(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的に光合成微生物懸濁液を撹拌できる光合成微生物培養装置を提供する。【解決手段】液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と空気の浮揚力を利用した循環器を備えた光合成微生物培養装置に構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成微生物を液体培養するための装置であって、
該装置が、
（ア）光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｂ
（イ）上部密閉容器内ｂの上部隔壁の下方気相部ｇ内であって、光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸びる流出管ｄ
（ウ）気相部ｇ内に気体を圧入するための送気管ｆ
よりなる光合成微生物懸濁液循環器ｐ、
気相部ｇ内に気体を圧入するための気体圧入機ｅ
及び
光合成微生物懸濁液を満たし、光照射下光合成微生物を増殖せしめるための浅い水路状に構成された光合成微生物培養槽ｃ、を備え、
流出管ｄを光合成微生物培養槽ｃの上流部に、流入口ａに接続した管を該光合成微生物培養槽ｃの下流部に、それぞれ開口させると共に、光合成微生物培養槽ｃの流入口ａ又は流入口ａに接続する管、流出管ｄの少なくとも１つに、下流部から上部密閉容器ｂを経て上流部にいたる流れのみを許す一方向弁ｖを、配備したことを特徴とする光合成微生物培養装置。
【請求項２】
光合成微生物を液体培養するための装置であって、
該装置が、
（エ）光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｂ
（オ）上部密閉容器内ｂの上部隔壁の下方気相部ｇ内であって、光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸びる流出管ｄ
（カ）気相部ｇ内に気体を圧入するための送気管ｆ
よりなる光合成微生物懸濁液循環器ｐ、
気相部ｇ内に気体を圧入するための気体圧入機ｅ
気相部ｇ内の気体の排気機構ｙ
及び
光合成微生物懸濁液を満たし、光照射下光合成微生物を増殖せしめるための浅い水路状に構成された光合成微生物培養槽ｃ、を備え、
流出管ｄを光合成微生物培養槽ｃの上流部に、流入口ａに接続した管を該光合成微生物培養槽ｃの下流部に、それぞれ開口させ、光合成微生物培養槽ｃの流入口ａ又は流入口ａに接続する管、流出管ｄの少なくとも１つに、下流部から上部密閉容器ｂを経て上流部にいたる流れのみを許す一方向弁ｖを、配備すると共に、上部密閉容器ｂが光合成微生物懸濁液のほぼ全量を収納できる容量を有することを特徴とする光合成微生物培養装置。
【請求項３】
流出管ｄの下端開口部がほぼ水平であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光合成微生物培養装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の光合成微生物培養装置を運転する方法において、昼間には、光合成微生物培養槽ｃにて、光照射条件下、光合成微生物を増殖せしめ、夜間には、光合成微生物懸濁液を上部密閉容器ｂ内に収納することを特徴とする光合成微生物培養装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、クロレラ、光合成細菌等光合成微生物の培養装置に関するものである。
【０００２】
〔従来の技術〕
光合成微生物の培養においては、光合成微生物が槽底に沈降蓄積し、腐敗するのを防ぐため、撹拌が行なわれる。
本発明者は、光合成微生物懸濁液の撹拌に関して、空気を用いて間欠的に撹拌する機能を有する培養装置を、平成８年１２月２９日に特願平８−２８２１４６（微細藻類培養装置）として提案した。（以後特願平８−２８２１４６装置と略す）これは、主として、上下方向の波動により光合成微生物を懸濁状態に保つものであった。しかし、より効果的な撹拌を行なう上で、横方向の流れ、すなわち循環速度もより大きいことが望ましい。
また、特願平８−２８２１４６装置は、夜間光合成微生物懸濁液を密閉容器に収納して、嫌気状態を形成することによりワムシ等捕食微生物の発生を防止する機能を有しているが、不完全な部分が残されていた。
【０００３】
