(57)【要約】本発明の実施形態による最善のリファレンスである光バイオリアクターシステムは、より小さな密度のガスが充填されている浮力チューブと、その中で該光バイオリアクターが浮遊する液体よりも密度の大きな塩水等の物質で満たされているバラストチューブとを有する、フレキシブルなフローティング式の該光バイオリアクターを含む。本発明の一実施形態による最善のリファレンスである光バイオリアクターの方法は、該バラストチューブのバラストの容積および密度のうちの少なくとも一方を制御することにより、および／または該浮力チューブ内のガスの容積および密度のうちの少なくとも一方を制御することにより、該最善のリファレンスである光バイオリアクターの深さを制御することを含む。
2013521783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光バイオリアクターシステムであって、前記光バイオリアクターシステムは、
液体を収容しているリザーバであって、前記液体が表面水位を有するリザーバと、
フレキシブルであり、かつ前記液体中に浮遊している光バイオリアクターと、
を含み、
前記光バイオリアクターは、
その中で有機体を培養することができる媒体を収容している培養チャンバと、
流体を収容しているバラストチャンバであって、前記流体は、前記バラストチャンバが前記光バイオリアクターに対して下方向に力を作用させるように前記液体よりも大きな実効密度を有している流体である、バラストチャンバと、
を含む、光バイオリアクターシステム。
【請求項２】
前記流体が第１の流体であり、前記実効密度が第１の実効密度であり、かつ前記力が第１の力である、請求項１に記載の光バイオリアクターシステムであって、
前記光バイオリアクターは浮力チャンバをさらに含み、
前記浮力チャンバは、第２の流体であって前記光バイオリアクターに対して上方向に第２の力を作用させるように前記液体よりも小さい第２の実効密度を有する第２の流体を収容している、光バイオリアクターシステム。
【請求項３】
前記光バイオリアクターは、前記培養チャンバ内に開口している複数の穴を有する散布チャンバであって、前記複数の穴を通過して、前記媒体中を上昇するように構成されている散布ガスまたはガス混合物を収容している散布チャンバをさらに備える、請求項２に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項４】
前記表面水位はリザーバの表面水位であり、前記培養チャンバは媒体の表面水位よりも上にヘッドスペースを備え、かつ前記ヘッドスペースは前記散布ガスまたはガス混合物の蓄積を収容する、請求項３に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項５】
前記浮力チャンバは、前記ヘッドスペースから離間されており、かつ前記ヘッドスペースに直接隣接している、請求項４に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項６】
前記バラストチャンバは、前記培養チャンバの底部から離間されており、かつ前記底部に直接隣接している、請求項５に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項７】
前記散布チャンバは前記培養チャンバの底部に配設されており、かつ前記バラストチャンバは、前記散布チャンバから離間されているとともに前記散布チャンバに直接隣接している、請求項５に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項８】
前記光バイオリアクターが前記液体中で浮遊するように、前記バラストチャンバおよび前記浮力チャンバが、前記光バイオリアクターを実質的に直立位置に維持している、請求項２に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項９】
前記リザーバは、海、湖、海辺、池、川、水盆、タブ型容器、プールおよびタンクからなる群から選択された水体である、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１０】
前記リザーバが、自然に存在する水体である、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１１】
第１の流体が塩水であり、かつ第２の流体が空気である、請求項２に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１２】
前記バラストチャンバは少なくとも１つのポートであって、該ポートを介して前記流体を前記バラストチャンバに加えることができ、かつ該ポートを介して前記バラストチャンバから前記流体を除去できるポートを備える、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１３】
前記浮力チャンバは少なくとも１つのポートであって、該ポートを介して第２の流体を前記浮力チャンバに加えることができ、かつ該ポートを介して前記浮力チャンバから第２の流体を除去できるポートを備える、請求項２に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１４】
前記光バイオリアクターは、各々が前記光バイオリアクターと実質的に同じである複数の光バイオリアクターのうちの１つであり、前記複数の光バイオリアクターは前記液体中で浮遊しており、かつ前記複数の光バイオリアクターは、前記複数の光バイオリアクターのうちの隣接する２つの光バイオリアクター間の間隔が、隣接するバラストチャンバの幅によって決まるように、互いに隣接して配置される、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１５】
前記複数の光バイオリアクターの各々が頂部フラップを備え、前記頂部フラップは、隣接する光バイオリアクターの頂部を覆って、または、隣接する光バイオリアクター間の液体の表面水位を覆って配置されるように構成される、請求項１４に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１６】
前記光バイオリアクターが、実質的に透明なプラスチックフィルムで少なくとも部分的に形成される、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１７】
前記光バイオリアクターは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、超分岐フッ素重合体（ＨＢＦＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、天然ゴム（ＮＲ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、およびシリコンおよび誘導体からなる群から選択された生物付着防止添加剤で少なくとも部分的に形成されているか、または、前記添加剤によって少なくとも部分的に被覆されている、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１８】
前記媒体は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シリコンおよび誘導体、殺生物剤、フッ化炭素、および第四級アミンからなる群から選択された生物付着防止添加剤を含む、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項１９】
少なくとも前記バラストチャンバの底部面は、潜在的な穿刺を最小限にするように補強される、請求項１に記載の光バイオリアクターシステム。
【請求項２０】
藻の繁殖閉じ込めのための方法であって、前記方法は、
光バイオリアクターを、液体を収容しているリザーバ内に浮遊させる工程であって、前記液体が表面水位を有し、かつ前記光バイオリアクターがフレキシブルであるとともに培養チャンバとバラストチャンバとを備えている、前記工程と、
媒体を前記培養チャンバに加える工程であって、前記媒体が藻の浮遊培養を支援するように適合されている、前記工程と、
