(57)【要約】【課題】燃料ガスを簡易に発生、回収可能な学習キットを提供する。【解決手段】本発明の学習キット２は、培養装置１と、回収装置３とを有しており、培養装置１の注入口１６と排気口１７にはフィルタ装置２０、２１が取り付けられている。フィルタ装置２０、２１のフィルタ２４、２５は孔径が０．１μｍ以上０．８μｍ以下であるから、収容された燃料ガス発生菌は装置外部へ漏れ出さず、装置外部から内部に汚染菌が侵入することもない。回収装置３を培養装置１に連結しておけば、培養装置１で発生した燃料ガスは回収装置３へ移動する。【選択図】図２
2008178304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養装置と、回収装置と、連結管と、培地と、燃料発生微生物とを有し、
前記培養装置は、密閉容器と、注入口と、排気口と、フィルタ装置とを有し、
前記培地と前記燃料発生微生物とは、前記密閉容器にそれぞれ収容され、
前記注入口と前記排気口は、前記密閉容器にそれぞれ設けられ、
前記フィルタ装置は、前記注入口と、前記排気口にそれぞれ取り付けられ、
前記フィルタ装置は、前記燃料発生微生物が通過できない孔径のフィルタを有し、前記注入口と前記排気口には、前記フィルタを通って流体が出入り可能に構成され、
前記回収装置は、密閉容器と、前記密閉容器に設けられた回収口と、前記密閉容器の内部に配置された内部側接続口と、前記内部側接続口と連通し、前記回収装置の外部に配置された外部側接続口とを有し、
前記連結管は、一端と他端が、それぞれ前記排気口と前記回収口にそれぞれ接続可能に構成され、
前記培地と前記燃料発生微生物は、前記密閉容器内に配置された学習キット。
【請求項２】
注入装置を有し、
前記注入装置は、容器と、前記容器に設けられた注入口と、前記容器の容積を減少させ、前記注入口から前記フィルタ装置に流体を供給可能な増減機構とを有し、
前記注入口は前記供給口に接続可能にされた請求項１記載の学習キット。
【請求項３】
前記注入口が設けられた位置を前記培養装置の上部とすると、前記排気口は前記培養装置の上部に設けられた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の学習キット。
【請求項４】
前記回収口が設けられた位置を前記回収装置の上部とすると、前記内部側接続口と、前記外部側接続口は、前記回収口よりも下方に配置された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の学習キット。
【請求項５】
前記排気口と前記回収口には、前記連結管の一端と他端がそれぞれ気密に接続され、前記培養装置の内部空間と前記回収装置の内部空間とが互いに接続された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の学習キット。
【請求項６】
燃料電池と、注入装置とを有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の学習キットであって、
前記燃料電池は、
電池容器と、前記電池容器内にそれぞれ配置された電解質と、前記電解質に一面がそれぞれ接触された正極と負極と、
前記電池容器には供給口が設けられ、
前記負極の他の面と前記電池容器の壁面との間には、燃料ガス充満空間が形成され、
前記燃料ガス充満空間を構成する前記電池容器の壁面には、供給口が設けられ、
前記注入装置は、容器と、前記容器に設けられ、前記供給口に接続可能な吸引口と、前記容器の容積を増減させ、前記供給口を通して、前記容器内に気体を流入又は流出させる増減機構とを有する学習キット。
【請求項７】
前記正極と前記負極に接続可能な電子装置を有し、
前記電子装置に設けられた表示部が、前記正極と前記負極の間に生じた電圧で、前記燃料電池が動作したことを表示する請求項６記載の学習キット。
【請求項８】
内部に培地と燃料発生微生物とを密閉容器内に収容した状態で、前記密閉容器に設けられた注入口に、前記燃料発生微生物が通過できない孔径のフィルタを通して水を注入するガス発生実験方法。
