專利名稱：微細藻類培養(yǎng)裝置和微細藻類培養(yǎng)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及培養(yǎng)作為光合作用生物的微細藻類用的封閉型的微細藻類培養(yǎng)裝置，和微細藻類培養(yǎng)方法。
背景技術：
作為光合作用生物的微細藻類，吸收二氧化碳通過光合作用制造維生素類、氨基酸、色素類、蛋白質(zhì)、多糖類、脂肪酸等有用成分用，作為養(yǎng)殖用的飼料等被培養(yǎng)。此外，這種微細藻類作為處理成為地球暖化的原因之一的二氧化碳的手段也被利用，近年來，正在研究大量地培養(yǎng)它的培養(yǎng)裝置。
這里，培養(yǎng)裝置，是在培養(yǎng)液中培養(yǎng)微細藻類的裝置，其利用光合作用所需的光利用太陽光，并通過向培養(yǎng)液吹入二氧化碳與空氣的混合氣體來供給二氧化碳。
于是，為了在培養(yǎng)裝置中高效地利用太陽能高效地培養(yǎng)微細藻類，必須具備以下條件(1)受光量多；(2)充分攪拌培養(yǎng)液，使光高效地接觸微細藻類，均一地供給養(yǎng)分與二氧化碳，并且去除從微細藻類排出的氧氣；(3)實現(xiàn)培養(yǎng)液無滯留的攪拌，謀求防止微細藻類的壁面附著引起的光透射的降低或群體聚集而引起的沉淀。
雖然歷來，作為微細藻類的培養(yǎng)法，實施利用培養(yǎng)池或輸水管型培養(yǎng)池等的開放型培養(yǎng)方式，但是在該方式中因為培養(yǎng)液不能充分攪拌所以光僅能到達表層，培養(yǎng)濃度低，因為無法防止塵?；蛭畚锘蛘呖諝庵械母∮挝⑸锏幕烊胨詢H能培養(yǎng)在高pH、高鹽分濃度等特殊條件下能夠培養(yǎng)的微細藻類，進而存在著培養(yǎng)液的溫度調(diào)整困難等問題。
因此，提出了種種其它種類的裝置，例如把培養(yǎng)液注入培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體不斷吹入該培養(yǎng)液中，使可見光入射，借此在培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類的封閉型的培養(yǎng)裝置。
另外，封閉型的培養(yǎng)裝置的單位設置面積的容量與開放型培養(yǎng)方式的單位設置面積的容量相比小些，為了提高生產(chǎn)率有必要高濃度培養(yǎng)。
但是，在封閉型的培養(yǎng)裝置中，因為光從受光壁面?zhèn)鹊絻?nèi)部連續(xù)衰減，故存在光照的藻類與未光照的藻類，因而，如果沒有在裝置內(nèi)的培養(yǎng)液的充分攪拌則不能使所有藻類均勻地受光，存在著無法實現(xiàn)高生產(chǎn)率這樣的問題。
此外，在封閉型的培養(yǎng)裝置中，因為微細藻類附著于培養(yǎng)容器的內(nèi)壁，或在培養(yǎng)容器內(nèi)微細藻類形成群體而沉淀，故存在著光的透射被阻擋而培養(yǎng)效率顯著降低這樣的問題。進而如果在培養(yǎng)容器內(nèi)微細藻類沉淀則成為細菌的溫床，還成為培養(yǎng)液腐敗的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題，其目的在于提供一種能實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌且可以得到高的生產(chǎn)率，并且通過防止微細藻類在培養(yǎng)容器壁面的附著或向培養(yǎng)容器底面的沉淀而可以長時間維持高的培養(yǎng)效率的微細藻類培養(yǎng)裝置，和微細藻類培養(yǎng)方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案1的微細藻類培養(yǎng)裝置，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，前述培養(yǎng)容器成形為由橫置的內(nèi)筒與外筒組成的雙重筒狀，并且用可見光束能透射的透明材料來至少形成外筒，把用于吹入能在前述培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流的氣體的氣體吹入口開口于培養(yǎng)容器內(nèi)下部。
本發(fā)明技術方案2的微細藻類培養(yǎng)裝置，在技術方案1的基礎上，其特征在于，其中，用圓筒、橢圓筒或長圓筒來構成前述內(nèi)筒與外筒，并且同心或偏心地配置前述內(nèi)筒與外筒。
