(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバを含む光反応装置のための太陽光をガイドするためのモジュールであり、当該モジュールは：
太陽光を集中ビーム内に集光させるための前記反応チャンバの外部に設けられる集光装置；
前記集光されたビームを前記反応チャンバ内に導入し前記集光されたビームを前記反応チャンバ内で拡散させるために前記反応チャンバの内部に設けられる散乱装置；を含み、
前記集光されたビームが前記散乱装置へ入る前に前記集光されたビームを均一化するため、当該モジュールがまた、前記集光装置と前記散乱装置との間に設けられる均一化装置であって、ファイバロッドからなり、その端部からビームを出射する均一化装置を前記反応チャンバの外部に含むことを特徴とする、モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のモジュールであり、また、前記集光装置からの光を前記散乱装置へ案内するための光ガイドを含み、前記光ガイドが、前記反応チャンバの外部で、前記均一化装置と前記散乱装置の間に設けられる、モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか一項に記載のモジュールであり、また、太陽光をフィルターするための近赤外線フィルターを含み、これにより前記反応チャンバ内に到達した光が近赤外線を含まない、モジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモジュールであり、前記集光装置が、１つの焦点を持つフレネルレンズを含む、フレネルレンズ集光装置である、モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のモジュールであり、また、ほぼ点焦点を持つコンパウンドミラー集光器を含み、集光ビームを方向付けるために、前記フレネルレンズ集光装置と前記均一化装置の間、かつ前記フレネルレンズの焦点の前に設けられる、モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモジュールであり、前記集光装置がカセグレインタイプ集光装置である、モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のモジュールであり、
前記光ガイドと前記散乱装置が光ファイバーからなる単一の要素を形成し；
それぞれの光ファイバーが拡散部を含み、前記光ファイバーの前記拡散部が散乱装置を形成し；及び
それぞれの光ファイバーが前記反応チャンバの外部でガイド部を持ち、前記光ファイバーのガイド部が、光ガイドを形成し、前記光ファイバーのガイド部が一緒に束に集められる、モジュール。
【請求項８】
請求項４又は５のいずれか一項に記載のモジュールと組み合わせて請求項１乃至５又は請求項７のいずれか一項に記載のモジュールを少なくとも２つを含む光ガイドパネルであり、前記モジュールが平行に設けられる、光ガイドパネル。
【請求項９】
反応チャンバを含む光反応装置であり、また、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のモジュール、又は請求項８に記載の光ガイドパネルを含み、前記モジュールの散乱装置又は前記パネルの拡散装置が前記反応チャンバ内部に配置されることを特徴とする、光反応装置。
【請求項１０】
反応チャンバを含む光反応装置であり、また、請求項４又は５のいずれか一項に記載のモジュールと組み合わせて、請求項７に記載のモジュール又は請求項７に記載のモジュールを含む光ガイドパネルを含み、前記光ファイバー又は前記パネルの拡散部が、引っ張られて、お互いに平行に、前記反応チャンバ内に３次元メッシュで配置されることを特徴とする、光反応装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光反応装置であり、また、お互いの上に平行に設けられる少なくとも３つの格子を持ち、それぞれが、フレーム及び前記フレーム中にお互いに平行にひとつの方向に引っ張られたワイヤにより形成され、格子のワイヤの前記方向が他の上にある格子のワイヤの方向と±６０°の角度で形成され、３次元メッシュで前記光ファイバーの拡散部を保持することを特徴とする、光反応装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１のいずれか一項に記載された光反応装置であり、また、前記反応チャンバに内容物を効果的に混合するために、外部再循環ループと中央復帰を持つガストラップを含む、光反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には光反応装置に関する。