(57)【要約】 【課題】太陽光の利用効率を向上させることができる光培養装置を提供する。【解決手段】光で培養される生物の培養液３を貯留する貯留部２と、培養液３と反対側の第１面４ａおよび培養液３側の第２面４ｂを有し、第１面４ａから入射した太陽光を第２面４ｂから培養液３側に出射する採光部材４と、を備える。【選択図】図１
2020031578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光で培養される生物の培養液を貯留する貯留部と、
前記培養液と反対側の第１面および前記培養液側の第２面を有し、前記第１面から入射した太陽光を前記第２面から前記培養液側に出射する採光部材と、を備える光培養装置。
【請求項２】
前記採光部材は、前記第１面側から入射した太陽光を偏向させて前記第２面側に出射する偏向層を有し、
前記偏向層は、前記第２面から太陽光が出射するときの太陽光と前記培養液の液面の面法線方向とのなす第２角度が、前記第１面に太陽光が入射するときの太陽光と前記培養液の液面の面法線方向とのなす第１角度以下となるように、太陽光を偏向させる、請求項１に記載の光培養装置。
【請求項３】
前記偏向層は、太陽の位置の変化に応じた前記第２角度の変化量が、前記太陽の位置の変化に応じた前記第１角度の変化量以下となるように、太陽光を偏向させる、請求項２に記載の光培養装置。
【請求項４】
前記偏向層は、
前記第１面に沿った第１方向に間隔を空けて楔状の複数の溝が設けられた第１部分であって、前記溝が前記第１方向に交差する第２方向にわたって設けられた第１部分と、
前記溝の形状に倣って前記溝の内部に配置され、前記第１部分よりも光の屈折率が低い第２部分と、を有し、
前記溝は、前記第１面側から前記第２面側に向かうにしたがって前記第１方向の寸法が小さくなり、
前記第２部分は、
前記第１面の面法線方向に対して第１傾斜角で傾斜した第１傾斜面と、
前記第２面側において前記第１傾斜面に接続され、前記第１面の面法線方向に対して前記第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角で傾斜した第２傾斜面と、を有する、請求項２または３に記載の光培養装置。
【請求項５】
前記採光部材が複数配置され、
前記複数の採光部材のうちの少なくとも２つの採光部材は、前記溝の前記第２方向が異なるように配置された、請求項４に記載の光培養装置。
【請求項６】
前記複数の採光部材は、前記培養液の液面に沿って配置された、請求項５に記載の光培養装置。
【請求項７】
前記複数の採光部材は、前記培養液の液面に対して前記培養液と反対側に傾斜して配置された、請求項５に記載の光培養装置。
【請求項８】
前記複数の採光部材のうちの少なくとも２つの採光部材は、前記培養液の液面に対して異なる方位に向かって傾斜して配置された、請求項７に記載の光培養装置。
【請求項９】
前記採光部材は、
前記第１面を有し、前記偏向層に対して前記培養液と反対側に配置された第１透明部材と、
前記第２面を有し、前記偏向層に対して前記培養液側に配置された第２透明部材と、を更に有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載の光培養装置。
【請求項１０】
前記タンクの壁面に配置された反射材を更に備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギの資源として藻類バイオ燃料が注目されている。藻類を培養する方式としては、開放系のオープンポンドと比較して培養液の汚染の抑制および藻類の生産性に優れた閉鎖系のフォトバイオリアクタが有望とされている。これまでにも、フォトバイオリアクタを用いた藻類の培養に関する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、光導波路を通じて発光ダイオードの光を培養槽に導光する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８３００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フォトバイオリアクタは、オープンポンドよりも敷地面積が制約されるため、太陽光を採り込んで培養液に導光することはオープンポンドよりも困難である。
【０００５】