本發(fā)明技術方案3的微細藻類培養(yǎng)方法，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，同心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀且用可見光束能透射的透明材料來至少構成外筒而成培養(yǎng)容器，開口于該培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的任意一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明技術方案4的微細藻類培養(yǎng)方法，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，偏心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀且用可見光束能透射的透明材料來至少構成外筒而成培養(yǎng)容器，開口于培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口，配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的任意一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明技術方案5的微細藻類培養(yǎng)方法，在技術方案3或4的基礎上，其特征在于，其中，把前述氣體吹入口配置于通過前述培養(yǎng)容器的內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，通過每隔規(guī)定時間交替地切換兩個氣體吹入口的氣體吹入，交互切換培養(yǎng)容器內(nèi)的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流方向。
本發(fā)明技術方案6的微細藻類培養(yǎng)方法，在技術方案3或4的基礎上，其特征在于，其中，沿前述培養(yǎng)容器的縱長方向配置多個氣體吹入口，從培養(yǎng)容器的一端側(cè)的氣體吹入口按規(guī)定的時間差依次吹入氣體，借此在培養(yǎng)容器內(nèi)形成沿著前述培養(yǎng)容器的縱長方向變化的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明技術方案7的微細藻類培養(yǎng)方法，在技術方案3或4的基礎上，其特征在于，其中，沿前述培養(yǎng)容器的縱長方向在通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，交互地配置多個氣體吹入口，通過從各氣體吹入口吹入氣體在培養(yǎng)容器內(nèi)形成方向在縱長方向上交替不同的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
本發(fā)明技術方案8的微細藻類培養(yǎng)方法，在技術方案3～7中的任何一項地基礎上，其特征在于，其中，通過向前述培養(yǎng)容器的外筒外面的灑溫度調(diào)節(jié)水，或向使外筒的外側(cè)所形成的水通路中通過溫度調(diào)節(jié)水或使內(nèi)筒內(nèi)通過溫度調(diào)節(jié)水，來控制前述培養(yǎng)液的溫度。
因而，根據(jù)本發(fā)明技術方案1，則因為把吹入在前述培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流用的氣體的氣體吹入口開口于培養(yǎng)容器內(nèi)下部，故通過氣體的吹入，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，進行培養(yǎng)液的充分攪拌而使所有的微細藻類可以均勻地受光，借此可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率。此外，靠在培養(yǎng)液內(nèi)的氣泡通過時的混相紊流與壁面處的紊流邊界層以及培養(yǎng)液沿著成為雙重圓筒狀的培養(yǎng)容器的曲面壁流動引起的蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦，發(fā)生從外筒的曲面壁向內(nèi)筒的曲面壁和從內(nèi)筒的曲面壁向外筒的曲面壁的渦流，因為靠該渦流使培養(yǎng)液沒有滯留被充分攪拌，故消除微細藻類在培養(yǎng)容器壁面上附著或形成群體聚集而沉淀，從而光的透射不會被微細藻類遮擋，因為微細藻類高效地且均一地受光所以可以效率高地培養(yǎng)微細藻類，并且可以長時間維持高的培養(yǎng)效率。進而，因為用耐壓強度高的內(nèi)筒與外筒構成培養(yǎng)容器，故可以把其板厚抑制得小些而謀求裝置的輕量化和降低成本。
根據(jù)本發(fā)明技術方案2，則通過同心或偏心地配置由圓筒、橢圓筒或長圓筒組成的內(nèi)筒與外筒可以容易地構成培養(yǎng)容器。
