(57)【要約】【課題】培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減することのできる微細藻類培養池等を提供する。【解決手段】微細藻類培養池１を、光合成を行う微細藻類と微細藻類を培養するため培養液との混合液Ｃが収納される枠型の外壁１１と、外壁１１の内部に設けられて、混合液Ｃの循環流路を形成する内壁１２と、循環流路内に設けられて、混合液Ｃを攪拌させて循環流路に沿って循環させる攪拌装置（水車１３ｂ）とを備えるとともに、循環流路に形成される剥離流線Ｌ上に、循環流路の上流側から下流側に向かって延長する整流板１４を配置した構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成を行う微細藻類と前記微細藻類を培養するため培養液との混合液が収納される枠型の外壁と、前記外壁の内部に設けられて、前記混合液の循環流路を形成する内壁と、前記循環流路内に設けられて、前記混合液を攪拌させて前記循環流路に沿って循環させる攪拌装置とを備えた微細藻類培養池において、
前記循環流路に形成される剥離流線上に、前記循環流路の上流側から下流側に向かって延長する整流板を配置したことを特徴とする微細藻類培養池。
【請求項２】
前記整流板の下流側の端部を前記内壁の下流側の端部よりも下流側に位置させたことを特徴とする請求項１に記載の微細藻類培養池。
【請求項３】
前記整流板の下流側に、一端が前記整流板の下流側の端部に接続される円弧状の補助整流板を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細藻類培養池。
【請求項４】
前記外壁の形状を平面視トラック状とするとともに、前記外壁の円弧部の深さを当該円弧の中心にいくにしたがって深くしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の微細藻類培養池。
【請求項５】
光合成を行う微細藻類の培養方法であって、
前記微細藻類と前記微細藻類を培養するため培養液との混合液を、
前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の微細藻類培養池中で攪拌・循環させることを特徴とする微細藻類の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成によりオイルを生産する微細藻類を培養する微細藻類培養池の構造等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たな再生可能エネルギーの一つとして、微細藻類が産生するオイル生産などの「バイオマス」の活用が注目されている。微細藻類は、一般的には水中に存在する顕微鏡サイズの藻で、その多くは植物と同様に、太陽光を利用して二酸化炭素を固定し、炭水化物を合成する光合成を行い、代謝物としてオイルを産生する。
微細藻類培養池としては、微細藻類と培養液の混合液を収納するトラック状もしくは長円形状の外壁と、この外壁の内部に設けられて混合液の循環流路を形成する内壁と、水車等の循環流路内の混合液を撹拌するための撹拌装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１２６０８７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、従来の微細藻類培養池では、循環流路の直線部に、微細藻類が沈殿・堆積してしまう、といった問題点があった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減することのできる微細藻類培養池等提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意検討の結果、微細藻類は、循環流路の流速分布に大きさ速度差があると、循環流路の幅方向に圧力差が生じ、その結果、混合液に含まれる微細藻類が、流速の大きな幅方向中央部に集まることから、循環流路内に整流板を設けて、循環流路の流速分布を平滑にしてやれば、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減することを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本発明は、光合成を行う微細藻類と前記微細藻類を培養するため培養液との混合液が収納される枠型の外壁と、前記外壁の内部に設けられて、前記混合液の循環流路を形成する内壁と、前記循環流路内に設けられて、前記混合液を攪拌させて前記循環流路に沿って循環させる攪拌装置とを備えた微細藻類培養池において、前記循環流路に形成される剥離流線の直線部分（厳密には曲率半径の大きな部分）に沿って、前記循環流路の上流側から下流側に向かって延長する直線状の整流板を配置したことを特徴とする。
