JPH0731466A - 環境制御方法及び装置 - Google Patents
環境制御方法及び装置Info
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- JPH0731466A JPH0731466A JP18864393A JP18864393A JPH0731466A JP H0731466 A JPH0731466 A JP H0731466A JP 18864393 A JP18864393 A JP 18864393A JP 18864393 A JP18864393 A JP 18864393A JP H0731466 A JPH0731466 A JP H0731466A
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- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/02—Photobioreactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 閉鎖空間内の発生炭酸ガスを経済的に回収
し、酸素を発生し、空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度
を一定濃度に制御することができる環境制御方法及び装
置を提供する。 【構成】 酸素発生型光合成生物を培養する光合成反応
槽６と、それに光を供給する光源２１及び被処理空気供
給系１、処理空気排出系２を有する環境制御装置におい
て、前記光を供給する光源に光エネルギーの量を変化さ
せる機構８を設けると共に、被処理空気供給系及び／又
は処理空気排出系に空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度
を測定する装置５、７を設け、該測定装置の測定値によ
り光エネルギー量を変化させる機構８を制御する制御装
置９を設けたものであり、酸素発生型光合成生物に供給
する光エネルギーの量を変化させ、炭酸ガスから酸素へ
の変換速度を調整することにより制御する。
し、酸素を発生し、空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度
を一定濃度に制御することができる環境制御方法及び装
置を提供する。 【構成】 酸素発生型光合成生物を培養する光合成反応
槽６と、それに光を供給する光源２１及び被処理空気供
給系１、処理空気排出系２を有する環境制御装置におい
て、前記光を供給する光源に光エネルギーの量を変化さ
せる機構８を設けると共に、被処理空気供給系及び／又
は処理空気排出系に空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度
を測定する装置５、７を設け、該測定装置の測定値によ
り光エネルギー量を変化させる機構８を制御する制御装
置９を設けたものであり、酸素発生型光合成生物に供給
する光エネルギーの量を変化させ、炭酸ガスから酸素へ
の変換速度を調整することにより制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大気環境を制御する方
法と装置に係り、特に閉鎖的な空間において空気中の炭
酸ガス濃度と酸素濃度を酸素発生型光合成生物によって
制御する技術に関する。
法と装置に係り、特に閉鎖的な空間において空気中の炭
酸ガス濃度と酸素濃度を酸素発生型光合成生物によって
制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙船、潜水艦、海洋開発などの閉鎖的
な空間や、地上やビル内の住居空間あるいは地下駐車場
などの準閉鎖的な空間においては、人間の呼気あるいは
燃焼排ガス中の炭酸ガスを除去し、呼吸あるいは燃焼に
使用された酸素を補給して空気中の炭酸ガス濃度及び酸
素濃度を一定濃度に保つ大気環境制御が必須である。ビ
ル内の住居空間あるいは地下駐車場などの準閉鎖的な空
間においては、通常外気との換気によってこれを達成し
てきた。一方宇宙船や潜水艦では、閉鎖空間内の発生炭
酸ガスを薬剤を用いて吸収、分離して船外に排出し、水
の電気分解あるいはあらかじめ持ち込んだ液体酸素によ
って酸素ガスを補給することで空間内の空気中の炭酸ガ
ス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御する方法が採用さ
れている。
な空間や、地上やビル内の住居空間あるいは地下駐車場
などの準閉鎖的な空間においては、人間の呼気あるいは
燃焼排ガス中の炭酸ガスを除去し、呼吸あるいは燃焼に
使用された酸素を補給して空気中の炭酸ガス濃度及び酸
素濃度を一定濃度に保つ大気環境制御が必須である。ビ
ル内の住居空間あるいは地下駐車場などの準閉鎖的な空
間においては、通常外気との換気によってこれを達成し
てきた。一方宇宙船や潜水艦では、閉鎖空間内の発生炭
酸ガスを薬剤を用いて吸収、分離して船外に排出し、水
の電気分解あるいはあらかじめ持ち込んだ液体酸素によ
