(57)【要約】【課題】藻類及び培養液を流通させる際に要する動力を抑制可能な藻類培養装置を提供する。【解決手段】藻類培養装置は、藻類を含む培養液を当該内部に収容するスペースを有する第１タンクと、第１タンクよりも鉛直方向の高さが高い位置に配置され、培養液を当該内部に収容するスペースを有する第２タンクと、第１タンクから第２タンクに対して培養液を汲み上げる汲み上げ機構と、第２タンクよりも鉛直方向の高さが高くかつ第１タンクに収容される培養液の液面と第２タンクに収容される培養液の液面との高低差に起因するサイフォン現象で培養液が到達可能な高さ位置に配置される第２タンクに接続される液中の流入口と、流入口よりも低い位置に配置され、第１タンクに向けて培養液を排出する液中の流出口と、を有し、流入口から流出口に培養液を流通させるリアクタと、リアクタにサイフォン現象を構成するための培養液を充満可能な経路とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類を含む培養液を当該内部に収容するスペースを有する第１タンクと、
前記第１タンクよりも鉛直方向の高さが高い位置に配置され、前記培養液を当該内部に収容するスペースを有する第２タンクと、
前記第１タンクから前記第２タンクに対して前記培養液を汲み上げる汲み上げ機構と、
前記第２タンクよりも鉛直方向の高さが高くかつ前記第１タンクに収容される前記培養液の液面と前記第２タンクに収容される前記培養液の液面との高低差に起因するサイフォン現象で前記培養液が到達可能な高さ位置に配置される前記第２タンクに接続される液中の流入口と、前記流入口よりも低い位置に配置され、前記第１タンクに向けて前記培養液を排出する液中の流出口と、を有し、前記流入口から前記流出口に前記培養液を流通させるリアクタと、
前記リアクタにサイフォン現象を構成するための前記培養液を充満可能な経路と
を備える藻類培養装置。
【請求項２】
前記リアクタは、少なくとも藻類が光合成を行うことが可能な波長の光を透過可能な管路を有する
請求項１に記載の藻類培養装置。
【請求項３】
前記リアクタは、前記管路の内部を清掃するピグを前記第２タンクと前記流入口とを接続する第１接続管より供給し、前記ピグが前記管路の少なくとも前記流入口から前記流出口までの区間を流通し、前記流出口と前記第１タンクとを接続する第２接続管から前記ピグを排出可能に形成される
請求項２に記載の藻類培養装置。
【請求項４】
前記第１接続管及び前記第２接続管は、一方に前記リアクタの内部を清掃するピグの挿入口を有し、他方に前記ピグの排出口を有し、
前記リアクタ、前記第１接続管、及び前記第２接続管は、前記流入口から前記流出口の区間を含む前記挿入口から前記排出口までの区間において、前記ピグを流通可能な形状に形成される
請求項３に記載の藻類培養装置。
【請求項５】
前記第１接続管及び前記第２接続管の少なくとも一方には、前記リアクタの運転中に前記ピグを退避させるピグ待機口が設けられる
請求項３に記載の藻類培養装置。
【請求項６】
前記ピグ待機口に接続され、前記ピグに接続されるワイヤーが移動可能なワイヤー移動経路と、
前記ワイヤー移動経路内に設けられ、前記ワイヤーを駆動することで前記ピグを移動させるピグ駆動機構と
を備える請求項５に記載の藻類培養装置。
【請求項７】
前記第１接続管は、前記ピグ待機口としてピグ上部待機口を有し、
前記第２接続管は、前記ピグ待機口としてピグ下部待機口を有し、
前記ワイヤー移動経路は、前記ピグ下部待機口と前記ピグ上部待機口とを接続する
請求項６に記載の藻類培養装置。
【請求項８】
前記リアクタは、前記管路が螺旋形状であり、少なくとも前記藻類が光合成可能な波長の光を透過可能である
請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項９】
前記リアクタの中心軸のある内部に配置され、前記藻類が光合成可能な波長の光を照射する光源部を備える
請求項８に記載の藻類培養装置。
【請求項１０】
前記リアクタは、前記藻類が光合成を行う波長とは異なる波長の光を、前記藻類が光合成を行う波長の光に変換する波長変換材を含む
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１１】
前記第１タンク及び前記第２タンクは、気相部を連通させずに、それぞれ内部が大気開放されている
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１２】
前記第１タンク及び前記第２タンクは、大気に接続される部分に、異物の侵入を規制するフィルタを有する
請求項１１に記載の藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
