(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気配管温度制御システムと、第２の通気設備と、フォトバイオリアクターとを含み、前記フォトバイオリアクターと前記第２の通気設備が保温水池に浸漬された気液熱交換器により接続され、
前記通気配管温度制御システムが、前記保温水池と、熱水発生ユニットと、冷水供給ユニットと、前記気液熱交換器と、コントローラとを含み、前記冷水供給ユニットと、前記熱水発生ユニットと、前記保温水池とが順に接続され、前記気液熱交換器が前記保温水池に浸漬され、前記気液熱交換器の一端が前記第２の通気設備と連通し、他の一端が前記フォトバイオリアクターに接続され、前記コントローラが前記冷水供給ユニットと前記熱水発生ユニットに接続されることにより、前記冷水供給ユニットの冷水の供給及び前記熱水発生ユニットの熱水の発生を制御し、
前記熱水発生ユニットの実装位置が前記保温水池より高く、
前記冷水供給ユニットが冷水源を含み、前記冷水源が前記熱水発生ユニットと連通し、
前記冷水源が冷水池であり、前記保温水池と前記冷水池が回字型を呈し、前記冷水池が前記保温水池の外側に位置し、且つ前記冷水池の高さが前記保温水池の高さより低く、前記保温水池の頂部に前記保温水池と前記冷水池とを連通する越流チャネルが設けられており、
前記フォトバイオリアクターは、リアクター本体と、仕切りユニットと、第１の通気設備とを含み、
前記リアクター本体が底部が密閉された管状であり、透明材料から作製されたものであり、
前記仕切りユニットが前記リアクター本体の内部に位置し、前記リアクター本体を左右二つのスペースに分け、前記仕切りユニットの頂部と底部の両方に、左右二つのスペースを連通するチャネルが設けられ、
前記第１の通気設備が前記リアクター本体のいずれかのスペースの底部と連通して上に向かって通気する
ことを特徴とする藻類養殖システム。
【請求項２】
前記リアクター本体の横断面が複数枚の同形同サイズの花弁から形成された梅の花の形であることを特徴とする請求項１に記載の藻類養殖システム。
【請求項３】
前記仕切りユニットが透明な仕切り板であることを特徴とする請求項２に記載の藻類養殖システム。
【請求項４】
前記仕切りユニットが一列の縦管が順に接続された透明排列管構造であり、それぞれの縦管の上下端が密閉され、中央部分の縦管内に光源が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の藻類養殖システム。
【請求項５】
前記透明排列管構造の両端に位置する縦管を長管とし、長管がリアクター本体の内壁にくっつき、前記透明排列管構造の中央部分の縦管を短管とすることにより、透明排列管構造の頂部と底部に、左右二つのスペースを連通するチャネルが形成されることを特徴とする請求項４に記載の藻類養殖システム。
【請求項６】
前記短管の長さが前記長管の長さより１０％〜４０％短く、前記光源がＬＥＤランプであることを特徴とする請求項５に記載の藻類養殖システム。
【請求項７】
前記リアクター本体の底部に液体排出口が設けられ、頂部に液体導入口を有するトップカバーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の藻類養殖システム。
【請求項８】
前記第１の通気設備が、順に接続されたガス源と、ガス導入管と、ガスノズルとを含み、前記ガス導入管が前記フォトバイオリアクターの頂部から前記長管に沿って下に向かい、前記フォトバイオリアクターの底部まで通されて、前記ガスノズルに接続されることを特徴とする請求項５に記載の藻類養殖システム。
【請求項９】
前記ガス源が互いに接続された風力空気圧縮機と圧縮空気貯蔵タンクであり、前記圧縮空気貯蔵タンクが前記ガス導入管に接続されることを特徴とする請求項８に記載の藻類養殖システム。
【請求項１０】
前記ガスノズルが微孔ガス分散器であり、前記リアクター本体に金属台座が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の藻類養殖システム。
【請求項１１】
前記熱水発生ユニットが太陽熱温水器であり、前記フォトバイオリアクターの底部に微孔ガス分散器が設けられ、気液熱交換器が微孔ガス分散器に接続されることを特徴とする請求項１に記載の藻類養殖システム。
【請求項１２】
前記冷水供給ユニットが冷水ポンプをさらに含み、前記冷水源が冷水ポンプを通じて太陽熱温水器と連通し、前記冷水ポンプがコントローラに接続されることを特徴とする請求項１１に記載の藻類養殖システム。