根據(jù)本發(fā)明技術方案3，則因為同心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀且用能透射可見光束的透明材料來構成至少外筒而構成培養(yǎng)容器，開口于該培養(yǎng)容器下部的氣體吹入口配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的任意一方，此外通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，故可以容易地進行培養(yǎng)液的充分攪拌而所有的微細藻類均勻地受光，借此可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率。此外，在培養(yǎng)液內(nèi)的氣泡通過時的混相紊流與壁面處的紊流邊界層以及培養(yǎng)液沿著成為雙重圓筒狀的培養(yǎng)容器的曲面壁流動引起的蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦容易發(fā)生，借此容易發(fā)生從外筒的曲面壁向內(nèi)筒的曲面壁和從內(nèi)筒的曲面壁向外筒的曲面壁的渦流，因為靠該渦流使培養(yǎng)液沒有滯留被充分攪拌，故消除微細藻類在培養(yǎng)容器壁面上附著或形成群體聚集而沉淀，光的透射不會被微細藻類遮擋，因為微細藻類高效地且均一地受光所以可以效率高地培養(yǎng)微細藻類，可以長時間維持高的培養(yǎng)效率。
如果用權利要求根據(jù)本發(fā)明技術方案4，則因為把開口于用偏心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀，用透射可見光束的透明材料來構成至少外筒而成的培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口，配置于通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右某一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，故可以容易地進行培養(yǎng)液的充分攪拌而所有的微細藻類公平地受光，借此可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率。此外，在培養(yǎng)液內(nèi)的氣泡通過時的混相紊流與壁面處的紊流邊界層以及培養(yǎng)液沿著成為雙重圓筒狀的培養(yǎng)容器的曲面壁流動引起的蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦容易發(fā)生，借此容易發(fā)生從外筒的曲面壁向內(nèi)筒的曲面壁和從內(nèi)筒的曲面壁向外筒的曲面壁的渦流，因為靠該渦流培養(yǎng)液沒有滯留被充分攪拌，故消除微細藻類在培養(yǎng)容器壁面上附著或形成群體而沉淀，光的透射不會被微細藻類遮擋，因為微細藻類高效地且均一地受光所以可以效率高地培養(yǎng)微細藻類，可以長時間維持高的培養(yǎng)效率。
根據(jù)本發(fā)明技術方案5，則把前述氣體吹入口配置于通過前述培養(yǎng)容器的內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，通過每隔規(guī)定時間交互地切換兩個氣體吹入口的氣體吹入，從而交互地切換培養(yǎng)容器內(nèi)的培養(yǎng)液的渦流方向，借此可以更加有效地攪拌培養(yǎng)液。
根據(jù)本發(fā)明技術方案6，也就是說，沿前述培養(yǎng)容器的縱長方向配置多個氣體吹入口，從培養(yǎng)容器的一端側(cè)的氣體吹入口按規(guī)定的時間差依次吹入氣體，借此在培養(yǎng)容器內(nèi)形成沿著前述培養(yǎng)容器的縱長方向變化的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，也可以實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌而得到高的生產(chǎn)率，并且可以防止微細藻類對培養(yǎng)容器壁面的附著或?qū)ε囵B(yǎng)容器底面的沉淀而長期維持高的培養(yǎng)效率。
根據(jù)本發(fā)明技術方案7，也就是說，沿著前述培養(yǎng)容器的縱長方向把多個氣體吹入口交互地配置于通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，通過從各氣體吹入口吹入氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成方向沿縱長方向交互地不同的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，也可以實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌而得到高的生產(chǎn)率，并且可以防止微細藻類對培養(yǎng)容器壁面的附著或?qū)ε囵B(yǎng)容器底面的沉淀而長期維持高的培養(yǎng)效率。
