工業的に培養可能な藻体の培養システム
【課題】
品質の良い藻体の産量を大幅に増加させ、藻体を工業的に大量培養することを可能とする藻体の培養システムを提供する。
【解決手段】
工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管と、液貯留手段と、動力送液手段と、ジェット式酸素排出手段と、連通管手段と、を備える。前記液貯留手段は、光透過配管の出口部に連通されて、排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される。前記動力送液手段は液貯留手段の端末に接続され、かつ送液管を有する。前記ジェット式酸素排出手段は、中空筒体に形成され、注液口と、上排気口と、中空管とを有し、注液口は送液管の出口端と連通し、中空管は上排気口の下部に延設される。前記連通管手段は、入口端がジェット酸素排出手段と連通するとともに出口端が光透過配管と接続される。
品質の良い藻体の産量を大幅に増加させ、藻体を工業的に大量培養することを可能とする藻体の培養システムを提供する。
【解決手段】
工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管と、液貯留手段と、動力送液手段と、ジェット式酸素排出手段と、連通管手段と、を備える。前記液貯留手段は、光透過配管の出口部に連通されて、排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される。前記動力送液手段は液貯留手段の端末に接続され、かつ送液管を有する。前記ジェット式酸素排出手段は、中空筒体に形成され、注液口と、上排気口と、中空管とを有し、注液口は送液管の出口端と連通し、中空管は上排気口の下部に延設される。前記連通管手段は、入口端がジェット酸素排出手段と連通するとともに出口端が光透過配管と接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業的に培養可能な藻体の培養システム及びそれを利用した藻体の培養方法に関し、特に、パイプ型培養システムにより藻体の培養液を循環させることで、藻体に光合成を繰り返させる工業的な培養を可能とする藻体の培養システム、及びそれを利用した藻体の培養方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スピルリナ（Spirulina）やヘマトコッカス(Haematococcus Pluvialis Flotow)、ボトリオコッカス（Botryococcus braunii）などのような藻類は、蛋白質、ミネラル、ビタミン、酵素、酸化防止剤、アスタキサンチンなど人体に有益な栄養素が豊富に含まれており、近年栄養食品として注目されている。
【０００３】
また、藻類からバイオディーゼル燃料を抽出することが既に可能となっており、代替燃料として利用することも期待されている。
【０００４】
藻体は光合成反応系により培養液中で光合成を行い、藻細胞が必要としている滋養分を生成し、藍藻の成長と大量繁殖を促進する。
【０００５】
また、光合成で発生した酸素は培養液中に溶解するので、培養液中の溶存酸素濃度を上昇させることができる。
【０００６】
下記特許文献１には、藻類微生物の光合成反応システムと光合成反応方法が開示されている。特許文献１に示される藻類微生物の光合成反応システムでは、藻類は透明なパイプ経路である光合成反応ユニットによって光合成を行い成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたシステムと方法では、生成される藻体の量が少量である為、工業的な大量生産には適さない。そこで藻体を効率よく生成させることができる方法が求められていた。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、藻体を工業的に大量培養することを可能とする藻体の培養システムを提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、品質の良い藻体を高い産量で培養することを可能とする藻体の培養システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明にかかる工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管と、液貯留手段と、動力送液手段と、ジェット式酸素排出手段と、連通管手段とを備え、前記液貯留手段は、光透過配管よりも容積が大きく光透過配管の出口部に連通される。また、前記液貯留手段には排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される。前記動力送液手段は送液管を有し液貯留手段の端末に接続される。前記ジェット式酸素排出手段は、中空筒体に形成され、注液口と、上排気口と、中空管とを有する。注液口は送液管の出口端と連通し、中空管は上排気口の下部に延設される。前記連通管手段は、入口端がジェット酸素排出手段と連通し、出口端が光透過配管と接続される。
【００１１】
好ましくは、光透過配管の上流に複数の連結型密閉容器を備えた細胞分裂手段を更に設ける。
【００１２】
好ましくは、前記各連結型密閉容器毎に、複数の小型試験管と、一つの中型ビーカーと、一つのエアリフト式光合成器とを備える。前記中型ビーカーは小型試験管の下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は前記中型ビーカーの下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は、光源手段からの照射を受ける。
【００１３】
好ましくは、前記ジェット式酸素排出手
段は、酸素排出筒体と集液部とが構成され、前記酸素排出筒体の側壁には、集液部まで延伸された給気管が設けられる。
【００１４】
好ましくは、前記酸素排出筒体には、排気管が更に設けられ、前記排気管と中空管の上端は第１通気半密閉素子により通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体に外部環境からの不純物の進入を防ぐ。また、前記給気管の開口は前記酸素排出筒体側に設けられた第２通気半密閉素子により通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体に外部環境からの不純物の進入を防ぐ。
【００１５】
好ましくは、前記液貯留手段は配管であり、配管の管径は光透過配管の管径より大径で、底部には採集弁が設けられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、光透過配管の出口端の後方に液貯留手段が配置され、液貯留手段には光合成により発生した酸素を排出するための排気口が設けられ、更に、光合成で利用されるＣＯ２を供給するための二酸化炭素ガス供給管が接続されている。システム内に循環した藻体と培養液は、くり返し光透過配管に入って光合成を行い、液貯留手段内で増殖、成長し続け産量を大幅に増加させることができる。
【００１７】
藻体を光透過配管に投入する前に、前処理として藻体を細胞分裂手段に入れ、藻体細胞分裂の速度を促進させることで、充分量の藻体細胞数が得られ、予め生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００１８】
生物体量が増加された藻体と培養液は、光透過配管に入れられ、光合成を行い繰り返すことで藻体は生長して増殖し、採集できる藻体になる。
【００１９】
このように、藻体の細胞分裂と生長増殖の２段階により、藻体の産量を向上させることができる。
【００２０】