って酸素ガスを補給することで空間内の空気中の炭酸ガ
ス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御する方法が採用さ
れている。
【０００３】しかし、近年の都市部では大気汚染がます
ます進行しているため換気を目的に導入する外気の清浄
化が必要となり、換気による大気環境制御コストが上昇
しつつある。また地下空間の利用においても、今後大深
度地下開発が進むのに従って、換気に必要なエネルギー
及びコストが増加すると予想される。さらに炭酸ガスは
地球規模の環境問題の中でも最も影響が大きい地球温暖
化の主たる原因物質であり、発生した炭酸ガスをそのま
ま大気中に放出する換気方式は見直しを迫られることが
必至と考えられている。
ます進行しているため換気を目的に導入する外気の清浄
化が必要となり、換気による大気環境制御コストが上昇
しつつある。また地下空間の利用においても、今後大深
度地下開発が進むのに従って、換気に必要なエネルギー
及びコストが増加すると予想される。さらに炭酸ガスは
地球規模の環境問題の中でも最も影響が大きい地球温暖
化の主たる原因物質であり、発生した炭酸ガスをそのま
ま大気中に放出する換気方式は見直しを迫られることが
必至と考えられている。
【０００４】一方宇宙船や潜水艦で採用されている炭酸
ガス除去・酸素供給方式では、炭酸ガス除去に伴い廃棄
物が発生することや多量のエネルギーを要する等の問題
がある。特に惑星探査のような長期有人飛行を行なう宇
宙船では、必要な薬剤や液体酸素の輸送コストが膨大な
額に達すると試算されている。また、化学的酸素供給方
法においては、逆に酸素過多による障害も懸念される。
これに対して、閉鎖空間内の発生炭酸ガスを経済的に回
収し、それを有効に利用して酸素を発生する方法として
は、光合成能力を持つ植物細胞又は微細藻類を利用する
方法が既に提唱されている（特願平１−１５５８５８
号）。
ガス除去・酸素供給方式では、炭酸ガス除去に伴い廃棄
物が発生することや多量のエネルギーを要する等の問題
がある。特に惑星探査のような長期有人飛行を行なう宇
宙船では、必要な薬剤や液体酸素の輸送コストが膨大な
額に達すると試算されている。また、化学的酸素供給方
法においては、逆に酸素過多による障害も懸念される。
これに対して、閉鎖空間内の発生炭酸ガスを経済的に回
収し、それを有効に利用して酸素を発生する方法として
は、光合成能力を持つ植物細胞又は微細藻類を利用する
方法が既に提唱されている（特願平１−１５５８５８
号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記酸素発
生型光合成生物を利用する方法の改良に関し、閉鎖的空
間内の発生炭酸ガスを経済的に回収し、酸素を発生し、
空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御す
ることができる環境の制御方法及び装置を提供すること
を課題とする。
生型光合成生物を利用する方法の改良に関し、閉鎖的空
間内の発生炭酸ガスを経済的に回収し、酸素を発生し、
空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御す
ることができる環境の制御方法及び装置を提供すること
を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素
濃度を酸素発生型光合成生物によって調整する環境の制
御方法において、前記炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃度
は、酸素発生型光合成生物に供給する光エネルギーの量
を変化させ、炭酸ガスから酸素への変換速度を調整する
ことにより制御することとしたものである。
に、本発明では、空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素
濃度を酸素発生型光合成生物によって調整する環境の制
御方法において、前記炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃度
は、酸素発生型光合成生物に供給する光エネルギーの量
を変化させ、炭酸ガスから酸素への変換速度を調整する
ことにより制御することとしたものである。
【０００７】前記制御方法において、酸素発生型光合成
生物に供給する光エネルギーの量の変化は、該酸素発生
型光合成生物の光合成活性が良好に維持される照射強度
範囲で照射強度を調節するか、又は、該酸素発生型光合
成生物の光合成活性が良好な強度に維持される照射強度
で照射時間を調節することにより、単位時間あたりの光
エネルギー供給量を変化させて行うのがよい。
生物に供給する光エネルギーの量の変化は、該酸素発生
型光合成生物の光合成活性が良好に維持される照射強度
範囲で照射強度を調節するか、又は、該酸素発生型光合
成生物の光合成活性が良好な強度に維持される照射強度
で照射時間を調節することにより、単位時間あたりの光
エネルギー供給量を変化させて行うのがよい。
