(57)【要約】藻類培養システムは、培養容器内の、重力に垂直な第１の軸に沿って配置された複数のパネルであって、パネルの各対の間に培養容積が生成され、培養容積は、それらの間の、第１の軸に沿った水平流を可能にするように流体的に結合される、複数のパネルと、第１の流体を容器内に第１の動作流速で分散供給するための、少なくとも１つの第１のスパージャと、第２の流体を容器内に第２の動作流速で分散供給するための、少なくとも１つの第２のスパージャと、第１の動作流速および第２の動作流速を制御するための少なくとも１つの制御器と、を含むことができる。第１の動作流速は、培養容器内の藻類の乱流混合を可能にするように適合させることができ、第２の動作流速は、培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させることができる。【選択図】図１Ａ
2020508064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類培養システムであって、
培養容器内の、重力に垂直な第１の軸に沿って配置された、複数のパネルであって、パネルの各々の対の間に培養容積が生成され、前記培養容積は、それらの間で、前記第１の軸に沿った水平流を可能にするように流体的に結合される、複数のパネルと、
第１の流体を前記容器内に第１の動作流速で分散供給するための少なくとも１つの第１のスパージャと、
第２の流体を前記容器内に第２の動作流速で分散供給するための少なくとも１つの第２のスパージャと、
前記第１の動作流速および前記第２の動作流速を制御するための少なくとも１つの制御器であって、前記少なくとも１つの制御器はさらに、少なくとも２つの培養容積の間の流体流を制御する、少なくとも１つの制御器と、
を備え、
前記第１の動作流速は、前記培養容器内の前記藻類の乱流混合を可能にするように適合させられ、前記第２の動作流速は、前記培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させられる、
藻類培養システム。
【請求項２】
前記容器内の少なくとも１つのパラメータを計測するための少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記制御器は、前記第１の流速および前記第２の流速を、前記少なくとも１つのセンサから受け取る計測値に基づいて制御するようにさらに構成される、請求項１に記載の藻類培養システム。
【請求項３】
温度センサと、
前記温度センサから受け取る温度計測値に基づいて前記培養容器内の流体の温度を管理するように構成された温度モジュールと、
をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の藻類培養システム。
【請求項４】
前記パネルは透明である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項５】
前記計測されるパラメータは、前記容器内の藻類密度、温度、ＰＨ、照明強度および圧力から成る群から選択される、請求項２に記載の藻類培養システム。
【請求項６】
藻類培養システムであって、
培養容器内の、重力に垂直な第１の軸に沿って配置された、複数のパネルであって、パネルの各々の対の間に培養容積が生成され、前記培養容積は、それらの間で、前記第１の軸に沿った水平流を可能にするように流体的に結合される、複数のパネルと、
第１の流体を前記容器内に分散供給するための少なくとも１つの第１のスパージャと、
隣接する培養容積を照明するための、各々のパネルに対して少なくとも１つの照明ユニットと、
前記第１の流体の流速を制御するため、および、少なくとも２つのパネルの間の流体流を制御するための、少なくとも１つの制御器と、
を備え、
前記第１の流体の前記流速は、前記培養容器内の前記藻類の乱流混合を可能にするように適合させられ、前記制御器は、前記少なくとも１つの照明ユニットを制御するように構成される、
藻類培養システム。
【請求項７】
少なくとも１つのパネルに対して少なくとも２つの照明ユニットを備え、少なくとも１つの照明ユニットは、別の照明ユニットとは異なる強度で照明するように制御される、請求項６に記載の藻類培養システム。
【請求項８】
容器内の少なくとも１つのパラメータを計測するための少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記制御器は、前記第１の流体の前記流速、および少なくとも２つのパネルの間の前記流体流を、少なくとも１つのセンサから受け取る計測値に基づいて制御するようにさらに構成される、請求項６または７に記載の藻類培養システム。
【請求項９】
温度センサと、
前記培養容器内の流体の温度を、前記温度センサからの入力に基づいて、管理するように構成された温度モジュールと、