【請求項９】
回収装置に収容された水を、前記回収装置の外部の水に接続しておき、
前記培養装置に前記回収装置を気密に接続した状態で、前記水の注入を行う請求項８記載のガス発生実験方法。
【請求項１０】
前記回収装置に収容された水と、前記回収装置の外部の水との接続は、
前記回収装置の上部から排出管の一端を引き込み、
前記排出管の内部に水を充填した状態で、前記排出管の一端と他端を、前記回収装置内部の水面と、前記回収装置外部の水面の両方よりも下方位置で、前記回収装置内部の水と、前記回収装置外部の水にそれぞれ沈める請求項９記載のガス発生実験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、学習キットと、その学習キットを利用した燃料ガス発生の実験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の資源枯渇により、近年、微生物が発生する燃料ガスを利用したバイオマスエネルギーが注目されており、バイオマスエネルギーを周知するために、就学児童向けの学習指導が必要とされている。
しかしながら、微生物の取り扱いはクリーンベンチやオートクレーブ等の特殊な設備が必要であり、一般の小中学校で実験を行うのは困難であった。
【特許文献１】特許公開２００２−２８００４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は特殊な設備を必要とせず、簡易な方法でバイオマスエネルギーについての実験が可能な学習キットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために本発明は、培養装置と、回収装置と、連結管と、培地と、燃料発生微生物とを有し、前記培養装置は、密閉容器と、注入口と、排気口と、フィルタ装置とを有し、前記培地と前記燃料発生微生物とは、前記密閉容器にそれぞれ収容され、前記注入口と前記排気口は、前記密閉容器にそれぞれ設けられ、前記フィルタ装置は、前記注入口と、前記排気口にそれぞれ取り付けられ、前記フィルタ装置は、前記燃料発生微生物が通過できない孔径のフィルタを有し、前記注入口と前記排気口には、前記フィルタを通って流体が出入り可能に構成され、前記回収装置は、密閉容器と、前記密閉容器に設けられた回収口と、前記密閉容器の内部に配置された内部側接続口と、前記内部側接続口と連通し、前記回収装置の外部に配置された外部側接続口とを有し、前記連結管は、一端と他端が、それぞれ前記排気口と前記回収口にそれぞれ接続可能に構成され、前記培地と前記燃料発生微生物は、前記密閉容器内に配置された学習キットである。
本発明は学習キットであって、注入装置を有し、前記注入装置は、容器と、前記容器に設けられた注入口と、前記容器の容積を減少させ、前記注入口から前記フィルタ装置に流体を供給可能な増減機構とを有し、前記注入口は前記供給口に接続可能にされた学習キットである。
本発明は学習キットであって、前記注入口が設けられた位置を前記培養装置の上部とすると、前記排気口は前記培養装置の上部に設けられた学習キットである。
本発明は学習キットであって、前記回収口が設けられた位置を前記回収装置の上部とすると、前記内部側接続口と、前記外部側接続口は、前記回収口よりも下方に配置された学習キットである。
本発明は学習キットであって、前記排気口と前記回収口には、前記連結管の一端と他端がそれぞれ気密に接続され、前記培養装置の内部空間と前記回収装置の内部空間とが互いに接続された学習キットである。
本発明は、燃料電池と、注入装置とを有する学習キットであって、前記燃料電池は、電池容器と、前記電池容器内にそれぞれ配置された電解質と、前記電解質に一面がそれぞれ接触された正極と負極と、前記電池容器には供給口が設けられ、前記負極の他の面と前記電池容器の壁面との間には、燃料ガス充満空間が形成され、前記燃料ガス充満空間を構成する前記電池容器の壁面には、供給口が設けられ、前記注入装置は、容器と、前記容器に設けられ、前記供給口に接続可能な吸引口と、前記容器の容積を増減させ、前記供給口を通して、前記容器内に気体を流入又は流出させる増減機構とを有する学習キットである。