根據(jù)本發(fā)明技術方案8，則因為通過向培養(yǎng)容器的溫度調(diào)節(jié)水的灑水或通水可以控制培養(yǎng)液的溫度，故可以與季節(jié)無關地在一年中保持適宜的溫度，特別是可以消除夏季中的培養(yǎng)液的過分溫升引起的對藻類成長的不良影響。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的剖視主視圖(圖1的箭頭A方向的剖視圖)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的側(cè)剖視圖。
圖4是圖3的B-B線剖視圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)容器的另一種形態(tài)的橫剖視圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)容器的另一種形態(tài)的橫剖視圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)容器的另一種形態(tài)的橫剖視圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)容器的另一種形態(tài)的橫剖視圖。
圖9是表示用根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的實際的生產(chǎn)設備例的透視圖。
再者，圖中的標號，1是微細藻類培養(yǎng)裝置，2、2′、2″是培養(yǎng)容器，4、4′、4″是內(nèi)面，4a、4a′是氣體吹入口，5、5′、5″是外筒，5b、5b″是氣體吹入口，6、7是側(cè)壁，11是培養(yǎng)液，14是氣體導入管，17是氣體排出用開口部，18是蓋子，19是溫度調(diào)節(jié)水導入管。
具體實施例方式
下面基于

本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置的透視圖，圖2是該微細藻類培養(yǎng)裝置的主剖視圖(圖1的箭頭A方向的剖視圖)，圖3是該微細藻類培養(yǎng)裝置的側(cè)剖視圖，圖4是圖3的B-B線剖視圖。
根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置1通過在支持臺3上橫置外形成鼓狀的培養(yǎng)容器2而構成。
上述培養(yǎng)容器2，如圖2～圖3中所示，由環(huán)狀的側(cè)壁6、7堵住成雙重圓筒狀同心地橫置的內(nèi)筒4與外筒5的左右兩端而構成。也就是說，側(cè)壁6、7分別嵌入同心地橫置的內(nèi)筒4與外筒5的左右兩端部，把縱長的螺栓8水平地穿過穿設于兩個側(cè)壁6、7的外周緣的多個(圖4例中各六個)圓孔(未示出)(參照圖1)，通過緊固螺紋配合于各螺栓8的端部的螺母9組裝外形成鼓狀的培養(yǎng)容器2。此外，雖然在本實施例中，把縱長的螺栓8配置于外筒5的外側(cè)，但是也可以把它們配置于內(nèi)筒4的內(nèi)側(cè)。進而，為了防止內(nèi)筒4與外筒5的變形也可以在兩者間夾設隔離件，在該場合，最好是在隔離件上形成孔。
另一方面，在成框體狀的前述支持臺3的左右上部，設有沿著側(cè)壁6、7的外形形狀的圓弧狀的固定托架10(參照圖1和圖2)，培養(yǎng)容器2其左右的側(cè)壁6、7下部的兩處靠前述兩根螺栓8和與之螺合的螺母9共同緊固于固定托架10而水平地固定支持于支持臺3。
于是，培養(yǎng)液11注入在上述培養(yǎng)容器2內(nèi)所形成的由內(nèi)筒4與外筒5和兩側(cè)壁6、7所圍成的空間內(nèi)，其液位保持高于內(nèi)筒4的上端面。再者，內(nèi)筒4與外筒5的左右兩端經(jīng)由未示出的密封構件結合于兩側(cè)壁6、7，靠密封構件的密封作用防止培養(yǎng)液11向培養(yǎng)容器2外的漏出。
這里，構成培養(yǎng)容器2的內(nèi)筒4與外筒5和兩側(cè)壁6、7由太陽光(可見光束)能透射的透明材料來構成，在本實施例中，作為透明材料用丙烯樹脂。再者，作為透明材料，只要是光透射性優(yōu)良，耐天氣性和耐紫外線高的材料即可，例如可以選定聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等樹脂，玻璃等。此外，雖然在本實施例中，內(nèi)筒4與外筒5和兩側(cè)壁6、7由透明材料來構成，但是為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，至少外筒5由透明材料來構成就可以了。
此外，如圖2～圖4中所示，在靠近培養(yǎng)容器2的外筒5的一方的側(cè)壁6一側(cè)的寬度方向中央下部穿設圓孔狀的泄放孔5a(參照圖4)，在該泄放孔5a中插入并粘接有泄放管12。而且，在該泄放管12的中途設有泄放閥13，通過打開該泄放閥13可以把培養(yǎng)容器2內(nèi)的培養(yǎng)液向外部排出。
進而，在培養(yǎng)容器2的外筒5的下部(具體地說，如圖4中所示，在通過內(nèi)筒4與外筒5的中心軸的水平面FH的下方，且在通過該中心軸的鉛直面FV的左右中的某一方)的縱長方向的三處穿設圓孔狀的氣體吹入口5b(參照圖3和圖4)。