本開示が解決しようとする課題は、太陽光の利用効率を向上させることができる光培養装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本開示の一態様では、
光で培養される生物の培養液を貯留する貯留部と、
前記培養液と反対側の第１面および前記培養液側の第２面を有し、前記第１面から入射した太陽光を前記第２面から前記培養液側に出射する採光部材と、を備える光培養装置が提供される。
【０００７】
前記採光部材は、前記第１面側から入射した太陽光を偏向させて前記第２面側に出射する偏向層を有し、
前記偏向層は、前記第２面から太陽光が出射するときの太陽光と前記培養液の液面の面法線方向とのなす第２角度が、前記第１面に太陽光が入射するときの太陽光と前記培養液の液面の面法線方向とのなす第１角度以下となるように、太陽光を偏向させてもよい。
【０００８】
前記偏向層は、太陽の位置の変化に応じた前記第２角度の変化量が、前記太陽の位置の変化に応じた前記第１角度の変化量以下となるように、太陽光を偏向させてもよい。
【０００９】
前記偏向層は、
前記第１面に沿った第１方向に間隔を空けて楔状の複数の溝が設けられた第１部分であって、前記溝が前記第１方向に交差する第２方向にわたって設けられた第１部分と、
前記溝の形状に倣って前記溝の内部に配置され、前記第１部分よりも光の屈折率が低い第２部分と、を有し、
前記溝は、前記第１面側から前記第２面側に向かうにしたがって前記第１方向の寸法が小さくなり、
前記第２部分は、
前記第１面の面法線方向に対して第１傾斜角で傾斜した第１傾斜面と、
前記第２面側において前記第１傾斜面に接続され、前記第１面の面法線方向に対して前記第１傾斜角よりも小さい第２傾斜角で傾斜した第２傾斜面と、を有してもよい。
【００１０】
前記採光部材が複数配置され、
前記複数の採光部材のうちの少なくとも２つの採光部材は、前記溝の前記第２方向が異なるように配置されてもよい。
【００１１】
前記複数の採光部材は、前記培養液の液面に沿って配置されてもよい。
【００１２】
前記複数の採光部材は、前記培養液の液面に対して前記培養液と反対側に傾斜して配置されてもよい。
【００１３】
前記複数の採光部材のうちの少なくとも２つの採光部材は、前記培養液の液面に対して異なる方位に向かって傾斜して配置されてもよい。
【００１４】
前記採光部材は、
前記第１面を有し、前記偏向層に対して前記培養液と反対側に配置された第１透明部材と、
前記第２面を有し、前記偏向層に対して前記培養液側に配置された第２透明部材と、を更に有してもよい。
【００１５】
前記タンクの壁面に配置された反射材を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、太陽光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態による光培養装置の断面図である。
【図２】図２は、本実施形態による光培養装置における採光部材の断面図である。
【図３】図３は、図２の採光部材における偏向層の斜視図である。
【図４】図４は、第１の変形例による光培養装置の平面図である。
【図５】図５は、第２の変形例による光培養装置の斜視図である。
【図６】図６は、第２の変形例による光培養装置の平面図である。
【図７】図７は、第３の変形例による光培養装置の断面図である。
【図８】図８は、第４の変形例による光培養装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図面の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張している場合がある。
【００１９】
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、平行、直交、同一等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００２０】
また、本明細書における上下方向は、鉛直方向に平行な面内において水平方向と非平行な方向であり、必ずしも鉛直方向とは一致しない。上とは、上下方向における一方であって、鉛直方向における上に近接する側又は方のことを指す。下とは、上下方向における上とは反対の側であって、鉛直方向における下に近接する側又は方のことを指す。
【００２１】