をさらに備える、請求項６〜８のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項１０】
少なくとも１つのパネルに対して少なくとも２つの照明ユニットを備え、少なくとも１つの照明ユニットは、別の照明ユニットとは異なる波長で照明するように制御される、請求項６〜９のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項１１】
第２の流体を前記容器内に、第２の動作流速で分散供給するように、少なくとも１つの制御器により、前記少なくとも１つの計測されるパラメータに基づいて制御される少なくとも１つの第２のスパージャを備え、前記第２の動作流速は、前記培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させられる、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項１２】
各々のパネルは、隣接する培養容積内の少なくとも１つのパラメータを計測するための、少なくとも１つのセンサを備える、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の藻類培養システム。
【請求項１３】
培養容器内で藻類を成長させる方法であって、
少なくとも１つの第１のスパージャを、第１の流体を前記容器内に第１の動作流速で分散供給するように、制御するステップと、
少なくとも１つの第２のスパージャを、第２の流体を前記容器内に第２の動作流速で分散供給するように、制御するステップと、
前記培養容器内の、重力に垂直な軸に沿って配置されたパネルの対の間に生成される少なくとも２つの培養容積の間の流体流を制御するステップと、
を含み、
前記第１の動作流速は、前記培養容器内の藻類の混合を可能にするように適合させられ、前記第２の動作流速は、前記培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させられる、
方法。
【請求項１４】
前記容器内の温度を、少なくとも１つのセンサで計測するステップを含み、少なくとも２つの培養容積の間の前記流体流は、前記計測された温度に基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記培養容器内の流体の前記温度を管理するための温度モジュールを制御するステップを含む、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各々の培養容積を少なくとも１つの照明ユニットで照明するステップを含む、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に藻類の成長に関する。より具体的には、本発明は藻類の成長を高めるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオリアクタ（例えば、気泡塔を有する）による人工条件下での藻類の培養が、例えば、バイオマスを生産するために、ますます一般的になっている。最適条件および加速する成長のために、藻類（または微細藻類）には、ＣＯ２富化気泡および照明（人工照明、または太陽光からの）が供給される。藻類バイオマスの約５０％は、光合成によってＣＯ２を固定することによって得られる炭素であり、この場合、二酸化炭素を液相の培養物中に溶解させる必要がある。向光性藻類培養システムにおいて、成長のための主要な入力（またはマクロ栄養素）は、光、ＣＯ２、栄養素（例えば、窒素、リンなど）、および、これらの資源を個々の藻類培養細胞に分散供給するための乱流混合を伴う水である。
【０００３】
上記に加えてさらに、バイオリアクタ内で高い藻類濃度を達成するために、混合が必要である。効率的な混合は、相互の遮光（隣接する細胞によってもたらされる）の程度を減らして光阻害を最小限にすることによって細胞の露光を増すことができる。効率的な混合は、細胞を、光子入力を得るように照射される表面の近くに移動させ、次に、光子で飽和された細胞に、この光エネルギーを光合成のために吸収する機会を与えるようにそれから離し、その後で細胞は再び光に晒される。超高細胞濃度は、強力な光源の使用を必要とするので、不適切な混合は、幾つかの細胞において光子の高線量に対する過度な露出を生じ、他の細胞においては光阻害による深刻な損傷をもたらす可能性がある。ガススパージング（主として、ＣＯ２が富化された空気または窒素）が、必要な混合を生成するために、光バイオリアクタ（ＰＢＲ：ｐｈｏｔｏ−ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）内で一般的に使用される。泡の上昇運動は、流れ方向に接する混合を生成する。