而且，在培養(yǎng)容器2的下方氣體導入管14在水平方向延伸設置，從該氣體導入管14分支出而向培養(yǎng)容器2側(cè)延伸的三根支管15分別插入并粘接于在培養(yǎng)容器2的外筒5的下部穿設的前述各氣體吹入口5b。再者，雖然圖中未示出，但是氣體導入管14連接于供給空氣或二氧化碳與空氣的混合氣體的壓縮機等氣體供給源。
另一方面，在培養(yǎng)容器2(外筒)的頂部，安裝著圓筒狀的氣體排出筒16，其內(nèi)部形成開口于培養(yǎng)容器2內(nèi)的排出氣體的開口部17。而且，在氣體排出筒16的上部，蓋著朝下敞開的倒皿狀的蓋子18，氣體排出用開口部17被蓋子18蓋住借此可以防止塵?；蛭廴疚锘蚩諝庵械母∮挝⑸锘烊肱囵B(yǎng)容器2內(nèi)的培養(yǎng)液11。再者，不用蓋子18，通過在氣體排出用開口部17上設置過濾器也可以得到同樣的效果。
此外，夾著培養(yǎng)容器2的上部的前述氣體排出筒16，在其左右平行于縱長方向水平地延伸設置溫度調(diào)節(jié)水導入管19，這些溫度調(diào)節(jié)水導入管19穿過并被支持于安裝在左右兩側(cè)壁6、7的各上部的左右一對的支持托架20。而且，在各溫度調(diào)節(jié)水導入管19的下部，如圖3中所示穿設多個灑水口19a，溫度調(diào)節(jié)水導入管19連接于冷卻水泵等未示出的溫度調(diào)節(jié)水供給源。
接下來，就具有以上的構成的微細藻類培養(yǎng)裝置1的作用進行說明。
把該微細藻類培養(yǎng)裝置設置在室外，并且在培養(yǎng)容器2中注入將要培養(yǎng)的微細藻類與培養(yǎng)液11，如果驅(qū)動未示出的氣體供給源使含有二氧化碳的氣體(空氣或二氧化碳與空氣的混合氣體)流入氣體導入管14，則氣體從三根支管供給到培養(yǎng)容器2內(nèi)。
供給到培養(yǎng)容器2內(nèi)的氣體從培養(yǎng)容器2的底部三處如圖4中所示成為氣泡在培養(yǎng)容器2內(nèi)上升，在該過程中把二氧化碳供給到培養(yǎng)液11中的微細藻類。而且，通過該氣體的氣泡的上升，在培養(yǎng)容器2內(nèi)，如圖4中箭頭所示形成朝同一方向(圖4中逆時針方向)旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)液11的流動。
此外，因為太陽光透射由透明材料組成的外筒5和側(cè)壁6、7入射于培養(yǎng)容器2內(nèi)，故培養(yǎng)容器2內(nèi)的微細藻類通過光合作用制造維生素類、氨基酸、色素類、蛋白質(zhì)、多糖類、脂肪酸等有用成分，并且吸收處理成為地球暖化的原因之一的二氧化碳。而且，通過光合作用發(fā)生的氧氣，通過在培養(yǎng)容器2的頂部所形成的氣體排出用開口部17和氣體排出筒16與蓋子18之間的間隙向大氣中排出。再者，在本實施例中可以在培養(yǎng)容器2的內(nèi)筒4內(nèi)的中心部設置人工光源，可以整個晝夜由微細藻類連續(xù)地進行光合作用，促進微細藻類的增殖。
而且，如果根據(jù)需要驅(qū)動溫度調(diào)節(jié)水供給源使溫度調(diào)節(jié)水(冷卻水)流進溫度調(diào)節(jié)水導入管19，則因為溫度調(diào)節(jié)水從穿設于溫度調(diào)節(jié)水導入管19的多個灑水口19a灑水而沿著外筒5的外面流動，冷卻培養(yǎng)容器2內(nèi)的培養(yǎng)液11等并控制其溫度，故可以與季節(jié)無關地在一年中把培養(yǎng)液11保持于適當溫度，特別是可以有效地消除夏季里的培養(yǎng)液11的過度溫升引起的對藻類成長的不良影響。再者，雖然在本實施例中，采用通過溫度調(diào)節(jié)水向培養(yǎng)容器2的外筒5外面的灑水控制培養(yǎng)液11的溫度的結構，但是通過溫度調(diào)節(jié)水向在外筒5的外側(cè)所形成的未示出的水通路的通水或溫度調(diào)節(jié)水向內(nèi)筒4的通水來控制培養(yǎng)液11的溫度也可以得到同樣的效果。
在以上中，在根據(jù)本實施例的微細藻類培養(yǎng)裝置1中，因為通過氣體的吹入在培養(yǎng)容器2內(nèi)形成培養(yǎng)液11的旋轉(zhuǎn)流，故可以進行培養(yǎng)液11的充分攪拌，使所有的微細藻類均勻地受光，借此可以實現(xiàn)高生產(chǎn)率。
此外，靠在培養(yǎng)液11內(nèi)的氣泡通過時的混相紊流與壁面處的紊流邊界層以及培養(yǎng)液沿著成為雙重圓筒狀的培養(yǎng)容器2的曲面壁流動引起的蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦，發(fā)生從外筒5的曲面壁向內(nèi)筒4的曲面壁和從內(nèi)筒4的曲面壁向外筒5的曲面壁的渦流，因為靠該渦流培養(yǎng)液11沒有滯留被充分攪拌，故消除微細藻類在培養(yǎng)容器2的壁面上附著或形成群體集結而沉淀，光的透射不會被微細藻類遮擋，因為微細藻類高效地且均一地受光所以可以效率高地培養(yǎng)微細藻類，可以長時間維持高的培養(yǎng)效率。