【請求項１３】
前記保温水池内に温度センサーが設けられ、温度センサーがコントローラに接続されることを特徴とする請求項１２に記載の藻類養殖システム。
【請求項１４】
前記第２の通気設備が、互いに接続された風力圧縮機と圧縮ガス貯蔵タンクとを含み、圧縮ガス貯蔵タンクが気液熱交換器に接続されることを特徴とする請求項１に記載の藻類養殖システム。
【請求項１５】
さらに液体導入管ネットと液体排出管ネットとを含み、前記フォトバイオリアクターの数が複数であり、各フォトバイオリアクターの液体導入口が液体導入管ネットに接続され、各フォトバイオリアクターの液体排出口が液体排出管ネットに接続されることを特徴とする請求項１に記載の藻類養殖システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオテクノロジー分野、特に藻類養殖用フォトバイオリアクター及び藻類養殖システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細藻類は、水中に生息する一種の植物プランクトンであり、その種類は多く、分布も広く、個体のサイズは一般的に２ｍｍ未満である。微細藻類の細胞は、太陽光で駆動される有機物の生産工場のようなものであり、その効率的な光合成により、光エネルギーでＣＯ２とＨ２Ｏを吸収し、それらを炭水化物、タンパク質、脂肪などの化学エネルギーに転換させながら、Ｏ２を放出する。
【０００３】
今、「微細藻類の効率的な規模化養殖技術」は、微細藻類バイオテクノロジーにおけるコア技術の一つであり、微細藻類フォトバイオリアクターは、既に研究の焦点となっている。国内外の微細藻類フォトバイオリアクターには異なるタイプがあり、それぞれが従来のレースウェイ型養殖法の欠陥をある程度克服している。とにかく、微細藻類の培養液をフォトバイオリアクターに注入した後に接種を行う、藻類溶液の攪拌方法がエアリフト式やフロー式ガス交換である密閉式フォトバイオリアクターの場合が多く、即ち、密閉式培養システムは、透明材料から作製されるフォトバイオリアクターである。このようなフォトバイオリアクターは、光エネルギーを採集できる以外に、他の多くの面において従来の微生物発酵用フォトバイオリアクターと多くの類似点を有している。密閉式フォトバイオリアクターは、単一種や純粋種の微細藻類の培養を実現でき、そして培養条件が制御されやすく、培養密度が高く、収穫しやすいため、効率がより高い。しかしながら、それとともに建造と操作コストも高くなる。
【０００４】
例えば、中国特許ＺＬ０２１３４２３５．０には、自動化連続生産管式フォトバイオリアクターが開示されており、その反応容器は透明な透光性材料からなる円柱型連通管であり、入口端と出口端を有し、更に混合タンクが接続されている。かかるリアクターは、複層の「Ｕ」字型連通管が交差して重ね合った立体配管であり、光源は連通管が交差して重ね合った「#」字型の立体スペース内に位置する。このような微細藻類養殖方式と設備は、開放池の粗放という欠点を克服したものの、構造が複雑で大規模な装置を実現することが難しく、建造コストが高くて自然光を十分に利用することが難しいため、微細藻類の低コストや大規模化養殖に適さない。
【０００５】
中国特許ＺＬ０３１２８１３８．９には、立体二重扁平スパイラル式配管と独特なＵ字型接続エルボーベンド、ツインタワー、零せん断力輸液ポンプ、二酸化炭素ガス注入装置、冷熱交換器などからなる密閉管式フォトバイオリアクターが開示されている。ツインタワーにおける酸素排出反応タワーには負圧噴射ポンプが設けられ、培養液に蓄積された酸素を効果的に排除でき、コントロールタワーは液圧を調整し、負圧で自動的に反応配管に培養液を輸送することができる。当該リアクターは、通常のリアクターの敷地面積が広く、効率が低いという欠点を克服し、規模化生産を実現できるが、構造が複雑で、製造コストが高い。そして、リアクターが縦に設置されるため、培養液と藻類溶液を底部から頂部まで輸送するのに大量なエネルギーを消費する必要があり、藻類のフィラメントに対するせん断力が大きく増加し、微細藻類の養殖コストも高くなる。
【０００６】
中国特許ＣＮ１７２１５２３Ａには、透明配管と、ガス解析装置と、付属配管システムと、培養パラメータセンサーと制御設備などの組成を含む微細藻類規模培養のフォトバイオリアクターが開示されている。大型ガス解析装置を用い、平行に排列された透明配管を並列につなぐことで、密閉配管フォトバイオリアクターのガス交換という難題を解決したが、同じく、製造コストと操作費用が高いという問題がある。