藻類を培養する藻類培養装置として、例えば地上にコンクリート等で槽を形成し、この槽内に藻類及び培養液を入れ、光を照射して藻類に光合成をさせることで、バイオ燃料等を抽出させる構成が知られている（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２０１１−２３４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の藻類培養装置においては、槽内の藻類に万遍なく光を照射して光合成を行わせるため、ポンプ等の動力源を用いて培養液を槽内で流通させる構成となっている。このような藻類培養装置は、地上に大規模に設けられるため、大きな動力が必要となる。これに対して、培養液を循環させる際に要する動力を低減できる手段が求められている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、培養液を流通させる際に要する動力を低減できる藻類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】
【０００６】
本発明に係る藻類培養装置は、藻類を含む培養液を当該内部に収容するスペースを有する第１タンクと、前記第１タンクよりも鉛直方向の高さが高い位置に配置され、前記培養液を当該内部に収容するスペースを有する第２タンクと、前記第１タンクから前記第２タンクに対して前記培養液を汲み上げる汲み上げ機構と、前記第２タンクよりも鉛直方向の高さが高くかつ前記第１タンクに収容される前記培養液の液面と前記第２タンクに収容される前記培養液の液面との高低差に起因するサイフォン現象で前記培養液が到達可能な高さ位置に配置される前記第２タンクに接続される液中の流入口と、前記流入口よりも低い位置に配置され、前記第１タンクに向けて前記培養液を排出する液中の流出口と、を有し、前記流入口から前記流出口に前記培養液を流通させるリアクタと、前記リアクタにサイフォン現象を構成するための前記培養液を充満可能な経路とを備える。
【０００７】
従って、第２タンク内の培養液は、汲み上げ機構により第１タンクから第２タンクへ培養液を一度汲み上げることで、第１タンクに収容される培養液の液面と第２タンクに収容される培養液の液面との高低差に起因するサイフォン現象により、駆動機構等を用いることなく、当該第２タンクよりも高い位置に配置されるリアクタに供給可能となる。これにより、培養液を流通させる際に要する動力を低減できる。
【０００８】
また、前記リアクタは、少なくとも藻類が光合成を行うことが可能な波長の光を透過可能な管路を有してもよい。
【０００９】
従って、リアクタでは、管路により、効率的に光の照射面積を増し、効率的に培養液を流通させることができる。
【００１０】
また、前記リアクタは、前記管路で形成され、内部を清掃するピグを前記第２タンクから前記リアクタへの第１接続管より供給し、少なくとも前記リアクタの前記流入口から前記流出口までの区間を流通し、前記リアクタから前記第１タンクへの第２接続管から排出可能に形成されてもよい。
【００１１】
従って、管路の内部にピグを流通させることで、リアクタを分解することなく管路の内部を容易に清掃することができる。
【００１２】
また、前記第１接続管及び前記第２接続管は、一方に前記リアクタの内部を清掃するピグの挿入口を有し、他方に前記ピグの排出口を有し、前記リアクタ、前記第１接続管、及び前記第２接続管は、前記流入口から前記流出口の区間を含む前記挿入口から前記排出口までの区間において、前記ピグを流通可能な形状に形成されてもよい。
【００１３】
従って、第１接続管及び第２接続管の一方からピグを挿入し、他方からピグを排出できるため、ピグの挿入及び排出を効率的に行うことができる。
【００１４】
また、前記第１接続管及び前記第２接続管の少なくとも一方には、前記リアクタの運転中に前記ピグを退避させるピグ待機口が設けられてもよい。
【００１５】
従って、この場合、ピグ待機口を通じてリアクタの内部にピグを流通させることで、リアクタを分解することなく内部を容易に清掃することができる。また、リアクタの運転中には、ピグ待機口にピグを退避させておくことができる。
【００１６】
また、前記ピグ待機口に接続され、前記ピグに接続されるワイヤーが移動可能なワイヤー移動経路と、前記ワイヤー移動経路内に設けられ、前記ワイヤーを駆動することで前記ピグを移動させるピグ駆動機構とを備えてもよい。
【００１７】
従って、ワイヤーを用いてピグを移動させることができるため、リアクタの内部をより確実かつ効率的に清掃することができる。
【００１８】
また、前記第１接続管は、前記ピグ待機口としてピグ上部待機口を有し、前記第２接続管は、前記ピグ待機口としてピグ下部待機口を有し、前記ワイヤー移動経路は、前記ピグ下部待機口と前記ピグ上部待機口とを接続してもよい。
【００１９】
従って、ピグ下部待機口から排出されたピグをピグ上部待機口に循環させて用いることができる。
【００２０】
また、前記リアクタは、前記管路が螺旋形状であり、少なくとも前記藻類が光合成可能な波長の光を透過可能であってもよい。
【００２１】
従って、リアクタの設置面積を抑えつつ、リアクタの表面積を増やすことができる。この場合、リアクタは、少なくとも藻類が光合成可能な波長の光を透過可能であるため、リアクタ内の藻類に対して光合成可能な波長の光をより多く照射することができる。
【００２２】
また、前記リアクタの中心軸のある内部に配置され、前記藻類が光合成可能な波長の光を照射する光源部を備えてもよい。
【００２３】