流体を前記バラストチャンバに加える工程であって、前記流体は前記バラストチャンバが前記光バイオリアクターに対して下方向への力を作用させるように前記液体よりも大きな実効密度を有している、前記工程と、
を備える方法。
【請求項２１】
前記流体が第１の流体であり、前記実効密度が第１の実効密度であり、前記力が第１の力であり、かつ前記光バイオリアクターが浮力チャンバをさらに備える請求項２０に記載の方法において、前記方法は、
第２の流体を前記浮力チャンバに加える工程をさらに含み、
前記第２の流体は、前記浮力チャンバが前記光バイオリアクターに対して上方向に第２の力を作用させるように前記液体よりも小さい第２の実効密度を有する、方法。
【請求項２２】
前記リザーバが海である請求項２０に記載の方法において、前記方法は、
前記媒体中で藻の浮遊培養物を増殖させる工程と、
海の波に応動して、前記光バイオリアクターが移動できるように、前記光バイオリアクターを浮遊させることによって、前記藻の浮遊培養物を混合する工程と、
をさらに含む、方法。
【請求項２３】
前記光バイオリアクターは、複数の実質的に同じ光バイオリアクターのうちの１つである請求項２０に記載の方法において、前記方法は、
前記複数の実質的に同じ光バイオリアクターを、隣り合った配置のフローティング式で前記液体内に配置する工程と、
隣接する光バイオリアクターの前記バラストチャンバに前記流体を加えることにより、または、前記バラストチャンバから前記流体を取り除くことによって、隣接する光バイオリアクター間の間隔を調節する工程と、
をさらに備える、方法。
【請求項２４】
前記バラストチャンバに前記流体を加えることにより、または、前記バラストチャンバから前記流体を取り除くことによって、前記液体中の前記光バイオリアクターの深さを調節する工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記浮力チャンバに前記第２の流体を加えることにより、または、前記浮力チャンバから前記第２の流体を取り除くことによって、前記液体中の前記光バイオリアクターの深さを調節する工程をさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記光バイオリアクターが前記表面水位よりも下に実質的に沈むまで、前記浮力チャンバから前記第２の流体を取り除く工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、バイオリアクターに関し、より具体的には、フローティング閉鎖型バイオリアクターパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオディーゼル、バイオエタノールおよびバイオガソリンのうちの少なくとも１つ等のバイオ燃料を、再生可能なエネルギー源から生産することは、多くの恩恵をもたらす。コストの上昇、採掘の難しさの増大、および既知の化石燃料の埋蔵量の枯渇は、そのような代替燃料供給の開発に拍車をかけている。これまで、再生可能エネルギー燃料、例えば、エタノールをトウモロコシ穀粒から、または、バイオディーゼルをキャノーラ、ヤシ、菜種および他のソースから、開発する試みが行われてきている。食用植物材料から抽出することのできるバイオ燃料の量は、たいてい限られており、また、食料農産物価格の潜在的な上昇は、多くの場合、開発途上国における食料品の安定供給、先進国世界での食品価格に悪影響を及ぼし、そうでなければ、限られた食料生産地に悪影響をもたらす。
【０００３】
現在、バイオ燃料および生化学物質を非食用材料から生成する試み、例えば、木材パルプ、トウモロコシ茎葉またはサトウキビバガスからセルロース系エタノールを生成する試みが行われている。藻類や他の光合成微生物は、バイオ燃料および生化学的合成のための原料を供給することができる。藻類からのバイオ燃料、生化学物質およびバイオマスの生成は、トウモロコシ、菜種、ヤシ、キャノーラ、サトウキビおよびその他の従来の農作物に比べ、桁違いに高い単位面積当たりの生産性を可能にするであろう。バイオ燃料に加えて、生化学物質およびバイオマスは、プラスチック、化学添加物、人に不可欠な栄養補助食品および動物飼料のための様々な環境維持可能な原料を供給することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、フレキシブルなフローティング式光バイオリアクターを配置するためのシステムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、光バイオリアクターパネルの浮遊を可能にする浮力チューブを有する、フレキシブルなおよび／またはフローティング式および／またはフィルム状の光バイオリアクターパネルを含んでいる。このような光バイオリアクターは、該フレキシブル光バイオリアクターパネルが、直立状態または実質的な直立状態を維持しながら、水体内で浮遊できるようにするために、ガスが充填された、またはガスが部分的に充填された浮力チューブと、周囲の流体よりも高密度の物質が充填されたバラストチューブとを含み、該浮力チューブは、頂部または水面、または水面近くにあり、また、該バラストチューブは、底部、または水面から深く離れている。
【０００６】
既知のどのような種類の藻類、または光合成または非光合成微生物も、光バイオリアクター内で培養することができ、および本発明の実施形態によるそのような閉じ込め方法を利用することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、限定するものではないが、ナンノクロロプシス・オキュラータ（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｏｃｕｌａｔａ）、ナンノクロロプシス・ガディタナ（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｇａｄｉｔａｎａ）、ナンノクロロプシス・サリナ（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓａｌｉｎａ）、テトラセルミス・スエシカ（Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ  ｓｕｅｃｉｃａ）、テトラセルミス・チュイ（Ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ  ｃｈｕｉｉ）、ナンノクロロプシス属（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｓｐ．）、クロレラ・サリナ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓａｌｉｎａ）、クロレラ・プロトテコイデス（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｐｒｏｔｏｔｈｅｃｏｉｄｅｓ）、クロレラ・エリプソイデア（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｅｌｌｉｐｓｏｉｄｅａ）、デュナリエラ・ターティオレクタ（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ  ｔｅｒｔｉｏｌｅｃｔａ）、デュナリエラ・サリナ（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ  ｓａｌｉｎａ）、フェオダクチルム・トリコルヌツム（Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍ  ｔｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍ）、ボツリオコッカス・ブラウニー（Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ）、クロレラ・エメルソニイ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｅｍｅｒｓｏｎｉｉ）、クロレラ・ミヌティッシマ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｍｉｎｕｔｉｓｓｉｍａ）、クロレラ・ピレノイドーサ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｐｙｒｅｎｏｉｄｏｓａ）、クロレラ・ソロキニアナ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｏｒｏｋｉｎｉａｎａ）、クロレラ・ブルガリス（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｖｕｌｇａｒｉｓ）、クロオモナス・サリナ（Ｃｈｒｏｏｍｏｎａｓ  ｓａｌｉｎａ）、シクロテラ・クリプティカ（Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ  ｃｒｙｐｔｉｃａ）、シクロテラ属（Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａ  ｓｐ．）