【０００７】
中国特許ＺＬ９６２１６３６４．３には、越流噴射器と、越流プレート式フォトバイオリアクターと、貯液槽と、循環ポンプとが順に接続された密閉型循環浅層スピルリナ培養装置が開示され、その中、透光性材料で作製された越流プレート式フォトバイオリアクター内に、水平に設置された複層の、上下層の越流口がずらすように分布されたじゃま板付きパレットが装着されている。当該リアクターは効率が高いものの、複層のパレット構造が非常に複雑で、大規模の拡大生産に不向きである。
【０００８】
従って、上記の不足に対して、光エネルギーの利用率が高く、省エネ・低炭素で、自然資源を十分に利用し、微細藻類の生産効率が高く、大規模養殖に適するフォトバイオリアクターを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、微細藻類養殖の過程において、光合成により生じた酸素を適時に釈放できないため、光合成が抑制され、微細藻類の生産効率が低くなる問題、及び自然光の照射面積が小さく、光エネルギーの利用率が低く、従来の生産設備が複雑で、エネルギー消費とコストが高く、藻類の大規模養殖に適さない問題である。
【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に、本発明は、リアクター本体と、仕切りユニットと、第１の通気設備とを含むフォトバイオリアクターであって、前記リアクター本体が底部が密閉された不規則な管状であり、透明材料から作製されたものであり、前記仕切りユニットが前記リアクター本体の内部に位置し、前記リアクター本体を左右二つのスペースに分け、前記仕切りユニットの頂部と底部の両方に、左右二つのスペースを連通するチャネルが設けられ、前記第１の通気設備が前記リアクター本体のいずれかのスペースの底部と連通して上に向かって通気することを特徴とする藻類養殖用フォトバイオリアクターを提供する。
【００１１】
その中、前記リアクター本体の横断面は複数枚の同形同サイズの花弁から形成された梅の花の形である。
【００１２】
その中、前記仕切りユニットは透明な仕切り板である。
【００１３】
その中、前記仕切りユニットは、一列の縦管が順に接続された透明排列管構造であり、それぞれの縦管の上下端が密閉され、中央部分の縦管内に光源が設けられている。
【００１４】
その中、前記透明排列管構造の両端に位置する縦管を長管とし、長管がリアクター本体の内壁にくっつき、前記透明排列管構造の中央部分の縦管を短管とすることにより、透明排列管構造の頂部と底部に、左右二つのスペースを連通するチャネルが形成される。
【００１５】
その中、前記短管の長さは、前記長管の長さより１０％〜４０％短く、前記光源はＬＥＤランプである。
【００１６】
その中、前記リアクター本体の底部に液体排出口が設けられ、頂部に液体導入口を有するトップカバーが設けられている。
【００１７】
その中、前記第１の通気設備は、順に接続されたガス源と、ガス導入管と、ガスノズルとを含み、前記ガス導入管は、前記フォトバイオリアクターの頂部から前記長管に沿って下に向かい、前記フォトバイオリアクターの底部まで通されて、前記ガスノズルに接続される。
【００１８】
その中、前記ガス源は、互いに接続された風力空気圧縮機と圧縮空気貯蔵タンクであり、前記圧縮空気貯蔵タンクが前記ガス導入管に接続される。
【００１９】
その中、前記ガスノズルは微孔ガス分散器であり、前記リアクター本体に金属台座が設けられている。
【００２０】
また、本発明は、通気配管温度制御システムと、第２の通気設備と、上記のフォトバイオリアクターとを含み、前記フォトバイオリアクターと第２の通気設備が保温水池に浸漬された気液熱交換器により接続されることを特徴とする藻類養殖システムを提供する。
【００２１】
その中、前記通気配管温度制御システムは、保温水池と、熱水発生ユニットと、冷水供給ユニットと、気液熱交換器と、コントローラとを含み、冷水供給ユニットと、熱水発生ユニットと、保温水池とが順に接続される。気液熱交換器が保温水池に浸漬され、気液熱交換器の一端が第２の通気設備と連通し、他の一端がフォトバイオリアクターに接続される。コントローラが冷水供給ユニットと熱水発生ユニットに接続されることにより、冷水供給ユニットの冷水の供給及び熱水発生ユニットの熱水の発生を制御する。
【００２２】
その中、前記熱水発生ユニットは太陽熱温水器であり、太陽熱温水器の実装位置が保温水池より高く、前記フォトバイオリアクターの底部に微孔ガス分散器が設けられ、気液熱交換器が微孔ガス分散器に接続される。
