(57)【要約】【課題】光合成生物が汚染される可能性が低い培養装置を提供する。【解決手段】培養装置は、光合成生物を含む培養液の充填により膨張変形する、透明な袋状の容器と、容器が着脱される空間を形成し、培養液が充填された容器を支持する枠体と、枠体の内壁側から光を出力する光源とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成生物を含む培養液の充填により膨張変形する、透明な袋状の容器と、
前記容器が着脱される空間を形成し、培養液が充填された当該容器を支持する枠体と、
前記枠体の内壁側から光を出力する光源と
を有する培養装置。
【請求項２】
前記枠体は、予め定めた間隔を挟んで対峙することにより前記空間を形成する一対の板状の部材を含む、
請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記一対の板状の部材は不透過性の材料である、請求項２に記載の培養装置。
【請求項４】
前記一対の板状の部材は鋼板である、請求項３に記載の培養装置。
【請求項５】
前記一対の板状の部材は前記光源の放熱部として機能する、請求項２に記載の培養装置。
【請求項６】
前記枠体の内壁面は前記光源から出力された光の反射面として機能する、請求項２に記載の培養装置。
【請求項７】
前記枠体の内壁面は反射率を高める加工が施されている、又は、反射部材が取り付けられている、請求項６に記載の培養装置。
【請求項８】
前記枠体は組み立て式である、請求項１に記載の培養装置。
【請求項９】
光合成生物を含む培養液の充填により膨張変形する、透明な袋状の容器が着脱される空間を形成し、培養液が充填された当該容器を支持する枠体と、
前記枠体の内壁側から光を出力する光源と
を有する培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成生物の培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光合成生物を培養する装置（いわゆる培養装置）には、様々な種類が存在する。例えば屋外で使用されるオープンポンド型の培養装置、チューブラー型の培養装置、フラットパネル型の培養装置がある。
オープンポンド型の培養装置の構造は単純であるが、培養槽の深部に到達する光の量が光合成生物の増殖に伴い減衰する。換言すると、光合成生物の増殖が進むと、培養槽の表層部分でしか光合成が進行せず、培養効率が低下する。そこで、深さが浅い培養槽を使用する培養装置も考案されている。しかし、培養槽の深さが浅いと、水分の蒸発の影響が大きく、培養液の水位の維持に多くの手間を必要とする。
チューブラー型の培養装置やフラットパネル型の培養装置は、オープンポンド型の培養装置に比して、培養液の単位体積当たりの受光量を増やすことができる。ただし、チューブラー型の培養装置やフラットパネル型の培養装置も、他の生物や異物の混入による汚染が問題となる。
【０００３】
このため、健康食品や化粧品などの原料として使用される光合成生物を培養する場合には、屋内に設置するクローズド型の培養装置が用いられる。この種の培養装置には、例えば蓋構造を備えるタンク型の培養装置、チューブラー型の培養装置、フラットパネル型の培養装置がある。
もっとも、タンク型の培養装置には、培養液の内部まで光を到達させるため、防水タイプの特殊な灯具をタンク内に設ける必要がある。
また、チューブラー型の培養装置やフラットパネル型の培養装置では、培養液を保持する培養槽の素材として、光の減衰が少なく、強度が高く、肉厚を薄くできる特殊なガラスが必要となる。
【０００４】
加えて、管状の培養槽を用いるチューブラー型の培養装置では、光の利用効率を低減させる培養槽の内壁の汚れの除去が課題となる。
また、透明な一対のフラットパネルを所定の間隔を隔てて対向させるフラットパネル型の培養装置では、培養液の容量を増やしたい場合、横方向の寸法を大きくするか高さ方向の寸法を大きくする必要がある。一対のフラットパネル間の間隔を広くすると、培養液の内部に充分な量の光が届き難くなるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、横方向の寸法を大きくするには広い設置面積が必要になる。一方、高さ方向の寸法を大きくするとフラットパネルに加わる水圧が大きくなる。このため、フラットパネルとして、より薄く、より機械的な強度が高い特殊なガラス素材が必要とされる。ただし、特殊なガラス素材は高額である。加えて、培養槽のパッキン部には、汚染の原因となるカビや原生虫等が住み着きやすく、一度汚染されてしまうと、その根絶が難しい。
【０００７】