より具体的には、本発明は、光合成微生物を製造するために使用される光バイオリアクターのための太陽光捕捉及び分配のためのモジュールの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日２つの技術が、光合成微生物製造のために使用されており：大気開放型技術（例えば室外プール）及び閉鎖反応装置技術である。
【０００３】
閉鎖反応装置技術は、次の利点を持つ：
・光合成微生物の培地を殺菌状態に維持し、従って、少なくとも汚染を防止する；
・水及び影響物を厳密に制御できる；
・二酸化炭素移動の制御及びそれに伴うｐＨの制御が可能となり、表面生産性が改善される；
・高バイオマス濃度で培養可能となり、また生産性を向上できる一方でコンパクト性を最適化でき、この結果液体の循環及び反応装置の熱制御に伴うエネルギーコストを削減し得る、ということである。
【０００４】
一般に閉鎖反応装置技術は透明壁から太陽光を直接捕捉して光反応装置へ実装される。
【０００５】
しかしこれは、直接入射する太陽光光合成の熱力学的変換効率を非常に低いものにする。この技術は従って、高い表面利用性を必要とする。
【０００６】
光バイオリアクターを用いる場合、太陽光が最初に捕捉されてその後バイオリアクター内部に導入され、そこで低フラックス密度で分配され、光合成の熱力学的効率を大きく増加させることが国際公開第２００７／１３４１４１号明細書から知られている。このことは従って、光バイオリアクターの表面生産性を増加させる。前記捕捉は、種々の方法で達成され、太陽光を集中させるビームを形成することを可能にする。このビームはその後光ガイドに送られ、光フラックスを光バイオリアクターの反応チャンバに導入しそこで分配される。
【０００７】
しかし、かかる光バイオリアクターでは、前記ガイド又は散乱装置は、光バイオリアクター内で光を均一に拡散させることができず、バイオリアクターの効率を低下させる。同様に、光ガイド又は散乱装置は、その内部で高温となることで悪化し、場合によっては溶融することもある。最後に反応チャンバ内の光を散乱させるための種々の構造が存在するが、これはまた細胞接着や不十分な混合をもたらし効率の低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００７／１３４１４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題はこれらの従来技術の問題の少なくとも１つを解決することであり、特に本発明の課題は、太陽光の優れた効率の直接捕捉方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は、
反応チャンバを含む反応装置のために太陽光を捕捉し分配するためのモジュールを提供することで解決され、前記モジュールは：太陽光を集光ビーム内に集光させるための前記反応装置の外部に設けられる集光装置；前記集光ビームを前記反応装置内に導入し前記集光ビームを前記反応チャンバ内で拡散させるために前記反応装置の内部に設けられる散乱装置；を含み、前記モジュールがまた、前記集光装置と前記散乱装置との間に設けられる均一化装置を前記反応チャンバの外部に含み、前記集光ビームが前記散乱装置へ入る前に前記集光ビームを均一化することを特徴とする。
【００１１】
このモジュールは、前記散乱装置上で、集光装置で集光されたビームの均一化を可能にするという利点を持つ。実際に、次のことが見出された、即ち、前記光反応装置内の光散乱不均一性は、部分的に前記集光ビームによる前記散乱の照明の不均一性による、ということである。事実集光ビームはガウス型フラックス密度プロフィルを持つ。従って、前記散乱装置の中心は多すぎる光を受け、一方でその周辺部は十分な光を受けないこととなる。前記散乱装置の中心は従って、過剰加熱され溶融され得る。
【００１２】
その他の選択的な非限定的構成としては：
・前記モジュールがさらに、光ガイドを含み、前記集光装置から散乱装置へ光を導き、前記反応チャンバの外部で前記光ガイドは前記均一化装置と散乱装置の間に設けられる；