従って、リアクタを流れる藻類に対して光合成を行うための波長の光を効率的に供給することができる。
【００２４】
また、前記リアクタは、前記藻類が光合成を行う波長とは異なる波長の光を、前記藻類が光合成を行う波長の光に変換する波長変換材を含んでもよい。
【００２５】
従って、リアクタを流れる藻類に対して光合成を行うための光をより多く供給することができる。
【００２６】
また、前記第１タンク及び前記第２タンクは、気相部を連通させずに、それぞれ内部が大気開放されていてもよい。
【００２７】
従って、サイフォン現象を容易に発生させることが可能となるため、駆動機構等を用いることなく、当該第２タンクよりも高い位置に配置されるリアクタに容易に培養液を供給可能となる。
【００２８】
また、前記第１タンク及び前記第２タンクは、大気に接続される部分に、異物の侵入を規制するフィルタを有してもよい。
【００２９】
従って、第１タンク及び第２タンクの内部が大気開放された状態を維持しつつ、大気側からの異物が当該内部に浸入することを抑制できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、藻類及び培養液を流通させる際に要する動力を抑制可能な藻類培養装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本実施形態に係る藻類培養装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、藻類培養装置のレイアウトの一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、藻類培養装置の動作状態の一例を示す図である。
【図４】図４は、藻類培養装置の動作状態の一例を示す図である。
【図５】図５は、藻類培養装置の動作状態の一例を示す図である。
【図６】図６は、藻類培養装置の動作状態の一例を示す図である。
【図７】図７は、藻類培養装置の他の例を模式的に示す図である。
【図８】図８は、ピグ循環機構の一例を模式的に示す図である。
【図９】図９は、モータ機構を作動させた場合にピグが移動する様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る藻類培養装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００３３】
図１は、本実施形態に係る藻類培養装置１００の一例を模式的に示す図である。図１に示す藻類培養装置１００は、例えば、バイオ燃料の抽出等の目的で藻類Ｍを培養する装置である。藻類培養装置１００は、例えば屋外等、太陽光の照射を十分に受けることが可能な場所に設置される。図１に示すように、藻類培養装置１００は、ボトムタンク（第１タンク）１０と、トップタンク（第２タンク）２０と、リアクタ３０と、汲み上げ機構４０と、光源部５０とを備える。
【００３４】
ボトムタンク１０は、タンク本体１１と、タンク蓋１２と、フィルタ部１３と、培養液供給部１４と、藻類供給部１５と、レベル計１６と、排出部１７と、温度調整部１８と、二酸化炭素供給部１９とを有する。タンク本体１１は、例えば矩形の槽状であるが、これに限定されず、他の形状であってもよい。また、タンク本体１１の底面には、例えばタンク本体１１内部の清掃時のドレン溜めとして用いられる段差が設けられているが、当該段差が設けられない構成であってもよい。タンク本体１１は、上部に開口部１１ａを有している。
【００３５】
タンク蓋１２は、例えば板状であり、藻類Ｍが光合成を行う波長の光を透過可能である。タンク蓋１２は、タンク本体１１の開口部１１ａを閉塞する。タンク蓋１２は、開口部１２ａを有する。ボトムタンク１０は、開口部１２ａを介して内部が大気開放された状態となっている。
【００３６】
フィルタ部１３は、タンク蓋１２の開口部１２ａを覆うように配置される。フィルタ部１３は、外部からの異物の侵入を抑制し、かつボトムタンク１０の内外で気体の流通を許容する。したがって、ボトムタンク１０は、フィルタ部１３により外部からの異物の侵入が防止された状態で大気開放されている。フィルタ部１３には、異物の付着を防ぐためカバー部材などが設けられてもよい。
【００３７】
培養液供給部１４は、藻類Ｍを培養するための培養液Ｑをボトムタンク１０内に供給する。培養液供給部１４は、例えば窒素、リン等の養分を含んだ水を外部で生成し、培養液Ｑとしてボトムタンク１０内に供給する。藻類供給部１５は、外部で生長させた藻類Ｍをボトムタンク１０内に供給する。
【００３８】
レベル計１６は、ボトムタンク１０内の培養液Ｑの液位を検出する。例えばレベル計１６の検出結果に基づいて、培養液Ｑの液位が所定値範囲となるように培養液Ｑ等の供給のタイミングを制御可能であってもよい。排出部１７は、ボトムタンク１０内の培養液Ｑ等を排出する。タンク内の清掃時の排液に使用する。また、排出部１７は、図示しない外部タンクに接続されてもよい。この場合、レベル計１６の検出結果に基づいて、培養液Ｑの液位が所定値を超える場合、排出部１７から当該外部タンク等へ培養液Ｑを排出し、一時的に溜めておくことも可能である。
【００３９】