本発明は学習キットであって、前記正極と前記負極に接続可能な電子装置を有し、前記電子装置に設けられた表示部が、前記正極と前記負極の間に生じた電圧で、前記燃料電池が動作したことを表示する学習キットである。
本発明はガス発生実験方法であって、内部に培地と燃料発生微生物とを密閉容器内に収容した状態で、前記密閉容器に設けられた注入口に、前記燃料発生微生物が通過できない孔径のフィルタを通して水を注入するガス発生実験方法である。
本発明はガス発生実験方法であって、回収装置に収容された水を、前記回収装置の外部の水に接続しておき、前記培養装置に前記回収装置を気密に接続した状態で、前記水の注入を行うガス発生実験方法である。
本発明はガス発生実験方法であって、前記回収装置に収容された水と、前記回収装置の外部の水との接続は、前記回収装置の上部から排出管の一端を引き込み、前記排出管の内部に水を充填した状態で、前記排出管の一端と他端を、前記回収装置内部の水面と、前記回収装置外部の水面の両方よりも下方位置で、前記回収装置内部の水と、前記回収装置外部の水にそれぞれ沈めるガス発生実験方法である。
【０００５】
フィルタは燃料発生微生物が通過できない孔径のものであれば特に限定されないが、フィルタの孔径が数μｍ以下、より望ましくは、０．１μｍ以上０．８μｍ以下であれば、燃料発生微生物はフィルタを透過することができないので、燃料発生微生物が外部に漏れ出さないので環境を汚染することがない。
培養密閉容器に予め燃料発生微生物と培地とを収容しておけば、微生物の取り扱い設備や技術が無くても、水を注入するだけで実験を行うことができる。
【０００６】
燃料ガスが可燃性のものである場合は、回収した燃料ガスを燃焼させるだけでも燃料ガスか否かの確認ができるが、燃焼実験は危険である。
電子装置として、燃料ガスの供給により生じた電圧で表示部が変化（例えば点灯や回転）するものを用いれば、注入装置に回収したガスが燃料ガスか否かを安全に確認することができる。表示部として、発光装置やプロペラを用いれば、発光又はプロペラの回転によって視覚的に燃料ガスか否かの確認ができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の学習キットによれば、燃料発生微生物による環境汚染を起こさずに燃料ガスの発生実験が行え、しかも発生した燃料ガスの確認を、ガスクロマトグラフィー等の特殊な分析装置を用いなくても簡易に、かつ安全に行える。培地として乾燥培地を用いれば、燃料発生微生物は繁殖しないので、学習キットの保存性も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の学習キットは、図１（ａ）に示す培養装置１と、図１（ｂ）に示す回収装置３と、図１（ｃ）に示す連結管４０と、図１（ｄ）に示す注射器５０と、後述する燃料電池とを有している。
【０００９】
培養装置１は培養密閉容器１０を有している。培養密閉容器１０は、有底の培養容器１１と、蓋１２とで構成されており、培養密閉容器１０の外周面と、蓋１２の内周面にはネジ山が形成され、蓋１２を培養密閉容器１０の開口に被せ、ネジを締めると培養密閉容器１０となる。
【００１０】
予め、培養密閉容器１０の内部には乾燥培地と菌体とが収容されている。ここでは、乾燥培地は粉状であって、図１（ａ）の符号１４は燃料発生微生物である燃料ガス発生菌と混合された菌含有乾燥培地を示している。
【００１１】
培養密閉容器１０の上部には、注入口１６と、排気口１７がそれぞれ形成されており、注入口１６と排気口１７にはそれぞれフィルタ装置２０、２１が取り付けられている。
フィルタ装置２０、２１は、筐体２２、２３を有しており、筐体２２、２３の内部には通路２６、２７が形成されている。
【００１２】
フィルタ装置２０、２１は通路２６、２７の下端が注入口１６と排気口１７にそれぞれ挿入されている。培養密閉容器１０表面の注入口１６と排気口１７の周囲の部分には、筐体２２、２３が接着剤等で密着して固定され、フィルタ装置２０、２１以外の場所を通って、外部から注入口１６と排気口１７に気体も液体も出入りできないようになっている。