、ユーグレナ・グラシリス（Ｅｕｇｌｅｎａ  ｇｒａｃｉｌｉｓ）、ギムノディニウム・ネルソニ（Ｇｙｍｎｏｄｉｎｉｕｍ  ｎｅｌｓｏｎｉ）、ヘマトコッカス・プルビアリス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｌｕｖｉａｌｉｓ）、イソクリシス・ガルバナ（Ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ  ｇａｌｂａｎａ）、モノラフィディウム・ミヌツム（Ｍｏｎｏｒａｐｈｉｄｉｕｍ  ｍｉｎｕｔｕｍ）、モノラフィディウム属（Ｍｏｎｏｒａｐｈｉｄｉｕｍ  ｓｐ．）、ネオクロリス・オレオアブンダンス（Ｎｅｏｃｈｌｏｒｉｓ  ｏｌｅｏａｂｕｎｄａｎｓ）、ニッチア・ラエビス（Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ  ｌａｅｖｉｓ）、オノラフィディウム属（Ｏｎｏｒａｐｈｉｄｉｕｍ  ｓｐ．）、パブロバ・ルテリ（Ｐａｖｌｏｖａ  ｌｕｔｈｅｒｉ）、フェオダクチラム・トリコルヌツム（Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍ  ｔｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍ）、ポルフィリジウム・クルエンタム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ  ｃｒｕｅｎｔｕｍ）、セネデスムス・オブリカス（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ  ｏｂｌｉｑｕｕｓ）、セネデスムス・クアドリコーダ（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ  ｑｕａｄｒｉｃａｕｄａ）、セネデスムス属（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ  ｓｐ．）、スティココッカス・バシラリス（Ｓｔｉｃｈｏｃｏｃｃｕｓ  ｂａｃｉｌｌａｒｉｓ）、スピルリナ・プラテンシス（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ  ｐｌａｔｅｎｓｉｓ）、タラシオシラ属（Ｔｈａｌａｓｓｉｏｓｉｒａ  ｓｐ．）等の種を別々に、または、種の組合せとして培養することができる。
【０００７】
本発明の実施形態による光バイオリアクターシステムは、液体を収容しているリザーバであってその液体が表面水位を有するリザーバと、フレキシブルであるとともに該液体中に浮遊している光バイオリアクターとを含んでおり、該光バイオリアクターは、その中で有機体を培養することのできる媒体を収容している培養チャンバと、流体を収容しているバラストチャンバとを含み、該流体は、該バラストチャンバが該光バイオリアクターに対して下方向に力を作用させるように該液体よりも大きな実効密度を有している。
【０００８】
段落番号［０００５］から［０００７］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該流体が第１の流体であり、該実効密度が第１の実効密度であり、該力が第１の力であり、かつ該光バイオリアクターが該浮力チャンバをさらに含んでおり、該浮力チャンバは、該光バイオリアクターに対して上方向に第２の力を作用させるように該液体よりも小さい第２の実効密度を有する第２の流体を収容している。
【０００９】
段落番号［０００５］から［０００８］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該光バイオリアクターが、該培養チャンバ内に開口している複数の穴を有する散布チャンバをさらに含んでおり、該散布チャンバは、該複数の穴を通過して、該媒体中を上昇するように構成されている散布ガスまたはガス混合物を収容している。
【００１０】
段落番号［０００５］から［０００９］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該表面水位がリザーバの表面水位であり、該培養チャンバが、媒体の表面水位よりも上にヘッドスペースを備えており、かつ該ヘッドスペースは、該散布ガスまたはガス混合物の蓄積を収容する。
【００１１】
段落番号［０００５］から［００１０］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該浮力チャンバが、該ヘッドスペースから離間されており、かつ該ヘッドスペースに直接隣接している。
【００１２】
段落番号［０００５］から［００１１］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該バラストチャンバが、該培養チャンバの底部から離間されており、かつ該底部に直接隣接している。
【００１３】
段落番号［０００５］から［００１２］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該散布チャンバが、該培養チャンバの底部に配設されており、そして該バラストチャンバが、該散布チャンバから離間されており、かつ該散布チャンバに直接隣接している。
【００１４】
段落番号［０００５］から［００１３］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該光バイオリアクターが該液体中で浮遊するように、該バラストチャンバおよび該浮力チャンバが、該光バイオリアクターを実質的な直立位置に維持している。
【００１５】
段落番号［０００５］から［００１４］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該リザーバが、海、湖、海辺、池、川、水盆、タブ型容器、プールおよびタンクからなる群から選択された水体（ｂｏｄｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ）である。
【００１６】
段落番号［０００５］から［００１５］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該リザーバが、自然に存在する水体である。
【００１７】
段落番号［０００５］から［００１６］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、第１の流体が塩水であり、かつ第２の流体が空気である。
【００１８】
段落番号［０００５］から［００１７］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該バラストチャンバが少なくとも１つのポートであって、該ポートを介して流体を該バラストチャンバに加えることができ、または、該ポートを介して該バラストチャンバから該流体を除去できる少なくとも１つのポート、を備えている。
【００１９】
段落番号［０００５］から［００１８］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該浮力チャンバが少なくとも１つのポートであって、該ポートを介して第２の流体を該浮力チャンバに加えることができ、または、該ポートを介して該浮力チャンバから第２の流体を除去できる少なくとも１つのポート、を備えている。