【００２３】
その中、前記冷水供給ユニットは冷水源と冷水ポンプとを含み、前記冷水源が冷水ポンプを通じて太陽熱温水器と連通し、前記冷水ポンプがコントローラに接続される。
【００２４】
その中、前記保温水池内に温度センサーが設けられ、温度センサーがコントローラに接続される。
【００２５】
その中、前記冷水源が冷水池であり、前記保温水池と冷水池が回字型を呈し、冷水池が保温水池の外側に位置し、且つ冷水池の高さが保温水池の高さより低く、保温水池の頂部に保温水池と冷水池とを連通する越流チャネルが設けられている。
【００２６】
その中、前記第２の通気設備は、互いに接続された風力圧縮機と圧縮ガス貯蔵タンクとを含み、圧縮ガス貯蔵タンクが気液熱交換器に接続される。
【００２７】
その中、さらに液体導入管ネットと液体排出管ネットとを含み、前記フォトバイオリアクターの数が複数であり、各フォトバイオリアクターの液体導入口が液体導入管ネットに接続され、各フォトバイオリアクターの液体排出口が液体排出管ネットに接続される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクター及び藻類養殖システムは、以下の利点を有する。
【００２９】
１．本発明が提供するフォトバイオリアクターは、仕切りユニットによりリアクター本体を二つのスペースに分け、一つのスペースの底部が通気設備と連通して上に向かって通気する。導入されたガスによりこのスペース内の藻類溶液の比重が減小するため、二つのスペースの藻類溶液に比重差が生じる。通気されたスペースにおける藻類溶液は、頂部まで移動し、二つのスペースの頂部に設けられたチャネルを経由して、下に向かう液流と共に下に向かって移動し、通気されていないスペースに入り、さらに底部まで移動し、二つのスペースの底部に設けられたチャネルを経由して、液流と共に通気されたスペースに入る。このように形成された上下前後の藻類溶液の四次元循環混合は、従来のエアリフト式混合と違い、混合効率と通気機能が増加され、ガス量の消耗が減少される。二酸化炭素含有ガスを導入すると、その反応における炭素の吸収の経路と時間も増加され、微細藻類に生息に適した環境を提供できる。より重要なのは、導入されたガスにより、微細藻類養殖の過程における、酸素が随時に釈放されないという難題が解決されたことである。よって、フォトバイオリアクターに導入された圧縮空気は、少なくとも藻類溶液の混合攪拌、炭素源の提供、藻類溶液の温度の制御、酸素の随時排出、及びガスの交換の作用を有する。梅の花のような不規則な管に設計されたフォトバイオリアクターの外形は、従来の円管の設計と比べて、光エネルギーの利用率が大きく増加する。また、風力空気圧縮機と内部に光源が設けられた透明排列管構造により、風力エネルギーと光エネルギーをフォトバイオリアクターシステムに取り込み、微細藻類の養殖条件の制御が可能な、低炭素・グリーンで、光エネルギーの利用率が高い微細藻類の高密度養殖が実現された。
【００３０】
２．本発明が提供する藻類養殖システムにおいて、コントローラの制御により、冷水供給ユニットが熱水発生ユニットに水源を供給し、熱水発生ユニットが熱水を発生した後、その熱水が保温水池へ通され、保温水池中に設置された温度センサーが保温水池中の水温をリアルタイムで観測でき、保温水池が適宜な水温を保持し、さらに気液熱交換器と熱交換し、熱量をフォトバイオリアクターと連通する気液熱交換器におけるガスに伝達し、フォトバイオリアクターに導入される空気又は二酸化炭素含有ガスは、微細藻類の生長に有利な温度を有することができ、フォトバイオリアクターに導入された後、微細藻類の生長に有利な環境を提供することができる。温度センサーは、保温水池の水温情報をコントローラに伝送し、コントローラが判断して熱水発生ユニットと冷水供給ユニットを制御して作動させることにより、保温水池中の水温が適切な状態にあることを確保する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクターの全体の構造図である。
【図２】本発明の実施例１が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクターにおけるリアクター本体の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクターの横断面図である。
【図４】本発明の実施例１が提供する藻類養殖システムの概略図である。
