(57)【要約】【課題】藻類を培養する培養液において培養密度が高くなっても、培養液内の藻類に良好に光照射を行うことで、藻類の光合成を促進させることが可能な、藻類の培養に適した照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】藻類を培養する培養液Ｓを照明する照明装置であって、培養液Ｓに磁場を生じさせる磁場発生部４１と、磁場によって誘導電流を生じるコイルと、コイルと導通し誘導電流により発光する光源と、を有することを特徴とする照明装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類を培養する培養液を該培養液内から照明する照明装置であって、
前記培養液に磁場を生じさせる磁場発生部と、
前記磁場によって誘導電流を生じるコイルと、
前記コイルと導通し前記誘導電流により発光する光源と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記コイルおよび前記光源は光透過性の基体に収容され、前記培養液中に浮遊する光源装置を構成することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源装置の比重は、前記培養液の比重と同等またはそれ以上であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源装置の比重は、前記培養液の比重よりも小さく、
前記光源装置を繋ぎ止める繋止部材を有することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源装置は、互いに直交するように配置されている３つの前記コイルと、
前記３つのコイルに各々接続されている複数の前記光源と、を有していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有し、  
前記第１の光源と前記第２の光源とは、互いに異なる波長帯域の光を発することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有し、  
前記第１の光源および前記第２の光源は、発光ダイオードであり、通電方向が互いに反対になるように前記コイルに接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
藻類を培養する培養装置であって、
前記藻類を含む培養液を貯留する貯留槽と、
請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置と、を有することを特徴とする培養装置。
【請求項９】
前記培養液を撹拌する撹拌翼と、前記撹拌翼が接続し前記撹拌翼を回転させる回転軸と、を含む撹拌装置を有し、
前記磁場発生部は、前記撹拌翼に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の培養装置。
【請求項１０】
前記磁場発生部は、永久磁石であることを特徴とする請求項９に記載の培養装置。
【請求項１１】
前記磁場発生部は、前記貯留槽の外部に設けられ、前記貯留槽の内部に磁場を発生させることを特徴とする請求項８に記載の培養装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置および培養装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所謂バイオリアクタは、化学反応と比べると反応速度は遅いが化学反応のように高温・高圧を必要としないため省エネルギー性に優れ、また反応設備を耐熱・耐圧とする必要がないという特長を有している。更には、反応に用いる生物種に応じて、特定の原料から目的とする生成物へ、副反応が少ない反応系を構築することができるという特長も備えていることから、工業的に有利な点が多く注目を浴びている。
【０００３】
近年では、バイオリアクタとして、藻類、中でも微細藻類を用いたものが注目されている。例えば、光合成によって重油を生成する微細藻類については、増殖した微細藻類から油分を精製し、燃料（バイオディーゼル）として用いることで、石油枯渇に対する対策や、環境対策（温暖化対策）の一翼を担うことが期待されている。また、例えば抗酸化物質のアスタキサンチンのような、人体にとって生理的に有用な天然物であり藻類に蓄積される物質を、藻類を用いて生産する試みが成されている。
【０００４】
このような藻類は、通常、光合成によって増殖する。そのため、藻類を培養する培養槽としては、光透過性を有するガラスやプラスチックなどの透明材料を用いて形成したものが用いられ、太陽光や別途設けた照明装置から発せられる光を用いて藻類の光合成を促進する構成とし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】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献に記載された装置には、次のような問題がある。すなわち、上記の装置では、培養槽を透明な材料で形成することで、外部から照射される光を有効に用い光合成を行わせることとしているが、反応溶液中の培養密度が高くなると、培養槽内の藻類が外から差し込む光を遮断してしまい、培養槽内側にまで光が差し込みにくくなる。そのため、従来の培養槽を用いた場合には、内部の藻類の育成を阻害してしまい、高い培養密度で藻類を培養することが困難となるおそれがある。