また、本明細書において、シート、フィルム、板等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、それぞれ区別されるものではない。したがって、例えば、シートはフィルムや板と呼ばれ得るような部材も含む概念である。
【００２２】
図１〜図３は、本開示による一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、本実施形態による光培養装置１の断面図である。図２は、本実施形態による光培養装置１における採光部材４の断面図である。図３は、図２の採光部材４における偏向層４０の斜視図である。
【００２３】
光培養装置１は、光で培養される生物に光を供給することによって生物を培養する装置である。生物は、光、二酸化炭素、窒素およびリンなどを用いた光合成によって培養される各種の生物であり、好ましくは、バイオ燃料となる藻類である。バイオ燃料となる藻類としては、例えば、ボトリオコッカス、珪藻、シュードココミクサおよびクラミドモナスなどを挙げることができる。これらの藻類は、油分を生成することができるため、バイオ燃料として用いることができる。
【００２４】
図１の例における光培養装置１は、閉鎖系のフォトバイオリアクタである。ただし、本開示は、オープンポンドに適用することも可能である。
【００２５】
図１に示すように、光培養装置１は、貯留部の一例であるタンク２と、採光部材４とを備える。
【００２６】
タンク２は、光で培養される生物の培養液３を貯留する。培養液３の液面３ａを太陽光Ｌに晒すため、タンク２の上端には開口部２ａが設けられている。培養液３は、タンク２の構造によって上下に複数の層に区分されていてもよい。
【００２７】
採光部材４は、太陽光Ｌの光路を調整して培養液３側に太陽光Ｌを採り込む採光機能を有する板状の部材である。採光部材４は、培養液３の液面３ａに対向して配置されている。図１の例において、採光部材４は、タンク２の開口部２ａを閉塞するように開口部２ａに配置されている。
【００２８】
採光部材４は、第１面の一例である培養液３と反対側の上面４ａと、第２面の一例である培養液３側の下面４ｂとを有する。採光部材４は、上面４ａから入射した太陽光Ｌを下面４ｂから培養液３側に出射する。
【００２９】
図２に示すように、採光部材４は、培養液３側すなわち下側に向かって順に、採光部材４の上面４ａを有する透明部材５と、粘着層６と、偏向層４０と、第２粘着層６２と、採光部材４の下面４ｂを有する第２透明部材５２と、を備える。
【００３０】
透明部材５は、可視光透過性を有する板状の部材である。透明部材５は、偏向層４０に対して培養液３と反対側に配置されている。培養液３と反対側の透明部材５の表面が、採光部材４の上面４ａである。より詳しくは、透明部材５は、偏向層４０に対して培養液３と反対側において、粘着層６を介して偏向層４０に積層されている。言い換えれば、透明部材５は、粘着層６を介して偏向層４０と面接合されている。透明部材５には、培養液３と反対側から太陽光Ｌが入射し、入射した太陽光Ｌは透明部材５を通して培養液３側に出射される。透明部材５は、例えば、ガラスや樹脂などで構成してもよい。
【００３１】
粘着層６は、可視光透過性を有する接着剤である。粘着層６の粘着力で、偏向層４０が透明部材５に固定されている。粘着層６は、例えば、ポリビニルアルコール系の接着剤などであってもよい。耐光性を持たせるため、粘着層６は、紫外線吸収剤を含有してもよい。
【００３２】
偏向層４０は、上面４ａ側から入射した太陽光Ｌを偏向させて下面４ｂ側に出射する層である。偏向層４０は、第２面４ｂから太陽光Ｌが出射するときの太陽光Ｌと培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３すなわち上下方向とのなす第２角度θｏｕｔが、上面４ａに太陽光Ｌが入射するときの太陽光Ｌと培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３とのなす第１角度θｉｎ以下となるように、太陽光Ｌを偏向させる。より詳しくは、偏向層４０は、太陽の位置の変化に応じた第２角度θｏｕｔの変化量が、太陽の位置の変化に応じた第１角度θｉｎの変化量以下となるように、太陽光Ｌを偏向させる。
【００３３】