【００２０】
段落番号［０００５］から［００１９］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該光バイオリアクターが、各々が該光バイオリアクターと実質的に同じである複数の光バイオリアクターのうちの１つであり、該複数の光バイオリアクターは、該液体中で浮遊しており、そして該複数の光バイオリアクターは、該複数の光バイオリアクターのうちの隣接する２つの光バイオリアクター間の間隔が、隣接するバラストチャンバの幅によって決まるように、互いに隣接して配置されている。
【００２１】
段落番号［０００５］から［００２０］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該複数の光バイオリアクターの各々が頂部フラップを備えており、該頂部フラップは、隣接する光バイオリアクターの頂部を覆って、または、隣接する光バイオリアクター間の液体の表面水位を覆って配置されるように構成されている。
【００２２】
段落番号［０００５］から［００２１］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該光バイオリアクターが、実質的に透明なプラスチックフィルムで少なくとも部分的に形成されている。
【００２３】
段落番号［０００５］から［００２２］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該光バイオリアクターが、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、超分岐フッ素重合体（ＨＢＦＰ：ｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄ  ｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、天然ゴム（ＮＲ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、およびシリコンおよび誘導体からなる群から選択された生物付着防止添加剤で少なくとも部分的に形成されており、または、該添加剤によって少なくとも部分的に被覆されている。
【００２４】
段落番号［０００５］から［００２３］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、該媒体が、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、シリコンおよび誘導体、殺生物剤、フッ化炭素、および第四級アミンからなる群から選択された１つ以上の生物付着防止添加剤を含んでいる。
【００２５】
段落番号［０００５］から［００２４］のいずれかの光バイオリアクターシステムは、少なくとも該バラストチャンバの底部面が、潜在的な穿刺を最小限にするように補強されている。
【００２６】
本発明の実施形態による藻の繁殖閉じ込めのための方法は、光バイオリアクターを液体を収容しているリザーバ内に浮遊させる浮遊工程と、該液体が表面水位を有し、該光バイオリアクターがフレキシブルであるとともに培養チャンバとバラストチャンバとを備えていることと、媒体を該培養チャンバに加える工程と、該媒体が、藻の浮遊培養を支援するように適合されていることと、流体を該バラストチャンバに加える工程と、該流体は、該バラストチャンバが該光バイオリアクターに対して下方向への力を作用させるように該液体よりも大きな実効密度を有していることと、を含んでいる。
【００２７】
段落番号［００２６］の方法は、該流体が第１の流体であり、該実効密度が第１の実効密度であり、該力が第１の力であり、かつ該光バイオリアクターが、浮力チャンバをさらに含み、該方法は、第２の流体を該浮力チャンバに加える工程をさらに含み、第２の流体は、該浮力チャンバが、該光バイオリアクターに対して上方向に第２の力を作用させるように該液体よりも小さい第２の実効密度を有している。
【００２８】
段落番号［００２６］または［００２７］の方法は、該リザーバが海であり、該方法が、該媒体中で藻の浮遊培養物を増殖させる工程と、海の波に応動して、該光バイオリアクターが移動できるように、該光バイオリアクターを浮遊させることによって、該藻の浮遊培養物を混合する工程と、をさらに含んでいる。
【００２９】
段落番号［００２６］から［００２８］のいずれかの方法は、該光バイオリアクターが、複数の実質的に同じ光バイオリアクターのうちの１つであり、該方法は、該複数の実質的に同じ光バイオリアクターを、隣り合った配置のフローティング式で該液体内に配置する工程と、隣接する光バイオリアクターの該バラストチャンバに該流体を加えることにより、または、該バラストチャンバから該流体を取り除くことによって、隣接する光バイオリアクター間の間隔を調節する工程と、をさらに含んでいる。
【００３０】
段落番号［００２６］から［００２９］のいずれかの方法は、該バラストチャンバに該流体を加えることにより、または、該バラストチャンバから該流体を取り除くことによって、該液体中の該光バイオリアクターの深さを調節する工程をさらに含んでいる。
【００３１】
段落番号［００２６］から［００３０］のいずれかの方法は、該浮力チャンバに第２の流体を加えることにより、または、該浮力チャンバから第２の流体を取り除くことによって、該液体中の該光バイオリアクターの深さを調節する工程をさらに含んでいる。
【００３２】
段落番号［００２６］から［００３１］のいずれかの方法は、該光バイオリアクターが該表面水位よりも下に実質的に沈むまで、該浮力チャンバから第２の流体を取り除く工程をさらに含んでいる。
【００３３】
多数の実施形態が開示されているが、本発明のさらに他の実施形態は、本発明の例示的な実施形態を示しかつ説明している以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的かつ非限定的と見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態による光バイオリアクターの短縮した正面斜視図を示す。
【図２】本発明の実施形態による図１の光バイオリアクターの拡大部分断面図を示す。
【図３】本発明の実施形態による図１および図２の光バイオリアクターの端部の拡大部分斜視図を示す。
【図４】本発明の実施形態による図１の光バイオリアクターの端面断面図を示す。
【図５】本発明の実施形態による、散布チャンバに形成することのできるスリットの列を示す。
【図６】本発明の実施形態による、流動状態における図５のスリットの列を示す。
【図７】本発明の実施形態による、混合および防汚のうちの少なくとも一方の目的のための散布チャンバ穴の配置を示す光バイオリアクターの端面断面図を示す。
【図８】本発明の実施形態による、補強されたバラストチャンバ底部を備えた光バイオリアクターの端面断面図を示す。
【図９】本発明の実施形態による、並べて配置された複数の光バイオリアクターの端面図を示す。
【図１０】本発明の実施形態による、頂部フラップを備えた光バイオリアクターの端面図を示す。
【図１１】本発明の実施形態による、頂部フラップを備えて並んで配置された複数の光バイオリアクターを示す。
【図１２】本発明の実施形態による代替的な光バイオリアクターを示す。
【図１３】本発明の実施形態による、別の代替的な光バイオリアクターの部分断面斜視図を示す。
【図１４】本発明の実施形態による図１３の光バイオリアクターの端面断面図を示す。
【図１５】本発明の実施形態による図１３および図１４の光バイオリアクターの側面図を示す。
【図１６】本発明の実施形態による図１３、図１４および図１５の光バイオリアクターを形成するための３つのステップを示す。
【図１７】本発明の実施形態による図１３、図１４および図１５の光バイオリアクターの建設中のポートの配置を示す。
【図１８】本発明の実施形態による光バイオリアクターのテーパ状バラストチューブの端部の部分側面図を示す。
【図１９】本発明の実施形態による、収穫方法を描いた光バイオリアクターの側面図を示す。