【００１３】
通路２６、２７の内部空間は注入口１６と排気口１７に挿入された下端で、培養密閉容器１０の内部空間と連通しており、通路２６、２７の上端を開放した状態では、通路２６、２７は外部雰囲気と接続され、培養密閉容器１０の内部空間は通路２６、２７を介して外部雰囲気と接続される。
【００１４】
通路２６、２７の途中には、フィルタ２４、２５が通路２６、２７を上下に二分するように配置され、通路２６、２７の上端から下端へは、フィルタ２４、２５を通った物質が出入り可能になっている。
フィルタ２４、２５の孔径は０．１μｍ以上０．８μｍ以下の範囲にあり、フィルタ２４、２５の孔径よりも小さい物質は通過可能であるが、該孔径よりも大きい物質はフィルタ２４、２５を通過不可能である。
【００１５】
従って、液体や気体等の流体はフィルタ２４、２５で堰き止められず、通路２６、２７を通って培養密閉容器１０と外部との間で出入り可能であるが、上述した燃料ガス発生菌や、大気中の汚染菌の大きさは０．８μｍを超えるから、燃料ガス発生菌は培養密閉容器１０の外部へ漏れ出さず、逆に、大気中の汚染菌は培養密閉容器１０中へ進入しない。ここでは、通路２６、２７の上端は栓４８、４９で閉塞されており、大気中の塵等の汚染物質が進入しないので、フィルタ２４、２５の目詰まりは起こらない。
【００１６】
次に、回収装置３について説明すると、回収装置３は回収密閉容器３０を有している。ここでは、回収密閉容器３０は有底の回収容器３１と、蓋３２とを有しており、培養密閉容器１０と同様に、回収容器３１と蓋３２にはネジが形成され、ネジを締めると回収密閉容器３０となる。
【００１７】
回収密閉容器３０の上部には回収口３６と排出口３７が設けられている。ここでは、回収口３６には接続管４１の下端が挿入され、接続管４１の上端は回収密閉容器３０の上部から突き出て、後述する連結管４０に接続されるようになっている。
【００１８】
排出口３７には、排出管４５が、一端が回収密閉容器３０の底部に位置し、他端が回収密閉容器３０の外部に突き出るように挿入されている。従って、排出管４５の一端側の開口（内部側接続口）４３は回収密閉容器３０の内部空間と面し、他端側の開口（外部側接続口）４４は外部空間と面する。
【００１９】
回収密閉容器３０には回収口３６と排出口３７以外の貫通孔は形成されておらず、接続管４１と排出管４５は外壁が回収口３６と排出口３７の内壁にそれぞれ密着し、流体は、接続管４１と排出管４５以外の場所を通って回収口３６や排出口３７に入り込まないようになっている。従って、接続管４１を閉塞すると、回収密閉容器３０の内部空間は、排出管４５だけを介して外部と接続される。
この学習キット２を組み立てるには、先ず、回収容器３１に水を入れて蓋３２をし、内部側接続口４３を水に浸漬させる。
【００２０】
図２（ａ）の符号５は恒温槽を示しており、この恒温槽５に水を張り、培養装置１と、回収装置３とを恒温槽５内の水に浸漬し、フィルタ装置２０、２１の通路２６、２７上端が恒温槽５の水面よりも高くなるように配置する。
【００２１】
接続管４１を閉塞せずに、回収密閉容器３０の内部空間を大気に接続しておき、内部側接続口４３を回収密閉容器３０内部の水に沈めた状態で、外部側接続口４４から水を吸出し、排出管４５内部を水で充填してから、外部側接続口４４を恒温槽５の水に沈め、回収密閉容器３０と恒温槽５の両方の水面よりも低い位置で保持する。
【００２２】
連結管４０はゴム等の弾性材料で構成されており、その内径は筐体２３の通路２７上端部分の外径、及び接続管４１の外径と同じかそれよりも小さくなっている。通路２７の上端から栓４９を外し、連結管４０の一端に筐体２３の通路２７上端部分を、他端に接続管４１を挿入すると、筐体２３の外壁と接続管４１の外壁は連結管４０の内壁に密着するから、通路２７と接続管４１は連結管４０によって気密に接続される（図２（ｂ））。