本発明は、光合成生物が汚染される可能性が低い培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの発明は、光合成生物を含む培養液の充填により膨張変形する、透明な袋状の容器と、前記容器が着脱される空間を形成し、培養液が充填された当該容器を支持する枠体と、前記枠体の内壁側から光を出力する光源とを有する培養装置である。
ここで、前記枠体は、予め定めた間隔を挟んで対峙することにより前記空間を形成する一対の板状の部材を含んでもよい。また、前記一対の板状の部材は不透過性の材料であってもよい。さらに、前記一対の板状の部材は鋼板でもよい。
なお、前記一対の板状の部材は前記光源の放熱部として機能するのが望ましい。
また、前記枠体の内壁面は前記光源から出力された光の反射面として機能するのが望ましい。ここで、前記枠体の内壁面は反射率を高める加工が施されている、又は、反射部材が取り付けられていてもよい。
また、前記枠体は組み立て式であってもよい。
他の１つの発明は、光合成生物を含む培養液の充填により膨張変形する、透明な袋状の容器が着脱される空間を形成し、培養液が充填された当該容器を支持する枠体と、前記枠体の内壁側から光を出力する光源とを有する培養装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光合成生物が汚染される可能性が低い培養装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るフラットパネル型の培養装置の構成例を説明する図である。
【図２】図１のうち丸で囲んだ部位を拡大して示す培養装置の構成例を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る光合成生物の培養に伴う作業工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で参照する図面における各部の大きさや厚さ等は、実際の寸法とは異なっている場合がある。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るフラットパネル型の培養装置１の構成例を説明する図である。（Ａ）は培養装置１の上面図であり、（Ｂ）は培養装置１の正面図であり、（Ｃ）は培養装置１の右側面図である。
図２は、図１のうち丸で囲んだ部位を拡大して示す培養装置１の構成例を説明する図である。
図３は、実施の形態に係る光合成生物の培養に伴う作業工程を説明する図である。
【００１３】
本実施の形態における培養装置１は、錘台形状の台座１０と、台座１０の上底を取り囲む４つの壁面を形成する枠体２０、２１、２２、２３と、光合成生物５０の培養に用いられる培養容器４０と、培養容器４０に対して培養液やガス等を供給する不図示の配管とを有している。
本実施の形態における台座１０及び枠体２０、２１、２２、２３は、互いに固定されている。台座１０及び枠体２０、２１、２２、２３が形成する中空の空間は、培養容器４０を装着する空間として使用される。
【００１４】
本実施の形態の場合、台座１０及び枠体２０、２１、２２、２３によって形成される中空の空間の横幅Ｗ（ｘ軸方向の長さ）は約５ｍ、高さＨ（ｚ軸方向の長さ）は約１ｍ、奥行きＤ（ｙ軸方向の長さ）は約０．１ｍである。勿論、この寸法は一例である。
本実施の形態における枠体２０、２１、２２、２３は、いずれも鋼板製である。すなわち本実施の形態における枠体２０、２１、２２、２３は不透過性の丈夫な材料で構成されている。
鋼板製であるので、枠体２０、２１、２２、２３は、培養容器４０への培養液の充填によって発生する水圧に対して十分な強度を有している。
【００１５】
また、枠体２０、２１、２２、２３は鋼板製であるので、外光は透過しない。
このため、約０．１ｍの距離を挟んで対面する一対の枠体２２及び２３の内壁面には、光源３０が取り付けられている。なお、光源３０は、枠体２０及び２１の内壁面や台座１０の上面に取り付けてもよい。
本実施の形態では、光源３０として、アルミニウムなどの基板に複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ３０Ａを配列したモジュール部品を使用する。この種の光源３０は、チップオンボードＬＥＤと呼ばれる。
【００１６】
ここでの光源３０は、枠体２２及び２３の内壁面の全体に、ほぼ均等に配置されている。この構造により、光源３０は、培養液が充填された透明な袋状の培養容器４０に近接した位置から光合成に必要な光を照射することができる。
なお、本実施の形態における枠体２２及び２３の内壁面は、反射率を高める加工が施されていてもよいし、反射率が高い部材（反射部材）が取り付けられていてもよい。
内壁面の反射率を高めることで、光源３０から出力される光の利用効率を高めることができ、同じ光量でも光合成生物による光合成が促進される。