【０００８】また、前記酸素発生型光合成生物に供給す
る光エネルギーの量の変化は、被処理空気中の炭酸ガス
濃度及び／又は酸素濃度と、処理空気中の炭酸ガス濃度
及び／又は酸素濃度から、前記酸素発生型光合成生物の
単位時間あたりの炭酸ガスから酸素への変換能力を検知
し、処理空気中又は処理対象空間の空気中の炭酸ガス濃
度及び酸素濃度が所定の値に維持されるように該光合成
生物に供給する光エネルギーの量を変化させて行うのが
よい。
る光エネルギーの量の変化は、被処理空気中の炭酸ガス
濃度及び／又は酸素濃度と、処理空気中の炭酸ガス濃度
及び／又は酸素濃度から、前記酸素発生型光合成生物の
単位時間あたりの炭酸ガスから酸素への変換能力を検知
し、処理空気中又は処理対象空間の空気中の炭酸ガス濃
度及び酸素濃度が所定の値に維持されるように該光合成
生物に供給する光エネルギーの量を変化させて行うのが
よい。
【０００９】また、本発明では、酸素発生型光合成生物
を培養する光合成反応槽と、それに光を供給する光源及
び被処理空気供給系、処理空気排出系を有する環境制御
装置において、前記光を供給する光源に光エネルギーの
量を変化させる機構を設けると共に、被処理空気供給系
及び／又は処理空気排出系に空気中の炭酸ガス濃度及び
酸素濃度を測定する装置を設け、該測定装置の測定値に
より光エネルギー量を変化させる機構を制御する制御装
置を設けることとしたものである。
を培養する光合成反応槽と、それに光を供給する光源及
び被処理空気供給系、処理空気排出系を有する環境制御
装置において、前記光を供給する光源に光エネルギーの
量を変化させる機構を設けると共に、被処理空気供給系
及び／又は処理空気排出系に空気中の炭酸ガス濃度及び
酸素濃度を測定する装置を設け、該測定装置の測定値に
より光エネルギー量を変化させる機構を制御する制御装
置を設けることとしたものである。
【００１０】前記装置において、光エネルギーの量を変
化させる機構としては、照射強度の調節及び／又は照射
時間の調節をすることができる機構がよい。また、光合
成反応槽は多段に設けることにより、被処理空気を連続
的に処理して空気中の炭酸ガス濃度と酸素濃度を精密に
制御することができる。上記したように、本発明は、炭
酸ガスから酸素への変換速度あるいは酸素から炭酸ガス
への変換速度の変化と酸素発生型光合成生物に供給する
光エネルギーの量の変化との間に顕著な関係があること
を見いだしなされたものである。
化させる機構としては、照射強度の調節及び／又は照射
時間の調節をすることができる機構がよい。また、光合
成反応槽は多段に設けることにより、被処理空気を連続
的に処理して空気中の炭酸ガス濃度と酸素濃度を精密に
制御することができる。上記したように、本発明は、炭
酸ガスから酸素への変換速度あるいは酸素から炭酸ガス
への変換速度の変化と酸素発生型光合成生物に供給する
光エネルギーの量の変化との間に顕著な関係があること
を見いだしなされたものである。
【００１１】以下、本発明の環境制御方法及び装置につ
いてさらに詳細に説明する。本発明の環境制御装置は酸
素発生型光合成生物を培養する光合成反応槽と、それに
光を供給する光源及び被処理空気供給系、処理空気排出
系、培地供給系、余剰藻体回収系及び計測制御系からな
る。本発明の光合成反応槽において培養する酸素発生型
光合成生物としては、中温から高温域で生育するもので
あればどのようなものでも利用でき、具体的な例として
は緑藻、藍藻、珪藻、ミドリムシ藻、炎色藻、真正眼点
藻、プリムネシオ藻、クリプト藻、紅藻等の微細藻類が
好ましいが、更に、酸素発生型光合成細菌や海藻類、一
般植物も適用することができる。
いてさらに詳細に説明する。本発明の環境制御装置は酸
素発生型光合成生物を培養する光合成反応槽と、それに
光を供給する光源及び被処理空気供給系、処理空気排出
系、培地供給系、余剰藻体回収系及び計測制御系からな
る。本発明の光合成反応槽において培養する酸素発生型
光合成生物としては、中温から高温域で生育するもので
あればどのようなものでも利用でき、具体的な例として
は緑藻、藍藻、珪藻、ミドリムシ藻、炎色藻、真正眼点
藻、プリムネシオ藻、クリプト藻、紅藻等の微細藻類が
好ましいが、更に、酸素発生型光合成細菌や海藻類、一
般植物も適用することができる。
【００１２】光合成反応に用いる光源としては酸素発生
型光合成生物が光合成を行なうものであればいずれでも
よく、具体的な例としては太陽光、白色光、蛍光等があ
る。また、光合成反応槽への光導入方法としては光透過
性の反応槽外壁を通して外部から照射する方式でも、光
源の光を集光し光ファイバーで伝送して光拡散体を通し
て培養液中に拡散する内部照射方式あるいは光源を培養
槽内に設置する内部照射方式のいずれでもよい。光エネ
ルギーの供給制御は光源のＯＮ−ＯＦＦによっても強弱
によってもよい。更に培養液等を循環式とし明所と暗所
を循環させ、その循環速度によって制御してもよく、そ
の他の方法でもよい。本発明の環境制御装置は閉鎖空間
内の空気中の炭酸ガス濃度の変動に応じて酸素発生量を
調節し、炭酸ガス及び酸素濃度を一定濃度に制御するこ
