JPH0995A - 回転式藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 藻類、特に緑藻類の培養に適する回転式藻類
培養装置に関する。 【構成】円筒又は円錐台状に形成された培養槽、培養槽
の外周にレンズ面を外側に向け、出光筒が培養槽内に入
るように配設された複数個の集光プラグ、培養槽の中心
に設置されたリザーバ、培養槽又はリザーバに養液を供
給する養液装入ラインとＣＯ₂ を供給するＣＯ₂ 吹き込
みライン、培養槽とリザーバとを結ぶ培養槽内養液の循
環ループ及びリザーバに設けられた生成物の抜取りライ
ンよりなる培養装置本体と該培養装置本体を前記培養槽
及びリザーバの中心線が回転軸となるように回転させる
回転駆動装置によって構成されてなることを特徴とする
回転式藻類培養装置。 【効果】 培養槽内における光エネルギの分布が均一と
なり、藻類の高密度な育成を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は藻類、特に緑藻類の培養
に適する回転式藻類培養装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年藻類の生産する有用物質の利用、大
気中の炭酸ガスの固定などの観点から藻類を大量かつ高
密度で培養する技術が種々検討されている。クロレラな
どの緑藻類のほか紅藻、藍藻のような微細藻と呼ばれる
藻類の培養に当たっては、自然光としての太陽光や電気
ランプなどの人工光が必要である。図１５は従来の藻類
培養装置の概略を示す説明図である。図１５（ｉ）にお
いて太陽光または電気ランプなどの人工光はフレネルレ
ンズなどの集光装置２１で集光され、光変換部２２でフ
ァイバ分光される。その後、光ファイバ２３で培養槽４
へ送られる。培養槽内には藻類を分散させた養液が循環
しており、藻類は養液中で受光して成育する。図１５
（ｉｉ）の例は集光装置に太陽光追尾装置２５を設けた
もので、集光面を太陽光に自動対面させて、集光エネル
ギの増大を図ったものである。装置の大型化に際しては
これらの装置を１ユニットとし、複数のユニットにより
装置を構成させる。

【０００３】前記従来の技術には次のような問題点があ
った。 （１）一定方向に整光するための集光システムが必要で
あり、集光効率が低いために、装置を保持するための構
造体などを含めると大型でコストの高い集光装置が必要
である。 （２）光ファイバからの放出光の制御はファイバの本数
と間隔のみで行われるので自由度が小さく、藻類の成長
に伴った適切な放出光の制御が困難である。 （３）円筒状の光ファイバから出光されるため、培養槽
内の光エネルギの分布が不均一である。 （４）培養槽の数、すなわち集光能力は、一旦設定する
と容易に増減することができない。 本発明者らは、このような光ファイバを用いた培養装置
における問題点を解決する手段として図１２〜図１４に
その例を示すような、簡単な構造で効率のよい集光、出
光が可能で、種々の光照射条件に適用可能な集光プラグ
及びそれを用いた効率のよい藻類培養装置を発明し、別
途出願した（特願平６−１５２２４９号）。

【０００４】図１２は集光プラグの側面図、図１３は培
養槽の構成図、第１４図はリザーバ付培養槽の斜視図で
ある。図１２の集光プラグにおいて、太陽光は凸レンズ
またはフレネルレンズよりなるレンズ１と円錐状反射壁
２を有する入光部で集光され、出光筒３から培養槽４内
へ出光される。図１３において、集光プラグ５は上下の
固定金具６、７で培養槽４の壁面に取り付けられてい
る。培養槽４には複数個の集光プラグが取り付けられて
１ユニットを構成し、ユニット数を増やすことによって
大型化に対処している。

【０００５】図１４のリザーバ付培養装置では１６個の
集光プラグ５が培養槽４の上面に取り付けられて１ユニ
ットを構成している。培養槽４内ではポンプ８を有する
循環ループ９を経て藻類を含んだ養液が循環している。
培養され成育した藻類は、養液からの分離手段を有する
リザーバ１０から生成物抜取りライン１１を経て取り出
される。図１４では培養槽４とリザーバ１０とが一体に
形成されているが、両者を分離し配管で連通させた形式
としてもよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の集光プラグ及び
それを用いた培養装置では、光ファイバを使用する従来
の技術に比較して次のような利点がある。 （１）集光と出光が一体化され、いわゆる集光装置（保
持構造体を含む）が不要となり、藻類培養装置のコスト
が低減できる。 （２）出光筒の形状を自由に選択することができ、藻類
の成育に最適な光量を藻類培養槽内の任意の個所に照射
することができる。 （３）立体的な出光が可能となり、槽内の光エネルギの
分布を最適化でき、高密度の照射が可能となる。 （４）集光効率は１００％に近くなり、入射光は全て培
養槽内へ出光される。 （５）集光プラグの培養槽への着脱が容易で、装置の維
持費が安くなる。また、密閉構造にも対応が可能であ
る。 （６）大径、小径レンズのプラグの組み合わせ、あるい
は多角形レンズの採用によって、光照射条件を改善する
ことができる。 （７）縦型とすることで多数配置が可能で、立体形状の
レンズと併用すれば光の取り込み量を増大させることが
できる。

