(57)【要約】【課題】水面上の光を集光し水中の藻類へ確実に分散供給することができる藻類育成用散光装置を提供する。【解決手段】水面上の光を集光し水中の藻類に分散供給するもので、水面上の光を集光するために、実質的に凸レンズ状に形成された集光部１１と、集光された上記光を下方へ誘導するために集光部１１と実質的に一体、かつ、集光部１１の下部に位置するとともに、下方へ向けて尖鋭な形状に形成された散光部１２とを有し、上記集光部１１と散光部１２は透明プラスチックから成る一体の集光・散光体１５を構成しているものとする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面上の光を集光し水中の藻類に分散供給するための装置であって、
水面上の光を集光するために、実質的に凸レンズ状に形成された集光部と、
集光された上記光を下方へ誘導するために集光部と実質的に一体、かつ、集光部の下部に位置するとともに、下方へ向けて尖鋭な形状に形成された散光部とを有し、
上記集光部と散光部は透明プラスチックから成る一体の集光・散光体を構成している
藻類育成用散光装置。
【請求項２】
集光部は半球形状に形成され、散光部は逆円錐形状に形成され、集光部の下端部の断面形と散光部の上端部の断面形が実質的に同一であり、集光・散光体が一体の構造物から成る請求項１記載の藻類育成用散光装置。
【請求項３】
集光・散光体の集光部と散光部の境界付近又は集光部上に係止部が設けてあり、係止部はそれが係止される大きさのメッシュを有して水面付近に設置される保持体と共に配置手段の一方を構成している
請求項１又は２記載の藻類育成用散光装置。
【請求項４】
集光部と散光部は透明プラスチックから成る一体の集光・散光体を構成するとともに、上記集光・散光体の内部には光反射材の小片から成る不透明物質が分散されている
請求項１ないし３の何れかに記載の藻類育成用散光装置。
【請求項５】
集光・散光体はそれを縦に貫通する貫通孔を有しており、集光体側の入口から散光体側の出口を通して水中に気体、液体又は固体から成る物質を供給可能とし、または水中の物質を出口から吸引可能にした
請求項１ないし４の何れかに記載の藻類育成用散光装置。
【請求項６】
透明プラスチックから成る一体の集光・散光体は、着色透明のプラスチックから構成されている
請求項１ないし５の何れかに記載の藻類育成用散光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水面上の光を集光して水中の藻類に分散的に供給するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
藻類は、水産の下等隠花植物中、葉緑素を有して自家栄養を営むものの総称とされており、水中又は湿所に生じ、稀に他に寄生し、緑藻、褐藻、紅藻、藍藻、珪藻、車軸藻その他極めて多数の種類を包含するとされる（広辞苑より）。藻類はノリ、コンブ、ワカメ、テングサ等の如くヒトに直接食用されるものや、肥料に用いられるもの、或いは珪藻土のごとく建材に使用されるものなどがあり、これまでも広く用いられている。また、近年は生物資源としても見直されるようになり、藻類由来のバイオ燃料を得る期待から藻類バイオマスが注目されるようになっている。
【０００３】
このような藻類を、水槽ないしはプール等の環境において育成する場合、光合成に必要な光を藻類全体に十分な量行き渡らせることが重要である。実験室段階では透明水槽を用いて側面から光線を当てることも可能であるが、大規模なプラントでの実施を考えると、水中広範囲に十分な光を供給することは容易なことではない。
【０００４】
先行技術を調査すると、例えば特開２００１−２３１５３８号の光合成培養装置という発明があり、その発明は太陽光または人工光を分散照射させる光分散担体が装着された培養槽を有している。しかし、光分散担体なるものは円筒型のためそのままでは、あたかも光ファイバーと同様に光線が全反射を繰り返し下端に抜けてしまうので何らかの対策が必要になる。また、この発明では人工光も使用されるが、照明にコストがかかることも問題になる。
【０００５】
また、特開２０１３−０２７３２４号という発明があり、同発明は「光透過性を有する素材製であって、且つ中心位置の鉛直断面形状が両凸となる凸レンズとしてあり、更に、全体の比重を１未満としてあって、培養槽に貯留された光合成生物の培養液に一方の凸側が没水する姿勢で浮遊できるようにしてなる構成を有する集光装置」という構成を有している。
【０００６】
上記の発明は実質的に凸レンズのみから成る集光装置に関するものであるから、光線は幾何光学にしたがい、焦点に向けて集光されるように構成されることになる。焦点位置は培養槽中の深さの２分の１から３分の２の距離に設定されるとのことであるが、どのように配置すれば照明光の明暗を交互に与えてフラッシングライト効果が得られるのか必ずしも明確ではない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２３１５３８号