・前記モジュールはまた、近赤外線フィルターを含み、太陽光をフィルターして太陽光が近赤外線を含まないようにする；
・前記集光装置がフレネルレンズ集光装置であり、これは１つの焦点を有するフレネルレンズを含み；
・前記モジュールは、前記フレネルレンズ集光装置と前記均一化装置の間で、前記集光ビームを方向付けるフレネルレンズの焦点の前に設けられる、ほぼ点状焦点を持つコンパウンドミラーコレクターを含み、
・前記集光装置が前記カセグレン型の集光装置である；
・前記光ガイド及び散乱装置が光ファイバからなる単一要素を形成する；
・それぞれの光ファイバが拡散部を持ち、前記光ファイバの拡散部が散乱装置を形成する；及び
・それぞれの光ファイバがガイド部を持ち、前記光ファイバのガイド部が、共に前記光ガイドを形成する束に集められる。
【００１３】
本発明はまた、太陽光を捕捉し分配するためのパネルを提供し、前記のモジュールを少なくとも２つ含み、フレネルレンズを持つ集光装置を含む。
【００１４】
本発明はまた、光反応装置、特に光バイオリアクターを提供し、これは反応チャンバを含み、これはまた前記のモジュール又はパネルを含むことを特徴とする。
【００１５】
かかる光反応装置のひとつの利点は、太陽光ガイドモジュールの使用に関連する。前記モジュールの利点は、従って、かかる光反応装置に与えられる。さらに、前記モジュールをパネルに組み込むことができることにより、前記光反応装置は種々の寸法を持つことができ、容易に組み込むことができるいくつかのモジュールを持つことを可能にする。
【００１６】
この光反応装置のその他の選択的な非限定的構造の利点としては：
・前記モジュール又はパネルの光ファイバの拡散部は、前記反応チャンバ内部でお互いに、３次元メッシュ状に引っ張られて平行に構成される；
・前記光反応装置はまた、お互いの上に平行に配置される少なくとも３つの格子を含み、それぞれはフレームとワイヤで形成され、前記フレームの内部で張力によりお互いに平行にひとつの方向に平行にされ、前記格子のワイヤの方向は、前記格子のワイヤの方向を形成し、３次元メッシュ内で前記光ファイバの拡散部を±６０℃の角度に維持され；
・前記光反応装置はまた、前記反応チャンバの内容物を効果的に混合するための外部再循環ループ及び中心復帰を持つガストラップを含む。
【００１７】
本発明の他の構成及び利点は、以下の詳細な説明と、説明のための非限定的な図面を参照してより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の光反応装置の一例の模式図である。
【図２】図２は、光反応装置の、フレネルレンズを持つ集光装置を持つ光ガイドモジュールの第１の実施態様の斜視図である。
【図３】図３は、図１のモジュールの断面図である。
【図４】図４は、図１のいくつかのモジュールからなるパネルの斜視図である。
【図５】図５は、光反応装置と図４のパネルと同じタイプのパネルからなる組立体の斜視図である。
【図６】図６は、カセグレイン集光装置を持つ第２の実施態様による、光反応装置と光ガイドモジュールの模式的斜視図である。
【図７】図７は、図１から６で示されるモジュールで使用される均一化装置のひとつの実施態様の部分的斜視図である。
【図８】図８は、図１から６のモジュールを持つ束とされる光ファイバのグループの接近図である。
【図９】図９は、前記光ファイバを３次元メッシュ内に平行分布するための光反応装置の反応チャンバ内部に設けられる格子の斜視図である。
【図１０】図１０は、反応チャンバ内部の斜視図であり、図９の５つの格子が前記光ファイバを分配するために使用される。
【図１１】図１１は、図１から５のモジュールで使用されるセンサーの部分的切断図である。
【図１２】図１２は、図１から６のモジュールを持つ太陽光追跡装置の一例の斜視図である。
【図１３】図１３は、２つの格子の間の反応チャンバの断面図であり、前記反応チャンバ内部の３次元メッシュ内の光ファイバの分配を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
太陽光捕捉及び分配のためのモジュール
図１から６及び１０を参照して、光反応装置のための太陽光を捕捉し分配するためのモジュール２が以下説明される。
【００２０】
モジュール２の役割は、太陽光からの光フラックスを捕捉し、これを光反応装置１の内部へ移すことであり、前記光反応装置は反応チャンバ１１及び、前記反応チャンバ１１内部でできるだけ均一に捕捉光フラックスを分配することである。