【０００４】
微細藻類は、効率的な光取り込みおよび使用、並びに高い表面積対容積比を有するフラットパネル型光バイオリアクタなどの多くのタイプのシステム内で、写真的手段によって成長させることができる。藻類成長のための光源はおよそ４００〜７００ｎｍの波長範囲内の任意のタイプの可視光とすることができる。発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）は、特定の波長、例えば、可視光（例えば、青色および／または赤色）波長範囲内の、光を供給する能力を有する。
【０００５】
大部分の種類の微細藻類に関して、バイオマスの成長速度および組成は培養物の温度に直接に影響される。例えば、戸外のフラットパネル型システム内では、夜（即ち、暗さによる）と日中（即ち、日光からの熱による）との間の温度に著しい変動があり、これらの温度変動は、藻類成長システムの小さい容積および高い露光によって激化される。
【０００６】
幾つかの平坦薄膜型光バイオリアクタシステムは、パネル（またはバイオリアクタ）毎に限定された容積を有するモジュール式独立型ユニットから成る。そのようなパネルは、それらの間に水平な流れを有さず、流れは垂直で、泡が、タンクの外部に至るある端部まで上昇することを可能にする。従って、大規模な設備は、多くのそのような生産ユニットから成る。これは、著しく大量のサンプルおよび制御（例えば、ｐＨ、温度、栄養物レベル、収穫ポート、など）点のために、相当な資本金、操作および維持の課題を呈する。さらに、多くの異なる別々のユニットを有する大規模な設備において、各々のパネル（またはバイオリアクタ）内の化学的および環境的条件、並びに結果として生じる各々のパネル内の生物学的プロセスにおける避けられない僅かな差異が存在する。従って、これらのパネルの各々は、別々に管理する必要があり、パネル毎に変化する生産速度を有する可能性がある。
【０００７】
さらに、幾つかの薄膜型藻類培養システムは、他の非薄膜型藻類培養システムより遥かに小さい熱質量を有し、それ故に、培養基の温度は、人工または自然光源のいずれかに対する露出により高レベルに達する可能性がある。これらの高温度は、最適な成長速度および組成に対して逆効果となる可能性があり、および／または、藻類培養に対して致命的にもなり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の幾つかの態様は、藻類培養システムに向けることができる。このシステムは、培養容器内の、重力に垂直な第１の軸に沿って配置された、複数のパネルであって、パネルの各対の間に培養容積が生成され、培養容積は、それらの間に第１の軸に沿った水平流を可能にするように流体的に結合される、複数のパネルと、第１の流体を容器内に第１の動作流速で分散供給するための少なくとも１つの第１のスパージャと、第２の流体を容器内に第２の動作流速で分散供給するための少なくとも１つの第２のスパージャと、第１の動作流速および第２の動作流速を制御するための少なくとも１つの制御器と、を含むことができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの制御器は、さらに、少なくとも２つの培養容積の間の流体流を制御することができる。幾つかの実施形態において、第１の動作流速は、培養容器内の藻類の乱流混合を可能にするように適合させることができ、第２の動作流速は培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させることができる。幾つかの実施形態において、パネルは透明にすることができる。
【０００９】
幾つかの実施形態において、システムは、容器内の少なくとも１つのパラメータを計測するための少なくとも１つのセンサをさらに含むことができ、制御器は、第１の動作流速および第２の動作流速を、少なくとも１つのセンサから受け取る計測値に基づいて、制御するようにさらに構成することができる。幾つかの実施形態において、計測されるパラメータは、容器内の藻類密度、温度、ＰＨ、照明強度および圧力から成る群から選択される。
【００１０】
幾つかの実施形態において、システムは、温度センサ、および、培養容器内の流体の温度を温度センサから受け取る温度計測値に基づいて管理するように構成することができる温度モジュールをさらに含むことができる。
【００１１】