【０００７】
図５に示すように、剥離流線Ｌは、微細藻類培養池１０に形成された循環流路において、混合液Ｃの流速ｕが最大となる点を結んだ流線で、流路のコーナー部の回転成分の影響により、内壁１２の上流側の端部から外壁１１方向に発達する。剥離流線Ｌは、内壁１２側で曲率半径が小さく、外壁１１に近づくにつれて曲率半径が大きくなる。この曲率半径の大きな部分を、以下、剥離流線の直線部という。
循環流路では、剥離流線上では流速が大きく、混合液に作用する圧力が小さい。一方、内壁側及び外壁側では流速が小さく圧力が大きい。この圧力差により、混合液Ｃには、圧力差による力Ｆが作用するので、混合液Ｃ中の微細藻類は剥離流線Ｌ上に集まり、その結果、微細藻類が剥離流線Ｌ上に沈殿・堆積し易くなる。
本発明では、剥離流線上に整流板を配置することで、循環流路の幅方向の流速分布を平滑化するようにしたので、循環流路の幅方向の圧力差についても小さくすることができる。したがって、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減でき、微細藻類を効率よく培養することができる。
なお、剥離流線は、上記のように、内壁の上流側の端部から外壁側に向かう曲線部（曲率半径の小さな部分）と曲線部の下流側の直線部とから成るが、曲線部にも曲線部に沿った整流板を配置すると、整流板の背後に澱み領域が形成され、かえって、微細藻類が沈殿・堆積し易くなるので、整流板は、剥離流線の直線部分に沿って設けることが好ましい。
【０００８】
また、前記整流板の下流側の端部を前記内壁の下流側の端部よりも下流側に位置させることで、コーナー部に生じる剥離渦にトラップされる微細藻類を下流側にスムーズに放出できるようにしたので、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を更に低減できた。
また、前記整流板の下流側に、一端が前記整流板の下流側の端部に接続される円弧状の補助整流板を設けて、コーナー部の澱みを低減するようにしたので、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量が更に低減した。
また、前記外壁の形状を平面視トラック状とするとともに、前記外壁の円弧部の深さを当該円弧の中心にいくにしたがって深くしたので、循環流路の外壁側にあった剥離流線の位置を、循環流路の幅方向中心付近に移動させることができる。したがって、この新たな剥離流線上に整流板を配置すれば、幅方向の流速分布を一層平滑にできるので、培養池の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を更に低減することができる。
また、光合成を行う微細藻類を、前記の構成の微細藻類培養池中で、前記微細藻類と前記微細藻類を培養するため培養液との混合液を攪拌・循環させながら培養したので、微細藻類を効率よく培養することができる。
【０００９】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態１に係る微細藻類培養池を示す図である。
【図２】微細藻類の沈殿・堆積の様子を可視化した実験結果を示す図である。
【図３】本実施の形態２に係る微細藻類培養池を示す図である。
【図４】本実施の形態３に係る微細藻類培養池を示す図である。
【図５】従来の微細藻類培養池におけるを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１（ａ），（ｂ）は本実施の形態１に係る微細藻類培養池（以下、培養池１という）を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
各図において、１１は外壁、１２は内壁、１３は撹拌装置、１４は整流板、１５は微細藻類培養池１の底部、Ｃは光合成を行う微細藻類とこの微細藻類を培養するための培養液の混合液で、混合液Ｃは、培養池１中に収納される。
外壁１１は、平面視トラック状（角丸長方形状ともいう）で、この外壁１１の内部の空間を、外壁１１の直線部と平行な方向に延長する内壁１２により区切ることで、一般に、レイスウェイ水路と呼ばれる混合液Ｃの循環流路が形成される。
なお、Ｌは剥離流線で、上記のように、循環流路において、混合液Ｃの流速ｕが最大となる点を結んだ流線である。また、ＣＬは循環水路の直線部の中心線を示す。