恒温槽５には不図示の加熱手段が設けられており、加熱手段に通電し、恒温槽５内部の水を、燃料ガス発生菌の繁殖に適した繁殖温度（例えば４０℃）に加熱し、その温度を維持する。
【００２３】
図１（ｄ）の符号５０は注入装置である注射器を示しており、注射器５０はシリンダ５１（容器）と、シリンダ５１に嵌合されるピストン５２（増減機構）とを有している。シリンダ５１の底面には凸部５３が設けられており、凸部５３内には貫通孔（注入口）が設けられ、ピストン５２を引いてシリンダ５１内の容積が増すと、貫通孔を通ってシリンダ５１内に流体が入り込み、逆にシリンダ５１を押してシリンダ５１内の容積が減ると、貫通孔を通って流体が排出される。シリンダ５１の側面には目盛り５４が設けられており、目盛り５４と流体の界面とを見比べることでシリンダ５１内に入り込んだ流体の体積が分かる。
【００２４】
この注射器５０に所定量の水を吸い込み、注入口１６に取り付けられたフィルタ装置２０の栓４８を外し、通路２６の上端に注射器５０の凸部５３を差込み、水を注入すると、水はフィルタ２４を通過した後、培養密閉容器１０の内部に注ぎ込まれる。
このとき、水に汚染菌が混入していたとしても、その汚染菌はフィルタ２４によって取り除かれるから、注射器５０や水に滅菌処理を施しておかなくても、培養密閉容器１０内部には汚染菌や不純物が入り込まない。
【００２５】
培養密閉容器１０に水を注入後、注射器５０の凸部５３を通路２６の上端に差し込んだままにするか、注射器５０を取り除いて通路２６の上端に栓４８をして、培養密閉容器１０を密閉する。
培養密閉容器１０に水が注入されると、菌含有乾燥培地１４が水を吸収して、乾燥培地が溶解又は膨潤し、燃料ガス発生菌が水と接触して繁殖可能な状態になる。
【００２６】
図３（ｃ）の符号１３は燃料ガス発生菌が繁殖可能となった状態の菌含有繁殖培地を示しており、上述したように恒温槽５の水は繁殖温度に維持されているから、菌含有繁殖培地１３も繁殖温度に維持され、燃料ガス発生菌が繁殖する。
燃料ガス発生菌は水素ガス発生菌又はメタンガス発生菌であり、繁殖によって水素ガス又はメタンガス（燃料ガス）を放出し、培養密閉容器１０内部の圧力が上がる。
【００２７】
燃料ガスは空気よりも比重が軽いので、培養密閉容器１０に元々入っていた空気は下方に移動し、燃料ガスは培養密閉容器１０の上部に溜まる。排気口１７は培養密閉容器１０の上部に設けられているから、上部に溜まった燃料ガスは、培養密閉容器１０と回収密閉容器３０の圧力差によって排気口１７に押し出され、連結管４０を通って回収密閉容器３０の内部へ送られる（図３（ｄ））。
【００２８】
回収密閉容器３０内の水は排出管４０を介して、恒温槽５内の水と接続されているから、回収密閉容器３０内に燃料ガスが溜まり、内部圧力が上昇すると、回収密閉容器３０内の水は、排出管４５を通って恒温槽５へ押し出され、回収密閉容器３０内の水面が押し下げられる。
【００２９】
設定した培養条件（例えば恒温槽５の温度、菌体の種類及び量、培地成分）で燃料ガスを発生させた時に、回収密閉容器３０内の水面がどれだけ押し下げられるかを予め求めておき、内部側接続口４３を燃料ガス発生時も水面よりも下方に位置するようにしておけば、内部側接続口４３に燃料ガスが押し出されないので、燃料ガスは回収密閉容器３０の内部に溜まる。
【００３０】
回収密閉容器３０内に燃料ガスがある程度溜まったところで、ピンチコック等の押圧手段１９で連結管４０を押し潰して閉塞し、回収密閉容器３０を培養密閉容器１０から遮断する（図４（ｅ））。連結管４０を閉塞したまま、連結管４０をフィルタ装置２１の通路２７から外すと、回収密閉容器３０は大気から遮断された状態が維持される。
【００３１】
図４（ｆ）の符号６０は注入装置である注射器を示している。
この注射器６０は、図１（ｄ）の符号５０に示した注射器と同じ構成を有しており、注射器６０の凸部６３を連結管４０の接続管４１とは反対側の端部に挿入してから、押圧手段１９を外し、連結管４０を介して注射器６０の内部空間と回収密閉容器３０の内部空間とを気密に接続する。その状態で、注射器６０のピストン６２を引っ張ると、回収密閉容器３０に溜まった燃料ガスがシリンダ６１内に吸い込まれる。