本発明の幾つかの他の態様は、藻類培養システムに向けることができる。このシステムは、培養容器内の、重力に垂直な第１の軸に沿って配置された、複数のパネルを含むことができ、培養容積をパネルの各対の間に生成することができ、培養容積は、第１の軸に沿った水平流を可能にするように、それらの間を流体的に結合することができる。システムはさらに、第１の流体を容器内に分散供給するための少なくとも１つの第１のスパージャと、各々のパネルに対して、隣接する培養容積を照明するための、少なくとも１つの照明ユニットと、第１の流体の流速を制御するため、および、少なくとも２つのパネルの間の流体流を制御するための少なくとも１つの制御器と、をさらに含むことができる。幾つかの実施形態において、第１の流体の流速は、培養容器内の藻類の乱流混合を可能にするように適合させることができ、制御器は少なくとも１つの照明ユニットを制御するように構成することができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、システムは、さらに、少なくとも１つのパネルに対して少なくとも２つの照明ユニットを、少なくとも１つの照明ユニットが別の照明ユニットとは異なる強度で照明するように制御されるように、含むことができる。幾つかの実施形態において、システムは、さらに、容器内の少なくとも１つのパラメータを計測するための少なくとも１つのセンサを含むことができ、制御器は、第１の流体の流速、および少なくとも２つのパネルの間の流体流を、少なくとも１つのセンサから受け取る計測値に基づいて、制御するようにさらに構成することができる。
【００１３】
幾つかの実施形態において、システムは、温度センサ、および、培養容器内の流体の温度を温度センサからの入力に基づいて管理するように構成された温度モジュールをさらに含むことができる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、システムは、さらに、少なくとも１つのパネルに対して少なくとも２つの照明ユニットを、少なくとも１つの照明ユニットが別の照明ユニットとは異なる波長で照明するように制御されるように、含むことができる。幾つかの実施形態において、システムは、第２の流体を容器内に、少なくとも１つの計測されたパラメータに基づく第２の動作流速で、分散供給するように、少なくとも１つの制御器によって制御される少なくとも１つの第２のスパージャをさらに含むことができ、第２の動作流速は培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させることができる。
【００１５】
幾つかの実施形態において、各々のパネルは、隣接する培養容積内の少なくとも１つのパラメータを計測するための、少なくとも１つのセンサを備える。
【００１６】
本発明の幾つかの付加的な態様は、培養容器内で藻類を成長させる方法に向けることができる。この方法は、少なくとも１つの第１のスパージャを、第１の流体を容器内に第１の動作流速で分散供給するように、制御するステップと、少なくとも１つの第２のスパージャを、第２の流体を容器内に第２の動作流速で分散供給するように、制御するステップと、培養容器内の、重力に垂直な軸に沿って配置されたパネルの対の間に生成される少なくとも２つの培養容積の間の流体流を制御するステップと、を含むことができる。幾つかの実施形態において、第１の動作流速は、培養容器内の藻類の混合を可能にするように適合させることができ、第２の動作流速は、培養容器内の液体中の物質の同化を可能にするように適合させることができる。
【００１７】
幾つかの実施形態は、少なくとも２つの培養容積の間の流体流が計測される温度に基づくように、容器内の温度を少なくとも１つのセンサで計測するステップを含むことができる。幾つかの実施形態は、培養容器内の流体の温度を管理するように温度モジュールを制御するステップを含むことができる。幾つかの実施形態は、各々の培養容積を少なくとも１つの照明ユニットによって照明するステップを含むことができる。
【００１８】
本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において具体的に指摘され、明確に特許請求される。しかし、本発明は、構成および動作の方法の両方、並びにそれらの目的、特徴および利点に関して、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読むときに最も良く理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施形態による、藻類培養システムのブロック図を模式的に示す。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施形態による、藻類培養システム内に含まれる温度モジュールを模式的に示す。
【図２】本発明の幾つかの実施形態による、培養容器内で藻類を成長される方法の流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図解の簡単さおよび明確のために、図に示される要素は必ずしも一定の尺度で描かれてはいないことを認識されたい。例えば、幾つかの要素の寸法は、明確のために他の要素に比べて誇張されている可能性がある。さらに、適切と考えられる場合、参照数字は、対応するかまたは類似の要素を示すために、図面の間で繰り返されることがある。