温度調整部１８は、ボトムタンク１０内の培養液Ｑの温度を調整する。二酸化炭素供給部１９は、ボトムタンク１０に収容される培養液Ｑに対して二酸化炭素を供給する。供給された二酸化炭素は、培養液Ｑ中の藻類Ｍが光合成を行う際に消費される。
【００４０】
トップタンク２０は、ボトムタンク１０よりも鉛直方向の高さが高い位置に配置され、培養液Ｑを収容する。トップタンク２０は、タンク本体２１と、タンク蓋２２と、フィルタ部２３と、接続管（第１接続管）２４と、補助ポンプ２５と、レベル計２６と、排出部２７、２８とを有する。タンク本体２１は、例えば矩形の槽状であるが、これに限定されず、他の形状であってもよい。トップタンク２０のタンク本体２１は、上記したボトムタンク１０のタンク本体１１に比べて容積が小さくなっているが、これに限定されず、タンク本体１１と同様の容積であってもよいし、タンク本体１１よりも容積が大きくてもよい。タンク本体２１は、上部に開口部２１ａを有している。
【００４１】
タンク蓋２２は、例えば板状であり、藻類Ｍが光合成を行う波長の光を透過可能である。タンク蓋２２は、タンク本体２１の開口部２１ａを閉塞する。タンク蓋２２は、開口部２２ａを有する。トップタンク２０は、開口部２２ａを介して内部が大気開放された状態となっている。
【００４２】
フィルタ部２３は、タンク蓋２２の開口部２２ａを覆うように配置される。フィルタ部２３は、外部からの異物の侵入を抑制し、かつトップタンク２０の内外で気体の流通を許容する。したがって、トップタンク２０は、フィルタ部２３により外部からの異物の侵入が抑制された状態で大気開放されている。フィルタ部２３には、異物の付着を防ぐためカバー部材などが設けられてもよい。
【００４３】
接続管２４は、トップタンク２０に収容される培養液Ｑをリアクタ３０に供給する。接続管２４は、トップタンク２０の内部に配置される第１端部２４ａと、リアクタ３０に接続される第２端部２４ｂとを有する。また、接続管２４は、内部を流通する培養液Ｑの流量を調整可能なバルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆと、接続管２４内のエアを排出するためのエア切弁２４ｅとを有する。
【００４４】
補助ポンプ２５は、トップタンク２０に収容される培養液Ｑを第１端部２４ａからリアクタ３０に供給する。補助ポンプ２５は、藻類培養装置１００の起動時において、接続管２４からリアクタ３０、ボトムタンク１０までの経路内を培養液Ｑで満たす際に用いられる。補助ポンプ２５は、リアクタ３０のサイフォンによる通液が開始後は、動力を切り、通液のみ行うことができる構造となっている。
【００４５】
レベル計２６は、トップタンク２０に収容される培養液Ｑの液位を検出する。なお、本実施形態では、トップタンク２０がボトムタンク１０よりも鉛直方向の高さが高い位置に配置されるため、トップタンク２０内の培養液Ｑの液位は、ボトムタンク１０内の培養液Ｑの液位よりも高い位置となる。排出部２７は、トップタンク２０内の培養液Ｑ等を排出する。排出部２７は、例えばレベル計２６の検出結果に基づいて、培養液Ｑの液位が所定値を超えないように培養液Ｑ等の排出量及び排出のタイミングを制御可能であってもよい。連通配管２８は、トップタンク２０の気相部とボトムタンク１０の気相部とを接続し同圧とするようになっている。
【００４６】
リアクタ３０は、流入口３１と、流出口３２とを有する。流入口３１は、トップタンク２０よりも鉛直方向の高さが高くかつボトムタンク１０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ１とトップタンク２０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ２との高低差に起因するサイフォン現象で培養液Ｑが到達可能な高さ位置に配置される。本実施形態では、流入口３１は、例えばトップタンク２０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ２から１０ｍ以内の高さ位置に配置される。流入口３１は、接続管２４の第２端部２４ｂに接続される。流出口３２は、接続管（第２接続管）３５を介してボトムタンク１０に接続される。接続管３５は、第１端部３５ａが流出口３２に接続され、第２端部３５ｂがボトムタンク１０内に配置される。
【００４７】
リアクタ３０は、流入口３１から流出口３２に培養液Ｑを流通させる。リアクタ３０は、培養液Ｑに含まれる藻類Ｍに光合成を行うための光を透過可能な材料を用いて管状に形成される。リアクタ３０は、培養液Ｑの流通方向に直交する平面における断面が例えば円形の管路を有するが、これに限定されない。リアクタ３０は、上下方向に延びる中心軸を囲う螺旋形状を有する。リアクタ３０は、リアクタフレーム３６に支持される。
【００４８】
また、リアクタ３０は、管路で形成され、内部を清掃するピグをトップタンク２０からリアクタ３０への接続管２４より供給し、少なくともリアクタ３０の流入口３１から流出口３２までの区間を流通し、リアクタ３０からボトムタンク１０への接続管３５から排出可能に形成される。
【００４９】