連結型密閉容器は、小型試験管と、中型ビーカーと、エアリフト式光合成器というサイズがそれぞれ異なった容器を備える。藻体は連結型密閉容器中を流動して光合成を行うことにより、段階的に細胞分裂し、細胞分裂の速度を高めることに寄与する。
【００２１】
更に、気体吹込み装置から二酸化炭素をエアリフト式光合成器に吹き込むことで、培養液に流動が生し、その中の藻体を培養液中に均一に分散させることができ、藻体の成長や細胞分裂を容易にさせ、生物体量を増加させる。
【００２２】
また、ジェット式酸素排出手段により給気と排気を行う場合、第１通気半密閉素子と第２通気半密閉素子によりジェット式酸素排出手段を外部からの不純物により汚染されることを防止する。これにより藻体が汚染されることなく生長増殖することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを利用して藻体を培養する工程のフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図であり、液貯留手段２は配管である場合を示す。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムの変形例を示す模式図であって、液貯留手段２’は開放式の大容量タンクである場合を示す。
【図３】本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムの細胞分裂手段を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。しかしながら本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。
【００２５】
（第１実施形態）
図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示すように、本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管１と、液貯留手段２と、動力送液手段３と、ジェット式酸素排出手段４と、連通管手段５と、を有する。
【００２６】
また、本発明に係る藻体の培養システムにおいて、細胞分裂手段６を更に有することが好ましい。
【００２７】
前処理として藻体とその培養液を細胞分裂手段６に投入することで、あらかじめ生物体量（バイオマス）が増加した藻体を生成させることができる。当該生物体量が増加された藻体とその培養液を光透過配管１へ入れ、光合成をさせることで、培養液に光合成後の藻体と酸素が発生する。
【００２８】
続いて、光合成後の培養液とその中に含まれる藻体を液貯留手段２へ移送し、さらに動力送液手段３により培養液とその中に含まれる藻体をジェット式酸素排出手段４に移送する。
【００２９】
ジェット式酸素排出手段４において、培養液中の酸素が排出されると同時に二酸化炭素が培養液に供給され、光合成で消費された二酸化炭素を補充する。
【００３０】
培養液とその中に含まれる藻体は連通管手段５に移送され、そこでしばらくの間生理的調節を行う。
【００３１】
その後、光合成後の藻体は、再度光透過配管１へ移送され、前記一連の手順を繰り返す。
【００３２】
このようにくり返し一連の手順を行なうことで、藻体は生長して増殖し、採集できる藻体となる。
【００３３】
最後に、藻体は再び液貯留手段２に流れ込んで貯留され、そこで生長して大量に増殖し続け、採集可能となる。
【００３４】
光透過配管１の周囲に補光照射手段１１と噴水手段１２を配置してもよい。また、光透過配管１の上流側に注入口１０１を設けると、藻体や培養液を容易に光透過配管１に注入することができるので好ましい。光透過配管１は上流側から下流側に向かって延長方向に螺旋状に配置され、注入口１０１から注入された藻体や培養液は、螺旋を描くように光透過配管１を流れる。
【００３５】
補光照射手段１１は蛍光灯具であってもよく、ＬＥＤランプであってもよい。補光照射手段１１から出射された光を光透過配管１に照射することで、光合成に必要な十分な光強度が得られる。補光照射手段１１が設けられる位置は特に限定されず、光透過配管１が受ける光の強さを藻体の光合成に必要な光強度にするように補光照射手段１１を光透過配管１の付近に適宜設ければよい。なお、光合成に必要な光強度は、藻体の種類により異なるので、補光照射手段１１の光線出射角度や光強度は必要に応じて変更する。
【００３６】
噴水手段１２は、手動操作式のものであってもよく、誘導型のものであってもよい。噴水手段１２から噴き出す水を光透過配管１に当てることで、光透過配管１内の培養液の温度を低下させ、補光照射手段１１による熱から守ることができる。
【００３７】
本実施形態において、噴水手段１２は光透過配管１の上方に配置されているが、噴水手段１２が設けられる位置は特に限定されず、光透過配管１の温度を藻体の光合成に必要な温度にするように光透過配管１の付近に適宜設ければよい。
【００３８】
なお、光合成に必要な温度は、藻体の種類により異なるので、必要に応じて、噴水手段１２により培養液の温度を調整する。
【００３９】
液貯留手段２は、光透過配管１よりも容積が大きく光透過配管１の出口部に連通される。液貯留手段２には、排気口２１が設けられるとともに、二酸化炭素ガス供給管２２が接続される。
【００４０】
光合成により発生した酸素は、排気口２１から外部へ放出されると共に、光合成に必要なＣＯ２が二酸化炭素ガス供給管２２から培養液中に補充される。これにより、藻体は液貯留手段２内に増殖、生長し続けることができる。
【００４１】
液貯留手段２は図２Ａに示すように配管にしてもよく、また、図２Ｂに示すように、液貯留手段２’を開放式の大容量タンクにしてもよい。
【００４２】
開放式タンクの場合、不純物が外部から培養液中に入ることを防ぐため、タンクの上に液貯留槽の開口を覆うための蓋部などが設けられる。蓋部以外の部分については液貯留手段２と同様に排気口２１’と二酸化炭素ガス供給管２２’が設けられる。
【００４３】
液貯留手段２は密閉性と藻体の不純物汚染防止など衛生上の観点から、配管の方がより好ましい。その場合管体をＵ字状にし地上に設ける。その際、配管の管径は光透過配管１の管径より大径にする必要がある。また、配管である液貯留手段２の底部に藻体を採集するための採集弁２３を設けてもよい。
【００４４】
培養液は光透過配管１中での流速が早いので、受けた光量が増し、藻体の成長速度も迅速である。一方、液貯留手段２に流れ込むと、流速が緩やかになるために、藻体が凝集して凝集物を形成する。凝集された藻体は、液貯留手段２において細胞分裂を行って大量に増殖する。
【００４５】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、液貯留手段２の端末には送液管３１と加圧送液ポンプ３２とを有する動力送液手段３が接続される。送液管３１は、入口端が液貯留手段２に接続され、出口端が下記ジェット式酸素排出手段４に接続される。送液管３１中の培養液は、加圧送液ポンプ３２により加圧されて、ジェット式酸素排出手段４に移送される。
【００４６】
ジェット式酸素排出手段４は、互いに取り付けられた酸素排出筒体４１と集液部４２とから構成される。中空筒体を成し、注液口４１１、上排気口４１２、及び中空管４１３を備える。注液口４１１は、送液管３１の出口端と連通される。上排気口４１２は酸素排出筒体４１の上部に開口し、上排気口４１２の下部には中空管４１３が延設される。また、酸素排出筒体４１には、排気管４３を更に設けてもよい。当該排気管４３には下端に向けて徐々に内径を拡げたテーパー状の拡大部４３１が形成される。また、酸素排出筒体４１の側壁には、集液部４２まで延伸された給気管４４を設けてもよい。
【００４７】