反射率を高める表面加工には、例えば、高反射率の塗装、鏡面仕上げ、表面微細加工、反射材の取付又はこれに準ずる加工を用いる。なお、反射率が高ければ、枠体２２及び２３の内壁面における反射は、鏡面反射でも散乱反射でも構わない。
【００１７】
ところで、光源３０は点灯により熱を発生する。ただし、光源３０内のＬＥＤチップ３０Ａは熱伝導率が高い基板を通じて同じく熱伝導率が高い鋼板製の枠体２２及び２３に接している。
このため、光源３０で発生される熱は、ＬＥＤチップ３０Ａが取り付けられた基板の裏面を通じて枠体２２及び２３に伝搬し、空気中へと放出される。すなわち、枠体２２及び２３は、光源３０の放熱板（放熱部）としても機能する。枠体は、フィン型、リブ加工を加えて、放熱性、機械強度の向上をした形状が望ましい。
なお、ＬＥＤチップ３０Ａが出力する光の波長又は波長域と光量は、培養する光合成生物５０に応じて定められる。
本実施の形態における光合成生物５０は、藻類、単細胞生物、細菌などであり、例えばヘマトコッカス、ボトリオコッカス、クロレラ、スピルリナ、ユーグレナ等を含む。
【００１８】
本実施の形態における培養容器４０は、不図示の配管との接続に用いられたコネクタ部４１、４２、４３を除いて密閉された袋状の容器である。ここでの配管は、培養液の注入や排出に用いられる配管、二酸化炭素の供給用の配管、内部で発生する酸素などの排出に用いられる配管である。例えば光合成に必要な二酸化炭素は、混合器により空気と混合された後、二酸化炭素の供給用の配管を通じて培養容器４０に通気することで供給される。
本実施の形態における培養容器４０は、透明な樹脂により形成されており、光合成生物を含む培養液の注入量に応じて変形する。具体的には、培養容器４０は、培養液がコネクタ部４１から注入されることで膨らむように変形（膨張変形）し、培養液がコネクタ部４１から排出されることで平らな状態に戻る。
なお、二酸化炭素を含むガスは、コネクタ部４２から培養容器４０内に供給され、光合成によって発生された酸素などのガスは、コネクタ部４３から培養容器４０の外に排出される。コネクタ部４１、４２及び４３の配置は一例であり、図３に示す配置に限らない。
例えば二酸化炭素を含むガスの供給に使用されるコネクタ部４２は、台座１０側に配置されていてもよい。
【００１９】
本実施の形態では、培養容器４０の体積が自在に変形する特性を活用し、台座１０と枠体２０、２１、２２、２３によって囲まれる空間に培養容器４０を着脱する。
本実施の形態の場合、培養装置１の上部開口から、枠体２０、２１、２２、２３で囲まれた空間内に培養容器４０が装着され又は取り出される。
培養容器４０を着脱する場合、培養容器４０は空であるか、着脱が可能な程度の培養液しか注入されていない。
培養容器４０を空間内に装着した後に、培養液を充填することで、培養容器４０は、台座１０及び枠体２０、２１、２２、２３の内壁面に密着するように変形する。
【００２０】
本実施の形態の場合、充填された培養液の水圧は、機械的な強度が高い鋼板製の枠体２０、２１、２２、２３によって支持される。このため、培養液の液量が増加しても、その水圧を十分支えることができる。このため、フラットパネル型の培養装置１で培養する培養液の量を増やし、生産能力を従前に比して高めることが可能になる。
しかも、枠体２０、２１、２２、２３は鋼板製であり、その製造コストは、透明度が高く高い水圧にも耐え得る特殊なガラスを用いる場合に比して安くなる。また、鋼板製の枠体２０、２１、２２、２３は、ガラスに比して取扱も容易である。このため、従前に比して安価なフラットパネル型の培養装置１を実現できる。
【００２１】
また、本実施の形態では、光の透過率が高く製造コストも安い樹脂製の培養容器４０を用いるので、光源３０から出力される光を効率的に培養液に入力することができる。すなわち、光の利用効率を高めることができる。さらに、本実施の形態では、図３に示すように、樹脂製の培養容器４０を培養のたびに交換するので、カビ、原生虫等による汚染の可能性を大幅に低減できる。
もっとも、培養容器４０の交換は、必ずしも培養の１サイクル毎に行う必要はなく、複数サイクルに１回の頻度で行うことも可能である。いずれにしても、培養容器４０を使い捨てとすることで、培養環境を清潔な状態に保つことが可能になる。また、洗浄等に要する負担も従前に比して低減できる。
【００２２】
（他の実施の形態）
本発明の技術的範囲は前述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。前述の実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００２３】
（１）他の形態１
例えば光源３０の構造や取り付け方は、いわゆるチップオンボード型に限らない。