如果微細藻類附著于培養(yǎng)容器2的壁面或形成群體聚集而沉淀，則由于微細藻類的受光受妨礙，所以最好能避免這種情況的發(fā)生，采用微細藻類培養(yǎng)裝置1，則由于發(fā)生種類不同的混相紊流與紊流邊界層與蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦(以下詳述)，所以在內(nèi)筒4與外筒5之間發(fā)生渦流或擾動，光的透射不會被微細藻類遮擋。
混相紊流在液相中運動的氣泡引起的紊流；紊流邊界層流動通過壁面附近時，如果作為表示流動的相似準則的參數(shù)的雷諾數(shù)升高(壁面上方的流動加速，或流動接近壁面的距離加長)，則作為壁面附近所形成的速度減慢的邊界層出現(xiàn)紊流化。該紊流化了的層稱為紊流邊界層。
蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦順著凹曲面彎曲流動時，如果作為表示流動的相似準則的參數(shù)的雷諾數(shù)升高(壁面上方的流動加速，或流動接近壁面的距離加長)，則產(chǎn)生垂直于流動的渦流。該渦流稱為蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦。
進而，因為用耐壓強度高的內(nèi)筒4與外筒5來構成培養(yǎng)容器2，故可以把其厚度抑制得小些而謀求培養(yǎng)裝置1的輕量化和降低成本。
此外，在本實施例中，通過同心狀地配置由圓筒組成的內(nèi)筒4與外筒5可以容易地構成培養(yǎng)容器2。
而且，在同心狀地配置內(nèi)筒4與外筒5而成的培養(yǎng)容器2中，因為把氣體的吹入口5b配置于通過內(nèi)筒4與外筒5的中心軸的水平面FH下方，且通過該中心軸的鉛直面FV的左右中某一方，故可以容易地在培養(yǎng)容器2內(nèi)形成朝一個方向旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)液11的流動，并且容易發(fā)生混相紊流、紊流邊界層、蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦。再者，如圖5中所示如果在鉛直面FV的對峙側(cè)形成氣體吹入口5b，則可以形成朝與本實施例相反方向(圖5中順時針方向)旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)液11的流動。此外，雖然未示出，但是如果在通過內(nèi)外筒的中心軸的鉛直面的左右兩側(cè)形成氣體的吹入口，每隔規(guī)定時間就交互切換兩吹入口，則可以交互切換培養(yǎng)容器內(nèi)的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)方向，可以更加高效地攪拌培養(yǎng)液。進而，也可以在培養(yǎng)容器2的縱長方向上部分地使培養(yǎng)液11的旋轉(zhuǎn)方向定常地或過渡地變化。也可以沿培養(yǎng)容器2的縱長方向配置多個氣體吹入口5b，從培養(yǎng)容器2的一端側(cè)按規(guī)定的時間差依次吹入借此在培養(yǎng)容器2內(nèi)形成培養(yǎng)液11的沿著培養(yǎng)容器2的縱長方向變化的旋轉(zhuǎn)流。也可以沿著培養(yǎng)容器2的縱長方向在通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右配置多個氣體吹入口5b，通過從各氣體吹入口5b吹入氣體在培養(yǎng)容器2內(nèi)形成在縱長方向上方向交替不同的培養(yǎng)液11的旋轉(zhuǎn)流。
另外，雖然在本實施例中，同心狀地配置由圓筒組成的內(nèi)筒4與外筒5而構成培養(yǎng)容器2，但是如圖6中所示，也可以通過偏心地配置由圓筒組成的內(nèi)筒4與外筒5來構成培養(yǎng)容器2。在該場合，如果把氣體的吹入口4a配置于通過內(nèi)筒4的中心軸的水平面FH下方，且在通過該中心軸的鉛直面FV的左右中的某一方，則可以容易地在培養(yǎng)容器2內(nèi)形成培養(yǎng)液11的朝同一方向(在圖示例中，逆時針方向)旋轉(zhuǎn)的流動，并且容易發(fā)生混相紊流、紊流邊界層、蓋爾特勒(ゲルトラ一)渦。
此外，也可以如圖7中所示，同心狀地配置由橢圓筒組成的內(nèi)筒4′與外筒5′而構成培養(yǎng)容器2′，或者如圖8中所示，同心狀地配置由長圓筒組成的內(nèi)筒4″與外筒5″而構成培養(yǎng)容器2″，在這些場合，通過把氣體的吹入口4a′、5b″配置于通過內(nèi)筒4′、4″與外筒5′、5″的中心軸的水平面FH下方，且通過該中心軸的鉛直面FV的左右中的某一方可以在培養(yǎng)容器2′、2″內(nèi)形成朝同一方向(在圖示例中，逆時針方向)旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)液11的流動。再者，雖然未示出，但是也可以通過偏心地配置由橢圓筒或長圓筒組成的內(nèi)筒與外筒來構成培養(yǎng)容器，在這些場合通過把氣體的吹入口配置于通過內(nèi)筒的中心軸的水平面下方，且在通過該中心軸的鉛直面的左右中的某一方可以在培養(yǎng)容器內(nèi)形成朝同一方向旋轉(zhuǎn)的培養(yǎng)液的流動。