【０００７】しかしながら前記集光プラグを使用する場
合でも、培養装置の形状、構成のよっては、なお次のよ
うな問題点があった。 （１）一方向からの受光によるため、培養槽内での光エ
ネルギの分布が不均一で、光合成による藻類の成長が必
ずしも一様ではない。 （２）培養槽内に養液が滞留して循環しない部分が生
じ、それによって藻類の成長が阻害される場合がある。 本発明は、前記集光プラグを使用した藻類培養装置を基
本とした応用技術に関するものであり、均一かつ効率の
よい光照射が可能で、しかも培養槽内で養液の部分滞留
が生じない培養装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）円筒又
は円錐台状に形成された培養槽、培養槽の外周にレンズ
面を外側に向け、出光筒が培養槽内に入るように配設さ
れた複数個の集光プラグ、培養槽の中心に設置されたリ
ザーバ、培養槽又はリザーバに養液を供給する養液装入
ラインとＣＯ₂ を供給するＣＯ₂ 吹込みライン、培養槽
とリザーバとを結ぶ培養槽内養液の循環ループ及びリザ
ーバに設けられた生成物の抜取りラインよりなる培養装
置本体と該培養装置本体を前記培養槽及びリザーバの中
心線が回転軸となるように回転させる回転駆動装置によ
って構成されてなることを特徴とする回転式藻類培養装
置、（２）循環ループを培養槽の半径方向外周寄りから
リザーバへ連通させ、また生成物の抜取りラインはリザ
ーバの半径方向外周寄りに設けた前記（１）の回転式藻
類培養装置、（３）リザーバ内あるいはリザーバと培養
槽との間に人工光源を設置した前記（１）又は（２）の
回転式藻類培養装置、（４）培養槽の壁面に翼を取り付
けた前記（１）ないし（３）の回転式藻類培養装置、で
ある。

【０００９】本発明の回転式培養装置において、駆動装
置により円筒状または円錐台状の培養槽を回転させる
と、培養槽外周に設置された集光プラグレンズの太陽光
に対する対面位置が逐次変化し、槽内光エネルギの分布
が均一となる。また、回転によって養液の滞留が防止さ
れて、藻類の均一な成長が促進される。さらに、回転速
度を調節することにより、藻類の槽内分布を制御するこ
とができ、培養、抽出に適した高濃度の培養液とするこ
とができる。

【００１０】

【作用】以下本発明の回転式藻類培養装置について、そ
の実施態様を示す図面に基づいて説明する。図１は本発
明に係る藻類培養装置本体の第１の実施態様を示す概略
側面図であり、図１（ｉ）はたて型に設置したもの、図
１（ｉｉ）は横型に設置したものである。 図１におい
て、円筒状培養槽４の外周には複数個の集光プラグ５が
取り付けられており、中心にはリザーバ１０が設置され
ている。養液装入ライン３０から装入される養液はポン
プ８を有する循環ループ９を経て、培養槽４とリザーバ
１０との間を循環する。成長した藻類はリザーバ１０内
の分離装置（図示せず）を経て生成物抜取りライン１１
から抜出される。ＣＯ₂ はＣＯ₂ 吹込みライン３１から
リザーバ１０内へ吹込まれる。また、この培養装置本体
を回転させる回転駆動装置としては、回転速度調節装置
付の電動機を使用し、直接または間接に培養装置本体を
回転させるような装置を使用する。

【００１１】これらの構成を１ユニットとし、大型化に
際しては逐次ユニット数を増加させていけばよい。図１
（ｉ）のようにたて型に設置した場合は設置スペースは
少なくて済むが、光路幅は図のＢのように狭くなるの
で、集光能力は比較的低い。このため必要により図１
（ｉｉ）に示すように横型に設置してもよい。この場合
の光路幅は、図のＣのように広く取れるので集光能力は
向上する。

【００１２】図２は本発明の回転式培養装置の第２の実
施態様を示すもので、培養槽を円錐台状に形成すること
により、集光能力の増大と設置スペースの減少を図った
ものである。円錐形（下が広い）の場合、図に示す太陽
光と集光部の傾斜角θが大きくなり、光路幅を図のＡの
ように広く取ることができ、集光プラグ５への透過光量
を増加させることができる。