上述の構成により動力送液手段３により移送された培養液は、注液口４１１から集液部４２に流入する際、ジェット状に噴出し中空管４１３に衝突する。これにより培養液を回旋して酸素ガスを上排気口４１２から排出させる。
【００４８】
また、培養液が落下する際、拡大部４３１に衝突し、培養液を飛散させ、酸素ガスの排出を更に促進する。その後、培養液は集液部４２の底部に集まって沈む。なお、集液部４２の底部の培養液へ、藻体の光合成に必要な二酸化炭素を給気管４４から供給すると、培養液における藻体に再び光合成を行う能力を高めることができる。このように、ジェット式酸素排出手段４の構成により、上排気口４１２から培養液の酸素が排出され、給気管４４から二酸化炭素が補充される。
【００４９】
ジェット式酸素排出手段４には、第１通気半密閉素子４５と第２通気半密閉素子４６を更に設けることが好ましい。排気管４３と中空管４１３の上端の開口を第１通気半密閉素子４５で通気可能に塞ぐことで、ジェット式酸素排出手段４内に外部からの不純物の進入を遮断することができる。
【００５０】
同様に酸素排出筒体４１の側壁に設けられた前記給気管４４の開口を前記酸素排出筒体４１側に設けられた第２通気半密閉素子４６で通気可能に塞ぐことで、ジェット式酸素排出手段４内に外部からの不純物の進入を遮断することができる。
【００５１】
また、第１通気半密閉素子４５と第２通気半密閉素子４６には、フィルターやエアバルブを用いると、酸素や二酸化炭素などのガスが通過可能となると共にジェット式酸素排出手段４を外部環境の不純物から守ることができる。
【００５２】
連通管手段５は入口端がジェット酸素排出手段４と連通し、出口端が光透過配管１と接続される。培養液はジェット式酸素排出手段４から連通管手段５に流入し、更に光透過配管１内に流入することで、培養液における藻体は再度光合成を行い、増殖することができる。
【００５３】
図３に示すように、光透過配管１の上流には細胞分裂手段６が設けられる。前処理として藻体を細胞分裂手段６に入れ、藻体細胞分裂の速度を促進させることで、充分量の藻体細胞数が得られ、生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００５４】
細胞分裂手段６は、複数の連結型密閉容器６０を有する。また、各連結型密閉容器６０毎には、複数の小型試験管６１と、一つの中型ビーカー６２と、一つのエアリフト式光合成器６３とが備えられる。小型試験管６１の下流には中型ビーカー６２が連結され、中型ビーカー６２の下流にはエアリフト式光合成器６３が連結される。このように、連続して密閉的な連結型密閉容器６０を構成する。
【００５５】
各小型試験管６１毎に藻体と培養液を入れ、藻体を細胞分裂させる。藻体が細胞分裂して所定量の細胞数となった後、各小型試験管６１の藻体と培養液を中型ビーカー６２に入れ、再び藻体を細胞分裂させる。最後に、中型ビーカー６２の藻体と培養液をエアリフト式光合成器６３に入れる。藻体はここで光源手段６４からの照射を受け光合成を行う。このように、藻体は各連結型密閉容器６０中に細胞分裂の速度が促進され、充分量の藻体細胞数を得ることができる。
【００５６】
各エアリフト式光合成器６３には各々一つの光源手段６４が装備される。光源手段６４は、第１光源６４１と、第２光源６４２と、電源６４３と電気制御装置６４４を備える。第１光源６４１と第２光源６４２は電気制御装置６４４を介して電源６４３に電気的に接続され、点灯に必要な電気の供給を受ける。
【００５７】
また、電気制御装置６４４により第１光源６４１と第２光源６４２の輝度を調整することで、エアリフト式光合成器６３内の藻体や培養液の温度を制御することができる。
【００５８】
第１光源６４１はエアリフト式光合成器６３の外部に設けられ、第２光源６４２はエアリフト式光合成器６３の内部に設けられる。これにより、藻体に光線が充分に照射し、藻体は光合成により、生物体量を増加することができる。
【００５９】
なお、連結型密閉容器６０には、気体吹込み装置６５を更に備えてもよい。気体吹込み装置６５は、第１配管６５１と、第２配管６５２と、第３配管６５３とを有し、第１配管６５１は各小型試験管６１に連接され、第２配管６５２は各中型ビーカー６２に連接され、第３配管６５３は各エアリフト式光合成器６３に連接される。
【００６０】
気体吹込み装置６５で発生させた二酸化炭素を第１配管６５１、第２配管６５２と第３配管６５３を介してそれぞれ小型試験管６１、中型ビーカー６２とエアリフト式光合成器６３に吹き込むことで、培養液に流動が生じ、培養液中の藻体を均一に分散させる。これにより藻体の成長や細胞分裂を容易にさせ、生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００６１】
光合成により発生した酸素は放気管６３１から外部へ放出される。一方、生物体量が増加した藻体と培養液は、合流配管６６中を流れて、注入口１０１から光透過配管１に流入し、光合成を行い続ける。
【００６２】
上記のように、接続されて密閉的な連結型密閉容器６０の環境は、藻体の細胞分裂に寄与し、培養液中に生物体量を増加させた藻体が得られ、藻体の産量を向上させることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
また、本発明に係る実施形態の変形例として、ジェット式酸素排出手段と連通管手段を設計することができる。
【００６４】
図４は、本発明の第２実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。第２実施形態に係る培養システムにおけるジェット式酸素排出手段４には本体の長さを比較的長めにした集液部４２ａを使用し、ジェット式酸素排出手段４と連通管手段５ａとを並列に並べて構成する点で前記第１実施形態と相違する。
【００６５】
本実施形態における連通管手段５ａは連通入水口５１ａと、拡大式連通管５２ａと、連通出水管５３ａとを備える。拡大式連通管５２ａの、底部は連通入水口５１ａに連結され、上部は連通出水管５３ａに連結される。連通入水口５１ａは集液部４２と連通される。連通出水管５３ａは光透過配管１の最上部の入口に連結される。
【００６６】
これにより、集液部４２に溜まった培養液の液面高度が拡大式連通管５２ａの液面高度より高くなると、圧力により培養液が連通出水管５３ａから光透過配管１へ流動し、光透過配管１に入る藻体は再度光合成を行い生長、増殖する。
【００６７】
本実施形態では長さを長めにした集液部４２ａと大径の拡大式連通管５２ａを用いることにより、培養液の流速を緩徐させ、培養液が連通管手段５ａから光透過配管１に流入する時間を長くさせることにより、藻体が生理的調節を行う充分な時間があり、これにより動力送液手段３やジェット式酸素排出手段４による生理的障害を解消することができ、品質の良い藻体を得ることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【００６９】
連通管手段５ｂの数量は必要に応じて変更することができる。例えば、二つまたはそれ以上の連通管手段５ｂを互いに流通させるように連結することで、互いに流通させた連続式の連通管手段５ｂを構成してもよい。つまり、複数本並べて配置された拡大式連通管５２ｂにより、連続式の拡大式連通管５２ｂが構成され、且つ連続式の拡大式連通管５２ｂはジェット式酸素排出手段４と光透過配管１と連通される。
【００７０】
２個で一組の連続式の拡大式連通管５２ｂの下部には、連続式の拡大式連通管５２ｂ同士を連結させる開閉弁部材７１が更に設けられている。
【００７１】
各拡大式連通管５２ｂごとには気体経路７２が接続されている。更に、２個で一組の連続式の拡大式連通管５２ｂの上部に接続された配管は、酸素の排出と不純物の侵入防止のために、先端を下方に湾曲させ、下方に向いて開口した酸素排出口５４ｂが形成されている。