とができる。
型光合成生物が光合成を行なうものであればいずれでも
よく、具体的な例としては太陽光、白色光、蛍光等があ
る。また、光合成反応槽への光導入方法としては光透過
性の反応槽外壁を通して外部から照射する方式でも、光
源の光を集光し光ファイバーで伝送して光拡散体を通し
て培養液中に拡散する内部照射方式あるいは光源を培養
槽内に設置する内部照射方式のいずれでもよい。光エネ
ルギーの供給制御は光源のＯＮ−ＯＦＦによっても強弱
によってもよい。更に培養液等を循環式とし明所と暗所
を循環させ、その循環速度によって制御してもよく、そ
の他の方法でもよい。本発明の環境制御装置は閉鎖空間
内の空気中の炭酸ガス濃度の変動に応じて酸素発生量を
調節し、炭酸ガス及び酸素濃度を一定濃度に制御するこ
とができる。
【００１３】
【作用】植物や藻類などの酸素発生型光合成生物は、光
エネルギーを利用して式（１）に示すように、炭酸ガス
と水から炭水化物のような有機物と酸素を生産する。 ６ＣＯ2 ＋１２Ｈ2 Ｏ → ６Ｏ2 ＋Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋６Ｈ2 Ｏ （１） すなわち、これら光合成生物を利用すれば、一つの反応
槽で炭酸ガス（ＣＯ2）の除去と酸素（Ｏ2 ）の発生を
同時に達成することができる。特に、微細藻類は高い光
合成活性を持ち、単位体積あたりの生物量が高等植物に
比べて多いため、本反応を利用して炭酸ガスを経済的に
回収し、酸素を発生するシステムの構築に最も適するも
のである。また、酸素と同時に生産される有機物は、藻
体あるいは多糖や有機酸などの有用な有機物として回収
され、藻体は食糧や飼料、餌料あるいは肥料として、多
糖や有機酸などは工業原料として有効に利用することが
できる。また、上記式（１）より理解されるように、系
内へのＯ2 供給量はＣＯ2減少量に相当するので、Ｏ2
又はＣＯ2 濃度いずれかをモニタすることで光合成生物
の活性を把握できる。
エネルギーを利用して式（１）に示すように、炭酸ガス
と水から炭水化物のような有機物と酸素を生産する。 ６ＣＯ2 ＋１２Ｈ2 Ｏ → ６Ｏ2 ＋Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋６Ｈ2 Ｏ （１） すなわち、これら光合成生物を利用すれば、一つの反応
槽で炭酸ガス（ＣＯ2）の除去と酸素（Ｏ2 ）の発生を
同時に達成することができる。特に、微細藻類は高い光
合成活性を持ち、単位体積あたりの生物量が高等植物に
比べて多いため、本反応を利用して炭酸ガスを経済的に
回収し、酸素を発生するシステムの構築に最も適するも
のである。また、酸素と同時に生産される有機物は、藻
体あるいは多糖や有機酸などの有用な有機物として回収
され、藻体は食糧や飼料、餌料あるいは肥料として、多
糖や有機酸などは工業原料として有効に利用することが
できる。また、上記式（１）より理解されるように、系
内へのＯ2 供給量はＣＯ2減少量に相当するので、Ｏ2
又はＣＯ2 濃度いずれかをモニタすることで光合成生物
の活性を把握できる。
【００１４】光合成反応槽の光合成活性、すなわち炭酸
ガス吸収及び酸素発生速度は藻体濃度、細胞あたりの光
合成活性及び光エネルギー供給量によって決定される。
細胞あたりの光合成活性は全クロロフィル含有量、クロ
ロフィルａ／クロロフィルｂ又はｃ比等によって決定さ
れるが、この値は培養温度、ｐＨ条件、光照射条件等の
種々の培養条件の複合的作用によって決定されるので、
細胞あたりの光合成活性を操作因子として、光合成反応
槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生速度を制御することは実
際的ではない。
ガス吸収及び酸素発生速度は藻体濃度、細胞あたりの光
合成活性及び光エネルギー供給量によって決定される。
細胞あたりの光合成活性は全クロロフィル含有量、クロ
ロフィルａ／クロロフィルｂ又はｃ比等によって決定さ
れるが、この値は培養温度、ｐＨ条件、光照射条件等の
種々の培養条件の複合的作用によって決定されるので、
細胞あたりの光合成活性を操作因子として、光合成反応
槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生速度を制御することは実
際的ではない。
【００１５】また、藻体濃度を変動させることにより、
光合成反応槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生速度を制御す
る方式では、藻体濃度の調整に時間がかかる上、光合成
反応槽から引き抜いた藻体を光合成活性を維持しつつ貯
蔵する槽が必要になり、装置が複雑化する等の問題があ
る。従って、光合成反応槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生
速度を制御するには、反応槽に供給する光エネルギーの
量を調整する方法が最も優れている。したがって、本発
明では、Ｏ2 又はＣＯ2 ガス濃度を入力変数とし、光エ