【００１３】培養にあたっては、培養槽４内に必要濃度
の栄養分等及び緑藻類を添加して調製した養液を装入す
る。装入時には、図３（ｉ）に示すように緑藻類が均一
に分散されている。ここで培養槽本体に図３（ｉｉ）に
示すように回転力ωを与えると遠心力ｆが作用し、緑藻
類が光の流入部に近い培養槽の外周部近辺に高密度に集
中し、緑藻類の密度が低い部分（図３（ｉｉ）のａ部）
と高い部分（図３（ｉｉ）のｂ部）とが生じる。そのた
め、循環ループ９をｂ部に配置させることによりリザー
バ１０へは高濃度の緑藻分散液を効率よく投入すること
ができる。リザーバ１０内にも遠心力ｆが作用している
ので緑藻類の濃度差が生じ、生成物抜取ライン１１をリ
ザーバ１０の外周部付近に設けることにより高濃度の緑
藻類を抜き出すことができる。残りの養液はポンプ８に
より培養槽４へ循環させる。

【００１４】一方培養の手順として培養槽４から養液と
緑藻を抜き取るときは図３（ｉｉｉ）のように循環ルー
プ９のラインでリザーバ１０に移動させポンプ８で再び
培養槽４に投入する。もちろん、この処理の際には独立
して別に設置するリザーバを使用してその間で流出入さ
せてもよい。

【００１５】培養槽４には図４（ｉ）に示すように複数
個の集光プラグ５が、出光筒３が養液内を横切る形で配
置されている（図には１個のみを示す）。そのため、培
養槽が回転を開始した直後には回転方向と反対側（図４
の（ｉｉ））、回転停止直後は回転方向（図４の（ｉｉ
ｉ））の出光筒３の近傍部に図に示すような二次流れ渦
ｓが生じ養液が攪拌される。なお、図４の（ｉｉ）では
養液が静止しており、図４の（ｉｉｉ）では養液が培養
槽４とともに回転している慣性力が出光筒３の相対移動
と複合されてこのような渦を生じるのである。なお、図
４の（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は図４（ｉ）のＡ方向から
見た部分拡大図であり、この図において直線の矢印は回
転方向を示している。培養槽４の回転、停止の操作を頻
繁に繰り返せば、前記二次流れによる攪拌効果を高める
ことができる。

【００１６】図５に循環ループ９を簡略化した１例を示
す。この例では培養槽４の底部にリザーバ１０と連通す
る循環ループに代わる流路１３を設けている。この場
合、リザーバ１０内の水位をポンプ８により低下させて
やると、培養槽内の水圧及び水流によって養液ｂ₁ が吸
い込み空間１２より吸い込まれ、養液ｂ₂ としてリザー
バ１０の底部から上昇する。

【００１７】図６及び図７に示すように、培養槽４の壁
面に翼１９を取り付けることにより二次流れｓ₁ 、ｓ₂
を誘起させ、培養槽４内の攪拌をよくすることができ
る。図６のように縦方向（回転方向と直角）に翼１９を
配置するときは翼１９で区切られて共に回転する層ＩＩ
と翼１９の及ばない層Ｉの間の剪断力等が作用し、二次
流れｓ₁ を生ずる。また、図７のようにある角度で翼１
９を傾斜させて設けたときはｓ₁ 以外に翼に沿った二次
流れｓ₂ が加わり、より良好な攪拌効果が得られる。な
お、図６及び７において翼１９はその一部のみを記載し
たが翼の大きさ、形状、個数、取り付け位置等は使用条
件等に応じて任意に設定すればよい。特に、図５と図７
との組み合わせによれば、図５の吸込み空間１２→流路
１３→リザーバ１０の流れが強化され、図３（ｉｉ）の
ｂ部において高濃度藻体のため養液の粘度が上昇し移動
が困難になるような場合にも、生成物の回収を円滑に行
うことができる。

【００１８】培養装置本体を回転させる回転駆動方式は
特に限定されるものではなく、種々の形式のものを使用
することができる。例えば回転速度調節装置付の電動機
を培養装置本体に接続させて回転させることができる。
また、回転駆動方式として図１１（ｉ）に示すように駆
動力を持つローラ１７の上に載せて回転させる方式、あ
るいは図１１（ｉｉ）のように駆動力を持つターンテー
ブル１８の上に載せて回転させる方式をとれば、装置の
移動や取り替えが容易である。なお、回転方式や回転速
度も任意に設定することができる。例えば一定方向に回
転させ、特定の設定時間後に停止させる方式、その後続
けて逆方向に回転させる方式、特定回転角だけ回転させ
反転を繰り返す方式など、任意の方式と速度を組み合わ
せて、培養及び生成物の分離に適した方式を採用すれば
よい。