このような偏向層４０の偏向機能のための具体的な構成として、図２の偏向層４０は、偏向部４１と基材部４２とを有する。基材部４２は、例えば、透明または半透明の樹脂製フィルムである。基材部４２は、後述する製造プロセスにしたがって偏向層４０を製造するために設けられている。基材部４２は省略してもよい。
【００３４】
偏向部４１は、第１部分４１１と、第２部分４１２と、第３部分４１３とを有する。なお、第３部分４１３は、第１部分４１１と同一の材料によって第１部分４１１と一体的に形成されている。以下、第１部分４１１と第３部分４１３とを総称して一体層４１ａとも呼ぶ。
【００３５】
第１部分４１１は、その培養液３と反対側の表面４１１ａにおいて粘着層６に接着されている。第１部分４１１の表面４１１ａには、採光部材４の上面４ａに沿った第１方向ｄ１に間隔を空けて、楔状の複数の溝４１１ｂが設けられている。各溝４１１ｂは、図３に示すように、第１方向ｄ１に直交する第２方向ｄ２の全域にわたって第１部分４１１に設けられている。
【００３６】
各溝４１１ｂの第１方向ｄ１の寸法は、採光部材４の上面４ａ側から下面４ｂ側に向かうにしたがって小さくなっており、最終的に寸法が殆どゼロの状態で閉塞している。第１部分４１１は、透光性材料で形成されている。この透光性材料は、例えば、ＰＥＴやアクリル樹脂などであってもよい。
【００３７】
第２部分４１２は、各溝４１１ｂを埋めるように各溝４１１ｂの内部に設けられている。第２部分４１２は、溝４１１ｂに倣った形状を有している。具体的には、第２部分４１２は、側面４１２ａと、第１傾斜面の一例である急斜面４１２ｂと、第２傾斜面の一例である緩斜面４１２ｃと、底面４１２ｄとを有している。
【００３８】
側面４１２ａは、第１部分４１１の表面４１１ａと面一であり、粘着層６に接着されている。
【００３９】
急斜面４１２ｂは、側面４１２ａの一端４１２ａ１から培養液３側に向かって延び、かつ、培養液３側に向かうにしたがって側面４１２ａの他端４１２ａ２側に傾斜している。急斜面４１２ｂは、上面４ａの面法線方向ｄ３すなわち上下方向に対して第１傾斜角θ１で傾斜している。
【００４０】
緩斜面４１２ｃは、急斜面４１２ｂの培養液３側の端部から培養液３側に向かって延び、かつ、培養液３側に向かうにしたがって側面４１２ａの他端側４１２ａ２に傾斜している。より詳しくは、緩斜面４１２ｃは、採光部材４の下面４ｂ側において急斜面４１２ｂに接続され、上面４ａの面法線方向ｄ３に対して第１傾斜角θ１よりも小さい第２傾斜角θ２で傾斜している。なお、第２傾斜角θ２は、０°以上である。
【００４１】
底面４１２ｄは、側面４１２ａの他端４１２ａ２と緩斜面４１２ｃの培養液３側の端部すなわち下端部とを接続している。
【００４２】
第２部分４１２は、第１部分４１１よりも太陽光Ｌすなわち可視光の屈折率が低い。これにより、第２部分４１２は、臨界角より大きい入射角で第１部分４１１側から斜面４１２ｂ、４１２ｃ、すなわち第１部分４１１との界面に入射した太陽光Ｌ１、Ｌ２を全反射できる。
【００４３】
既述したように、第１傾斜角θ１は第２傾斜角θ２よりも大きい。第１傾斜角θ１が第２傾斜角θ２よりも大きいことで、急斜面４１２ｂは、空の低い位置からの太陽光Ｌ１を臨界角より大きい入射角で入射させ、入射した太陽光Ｌ１を培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３とのなす角度が小さくなるように培養液３に向けて全反射できる。一方、第２傾斜角θ２が小さいことで、緩斜面４１２ｃは、空の高い位置からの太陽光Ｌ２を臨界角より大きい入射角で入射させ、入射した太陽光Ｌ２を培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３とのなす角度が小さくなるように培養液３に向けて全反射できる。このように、培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３とのなす角度が小さくなるように培養液３に向けて太陽光Ｌ１、Ｌ２を全反射させることで、培養液３側に十分な光量の太陽光Ｌを採り込むことができる。これにより、太陽光Ｌの利用効率を向上させることができ、生物の発育を効果的に促すことができる。
【００４４】
なお、図２では、急斜面４１２ｂまたは緩斜面４１２ｃに入射する太陽光Ｌ１、Ｌ２を直線状に図示しているが、実際は屈折率が異なる界面を通るたびに屈折、すなわち偏向している。
【００４５】