【００２１】
前記反応チャンバ１１は前記光の内部空間であり、ここで溶液中の培地中で微生物が設けられる。前記微生物は、そこで光フラックス及び成長し進展するために必要な栄養物を受ける。
【００２２】
モジュール２は、太陽光からくる光フラックスを集光ビーム５内に集光するための集光装置２１を含む。前記集光装置２１は以下説明するいくつかの実施態様を持ち得る。
【００２３】
前記モジュール２はまた、前記反応チャンバ１１内部に設けられる散乱装置２４を含み、そこで前記集光ビーム５の光フラックスを拡散させる。
【００２４】
前記モジュール２はまた、光ガイド２３を含み、これは反応チャンバ１１の外部に設けられ、集光ビーム５の光フラックスを前記集光装置２１から前記散乱装置２４へ伝達させる。
【００２５】
前記集光ビーム５の光フラックスは、前記集光ビーム５の中心に近い領域で非常に高くなり得る。ほとんどの場合、前記集光ビーム５の光フラックスはガウス型プロフィルを持つ。
【００２６】
前記集光ビーム５が前記光ガイド２３内に入ると、高光フラックスを持つこの領域は、光ガイド２３及び又は散乱装置２４を損傷又は破壊し得る。以下説明されるように、光ガイド２３及び散乱装置２４の役割を満たす光ファイバ２５の場合には、高光フラックスの領域はこの光ファイバ２５を溶融させ得る。
【００２７】
前記光ガイド２３及び／又は前記散乱装置２４の損傷を防止するために、前記モジュール２は、均一化装置２２を含み、これは前記光ガイド２３の集光ビーム５の前記の光フラックスを均一化する。
【００２８】
前記均一化装置２２は、集光ビーム５の光フラックスをそのプロフィルを平坦化することで均一化する。このことにより、前記集光ビーム５の高光フラックスの領域での過熱のリスクがまた避けられる。
【００２９】
前記均一化装置２２は、ファイバロッドの形状で実装され得る。前記集光ビーム５の光のフラックス密度のプロフィルは、そこから出射する前に、前記ファイバロッド２２内部の集光ビーム５の光線による多重のほぼ全反射により均一化される。事実、集光ビーム５の光線は前記光アレイ２２へ異なる角度で入り、前記光アレイ２３の内部で異なる光路を通る。
【００３０】
前記ファイバロッド２２の長さ及び形状は変更し得る。例えば前記ファイバロッド２２は、平行六面体やピラミッド形状であり得る。前記ファイバロッド２２はまた、直六角筒状であり得る（図７参照）。
【００３１】
前記ファイバロッド２２は、光学品質ガラス、例えばＢＫ７型から製造され得る。
【００３２】
前記光ガイド２３及び散乱装置２４のひとつの具体的な実施態様は以下説明される。
【００３３】
この具体的な実施態様では、前記光ガイド２３及び散乱装置２４は、一組の光ファイバ２５で形成され、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から形成され、これは約８０℃までの最大温度範囲で前記散乱装置の加熱に耐える。
【００３４】
それぞれの光ファイバ２５はガイド部２５−２３を持ち、かつ拡散部２５−２４を持つ。光ファイバ２５のガイド部２５−２３は次に、共に光ガイド２３を形成し、かつ前記光ファイバ２５の全ての拡散部２５−２４は共に前記拡散装置２４を形成する。
【００３５】
前記光ファイバ２３は前記反応チャンバ１１へ、カバー１３を通じて入り、前記カバーはお互いの光ファイバ２５に非透過性とする。集光ビーム５は、前記光ファイバ２５のガイド部２５−２３の自由端部を通って入り、かつ拡散部２５−２４に沿って拡散される。
【００３６】
前記光ファイバ２５の拡散部２５−２４は、その拡散特性を与えるために、少なくとも部分的に及び有利には完全に処理される。
【００３７】
前記光ファイバ２５の拡散部２５−２４はまた、前記水溶液内の光フラックスを拡散させるために使用される個別のプラスチック鞘でそれを覆う処理がなされ得る。この方法で、前記個別のプラスチック鞘と、レーザー処理により生じる光ファイバ２５の拡散部２５−２４の粗面凹凸との間に空気層を維持し、これにより前記光ファイバ２５のための使用される材料が許容されない場合に、前記液体中の光拡散を可能にする。前記プラスチック鞘は、その端部が密閉されるように処理される。前記光反応装置１のカバー１３で、個別の鞘は、樹脂で形成されて前記カバー１３の密閉を保証する。
【００３８】
光ファイバ２５の拡散部位２５−２４はそれにより、その全長さにわたり光を半径方向に拡散し、拡散装置２４としての機能を奏することとなる。