汲み上げ機構４０は、ボトムタンク１０からトップタンク２０へ培養液Ｑを汲み上げる。汲み上げ機構４０は、汲み上げ管４１と、リフトアップポンプ４２とを有する。汲み上げ管４１は、一方の端部がボトムタンク１０の内部に配置され、他方の端部がトップタンク２０の内部に配置される。汲み上げ管４１には、例えば培養液Ｑを回収する回収系４３が接続される。なお、回収系４３は、他の部位に接続されてもよい。
【００５０】
リフトアップポンプ４２は、ボトムタンク１０内の培養液Ｑをトップタンク２０に汲み上げるための動力源である。リフトアップポンプ４２としては、ボトムタンク１０の高さ位置からトップタンク２０の高さ位置まで培養液Ｑを汲み上げることが可能な容量のポンプが用いられる。
【００５１】
光源部５０は、リアクタ３０の内側に配置され、例えばリアクタフレーム３６に支持される。光源部５０は、藻類Ｍが光合成可能な波長の光を照射する。光源部５０は、当該光を放射状に照射可能である。この構成により、光源部５０からの光がリアクタ３０に対して周方向に万遍なく照射される。
【００５２】
図２は、藻類培養装置１００のレイアウトの一例を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、藻類培養装置１００は、ボトムタンク１０の平面視中央部の上方にトップタンク２０が配置されている。トップタンク２０は、例えばボトムタンク１０上に直接配置されてもよいし、ボトムタンク１０とは上下方向に間隔を空けて不図示の支持機構を介して配置されてもよい。
【００５３】
また、リアクタ３０は、ボトムタンク１０の２つの長辺に沿って複数並んだ状態で配置される。各リアクタ３０は、それぞれボトムタンク１０及びトップタンク２０に別個に接続される。なお、リアクタ３０は、例えばボトムタンク１０の上部に重ねて配置されてもよい。これにより、省スペース化を図ることができる。
【００５４】
次に、図３から図６を参照して、上記のように構成された藻類培養装置１００の動作を説明する。図３から図６は、藻類培養装置１００の動作状態の一例を示す図である。藻類培養装置１００を起動する場合、図３に示すように、例えばレベル計１６によってボトムタンク１０内の液位を検出しつつ、培養液供給部１４からボトムタンク１０に培養液Ｑを供給し、藻類供給部１５からボトムタンク１０に藻類Ｍを供給する。
【００５５】
次に、図４に示すように、ボトムタンク１０内に収容される培養液Ｑ（藻類Ｍを含む）を、汲み上げ機構４０によりトップタンク２０に供給する。ボトムタンク１０においては培養液Ｑ、藻類Ｍ及び二酸化炭素を供給し、培養液Ｑの温度を調整する。
【００５６】
トップタンク２０内に培養液Ｑが所定量供給された場合、図５に示すように、汲み上げ機構４０による汲み上げを行いつつ、トップタンク２０内に収容される培養液Ｑを、補助ポンプ２５によりリアクタ３０に供給する。補助ポンプ２５を駆動することにより、トップタンク２０内の培養液Ｑが補助ポンプ２５の駆動力で接続管２４を上昇し、リアクタ３０の流入口３１に流入する。補助ポンプ２５の流量が低い場合、バルブ２４ｆを閉状態とし、バルブ２４ｅを開状態として、リアクタ３０内に培養液Ｑを溜めるようにする。リアクタ３０に培養液Ｑが溜まった後、バルブ２４ｅを閉状態、バルブ２４ｆを開状態とする。これにより、リアクタ３０内に溜まった培養液Ｑは、流出口３２から排出され、ボトムタンク１０に戻される。補助ポンプ２５は、接続管２４の内部、リアクタ３０の内部、及び接続管３５の内部がそれぞれ培養液Ｑで満たされるまで作動させる。
【００５７】
本実施形態では、ボトムタンク１０の内部及びトップタンク２０の内部が大気開放されており、ボトムタンク１０内の培養液Ｑの液位よりもトップタンク２０内の培養液Ｑの液位の方が高い。そのため、培養液Ｑが接続管２４、リアクタ３０、及び接続管３５の間で満たされることにより、サイフォン現象が生じる。つまり、図６に示すように、トップタンク２０内の培養液Ｑが、補助ポンプ２５の駆動力を用いることなく、接続管２４を上昇してリアクタ３０の流入口３１に到達し、リアクタ３０内を流れて流出口３２から排出され、接続管３５を介してボトムタンク１０に流れ込む。ボトムタンク１０に流れ込んだ培養液Ｑは、汲み上げ機構４０によりトップタンク２０に供給される。したがって、汲み上げ機構４０の動力を用いるだけで、ボトムタンク１０に収容される培養液Ｑがトップタンク２０からリアクタ３０の流入口３１に上昇し、リアクタ３０を流れてボトムタンク１０に循環することになる。なお、ボトムタンク１０内の培養液Ｑの液面Ｑ１と、トップタンク２０内の培養液Ｑの液面Ｑ２との高低差については、例えば培養液Ｑの流路である接続管２４、リアクタ３０及び接続管３５による配管抵抗により培養液Ｑの最大流量が決まる。そのため、途中のバルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆのいずれかを絞ることにより、流量を調節することができる。
【００５８】