【００１９】本発明の回転式藻類培養装置は太陽光を利
用する培養装置として好適であるが、人工光の併用ある
いは人工光のみでの使用も可能である。図８に示す例で
は集光プラグ５の出光筒３の端面がリザーバ１０に開か
れており、リザーバ１０内に内蔵させた任意の人工光源
１４からの透過光ｍは、出光筒３から培養層４内へ入射
する。この人工光は太陽光の補助光とすることができ、
また夜間の切替照射（１日照射）に対応することもでき
る。人工光源１４を防水性とすることでリザーバ１０内
に内蔵させることができるが、図８のリザーバ１０の部
分をランプ室とし、リザーバは別途系外に設けたものを
使用するようにしてもよい。

【００２０】図９のようにリザーバ１０と培養槽４との
間に光源スペース１６を設け、ここに人工光源１４を配
置することもできる。必要に応じてリザーバ１０あるい
は光源スペース１６の内面を鏡面処理し、鏡面ｎとして
おくことにより、均一分散光を得ることができる。一方
図１０に示すように、培養槽４の外に人工光源１４を配
し、必要に応じ鏡面ｎを内貼りした光ケース１５で周囲
を覆うようにして人工光による培養を行うことができ
る。この例のように槽外に停止している光源に対して
も、本発明の回転式藻類培養装置によれば、培養槽への
均一な光照射が可能である。なお、図８〜１０において
は集光プラグ５は説明に必要な箇所のみを記載してあ
る。

【００２１】本発明の回転式藻類培養装置によれば、緑
藻、藍藻、紅藻等のいわゆる微細藻類を効率よく（短時
間、高濃度等）培養することができる。これらの藻類は
タンパク類、色素、薬品類、β−カロチン等の有価物の
生産に有用なものであり、本装置の利用価値は大きい。

【００２２】

【発明の効果】本発明の回転式藻類培養装置は、次のよ
うな効果を奏するものである。 （１）培養槽内における光エネルギの分布が均一とな
り、藻類の高密度な育成を行うことができる。 （２）培養槽自体を回転させることにより、藻類を高濃
度で回収することができ、翼を併用することで攪拌効果
を高めることができる。特に、循環ループの形式や取付
け位置等を適切に選択することにより高濃度藻体のため
養液の粘度が上昇し移動が困難になるような場合にも、
養液の循環や生成物の回収を円滑に行うことができる。 （３）人工光源を併用する場合にも、その配置方式に限
定されず、均一な光照射を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る培養装置本体の第１の実施態様を
示す概略側面図。

【図２】本発明に係る培養装置本体の第２の実施態様を
示す概略側面図。

【図３】培養槽及びリザーバ内での藻類の分散状況を示
す概略断面図。

【図４】培養槽内の集光プラグ近傍の養液の流れの状況
を示す説明図。

【図５】培養槽とリザーバとを結ぶ循環ループの一例を
示す概略断面図。

【図６】培養槽にたて型の翼を設置した場合の養液の流
れの状況を示す説明図。

【図７】培養槽に傾斜型の翼を設置した場合の養液の流
れの状況を示す説明図。

【図８】培養槽の中心部に人工光源を設置した例を示す
概略断面図。

【図９】培養槽とリザーバとの間に光源スペースを設け
た例を示す概略断面図。

【図１０】培養槽の外部に人工光源を設けた例を示す説
明図。

【図１１】本発明に係る培養装置本体をローラまたはタ
ーンテーブルにより回転させる例を示す説明図。

【図１２】集光プラグの１例を示す側面図。

【図１３】固定式藻類培養装置の１例を示す概略構成
図。

【図１４】リザーバ付きの固定式藻類培養装置の１例を
示す斜視図。

【図１５】従来の藻類培養装置の概略を示す説明図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒又は円錐台状に形成された培養槽、
   培養槽の外周にレンズ面を外側に向け、出光筒が培養槽
   内に入るように配設された複数個の集光プラグ、培養槽
   の中心に設置されたリザーバ、培養槽又はリザーバに養
   液を供給する養液装入ラインとＣＯ₂ を供給するＣＯ₂
   吹込みライン、培養槽とリザーバとを結ぶ培養槽内養液
   の循環ループ及びリザーバに設けられた生成物の抜取り
   ラインよりなる培養装置本体と該培養装置本体を前記培
   養槽及びリザーバの中心線が回転軸となるように回転さ
   せる回転駆動装置によって構成されてなることを特徴と
   する回転式藻類培養装置。
2. 【請求項２】 循環ループを培養槽の半径方向外周寄り
   からリザーバへ連通させ、また生成物の抜取りラインは
   リザーバの半径方向外周寄りに設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の回転式藻類培養装置。
3. 【請求項３】 リザーバ内あるいはリザーバと培養槽と
   の間に人工光源を設置したことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の回転式藻類培養装置。
4. 【請求項４】 培養槽の壁面に翼を取り付けたことを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転式藻
   類培養装置。