這里，雖然用根據(jù)本實施例的微細藻類培養(yǎng)裝置1的實際的生產(chǎn)設備例示于圖9，但是在實際的生產(chǎn)設備中，如圖所示把多個微細藻類培養(yǎng)裝置1連續(xù)地連成一排者配置多排。在該場合，在各排中各一根氣體導入管14與各兩根溫度調(diào)節(jié)水導入管19為各培養(yǎng)裝置所共用。
接下來，就用根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置進行的培養(yǎng)試驗的結果進行說明。
作為微細藻類用Chlorococcum littorale(一種藻類名稱)在13日中進行培養(yǎng)試驗。該場合的日照時間為10小時/日，中午光量子量為800μmol/m2/s，白天平均光量子量為340μmol/m2/s，培養(yǎng)液量為70升，培養(yǎng)結果平均增殖速度為0.15g干燥重量/升/日。此外，在培養(yǎng)期間中未發(fā)生微細藻類對培養(yǎng)容器壁面的附著。
此外，在另一項培養(yǎng)試驗中，作為微細藻類培養(yǎng)Spirulinaplatencis(一種藻類名稱)的結果，在歷來的培養(yǎng)池方式中培養(yǎng)濃度為0.5g/升，每日的生產(chǎn)率為0.1～0.2g/升，與此相對照，在根據(jù)本發(fā)明的微細藻類培養(yǎng)裝置中培養(yǎng)濃度為10～20g/升，得到每日的生產(chǎn)率為2.8～7.0g/升這樣的好結果。
像以上說明的這樣，根據(jù)本發(fā)明，則因為在把培養(yǎng)液注入頂部上有開口的培養(yǎng)容器之中，一邊向該培養(yǎng)液中吹入含有二氧化碳的氣體，一邊使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類的微細藻類培養(yǎng)裝置中，把前述培養(yǎng)容器形成為由橫置的內(nèi)筒與外筒組成的雙重圓筒狀，并且至少用透射可見光束的透明材料來構成外筒，通過前述氣體的吹入，能實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌而可以得到較高的生產(chǎn)率，并且長期防止微細藻類在培養(yǎng)容器壁面的附著或?qū)ε囵B(yǎng)容器底面的沉淀，由此可以長期維持較高的培養(yǎng)效率的效果。
此外，如果用本發(fā)明，則因為在把培養(yǎng)液注入頂部上有開口的培養(yǎng)容器之中，一邊向該培養(yǎng)液中吹入含有二氧化碳的氣體，一邊使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類的微細藻類培養(yǎng)方法中，把開口于由同心地橫置的內(nèi)筒與外筒組成的雙重圓筒狀，至少用透射可見光束的透明材料來構成外筒而成的培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口，配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的某一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，或者，把開口于由偏心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀，開口于至少用透射可見光束的透明材料來構成外筒而成的培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口，配置于通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右中的某一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流，故容易實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌而可以得到高生產(chǎn)率，并且能長期防止微細藻類在培養(yǎng)容器壁面的附著或在培養(yǎng)容器底面的沉淀，由此可以長期維持較高的培養(yǎng)效率。
權利要求
1.一種微細藻類培養(yǎng)裝置，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，前述培養(yǎng)容器成形為由橫置的內(nèi)筒與外筒組成的雙重筒狀，并且用可見光束能透射的透明材料來至少形成外筒，把用于吹入能在前述培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流的氣體的氣體吹入口開口于培養(yǎng)容器內(nèi)下部。