【００２１】
以下の詳細な説明において、本発明の実施形態の完全な理解を与えるために多くの特定の細部が示される。しかし、当業者であれば、本発明はこれらの特定の細部を用いずに実施できることを理解するであろう。他の場合には、周知の方法、手順、および構成要素は、本発明を不明瞭にしないために、詳しくは説明されていない。
【００２２】
ここで図１Ａを参照すると、これは本発明の幾つかの実施形態による藻類培養システム１００のブロック図を模式的に示す。図１Ａ中の矢印の方向は、情報流の方向を示すことができることに留意されたい。培養システム１００は、水で満たされた培養容器１０内の少なくとも２つのパネル１１０を含むことができる。例えば、パネル１１０は、重力に垂直な第１の軸（「Ｘ」で示される）に沿って、および第２の軸（「Ｙ」で示される）に沿って配置することができる。幾つかの実施形態において、培養容積１２０がパネル１１０の各対の間に生成されることができ、それにより、培養容積１２０は、それらの間を、第１の軸（「Ｘ」で示される）に沿った水平流を可能にするように、流体的に結合することができる。例えば、各々のパネル１１０は、隣接する培養容積１２０の間で培養物（例えば、藻類培養物）を含む流体の流れを可能にする通路を含むことができる。
【００２３】
複数の連結されたパネル１１０および／または培養容積１２０内の藻類培養物のそのような水平（再循環）流は、それにより、培養ユニット（例えば、２つのパネル１１０の間の培養容積１２０）を一緒に連結することによって、培養容器１０内に単一の大きい容積を生成することができることに留意されたい。そのような単一の大きい容積は、別々の培養ユニットの大規模な管理を防ぐことができ、容器１０内の生物学的生産性および条件の均一性を増すことを可能にする。幾つかの実施形態において、パネル１１０は、隣接する培養容積１２０を照明するように光通過を可能にするように、透明材料を含むことができる。
【００２４】
幾つかの実施形態によれば、培養システム１００は、第１の所定の流体（例えば、空気泡）を藻類培養容器１０（例えば、平坦な薄膜を有するバイオリアクタ）内に、その内部での混合を可能にするように第１の動作流速で分散供給するための、複数のノズルを有する少なくとも１つの第１のスパージャ１０１を含むことができる。培養システム１００はさらに、第２の所定の流体（例えば、ＣＯ２を有するガス泡および／または物質移動のための溶解したリンを含む）を容器１０内に第２の動作流速で分散供給するための、複数のノズルを有する少なくとも１つの第２のスパージャ１０２を含むことができる。
【００２５】
幾つかの実施形態において、培養システム１００は、第１の動作流速および第２の動作流速を制御するための少なくとも１つの制御器１０３を含むことができる。流速は、流体（例えば、ガス）を第１のスパージャおよび第２のスパージャに、相応する第１の圧力および第２の圧力で、供給することによって制御することができる。第１の供給ラインが第１の流体（例えば、空気）を第１の圧力で供給することができ、制御器１０３が、供給される第１の流体の圧力を変化させるように圧縮器を制御することができる。第２の供給ラインが第２の流体（例えば、ＣＯ２）を第２の圧力で供給することができ、制御器１０３が、供給される第２の流体の圧力を変化させるように圧縮器を制御することができる。付加的にまたは代替的に、第１および／または第２の供給ラインは、各々のスパージャに供給される流体の容量を変化させるように適合させられた制御可能バルブ（例えば、シャッタ、タップなど）を含むことができる。制御器１０３は、第１および／または第２の制御可能バルブを制御することによって、第１および／または第２の流体の容量を制御することができる。
【００２６】
幾つかの実施形態によれば、第１のスパージャ１０１および第２のスパージャ１０２の少なくとも１つのノズルは、以下でさらに説明されるように、少なくとも１つの制御器１０３からの要求に基づいて培養容器１０内に流体を分散供給することができる。幾つかの実施形態において、第１の動作流速は第２の動作流速に基づくことができる。幾つかの実施形態において、第１の動作流速および第２の動作流速のうちの少なくとも１つは予め決定される。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの制御器１０３はさらに、少なくとも２つの培養容積１２０の間の流体流を制御することができる。
【００２７】