【特許文献２】特開２０１３−０２７３２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記の点に鑑みなされたもので、その課題は、水面上の光を集光し水中の藻類へ確実に分散供給することができる藻類育成用散光装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、水中の藻類に光線を分散的に供給するに当たり、光線を供給したり遮ったりすることで所謂明反応と暗反応を繰り返し、育成効率を向上させられるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、本発明は、水面上の光を集光し水中の藻類に分散供給するための装置として、水面上の光を集光するために、実質的に凸レンズ状に形成された集光部と、集光された上記光を下方へ誘導するために集光部と実質的に一体、かつ、集光部の下部に位置するとともに、下方へ向けて尖鋭な形状に形成された散光部とを有し、上記集光部と散光部は透明プラスチックから成る一体の集光・散光体を構成しているという手段を講じたものである。
【００１０】
本発明に係る藻類育成用散光装置は、水面上の光を集光し水中の藻類に分散供給するものであり、集光部よりも下方の部分は水面下に繁茂する藻類の中に配置される。本発明は本発明に係る装置だけのために費用の掛かるエネルギーを一切使用しないことを原則としており、従って、太陽光下での使用を想定している。しかしながら、人工光源を使用する大規模プラント等の一部にて本発明の装置を使用することも想定されるので、そのようなばあいには人工光源の受光を排除するものではない。
【００１１】
集光部は、水面上の光を集光するために、実質的に凸レンズ状に形成されている。この凸レンズ形状としては半球形状レンズのほかカマボコ型のレンズ、或いは小レンズを前後左右に並列した所謂ハニカム構造レンズなどもある。本発明には、その何れのものも適用することができる。つまり、凸レンズの形態や１個の集光・散光体における凸レンズの個数は任意に選択可能である。
【００１２】
散光部は、集光された上記光を下方へ誘導するために集光部と実質的に一体、かつ、縦長に形成されるとともに、下方へ向けて尖鋭な形状に形成されている。ここで一体とは構造体として又は光学的に一体性を保っていることを言う。なお、集光部の１個が半球径状から成るのであれば円形を共通形状として散光部は逆円錐形状に、また、集光部がカマボコ型から成るのであれば四辺形を共通形状として散光部は四角錘形状のように形成することができる。しかし、それは例であって限定的なものではない。
【００１３】
上記集光部と散光部は透明プラスチックから成る一体の集光・散光体を構成している。このような集光・散光体は、集光部の下端部の断面形と散光部の上端部の断面形が実質的に同一であり、集光・散光体が一体の構造物から成るものである。集光・散光体は、中空構造であっても、また、中実構造であってもどちらでも良い。本発明の一個の集光・散光体は、例えば高さが１０ｃｍ程度の手の平に収まるような小型のものから１ｍを超える大型のものまで、様々な大きさについて実施し得る。
【００１４】
本発明の装置として性能を重視し、且つ小型のものでは中実型で実施可能である。しかし大型化するにつれて中空型が望ましくなると考えられる。なお、中空型の集光部のレンズには、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカスレンズ等も適用可能であり、中空の内部に液体を充填するものとする。この場合、充填する液体としては水でも不可能ではないが、全反射を抑制するためには、水よりも可能な限り屈折率の高い液体を使用することが望ましい。
【００１５】
透明プラスチックとしてはアクリル樹脂、ポリカーボネート等のいわゆる有機ガラス、或いはＰＥＴ等のポリエステルを使用可能である。集光部にて集光された光線を界面にて全反射させることなく水中へ分散させるには、スネルの法則から散光部側の屈折率の方が水の屈折率よりも高いことが望まれる。
【００１６】
例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネートの屈折率ｎはそれぞれ１．４９、１．５８であり、水の屈折率の１．３３よりも大であるので、中実構造の場合、集光された光線を水中へ分散する上で有効性が高い。他方、中空構造のときも上記有機ガラス等を用いて集光・散光体を形成することができ、中空内部には前述の液体を使用することができる。例えば、屈折率の比較的高い液体には、パラフィン油（屈折率ｎ＝１．４８）、グリセリン（同１．４７）、ベンゼン（同１．５０）、四塩化炭素（同１．４６）等がある。
【００１７】
本発明に係る散光装置を所定の場所に配置するために、集光・散光体の集光部と散光部の境界付近又は集光部上に係止部が設けてあり、係止部はそれが係止される大きさのメッシュを有して水面付近に設置される保持体と共に配置手段の一方を構成し得る。係止部としては、他に吊り下げのためのフックも有用である。なお、境界とは集光部と散光部の観念上の境のことで、実際に境界面があるわけではない。