【０００７】
一方、上述のように、培養した藻類を用いてバイオディーゼルや生理有用物質を生産する場合、できるだけ高い培養密度で藻類を培養した方が、生産効率を向上させることができるため好ましい。
【０００８】
このように、従来の装置では、所望の藻類の培養は可能であったが、目的とする用途に適した高い培養密度で藻類を培養することができなかった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、藻類の培養密度が高くなっても、良好に藻類に光照射を行い、藻類の光合成を促進させることが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、そのような照明装置を有する藻類の培養装置を提供することをあわせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、藻類を培養する培養液を該培養液内から照明する照明装置であって、前記培養液に磁場を生じさせる磁場発生部と、前記磁場によって誘導電流を生じるコイルと、前記コイルと導通し前記誘導電流により発光する光源と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、磁場発生部が生じさせる磁場によりコイルでは電磁誘導による誘導電流を生じ、光源が発光する。光源には外部から電力を供給する必要がないため、培養液中に光源とコイルとを配置して培養液内を照明することが容易である。したがって、培養する藻類の培養密度が高くなっても培養液中の藻類に光を照射することができ、高い培養密度で藻類を培養することを可能とする照明装置を提供することができる。
【００１１】
ここで、培養液とは、淡水や海水など藻類の培養環境である水に藻類が分散しているものを指す。
【００１２】
本発明においては、前記コイルおよび前記光源は光透過性の基体に収容され、前記培養液中に浮遊する光源装置を構成することが望ましい。
この構成によれば、培養液内に浮遊する光源装置が培養液内を移動し、磁場発生部によって磁場を生じさせている領域を通過する際に、光源装置内のコイルでは電磁誘導による誘導電流を生じ、光源が発光し、基体を介して培養液内の藻類に光を供給することができる。
【００１３】
本発明においては、前記光源装置の比重を、以下の２通りに設定することができる。まず、前記光源装置の比重は、前記培養液の比重と同等またはそれ以上とすることが可能である。
この構成によれば、光源装置は培養液の液面に浮き上がることがないため、確実に培養液の内部照明することができる。
【００１４】
または、本発明においては、前記光源装置の比重は、前記培養液の比重よりも小さく、前記光源装置を繋ぎ止める繋止部材を有することとしても良い。
この構成によれば、光源装置が培養液内に浮遊して培養液を照明することができる。また、繋止部材により光源装置を繋ぎ止めることができるため、例えば海や池などで用いる場合に光源装置が離散してしまうことがない。したがって、確実に培養液の内部照明することができる。
【００１５】
本発明においては、前記光源装置は、互いに直交するように配置されている３つの前記コイルと、前記３つのコイルに各々接続されている前記光源と、を有していることが望ましい。
この構成によれば、磁場発生部によって磁場を生じさせている領域を通過する光源装置の姿勢がどのようなものであっても、いずれかのコイルでは誘導電流が生じ、誘導電流が発生したコイルに接続する光源が発光することとなる。そのため、発光時間が長くなり（発光しない時間が短くなり）、より効率的に藻類の培養を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有し、前記第１の光源と前記第２の光源とは、互いに異なる波長帯域の光を発することが望ましい。
この構成によれば、幅広い波長帯域に光を発することが可能となり、多種の藻類の光合成に適した光を発する光源装置とすることができる。
【００１７】
本発明においては、前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有し、前記第１の光源および前記第２の光源は、発光ダイオードであり、通電方向が互いに反対になるように前記コイルに接続されていることが望ましい。
この構成によれば、コイルでいずれの向きに誘導電流が生じても、第１の光源と第２の光源とのどちらかは発光するため、光源装置が発光しない時間が短くなる。
【００１８】