【００３９】
光ファイバ２５を使用する利点は、これは場合により、以下説明するように、光反応装置１の反応チャンバ１１内に分布され得る、という事実にある。さらに、光ファイバ２５の材料よりもより剛性である個別のプラスチック鞘の使用は、前記光ファイバ２５があまりに柔軟な場合、前記反応チャンバ１１内に拡散部２５−２４を配置することを容易にする。
【００４０】
光ファイバ２５のガイド部２５−２３は束２６（図８参照）に組み立てることができ、前記反応チャンバ１１内の光ファイバ２５の拡散部２５−２４が個別化される。
【００４１】
格子２ｇは、前記反応チャンバ１１内に規則的に配置されるように構成され得る。
【００４２】
例えば、光反応装置１が一般に円筒形状であり、ディスク形状の断面を持ち、その長さが垂直に位置される場合、それぞれの格子２ｇは、有利には、円盤状フレーム２ｇ１で形成され、及び前記フレーム２ｇ１内部に張力で設けられる平行ワイヤ２ｇ２により形成される。前記フレーム２ｇ１は、前記反応チャンバ１１の断面の寸法とほぼ同じであり、又円筒形上である得る。
【００４３】
前記フレーム２ｇ１は、ここでは環状であるが、問題としている光反応装置の反応チャンバ１１の側部に合致する他の形状であってよい。
【００４４】
これらの格子２ｇは、以下説明するように、前記光ファイバ２５の拡散部２５−２４の３次元形を得ることを可能にする。
【００４５】
モジュール２はまた、近赤外線フィルター２７を持ち、太陽光又は前記集光ビーム５の赤外線及び／又は近赤外線をフィルターする。
【００４６】
前記フィルター２７は、微生物の光合成（４００ｎｍから７００ｎｍの可視光のみ）には不要で、かつ光反応装置１の反応チャンバ１１内部の温度を過度に上げる恐れがある近赤外線領域（７００ｎｍ以上）の放射光の入射を防止する。ある閾値を超える反応チャンバ１１内部の温度上昇は、微生物を殺す恐れがある。温度上昇はまた、散乱装置２４内でも生じ；前記フィルター２７の使用は前記散乱装置２４の損傷を受けるリスクを下げることとなる。
【００４７】
フレネルレンズを持つ集光装置
・モジュール
前記記載及び図２及び３に示されるモジュール２の第１の具体的な実施態様では、前記集光装置１は、集束レンズからなる。前記集束レンズはフレネルレンズであり得る。
【００４８】
フレネルレンズの使用は、軽くて容易に設定し得る集光装置１を得ることを可能にする。フレネルレンズの使用はまた、モジュール２の製造コストを低減する。フレネルレンズはまた、数百の集光レベルが可能である。フレネルレンズのサイズは、数ミリメートルから数十センチメートルの範囲であり得る。
【００４９】
太陽追跡装置（図１２参照）がまた設けられ、これは太陽光線をフレネルレンズ集光へ方向づける。前記太陽追跡装置４は、フレネルレンズ集光レに面して設けられる。太陽追跡装置４は、ミラー４１を持ち、この傾斜は傾斜制御装置４２で方向付けられ、その表面は、水平に前記集光装置２１のフレネルレンズの中央面で交差する。
【００５０】
図１１で示されるほぼ点焦点を持つコンパウンドミラー集光器２９（又は「コンパウンド放物線集光装置」）前記集光器２９は前記フレネルレンズの焦点の直ぐ前、フレネルレンズと前記均一化装置２２の間に設けられる。
【００５１】
ほぼ点焦点を持つ前記コンパウンドミラー集光器２９は、回転対称性を持ち、入口開口部２９１及び出口開口部２９２を持ち、共にその回転軸上に中心を持つ。前記集光器２９の幾何形状は、放物線の曲線の基づき構成され、入口開口部２９１に入る全ての光線を出口２９２へ方向付け、従って均一化装置２２へ方方向付ける。かかる集光器２９の使用は、２から４倍、さらに集光させることを可能にする。この集光器２９はまた、太陽の低精度の追跡を相殺させる。集光器２９の入口開口部２９１は十分広く、フレネルレンズにより集光された全ビーム２５がそこに入ることを保証する。
【００５２】
前記フィルター２７は、赤外線／近赤外線波長を吸収する膜であり得る。前記フォルター２７はまた、近赤外線波長を反射するが、光合成に有用な可視光を通過させる熱ミラーであってよい。
【００５３】
前記フィルター２７は、前記集光装置２１と前記コレクター２９の間に設けられ得る。前記フィルター２７は、前記集光装置２１の前に設けられ、従って、フィルターされた光のみを受け取ることを可能にする。
【００５４】
フレネルレンズ集光装置２１の場合には、いくつかのモジュール２が共に平行に集められ、同じ光バイオリアクター１で使用され得る。