【図５】本発明の実施例２が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクターの全体の構造図である。
【図６】本発明の実施例２が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクターの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面と実施例を結合して本発明の具体的な実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００３３】
実施例１
具体的には、図１から図３に示すように、本発明の実施例では、藻類養殖用フォトバイオリアクター１が提供された。フォトバイオリアクター１は、リアクター本体１０と、仕切りユニット１０３と、第１の通気設備１０６とを含み、リアクター本体１０は底部が密閉された管状の透明体である。図２と図３に示すように、リアクター本体１０の横断面は複数枚の同形同サイズの花弁から形成された梅の花の形であり、このような構造は従来の円管の設計と比べ、光の照射面積と光エネルギーの利用率が５０〜７０％と大きく増加した。気液熱交換器はリアクター本体１０のいずれかのスペースの底部と連通する。
【００３４】
さらに、図１と図３に示すように、仕切りユニット１０３は一列の縦管が順に接続された透明排列管構造であり、各縦管の上下端が密閉され、中央部分の縦管内に光源が設けられ、光源の設置により、曇天でのフォトバイオリアクター１内部の光の照射条件を向上させることができ、微細藻類の生長に有利である。リアクター本体１０内に超音波洗浄棒が設置され、超音波棒１０１はコントローラ７に接続され、コントローラ７で超音波洗浄棒を制御し、フォトバイオリアクター１に清水を満タンになるまで入れてから超音波棒１０１を入れ、超音波自動洗浄を実現させる。
【００３５】
上記の仕切りユニット１０３は、リアクター本体１０を二つのスペースに分け、一つのスペースの底部が第１の通気設備１０６と連通して上に向かって通気する。導入されたガスにより、このスペース内の藻類溶液の比重が減少するため、二つのスペースの藻類溶液に比重差が生じる。通気されたスペースにおける藻類溶液は、頂部まで移動し、二つのスペースの頂部に設けられたチャネルを経由して、下に向かう液流と共に下に向かって移動し、通気されていないスペースに入り、さらに底部まで移動し、二つのスペースの底部に設けられたチャネルを経由して、液流と共に通気されたスペースに入る。このように形成された上下前後の藻類溶液の四次元循環混合は、従来のエアリフト式混合と違い、混合効率と通気機能が増加され、ガス量の消耗が減少される。
【００３６】
一般的に、リアクター本体１０の底部に液体排出口１０７が設けられ、養殖された藻類溶液が当該液体排出口から流出され、次の工程に入る。頂部に液体導入口１０５を有するトップカバー１０４が設けられ、リアクター本体１０の中に不純物が落ちて藻類溶液を汚染することを防止できる。リアクター本体１０を使用する際に、金属台座を設け、リアクターを金属台座に設置しても良い。第１の通気設備１０６は、順に接続されたガス源１１と、ガス導入管１０６１と、ガスノズル１０６２とを含む。さらに、ガス源１１は、互いに接続された空気圧縮機と圧縮空気貯蔵タンクであり、圧縮空気貯蔵タンクがガス導入管１０６１に接続られ、ガス導入管１０６１は、リアクター本体１０の頂部から下に向かってリアクター本体１０の底部までに通されて、ガスノズル１０６２に接続される。ガスノズル１０６２として微孔ガス分散器を選択でき、均一で連続的に上に向かって通気する。圧縮空気貯蔵タンクを設置することで、ガスを貯蔵できる。
【００３７】
図１と図３に示すように、透明排列管構造の両端に位置する縦管は長管１０３１であり、長管１０３１がリアクター本体１０の内壁くっつき、その内部に光源を設置してもよく、設置しなくてもよい。両端に位置するため、相応の自然光の照射環境を有している。ガス導入管は当該長管に沿ってフォトバイオリアクター１の頂部から下に向かってフォトバイオリアクター１の底部に通されて、ガスノズル１０６２に接続される。透明排列管構造の中央部分の縦管は短管１０３２である。これにより、透明排列管構造の頂部と底部に、左右二つのスペースを連通するチャネルが形成され、短管１０３２の長さは長管１０３１の長さより１０％〜４０％短い。光源がＬＥＤランプである。
【００３８】