また、本発明の培養装置は、藻類を培養する培養装置であって、前記藻類を含む培養液を貯留する貯留槽と、上述の照明装置と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、培養する藻類の培養密度が高くなっても、培養液内から藻類に光を照射し藻類の光合成を良好に起こさせることができ、高密度で藻類を培養することを可能な培養装置とすることができる。
【００１９】
本発明においては、前記培養液を撹拌する撹拌翼と、前記撹拌翼が接続し前記撹拌翼を回転させる回転軸と、を含む撹拌装置を有し、前記磁場発生部は、前記撹拌翼に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、撹拌翼の回転によって培養液内で磁場が発生している領域が変わる。そのため、培養密度が高くなることで培養液が対流し難くなり、光源装置が移動し難くなったとしても、磁場が発生している領域が移動することにより、光源装置内のコイルでは磁束密度が変化して電磁誘導が生じ、良好な発光を行わせることができる。
【００２０】
その場合、前記磁場発生部が永久磁石であると装置構成を簡便にすることができ好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、前記磁場発生部は、前記貯留槽の外部に設けられ、前記貯留槽の内部に磁場を発生させることとしても良い。
この構成によれば、磁場発生部が培養液に浸漬することがないため、磁場発生部として電気的に制御する装置構成を採用しやすく、例えばマグネトロンのような電磁波発生装置を用いて磁場を発生させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、培養する藻類の培養密度が高くなっても培養液に浮遊する光源装置を発光させることで、藻類に光を照射することができ、藻類の光合成を良好に起こさせることができ、高密度で藻類を培養することを可能な培養装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る培養装置と照明装置とを示す模式図である。
【図２】光源装置を示す模式図である。
【図３】光源装置の変形例を示す模式図である。
【図４】光源装置の変形例を示す模式図である。
【図５】光源装置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１〜図５を参照しながら、本発明の実施形態に係る照明装置および藻類の培養装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２５】
図１は、本発明の培養装置と培養装置が備える照明装置とを示す模式図である。図に示すように、本実施形態の培養装置１は、藻類を培養するための培養液Ｓを貯留する貯留槽２、貯留槽２に設けられ培養液Ｓを撹拌する撹拌器３、培養液Ｓを照明する照明装置４と、を有している。
【００２６】
貯留槽２内に貯留される培養液Ｓは、培養する対象の藻類と、藻類の培養環境である分散媒と、を含んでいる。培養できる藻類としては、例えば、クロレラやアスタキサンチンを生産するためのヘマトコッカス属の藻類、油分を生産するためのボツリオコッカス属の藻類などを挙げることができる。分散媒は、培養する藻類の種類により、淡水・海水など藻類に適した分散媒を選択することができる。
【００２７】
貯留槽２は、密閉型のものでも良く開放形のものでも良い。側壁２ａや蓋部２ｂを光透過性の材料で形成し、太陽光や不図示の外部照明からの光が培養液Ｓに照射される構成とすると良い。
【００２８】
撹拌器３は、回転軸３１と撹拌翼３２と、モーター３３とを有し、撹拌翼３２の回転により培養液Ｓを撹拌する。撹拌翼３２としては、通常知られたスクリュー翼、プロペラ翼、アンカー翼、パドル翼、ピッチドパドル翼、タービン翼、大型格子翼等を用いることができる。また、エアレーション設備を撹拌器として用い、培養液Ｓ内に空気を送り込むことで、酸素を溶け込ませつつ空気の泡により培養液Ｓを撹拌することもできる。
【００２９】
照明装置４は、マグネトロンのような、電磁波を発生する電磁波発生部（磁場発生部）４１と、複数の光源装置４２と、を有している。電磁波発生部４１は、貯留槽２内の培養液Ｓに電磁波を照射する。その際、電磁波の強度を時間的に変化させることで、磁場の磁束密度を時間的に変化させることとしても良い。
【００３０】
光源装置４２は、内部にコイルに接続された光源を有しており、電磁波発生器４１から発せられる電磁波（電磁波の磁場成分）によって、コイルで誘導電流が生じ、この誘導電流によってコイルに接続された光源が発光する構成となっている。
【００３１】
具体的には、本実施形態の光源装置４２は、図２に示すように、コイル４２１と、コイル４２１に並列に接続された光源（第１の光源）４２２、光源（第２の光源）４２３と、コイル４２１および光源４２２，４２３を内部に有する光源基体４２４と、を有して構成されている。
【００３２】