第２部分４１２は、接着剤として機能する主部４１２ｅと、主部４１２ｅ中に分散された任意の機能性含有物４１２ｆとを有している。
【００４６】
主部４１２ｅは、第１部分４１１より低屈折率の材料で形成されている。主部４１２ｅの材料は、樹脂材料、例えば、電離放射線の照射で硬化する電離放射線硬化性樹脂であってもよい。電離放射線硬化性樹脂は、例えば、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、可視光線硬化性樹脂または近赤外線硬化性樹脂などであってもよい。なお、主部４１２ｅの線膨張係数は、第１部分４１１の線膨張係数と同一又は近いことが望ましい。主部４１２ｅの線膨張係数を第１部分４１１の線膨張係数に同一又は近くすることで、主部４１２ｅの熱膨張による第１部分４１１からの第２部分４１２の剥離を抑制できる。
【００４７】
機能性含有物４１２ｆは、種々の機能を期待されて主部４１２ｅに分散されている。例えば、偏向層４０に遮熱機能を付与するため、機能性含有物４１２ｆとして熱線吸収材を採用してもよい。この場合、熱線吸収材は、例えば、透明性を有する無機ナノ粒子であってもよい。無機ナノ粒子は、例えば、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウムドープ酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、酸化タングステン、六ホウ化セリウム、無水アンチモン酸亜鉛および硫化銅またはそれらの混合物のナノ粒子等であってもよい。熱線吸収材を用いることで、太陽の熱線による培養液３の温度上昇を抑えることができる。
【００４８】
偏向層４０は、例えば、次のようにして製造できる。先ず、電離放射線硬化性のエポキシアクリレート等の材料で、第１部分４１１と第３部分４１３との一体層４１ａを作製する。具体的には、第１部分４１１の溝４１１ｂの構成すなわち、配置、形状等に対応した凸部を有する型ロールを準備する。次いで、該型ロールとニップロールとの間に基材部４２のシートを送り込み、該シートの送り込みに合わせて、硬化性材料を型ロールと基材部４２との間に供給する。次いで、基材部４２上に供給された液状の硬化性材料が型ロールの凹部に充填されるように、型ロールおよびニップロールで該硬化性材料を押圧する。このとき、型ロールと基材部４２とが接触しないように基材部４２上に硬化性材料を供給しておくことで、第３部分４１３を確保しながら、硬化性材料に表面４１１ａおよび溝４１１ｂの形状が転写される。次いで、硬化性樹脂に光を照射して硬化性材料を硬化すなわち固化させることによって、一体層４１ａが得られる。次いで、一体層４１ａに、硬化することで主部４１２ｅをなすウレタンアクリレート等の硬化性材料と、機能性含有物４１２ｆとを含んだ液状の組成物を供給する。次いで、ドクターブレードを用いて、第１部分４１１の各溝４１１ｂの内部に、組成物を充填する。このとき、溝４１１ｂ外に溢れ出た余剰の組成物は、ドクターブレードで掻き落とす。次いで、電離放射線を照射して組成物を硬化させることで、第２部分４１２が得られる。このようにして、基材部４２および偏向部４１を有する偏向層４０が製造される。
【００４９】
なお、偏向層４０は、底面４１２ｄが培養液３側に向かうにしたがって側面４１２ａの一端４１２ａ１側に傾斜していてもよい。また、偏向層４０は、機能性含有物４１２ｆを含まない偏向部４１より低屈折率の材料で構成してもよい。
【００５０】
第２粘着層６２は、例えば、可視光透過性を有する接着剤である。第２粘着層６２の粘着力で、第２透明部材５２が偏向層４０に固定されている。第２粘着層６２の材料は、粘着層６と同一であってもよい。
【００５１】
第２透明部材５２は、可視光透過性を有する板状の部材である。第２透明部材５２は、偏向層４０に対して培養液３側に配置されている。培養液３側の第２透明部材５２の表面が、採光部材４の下面４ｂである。より詳しくは、第２透明部材５２は、偏向層４０に対して培養液３側において、第２粘着層６２を介して偏向層４０に積層されている。言い換えれば、第２透明部材５２は、第２粘着層６２を介して偏向層４０と面接合されている。第２透明部材５２には、偏向層４０で偏向された太陽光Ｌが入射し、入射した太陽光Ｌは第２透明部材５２を通して下面４ｂから培養液３側に出射される。透明部材５と同様に、第２透明部材５２は、例えば、ガラスや樹脂などで構成してもよい。