導入されたガスにより、前後両部分のスペースにおける藻類溶液に比重差が生じるため、藻類溶液は頂部まで移動して他の半分のスペース内に入り、下に向かう液流と共に下に向かって移動する。これにより、混合効率が大きく増加され、ガス量の消耗が減少される。二酸化炭素含有ガスを導入すると、その反応における炭素の吸収の経路と時間も増加される。より重要なのは、導入されたガスにより、藻類養殖の過程における温度の制御と酸素が随時的に釈放されないという難題が解決されたことである。
【００３９】
図４に示すように、本発明の他の方面で提供される藻類養殖システムは、通気配管温度制御システムと、第２の通気設備８と、上記のフォトバイオリアクター１とを含み、フォトバイオリアクター１と第２の通気設備８は、保温水池２に浸漬された気液熱交換器３により接続される。第２の通気設備８は、互いに接続された風力空気圧縮機８０２と圧縮空気貯蔵タンク８０１であることが好ましく、圧縮空気貯蔵タンク８０１が気液熱交換器３に接続される。これにより、ガス源の供給を実現するとともに、風力空気圧縮機８０２により、風力エネルギーを効果的に利用でき、低炭素・環境配慮である。
【００４０】
フォトバイオリアクター１の中央には透明排列管構造１０２が設けられ、中央部分の縦管内に光源が設置され、藻類溶液を順調に循環（四次元循環式混合）させるとともに、円管内で補光でき、照明体と藻類溶液を隔離させ、良好な光の照射条件を提供する。
【００４１】
通気配管温度制御システムは、保温水池２と、熱水発生ユニット５と、冷水供給ユニット４と、気液熱交換器と、コントローラ７と、温度センサー６とを含み、冷水供給ユニット４と、熱水発生ユニット５と、保温水池２とが順に接続される。気液熱交換器の一端が第２の通気設備と連通し、他の一端はフォトバイオリアクターに接続される。フォトバイオリアクター１と第２の通気設備８との間の気液熱交換器３は保温水池２中に浸漬され、气液熱量交換を平衡状態にする。温度センサー６が保温水池２内に設置されるとともに、コントローラ７に接続される。熱水発生ユニット５と冷水供給ユニット４とがコントローラ７に電気的に接続され、それぞれがコントローラで制御されて作動する。
【００４２】
上記の実施例において、コントローラの制御により、冷水供給ユニットが熱水発生ユニットに水源を供給し、熱水発生ユニットが熱水を発生した後、その熱水が保温水池へ通され、保温水池２中に設置された温度センサー６は保温水池２中の水温をリアルタイムで観測でき、保温水池２が適宜な水温を保持し、さらに気液熱交換器３と熱交換し、熱量をフォトバイオリアクターと連通する気液熱交換器３におけるガスに伝達し、フォトバイオリアクターに導入される空気又は二酸化炭素ガスは、微細藻類の生長に有利な温度を有することができ、フォトバイオリアクター１に導入された後、微細藻類の生長に有利な環境を提供することができる。温度センサー６は保温水池２の水温情報をコントローラ７に伝送し、コントローラ７が判断して熱水発生ユニット５と冷水供給ユニット４を制御して作動させることにより、保温水池２中の水温が適切な状態にあることを確保する。
【００４３】
具体的には、熱水発生ユニット５は太陽熱温水器であり、太陽熱温水器と保温水池２を連通することで、保温水池２に熱水を提供する。フォトバイオリアクターの底部に微孔ガス分散器が設けられ、気液熱交換器が微孔ガス分散器に接続される。フォトバイオリアクター内に導入された空気又は二酸化炭素は微孔ガス分散器により分散され、均一に藻類溶液中に導入することができ、藻類溶液との十分な混合に有利であり、微細藻類の生長に有利である。具体的には、冷水供給ユニット４は冷水源と冷水ポンプ４０２とを含み、冷水源が具体的に冷水池４０１であり、冷水池４０１は冷水ポンプ４０２を通じて太陽熱温水器と連通する。
【００４４】
冷水源(池)は、冷水ポンプを通じて太陽熱温水器の入水管と連通し、コントローラ及び温度センサーにより当該温水器内の水温の変化を観測する。規定の温度に到達すると、冷水ポンプが起動し、規定の温度の熱水が代わりに保温水池へ流られ、この時、当該温水器にはまた加熱の必要な冷水で満たされる。このように何度も繰り返すことで、保温水池に規定の温度の熱水を持続的に提供できる。これにより、水温を制御する目的を達成し、前記熱交換器における圧縮空気の温度が制御され、さらに、フォトバイオリアクターの温度が制御される。太陽熱温水器で熱水源を提供することで、太陽エネルギーというクリーンエネルギーを利用し、低炭素・環境配慮である。
【００４５】