【図２０】本発明の実施形態による、２つの浮力チャンバを備えた光バイオリアクターの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、様々な変更形態および代替形態が可能であるが、具体的な実施形態は、例として図面に示されており、以下で詳細に説明されている。しかし、記載されている特定の実施形態に本発明が限定されることを意図していない。その反対に、本発明は、添付クレームによって定義されているような本発明の範囲内にある全ての変更例、等価物および代替例を包含することが意図されている。
【００３６】
研究者等は、藻類をバイオディーゼルの原料として培養することについて研究している。多くの構成において、藻類は、剛体かまたはフレキシブルなガラスまたはプラスチックから成る閉鎖型のバイオリアクターの内部で培養される。藻類および他の微生物の培養に適している閉鎖系バイオリアクターの実例は、２００８年７月３日に公開された米国特許出願公開第２００８／０１６００５９１号明細書（以下、「‘５９１号公報」）、２０１０年９月２３日に公開された国際公開第２０１０／１０８０４９号（以下、「‘０４９号公報」）および２０１０年１２月２９日に公開された国際公開第２０１０／１５１６０６号（以下、「‘６０６号公報」）に記載されており、参照により、これら全ての公報を全体として本願明細書に組み込む。
【００３７】
閉鎖系バイオリアクターの全体的なライフサイクルコストは、様々な要因に依存するが、一般に、生産される質量単位当りのバイオマスが、先行する従来の構造アプローチおよび材料に基づく屋外の池やリザーバよりも著しく多い。従来は、高い生産性を呈しているにもかかわらず、多くの場合、温室内の棚に載置された透明な剛性チューブでは、ライフサイクルベースにおいてより高いコストがかかっている。
【００３８】
‘５９１号公報、‘０４９号公報および‘６０６号公報に記載されているように、薄くて透明なフレキシブル閉鎖系透明プラスチックバイオリアクタパネルは、培養および収穫方法の改善を容易にして、それまでの透明な剛性チューブ構造に優る著しいコスト低減をもたらすように、例えば、パイプバラストを用いて溜め池の底につなげて、含水溜め池またはリザーバ中に浮遊させることができる。「リザーバ」という用語は、本願明細書で用いる場合、大きいか（例えば、海）または小さいか（例えば、池またはタンク）にかかわらず、および自然に存在するか（例えば、湖）または人工的または人為的であるか（溜め池）にかかわらず、何らかの水体を意味するように、その最も広い意味で用いられている。
【００３９】
本発明の実施形態は、‘５９１号公報、‘０４９号公報および‘６０６号公報に記載されているのと同様の構造および藻類閉じ込めシステムを呈することができる。本発明の実施形態は、閉鎖系光バイオリアクターパネルの頂部に浮力チューブを、底部にバラストチューブを組み込むことができ、それによって、地上ベースの溜め池水内に該パネルを安定的に浮遊させるか、または、浅いかまたは深い水体、湖、潟または他の水体中での展開を可能にする、非常にコスト効率の良い手段を実現できる。また、本発明の実施形態は、システム強化策を、本発明による技術における単一の生成ステップにまとめるために該構造に組み込まれた散光強化策、生物付着対抗策、蒸発対抗策およびガス再利用対策を含んでいる。加えて、本発明の実施形態による最善のリファレンスであるパネル光バイオリアクターシステムは、地表面の地ならしまたは整地を必要としない。
【００４０】
以下は、図１乃至図４に示す最善のリファレンスである光バイオリアクター１００の実施形態の簡単な説明である。「最善のリファレンスである（ｔｏｐ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ）光バイオリアクター」という用語は、本願明細書で用いる場合、水中で浮くことが可能であり、かつ浮力要素とバラスト要素とを有する光バイオリアクターを意味するように、その最も広い意味で用いられている。該浮力要素は、典型的には、該光バイオリアクターの頂部または頂部近傍に、そして、該バラスト要素は、典型的には、該光バイオリアクターの底部または底部近傍にあるが、本発明の実施形態によれば、該光バイオリアクターを、該光バイオリアクターが浮遊するような直立位置および半直立位置のうちの少なくとも一方に維持するためには、他の構成も可能である。本発明の実施形態によるバイオリアクター１００は、培養チャンバとも呼ぶことのできる微生物閉じ込めチャンバ１０１と、浮力チューブ１０２と、ヘッドスペースとも呼ぶことのできる排気チャンバ１０３と、バラストチャンバ１０４と、バラストチャンバ注入ポート１０５、１０６と、収穫／植種ポート１０７と、散布ガス供給ポート１０８と、浮力チャンバ供給ポート１０９と、排気／吸気ポート１１０、１１１と、散布チャンバ１１２と、のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００４１】
光バイオリアクター１００は、本発明の実施形態による様々なチャンバを形成するために一緒に選択的に溶接された、透明のフィルム、半透明のフィルム、反射性のフィルム、半反射性のフィルム、不透明な着色フィルム、透光性の着色フィルム、および（一定のパターンまたは質感を形成するように）表面処理されたフィルムのうちの少なくとも１つから成る様々な層で形成することができる。このことは、光バイオリアクターを製造するためのコストを最小限にし、そのため、該光バイオリアクターはフレキシブルになっている。図４は、底部シーム４０８を示し、そこでは、本発明の実施形態によるバラストチャンバ１０４の底部を形成するために、２つの層の２つの底部縁部が一緒に溶接されている。
【００４２】
光バイオリアクター１００を配置する場合、（ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ナイロン、マイラー、ＰＶＣまたは同様の材料で構成された可撓性の膜またはフィルムで形成することのできる）該光バイオリアクターは、リザーバ（例えば、溜め池水）内に置かれる。この溜め池は、盛り土等によって作った人工的なものとすることができ、または、湖、港または他の何らかの水体とすることができる。本発明の実施形態にしたがって、浮力チューブ１０２には、浮力注入ポート１０９を介して一定圧力でガス（例えば、空気、ＣＯ２、煙道ガス等）が充填されている。一実施形態において、このチューブ１０２は直径が約６３．５ｍｍ（２．５インチ）であり、かつ該チューブには、０．００６９〜０．０２７６ＭＰａ（１〜４ｐｓｉ）の圧力でガスが充填されている。このチューブ１０２の直径は、本発明の実施形態にしたがって、該バラストチューブの材料のサイズおよび重量により、より大きくしたり、より小さくしたりしてもよい。このチューブ１０２内のガスの体積が十分に浮揚性である場合、この浮揚性によりバラストチューブ１０４を溜め池水の底部から上昇させることになる。一旦、浮力チューブ１０２が充填されると、チューブ１０２内のガスが少しでも漏出するのを防ぐために、このチューブに接続されたポート１０９を塞ぐことができる。別法として、ポート１０９は、このチューブ１０２内の圧力を維持するために、圧力源（蓄圧タンク、加圧容器、ポンプ、送風機等）に接続することができる。本発明の実施形態によれば、該浮力チューブへの空気源を逆止弁を介して接続した場合、浮力チューブ１０２は、該圧力源が故障しても膨らんだままであろう。
【００４３】
次に、本発明の実施形態によれば、バラストチューブ１０４は、バラスト注入ポート１０５を介して充填することができる。バラストチューブ１０４内に送り込まれる物質または液体は、その中で光バイオリアクターシステム１００が浮く水体を含む水よりも大きな密度を有している。本発明の実施形態によれば、この液体は、塩水、砂糖水、砂スラリー、およびより密度の高い他の何らかの液体またはゲルのうちの少なくとも１つとすることができる。いくつかの実施形態においては、このバラストは、硬い材料（例えば、パイプ、岩、砂、コンクリート等）で作ることができる。一実施形態においては、バラストチューブ１０４に送り込まれる塩水溶液を作るために、３．７８５リットル（１ガロン）の真水当たり１１３３．９８ｇ（２．５ポンド）の塩が添加される。別の実施形態においては、バラストチューブ１０４に送り込まれる塩水溶液を作るために、３．７８５リットル（１ガロン）の真水当たり９０７．１８４ｇ（２．０ポンド）の塩が添加される。