光源４２２，４２３は、発光ダイオードであり、通電方向が互いに逆方向となるようにして、コイル４２１に接続されている。これにより、コイル４２１から流れる電流の向きがいずれの方向であっても、また交流であっても光を発することができる。
【００３３】
また、２つの光源４２２，４２３が発する光の波長は、培養する藻類の吸収する光の波長に応じて選択される。光源４２２，４２３が各々発する光の波長帯域は同じまたは互いに重なりあっていても良く、また互いに異なっていても構わない。２つの光源４２２，４２３が発する光の波長を異ならせると、広い波長帯域の光を発する光源とすることができる。
【００３４】
光源基体４２４は、透明な形成材料で形成されている。例えば、ガラスや光透過性を有する合成樹脂を用いて形成されている。光源基体４２４は、中空に構成されて内部空間にコイル４２１，光源４２２，４２３を有する回路を内包することとしても良く、樹脂材料で形成する場合には、上記回路を包埋することとしても良い。
【００３５】
光源基体４２４の外形は、図２に示すように球形であっても良く、また楕円体、立方体、多角柱などの他の形状を有していても良い。光源基体４２４の大きさＷは、藻類の培養に邪魔にならない大きさであれば良く、例えば１ｃｍ程度の球形とすることができる。
【００３６】
光源基体４２４の表面は、平滑に設けられていても良く、凹凸を有しているものとしても良い。表面に凹凸を有している場合、培養する藻類が付着しながら増殖する場合がある。このような場合には、光源装置４２を網などで回収することにより、表面に付着する藻類も同時に回収することができ、藻類の分離が容易となる。
【００３７】
このような光源装置４２の比重は、培養液Ｓの比重と略同等であり、培養液Ｓの中に浮遊することが可能な比重に構成される。光源装置４２がこのような比重であれば、培養液Ｓの撹拌により培養液Ｓ内を自由に移動することが可能となる。例えば、培養液Ｓの分散液が海水である場合、比重が１．０３程度にしておくと培養液Ｓの中に浮遊し、目的とする挙動を取ることが可能となる。
【００３８】
光源基体４２４を合成樹脂にて形成する場合、合成樹脂は比重が水よりも小さいものが多いため、光源装置４２全体の比重は１．０３よりも小さくなることが多くなる。このような場合には、光源基体４２４に比重を調節するために金属片等の比重が高いものを埋め込む等して、全体の比重を調節すると良い。
【００３９】
このような比重の調整は、光源４２の作成において行うものとしても良く、例えば、淡水用に比重を調整した光源装置と、海水用に比重を調整した光源装置と、を作成することで適宜使い分けることとしても良い。または、使用者が培養に用いる培養液Ｓに応じてその都度、光源装置４２の比重の調整をすることとしても構わない。
【００４０】
このような照明装置４では、貯留槽２内の培養液Ｓの撹拌により培養液Ｓに浮遊している光源装置４２が培養液Ｓ内を移動し、電磁波発生器４１から電磁波が照射される領域を横切る。光源装置４２内のコイル４２１では、電磁波が照射される領域を横切る際の磁束密度の変化により、電磁誘電による誘導電流を生じ、光源４２２または光源４２３が発光する。
【００４１】
また、培養装置１は、貯留槽２内に培養液Ｓを供給する供給装置や、貯留槽２内の培養液Ｓを排出するためのポンプなどの排出装置を有していても良い。
【００４２】
さらに、このような培養装置１は、回分式の運転制御がなされても良く、連続式の運転制御が成されても良い。
【００４３】
以上のような構成の培養装置１および照明装置４によれば、培養液Ｓに浮遊する光源装置４２が培養液Ｓ内で発光し、培養液Ｓに含まれる藻類に光を供給することができる。そのため、藻類の培養密度が高くなっても貯留槽２の内側の藻類にも光を照射することができ、藻類の光合成を良好に起こさせることができることから、高密度で藻類を培養することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、マグネトロンなどの電磁波発生器４１を用いることとしたが、電磁石や永久磁石を用いて、これらから得られる磁場を用いて光源装置４２のコイルに電磁誘導を起こさせることとしても良い。この場合、図１に示すように、貯留槽２に設けることとしても良いが、他の場所に設置することもできる。
【００４５】
例えば、撹拌翼３２に永久磁石を設けることとすると、撹拌翼３２の回転によって、撹拌翼３２の近傍に浮遊する光源装置４２内で電磁誘導が生じ、光源装置４２を発光させることができる。このような構成とすると、撹拌翼３２の回転によって培養液Ｓ内で磁場が発生している領域が変わることとなる。そのため、培養密度が高くなることで培養液Ｓが対流し難くなり、光源装置４２が移動し難くなったとしても、磁場が発生している領域が移動することにより、光源装置４２内のコイルでは磁束密度が変化して電磁誘導が生じ、良好な発光を行わせることができる。
【００４６】