前記保温水池２と冷水池４０１を隣接又は回字型になるように設計し、内部が保温水池であり、周りが冷水池であることが好ましい。一般的に、冷水池の高さは保温水池の高さより低く、保温水池の頂部には保温水池と冷水池とを連通する越流チャネル（越流口）が設置されている。熱水が保温水池の体積を超えた時、熱水が越流口を経由して自動的に冷水池に流れる。このように設計することにより、熱量ロスを最大限に低減させ、また保温水池を保温し、保温水池の温度の制御をより便利にすることができる。
【００４６】
さらに、藻類養殖システムは、液体導入管ネットと、液体排出管ネットと、複数のフォトバイオリアクター１とを含み、各フォトバイオリアクター１の液体導入口が液体導入管ネットに接続され、各フォトバイオリアクター１の液体排出口が液体排出管ネットに接続される。これにより、液体導入管ネットと、液体排出管ネットと、複数のフォトバイオリアクター１との設置によって、微細藻類の規模化養殖を向上させることできる。
【００４７】
本実施例では、太陽エネルギーと風力エネルギーを藻類養殖システムに取り込み、微細藻類養殖の過程において、エネルギーとしてクリーンエネルギー（９５〜９９％のエネルギーを提供できる。）を利用することが実現され、グリーン・低炭素の養殖が実現された。藻類養殖システムにおける温度などの養殖条件は、コントローラ７（通常はコンピューターである。）により制御され、高収量で安定に生産する目的を達成できる。また、養殖条件の制御により、微細藻類細胞がある種類のまたはある生物活性物質を蓄積する目的を達成できる。
【００４８】
実施例２
図５と図６に示すように、本実施例は実施例１とほぼ同じであり、その共通点の説明を省略する。本実施例は、本実施例の仕切りユニット１０８が透明な仕切り板であり、その仕切りユニット１０８がリアクター本体１０の内部に位置し、リアクター１０本体を二つのスペースに分け、透明な仕切り板の頂部と底部の両方に左右二つのスペースを連通するチャネルが設けられ、仕切り板が透明で光の照射を影響しない点で、実施例１と異なる。
【００４９】
本発明の実施例が提供する藻類養殖用フォトバイオリアクター及び藻類養殖システムは以下の利点を有する。
【００５０】
（１）本発明の実施例が提供するフォトバイオリアクターは、仕切りユニットによりリアクター本体を二つのスペースに分け、一つのスペースの底部が第１の通気設備と連通して上に向かって通気する。その半分のスペースで形成された大量な微小気泡を含有する藻類溶液が上に向かって移動する。通気されたこの半分のスペースにおける藻類溶液が頂部まで移動し、二つのスペースの頂部に設けられたチャネルを経由して、下に向かう液流と共に下に向かって移動し、通気されていない半分のスペースに入り、さらに底部まで移動し、二つのスペース底部に設けられたチャネルを経由して液流と共に通気されたスペースに入る。このようにして、液体は絶えずに下に向かって補充され、藻類溶液が循環する状態となり、藻類のフィラメントの均一な混合、酸素の排出、藻類溶液の温度のコントロール、及びリアクター内の栄養、光の照射、温度の勾配の消除の作用が達成される。
【００５１】
（２）コントローラの制御で、冷水供給ユニットが熱水発生ユニットに水源を供給し、熱水発生ユニットが熱水を発生した後、その熱水が保温水池へ通され、保温水池中に設置された温度センサーは保温水池中の水温をリアルタイムで観測でき、保温水池が適宜な水温を保持し、さらに気液熱交換器と熱交換し、熱量をフォトバイオリアクターと連通する気液熱交換器におけるガスに伝達し、フォトバイオリアクターに導入される空気又は二酸化炭素ガスは、微細藻類の生長に有利な温度を有することができ、フォトバイオリアクターに導入された後、微細藻類の生長に有利な環境を提供することができる。温度センサーは、保温水池の水温情報をコントローラに伝送し、コントローラが判断して熱水発生ユニットと冷水供給ユニットを制御して作動させることにより、保温水池中の水温が適切な状態にあることを確保する。
【００５２】
（３）保温水池と冷水池は隣接又は回字型になるように設計され、このような設計により、いくつかの効果が得られる。(I)このようにすることで、保温水池の熱水の温度を適時に矯正することができる。(II)余分の熱量を適時に冷水池に転移し、熱量ロスを降低させ、冷水池の水温を向上させ、温水器の加熱時間を短縮させ、エネルギーを節約させる。(III)太陽熱温水器の実装位置が保温水池より高く、当該太陽熱温水器と保温水池の高さの差及び保温水池と冷水池の高さの差により、自流と越流を実現し、省エネで効率的である。(IV)設計が巧妙且つ簡捷であり、規模化を実現しやすい。本発明では、規定の温度の圧縮空気（一定の濃度のＣＯ２ガスを混入しても良い。）