【００５２】
なお、採光部材４は、偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃが南を向くように配置されていてもよい。このような向きに採光部材４を配置することで、東の空から昇って南の空を通って西の空に沈む太陽の光Ｌを可及的に長時間にわたって急斜面４１２ｂまたは緩斜面４１２ｃで培養液３側に全反射させることができるので、単一の採光部材４で太陽光Ｌの利用効率を効果的に高めることができる。
【００５３】
以上のように構成された光培養装置１には、先ず、透明部材５に太陽光Ｌが入射する。透明部材５に入射した太陽光Ｌは、透明部材５を透過した後に粘着層６を透過する。粘着層６を透過した太陽光Ｌは、偏向層４０に入射する。
【００５４】
偏向層４０のうち、第１部分４１１の表面４１１ａに入射した太陽光Ｌは、第１部分４１１の内部を進行して、第１部分４１１より低屈折率の第２部分４１２との界面４１２ｂ、４１２ｃに入射する。このとき、急斜面４１２ｂは、空の低い位置からの太陽光Ｌ１に対して平行に近い姿勢を有しているため、急斜面４１２ｂには、空の低い位置からの太陽光Ｌ１が臨界角より大きい入射角で入射し易い。これにより、急斜面４１２ｂで空の低い位置からの太陽光Ｌ１を確実に全反射できる。また、急斜面４１２ｂが培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３に対して傾斜していることで、急斜面４１２ｂによる全反射方向は、面法線方向ｄ３に近い状態になる。これにより、空の低い位置からの太陽光Ｌ１を培養液３の液面３ａに対して垂直または垂直に近い状態で入射させることができる。
【００５５】
一方、緩斜面４１２ｃは、空の高い位置からの太陽光Ｌ２に対して平行に近い姿勢を有しているため、緩斜面４１２ｃには、空の高い位置からの太陽光Ｌ２が臨界角より大きい入射角で入射し易い。これにより、緩斜面４１２ｃで空の高い位置からの太陽光Ｌ２を確実に全反射できる。また、緩斜面４１２ｃが培養液３の液面３ａの面法線方向ｄ３に対して傾斜していることで、緩斜面４１２ｃによる全反射方向は、面法線方向ｄ３に近い状態になる。これにより、空の高い位置からの太陽光Ｌ２を培養液３の液面３ａに対して垂直または垂直に近い状態で入射させることができる。なお、急斜面４１２ｂで全反射された光Ｌ１は、臨界角より大きい入射角で緩斜面４１２ｃに入射し、緩斜面４１２ｃで培養液３側に全反射されてもよい。
【００５６】
一方、偏向層４０のうち、第２部分４１２の側面４１２ａに入射した太陽光Ｌは、機能性含有物４１２ｆに入射して機能性含有物４１２ｆの作用を受ける。例えば、機能性含有物４１２ｆが熱線吸収材である場合、太陽光Ｌの熱を吸収して、培養液３側への熱の伝達を抑制できる。なお、培養液３側への熱の伝達を考慮しない場合、機能性含有物４１２ｆは、除去してもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、採光部材４によって太陽光Ｌを培養液３側に採り込むことで、太陽光Ｌの利用効率を向上させることができる。
【００５８】
また、偏向層４０により、採光部材４の下面４ｂから太陽光Ｌが出射するときの太陽光Ｌと面法線方向ｄ３とのなす第２角度θｏｕｔが採光部材４の上面４ａに太陽光Ｌが入射するときの太陽光Ｌと面法線方向ｄ３とのなす第１角度θｉｎ以下となるように太陽光Ｌを偏向させることで、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００５９】
また、時間経過や季節の変化による太陽の位置の高低の変化に応じて第１角度θｉｎが変化したとしても、第２角度θｏｕｔの変化が小さくなるように偏向層４０で太陽光Ｌを偏向させることができるので、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００６０】
また、偏向層４０が、高屈折率の第１部分４１１と低屈折率の第２部分４１２との境界面である急斜面４１２ｂまたは緩斜面４１２ｃでの全反射を利用して太陽光Ｌを偏向させることで、太陽の位置の高さにかかわらず太陽光Ｌを効率的に培養液３側に採り込むことができる。
【００６１】
また、偏向層４０を２枚の透明部材５、５２で挟んで採光部材４を構成することで、採光部材４の耐候性を向上させることができる。
【００６２】