ネルギー供給量を出力変数とする制御系により光合成生
物活性を制御する。
光合成反応槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生速度を制御す
る方式では、藻体濃度の調整に時間がかかる上、光合成
反応槽から引き抜いた藻体を光合成活性を維持しつつ貯
蔵する槽が必要になり、装置が複雑化する等の問題があ
る。従って、光合成反応槽の炭酸ガス吸収及び酸素発生
速度を制御するには、反応槽に供給する光エネルギーの
量を調整する方法が最も優れている。したがって、本発
明では、Ｏ2 又はＣＯ2 ガス濃度を入力変数とし、光エ
ネルギー供給量を出力変数とする制御系により光合成生
物活性を制御する。
【００１６】一般に光合成生物には、光合成を行なうの
に最適な光の照射強度範囲が存在する。照射強度が一定
値を越えると細胞は強光阻害を起こし、死滅することは
良く知られているが、光エネルギー供給量を低減させる
にあたり、照射強度を弱める方法では照射強度が一定値
に達しない場合には、細胞あたりの光合成活性が著しく
低下するのに対し、照射強度を当該藻類にとって適当な
強度を維持して照射時間を調節することによって、光エ
ネルギー供給量を低減させる場合には、細胞あたりの光
合成活性が高いまま維持される。
に最適な光の照射強度範囲が存在する。照射強度が一定
値を越えると細胞は強光阻害を起こし、死滅することは
良く知られているが、光エネルギー供給量を低減させる
にあたり、照射強度を弱める方法では照射強度が一定値
に達しない場合には、細胞あたりの光合成活性が著しく
低下するのに対し、照射強度を当該藻類にとって適当な
強度を維持して照射時間を調節することによって、光エ
ネルギー供給量を低減させる場合には、細胞あたりの光
合成活性が高いまま維持される。
【００１７】光照射条件による微細藻類（クロレラ）の
光合成活性を表１に示す。
光合成活性を表１に示す。
【表１】
【００１８】このように、照射時間の調節により光エネ
ルギー供給量を調製すると、光合成活性は高いまま維持
されるのである。さらに、本発明においては被処理空気
中の炭酸ガス濃度変動が急速かつ大幅な場合には光合成
反応槽を複数設置し、被処理空気をこれらの反応槽で多
段に処理することにより処理空気中の炭酸ガス及び酸素
濃度を精密に制御することが可能である。ここでは、微
細藻類によって説明したが、本発明は対象生物をこれに
限定しない。
ルギー供給量を調製すると、光合成活性は高いまま維持
されるのである。さらに、本発明においては被処理空気
中の炭酸ガス濃度変動が急速かつ大幅な場合には光合成
反応槽を複数設置し、被処理空気をこれらの反応槽で多
段に処理することにより処理空気中の炭酸ガス及び酸素
濃度を精密に制御することが可能である。ここでは、微
細藻類によって説明したが、本発明は対象生物をこれに
限定しない。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 図１は光合成反応槽を組み込んだ環境制御装置のフロー
シートである。図１において、処理対象の閉鎖系空間か
ら送られる被処理空気１は除菌フィルタ３で除菌及び微
細粒子除去処理後、光合成反応槽６に供給される。被処
理空気はガス循環系１５を通り光合成反応槽内へ繰り返
し導入されるため、培養液中への炭酸ガス溶解効率が著
しく高められる。光合成反応槽内の空気の一部は処理空
気２として除菌フィルタを通して処理対象の閉鎖系空間
１６へ送還される。この時制御装置により、気体中のＯ
2 濃度が例えば２１％となれば、フローメータバルブ４
は開となり、それ以下となれば閉となり、更にシステム
内でのガス循環を行う。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 図１は光合成反応槽を組み込んだ環境制御装置のフロー
シートである。図１において、処理対象の閉鎖系空間か
ら送られる被処理空気１は除菌フィルタ３で除菌及び微
細粒子除去処理後、光合成反応槽６に供給される。被処
理空気はガス循環系１５を通り光合成反応槽内へ繰り返
し導入されるため、培養液中への炭酸ガス溶解効率が著
しく高められる。光合成反応槽内の空気の一部は処理空
気２として除菌フィルタを通して処理対象の閉鎖系空間
１６へ送還される。この時制御装置により、気体中のＯ
2 濃度が例えば２１％となれば、フローメータバルブ４
は開となり、それ以下となれば閉となり、更にシステム
内でのガス循環を行う。
【００２０】被処理空気及び処理空気あるいは処理対象
の閉鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃
度は、ガス分析装置５及び７で分析し、分析値を計測制
御用コンピュータ９で取り込んで解析する。この解析に
基づき、光合成反応槽の光源点灯及び消灯時間、光源点
灯本数、被処理空気供給量、処理空気排出量、ガス循環
量を制御し、被処理空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸
素濃度が変動しても、被処理空気あるいは処理対象の閉
鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃度を
所定の範囲内に制御することができる。
の閉鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃
度は、ガス分析装置５及び７で分析し、分析値を計測制
御用コンピュータ９で取り込んで解析する。この解析に
基づき、光合成反応槽の光源点灯及び消灯時間、光源点
灯本数、被処理空気供給量、処理空気排出量、ガス循環
量を制御し、被処理空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸
素濃度が変動しても、被処理空気あるいは処理対象の閉
鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃度を
所定の範囲内に制御することができる。
【００２１】培養液の水温、ｐＨ、吸光度等はセンサー
８で常時計測し、分析値を計測制御用コンピュータで取
り込み、水温調節装置、ｐＨ調節装置等を制御すること
ができる。また、培養液の吸光度を一定になるように培
養液を余剰藻体１４として適宜引き抜き、同量の培地１
０を供給することで光合成反応槽内の微細藻類濃度を一
定に維持することができる。光合成反応槽６において、
光源は複数の蛍光燈２１を用い、それぞれ独立に点灯、
消灯が制御でき、光源からの光はガラス２２を通して微
細藻類培養液２３に供給され、蛍光燈から発生する熱は
排熱ファン２４によって槽外に排出され、槽底部の通風
孔２５から冷却用の空気が供給されるように構成されて
いる。
８で常時計測し、分析値を計測制御用コンピュータで取
り込み、水温調節装置、ｐＨ調節装置等を制御すること
ができる。また、培養液の吸光度を一定になるように培
養液を余剰藻体１４として適宜引き抜き、同量の培地１
０を供給することで光合成反応槽内の微細藻類濃度を一
定に維持することができる。光合成反応槽６において、
光源は複数の蛍光燈２１を用い、それぞれ独立に点灯、
消灯が制御でき、光源からの光はガラス２２を通して微
細藻類培養液２３に供給され、蛍光燈から発生する熱は
排熱ファン２４によって槽外に排出され、槽底部の通風
孔２５から冷却用の空気が供給されるように構成されて
いる。
【００２２】実施例２ 図２は図１に示した環境制御装置において、光合成反応
槽を複数設置し、被処理空気の多段処理を行なう場合の
装置の概要を、被処理空気の処理工程のみを抜粋して示
した説明図である。本装置では被処理空気中の炭酸ガス
濃度及び／又は酸素濃度が大きく変動しても複数の反応
槽で変動を吸収すればよいため、被処理空気あるいは処
理対象の閉鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は
酸素濃度をさらに精密に所定の範囲内に制御することが
できる。図２の各符号は図１と同じである。
槽を複数設置し、被処理空気の多段処理を行なう場合の
装置の概要を、被処理空気の処理工程のみを抜粋して示
した説明図である。本装置では被処理空気中の炭酸ガス
濃度及び／又は酸素濃度が大きく変動しても複数の反応
槽で変動を吸収すればよいため、被処理空気あるいは処
理対象の閉鎖系空間の空気中の炭酸ガス濃度及び／又は
酸素濃度をさらに精密に所定の範囲内に制御することが
できる。図２の各符号は図１と同じである。
【００２３】実施例３ 図１に示した構成を持つ環境制御実験装置（光合成反応
槽有効容積１０リットル）を用いて処理実験を行なっ
た。被処理空気は空気に炭酸ガスボンベから供給した炭
酸ガスを所定の炭酸ガス濃度になるようにマスフローメ
ーターを用いて混合したものを用いた。また光合成反応
を担う微細藻類としては緑藻の一種であるクロレラを用
いた。実験は被処理空気の炭酸ガス濃度を一定にした場
合（ＲＵＮＩ及びＲＵＮ２）と被処理空気の炭酸ガス濃
度に変動を与えた場合（ＲＵＮ３及びＲＵＮ４）の４条
件で行なった。
槽有効容積１０リットル）を用いて処理実験を行なっ
た。被処理空気は空気に炭酸ガスボンベから供給した炭
酸ガスを所定の炭酸ガス濃度になるようにマスフローメ
ーターを用いて混合したものを用いた。また光合成反応
を担う微細藻類としては緑藻の一種であるクロレラを用
いた。実験は被処理空気の炭酸ガス濃度を一定にした場
合（ＲＵＮＩ及びＲＵＮ２）と被処理空気の炭酸ガス濃
度に変動を与えた場合（ＲＵＮ３及びＲＵＮ４）の４条
件で行なった。
【００２４】いずれの実験条件においても、被処理空気
の炭酸ガス濃度を原ガス濃度測定系５で、また処理空気
の炭酸ガス濃度を排ガス濃度測定系７で測定し、測定デ
ータをコンピュータ９で取り込み、単位時間当たりの炭
酸ガス減少量に応じた蛍光燈２１の点灯本数を変化さ
せ、処理空気の炭酸ガス濃度が０．０５％以下になるよ
うに光合成速度を制御した。なお、培養液２３のｐＨは
一定に制御した。被処理空気の炭酸ガス濃度を一定にし
た実験の結果を表２に、また被処理空気の炭酸ガス濃度
に変動を与えた実験の結果を表３に示す。いずれの場合