また、夜間等、太陽光が十分でない場合に稼働する場合、光源部５０からの光をリアクタ３０に照射する。これにより、培養液Ｑがリアクタ３０を流れる際、光源部５０からの光を用いて藻類Ｍが光合成を行うことが可能となる。リアクタ３０が螺旋状であるため、光源部５０からの光が万遍なく照射されることになる。このため、効率的に藻類の光合成を可能となる。なお、太陽光が照射される昼間に当該太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電しておき、夜間において光源部５０を用いる際に、昼間蓄電した電気エネルギーを利用してもよい。
【００５９】
藻類培養装置１００の稼働時において、培養液Ｑに含まれる藻類Ｍ等がリアクタ３０の内壁に付着し、光透過性が低下することが想定される。そこで、藻類培養装置１００のリアクタ３０を清掃する態様について説明する。
【００６０】
まず、バルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆを閉状態として、リアクタ３０内の培養液Ｑの循環を停止させる。次に、バルブ２４ｄの下方のキャップ２４ｇを取り外し、挿入口２４ｉから接続管２４内に不図示のピグを投入する。ピグを投入後、キャップ２４ｇを装着する。その後、バルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆを開状態として補助ポンプ２５を作動させ、培養液Ｑの圧力によりピグを流入口３１、リアクタ３０、流出口３２へと順次移動させる。ピグがリアクタ３０内を移動することにより、リアクタ３０の内壁を摺動し、内壁に付着した異物が除去される。ピグ及びリアクタ３０内の異物は、培養液Ｑと共に接続管３５に押し出される。ピグを移動させる際、リアクタ３０内に貯留されていた培養液Ｑが接続管３５から排出される。この培養液Ｑは、ボトムタンク１０に戻してもよいし、廃棄してもよい。培養液Ｑをボトムタンク１０に戻す場合には、キャップ２４ｈを装着した状態で行う。また、培養液Ｑを廃棄する場合には、バルブ２４ｆの下方のキャップ２４ｈを取り外し、接続管３５を排水系に接続して、当該排水系を介して排出する。
【００６１】
ピグ及び異物が接続管３５に押し出され、当該ピグがバルブ２４ｆを通過した後、補助ポンプ２５を停止させ、バルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆを閉状態とする。その後、キャップ２４ｈを取り外し、排出口２４ｊからピグを回収する。ピグを回収した後、キャップ２４ｈを装着し、バルブ２４ｃ、２４ｄ、２４ｆを再び開状態とし、補助ポンプ２５を作動させることでリアクタ３０に培養液Ｑを充填させる。
【００６２】
図７は、藻類培養装置１００の他の例を模式的に示す図である。図７に示す藻類培養装置１００においては、リアクタ３０を洗浄するためのピグ循環機構６０が設けられた構成である。図８は、ピグ循環機構６０の一例を模式的に示す図である。図７及び図８に示すように、ピグ循環機構６０は、ワイヤー移動経路６１と、ピグ駆動機構６２とを有する。ワイヤー移動経路６１は、ピグ下部待機口３４とピグ上部待機口３３との間を接続する。ワイヤー移動経路６１は、ワイヤー６３がスムーズに移動可能な配管状である。ピグ駆動機構６２は、ワイヤー移動経路６１に設けられ、ワイヤー６３を移動させる。
【００６３】
ピグ駆動機構６２は、ワイヤー６３と、ワイヤー６３に全体に取り付けられたリアクションプレート６４と、モータ機構６５とを有する。ワイヤー６３は、例えば無端状に設けられ、ワイヤー移動経路６１からピグ上部待機口３３を介してリアクタ３０の内部を通り、ピグ下部待機口３４を介してワイヤー移動経路６１に戻されている。ワイヤー移動経路６１のうち、ピグ上部待機口３３に接続される部分にシール３３ａが配置され、ピグ下部待機口３４に接続される部分にシール３４ａが配置される。シール３３ａ及びシール３４ａは、ワイヤー６３を移動可能に貫通させた状態で、接続管２４、３５とワイヤー移動経路６１の間を封止する。なお、図８において省略されているが、リアクションプレート６４は、ワイヤー６３の全体に亘って所定の間隔で複数取り付けられている。モータ機構６５は、例えばコイル等を有し、リアクションプレート６４に対して駆動力を付与する。
【００６４】
図８は、モータ機構６５を作動させた場合にピグＰが移動する様子を模式的に示す図である。図８に示すように、リアクションプレート６４がモータ機構６５から一方向への駆動力を付与されることにより、ワイヤー６３に沿ってワイヤー移動経路６１からピグ上部待機口３３を介してリアクタ３０の内部を移動し、ピグ下部待機口３４に達する。また、次の動作では３４から３３の移動を行い初期の位置戻すことが出来る。リアクションプレート６４が環状経路を移動することにより、ワイヤー６３が回転移動し、ワイヤー６３の回転移動によりピグＰがワイヤー移動経路リアクタ３０の内部を移動する。ピグＰは、リアクタ３０の内部を移動する際、リアクタ３０の内壁に擦られる。これにより、リアクタ３０の内壁に付着した付着物（例えば、培養液Ｑ中の藻類Ｍ等）が除去される。除去された付着物は、例えば培養液Ｑと共にリアクタ３０を流れ、ボトムタンク１０に供給される。この場合、ボトムタンク１０の排出部１７から付着物を排出することができる。
【００６５】