本実施形態の光培養装置１は、図１〜図３に示した構成に限定されず、以下の各変形例に示すように種々変更できる。なお、以下の説明では、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
【００６３】
（第１の変形例）
図４は、第１の変形例による光培養装置１の平面図である。図１〜図３では、単一の採光部材４を備えた光培養装置１の例について説明した。これに対して、第１の変形例の光培養装置１においては、図４に示すように、採光部材４が複数配置されている。
【００６４】
複数の採光部材４のうち少なくとも２つの採光部材４は、偏向層４０の溝４１１ｂの第２方向ｄ２すなわち長手方向が異なるように配置されている。複数の採光部材４は、培養液３の液面３ａに沿って二次元的に配置されている。なお、図４では、偏向層４０の溝４１１ｂの長手方向ｄ２を分かり易くするために、偏向層４０の溝４１１ｂを縞模様で描いている。
【００６５】
第１の変形例によれば、複数の採光部材４をその偏向層４０の溝４１１ｂの長手方向ｄ２が異なるように配置することで、太陽の位置に応じて偏向層４０が培養液３側に太陽光Ｌを偏向させるために好適な採光部材４のレイアウトが可能となる。これにより、太陽の位置の変化にかかわらず効率的に太陽光Ｌを培養液３側に採り込むことができるので、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００６６】
なお、図示された例において、東側Ｅに配置された採光部材４は、その偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃが東側Ｅを向くように配置され、西側Ｗに配置された採光部材４は、その偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃが西側Ｅを向くように配置されていてもよい。このように採光部材４を配置することで、東の空から昇って西の空に沈む太陽の光Ｌを長時間にわたって急斜面４１２ｂまたは緩斜面４１２ｃで培養液３側に全反射させることができるので、太陽光Ｌの利用効率を効果的に高めることができる。
【００６７】
（第２の変形例）
図５は、第２の変形例による光培養装置１の斜視図である。図６は、第２の変形例による光培養装置１の平面図である。図４では、複数の採光部材４が二次元的に配置された例について説明した。これに対して、第２の変形例では、複数の採光部材４が三次元的に配置されている。
【００６８】
具体的には、図４に示すように、複数の採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓは、培養液３の液面３ａに対して培養液３と反対側に傾斜して配置されている。
【００６９】
複数の採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓは、培養液３の液面３ａに対して異なる方位に向かって傾斜して配置されている。
【００７０】
具体的には、採光部材４Ｅは、その偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃを東側Ｅに向けた状態で東側Ｅに向かって傾斜して配置されている。採光部材４Ｗは、その偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃを西側Ｗに向けた状態で西側Ｗに向かって傾斜して配置されている。採光部材４Ｓは、その偏向層４０の急斜面４１２ｂおよび緩斜面４１２ｃを南側Ｓに向けた状態で南側Ｓに向かって傾斜して配置されている。
【００７１】
採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓは、四角錐の異なる３つの側面をなすように三角形状を有しているとともに、隣接する採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓ同士が繋ぎ合わされている。なお、採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓは、それぞれが複数の採光部材をタイリングした構成であってもよい。
【００７２】
また、図示された例において、採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓのうち、南側Ｓの採光部材４Ｓは、東側Ｅの採光部材４Ｅおよび西側Ｗの採光部材４Ｗよりも面積が大きい。