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、大きな波動の形成と共に、より効率的に光合成微生物懸濁液を循環でき、より安定した光合成微生物の培養を行なえる装置を提供するものである。
【０００４】
〔問題を解決するための手段〕
すなわち、本発明は、
第１に、光合成微生物を液体培養するための装置であって、
該装置が、
（ア）光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｂ
（イ）上部密閉容器内ｂの上部隔壁の下方気相部ｇ内であって、光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸びる流出管ｄ
（ウ）気相部ｇ内に気体を圧入するための送気管ｆ
よりなる光合成微生物懸濁液循環器ｐ、
気相部ｇ内に気体を圧入するための気体圧入機ｅ
及び
光合成微生物懸濁液を満たし、光照射下光合成微生物を増殖せしめるための光合成微生物培養槽ｃ、を備え、
流出管ｄを該光合成微生物培養槽ｃの上流部に、流入口ａに接続した管を該光合成微生物培養槽ｃの下流部に、それぞれ開口させると共に、光合成微生物培養装置の流入口ａ又は流入口ａに接続する管、流出管ｄの少なくとも１つに、下流部から上部密閉容器ｂを経て上流部にいたる流れのみを許す一方向弁ｖを、配備したことを特徴とする光合成微生物培養装置であり、
第２に、光合成微生物を液体培養するための装置であって、
該装置が、
（キ）光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａを備え、かつその内部上方に気体を収納するための気相部ｇを有する上部密閉容器ｂ
（ク）上部密閉容器内ｂの上部隔壁の下方気相部ｇ内であって、光合成微生物懸濁液ｍの流入口ａより上方の位置に開口し、上部隔壁を貫通しほぼ鉛直上方に伸びる流出管ｄ
（ケ）気相部ｇ内に気体を圧入するための送気管ｆ
よりなる光合成微生物懸濁液循環器ｐ、
気相部ｇ内に気体を圧入するための気体圧入機ｅ
気相部ｇ内の気体の排気機構ｙ、及び
光合成微生物懸濁液を満たし、光照射下光合成微生物を増殖せしめるための浅い水路状に構成された光合成微生物培養槽ｃ、を備え、
流出管ｄを光合成微生物培養槽ｃの上流部に、流入口ａに接続した管を該光合成微生物培養槽ｃの下流部に、それぞれ開口させ、光合成微生物培養装置ｃの流入口ａ又は流入口ａに接続する管、流出管ｄの少なくとも１つに、下流部から上部密閉容器ｂを経て上流部にいたる流れのみを許す一方向弁ｖを、配備すると共に、
上部密閉容器ｂが光合成微生物懸濁液のほぼ全量を収納できる容量を有することを特徴とする光合成微生物培養装置であり、
第３に、第２に示した光合成微生物培養装置の運転方法である。
【０００５】
〔実施例と作用〕
次に、図面により本発明を詳しく説明する。図１乃至図３は、本発明の装置の一実施態様を示す図面であり、図１は平面図、図２はＡ−Ａ縦断面図、図３はＢ−Ｂ縦断面図である。装置は、上流部１と下流部２が隣接する光合成微生物培養槽ｃ、上部密閉容器ｂ、流出管ｄ、流入口ａと流入管４、流入管４に設けられた逆止弁ｖ、上部密閉容器ｂ内の気相部ｇに空気を圧入するための送気管ｆにより光合成微生物懸濁液循環器ｐを構成してある。気体圧入機ｅは送気管ｆに接続されている。流出管ｄの上端は上流部１の底部に開口し、下端５は上部密閉容器ｂ内に開口している。流入管４は下流部２底部に開口し、流入口ａに連絡している。流入口ａは、流出管ｄの下端５より下方の位置に設けられている。
次に、運転の状況を説明する。光合成微生物培養槽ｃ内に光合成微生物懸濁液を注入し、空気圧入機ｅを作動させると、送気管ｆを介して、気相部ｇに空気が連続的に圧入される。水面ｓは、次第に下降していき、流出管ｄ下端５の位置に達する。この後、液体の固体に対する付着力と表面張力の作用により、水面ｓは更に下降する。やがて、液体の固体に対する付着力と表面張力の作用が限界に達すると、気相部ｇの空気は、流出管ｄ下端５周囲から一気に流出管ｄ内に流入し、空気層を形成する。この空気層は、流出管ｄ内空気層上方の光合成微生物懸濁液ｍの大部分を押し上げ、流出管ｄ内空気層下方の光合成微生物懸濁液ｍを引き上げながら、流出管ｄ内を上昇し、上流部１内及びその上方大気中に噴出する。同時に、水面ｓは上昇する。空気層下方の光合成微生物懸濁液ｍの一部も上流部１内に流出する。同時に、上流部１内に流出した光合成微生物懸濁液ｍ及び空気に相当する光合成微生物懸濁液ｍが流入管４を介して流入口ａより上部密閉容器ｂ内に流入してくる。その後すぐに水面ｓは、再び下降を始める。この時、逆止弁ｖは閉じ、水面ｓの下降に相当する光合成微生物懸濁液ｍが流出管ｄを介して上流部１へ送られる。以後一定の周期で噴出が繰り返され、光合成微生物懸濁液ｍは、上流部１から下流部２へと流動する。光合成微生物は、光合成微生物懸濁液ｍが上流部１から下流部２へと流動する間に、光の照射を受け、増殖する。