【００３２】
このとき、外部側接続口４４は恒温槽５の水に浸漬されているから、燃料ガスがシリンダ６１に吸い込まれる時に、回収密閉容器３０に水が吸い込まれても、外部の空気は吸い込まれず、シリンダ６１に混入する空気の量が少なくてすむ。
【００３３】
次に、注射器６０に採取したガスが燃料ガスか否かを確認する工程について説明する。
図５の符号７は燃料電池を示している。燃料電池７は、電池容器７０と、負極７１と、正極７２と、電解質７３とを有しており、負極７１と正極７２と電解質７３はそれぞれ電池容器７０の内部に配置されている。
【００３４】
電池容器７０の内部空間は、負極７１と正極７２の両方に接する空間と、負極７１だけに接する空間と、正極７２だけに接する空間の３つに分割され、電解質７３は負極７１と正極７２の両方に接する空間で、負極７１と正極７２の両方に接触している。
【００３５】
負極７１だけに接する空間（燃料ガス充満空間）８１は負極７１の一面と、電池容器７０の壁面とで構成されている。燃料ガス充満空間８１を構成する電池容器７０の壁面には供給口７６が設けられており、供給口７６には不図示の弁が設けられ、バネ等の復元力によって弁は閉じられ、燃料ガス充満空間８１は密閉されている。
【００３６】
注射器６０の凸部６３を供給口７６に挿入すると、押圧によってバネが縮んで弁が開き、ピストン６２を押すと、燃料ガスが燃料ガス充満空間８１に供給される。燃料ガスを供給後、注射器６０を供給口７６から取り外すと、バネ等の復元力で弁が閉じられ、燃料ガス充満空間８１が密閉される。
【００３７】
燃料ガスが水素の場合、燃料ガス充満空間８１に供給された水素は、負極７１と接触すると分解されて、電子と水素イオン（Ｈ+）が発生する。電子は負極７１から導線８６、８７を通って正極７２へ移動し、水素イオンは電解質７３を通って正極７２へ移動する。
【００３８】
ここでは、電池容器７０に空気穴７７が設けられ、正極には空気穴７７から供給される空気が接触する。正極７２に移動した水素イオンと電子とが、空気中の酸素と反応して水が生成される。尚、生成された水は、電池容器７０の壁面に設けられた排水口７８から外部に排出される。
【００３９】
このように、燃料ガスが供給されると負極７１に電子が供給され、正極７２で電子が消費されるから、負極７１と正極７２の間に電圧が生じる。
負極７１と正極７２は導線８６、８７を介して電子装置に接続されている。電子装置は駆動装置と表示部とを有している。
【００４０】
図６は駆動装置９２が整流器を有し、表示部９１がＬＥＤランプを有する電子装置９０を示しており、図７は駆動装置がモーター（不図示）を有し、表示部９６がプロペラを有する電子装置９５を示しており、燃料ガスの供給によって負極７１と正極７２の間に電圧が生じると、図６の電子装置９０ではＬＥＤランプは発光し、図７の電子装置９５ではプロペラは回転し、いずれの場合も燃料電池７が動作したことが視覚的に表示される。燃料ガス以外のガス（例えば空気）を注入すると燃料電池７は動作せず、発光も回転も起こらないので、燃料電池７に注入されたガスが燃料ガスか否かが視覚的に分かる。
【００４１】
尚、表示部９１、９６はランプやプロペラを有するものに限定されず、例えばスピーカーを有し、燃料ガスによって正極と負極の間に電圧が発生すると、該スピーカーが音を発するものを用いることもできる。
【００４２】
尚、燃料ガスがメタンガスの場合には、燃料ガス充満空間８１に水を供給する水供給系を接続しておき、メタンガスと一緒に水を供給すると、水とメタンガスとが負極７１で分解され、水素イオンと、電子と、二酸化炭素が生成される。水素ガスの場合と同様に、水素イオンは電解質７３を通って正極７２へ移動し、電子は導線８６、８７を通って負極７１から正極７２へ移動し、正極７２で水素イオンと酸素と電子が結合して水が生成される。また、電池容器７０に燃料ガス充満空間８１から二酸化炭素を排出する排出口を設けておけば、生成された二酸化炭素は燃料ガス充満空間８１から排出される。