【００５５】
・太陽光捕捉及び分配用パネル
前記のようにいくつかのモジュール２を集めてパネル３を形成し、太陽光を捕捉し分配することが可能である（図４及び５）。
【００５６】
かかるパネル３では、モジュール２は平行に設けられる。前記光ガイド２３及び散乱装置２４が前記のように光ファイバ２５で形成される場合には、モジュールの前記光ファイバ２５のガイド部２５−２３は束２６にグループ化される。
【００５７】
全てのモジュール２の束２６はその後前記光バイオリアクター１のカバー１３で一緒にグループ化され、前記モジュール２の光ファイバ２５の拡散部２５−２４は個別にされたままである。
【００５８】
例えば、２５のモジュール２が光バイオリアクター１で使用される。９７７の光ファイバ２５が、前記光バイオリアクター１の反応チャンバ１１内に分配される。前記９７７の光ファイバ２５は、３９又は４０の光ファイバ２５の２５の束２６に分配され、１つのモジュール２１は１つの束２６を含む。
【００５９】
一般的用語では、Ｎの光ファイバ２５は、前記光バイオリアクター１の反応チャンバ１１内に分布される場合、モジュール２の数は、Ｎファイバを束で分配する１からＮまで変動し得る。
【００６０】
従って、前記集光装置２１のサイズを、前記光バイオリアクター１及び／又は微生物の要求に合わせて変更することが容易となる。
【００６１】
格子２ｇが設けられる場合、モジュールに１組の格子ではなく、前記全パネル３について複数の格子の組みが存在し、これはパネル３当たり少なくとも３つの格子３を意味する。
【００６２】
カセグレイン集光装置
図６に示される第２の具体的な実施態様では、前記集光装置２１は「カセグレイン」として知られる、二重パラボラシステムからなり、第１のパラボラ２１１と第２の、前記第１のパラボラ２１１の焦点に設けられるより小さいパラボラ２１２を含む。
【００６３】
第１のパラボラ２１１は、太陽からの光を受け、これを第２のより小さいパラボラ２１２へ反射して、それにより第１の集光を行う。前記第２のパラボラ２１２はその後前記光を均一化装置２２へ反射する。
【００６４】
前記第１のパラボラ２１１は、当業者によく知られる制御された太陽追跡システムに伴って方向付けることが可能である。このことは、一日のそれぞれの時間で機能を最適化することを可能にする。
【００６５】
前記第２のパラボラ２１２はまた、前記均一化装置２２へ送られるフラックス密度を制御するために集光ビーム５を焦点化又は脱焦点化するように自動的に方向付けることが可能である。
【００６６】
前記フィルター２７は、前記第２パラボラ２１２により反射された集光ビーム５を受けるように構成される。
【００６７】
前記フィルター２７は、冷却二重壁を持つ液体フィルターであり得る。
前記壁の間に、水溶液が添加され、望ましくない紫外線放射及び近赤外線放射を取り除くことが可能となる。
【００６８】
前記フィルター２７はまた、固体フィルター（例えばガラスからなるフィルター又は他のフレネルレンズ集光装置について上で説明したフィルターであり、サイズ及び形状が異なるのみのフィルター）であり、場合により二重壁を循環する水で冷却される。
【００６９】
・光バイオリアクター
本発明による光バイオリアクター１のひとつの例は、フレネルレンズ又はカセグレンレンズを持つ前記モジュール２を１つ（この場合１つのみのモジュール２が使用）又は少なくとも２つのモジュール２を持つ（図５、６及び１０参照）。
【００７０】
前記散乱装置２４は、前記光バイオリアクター１の反応チャンバ１１内に配置される。
【００７１】
前記光ガイド２３及び散乱装置２４が、前記の光ファイバ２５からなる同じ要素で形成される場合は、前記反応チャンバ１１内のファイバ２５の拡散部２５−２４は、平行にお互いに引っ張られ、３次元メッシュを形成する（図１３参照）。
【００７２】
反応チャンバ１１内の２つの光ファイバ２５を分離する距離は、前記光バイオリアクター１の形状、予想されるバイオマス濃度及び予想される内部フラックス密度に依存する。例えば、４から５Ｗ／ｃｍ２の通常のフラックス密度（４００ｎｍから７００ｎｍの範囲）及び目標バイオマス濃度が１５ｋｇ／ｍ３では、前記光ファイバ間の最適化距離は２．３ｍｍであり、反応チャンバ１１の直径とは関係なく全体の最適化はまた光ファイバ２５の最適直径が２．３ｍｍである。反応チャンバ１１内の光ファイバ２５の全最適化占有容積は、有利には反応チャンバ１１の容積の約２３％である。