2.權利要求1中所述的微細藻類培養(yǎng)裝置，其特征在于，其中，用圓筒、橢圓筒或長圓筒來構成前述內(nèi)筒與外筒，并且同心或偏心地配置前述內(nèi)筒與外筒。
3.一種微細藻類培養(yǎng)方法，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，同心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀且用可見光束能透射的透明材料來至少構成外筒而成培養(yǎng)容器，開口于該培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的任意一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
4.一種微細藻類培養(yǎng)方法，把培養(yǎng)液注入頂部上有開口部的培養(yǎng)容器之中，把含有二氧化碳的氣體吹入該培養(yǎng)液中，并使可見光束入射，借此在前述培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)微細藻類，其特征在于，偏心地橫置的內(nèi)筒與外筒形成雙重圓筒狀且用可見光束能透射的透明材料來至少構成外筒而成培養(yǎng)容器，開口于培養(yǎng)容器的下部的氣體吹入口，配置于通過內(nèi)筒與外筒的中心軸的鉛直面的左右中的任意一方，通過從該氣體吹入口吹入前述氣體，在培養(yǎng)容器內(nèi)形成前述培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
5.權利要求3或4中所述的微細藻類培養(yǎng)方法，其特征在于，其中，把前述氣體吹入口配置于通過前述培養(yǎng)容器的內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，通過每隔規(guī)定時間交替地切換兩個氣體吹入口的氣體吹入，交互切換培養(yǎng)容器內(nèi)的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流方向。
6.權利要求3或4中所述的微細藻類培養(yǎng)方法，其特征在于，其中，沿前述培養(yǎng)容器的縱長方向配置多個氣體吹入口，從培養(yǎng)容器的一端側(cè)的氣體吹入口按規(guī)定的時間差依次吹入氣體，借此在培養(yǎng)容器內(nèi)形成沿著前述培養(yǎng)容器的縱長方向變化的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
7.權利要求3或4中所述的微細藻類培養(yǎng)方法，其特征在于，其中，沿前述培養(yǎng)容器的縱長方向在通過內(nèi)筒的中心軸的鉛直面的左右方，交互地配置多個氣體吹入口，通過從各氣體吹入口吹入氣體在培養(yǎng)容器內(nèi)形成方向在縱長方向上交替不同的培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
8.權利要求3～7中的任何一項中所述的微細藻類培養(yǎng)方法，其特征在于，其中，通過向前述培養(yǎng)容器的外筒外面的灑溫度調(diào)節(jié)水，或向使外筒的外側(cè)所形成的水通路中通過溫度調(diào)節(jié)水或使內(nèi)筒內(nèi)通過溫度調(diào)節(jié)水，來控制前述培養(yǎng)液的溫度。
全文摘要
一種培養(yǎng)微細藻類的裝置(1)和方法，能夠提供高生產(chǎn)率，其通過防止微細藻類附著于培養(yǎng)容器的壁面和沉淀于培養(yǎng)容器的底面來實現(xiàn)培養(yǎng)液的充分攪拌和在長時期保持高的培養(yǎng)效率，其中，在用來在培養(yǎng)容器(2)中通過把培養(yǎng)液(11)注入在頂部帶有排氣開口(17)的培養(yǎng)容器(2)并讓可見光束進入培養(yǎng)液(11)同時向其中吹入含有二氧化碳的氣體而培養(yǎng)微細藻類的微細藻類培養(yǎng)裝置(1)中培養(yǎng)容器形成為包括水平內(nèi)管(4)和外管(5)的雙管型式，至少外管(5)由允許可見光束透射它的透明材料制成，而氣體進口(5b)開口于培養(yǎng)容器(2)的內(nèi)側(cè)底部，借此通過從氣體進口(5b)向培養(yǎng)容器內(nèi)吹入氣體而在培養(yǎng)容器(2)中形成培養(yǎng)液的旋轉(zhuǎn)流。
文檔編號C12M1/00GK1513055SQ0281095
公開日2004年7月14日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權日2001年6月1日
發(fā)明者佐藤徹, 土屋好寬, 臼井真介, 平林征四郎, 近藤裕, 介, 四郎, 寬 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社, 佐藤徹