【００７３】
また、図示された例において、北側Ｎに採光部材は配置されていないが、北側Ｎに採光部材を配置してもよい。北側Ｎに採光部材を配置する場合には、少量ではあるが、北側Ｎからの光を採光し、培養液３に取り込むことができる。
【００７４】
第２の変形例によれば、複数の採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓを培養液３の液面３ａに対して培養液３と反対側に傾斜して配置することで、第１の変形例と比較して、太陽の位置に応じて偏向層４０が培養液３側に太陽光Ｌを偏向させるためにより好適な採光部材４のレイアウトが可能となる。これにより、第１の変形例と比較して、太陽の位置の変化にかかわらずより効率的に太陽光Ｌを培養液３側に採り込むことができるので、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００７５】
また、複数の採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓを培養液３の液面３ａに対して異なる方位に向かって傾斜して配置することで、各方位に太陽が移動したときに、太陽が移動した方位に向かって傾斜した採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓによって太陽光Ｌを培養液３側に効率的に採り込むことができる。これにより、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００７６】
また、太陽が最も長い時間位置する南の空を向いた南側Ｓの採光部材４Ｓの面積を最大にすることで、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００７７】
また、太陽が位置しない北の空を向いた北側Ｎの採光部材を設けないことで、コストを削減することができる。
【００７８】
なお、図示されている例において、採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓはそれぞれが平面状であるが、採光部材４Ｅ、４Ｗ、４Ｓを複数の採光部材のタイリングによって円錐状またはドーム状に形成してもよい。
【００７９】
（第３の変形例）
図７は、第３の変形例による光培養装置１の断面図である。図７に示すように、第３の変形例における光培養装置１は、図１〜図３の構成に加えて、更に、タンク２の側壁面に配置されたミラーなどの反射材５を備える。
【００８０】
第３の変形例によれば、採光部材４から培養液３の液面３ａに直接入射せずにタンク２の側壁面に入射した太陽光Ｌ３を、反射材５によって液面３ａ側に反射させることができる。これにより、図１〜図３の構成と比較して、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００８１】
（第４の変形例）
図８は、第４の変形例による光培養装置１の断面図である。図１では、培養液３の液面３ａに沿って配置された採光部材の例について説明した。また、図５では、培養液３の液面３ａに対して培養液３と反対側に傾斜した採光部材の例について説明した。これに対して、図８に示すように、液面３ａに沿って配置された採光部材４Ｂと、液面３ａに対して培養液３と反対側に傾斜して配置された採光部材４Ａとを組み合わせ、二種類の採光部材４Ａ、４Ｂで順次偏向された太陽光Ｌが液面３ａに入射するように構成してもよい。
【００８２】
第４の変形例によれば、複数の採光部材４Ａ、４Ｂによって段階的に太陽光Ｌを偏向することで、図１〜図３の構成と比較して、太陽光Ｌをより確実に液面３ａに対して垂直または垂直に近い状態で入射させることができる。これにより、図１〜図３の構成と比較して、太陽光Ｌの利用効率を更に向上させることができる。
【００８３】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  光培養装置、２  タンク、３  培養液、４  採光部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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