光合成微生物懸濁液ｍの循環量は、流量調節弁ｔで調節する。
本発明の装置では、上部密閉容器ｂ、流出管ｄ及びもぐり水深（光合成微生物培養槽ｃ液面から流出管ｄ下端５までの距離）が決まれば、１回噴出あたりの光合成微生物懸濁液循環量は決まるので、単位時間あたりの噴出回数を数えることで簡単に循環量を計測できる。したがって、特に流量計等の計器が必要なく、通気量の調節より光合成微生物懸濁液ｍの循環量の制御を極めて容易に行なえる。特願平８−２８２１４６装置のように逆止弁ｖを設けない場合、噴出後、光合成微生物懸濁液ｍの一部が流出管ｄ内及び流入管４を逆流する。このため循環量は減少する。
上述の逆止弁ｖを設けた場合と設けない場合をの循環量を比較すると、下記のようになる。
（１）逆止弁ｖを設けた場合
循環水量＝（流出管ｄ内上端から下端５までの液で、空気層により押し上げられた液量）＋（ブロワーｅの通気量にほぼ等しい液量）
（２）逆止弁ｖを設けない場合
循環水量＝（流出管ｄ内上端から下端５までの液で、空気層により押し上げられた液量）−（流出管ｄ、流入管４を逆流する液量）
上記から明らかなように、逆止弁ｖを設けた場合のほうが逆止弁ｖを設けない場合よりも効率的である。
図４は本発明の装置のまた別の一実施態様を示す図面であり、図２に対応する縦断面図である。本実施例では、流出管ｄに逆止弁ｖを設けた点が図１乃至図３に示した装置と異なる。本実施例の場合、噴出直後の流出管ｄ内の逆流はないが、液面ｓ下降時の流入管４内の逆流はある。
図５は本発明の装置のまた別の一実施態様を示す図面であり、図２に対応する縦断面図である。本実施例では、流出管ｄに逆止弁ｖ１を、流入管４に逆止弁ｖ２を設けた点が図１乃至図３に示した装置と異なる。本実施例の場合、図１乃至図３に示した装置とほぼ同等の循環が得られる。本実施例の場合どちらかが故障しても機能に大きな支障が生じない利点がある。
本発明の装置においても、特願平８−２８２１４６装置におけると同様に、連続的に通気した空気を、液体の固体に対する付着力と表面張力の作用により、気相部ｇに溜め込み一気に放出することで、大きな上下方向の波動が得られる。上部密閉容器ｂ内の気液接触面積の流出管ｄの断面積に対する比及びもぐり水深（光合成微生物培養槽ｃ液面から流出管ｄ下端５までの距離）が決まれば、１回の噴出により生じる波動は、通気量に関係なくほぼ一定となる。上部密閉容器ｂ内の気液接触面積の流出管ｄの断面積に対する比及びもぐり水深が大きいほどが激しい噴出が得られる。上部密閉容器ｂ内の気液接触面積及び流出管ｄの断面積を大きくすれば、大量の循環が行なえる。
このように、本発明の装置は、特願平８−２８２１４６装置と同等の波動形成能力を有すると共に、特願平８−２８２１４６装置を上回る循環能力を有するものである。
第６図は本発明の装置のまた別の一実施態様を示す図面であり、図２に対応する縦断面図である。本実施例では、上部密閉容器ｂが光合成微生物懸濁液ｍのほぼ全量を収納できる容量を有するものである点、及び気相部ｇ内の気体の排気機構ｙとして排気管６、開閉弁７を備える点が図１乃至図３に示した装置と異なる。
昼間には、開閉弁７を閉じ気体圧入機ｅを作動させ、上部密閉容器ｂ内に空気等気体を圧入し、光合成微生物懸濁液ｍを光合成微生物培養槽ｃに送り出す。その後、図１乃至図３に示した実施例と同様にして、噴出とそれに伴う波動・循環による撹拌が行なわれ、光合成微生物は、液中に浮遊しながら光照射を受け、増殖する。夜間には、気体圧入機ｅを停止し、開閉弁７を開け、光合成微生物懸濁液ｍを上部密閉容器ｂ内に収納する。上部密閉容器ｂ内の液は、呼吸作用により、次第に溶存酸素が消費され、嫌気状態となる。これによって、ワムシ等光合成微生物捕食微生物の発生が抑制される。また、光合成微生物懸濁液ｍは、外気と遮断され、保温される。特願平８−２８２１４６装置と同様の効果がある。