も処理空気中の炭酸ガス濃度を低濃度に維持することが
できた。
の炭酸ガス濃度を原ガス濃度測定系５で、また処理空気
の炭酸ガス濃度を排ガス濃度測定系７で測定し、測定デ
ータをコンピュータ９で取り込み、単位時間当たりの炭
酸ガス減少量に応じた蛍光燈２１の点灯本数を変化さ
せ、処理空気の炭酸ガス濃度が０．０５％以下になるよ
うに光合成速度を制御した。なお、培養液２３のｐＨは
一定に制御した。被処理空気の炭酸ガス濃度を一定にし
た実験の結果を表２に、また被処理空気の炭酸ガス濃度
に変動を与えた実験の結果を表３に示す。いずれの場合
も処理空気中の炭酸ガス濃度を低濃度に維持することが
できた。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【発明の効果】本発明の方法によれば、閉鎖空間内の発
生炭酸ガスを経済的に回収し、酸素を発生し、空気中の
炭酸ガス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御することが
でき、閉鎖空間における環境制御に要するエネルギーコ
ストを簡易な操作で大幅に改善することができる。また
閉鎖空間の生命維持システムに適用すれば、光合成反応
槽から回収される余剰藻体は食糧や飼料あるいは餌料と
して、多糖や有機酸などのような光合成生産物は食品原
料として有効に利用することができるため、環境制御と
食糧生産を同時に達成することができ、生命維持システ
ムにおけるエネルギー消費を削減することができる。
生炭酸ガスを経済的に回収し、酸素を発生し、空気中の
炭酸ガス濃度及び酸素濃度を一定濃度に制御することが
でき、閉鎖空間における環境制御に要するエネルギーコ
ストを簡易な操作で大幅に改善することができる。また
閉鎖空間の生命維持システムに適用すれば、光合成反応
槽から回収される余剰藻体は食糧や飼料あるいは餌料と
して、多糖や有機酸などのような光合成生産物は食品原
料として有効に利用することができるため、環境制御と
食糧生産を同時に達成することができ、生命維持システ
ムにおけるエネルギー消費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の環境制御装置のフローシート。
【図２】本発明に用いる多段型光合成反応槽の概略構成
図。
図。
１：被処理空気、２：処理空気、３：除菌フィルタ、
４：フローメーターバルブ、５：原ガス濃度測定系、
６：光合成反応槽、７：排ガス濃度測定系、８：各種セ
ンサー、９：計測制御用コンピュータ、１０：培地、１
１：ポンプ、１２：冷却器、１３：除湿器、１４：余剰
藻体、１５：ガス循環系、１６：閉鎖空間、２１：蛍光
燈、２２：ガラス、２３：微細藻類培養液、２４：排熱
ファン、２５：通風孔
４：フローメーターバルブ、５：原ガス濃度測定系、
６：光合成反応槽、７：排ガス濃度測定系、８：各種セ
ンサー、９：計測制御用コンピュータ、１０：培地、１
１：ポンプ、１２：冷却器、１３：除湿器、１４：余剰
藻体、１５：ガス循環系、１６：閉鎖空間、２１：蛍光
燈、２２：ガラス、２３：微細藻類培養液、２４：排熱
ファン、２５：通風孔
Claims (6)
- 【請求項１】 空気中の炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃
度を酸素発生型光合成生物によって調整する大気環境の
制御方法において、前記炭酸ガス濃度及び／又は酸素濃
度は、酸素発生型光合成生物に供給する光エネルギーの
量を変化させ、炭酸ガスから酸素への変換速度を調整す
ることにより制御することを特徴とする環境制御方法。 - 【請求項２】 前記酸素発生型光合成生物に供給する光
エネルギーの量の変化は、該酸素発生型光合成生物の光
合成活性が良好に維持される照射強度範囲で照射強度を
調節するか、又は、該酸素発生型光合成生物の光合成活
性が良好な強度に維持される照射強度で照射時間を調節
することにより、単位時間あたりの光エネルギー供給量
を変化させて行うことを特徴とする請求項１記載の環境
制御方法。 - 【請求項３】 前記酸素発生型光合成生物に供給する光
エネルギーの量の変化は、被処理空気中の炭酸ガス濃度
及び／又は酸素濃度と、処理空気中の炭酸ガス濃度及び
／又は酸素濃度から、前記光合成生物の単位時間あたり
の炭酸ガスから酸素への変換能力を検知し、処理空気中
又は処理対象空間の空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度
が所定の値に維持されるように該光合成生物に供給する
光エネルギーの量を変化させて行うことを特徴とする請
求項１記載の環境制御方法。 - 【請求項４】 酸素発生型光合成生物を培養する光合成
反応槽と、それに光を供給する光源及び被処理空気供給
系、処理空気排出系を有する環境制御装置において、前
記光を供給する光源に光エネルギーの量を変化させる機
構を設けると共に、被処理空気供給系及び／又は処理空
気排出系に空気中の炭酸ガス濃度及び酸素濃度を測定す
る装置を設け、該測定装置の測定値により光エネルギー
量を変化させる機構を制御する制御装置を設けたことを