をフォトバイオリアクターに導入することにより、いくつかの効果が得られた。即ち、藻類溶液の十分な混合、生細胞の随時のガス交換及び酸素の排放が実現されただけではなく、藻類溶液の温度の制御も実現され、さらに微細藻類に炭素源を提供することもできる。ここで、熱エネルギーは太陽エネルギーに由来し、圧縮空気エネルギーは風力エネルギーに由来し、ＣＯ２ガスは前処理された工場が排除した排ガスに由来する。よって、このシステムは、自然資源を十分に利用して微細藻類に生息に適する環境を提供するものである。養殖システム全体が、クリーンエネルギーを使用し、低炭素・グリーン・環境配慮で、自動化制御を実現し易いものであるとも言える。本発明は、一つ一つのフォトバイオリアクターが液体導入管ネットと液体排出管ネットに接続される設計であるため、構造が簡捷で、組み立てがフレキシブルであり、藻類養殖を、条件の制御可能、清潔・低炭素、環境に優しい、品質が安定で高収量、低廉な運転コスト及び規模化生産が実現させることができる。
【００５３】
（４）太陽熱温水器と風力空気圧縮機８０２により、光エネルギーと風力エネルギーをフォトバイオリアクターと藻類養殖システムに取り込み、微細藻類養殖のエネルギー消費を最低限に低下させ、グリーン・低炭素・環境配慮となる。液体導入管ネット、液体排出管ネット及び複数のフォトバイオリアクター１の設置により、本発明の藻類養殖システムの生産規模を拡大させ、生産効率を向上させ、および生産コストを低下させることができる。
【００５４】
上記の記載は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を制限するものではない。本発明の主旨と原則内におけるいかなる修正、均等物の入れ替え、改善などは、すべて本発明の保護範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、藻類養殖用フォトバイオリアクター及び藻類養殖システムを提供する。その中、藻類養殖用フォトバイオリアクターは、リアクター本体と、仕切りユニットと、通気設備とを含む。前記リアクター本体は底部が密閉された管状であり、透明材料から作製される。前記仕切りユニットは前記リアクター本体の内部に位置し、前記リアクター本体を左右二つのスペースに分け、前記仕切りユニットの頂部と底部の両方には、左右二つのスペースを連通するチャネルが設けられている。前記通気設備は、前記リアクター本体のいずれかのスペースの底部と連通して上に向かって通気する。本発明は、通気配管温度制御システムと、通気設備と、上記フォトバイオリアクターとを含む当該フォトバイオリアクターから構築された藻類養殖システムを提供する。その中、フォトバイオリアクターと通気設備が、保温水池に浸漬された気液熱交換器により接続される。仕切りユニットはリアクター本体を二つのスペースに分け、一つのスペースの底部が通気設備と連通して上に向かって通気する。この半分のスペースで形成された大量の微小気泡を含有する藻類溶液が上に向かって移動する。通気されたこの半分のスペースにおける藻類溶液が頂部まで移動し、二つのスペースの頂部に設けられたチャネルを経由し、下に向かう液流と共に下に向かって移動し、通気されていない半分のスペースに入り、さらに底部まで移動し、二つのスペース底部に設けられたチャネルを経由して液流と共に通気されたスペースに入る。このようにして、液体は絶えずに下に向かって補充され、藻類溶液が循環する状態となり、藻類のフィラメントの均一な混合、酸素の排出、藻類溶液の温度のコントロール、及びリアクター内の栄養、光の照射、温度の勾配の消除の作用が達成される。高い実用性がある。
【符号の説明】
【００５６】
１…フォトバイオリアクター
２…保温水池
３…気液熱交換器
４…冷水供給ユニット
５…熱水発生ユニット
６…温度センサー
７…コントローラ
８…第２の通気設備
１０…リアクター本体
１１…ガス源
１０１…超音波棒
１０２…透明排列管構造
１０３…仕切りユニット
１０４…トップカバー
１０５…液体導入口
１０６…第１の通気設備
１０７…液体排出口
１０８…仕切りユニット
４０１…冷水池
４０２…冷水ポンプ
８０１…圧縮空気貯蔵タンク
８０２…風力空気圧縮機
１０３１…長管
１０３２…短管
１０６１…ガス導入管
１０６２…ガスノズル
【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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