撹拌装置１３は、培養池１内に収納される混合液Ｃに浮遊する複数のフロー部材１３ａと、フロー部材１３ａ間に配置される水車１３ｂとを備え、循環水路に時計回りの水流を発生させる。フロー部材１３ａは、例えば、ロープ１３ｃ等などにより、外壁１１と内壁１２との間に拘束されている。
整流板１４は、内壁１２に平行な方向に延長する板状の部材で、内壁１２に循環流路の撹拌装置１３が設置されていない側の剥離流線Ｌ上に配置される。
本例では、整流板１４の下流側の端部を、内壁１２の下流側の端部よりも下流側に位置させている。なお、整流板１４の上流側の端部の位置と内壁１２の上流側の端部の位置とは（水流の方向と垂直な方向から見たときに）同じである。整流板１４の下流側の端部を内壁１２の下流側の端部よりも下流側に位置させたのは、整流板１４の下流側のコーナー部に生じる剥離渦にトラップされる微細藻類を下流側にスムーズに放出するためで、これにより、培養池１の底部１５に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減できる。
なお、整流板１４の上流側の端部の位置を、内壁１２の上流側の端部よりも上流側としても、微細藻類の沈殿・堆積は殆ど低減されない。また、整流板１４の上流側の端部が、内壁の中心付近になるまで整流板１４の長さまでを短くすると、整流板１４の上流側に微細藻類の沈殿・堆積し易くなるので、整流板１４の上流側の端部の位置を、内壁１２の上流側の端部との距離が、内壁１２の長さ１／３以下の位置とすることが好ましい。
【００１２】
次に、整流板１４の効果について説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、培養池における微細藻類の沈殿・堆積の様子を、実験用水槽を用いて可視化した結果を示す図で、（ａ）図の実験用水槽１Ａは従来の培養池と同構造のもの、（ｂ）図実験用水槽１Ｂは、整流板１４を剥離流線Ｌ上に配置したもの、（ｃ）図の実験用水槽１Ｃは、整流板１４を直線部の中心線ＣＬ上に配置したものである。
実験は、混合液Ｃに替えて、水に沈殿し易いアルミナ微粒子を混合させた試験液を水槽内に投入した後、撹拌装置１３にて水流を発生させて、アルミナ微粒子の沈殿・堆積している状態を撮影した。アルミナ微粒子が堆積している箇所は写真では光って見える。
（ａ）図〜（ｃ）図は、光っている部分を「ドット」で示した模式図である。
（ａ）図から、実験用水槽１Ａでは、アルミナ微粒子が剥離流線Ｌ上と外壁１１近傍、特に、その下流側の剥離流線Ｌ上と外壁１１近傍とに堆積することが確認された。
これに対して、整流板１４を剥離流線Ｌ上に配置した実験用水槽１Ｂでは、アルミナ微粒子の堆積箇所が分散されるとともに、堆積量も少なくなっていることが分かる。
なお、この模式図は、水槽の上側から見たもので、（ｂ）図において（ａ）図と同じ濃度に見える箇所でも、実験用水槽１Ｂにおける堆積層の厚さは実験用水槽１Ａにおける堆積層の厚さよりも薄いことを確認している。
なお、整流板１４を中心線ＣＬ上に配置した実験用水槽１Ｃでも、従来に比較してアルミナ微粒子の堆積量が少なくなっているが、本発明に比較すると、堆積層の低減効果は小さいことが分かる。なお、（ｂ）図と同様に、（ａ）図と同じ濃度に見える箇所でも、実験用水槽１Ｂにおける堆積層の厚さは、実験用水槽１Ａにおける堆積層の厚さよりも薄いことを確認している。
したがって、整流板１４を剥離流線Ｌ上に配置することにより、微細藻類の沈殿・堆積を大幅に低減できることを実験により確認することができた。
このように、光合成を行う微細藻類とこの微細藻類を培養するため培養液との混合液を、培養池１中で攪拌・循環させるようにすれば微細藻類を効率よく培養することができる。
なお、培養池１の上部に屋根を設けたり、建物内に培養池１を構築する場合には、屋根の一部を透明板にするなど、混合液に太陽光を液面の上方から採光する採光手段を設ける必要があることはいうまでもない。
また、培養池１の混合液中に水中灯を設置したり、屋根の天井部や外壁１１の周縁部に照明設備を取付けるなど、人工光を混合液に照射するようにしてもよい。
【００１３】
実施の形態２．
図３（ａ）は、本実施の形態２に係る微細藻類培養池（以下、培養池２という）を示す図で、培養池２は、実施の形態１の培養池１の整流板１４の下流側に円弧状の補助整流板１６を設けたものである。
補助整流板１６の一端は整流板１４の下流側の端部に接続され、他端は、外壁１１の円弧部と直線部との境界に位置している。