幾つかの実施形態において、第１の動作流速は、培養容器１０内での藻類の乱流混合を可能にするように適合させることができる。幾つかの実施形態において、第２の動作流速は、培養容器１０内の液体中の物質移動および／または物質の同化を可能にするように適合させることができる。幾つかの実施形態において、第１の動作流速は第２の動作流速よりも大きい。幾つかの実施形態において、第１のスパージャ１０１の少なくとも１つのノズルの第１の動作流速（例えば、１００ミリメートル／分）は、第２のスパージャ１０２の少なくとも１つのノズルの第２の動作流速（例えば、５ミリメートル／分）とは異なり得る。
【００２８】
幾つかの実施形態において、第２の所定の流体は３０％超のＣＯ２濃度を有するガス泡を含むことができる。幾つかの実施形態によれば、第１の所定の流体および第２の所定の流体のうちの少なくとも１つの源は、培養システム１００の外部に在ることができ、例えば、地熱発電所が、第２の所定の流体の溶解炭素および／または硫黄の源を与えることができる。
【００２９】
幾つかの実施形態において、培養システム１００は、制御器１０３と通信状態にあって培養容器１０内の少なくとも１つのパラメータを検出するように構成された少なくとも１つのセンサ１０４および１０５（例えば、温度センサ１０４）をさらに含むことができる。例えば、少なくとも１つのセンサ１０５は、培養容器１０内の藻類密度、ｐＨレベル、温度、照明強度、および圧力条件のうちの少なくとも１つを検出することができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのセンサ１０４または１０５はさらに、培養容器１０の外部のパラメータ、例えば、容器内に挿入された（例えば、第２のスパージャ１０２によって）量から放出された量を差し引くことによって藻類細胞内に吸収された物質の量を決定するための、培養容器１０からのガス放出の計測質量流量、を検出することができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの第２のスパージャ１０２は、第２の流体を容器内に、少なくとも１つのセンサ１０４または１０５によって計測された少なくとも１つのパラメータに基づく第２の動作流速で、分散供給することができる。幾つかの実施形態において、１つより多くのセンサを培養容器１０内に配置することができる。例えば、図１Ｂに示されるように、温度センサ１０４を出口１３１に配置することができ、ｐＨセンサ１０５を容器１０内の別の場所に配置することができる。
【００３０】
次に図１Ｂを参照すると、これは、本発明のいくつかの実施形態による培養システムに含まれる温度モジュールの図解である。幾つかの実施形態において、培養システム１００は、培養容器１０内の流体の温度を、例えば、少なくとも１つの温度センサ１０４からの入力に基づいて、管理するように構成された少なくとも１つの温度モジュール１３８をさらに含むことができる。幾つかの実施形態において、循環システム１３０は、培養物を含む流体（例えば、藻類培養物を有する水）を、出口１３１（例えば、容器１０の上部に配置される）から入口１３９（例えば、容器１０の底部に配置される）の方へ循環させるための循環パイプ１３４を含むことができる。培養物を含む流体は、少なくとも１つの温度モジュール１３８を介して、ポンプ１３６を用いて循環させることができる。少なくとも１つの温度モジュール１３８は、培養物を含む流体へ／から熱を供給／抜き取ることができる任意のユニットとすることができる。例えば、少なくとも１つの温度モジュール１３８は、熱交換器、加熱要素、冷却水パイプ、冷却／加熱媒体を含むタンク、などのうちの少なくとも１つを含むことができる。幾つかの実施形態において、培養物を含む流体は、少なくとも１つの温度モジュール１３８を介して、ポンプ１３６およびパイプ１３４によって循環させることができる。付加的にまたは代替的に、容器１０の少なくとも一部分は、容器１０の壁から／へ直接熱を伝えるために、少なくとも１つの温度モジュール１３８（例えば、タンクまたは熱交換器）と直接接触させることができる。
【００３１】
流体が、容器１０内の循環流内で流れることを可能にすることによって、単一アクセス点（例えば、熱交換プロセスに関する）における大規模システムの熱管理により、単一監視点から監視する（例えば、流体のｐＨレベルを監視する）ことができる平均藻類培養組成を得ることが可能となり得る。幾つかの実施形態において、流体は、中央監視により、数個の流体的に結合された藻類培養容器１０の間で循環させることができる。幾つかの実施形態において、培養物を含む流体に対して、抜き取られる／供給される熱の量は、少なくとも１つの温度センサ１０４からの温度読み値に基づいて、制御することができる。幾つかの実施形態において、制御器１０３は、培養物を含む流体の流れ（例えば、制御ポンプ１３６により）、少なくとも１つの温度モジュール１３８に供給される冷却液体の温度／流れ、などのうちの少なくとも１つを制御することができる。