なお、図８に示す例では、リアクションプレート６４がワイヤー６３の全体に亘って配置された場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ワイヤー移動経路６１の経路長さを、ピグ上部待機口３３からピグ下部待機口３４までの経路長さの３倍以上とし、リアクションプレート６４をワイヤー移動経路６１内で移動させる構成としてもよい。これにより、リアクションプレート６４がリアクタ３０の内部を移動することなく、ピグＰをリアクタ３０内で移動させることができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係る藻類培養装置１００は、藻類Ｍを含む培養液Ｑを当該内部に収容するボトムタンク１０と、ボトムタンク１０よりも鉛直方向の高さが高い位置に配置され、培養液Ｑを当該内部に収容するトップタンク２０と、培養液Ｑを充満可能な接続管２４でトップタンク２０と接続され、トップタンク２０よりも鉛直方向の高さが高くかつボトムタンク１０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ１とトップタンク２０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ２との高低差に起因するサイフォン現象で培養液Ｑが到達可能な高さ位置に配置される流入口３１と、流入口３１よりも低い位置に形成され、ボトムタンク１０に向けて培養液Ｑを排出する流出口３２と、を有し、少なくとも藻類Ｍが光合成可能な波長の光を透過可能であり流入口３１から流出口３２に培養液Ｑを流通させるリアクタ３０と、ボトムタンク１０からトップタンク２０に対して培養液Ｑを汲み上げる汲み上げ機構４０とを備える。
【００６７】
本実施形態に係る藻類培養装置１００において、トップタンク２０内の培養液Ｑは、ボトムタンク１０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ１とトップタンク２０に収容される培養液Ｑの液面Ｑ２との高低差に起因するサイフォン現象により、駆動機構等を用いることなく、当該トップタンク２０よりも高い位置に配置されるリアクタ３０に供給可能となる。これにより、培養液Ｑを流通させる際に要する動力を低減できる。
【００６８】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、リアクタ３０は、管路を有する。これにより、リアクタにおいて管路により培養液Ｑを光の照射面積を増し、効率的に培養液を流通させることができる。
【００６９】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、リアクタ３０は、管路で形成され、内部を清掃するピグをトップタンク２０からリアクタ３０への接続管２４より供給し、少なくともリアクタ３０の流入口３１から流出口３２までの区間を流通し、リアクタ３０からボトムタンク１０への接続管３５から排出可能に形成されてもよい。これにより、管路の内部にピグを流通させることで、リアクタを分解することなく管路の内部を容易に清掃することができる。
【００７０】
また、接続管２４及び第２接続管３５は、リアクタ３０の内部を清掃するピグＰの挿入口２４ｉを有し、他方にピグＰの排出口２４ｊを有し、リアクタ３０、接続管２４、及び接続管３５は、流入口３１から流出口３２の区間を含む挿入口２４ｉから排出口２４ｊまでの区間において、ピグＰを流通可能な形状に形成されてもよい。これにより、接続管２４及び接続管３５の一方からピグＰを挿入し、他方からピグＰを排出できるため、ピグＰの挿入及び排出を効率的に行うことができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、接続管２４及び接続管３５の少なくとも一方には、リアクタ３０の運転中にピグＰを退避させるピグ待機口（３３、３４）が設けられてもよい。これにより、ピグ上部待機口３３とピグ下部待機口３４とを通じてリアクタ３０の内部にピグＰを流通させることで、リアクタ３０を分解することなく内部を容易に清掃することができる。また、リアクタ３０の運転中には、ピグ上部待機口３３又はピグ下部待機口３４にピグを退避させておくことができる。
【００７２】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００は、ピググ待機口（３３、３４）に接続され、ピグＰに接続されるワイヤー６３が移動可能なワイヤー移動経路６１と、ワイヤー移動経路６１内に設けられ、ワイヤー６３を駆動することでピグＰを移動させるリアクションプレート６４等を有するピグ駆動機構６２とを備える。これにより、リアクタ３０の内部をより確実かつ効率的に清掃することができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、接続管２４は、ピグ上部待機口３３を有し、接続管３５は、下部待機口３４を有し、ワイヤー移動経路６１は、ピグ下部待機口３４とピグ上部待機口３３とを接続してもよい。従って、ピグ下部待機口３４から排出されたピグＰをピグ上部待機口３３に循環させて用いることができる。