【００７２】
気体経路７２を設ける位置は、藻体の流動方向に応じて設けることが好ましく、例えば、藻体が下部から流入する場合、拡大式連通管５２ｂの下部に設け、上部から流入する場合には拡大式連通管５２ｂの上部に設ければよい。
【００７３】
このような連続式の拡大式連通管５２ｂにより、ジェット式酸素排出手段４から導入された藻体は連続的に生理的調節を行うことができる。
【００７４】
また、このように互いに流通させた連続式の連通管手段５ｂに、気体経路７２から二酸化炭素ガスを吹き込むことで、培養液に流動が生じ、培養液中の藻体を均一に分散させる。これにより藻体の生長や細胞分裂を促進し、生物体量を増加させることができる。
【００７５】
システム全体を循環して成長を完了した藻体は、開閉弁部材７１により排出され採集することができる。
【００７６】
本実施形態に係る連続式の連通管手段５ｂを前記実施形態のものと比較すると、システムの稼動を止めることなく一日１回または二日に１回くらいのペースで採集することができる効果が期待され、次の洗浄を行うまでに大量且つ継続的に採集することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
工業的に藻体を大量生産する目的を達成するために、光透過配管１の管径を大きくし、長さを長くすることにより産量を増加させるのは一般的であるが、配管中の酸素含有量が増加され、藻体の成長を抑える結果を招くことがある。このような課題を解決するために、図６に示す本発明の第４実施形態では、光透過配管１の中間部に排気するための通気弁部材７３が設けられている。通気弁部材７３は、光透過配管１に連通される連通水管７３１と、連通水管７３１に連通されるとともに上端の高さを光透過配管１より高くした排気管７３２と、連通水管７３１を開閉するための開閉弁７３３と、排出弁７３４とを有する。開閉弁７３３が開かれると、培養液は排気管７３２に流入するが、排気管７３２は上端の高さが光透過配管１より高いので、培養液は排気管７３２から溢流することがない。一方、酸素は排気管７３２から外部に排出することができる。また、酸素の外部への放出を容易にするための手段を設けてもよい。更に、排出弁７３４が開いている際、老廃した藻体や壊死した藻体を排出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムによると、その構造設計により大幅に藻体の収量を向上させ、工業的な大量生産に適する藻体の培養システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 光透過配管
１０１ 注入口
１１ 補光照射手段
１２ 噴水手段
２ 液貯留手段
２１ 排気口
２２ 二酸化炭素ガス供給管
２３ 採集弁
２’ 液貯留手段
２１’ 排気口
２２’ 二酸化炭素ガス供給管
３ 動力送液手段
３１ 送液管
３２ 加圧送液ポンプ
４ ジェット式酸素排出手段
４１ 酸素排出筒体
４１１ 注液口
４１２ 上排気口
４１３ 中空管
４２，４２ａ 集液部
４３ 排気管
４３１ 拡大部
４４ 給気管
４５ 第１通気半密閉素子
４６ 第２通気半密閉素子
５ 連通管手段
５ａ 連通管手段
５１ａ 連通入水口
５２ａ 拡大式連通管
５３ａ 連通出水管
５ｂ 連通管手段
５２ｂ 拡大式連通管
５４ｂ 酸素排出口
６ 細胞分裂手段
６０ 連結型密閉容器
６１ 小型試験管
６２ 中型ビーカー
６３ エアリフト式光合成器
６３１ 放気管
６４ 光源手段
６４１ 第１光源
６４２ 第２光源
６４３ 電源
６４４ 電気制御装置
６５ 気体吹込み装置
６５１ 第１配管
６５２ 第２配管
６５３ 第３配管
６６ 合流配管
７１ 開閉弁部材
７２ 気体経路
７３ 通気弁部材
７３１ 連通水管
７３２ 排気管
７３３ 開閉弁
７３４ 排出弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業的に培養可能な藻体の培養システム及びそれを利用した藻体の培養方法に関し、特に、パイプ型培養システムにより藻体の培養液を循環させることで、藻体に光合成を繰り返させる工業的な培養を可能とする藻体の培養システム、及びそれを利用した藻体の培養方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スピルリナ（Spirulina）やヘマトコッカス(Haematococcus Pluvialis Flotow)、ボトリオコッカス（Botryococcus braunii）などのような藻類は、蛋白質、ミネラル、ビタミン、酵素、酸化防止剤、アスタキサンチンなど人体に有益な栄養素が豊富に含まれており、近年栄養食品として注目されている。
【０００３】
また、藻類からバイオディーゼル燃料を抽出することが既に可能となっており、代替燃料として利用することも期待されている。
【０００４】
藻体は光合成反応系により培養液中で光合成を行い、藻細胞が必要としている滋養分を生成し、藍藻の成長と大量繁殖を促進する。
【０００５】
また、光合成で発生した酸素は培養液中に溶解するので、培養液中の溶存酸素濃度を上昇させることができる。
【０００６】
下記特許文献１には、藻類微生物の光合成反応システムと光合成反応方法が開示されている。特許文献１に示される藻類微生物の光合成反応システムでは、藻類は透明なパイプ経路である光合成反応ユニットによって光合成を行い成長する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたシステムと方法では、生成される藻体の量が少量である為、工業的な大量生産には適さない。そこで藻体を効率よく生成させることができる方法が求められていた。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、藻体を工業的に大量培養することを可能とする藻体の培養システムを提供することにある。
また、本発明のもう一つの目的は、品質の良い藻体を高い産量で培養することを可能とする藻体の培養システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明にかかる工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管と、液貯留手段と、動力送液手段と、ジェット式酸素排出手段と、連通管手段とを備え、前記液貯留手段は、光透過配管よりも容積が大きく光透過配管の出口部に連通される。また、前記液貯留手段には排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される。前記動力送液手段は送液管を有し液貯留手段の端末に接続される。前記ジェット式酸素排出手段は、中空筒体に形成され、注液口と、上排気口と、中空管とを有する。注液口は送液管の出口端と連通し、中空管は上排気口の下部に延設される。前記連通管手段は、入口端がジェット酸素排出手段と連通し、出口端が光透過配管と接続される。
【００１１】
好ましくは、光透過配管の上流に複数の連結型密閉容器を備えた細胞分裂手段を更に設ける。
【００１２】
好ましくは、前記各連結型密閉容器毎に、複数の小型試験管と、一つの中型ビーカーと、一つのエアリフト式光合成器とを備える。前記中型ビーカーは小型試験管の下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は前記中型ビーカーの下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は、光源手段からの照射を受ける。
【００１３】
好ましくは、前記ジェット式酸素排出手
段は、酸素排出筒体と集液部とが構成され、前記酸素排出筒体の側壁には、集液部まで延伸された給気管が設けられる。