【００４４】
本発明の実施形態によれば、該バラストチューブの密度は、約１．１７ｋｇ／Ｌであるが、溜め池水は、約１ｋｇ／Ｌ〜１．０３ｋｇ／Ｌの密度を有する真水または海水で作られる。本発明の実施形態によれば、バラストチューブ１０４が充填されると、該バラスト溶液が充填されているその端部は、藻類閉じ込めチャンバ１０１を構成するフィルムが、バラストチューブ１０４および浮力チューブ１０２の少なくとも一方の側で慣らされるまで沈み始める。本発明の実施形態によれば、バラストチューブ１０４が充填されている場合、該バラストチューブ内の何らかのガス（例えば、空気）は、バラストチューブ１０４の他方の端部、すなわち、長手方向に押しやられ、およびバラストポート１０６を介してシステム１００から排気することができる。一旦、バラストチューブ１０４が充填されると、１つ以上のバラストポート１０５、１０６は、少しでもバラスト液が周囲の溜め池中に漏出するのを防ぐために塞ぐことができる。一実施形態、例えば、図９に示す実施形態においては、バラストチューブ９０４ａ、９０４ｂの各々は、本発明の実施形態によれば、多数のパネル９００ａ、９００ｂが並べて配置された場合に、それらのパネルの間隔が、約１５２．４ｍｍ（６インチ）になり、および／または１５２．４ｍｍ（６インチ）以上になるように、約１５２．４ｍｍ（６インチ）の直径を有している。本発明の実施形態によれば、隣接する光バイオリアクター９００ａ、９００ｂ間の間隔Ｄは、バラストチャンバ９０４ａ、９０４ｂの直径と略等しい。本発明の実施形態によれば、これらのパネルが、溜め池内で十分に密集されると、隣接するパネル間の間隔は、該バラストチューブの直径に等しくなり、例えば、１５２．４ｍｍ（６インチ）になる。
【００４５】
図２０に示す本発明の１つの代替的な実施形態によれば、光バイオリアクター２０００は、２つの浮力チューブ２００２、２００４を含むことができる。本発明の実施形態によれば、ヘッドスペース１０３は、培養チャンバ１０１の上に配設されており、そして、該散布ガスは、矢印２００６で示すように、浮力チューブ２００２、２００４の間を通ってヘッドスペース１０３に入ることが可能である。
【００４６】
次に、微生物閉じ込めチャンバ１０１には、収穫／植種ポート１０７を介して媒体を充填することもできる。一実施形態において、この媒体は、微細藻類の培養のためにデザインされるが、バクテリア、シアノバクテリア等の他の微生物の培養のためにデザインすることもできる。本発明の実施形態によれば、パネル１０１のこの部分の藻類は、ＣＯ２を多く含有するガスをバブリングすることによってＣＯ２と混合されて、例えば、光バイオリアクター１００の全長に沿って伸びていてもよい散布チューブ１１２に、散布ポート１０８を通じて供給される。ＣＯ２は、石炭火力発電所、醸造所、セメント工場、空気抽出装置からのＣＯ２、または、高濃度ＣＯ２ガス流を生成する同様のプラントから送ることができる。散布チューブ１１２は、散布チューブ１１２内のガスが、気泡の形の藻類／媒体混合物に流入して通過できるようにする小さな穿孔を含んでいる。図５および図６に示すように、それらの穿孔は、小さな穴、例えば、スリット５０２および半円形フラップのうちの少なくとも一方とすることができる。それらの気泡は、藻類チャンバ１０１の底部に配設された散布チューブ１１２から、藻類チャンバ１０１の頂部へ移動する。これらの気泡が媒体中を通過するため、これらの気泡に接触された水が循環される。この循環は、該媒体中の栄養勾配を低減させ、藻類を該リアクタの明るい部分から暗い部分へ循環させ、藻類を該光バイオリアクター内に浮遊させたまま維持し、Ｏ２を除去し、温度成層化を低減させること等に役に立つ。図７に示すように、該穿孔が位置７０２および位置７０４等の位置において、培養チャンバ１０１の内壁７０６に向かって配置されている場合、散布気泡は、潜在的な循環、混合およびＯ２除去という恩恵に加えて、側壁７０６の内面を掃除し、および／またはきれいにするために役に立つ可能性がある。
【００４７】
本発明の実施形態によれば、一旦、該媒体の自由表面１１３で気泡が破裂すると、該ガスは、排気チューブ１０３の長さ方向に伝って排気ポート１１０および排気ポート１１１のうちの一方へ流れる。一実施形態において、排気チューブ１０３は、浮力チューブ１０２が膨らんでいる限り、排気チューブ１０３が溜め池の水位よりも上に留まるように、浮力チューブ１０２に隣接して配設されている。本発明の実施形態によれば、排気チューブ１０３の圧力は、大気圧に保つことができる。本発明の実施形態によれば、排気チューブ１０３の位置および圧力により、該排気チューブは、光バイオリアクター１００に更なる浮力を与えない。このことは、水中で所望のパネル位置およびパネル深さのうちの少なくとも一方を維持するために役に立つ。換言すれば、本発明の実施形態によれば、散布ガスの流量が調節され、または止められることがあっても、該パネルの浮力は変化せず、その結果、水中での該パネルの安定した深さがもたらされる。
【００４８】
図４は、表面水位４０２を有する液体４１０を収容しているリザーバ、光バイオリアクター１００を示し、該光バイオリアクターは、フレキシブルであり、かつ液体４１０中で浮遊しており、該光バイオリアクターは、その中で有機体を培養することができる媒体を収容している培養チャンバ１０１と、流体を収容しているバラストチャンバ１０４とを含み、該流体は、矢印４０４に示すように、バラストチャンバ１０４が光バイオリアクター１００に対して下方向に力を作用させるように液体４１０よりも大きな実効密度を有している。また、図４は、浮力チャンバ１０２が、矢印４０６に示すように、該光バイオリアクターに対して上方向に第２の力を作用させるような別の流体、例えば、空気、を収容している浮力チャンバ１０２を示している。本発明の実施形態によれば、これらの浮力は、図４に示すように、光バイオリアクター１００を直立位置に維持するために役に立つ。
【００４９】
一実施形態において（図示せず）、光バイオリアクター１００の一方の端部に配設される排気チューブ１０３および浮力チューブ１０２の部分は、バラストチューブ１０４がなくても、または、その真下に小径のバラストチューブを備えていても存在するであろう。図１８は、位置１８０にテーパ状の端部を有するバラストチャンバ１０４を示し、該バラストチャンバは、排気ポート１１１の下の領域により小さなバラストを備えるように構成されている。該光バイオリアクターの残りの部分が沈んだ場合、蓄積された散布ガスは、テーパ状のバラストチャンバ１０４を備えた該光バイオリアクターの端部の方に溜まることになり、該端部は、該位置により小さなバラストを有していることにより、該光バイオリアクターの該残りの部分よりも高い水中にある。換言すれば、このことは、パネル１００の当該部分を、溜め池内において、該光バイオリアクターの残りの部分よりも高い位置となるように付勢する。したがって、本発明の実施形態によれば、何らかの事情で光バイオリアクター１００を沈める漏れが浮力チューブ１０２に生じた場合、これらのバラストのない（または小径バラスト）端部は、排気ポート１１１の背後の排気チューブ１０３内に空気を閉じ込めて（該排気チューブは、該媒体の自由表面１１３の上のチャンバ１０１内の本質的に空の空間、または「ヘッドスペース」である）、パネル１００は、溜め池水面上に留まることになる。本発明の実施形態によれば、排気ポート１１０、１１１を溜め池水位よりも上に保持することは、溜め池の水が該光バイオリアクター内に入ること、または、媒体が該溜め池水の中に漏出する機会を最小限にし、または防ぐ。
【００５０】