例えば光源３０は、平たいテープ状の基材の表面に複数のＬＥＤチップ３０Ａと配線を配置し、それらの表面を透明樹脂等でラミネートしたモジュール部品でもよい。この種の光源３０は、ＬＥＤテープライトとも呼ばれる。この種の光源３０も、基材裏面の粘着面で枠体２２及び２３に接着する。
また例えば光源３０は、透明なチューブ内に複数のＬＥＤチップ３０Ａを配線とともに収納したモジュール部品でもよい。なお、ＬＥＤチップ３０Ａの発光面とは反対側の面に放熱部を設ける。この種の光源３０は、ＬＥＤチューブライトとも呼ばれる。この種の光源３０も、放熱部が設けられている面を枠体２２及び２３に密着させればよい。
また例えば光源３０を構成する発光素子はＬＥＤチップ３０Ａでなくてもよい。
また例えば光源３０は、発光面を除き、枠体２２及び２３の内壁面に形成された溝や孔に埋設されていてもよい。
また、液晶テレビのバックライトの様に、導光板を利用したパネルを用いてもよい。
【００２４】
（２）他の形態２
前述の実施の形態においては、枠体２０、２１、２２、２３をいずれも鋼板製としたが、熱伝導率が高く、機械的な強度が高い材料であれば鋼板に限らない。例えばアルミニウム、炭素繊維、金属と炭素の複合材料、強化プラスチック等の無機材料でもよい。もっとも、機械的な強度が高ければ、放熱路として使用する熱伝導率が高い部材と組み合わせた構造を用いてもよい。
また、前述の実施の形態における枠体２０、２１、２２、２３は鋼板製であるので光を透過しないが、機械的な強度が高ければ、光を透過する部材であってもよい。
【００２５】
（３）他の形態３
前述の実施の形態においては、台座１０、枠体２０、２１、２２、２３が互いに固定されている場合について説明したが、枠体２０、２１、２２、２３の全部又は一部を取り外し可能に台座１０に取り付けてもよい。
枠体２０、２１、２２、２３の取り外しが可能であれば、培養容器４０の装着や取り外しを側面側から行うことが可能になる。例えば枠体２２の取り外しが可能であれば、培養容器４０の装着や取り外し作業に用いる開口部の面積が広がるため、作業効率が向上する。
【００２６】
（４）他の形態４
前述の実施の形態においては、フラットパネル型の培養装置１を前提に説明したが、培養液を充填した培養容器４０を機械的な強度が高い枠体で外部から囲むように支持する構造を有する培養装置であれば、フラットパネル型の培養装置に限らない。
【００２７】
（５）他の形態５
前述の実施の形態においては、光源３０の一例としてＬＥＤチップ３０Ａを示したが、板状の枠体２０、２１、２２、２３に取り付けが可能で、透明な袋状の培養容器４０内に培養液を入れた際の水圧に耐える光源であればよい。すなわち、この条件を満たす光源であれば任意である。また、光源３０が発する光の波長、光強度などの光特性は、培養する光合成生物の特性に応じて定めればよい。すなわち、光合成生物の培養に効果的な光特性を有する光を発生可能な光源３０を自由に選択すればよい。
【００２８】
（６）他の形態６
培養液の撹拌には、チューブ等を使用して空気を培養容器４０の下部又は底部に導入し、複数個所から排出する通気撹拌の手法を用いてもよいし、透明な袋状の培養容器４０内に入れることができる撹拌羽などの機械的な撹拌手法を用いてもよい。
【００２９】
（７）他の形態７
培養液の温度は、枠体２０、２１、２２、２３のいずれか又は複数を冷やすことで制御してもよいし、透明な袋状の培養容器４０内に恒温水を流した蛇管等を入れることによって制御してもよい。
なお、枠体２０、２１、２２、２３の伝熱性が充分に高く、培養装置１が温調されている室内に設置され、フィンなどによる放熱措置も充分である場合には、枠体２０等の冷却や恒温水の循環による温調制御を省略することができる。
【００３０】
（８）他の形態８
前述の実施の形態においては、枠体２０と枠体２１、枠体２２と枠体２３の間に形成される各隙間の間隔が固定の場合について説明したが、いずれか一方又は両方の間隔を可変できる構造を有していてもよい。例えば台座１０、枠体２０、２１、２２、２３に溝（凹部）、凸部、連結用の穴等の取り付け位置を規定する構造が複数用意されていれば、取り付け位置を変更することで間隔を変更することができる。また例えば台座１０、枠体２０、２１、２２、２３のそれぞれについて、寸法や取り付け構造の形成位置等が異なる部材を複数組用意し、培養装置１を構成する部材の組み合わせを変更することで各間隔を可変してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…培養装置、１０…台座、２０、２１、２２、２３…枠体、３０…光源、３０Ａ…ＬＥＤチップ、４０…培養容器、４１、４２、４３…コネクタ部、５０…光合成生物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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