【００１４】
好ましくは、前記酸素排出筒体には、排気管が更に設けられ、前記排気管と中空管の上端は第１通気半密閉素子により通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体に外部環境からの不純物の進入を防ぐ。また、前記給気管の開口は前記酸素排出筒体側に設けられた第２通気半密閉素子により通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体に外部環境からの不純物の進入を防ぐ。
【００１５】
好ましくは、前記液貯留手段は配管であり、配管の管径は光透過配管の管径より大径で、底部には採集弁が設けられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、光透過配管の出口端の後方に液貯留手段が配置され、液貯留手段には光合成により発生した酸素を排出するための排気口が設けられ、更に、光合成で利用されるＣＯ２を供給するための二酸化炭素ガス供給管が接続されている。システム内に循環した藻体と培養液は、くり返し光透過配管に入って光合成を行い、液貯留手段内で増殖、成長し続け産量を大幅に増加させることができる。
【００１７】
藻体を光透過配管に投入する前に、前処理として藻体を細胞分裂手段に入れ、藻体細胞分裂の速度を促進させることで、充分量の藻体細胞数が得られ、予め生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００１８】
生物体量が増加された藻体と培養液は、光透過配管に入れられ、光合成を行い繰り返すことで藻体は生長して増殖し、採集できる藻体になる。
【００１９】
このように、藻体の細胞分裂と生長増殖の２段階により、藻体の産量を向上させることができる。
【００２０】
連結型密閉容器は、小型試験管と、中型ビーカーと、エアリフト式光合成器というサイズがそれぞれ異なった容器を備える。藻体は連結型密閉容器中を流動して光合成を行うことにより、段階的に細胞分裂し、細胞分裂の速度を高めることに寄与する。
【００２１】
更に、気体吹込み装置から二酸化炭素をエアリフト式光合成器に吹き込むことで、培養液に流動が生し、その中の藻体を培養液中に均一に分散させることができ、藻体の成長や細胞分裂を容易にさせ、生物体量を増加させる。
【００２２】
また、ジェット式酸素排出手段により給気と排気を行う場合、第１通気半密閉素子と第２通気半密閉素子によりジェット式酸素排出手段を外部からの不純物により汚染されることを防止する。これにより藻体が汚染されることなく生長増殖することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを利用して藻体を培養する工程のフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図であり、液貯留手段２は配管である場合を示す。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムの変形例を示す模式図であって、液貯留手段２’は開放式の大容量タンクである場合を示す。
【図３】本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムの細胞分裂手段を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。しかしながら本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。
【００２５】
（第１実施形態）
図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示すように、本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムは、パイプ型光合成手段の光透過配管１と、液貯留手段２と、動力送液手段３と、ジェット式酸素排出手段４と、連通管手段５と、を有する。
【００２６】
また、本発明に係る藻体の培養システムにおいて、細胞分裂手段６を更に有することが好ましい。
【００２７】
前処理として藻体とその培養液を細胞分裂手段６に投入することで、あらかじめ生物体量（バイオマス）が増加した藻体を生成させることができる。当該生物体量が増加された藻体とその培養液を光透過配管１へ入れ、光合成をさせることで、培養液に光合成後の藻体と酸素が発生する。
【００２８】
続いて、光合成後の培養液とその中に含まれる藻体を液貯留手段２へ移送し、さらに動力送液手段３により培養液とその中に含まれる藻体をジェット式酸素排出手段４に移送する。
【００２９】
ジェット式酸素排出手段４において、培養液中の酸素が排出されると同時に二酸化炭素が培養液に供給され、光合成で消費された二酸化炭素を補充する。
【００３０】
培養液とその中に含まれる藻体は連通管手段５に移送され、そこでしばらくの間生理的調節を行う。
【００３１】
その後、光合成後の藻体は、再度光透過配管１へ移送され、前記一連の手順を繰り返す。
【００３２】
このようにくり返し一連の手順を行なうことで、藻体は生長して増殖し、採集できる藻体となる。
【００３３】
最後に、藻体は再び液貯留手段２に流れ込んで貯留され、そこで生長して大量に増殖し続け、採集可能となる。
【００３４】
光透過配管１の周囲に補光照射手段１１と噴水手段１２を配置してもよい。また、光透過配管１の上流側に注入口１０１を設けると、藻体や培養液を容易に光透過配管１に注入することができるので好ましい。光透過配管１は上流側から下流側に向かって延長方向に螺旋状に配置され、注入口１０１から注入された藻体や培養液は、螺旋を描くように光透過配管１を流れる。
【００３５】
補光照射手段１１は蛍光灯具であってもよく、ＬＥＤランプであってもよい。補光照射手段１１から出射された光を光透過配管１に照射することで、光合成に必要な十分な光強度が得られる。補光照射手段１１が設けられる位置は特に限定されず、光透過配管１が受ける光の強さを藻体の光合成に必要な光強度にするように補光照射手段１１を光透過配管１の付近に適宜設ければよい。なお、光合成に必要な光強度は、藻体の種類により異なるので、補光照射手段１１の光線出射角度や光強度は必要に応じて変更する。
【００３６】
噴水手段１２は、手動操作式のものであってもよく、誘導型のものであってもよい。噴水手段１２から噴き出す水を光透過配管１に当てることで、光透過配管１内の培養液の温度を低下させ、補光照射手段１１による熱から守ることができる。
【００３７】
本実施形態において、噴水手段１２は光透過配管１の上方に配置されているが、噴水手段１２が設けられる位置は特に限定されず、光透過配管１の温度を藻体の光合成に必要な温度にするように光透過配管１の付近に適宜設ければよい。
【００３８】
なお、光合成に必要な温度は、藻体の種類により異なるので、必要に応じて、噴水手段１２により培養液の温度を調整する。
【００３９】
液貯留手段２は、光透過配管１よりも容積が大きく光透過配管１の出口部に連通される。液貯留手段２には、排気口２１が設けられるとともに、二酸化炭素ガス供給管２２が接続される。
【００４０】
光合成により発生した酸素は、排気口２１から外部へ放出されると共に、光合成に必要なＣＯ２が二酸化炭素ガス供給管２２から培養液中に補充される。これにより、藻体は液貯留手段２内に増殖、生長し続けることができる。
【００４１】
液貯留手段２は図２Ａに示すように配管にしてもよく、また、図２Ｂに示すように、液貯留手段２’を開放式の大容量タンクにしてもよい。
【００４２】