特願平８−２８２１４６装置においては、上部密閉容器ｂ内に液を収納した時、流入管４の下流部２における開口部及び流出管ｄの上流部１における開口部での外気との接触があるので、これら近傍でのワムシ増殖は、抑えられない。自動運転あるいは手動運転にしろ、上記運転を毎日行なえぱ、光合成微生物全滅というワムシ等の被害は発生しない。しかし、手動運転の場合、上記運転を行なえない場合がある、例えば、外出で２日から１週間ほど光合成微生物懸濁液ｍを上部密閉容器ｂ内に収納しないで運転すると、光合成微生物全滅というワムシ等の被害が発生する場合がある。本発明の装置においては、逆止弁ｖを設置してあるので、密閉度が高く、外気からの酸素の溶解および拡散が制限され、上述のワムシ等の被害の危険が低減化されるという利点もある。図５のように、流出管ｄにも設置すると良い。
このようにして、本発明の運転方法によれば、ワムシ等光合成微生物捕食微生物の発生が抑制され、光合成微生物が全滅することもなく、安定して連続培養できる。また、保温効果により、増殖速度も高まる。
図１乃至図３に示した装置においては、ワムシ等光合成微生物捕食微生物の発生を抑制することはできない。したがって、クロレラ等を連続培養するには、薬剤の投入、あるいは、無菌的な環境が必要とされる。また、回分培養による培養であれば、図１乃至図３に示した装置を利用できる。
【０００６】
〔実施例〕
本発明の実施例を説明する。実験は、図１乃至図３に示した装置により行なった。上部密閉容器ｂは、２００Ａ塩ビパイプを長さ１６ｃｍに切断し、上下に３ｍｍ厚塩ビ板を溶接した。流入管１には，逆止弁ｖを装着した。上部密閉容器ｂ上部隔壁２に２０Ａ塩ビ管ソケットを鉛直に挿入溶接し、これに２０Ａ塩ビ管を挿入し、流出管ｄとした。光合成微生物培養槽ｃは発泡スチロール製、幅３５ｃｍ、長さ３００ｃｍ、中央に仕切りを設置し、透明フィルムを接着し、防水処理した。光合成微生物培養槽ｃは底部が地上５４ｃｍとなるよう架台上に設置した。光合成微生物培養槽ｃ内に清水とクロレラを主とする藻類液を投入し、液深およそ５ｃｍとした。流出管ｄは、光合成微生物培養槽ｃ上流部底面に開口させ、下端は上部密閉容器ｂ内上部隔壁下方４ｃｍの位置に開口させた。この装置で循環速度を測定し循環量を算定した。次に逆止弁を取り外し測定した。結果を表１に示した。
表１より、逆止弁ｖをつけた場合、光合成微生物懸濁液循環量は、通気量のおよそ１．９倍であった。逆止弁ｖをつけない場合、光合成微生物懸濁液循環量は、通気量のおよそ０．８倍であった。また、１回の噴出による、波動は、ほぼ同程度であった。
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【０００７】
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の装置の光合成微生物懸濁液循環器は、液体の固体に対する付着力及び表面張力による作用と空気の浮揚力を利用したものである。このような光合成微生物懸濁液循環器を備えた本発明の光合成微生物培養装置の利点をまとめれば下記のとおりである。
第１に、請求項１に係る発明では、
特願平８−２８２１４６装置と同等の波動形成能力及び特願平８−２８２１４６装置を上回る循環能力を有するものである。これにより、動力費の節約ができる。
第２に、請求項１及び請求項２に係る発明では、
特願平８−２８２１４６装置と同等の波動形成能力及び特願平８−２８２１４６装置を上回る循環能力を有すると共に、特願平８−２８２１４６装置と同等以上のワムシ等光合成微生物捕食微生物発生抑制機能を有するものである。これにより、動力費の節約と、光合成微生物のより安定した連続培養が可能となる。
【０００８】
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の装置の一実施態様を示す平面図である。
図２は図１におけるＡ−Ａ縦断面図である。
図３は図１におけるＢ−Ｂ縦断面図である。
図４は本発明の装置の別の一実施態様を示す、図３に対応する縦断面図である。図５は本発明の装置のまた別の一実施態様を示す、図３に対応する縦断面図である。
図６は本発明の装置のまた別の一実施態様を示す、図３に対応する縦断面図である。
【符号の説明】
ａは流入口，ｂは上部密閉容器，ｃは光合成微生物培養槽，ｄは流出管，ｅはブロワー，ｆは通気管、ｇは気相部、ｍは光合成微生物懸濁液，ｐは光合成微生物懸濁液循環器、ｓは液面，ｔは流量調節弁、ｖは逆止弁、ｖ１は逆止弁，ｖ２は逆止弁、１は上流部、２は下流部、３は仕切り、４は流入管、５は流出管下端、６は排気管、７は開閉弁である。
矢印は、光合成微生物懸濁液及び空気の流れ方向を示す。
【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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