燃料電池の仕様の一例について説明すると、出力電圧は０．４Ｖ〜１Ｖであり、出力電流が１ｍＡの時の水素消費量は７ｍｌ／分（最大）である。
【００４３】
負極７１と正極７２には、燃料ガスの分解や、水の生成の触媒作用を持つ触媒を含有させることが望ましく、触媒としては、白金、Ｒｕと、Ｔａ化合物等の無機触媒、ポリフィン等の有機触媒を用いることができる。これらの触媒は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４４】
電解質７３は、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）水溶液のような電解液、又は電解質樹脂からなる樹脂膜（電解膜）を用いることができる。電解質７３には、活性炭酸塩や、ＺｒＯ2等のセラミックを用いることもできるが、上述した電解液や電解膜を用いる燃料電池の方が発電に要する温度が低温で済むのでより好ましい。
【００４５】
燃料ガス発生菌としては、本発明では光合成又は代謝により水素を放出する水素生成菌と、代謝によりメタンを生成するメタン生成菌を用いることができる。
これらの菌のうち、病原性が低く（病原性レベル１であり、かつ、日和見菌でないこと）、入手が可能で、使用の制限が無い菌株が望ましく、より望ましくは乾燥状態で提供され、研究によって生態が良く知られているものが望ましい。
【００４６】
そのような菌種について具体例を挙げると、水素ガス発生菌のうち、光合成により水素ガスを発生する光合成細菌としては、Oscillatoria sp. Miami BG7、Anabaena cylindrica等のラン藻類、Rhodopseudomonas capsulata、Rhodospirillum rubrum、Rhodobacter Sphaeroides等の紅色光合成細菌がある。これらのうち、Rhodobacter Sphaeroidesは水素発生速度が特に高く、好ましい。
【００４７】
燃料ガス発生菌として、光合成細菌を用いる場合には、少なくとも燃料ガス発生菌の繁殖を行う間は、培養密閉容器１０内の光合成細菌に光を照射する必要がある。具体的には、培養密閉容器１０としては透明のものを用い、太陽光や、光源からの光を、培養密閉容器１０の外部から照射すればよい。
【００４８】
また、水素ガス発生菌としては、上記光合成細菌以外にも、代謝により水素ガスを発生する菌として、Clostridium butyricum、Clostridium beijerinckii AM21B、Citrobacter intermedius、Enterobacter aerogenes st.E.82005等を用いることができるが、これらの菌は病原レベル２又は日和見菌であるので安全上の理由で好ましくない。
【００４９】
メタン生成菌としてはMethanobacterium formicicum等を用いることが可能であり、入手可能な具体例としては、ＡＴＣＣ（American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA.）の番号３３２７４、ＪＣＭ（Japan collection of Microorganisms)の番号１０１３２であり、これらは理研バイオリソースセンターから入手可能である。
以上述べた水素ガス発生菌とメタン生成菌は、大きさが０．８μｍを超えているので、孔径０．１μｍ以上０．８μｍ以下のフィルタ２４、２５を通過しない。
【００５０】
燃料発生微生物は燃料ガスを発生するものであれば細菌に限定されず、上述したようにラン藻のような原核生物の他、カビ（真菌）、原生動物、藻類、酵母等を含む。
例えば、藻類としては、クロレラ、クラミドモナス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ）、Ｐｌａｔｙｍｏｎａｓ  ｓｕｂｃｏｒｄｉｆｏｒｍｉｓ等の緑藻を用いることができる。これらの緑藻類は光照射によって燃料ガスである水素を生成可能である。
【００５１】
学習キットの保存性の観点からは、燃料発生微生物としては真空凍結乾燥等によって乾燥させたものや、胞子体を用いることが望ましい。