開放式タンクの場合、不純物が外部から培養液中に入ることを防ぐため、タンクの上に液貯留槽の開口を覆うための蓋部などが設けられる。蓋部以外の部分については液貯留手段２と同様に排気口２１’と二酸化炭素ガス供給管２２’が設けられる。
【００４３】
液貯留手段２は密閉性と藻体の不純物汚染防止など衛生上の観点から、配管の方がより好ましい。その場合管体をＵ字状にし地上に設ける。その際、配管の管径は光透過配管１の管径より大径にする必要がある。また、配管である液貯留手段２の底部に藻体を採集するための採集弁２３を設けてもよい。
【００４４】
培養液は光透過配管１中での流速が早いので、受けた光量が増し、藻体の成長速度も迅速である。一方、液貯留手段２に流れ込むと、流速が緩やかになるために、藻体が凝集して凝集物を形成する。凝集された藻体は、液貯留手段２において細胞分裂を行って大量に増殖する。
【００４５】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、液貯留手段２の端末には送液管３１と加圧送液ポンプ３２とを有する動力送液手段３が接続される。送液管３１は、入口端が液貯留手段２に接続され、出口端が下記ジェット式酸素排出手段４に接続される。送液管３１中の培養液は、加圧送液ポンプ３２により加圧されて、ジェット式酸素排出手段４に移送される。
【００４６】
ジェット式酸素排出手段４は、互いに取り付けられた酸素排出筒体４１と集液部４２とから構成される。中空筒体を成し、注液口４１１、上排気口４１２、及び中空管４１３を備える。注液口４１１は、送液管３１の出口端と連通される。上排気口４１２は酸素排出筒体４１の上部に開口し、上排気口４１２の下部には中空管４１３が延設される。また、酸素排出筒体４１には、排気管４３を更に設けてもよい。当該排気管４３には下端に向けて徐々に内径を拡げたテーパー状の拡大部４３１が形成される。また、酸素排出筒体４１の側壁には、集液部４２まで延伸された給気管４４を設けてもよい。
【００４７】
上述の構成により動力送液手段３により移送された培養液は、注液口４１１から集液部４２に流入する際、ジェット状に噴出し中空管４１３に衝突する。これにより培養液を回旋して酸素ガスを上排気口４１２から排出させる。
【００４８】
また、培養液が落下する際、拡大部４３１に衝突し、培養液を飛散させ、酸素ガスの排出を更に促進する。その後、培養液は集液部４２の底部に集まって沈む。なお、集液部４２の底部の培養液へ、藻体の光合成に必要な二酸化炭素を給気管４４から供給すると、培養液における藻体に再び光合成を行う能力を高めることができる。このように、ジェット式酸素排出手段４の構成により、上排気口４１２から培養液の酸素が排出され、給気管４４から二酸化炭素が補充される。
【００４９】
ジェット式酸素排出手段４には、第１通気半密閉素子４５と第２通気半密閉素子４６を更に設けることが好ましい。排気管４３と中空管４１３の上端の開口を第１通気半密閉素子４５で通気可能に塞ぐことで、ジェット式酸素排出手段４内に外部からの不純物の進入を遮断することができる。
【００５０】
同様に酸素排出筒体４１の側壁に設けられた前記給気管４４の開口を前記酸素排出筒体４１側に設けられた第２通気半密閉素子４６で通気可能に塞ぐことで、ジェット式酸素排出手段４内に外部からの不純物の進入を遮断することができる。
【００５１】
また、第１通気半密閉素子４５と第２通気半密閉素子４６には、フィルターやエアバルブを用いると、酸素や二酸化炭素などのガスが通過可能となると共にジェット式酸素排出手段４を外部環境の不純物から守ることができる。
【００５２】
連通管手段５は入口端がジェット酸素排出手段４と連通し、出口端が光透過配管１と接続される。培養液はジェット式酸素排出手段４から連通管手段５に流入し、更に光透過配管１内に流入することで、培養液における藻体は再度光合成を行い、増殖することができる。
【００５３】
図３に示すように、光透過配管１の上流には細胞分裂手段６が設けられる。前処理として藻体を細胞分裂手段６に入れ、藻体細胞分裂の速度を促進させることで、充分量の藻体細胞数が得られ、生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００５４】
細胞分裂手段６は、複数の連結型密閉容器６０を有する。また、各連結型密閉容器６０毎には、複数の小型試験管６１と、一つの中型ビーカー６２と、一つのエアリフト式光合成器６３とが備えられる。小型試験管６１の下流には中型ビーカー６２が連結され、中型ビーカー６２の下流にはエアリフト式光合成器６３が連結される。このように、連続して密閉的な連結型密閉容器６０を構成する。
【００５５】
各小型試験管６１毎に藻体と培養液を入れ、藻体を細胞分裂させる。藻体が細胞分裂して所定量の細胞数となった後、各小型試験管６１の藻体と培養液を中型ビーカー６２に入れ、再び藻体を細胞分裂させる。最後に、中型ビーカー６２の藻体と培養液をエアリフト式光合成器６３に入れる。藻体はここで光源手段６４からの照射を受け光合成を行う。このように、藻体は各連結型密閉容器６０中に細胞分裂の速度が促進され、充分量の藻体細胞数を得ることができる。
【００５６】
各エアリフト式光合成器６３には各々一つの光源手段６４が装備される。光源手段６４は、第１光源６４１と、第２光源６４２と、電源６４３と電気制御装置６４４を備える。第１光源６４１と第２光源６４２は電気制御装置６４４を介して電源６４３に電気的に接続され、点灯に必要な電気の供給を受ける。
【００５７】
また、電気制御装置６４４により第１光源６４１と第２光源６４２の輝度を調整することで、エアリフト式光合成器６３内の藻体や培養液の温度を制御することができる。
【００５８】
第１光源６４１はエアリフト式光合成器６３の外部に設けられ、第２光源６４２はエアリフト式光合成器６３の内部に設けられる。これにより、藻体に光線が充分に照射し、藻体は光合成により、生物体量を増加することができる。
【００５９】
なお、連結型密閉容器６０には、気体吹込み装置６５を更に備えてもよい。気体吹込み装置６５は、第１配管６５１と、第２配管６５２と、第３配管６５３とを有し、第１配管６５１は各小型試験管６１に連接され、第２配管６５２は各中型ビーカー６２に連接され、第３配管６５３は各エアリフト式光合成器６３に連接される。
【００６０】
気体吹込み装置６５で発生させた二酸化炭素を第１配管６５１、第２配管６５２と第３配管６５３を介してそれぞれ小型試験管６１、中型ビーカー６２とエアリフト式光合成器６３に吹き込むことで、培養液に流動が生じ、培養液中の藻体を均一に分散させる。これにより藻体の成長や細胞分裂を容易にさせ、生物体量が増加された藻体を得ることができる。
【００６１】
光合成により発生した酸素は放気管６３１から外部へ放出される。一方、生物体量が増加した藻体と培養液は、合流配管６６中を流れて、注入口１０１から光透過配管１に流入し、光合成を行い続ける。
【００６２】
上記のように、接続されて密閉的な連結型密閉容器６０の環境は、藻体の細胞分裂に寄与し、培養液中に生物体量を増加させた藻体が得られ、藻体の産量を向上させることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
また、本発明に係る実施形態の変形例として、ジェット式酸素排出手段と連通管手段を設計することができる。
【００６４】
図４は、本発明の第２実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。第２実施形態に係る培養システムにおけるジェット式酸素排出手段４には本体の長さを比較的長めにした集液部４２ａを使用し、ジェット式酸素排出手段４と連通管手段５ａとを並列に並べて構成する点で前記第１実施形態と相違する。
【００６５】