場合によっては、雹、暴風等の悪天候による損傷を避けるために、光バイオリアクター１００を水中に沈められるようにすることが好ましいかもしれない。このことは、該ガスの一部または全てを浮力チューブ１０２から抜いて、バラストチューブ１０４によって生じる正味の下方向の力を生じさせることによって実現することができる。その結果、バラストチューブ１０４は、例えば、溜め池の底部まで沈むことになる。本発明の実施形態によれば、ガスまたは流体の追加、引き抜きおよびフローのうちの少なくとも一つために、本願明細書に記載されている様々なポートをチューブに取り付けることができ、したがって、バラストチューブ１０４および該浮力チューブ内の流体は、排気ポート１１１を、該リザーバ内の水（または他の液体）の表面水位よりも上に保持するように制御することができ、この場合、該光バイオリアクターは、該光バイオリアクターの残りの部分が沈んでいるかまたは浮遊しているかにかかわらず、該リザーバ中で浮遊する。
【００５１】
図１９に示すように、該光バイオリアクターを溜め池の底部に沈めることが好ましいかもしれない別の事例は、チャンバ２０１内の媒体の収穫時である。具体的には、一旦、浮力チューブ１０２からのガスが排気されて、光バイオリアクター１００が溜め池の底部まで沈められると、排気ポート２１０を介して藻類閉じ込めチャンバ２０１の一方の側にガスを強制的に送り込むことができる。本発明の実施形態によれば、このことは、該光バイオリアクターのこの側（収穫ポートと反対側）を持ち上げて、該藻類閉じ込めチャンバ内の藻類および媒体を、そこで収穫／植種ポート２０７を介して抽出することのできる該リアクタの他方の側へ押し込むであろう。
【００５２】
本発明の一実施形態による光バイオリアクターシステムは、浮力チャンバ（例えば、空気が上部に充填されたチューブ）と、藻類培養液の上の該浮力チャンバに隣接して排気領域を備えた藻類培養液閉じ込めチャンバと、散布ガスチャンバ（例えば、該藻類培養液閉じ込め部の下のチューブ）と、各チャンバが略水面まで充填された場合に、容器１００が、水面までの水位で、および浮力の均衡と釣り合った高さで浮遊するように真水または海水を超える質量密度を有する物質（例えば、塩と水と、砂と水と、充填および補給のために流れるより高い他の質量密度のものと、のうちの少なくとも一つ）を収容している底部のバラスト閉じ込めチャンバと、を収容する透明かつフレキシブルな壁部を一体化した閉じ込め容器を含む。
【００５３】
このような実施形態は、フローティング式閉じ込め部としての培養モードにおける稼動を提供する。持ち上げた状態の収穫モードにおいては、該実施形態は、該閉じ込め部の一方の端部で始められて、収穫のための重力またはポンプによる除去のための、該閉じ込め部の反対側の端部へ藻類培養液の流れを引き起こすのに十分な高さまで該容器全体を持ち上げるべく、該藻類収穫閉じ込め容器へのガス（例えば、空気および／またはＣＯ２および／またはＮ２等）の充填を提供する。本発明の実施形態によれば、押し出し流れ構造においては、該実施形態は、該藻類培養液閉じ込め部を膨張および収縮させて、該フローを管理するとともに浮遊安定位置を維持することにより、媒体および藻類培養液の定期的な流入および流出に対応できることを除いて、培養モードと同じ機能を提供する。このような構造は、組立て作業、アタッチメント材料、および排気流が妨げられないような同じ高さのパネルを保証する溜め池底部の平坦性を含む、該光バイオリアクターの底部に高価なバラストパイプを取り付けることに付随するコストをなくすか、または低減する。排気流が妨げられると、容器の望ましくない持ち上げや藻類の漏出および喪失を引き起こす可能性がある。最善のリファレンスである光バイオリアクターは、陸地以外での展開および土工事コストの回避も可能にする。
【００５４】
本発明の実施形態によれば、該浮力チャンバは、（例えば、該浮力チャンバを充填するために用いられる空気または他のガスを加えるかまたは抜くことにより）膨張または収縮させて、容器１００全体の深さを制御し、および該容器を水面４０２よりも下に、または、溜め池または潟の底部に沈めることができる。このことは、悪天候または暴風雨、風、霰、雪等のときの光バイオリアクター容器１００の保護を提供する。また、本発明の実施形態によれば、このような方法で光バイオリアクター１００を沈めることは、溜まった堆積物を水が洗い流すことを可能にすることにより、通常は空気にさらされている外部領域の定期的なクリーニングも容易にする。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、藻類培養液１０１の上の排気領域１０３は、浮力チャンバ１０２によって溜め池（または、同様の水体）の上に保持され、それにより、排気チャンバ１０３が、流動損失による著しい背圧を生じさせることなく、排出ガスが光バイオリアクター１００から出るための適切なフロー領域を維持することを可能にする。本発明の実施形態によれば、この配置は、最小限の背圧を伴う非閉塞性閉じ込め排気経路を提供する。このような配置は、藻類培養液の接続排気ポート１１１への喪失、および不十分な散布制御および閉じ込め部全体の不安定性を引き起こす可能性のある、培養チャンバ１０１の好ましくない膨張およびその後の浮遊を最小限にする。
【００５６】
本発明の実施形態によれば、排気放出ポート１１１は、外部の水面４０２の上に留まるように配置されている。本発明の実施形態によれば、システムのガス供給の不具合時、およびその後のガス供給の再始動時に、この構造は、排気機能を回復させるために、手動または独立した機構のいずれかによって、排気放出ポート１１１が、藻類培養液を処分しなければならなくなることを防ぐ。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、散布穴（散布チューブ１１２と培養チャンバ１０１との間に形成された穴）の形状は、散布中の屈曲または開口膨張が、生物付着流量制限を最小限にするために、ブリッジングを切断し、または、該散布穴の周囲を強固にさせる形状で形成される。本発明の実施形態によれば、図５および図６に示されているように、このような散布穴は、丸い穴というよりもむしろ、スリット５０２とすることができ、また、他の形状に形成することもできる。生物付着や塩析沈殿は、状況次第で、該散布穴の周囲または表面を強固にする傾向がある。本発明の実施形態によれば、スリット５０２は、開いたスリット５０６によって図示されているように加圧された場合に屈曲し、そして、閉じたスリット５０２によって図示されているように、加圧されていない場合に閉じて、それによって、逆流を防ぎ、および生物付着を少なくするという特徴を有している。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、図７に示すように、散布穴の配置は、壁部７０６の流体力学的洗浄を提供するために、混合を最大限にして、藻類閉じ込め壁部７０６に近接するような気泡のサイズおよび速度を提供するために、戦略的に行うことが可能である。本発明の実施形態によれば、このことは、藻類培養液中への閉塞された光浸透を最小限にする程度まで生物付着を低減し、またはなくすことができる。本発明の実施形態は、手作業によるプロセス、機械的なプロセスまたは化学的プロセスと比較して、コスト効率の非常に優れた、気泡を用いた洗浄のメカニズムを提供する。
【００５９】
本発明の実施形態によれば、藻類培養液領域、散布ガス領域、バラストおよび浮力閉じ込め領域の生物付着を抑えるために、該閉じ込め容器の材料に添加剤を用いることができる。例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、超分岐フッ素重合体（ＨＢＦＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、天然ゴム（ＮＲ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコンおよび誘導体等の疎水性、親水性、低付着性および／または毒性の添加剤を、該閉じ込め容器の材料に加えることができる。本発明の実施形態によれば、フィルムの表面をより親水性にするために、フィルムのコロナ処理を用いることもできる。
【００６０】
本発明の実施形態によれば、藻類培養液の生物付着および泡立ちを抑えるために、該藻類培養液および媒体のうちの少なくとも一方に添加剤を用いることができる。疎水性、親水性、低付着性および／または毒性の添加剤、例えば、ＰＥＧ、シリコンおよび誘導体、殺生物剤、フッ化炭素、第四級アミンを、藻類培養液および媒体のうちの少なくとも一方に加えることができる。
【００６１】