尚、乾燥培地と燃料ガス発生菌とを収容する際には、予め、容器１１と、蓋１２はガス滅菌や加熱滅菌等の滅菌処理をした後、滅菌雰囲気中で、滅菌処理済みの乾燥培地と、燃料ガス発生菌とを容器１１に収容してから、フィルタ装置２０、２１を取り付けた状態の蓋１２で密閉すれば、培養密閉容器１０の内部には、汚染菌が混入しない。
【００５２】
また、販売時には乾燥培地と菌体とを、培養密閉容器１０とは別な容器に密閉して販売し、使用者が使用の際に乾燥培地と菌体とを培養密閉容器１０に収容することもできる。
【００５３】
以上は、内部側接続口４３と外部側接続口４４を排出管４５の一端と他端で構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、回収密閉容器３０の下部に貫通孔を設けておき、貫通孔の回収密閉容器３０の内側の端部の開口で内部側接続口を、回収密閉容器３０の外側の端部の開口で外部側接続口を構成してもよい。
【００５４】
フィルタ装置２０、２１の構成や、フィルタ２４、２５の取り付け場所も特に限定されるものではなく、注入口１６と排気口１７に出入りする流体が必ずフィルタ２４、２５を通過するのであれば、フィルタ２４、２５を注入口１６と排気口１７の内部にそれぞれ設けてもよいし、回収密閉容器３０の内側で注入口１６と排気口１７を覆うように取り付けてもよい。
【００５５】
本発明に用いるフィルタ２４、２５は特に限定されないが、一例を述べると、セルロース混合エステル、セルロースアセテート、ポリテトラフルオロエチレン、親水性ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂製フィルタであり、例えばＡＤＶＡＮＴＥＣ社製の商品名ＤＩＳＭＩＣ等を用いることができる。
【００５６】
本発明に用いる注入装置は注射器５０、６０に限定されず、押圧によって容積が変わる容器と、該容器に設けられた注入口と、該注入口に接続された管とを有するスポイト等も用いることができる。
乾燥培地の種類も特に限定されず、寒天やゼラチン等の保水成分や、グルコース、ケプトン、酵母エキス等の栄養成分や、ｐＨ緩衝剤等の添加剤を、菌の種類に応じて配合した培地を、乾燥したものを用いることができる。
【００５７】
乾燥培地は水を注入した時に膨潤又は溶解するものであれば、粉状のものに限定されず、一体化したものであってもよい。この場合、燃料ガス発生菌は乾燥培地と混合せず、乾燥培地の上に配置してもよい。
尚、実験使用後は、菌含有繁殖培地１３を培養密閉容器１０に入れたままで煮沸消毒してから、廃棄処分することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（ａ）：培養装置を説明するための断面図、（ｂ）：回収装置を説明するための断面図、（ｃ）：連結管を説明するための側面図、（ｄ）：注射器を説明するための側面図
【図２】（ａ）、（ｂ）：学習キットを組み立てる工程を説明する断面図
【図３】（ｃ）、（ｄ）：学習キットを使用する工程の前半を説明する断面図
【図４】（ｅ）、（ｆ）：学習キットを使用する工程の後半を説明する断面図
【図５】燃料電池を説明するための断面図
【図６】発光装置を説明するための平面図
【図７】プロペラ装置を説明するための平面図
【符号の説明】
【００５９】
１……培養装置    ２……学習キット    ３……回収装置    ７……燃料電池    １０……培養密閉容器    １６……注入口    １７……排気口    ２０、２１……フィルタ装置    ２４、２５……フィルタ    ３０……回収密閉容器    ３６……回収口    ４３……内部側接続口    ４４……外部側接続口    ７１……負極    ７２……正極    ７３……電解質    ７６……供給口
【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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