【００３２】
再び図１Ａを参照すると、幾つかの実施形態において、培養システム１００は、制御器１０３の動作のためのアルゴリズムを格納するように構成された少なくとも１つのデータベース１０６（またはメモリユニット）、例えば、各々のノズルおよび／または各々のスパージャの動作速度、並びに／或いは温度モジュール１３８の制御のためのデータベース、をさらに含むことができる。幾つかの実施形態において、培養システム１００は、制御器１０３に結合されて培養システム１００の電気的構成要素に電力を供給するように構成された電源１０７をさらに含むことができる。電源１０７は、第１および第２の流速を制御するために、第１および第２のスパージャの第１および第２のバルブに電力を供給することができ、培養物などを含む流体に対して抜き取られる／供給される熱量を制御するためにポンプ１３６に電力を供給することができる。
【００３３】
幾つかの実施形態において、少なくとも１つのセンサ１０５によって集められたデータは、制御器（またはプロセッサ）１０３により、ある属性が所定の閾値、例えば、容器１０内のｐＨレベルおよび／または温度および／またはＣＯ２濃度に関する閾値を超えるかどうかを検出するために、分析することができる。培養容器１０内の条件（例えば、ｐＨセンサ１０５によって検出される）が少なくとも１つの閾値を超える場合、制御器１０３は、第１のスパージャ１０１の第１のバルブおよび／または第２のスパージャ１０２の少なくとも第２のバルブを、異なる流速をもたらすように操作することができる。例えば、ｐＨレベルが所定の閾値を超えて、容器１０内の培養物（例えば、藻類）に十分な水中の溶解炭素が与えられていないことを示す場合、第２のスパージャ１０２を介して容器１０に供給されるＣＯ２の量をもたらすかまたは増すように、第２のバルブを開く／広げることができる。別の例において、容器１０内の種々の場所におけるｐＨレベルが所定の閾値内で変化し、ＣＯ２の不均衡な供給を示す場合、例えば、スパージャ１０１によって供給される空気の量を、容器１０内での循環を高めるために増すことができる。
【００３４】
さらに別の例において、センサ１０４が、出口１３１の近傍の温度が５０℃を超えることを検出できる（または低いｐＨレベルを検出する）場合、制御器は、温度モジュール１３８に、培養物を含む流体の温度モジュール１３８を介する循環をより速くして（例えば、ポンプ１３６を用いて）、温度モジュール１３８により冷たい冷却液体を供給することなどにより、容器内の温度を１０〜約３０℃に低下させることができる。幾つかの実施形態において、第２のスパージャ１０２の少なくとも１つのノズルは、センサ１０５または１０４から、ある属性が所定の閾値を超えるという信号を受け取るときにのみ動作することができ、一定速度では動作しない。幾つかの実施形態において、各々のパネル１１０は、隣接する培養容積内の少なくとも１つのパラメータを計測するために、少なくとも１つのセンサ１０５を含むことができる。
【００３５】
幾つかの実施形態において、藻類培養システム１００の中の各々のパネル１１０は、制御器１０３に結合されて培養容器１０内の隣接する培養容積１２０を照明する、少なくとも１つの照明ユニット１５０（例えば、ＬＥＤ）を含むことができる。幾つかの実施形態において、制御器１０３は、各々の照明ユニット１５０の照明強度および照明周期を別々に制御することができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの照明ユニット１５０は、別の照明ユニット１５０とは異なる強度で照明するように制御することができる。幾つかの実施形態によれば、全ての照明ユニット１５０は、照明強度を、手動で、または、所定のタイミングおよび／または培養容器１０内の検知された条件に従って、例えば、特定の暦上の月において予期される自然光の量に従って、変えるように制御することができる。幾つかの実施形態において、制御器１０３は、少なくとも１つの照明ユニット１５０の照明波長を、例えば、発せられる照明の波長を修正するように適合させられた専用の照明モジュールを用いて、制御するように構成することができる。
【００３６】