本実施形態における連通管手段５ａは連通入水口５１ａと、拡大式連通管５２ａと、連通出水管５３ａとを備える。拡大式連通管５２ａの、底部は連通入水口５１ａに連結され、上部は連通出水管５３ａに連結される。連通入水口５１ａは集液部４２と連通される。連通出水管５３ａは光透過配管１の最上部の入口に連結される。
【００６６】
これにより、集液部４２に溜まった培養液の液面高度が拡大式連通管５２ａの液面高度より高くなると、圧力により培養液が連通出水管５３ａから光透過配管１へ流動し、光透過配管１に入る藻体は再度光合成を行い生長、増殖する。
【００６７】
本実施形態では長さを長めにした集液部４２ａと大径の拡大式連通管５２ａを用いることにより、培養液の流速を緩徐させ、培養液が連通管手段５ａから光透過配管１に流入する時間を長くさせることにより、藻体が生理的調節を行う充分な時間があり、これにより動力送液手段３やジェット式酸素排出手段４による生理的障害を解消することができ、品質の良い藻体を得ることができる。
【００６８】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムを示す模式図である。
【００６９】
連通管手段５ｂの数量は必要に応じて変更することができる。例えば、二つまたはそれ以上の連通管手段５ｂを互いに流通させるように連結することで、互いに流通させた連続式の連通管手段５ｂを構成してもよい。つまり、複数本並べて配置された拡大式連通管５２ｂにより、連続式の拡大式連通管５２ｂが構成され、且つ連続式の拡大式連通管５２ｂはジェット式酸素排出手段４と光透過配管１と連通される。
【００７０】
２個で一組の連続式の拡大式連通管５２ｂの下部には、連続式の拡大式連通管５２ｂ同士を連結させる開閉弁部材７１が更に設けられている。
【００７１】
各拡大式連通管５２ｂごとには気体経路７２が接続されている。更に、２個で一組の連続式の拡大式連通管５２ｂの上部に接続された配管は、酸素の排出と不純物の侵入防止のために、先端を下方に湾曲させ、下方に向いて開口した酸素排出口５４ｂが形成されている。
【００７２】
気体経路７２を設ける位置は、藻体の流動方向に応じて設けることが好ましく、例えば、藻体が下部から流入する場合、拡大式連通管５２ｂの下部に設け、上部から流入する場合には拡大式連通管５２ｂの上部に設ければよい。
【００７３】
このような連続式の拡大式連通管５２ｂにより、ジェット式酸素排出手段４から導入された藻体は連続的に生理的調節を行うことができる。
【００７４】
また、このように互いに流通させた連続式の連通管手段５ｂに、気体経路７２から二酸化炭素ガスを吹き込むことで、培養液に流動が生じ、培養液中の藻体を均一に分散させる。これにより藻体の生長や細胞分裂を促進し、生物体量を増加させることができる。
【００７５】
システム全体を循環して成長を完了した藻体は、開閉弁部材７１により排出され採集することができる。
【００７６】
本実施形態に係る連続式の連通管手段５ｂを前記実施形態のものと比較すると、システムの稼動を止めることなく一日１回または二日に１回くらいのペースで採集することができる効果が期待され、次の洗浄を行うまでに大量且つ継続的に採集することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
工業的に藻体を大量生産する目的を達成するために、光透過配管１の管径を大きくし、長さを長くすることにより産量を増加させるのは一般的であるが、配管中の酸素含有量が増加され、藻体の成長を抑える結果を招くことがある。このような課題を解決するために、図６に示す本発明の第４実施形態では、光透過配管１の中間部に排気するための通気弁部材７３が設けられている。通気弁部材７３は、光透過配管１に連通される連通水管７３１と、連通水管７３１に連通されるとともに上端の高さを光透過配管１より高くした排気管７３２と、連通水管７３１を開閉するための開閉弁７３３と、排出弁７３４とを有する。開閉弁７３３が開かれると、培養液は排気管７３２に流入するが、排気管７３２は上端の高さが光透過配管１より高いので、培養液は排気管７３２から溢流することがない。一方、酸素は排気管７３２から外部に排出することができる。また、酸素の外部への放出を容易にするための手段を設けてもよい。更に、排出弁７３４が開いている際、老廃した藻体や壊死した藻体を排出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る工業的に培養可能な藻体の培養システムによると、その構造設計により大幅に藻体の収量を向上させ、工業的な大量生産に適する藻体の培養システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 光透過配管
１０１ 注入口
１１ 補光照射手段
１２ 噴水手段
２ 液貯留手段
２１ 排気口
２２ 二酸化炭素ガス供給管
２３ 採集弁
２’ 液貯留手段
２１’ 排気口
２２’ 二酸化炭素ガス供給管
３ 動力送液手段
３１ 送液管
３２ 加圧送液ポンプ
４ ジェット式酸素排出手段
４１ 酸素排出筒体
４１１ 注液口
４１２ 上排気口
４１３ 中空管
４２，４２ａ 集液部
４３ 排気管
４３１ 拡大部
４４ 給気管
４５ 第１通気半密閉素子
４６ 第２通気半密閉素子
５ 連通管手段
５ａ 連通管手段
５１ａ 連通入水口
５２ａ 拡大式連通管
５３ａ 連通出水管
５ｂ 連通管手段
５２ｂ 拡大式連通管
５４ｂ 酸素排出口
６ 細胞分裂手段
６０ 連結型密閉容器
６１ 小型試験管
６２ 中型ビーカー
６３ エアリフト式光合成器
６３１ 放気管
６４ 光源手段
６４１ 第１光源
６４２ 第２光源
６４３ 電源
６４４ 電気制御装置
６５ 気体吹込み装置
６５１ 第１配管
６５２ 第２配管
６５３ 第３配管
６６ 合流配管
７１ 開閉弁部材
７２ 気体経路
７３ 通気弁部材
７３１ 連通水管
７３２ 排気管
７３３ 開閉弁
７３４ 排出弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業的に培養可能な藻体の培養システムであって、
パイプ型光合成手段の光透過配管と、
前記光透過配管の出口部に連通される液貯留手段であって、前記光透過配管よりも容積が大きく、排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される液貯留手段と、
送液管を有し、前記液貯留手段の端末に接続される動力送液手段と、中空筒体に形成されるジェット式酸素排出手段であって、注液口と、上排気口と、中空管とを有し、前記注液口は前記送液管の出口端と連通し、前記中空管は前記上排気口の下部に延設されるジェット式酸素排出手段と、
入口端が前記ジェット酸素排出手段と連通するとともに出口端が前記光透過配管と接続される連通管手段と、
を備えることを特徴とする工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項２】
更に、前記光透過配管の上流に細胞分裂手段が設けられ、前記細胞分裂手段は、複数の連結型密閉容器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項３】
前記各連結型密閉容器は、複数の小型試験管と、一つの中型ビーカーと、一つのエアリフト式光合成器とを備え、前記中型ビーカーは前記小型試験管の下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は前記中型ビーカーの下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は、光源手段からの照射を受けることを特徴とする、請求項２に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項４】
