
また、背面部１１４の外面および底面部１１８の外面を流下する間に、培養液Ｍの一部が気化することにより、培養液Ｍに含まれる藻類の濃度を向上させることができる。
【００４５】
さらに、越流部１３０を越流した培養液Ｍは、重力によって、越流部１３０と案内部１３２との間を流下することになる。すなわち、越流部１３０から外部に越流した培養液Ｍが、槽本体１１０内部に逆流するという事態は発生しないため、外部から槽本体１１０内へのコンタミネーションを防止することもできる。
【００４６】
また、上述したように、本実施形態では越流部１３０の下方位置に培養液供給部１４０を設けているため、藻類の濃度が低い（０に等しい）新たな培養液Ｍが越流部１３０から排出されてしまうことを防止することができ、また、藻類の濃度が高い培養液Ｍを越流部１３０から排出することが可能となる。
【００４７】
図１および図２に戻って説明すると、培養液回収部１５０は、越流部１３０を越流し、背面部１１４の外面を流下した培養液Ｍを回収する。培養液回収部１５０で回収された、藻類を含む培養液Ｍは培養回収口１５２を通じて、後段のバイオ燃料生成工程等に利用される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態にかかる培養装置１００によれば、培養液Ｍを冷却するための専用装置を利用せずとも、簡易な構成で培養液Ｍを確実に冷却することができ、直接光等による培養液Ｍの温度上昇を抑制することが可能となる。したがって、全体的な藻類の培養効率を向上させることができる。
【００４９】
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ないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
上述した実施形態では、背面部１１４に越流部１３０を設けることとしたが、背面部１１４のみならず、槽本体１１０の受光面部１１２や、右側面部１１６ａ、左側面部１１６ｂ等、槽本体１１０の外周のどの位置に越流部１３０を設けてもよい。例えば、夏の日中等、日差しが強く、受光面部１１２が高温になり過ぎてしまうような設置環境等においては、受光面部１１２に越流部１３０を設けて、受光面部１１２を冷却してもよい。
【００５１】
また、槽本体のすべての外周に越流部を設け、槽本体の外周をすべて冷却することもできる。例えば、図５（ａ）に示すような、円柱形状の槽本体３１０を備える培養装置３００であって、その上面に受光面部３１２が形成される場合、図５（ａ）および図５（ｂ）（図５（ｂ）は、図５（ａ）の鉛直断面図である）に示すように、受光面部３１２以外の側面部３１４全周に渡って越流部３３０を形成することもできる。この場合であっても、受光した光は槽本体３１０の内部に向かうに従って減衰するため、槽本体３１０内で温度差を生じさせることが可能となる。
【００５２】
さらに、上述した実施形態では、底面部１１８を背面部１１４から受光面部１１２に向かうに従って鉛直下方に傾斜させることにより、越流部１３０から背面部１１４の外面に沿って流下した培養液Ｍを、底面部１１８の外面にも沿って流下させている。このように、槽本体において、越流部を設ける面や、越流部より越流した培養液Ｍで冷却する面は、設置環境に応じて適宜決定すればよい。
【００５３】
また、上述した実施形態では、槽本体１１０の形状によって槽本体１１０内に温度差を生じさせることで、培養液Ｍが自然に循環する構成としたが、培養液Ｍを循環させるための循環装置を別途に設けることとしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態において、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って漸減するように槽本体１１０が形成される例について説明したが、例えば、図６（ａ）に示すように、受光面部１１２が槽本体１１０の外部に向かって凸形状であっても、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って短くなるように、すなわち、受光面部１１２と背面部１１４との最上端側の距離が最下端側の距離より短くなるように槽本体１１０が形成されてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、受光面部１１２の下端から所定の高さまでは受光面部１１２と背面部１１４との距離が一定であり、所定の高さ以上から鉛直上方に向かうに従って漸減する形状であっても、図６（ｃ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が鉛直上方に向かうに従って段階的に短くなる形状であってもよい。さらに、受光面部１１２の近傍の領域で培養液Ｍおよび藻類が上昇できる構成であれば、図６（ｄ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が所定（一定）の距離（受光面部１１２と背面部１１４が平行に配される構成）であってもよい。
【００５５】
さらに、上述した実施形態では、底面部１１８全体が背面部１１４側から受光面部１１２側に向かうに従って連続的に鉛直下方に傾斜している構成について説明したが、例えば、図７（ａ）に示すように、底面部１１８が槽本体１１０の内部に向かって凸形状であってもよい。また、図７（ｂ）に示すように、底面部１１８の一部が鉛直下方に傾斜する形状であっても、図７（ｃ）に示すように、底面部１１８が段階的に鉛直下方に傾斜する形状であってもよい。
【００５６】
なお、図７（ｄ）に示すように、受光面部１１２と背面部１１４との距離が、鉛直上方に向かうに従って短くなるように形成すれば、受光面部１１２の近傍の領域において培養液および藻類を鉛直上方に上昇させることができるため、底面部１１８を水平に形成しても、図７中、矢印ａ、ｂ、ｃで示す順で、培養液および藻類を循環させることが可能となる。
【００５７】
また、上述した実施形態においてガス導入部１２０は、連続部１２２に設けられているが、藻類に消費ガスを供給できれば、槽本体１１０のどの位置に配されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１００、３００ …培養装置
１１０、３１０ …槽本体
１１２、３１２ …受光面部
１１４ …背面部
１１８ …底面部
１２０ …ガス導入部
１３０、３３０ …越流部
１４０ …培養液供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液が満たされる槽本体と、
前記槽本体内の培養液が所定水位となったときに、該槽本体内の培養液を該槽本体外に越流させるとともに、当該越流した培養液を該槽本体の外面に沿って流下させる越流部と、
を備えたことを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記槽本体は、
受光した光を槽本体内に透過させる受光面部を備え、
前記越流部は、前記越流した培養液を前記槽本体における前記受光面部の外面以外の外面に沿って流下させることを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記槽本体は、
前記受光面部より、当該受光面部から透過される光の透過方向前方に位置し、前記受光面部と対向する位置に配置される背面部を備え、
前記越流部は、前記越流した培養液を前記背面部の外面に沿って流下させることを特徴とする請求項２に記載の培養装置。
【請求項４】
前記槽本体における前記越流部の下方位置には、新たな培養液を供給する培養液供給部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項１】
培養液が満たされる槽本体と、
前記槽本体内の培養液が所定水位となったときに、該槽本体内の培養液を該槽本体外に越流させるとともに、当該越流した培養液を該槽本体の外面に沿って流下させる越流部と、
を備えたことを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記槽本体は、
受光した光を槽本体内に透過させる受光面部を備え、
前記越流部は、前記越流した培養液を前記槽本体における前記受光面部の外面以外の外面に沿って流下させることを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記槽本体は、
前記受光面部より、当該受光面部から透過される光の透過方向前方に位置し、前記受光面部と対向する位置に配置される背面部を備え、
前記越流部は、前記越流した培養液を前記背面部の外面に沿って流下させることを特徴とする請求項２に記載の培養装置。
【請求項４】
前記槽本体における前記越流部の下方位置には、新たな培養液を供給する培養液供給部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の培養装置。
【図１】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９１８９５（Ｐ２０１２−１９１８９５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８７３０（Ｐ２０１１−５８７３０）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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