当業者によって認識され得るように、照明される藻類培養システムは、毎日、著しい温度変動を経験しないが、いくつかのバイオリアクタシステム内の高密度藻類培養物のために必要な光強度は、高い光露出、従って、培養パネルにも多量の熱暴露を必要とする可能性がある。藻類培養システム１００は、高強度照明（例えば、ＬＥＤを用いて）を可能にし、同時にさらに、最適なバイオマス製造および組成のための安定な目標温度をもたらすための熱交換システム（例えば、モジュール１３８）を通して流すことができる大容量の藻類培養物を均一に混合することによって、培養容器１０内（大規模生産容積として）の温度の制御を可能にする、ことに留意されたい。例えば、容器１０内の要求される温度を維持する温度モジュール１３８を有する藻類培養システム１００は、約２.８グラム／リットルの毎日のバイオマス収率、および／または約１９０ミリグラム／リットルの毎日のオメガ−３収率を達成することができ、それにより、本明細書で開示されるように、他のシステムに対して５倍の改良を有する。
【００３７】
幾つかの実施形態において、培養システム１００は、少なくとも１つのパネル１１０に対して少なくとも２つの照明ユニット１５０を含むことができ、ここで、少なくとも１つの照明ユニット１５０は、制御器１０３により、他の照明ユニット１５０とは異なる強度で照明するように、制御することができる。幾つかの実施形態において、培養システム１００は、少なくとも１つのパネル１１０に対して少なくとも２つの照明ユニット１５０を含むことができ、ここで、少なくとも１つの照明ユニット１５０は、制御器１０３により、他の照明ユニット１５０とは異なる波長で照明するように、制御することができる。
【００３８】
次に図２を参照すると、これは、本発明の幾つかの実施形態による、培養容器１０内で藻類を成長させる方法の流れ図である。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの第１のスパージャ１０１を、第１の流体を容器１０内に第１の動作流速で分散供給するように、制御する２０１ことができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの第２のスパージャ１０２を、第２の流体を容器１０内に第２の動作流速で分散供給するように、制御する２０２ことができる。例えば、制御器１０３は、第１の流体を第１の動作流速で供給するように、少なくとも第１のバルブおよび／または第１の圧縮器を制御し、並びに／或いは、第２の流体を第２の動作流速で供給するように、少なくとも第２のバルブおよび／または第２の圧縮器を制御することができる。
【００３９】
幾つかの実施形態において、培養容器１０内の流体の温度を管理するように、温度モジュール１３８を制御する２０３ことができる。例えば、温度モジュール１３８を介して培養物を含む流体を循環させるため、もしくは、温度または温度モジュール１３８（例えば、熱交換器）に供給される冷却液体の量を制御するために、ポンプ１３６を制御することによって。幾つかの実施形態において、重力に垂直な軸に沿って培養容器１０の内部に配置されたパネル１１０の対の間に生成される少なくとも２つの培養容積１２０の間の流体流を、例えば、ポンプ１３６によって、制御する２０４ことができる。
【００４０】
幾つかの実施形態において、培養物を含む流体の温度を、下部および上部閾値の間（例えば、２０〜５０℃）の最適レベルに維持することができる。容器１０に与えられる照明、容器１０の外部の温度などから望ましくない過剰な熱が、容器１０に持ち込まれる可能性がある。幾つかの実施形態において、容器内の温度を少なくとも１つの温度センサ１０４で計測することができ、ここで、少なくとも２つの培養容積１２０の間の流体流は計測された温度に基づくことができる。例えば、センサ１０４によって計測された温度が所定の閾値（例えば、５０℃）を超える場合、制御器１０３は、計測温度を約３０℃に下げるために、培養物を含む流体を、温度モジュール１３８を介して迅速に循環させるようにポンプ１３６を制御することができる。そのような温度低下が失敗する場合には、培養物は損傷する可能性がある。
【００４１】
幾つかの実施形態において、各々の培養容積１２０を少なくとも１つの照明ユニット１５０で照明することができる。幾つかの実施形態において、少なくとも１つのセンサ１０５により、容器１０内の少なくとも１つのパラメータを計測することができ、ここで、培養容器１０内の流体の温度は、計測される少なくとも１つのパラメータに基づいて管理することができる。
【００４２】
明示的に記述されない限り、本明細書で説明された方法の実施形態は、時間の特定の順序または時間的順序に制約されない。さらに、説明された方法要素の幾つかは、方法の一連の操作の間で、スキップすることができ、または、繰り返すことができる。
【００４３】
様々な実施形態が提示されてきた。これらの実施形態の各々は、勿論、提示された他の実施形態による特徴を含むことができ、具体的に説明されなかった実施形態は、本明細書で説明された様々な特徴を含むことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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