本発明の実施形態によれば、培養を最大化するために、光源レベルを上げ、および配光性を最適化するために、該閉じ込め容器の表面に対して、添加剤および表面処理を用いることができる。白色表面、半反射性の表面、状況に応じた不透明な表面およびざらつきのある表面のうちの少なくとも１つは、所定の光合成有効放射（ＰＡＲ：Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）レベルのための散光レベルを増加させる。藻類は、その培養を最大化し、かつ光阻害を最小限にするためには、太陽光を最大限に利用するよりも、太陽光をより少なく利用する方が、著しく有効である。本発明の実施形態によれば、バラストチャンバ１０４上の透明プラスチックを、白色プラスチックに置き換えると、該バラストチャンバが土色の透明表面を有する場合よりも、より大量の光を散乱および拡散する湾曲した反射面が提供される。また、バラストチャンバ１０４の底部８０２は、穿刺に対してより良好に耐えるために、例えば、追加的な層またはより厚い層で補強してもよい。また、本発明の実施形態によれば、白色プラスチック８０３は、溜め池底部の白色ライナーに取って代わって光を反射する働きをすることが可能であり、これにより、ライニング工法のコストを削減することができる。
【００６２】
バラスト閉じ込め部１０４のサイズおよび直径のうちの少なくとも一方は、図９に示すように、隣接する容器９００ａおよび容器９００ｂの間の離間距離Ｄを制御するためのメカニズムを提供するように形成することができる。本発明の実施形態によれば、このようにして、バラストチューブ１０４は、２つの機能、すなわち、光曝露を制御する機能と、パネル間の離間距離を調節する機能とを果たすことができ、それにより、コストを低減できる。
【００６３】
本発明の実施形態によれば、該フローティング容器の特性は、藻類培養液の混合という形で、溜め池および潟での波の作用に応動する構成を可能にする。本発明の実施形態によれば、このことは、藻類培養液を混合して、成長速度を上げ、または高い成長速度を持続させ、および散布エネルギー消費を低減またはなくすために利用できるエネルギーを生成するために非常に低コストの形態である。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、光バイオリアクター１００の様々な容器１０１、１０２、１０４には、各閉じ込め領域に適用される補強材料を戦略的に配置することができ、および／またはより厚みのある材料を用いてロバスト性を与え、悪天候、および大きな水体や湖または海での波の作用を乗り切るために用いることができる。例えば、バラストチャンバ１０４の底面８０２は、上述したように補強することができる。
【００６５】
本発明の実施形態によれば、図１０および図１１に示すように、光バイオリアクター１００の頂部は、隣接する光バイオリアクター１００を覆うセグメント化されたカバーとして機能するために、母材に取り付け可能な閉じ込め部材料または他の何らかのフローティングプラスチック材料で構成することのできる、１つ以上のフラップ１００２、１００４、または、浮力閉じ込め容器１０２の延長部を含むことができる。本発明の実施形態によれば、別法として、隣接する光バイオリアクターを覆う代わりに、このような頂部フラップ１００２、１００４は、隣接する光バイオリアクター１００間の水面を単に覆うだけでもよい。本発明の実施形態によれば、このようなフラップまたは延長部は、蒸発を最小限にすることにより、水の使用量を節約することができる。このような構成は、熱を逃がさないための、または、蒸発を最小限にするための独立したカバーの設置と比較して、材料コストを非常に低くすることができ、必要な作業も最小限であるため、蒸発を最小限にするための非常に安価な方法を提供する。また、本発明の実施形態によれば、このようなフラップ１００２、１００４は、適切なパネル間隔を維持するための代替的な方法としても利用することができる。図１１は、本発明の実施形態による、隣接する光バイオリアクター１００の方へ頂部フラップ１００２、１００４が延びている状態の、隣接して配置された複数の光バイオリアクター１００を示す。
【００６６】
図１２は、本発明の実施形態による代替的な光バイオリアクター１２００を示す。光バイオリアクター１２００は、基本的なパネル材料の側に溶接できる固定エアポケット１２０２を含んでいる。本発明のいくつかの実施形態によれば、固定エアポケット１２０２に空気を入れることはできず、または、該エアポケットから空気を抜くことができないため、該エアポケットは、光バイオリアクター１２００の深さの制御を、バラスト１０４の容積および散布速度のうちの少なくとも一方に基づいてできるようにするために十分な小さい容積で形成することができる。本発明の実施形態によれば、固定エアポケット１２０２の間には、散布ガスポケット１２０４があり、該散布ガスポケットは、散布ガス１２０８が該培養チャンバを通り抜けて泡立った後で、かつ、該散布ガスが排気される前に、該散布ガスを収容する領域である。本発明の実施形態によれば、散布ガス１２０８が光バイオリアクター１２００から出て行けるように、排気開口部１２０６を、１つ以上の散布ガスポケット１２０４の頂部に形成することができる。これらの排気開口部１２０６は、例えば、光バイオリアクター材料層の、溶接されていない頂部縁部を残しておくことにより形成することができる。本発明の一実施形態によれば、２つ以上の固定エアポケット１２０２を互いに流体的に連通させてもよい。
【００６７】
図１３は、本発明の実施形態による別の代替的な光バイオリアクター２００の部分断面斜視図を示す。本発明の実施形態によれば、光バイオリアクター２００は、光バイオリアクター１００と同様のものであるが、光バイオリアクター２００は、より対称的であり、そのことは、全直径チューブ１４２と、一方が他方の頂部に載っている２つのより小さなチューブ１４４、１４６からなるセットとの間で、光バイオリアクター２００の長さ方向に沿って互い違いになっている浮力チューブによって可能にすることができる。本発明の実施形態によれば、ヘッドスペース１４３が、浮力チューブ１４２、１４４、１４６の上に設けられており、散布チャンバ１１２からの散布ガスが、該浮力チューブを通過して、小径の浮力チューブ１４４、１４６の位置でヘッドスペース１４３に入ることができるようになっている。この互い違いのパターンを有する浮力チューブは、層を折り畳みおよび／または重ねる前と後の両方で、プラスチックライナーから成る多数の（例えば、４つの）層を用いて、全長にわたって選択的な溶接線を設けることによって形成することができる。該フィルム上に設けたインク（例えば、マーカーインク）は、図１６に示すように、様々なチャンバおよび構造を形成するために、選択された位置での該層の溶接を防ぐ。例えば、本発明の実施形態によれば、内側層の溶接部１５２は、浮力チューブ１４４と浮力チューブ１４６との間の境界線を本質的に形成するが、外側層の溶接部１５３は、より大きな直径の浮力チューブ１４２を本質的に形成する。図１６はさらに、本発明の実施形態による図１３乃至図１５の光バイオリアクターを形成するための３つのステップを示し、図１７は、本発明の実施形態による図１３乃至図１５の光バイオリアクターの建設中のポートの配置を示す。
【００６８】
上述した例示的な実施形態に対しては、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更および追加を実行することができる。例えば、上述した実施形態は特定の機能に言及しているが、本発明の範囲は、該機能の異なる組合せを有する実施形態と、記載されている機能の全てを含んではいない実施形態も含んでいる。したがって、本発明の範囲は、本発明の全ての同等物とともに、クレームの範囲内にあるようなそのような全ての代替例、変更例および変形例を包含するように意図されている。
【図１−２】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月14日(2012.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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