【００７４】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、リアクタ３０は、管路が螺旋形状であり、少なくとも藻類が光合成可能な波長の光を透過可能である。従って、リアクタ３０の設置面積を抑えつつ、リアクタの表面積を増やすことができる。この場合、リアクタ３０は、少なくとも藻類が光合成可能な波長の光を透過可能であるため、リアクタ３０内の藻類に対して光合成可能な波長の光をより多く照射することができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、リアクタ３０の中心軸のある内部に配置され、藻類Ｍが光合成可能な波長の光を照射する光源部５０を備えてもよい。従って、リアクタ３０を流れる藻類Ｍに対して光合成を行うための光を効率的に供給することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、ボトムタンク１０及びトップタンク２０は、気相部を連通させずに、それぞれ内部が大気開放されていてもよい。従って、サイフォン現象を容易に発生させることが可能となるため、駆動機構等を用いることなく、トップタンク２０よりも高い位置に配置されるリアクタ３０に容易に培養液を供給可能となる。
【００７７】
また、本実施形態に係る藻類培養装置１００において、ボトムタンク１０及びトップタンク２０は、大気に接続される部分に、異物の侵入を規制するフィルタ部１３、２３を有する。従って、ボトムタンク１０及びトップタンク２０の内部が大気開放された状態を維持しつつ、大気側からの異物が当該内部に浸入することを抑制できる。
【００７８】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態において、リアクタ３０は、藻類Ｍが光合成を行う波長を透過可能な構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、藻類培養装置１００において、リアクタ３０は、藻類Ｍが光合成を行う波長とは異なる波長の光を、藻類Ｍが光合成を行う波長の光に変換する波長変換材を含んでもよい。この場合、リアクタ３０を流れる藻類Ｍに対して光合成を行うための光をより多く供給することができる。
【００７９】
また、上記実施形態では、リアクタ３０の下端部がボトムタンク１０よりも上方に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、サイフォン現象により培養液Ｑをボトムタンク１０に供給可能な範囲において、リアクタ３０の下端部がボトムタンク１０よりも下方に配置された構成であってもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、サイフォン現象をより確実に発生させるため、ボトムタンク１０及びトップタンク２０をそれぞれ大気開放としたが、これに限定されず、サイフォン現象が生じる状態であればよい。つまり、藻類培養装置１００は、液体の変動が生じて液面が変動してもボトムタンク１０の液面上の空間とトップタンプ２０の液面上の空間との圧力の関係が、実質的に変動しない状態であればよい。したがって、例えばボトムタンク１０とトップタンプ２０の空間を連通させる連通配管２８を設けて、密閉した構造としてもよい。また、ボトムタンク１０及びトップタンク２０をそれぞれ密閉し、ボトムタンク１０の液面上の空間の圧力からトップタンク２０の液面上の空間の圧力を引いた差よりも、トップタンク２０の液面とボトムタンク１０の液面とのヘッド差圧の方が大きくなるように、ボトムタンク１０及びトップタンク２０内の圧力を調整可能な構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  ボトムタンク
１１，２１  タンク本体
１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ  開口部
１２，２２  光透過部材
１３，２３  フィルタ部
１４  培養液供給部
１５  藻類供給部
１６，２６  レベル計
１７，２７，２８  排出部
１８  温度調整部
１９  二酸化炭素供給部
２０  トップタンク
２４，３５  接続管（第１接続管、第２接続管）
２４ａ，３５ａ  第１端部
２４ｂ，３５ｂ  第２端部
２４ｃ，２４ｄ  調整弁
２４ｅ  エア切り弁
２４ｉ  挿入口
２４ｊ  排出口
２５  補助ポンプ
３０  リアクタ
３１  流入口
３２  流出口
３３  ピグ上部待機口
３４  ピグ下部待機口
３６  リアクタフレーム
４０  汲み上げ機構
４１  汲み上げ管
４２  リフトアップポンプ
４３  回収系
５０  光源部
６０  ピグ循環機構
６１  ワイヤー移動経路
６２  ピグ駆動機構
６３  ワイヤー
６４  リアクションプレート
６５  モータ機構
１００  藻類培養装置
Ｍ  藻類
Ｐ  ピグ
Ｑ  培養液
Ｑ１，Ｑ２  液面
【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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