また、光源装置４２は、図２に示すような構成だけでなく、図３に示すように、複数のコイル４２１を有することとしても良く、また複数の光源４２２，４２３が直列（図３（ａ））または並列（図３（ｂ））にコイル４２１と接続されることとしても良い。これらの光源４２２，４２３は、互いに同じ波長帯域の光を発するものを用いても良く、互いに異なる波長帯域の光を発するものを用いても良い。
【００４７】
さらに、光源装置４２が複数のコイル４２１を有する場合、図４に示すように、少なくとも３つのコイル４２１が、互いに直交するように配置され、各々のコイル４２１に光源４２２，４２３が接続されている構成を採用することができる。
【００４８】
このような構成の光源装置４２では、電磁波が照射される領域を通過する光源装置４２の姿勢がどのようなものであっても、いずれかのコイルでは誘導電流が生じ、誘導電流が発生したコイルに接続する光源４２２，４２３が発光することとなる。そのため、発光時間が長くなり（発光しない時間が短くなり）、より効率的に藻類の培養を行うことが可能となる。
【００４９】
複数のコイルは、図４に示すように、それぞれ電気的に独立して光源と接続した回路を構成していても良く、または１つの回路の中に３以上のコイルを有し、これらのコイルが互いに直交するように配置されていることとしても良い。
【００５０】
また、図５（ａ）に示すように、複数（図では３つ）の光源装置４２が柔軟な紐状部材４３によって互いに連結した光源装置４４を用いることもできる。このような光源装置４４を用いると、培養後に培養液Ｓからの光源装置４４の回収が容易となる。
【００５１】
また、図５（ａ）に示すような光源装置４２（光源装置４４）を、培養液よりも小さい比重を有するものとして形成し、さらに光源装置４４を培養槽２の内壁に繋ぎ止める紐状部材（繋止部材）４３を有することとしても良い。
【００５２】
このような構成と類似した外形形状を有する装置構成として、上記繋止部材に対応する部材を導電線とし、該導電線を介して導電線と接続された光源装置に電力を供給する構成が考えられる。しかしこの場合、液中に浮遊する光源装置の動きによって導電線に張力がかかり断線しやすいこと、光源装置の数を増やすためには電気的に接続するための加工が必要となること、など不都合が生じることが考えられる。これに対して、本実施形態の光源装置４２（光源装置４４）を繋止部材で繋止した構成では、そのような想定される不具合が生じず、良好に光照射が可能となり好ましい。
【００５３】
このような構成を採用すると、例えば、本実施形態で採用した培養槽２に代えて、海や池の中に仕切りを設け海水や淡水を培養液として用い、仕切られた領域内で藻類を培養する場合に適した構成とすることができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、符号Ｂで示す海や池の底に、光源装置４２を繋止部材４３で繋ぎ止めることにより、光源装置４４自身は浮かび上がろうとする一方で、繋止部材４３が光源装置４４をつなぎ止めるために、光源装置４４が水中に浮遊させつつも水面にまで浮かび上がってしまうことを抑制した構成とすることができる。このような構成を採用し、別途設ける磁場発生部から磁場を発生させることにより、光源装置４４の系外への拡散や一箇所への凝集を防ぎ、効率的な光照射が可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、光源装置４２は培養液Ｓと略同等な比重であることとしたが、撹拌装置３の撹拌によって生じる培養液Ｓ内の対流により、培養液Ｓ内を流動することができるならば、光源装置４２の比重は培養液Ｓよりも大きい比重であることとしても構わない。すなわち、光源装置４２の比重が培養液Ｓよりも大きく、培養液Ｓを攪拌せずに静置した場合には光源装置４２は底部に沈降したとしても、攪拌によって生じる培養液Ｓの対流により巻き上がり培養液Ｓ内を流動することが可能な程度の比重としておくと、攪拌時には光源装置４２が培養液Ｓ内を流動し、本実施形態と同様に効果的な光照射が可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、光源装置４２が培養液Ｓ内に浮遊する構成として記載したが、光源装置４２が例えば貯留槽の内壁に固定されている構成を採用することも可能である。このような構成であっても、磁場発生部から発生する磁界によって光源装置４２内のコイルで誘導電流が生じ、光源を発光させて培養液Ｓ内から藻類を照明することができる。
【００５６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…培養装置、２…貯留槽、３…撹拌装置、４…照明装置、３１…回転軸、３２…撹拌翼、４１…磁場発生部、４２，４４…光源装置、４７…繋止部材、４２１…コイル、４２２…光源（第１の光源）、４２３…光源（第２の光源）、Ｓ…培養液、
【図１】
2011250760.tif 000003
【図２】
2011250760.tif 000004
【図３】
2011250760.tif 000005
【図４】
2011250760.tif 000006
【図５】
2011250760.tif 000007