【００７３】
前記集光ビーム５の光フラックスが、前記均一化装置２２により均一にそれぞれの光ファイバ２５に分配されることから、前記光ファイバ２５の拡散部２５−２４により拡散される光フラックス密度は均一となる。加えて、横拡散を持つ前記光ファイバの表面は、前記捕捉表面よりもずっと大きいことから、これらの表面でのフラックス密度は低い。このことは、光合成の熱力学的最適化で機能することを可能にし、従って、表面生産性を増加させることとなるが、しかしまた、微生物による多糖類の生産を減少させる。従って、これらの微生物の接着は多糖類の生成に一部よるものであることから最小化される。
【００７４】
この具体的な場合においてはなお、格子２ｇは、前記光ファイバ２５の拡散部を、前記反応チャンバ１１内部に平行な３次元状メッシュに位置付けして保持するために設けられる。
【００７５】
従って、３次元メッシュを得るために、前記の少なくとも３つの格子２ｇが反応チャンバ１１内にお互いの上に配置される。２つの連続する格子２ｇは回転されて、それらのそれぞれのワイヤ２ｇ２は異なる方向に、図１０に示されるように±６０°の角度で引っ張られる。前記格子２ｇを底部から上部へ数えられるとして、前記第１の格子２ｇのワイヤの方向が標準とされる場合、この方向が角度０°であり、その後前記第２の格子２ｇのワイヤ２ｇ２は角度＋６０°又は−６０°と記される。同様に、その上にある前記第３の格子２ｇのワイヤ２ｇ２の方向は、角度＋１２０°又はそれぞれ−１２０°と記される。第４の格子が使用される場合には、そのワイヤ２ｇ２の方向は、角度＋１８０°又はそれぞれ−１８０°と記され、これは角度０°と等しい。
【００７６】
格子２ｇはお互いにケーブル２ｆで離れて保持され得る。
【００７７】
従って、格子２ｇは実際に３次元チューブ状メッシュを形成する。
チューブ状メッシュ開口部のそれぞれには、光ファイバ２５の拡散部２５−２４が配置される。光ファイバ２５のそれぞれの拡散部２５−２４は従って位置保持され、それにより前記反応チャンバ１１内部の均一な光ファイバ拡散を保証する。
【００７８】
光ファイバの拡散部２５−２４についての個別の鞘が設けられる場合には、これらはカバー１３で樹脂形成され、前記のように３次元メッシュで設けられ、この３次元メッシュにより反応チャンバ１１内部へ伸びている。これは特に、前記説明したパネル３の場合に使用され、ここではいくつかのモジュール２からの束２６がカバー１３で一緒にされる。
【００７９】
個別の鞘は従って、光ファイバ２５の反応チャンバ１１内で支持体として使用されて、前記３次元メッシュ内に位置されて光ファイバーを保持する。この場合、光ファイバー２５の拡散部２５−２４が位置される内部の個別の鞘は、これらが設けられる場合には前記の光ファイバー２５と同様に前記格子２ｇを通過する。
【００８０】
光バイオリアクター１の反応チャンバ１１は、二重容器であってよく、これは微生物の培地を一定温度の調節することを可能にする。例えば、円筒状反応チャンバ１１の壁は高さと直径との比率が約６である二重ジャケットステンレス鋼から形成される。
【００８１】
近赤外線フィルター２７が使用される場合、反応チャンバ内の過剰な熱が避けられ、光バイオリアクター１のために熱放出手段は必要ない。
【００８２】
ガス（空気、ＣＯ２、Ｏ２）の垂直注入のための金属性多孔性部を持つ外部再循環ループと中央復帰を持つ新規なガストラップシステム１４が、前記光バイオリアクター１のために設けられ、前記培地の液相での混合及び気−液移動（主にＣＯ２／Ｏ２）を保証し、また反応チャンバ１１内で、数多くの光ファイバー２５の存在にも拘わらず最小の圧力低下で、流体の良好な循環と良好気−液物質移動を可能にする。
【００８３】
前記金属性多孔性部は、取り囲む空気箱内で前記ガストラップシステム１４の底部に設けられる。従って、前記ガスは、半径方向供給で導入され、前記金属製多孔性部を通じて垂直に注入される。溶液（液）は前記ガストラップの中心を通って復帰する。前記金属多孔性部は、前記溶液中に細かい泡を生成することを可能にし、ガス−軽量物の移動をより可能にする。
【００８４】
生成される効果的循環は、細胞が壁及び／又は前記散乱装置の壁に接着することを防止する。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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