【００１８】
すなわち集光部と散光部は透明プラスチックから成る一体構造の集光・散光体を構成するとともに、上記集光・散光体の内部には光反射材の小片から成る不透明物質が分散されるという構成は望ましいものである。この構成により、光線を供給したり遮ったりすることで所謂明反応と暗反応を繰り返し、育成効率を向上させられるようになる。
【００１９】
集光・散光体はそれを縦に貫通する貫通孔を有しており、集光部側の入口から散光部側の出口を通して水中に気体、液体又は固体から成る物質を供給可能にした構成を取ることもできる。この構成は光合成の促進又は藻類の育成を目的とし、空気、二酸化炭素、液体肥料その他が供給される。なお、透明プラスチックから成る一体構造の集光・散光体は、着色透明のプラスチックから構成されていることが望ましい。着色により藻類の成長を阻害する波長の光を遮断し、育成効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上のように構成され、かつ、作用するものであるから、凸レンズ状の集光部により水面上の光を集光し、下方へ向けて尖鋭な形状の散光部により水中の藻類へ確実に分散供給可能な藻類育成用散光装置を提供することができる。また、本発明によれば、単に水中の藻類に光線を分散的に供給するだけではなく、光線を供給したり遮ったりすることで所謂明反応と暗反応を繰り返し、育成効率を向上させられるようにすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る藻類育成用散光装置における実施形態の例１を示すもので、この藻類育成用散光装置１０は水面上の光を集光するための集光部１１と、集光された上記光を下方へ誘導するための散光部１２とを有している。
【００２２】
例１の集光部１１は半球形状に形成されており、散光部１２は逆円錐形状に形成されている。上記集光部１１の下端部の断面形は円形であり、散光部１２の上端部の断面形も円形であるとともに、その円形の直径も実質的に同一であり、集光部１１と散光部１２とは一体の構造物である集光・散光体１５を構成している。
【００２３】
実施形態の例１における集光・散光体１５は中実構造を有しており、半球形状の全体が集光部１１を構成し、逆円錐形状の全体が散光部１２を構成している。散光部１２は逆円錐形状であるために、光ファイバーの平行な円筒面と比較して、散光部１２からその外部の水中へ入射する光線の角度すなわち光線の入射角が大きくなる。このために、全反射を起し難いので、頂部１６を上端とする集光部１１から入射した光線を、散光部１２の尖鋭な下端１７へ達するまでの間に水中への散光を容易にする。
【００２４】
上記集光・散光体１５は、集光部１１と散光部１２の境界１３付近に設けた係止部１４を有している。図示の係止部１４は鍔状のもので、集光・散光体１５の境界付近にて全周を取り巻くように形成されている。なお、例２の集光・散光体１５は、透明プラスチックを用いて射出成型手段により作られており、係止部１４を含む全体を一体構造の成形体としたものである。
【００２５】
しかしながら、図１とほぼ同じ外観を有する藻類育成用散光装置１０を、中空構造体によって形成することも可能である。そこで、配置手段１９の説明図である図２を参照して中空構造体とした例２について説明する。例２の散光装置２０は、集光部２１と、集光された光を下方へ誘導するための散光部２２とを別個に型成形し、集光部２１と散光部２２とを境界２３付近にて一体に接合した構造を有している。
【００２６】
この集光部２１と散光部２２とから成る、集光・散光体２５の中空内部には、前述の液体２６を、気泡が混入しないようにして充填する。使用可能な液体としては、例えば、前述したパラフィン油（屈折率ｎ＝１．４８）、グリセリン（同１．４７）、ベンゼン（同１．５０）、四塩化炭素（同１．４６）等がある。これらまたはその他の素材の中から集光・散光体２５の屈折率との関係を考慮し、全反射の起こり難い素材を選択する。
【００２７】
図２に示したごとく、本発明では、係止部２４（１４もあり得る）が係止される大きさのメッシュを有して水面付近に設置される保持体１８と共に配置手段１９が構成される。保持体１８は任意の素材から成るワイヤー、ロープの類であり、それを交差状に張設したもので、保持体自体は支柱又は吊り手により水面上に固定され、散光部１２が藻類Ａに十分に入り込める深さにする。
【００２８】
本発明に係る本発明に係る藻類育成用散光装置１０、２０は、配置手段１９により任意の水面に配置される（図６参照）。配置手段１９は、上記保持体１８と吊り下げのためのフック２７とを組み合わせても構成することができる。図３はそれを示す例３である。例３における藻類育成用散光装置３０は、集光・散光体３５が集光部３１と散光部３２から成るほかには何も有さず、その頂部２８にフック２７を取り付けた構成である。例３については、集光・散光体３５の先端が培養槽底Ｂに着きその荷重が支えられるような場合に特に有効である。なお、フック２７は他の例１、２等にも補修のための吊り上げ用などとして利用される。