特徴とする環境制御装置。 - 【請求項５】 前記光エネルギーの量を変化させる機構
が、照射強度の調節及び／又は照射時間の調節機構であ
ることを特徴とする請求項４記載の環境制御装置。 - 【請求項６】 前記光合成反応槽は多段に設けることを
特徴とする請求項４記載の環境制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18864393A JPH0731466A (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 環境制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18864393A JPH0731466A (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 環境制御方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0731466A true JPH0731466A (ja) | 1995-02-03 |
Family
ID=16227308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18864393A Pending JPH0731466A (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 環境制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0731466A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017154093A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 東京電力ホールディングス株式会社 | 排気浄化システムおよび排気浄化方法 |
| CN111133094A (zh) * | 2017-08-08 | 2020-05-08 | 前光股份有限公司 | 用于将电和肥料转化为生物质的光合生物反应器 |
| EP3788133A4 (en) * | 2018-05-03 | 2022-01-19 | Vaxa Technologies Ltd. | DEVICE AND METHOD FOR STORING LIVE MICROALGAE |
| WO2024111528A1 (ja) * | 2022-11-24 | 2024-05-30 | 株式会社シェルタージャパン | 藻類増殖制御装置 |
-
1993
- 1993-07-02 JP JP18864393A patent/JPH0731466A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017154093A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 東京電力ホールディングス株式会社 | 排気浄化システムおよび排気浄化方法 |
| CN111133094A (zh) * | 2017-08-08 | 2020-05-08 | 前光股份有限公司 | 用于将电和肥料转化为生物质的光合生物反应器 |
| JP2020530312A (ja) * | 2017-08-08 | 2020-10-22 | フォアライト，インコーポレーテッド | 電気および肥料をバイオマスへ変換するための光合成バイオリアクタ |
| US12060547B2 (en) | 2017-08-08 | 2024-08-13 | Forelight, Inc. | Photosynthetic bioreactor for the conversion of electricity and fertilizer into biomass |
| EP3788133A4 (en) * | 2018-05-03 | 2022-01-19 | Vaxa Technologies Ltd. | DEVICE AND METHOD FOR STORING LIVE MICROALGAE |
| JP2022514721A (ja) * | 2018-05-03 | 2022-02-15 | バクサ テクノロジーズ リミテッド | 生存微細藻類を貯蔵するための装置および方法 |
| WO2024111528A1 (ja) * | 2022-11-24 | 2024-05-30 | 株式会社シェルタージャパン | 藻類増殖制御装置 |
| JP2024075823A (ja) * | 2022-11-24 | 2024-06-05 | 株式会社シェルタージャパン | 藻類増殖制御装置 |
| TWI885596B (zh) * | 2022-11-24 | 2025-06-01 | 日商庇護日本股份有限公司 | 藻類增殖控制裝置 |
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