補助整流板１６は、整流板１４の下流のコーナー部周辺の流れを整えるもので、本例のように、平板状の整流板１４と円弧状の補助整流板１６とを組み合わせれば、単に、円弧状の整流板を設けた場合に比較して、コーナー部の流れを一層整えることができる。
すなわち、本例の培養池２は、剥離流線Ｌ上に堆積する微細藻類の沈殿・堆積を大幅に低減できる効果に加えて、コーナー部に発生する澱みを確実に低減することができるので、培養池２の底部に沈殿・堆積する微細藻類の量を更に低減することができる。
図３（ｂ）は、微細藻類の沈殿・堆積の様子を、整流板１４と円弧状の補助整流板１６とを実験用水槽１Ｄを用いて可視化した結果を示す図で、実験方法は、実施の形態１に記載した方法と同じである。
図３（ｂ）に示した実験用水槽１Ｄでは、上記の図２（ｂ）に示した実験用水槽１Ｂに比較して、コーナー部の上流側及び下流側だけでなく、整流板１４の近傍でもアルミナ微粒子の堆積量が減少していることから、整流板１４と円弧状の補助整流板１６とを組み合わせれば、コーナー部の上流側及び下流側だけでなく、整流板１４の近傍でもアルミナ微粒子の堆積量が少なくなっていることから、微細藻類の堆積の低減効果を更に高めることできることが分かる。
【００１４】
実施の形態３．
図４（ａ），（ｂ）は、本実施の形態３に係る微細藻類培養池（以下、培養池３という）を示す図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
培養池２は、実施の形態１の培養池１または上記の培養池２の外壁１１の円弧部の深さを円弧の中心である内壁１２側にいくにしたがって深くしたものである。
本例では、外壁１１の円弧部を、上記円弧部を含む円錐を、円錐の底面に垂直でかつ円錐の頂点を通る平面で切断した、半円錐形に形成した。すなわち、外壁１１の円弧部は、平面視半円で、縦断面形状が三角形をなしており、符号１７で示すコーナー部の側壁は、上記の半円錐の側面となっている。
外壁１１の円弧部をこのように形成することで、循環流路の外壁１１側にあった、（ａ）図の細い一点鎖線で示す剥離流線Ｌの位置を、太い一点鎖線で示す剥離流線Ｌ3の位置である、循環流路の幅方向中心付近に移動させることができる。
このように、循環流路の幅方向中心付近に移動した新たな剥離流線Ｌ3上に整流板１４を配置すれば、幅方向の流速分布を更に平滑にすることができる。したがって、培養池３の底部１５に沈殿・堆積する微細藻類の量を更に低減することができる。
【００１５】
以上、本発明を実施の形態及び実験例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００１６】
例えば、前記実施の形態１〜３では、本例では、下流側の端部を、内壁１２の下流側の端部よりも下流側に位置させたが、下流側の端部と内壁１２の下流側の端部とが、（水流の方向と垂直な方向から見たときに同じ位置であっても、剥離流線Ｌ上に配置されていれば、微細藻類の沈殿・堆積を十分に低減することができる。
なお、整流板１４の下流側の端部が内壁１２の下流側の端部と位置であっても、一端が整流板１４の下流側の端部に接続される円弧状の補助整流板１６を設ければ、微細藻類の沈殿・堆積を十分に低減できることはいうまでもない。
また、前記実施の形態１〜３では、整流板１４を、循環流路の撹拌装置１３が設置されていない側のみに配置したが、撹拌装置１３の設置側にも配置してもよい。特に、循環流路の直線部が長い場合には、撹拌装置１３の設置側にも配置すれば、培養池１の底部１５に沈殿・堆積する微細藻類の量を更に低減することができる。
また、前記実施の形態１〜３では、外壁１１を平面視トラック状としたが、平面視長円形状の外壁１１を有する培養池であっても、循環流路に形成される剥離流線Ｌ上に、実施の形態と同様の整流板１４を配置すれば、培養池１の底部１５に沈殿・堆積する微細藻類の量を低減することができる。
また、前記実施の形態１〜３では、水車１３ｂを備えた撹拌装置１３を用いたが、ナノバブルの発生により水流を起こさせる撹拌装置など、他の撹拌装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００１７】
１  微細藻類培養池、１１  外壁、１２  内壁、１３  撹拌装置、
１３ａ  フロー部材、１３ｂ  水車、１３ｃ  ロープ、１４  整流板、１５  底部、
１６  補助整流板、１７  コーナー部の側壁、Ｃ  混合液、Ｌ  剥離流線、
ＣＬ  直線部の中心線。
【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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