【００２９】
また、本発明に係る散光装置は、不透明物質２９が分散されている藻類育成用散光装置３１の例４を含む。例４では集光部１１と散光部１２は例１と同様に、透明プラスチックから成る一体の集光・散光体１５を構成し、これに、集光・散光体１５の内部に光反射材の小片から成る不透明物質２９を混合、分散する。
【００３０】
上記不透明物質２９としては、着色不透明の箔や金属光沢を有するプラスチックフィルム等を例えば５〜１０ｍｍ程度に形成したものを用いるものとし、光線供給上好適と考えられる任意の量を集光・散光体１５の成形材料中に分散する。但し、分散量については、質量比では小さすぎ、表面積でも特定し難い事情があるので経験値により決定する。
【００３１】
不透明物質２９は散乱光線中に陰日向を作るもので、水中に対流がある場合、藻類Ａが流れによって揺らぐことから陰日向を行き来する状態が作り出される。光合成では光を必要とする明反応と光を必要としない暗反応があり、明、暗両反応が繰り返されることで光合成反応の効率が向上するといわれている。上記不透明物質２９は藻類Ａに対し明、暗両反応を繰り返す状態を作ることで育成効率の向上を図っている。しかし、金属光沢を有する素材を用いると、光線分散能力も向上する。
【００３２】
図５は実施形態の例５を示すもので、例１と同様の構成を有する集光・散光体１５を縦に貫通する貫通孔３３を有している。貫通口３３にはパイプ３４が接続され、集光部側の入口３３ａから散光体側の出口３３ｂを通して水中に気体、液体又は固体から成る物質を供給可能に構成されている。
【００３３】
パイプ３４には通気、通液等のために上記の物質が、ポンプを用いて圧送供給される。なお、気体、液体又は固体等を供給する目的としては、水中深くに空気を供給すること、ないしはそれに伴う水の攪拌、また、藻類育成に有効となる肥料の供給、消毒、或いは逆に汚泥の吸引その他環境維持等が想定される。
【００３４】
さらに本発明では、藻類育成用散光装置１０、２０、３０、３１、３２を構成する透明プラスチックとして、着色透明のプラスチック使用することができる。藻類Ａの成長を阻害する光線を吸収するために、特定の色の波長を利用するものである。プラスチックの着色には、成形プラスチック中に目的とする色素（染料）を混合、分散すれば良い。
【００３５】
このように構成された藻類育成用散光装置１０、２０、３０、３１、３２は、所定の大きさのメッシュ３５を有して水面付近に設置される保持体１８に係止部１４にて係止し、藻類Ａの育成上有効な間隔、密度を保って設置する。図６には設置状態の外観が示されており、図２〜図５には個々の藻類育成用散光装置１０、２０、３０、３１、３２係止状態が示されている。
【００３６】
水面上の光は集光部１１から集光・散光体１５、２５の内部に進入し、散光部１２の逆円錐形状の界面にて屈折し、その上下全面から水中へ進入して藻類Ａに届くことになる。光線の藻類Ａへの到達具合を、集光・散光体１５、２５が円筒形である場合に比較して考察すると、円筒面の周囲が平行である界面への入射角に対し、円錐面では界面が傾斜しており入射角が大となる部分が多くなり、その結果全反射が減少し、散光の有効性を高めることができる（ただし、集光・散光体１５、２５の屈折率ｎｃと水の屈折率ｎｗは、ｎｃ＞ｎｗである。）。
【００３７】
本発明の藻類育成用散光装置１０、２０、３０、３１、３２は、配置手段１９に係止するか又は引っ掛けることで容易に設置することができ、かつ、取り外すことも容易であるとともに、メインテナンスが容易に行なえるので実施上大変有効である。すなわち、集光・散光体１５、２５の汚れの清掃や損傷部分の研磨、損耗品の交換等による藻類育成性能の維持管理を有効に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る藻類育成用散光装置の例１を示す斜視図である。
【図２】同じく例２を示す正面図である。
【図３】同じく例３を示す正面図である。
【図４】同じく例４を示す正面図である。
【図５】同じく例５を示す正面図である。
【図６】同じく本発明に係る藻類育成用散光装置を設置した状態を示す斜視説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０、２０、３０、３１、３２  藻類育成用散光装置
１１、２１  集光部
１２、２２  散光部
１３、２３  境界
１４、２４  係止部
１５、２５  集光・散光体
１６、２８  頂部
１７  下端
１８  保持体
１９  配置手段
２６  液体
２７  フック
２９  不透明物質
３３  貫通孔
３４  パイプ
３５  メッシュ
Ａ  藻類
【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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