前記光源手段は、第１光源と、第２光源と、電源とを備え、前記第１光源と前記第２光源とは電源に電気的に接続され、前記第１光源は前記エアリフト式光合成器の外部に設けられ、前記第２光源は前記エアリフト式光合成器の内部に設けられることを特徴とする、請求項３に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項５】
更に、前記連結型密閉容器には気体吹込み装置６５が接続され、前記気体吹込み装置は、第１配管と、第２配管と、第３配管とを有し、前記第１配管は各小型試験管に連接され、前記第２配管は各中型ビーカーに連接され、前記第３配管は各エアリフト式光合成器に連接されることを特徴とする、請求項３に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項６】
前記光透過配管の略中間部には、排気するための通気弁部材が設けられ、前記通気弁部材は、前記光透過配管と連通される連通水管と、前記連通水管と連通されるとともに上端の高さを前記光透過配管より高くした排気管と、前記連通水管を開閉するための開閉弁と、排出弁とを有することを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項７】
更に、連通管手段に、互いに流通させるように配置された複数本の連続式の拡大式連通管が設けられ、各拡大式連通管ごとには気体経路が接続されて、２個で一組とする拡大式連通管の下部には、一組になった二つの拡大式連通管を連結する開閉弁部材が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項８】
前記液貯留手段は配管であって、管径は光透過配管の管径より大径で、底部には採集弁が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項９】
前記ジェット式酸素排出手段は、互いに取り付けられた酸素排出筒体と集液部とから構成され、前記酸素排出筒体の側壁には、集液部まで延伸された給気管が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項１０】
更に、前記酸素排出筒体には、排気管が設けられ、前記排気管と中空管の上端には第１通気半密閉素子で通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体を外部環境から密閉状態にし、また、前記給気管の開口は前記酸素排出筒体の側に設けられた第２通気半密閉素子で通気可能に塞がれ、酸素排出筒体を外部環境から密閉状態にすることを特徴とする、請求項９に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項１】
工業的に培養可能な藻体の培養システムであって、
パイプ型光合成手段の光透過配管と、
前記光透過配管の出口部に連通される液貯留手段であって、前記光透過配管よりも容積が大きく、排気口が設けられるとともに二酸化炭素ガス供給管が接続される液貯留手段と、
送液管を有し、前記液貯留手段の端末に接続される動力送液手段と、中空筒体に形成されるジェット式酸素排出手段であって、注液口と、上排気口と、中空管とを有し、前記注液口は前記送液管の出口端と連通し、前記中空管は前記上排気口の下部に延設されるジェット式酸素排出手段と、
入口端が前記ジェット酸素排出手段と連通するとともに出口端が前記光透過配管と接続される連通管手段と、
を備えることを特徴とする工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項２】
更に、前記光透過配管の上流に細胞分裂手段が設けられ、前記細胞分裂手段は、複数の連結型密閉容器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項３】
前記各連結型密閉容器は、複数の小型試験管と、一つの中型ビーカーと、一つのエアリフト式光合成器とを備え、前記中型ビーカーは前記小型試験管の下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は前記中型ビーカーの下流に連結され、前記エアリフト式光合成器は、光源手段からの照射を受けることを特徴とする、請求項２に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項４】
前記光源手段は、第１光源と、第２光源と、電源とを備え、前記第１光源と前記第２光源とは電源に電気的に接続され、前記第１光源は前記エアリフト式光合成器の外部に設けられ、前記第２光源は前記エアリフト式光合成器の内部に設けられることを特徴とする、請求項３に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項５】
更に、前記連結型密閉容器には気体吹込み装置６５が接続され、前記気体吹込み装置は、第１配管と、第２配管と、第３配管とを有し、前記第１配管は各小型試験管に連接され、前記第２配管は各中型ビーカーに連接され、前記第３配管は各エアリフト式光合成器に連接されることを特徴とする、請求項３に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項６】
前記光透過配管の略中間部には、排気するための通気弁部材が設けられ、前記通気弁部材は、前記光透過配管と連通される連通水管と、前記連通水管と連通されるとともに上端の高さを前記光透過配管より高くした排気管と、前記連通水管を開閉するための開閉弁と、排出弁とを有することを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項７】
更に、連通管手段に、互いに流通させるように配置された複数本の連続式の拡大式連通管が設けられ、各拡大式連通管ごとには気体経路が接続されて、２個で一組とする拡大式連通管の下部には、一組になった二つの拡大式連通管を連結する開閉弁部材が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項８】
前記液貯留手段は配管であって、管径は光透過配管の管径より大径で、底部には採集弁が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項９】
前記ジェット式酸素排出手段は、互いに取り付けられた酸素排出筒体と集液部とから構成され、前記酸素排出筒体の側壁には、集液部まで延伸された給気管が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【請求項１０】
更に、前記酸素排出筒体には、排気管が設けられ、前記排気管と中空管の上端には第１通気半密閉素子で通気可能に塞がれることで、酸素排出筒体を外部環境から密閉状態にし、また、前記給気管の開口は前記酸素排出筒体の側に設けられた第２通気半密閉素子で通気可能に塞がれ、酸素排出筒体を外部環境から密閉状態にすることを特徴とする、請求項９に記載の工業的に培養可能な藻体の培養システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８０８３９（Ｐ２０１２−８０８３９Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０６６５（Ｐ２０１０−２３０６６５）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（５０５１３７２６９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（５０５１３７２６９）
【Ｆターム（参考）】
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