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公開番号2023075039
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-30
出願番号2022174512
出願日2022-10-31
発明の名称複合藻類培養装置
出願人個人
代理人個人,個人,個人
主分類C12M 1/00 20060101AFI20230523BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【課題】本発明は、少なくとも1つの光合成反応ユニットを含む光合成反応モジュールと、少なくとも1つの栽培槽ユニットを含む成長調節モジュールと、循環式移載モジュールと、循環配管モジュールと、を備える複合藻類培養装置を提供する。
【解決手段】光合成反応ユニット10は透光性巻管11を含み、栽培槽ユニット20は槽体21を含み、槽体21には、槽体21の内部を湾曲流路となるように区画するためのセパレーター213が設置され、藻類を培養するための培養液は、光合成反応ユニット10を通過して栽培槽ユニット20に注入され、栽培槽ユニット20の容積は、光合成反応ユニット10の容積より大きいと共に、培養液の栽培槽ユニット20で留まる時間は、光合成反応ユニット10で留まる時間以上である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１つの光合成反応ユニットを含む光合成反応モジュールと、少なくとも１つの栽培槽ユニットを含む成長調節モジュールと、自動収穫裝置と、を備える複合藻類培養装置であって、
前記光合成反応ユニットのそれぞれは、入水端及び出水端を有する透光性巻管を含み、
前記栽培槽ユニットのそれぞれは、栽培槽入り口及び栽培槽出口を有する槽体を含み、前記槽体には、前記槽体の内部を湾曲流路となるように区画するためのセパレーターが設置され、前記栽培槽ユニットの容積は、前記光合成反応ユニットの容積より大きいとなるように設置されると共に、培養液の前記栽培槽ユニットで留まる時間は、前記光合成反応ユニットで留まる時間以上であり、
前記自動収穫裝置は、培養液における一部の藻類を収穫するように、前記栽培槽ユニットの前記栽培槽出口と連結し、
藻類を培養するための培養液は、前記光合成反応モジュールで光合成反応を行った後に前記成長調節モジュールに注入され、前記成長調節モジュールを通過した後に、前記自動収穫裝置を通過し、前記自動収穫裝置で培養液における一部の藻類を収穫した後に、前記光合成反応モジュールに再注入されることを特徴とする、複合藻類培養装置。
続きを表示（約 3,700 文字）【請求項２】
前記光合成反応モジュールは、複数個の前記光合成反応ユニットを含み、前記成長調節モジュールは、複数個の前記栽培槽ユニットを含み、
前記複合藻類培養装置は、
入り口端及び出口端を有する主循環ポンプを含む、循環式移載モジュールと
循環配管モジュールと、を備え、
前記循環配管モジュールは、
前記主循環ポンプの前記出口端に連接する、主ポンプアウトレットパイプと、
前記主循環ポンプの前記入り口端に連接する、主ポンプインレットパイプと、
複数条の第１の入り口連通管に連接する第１の入り口主管であって、複数条の前記第１の入り口連通管のそれぞれが、複数個の前記光合成反応ユニットの前記入水端と前記第１の入り口主管との間に連接し、前記第１の入り口連通管のそれぞれに第１の入り口制御弁が設置される、前記第１の入り口主管と、
複数条の第１の出口連通管に連接する第１の出口主管であって、複数条の前記第１の出口連通管のそれぞれが、複数個の前記光合成反応ユニットの前記出水端と前記第１の出口主管との間に連接し、前記第１の出口連通管のそれぞれに第１の出口制御弁が設置される、前記第１の出口主管と、
複数条の第２の入り口連通管に連接する第２の入り口主管であって、複数条の前記第２の入り口連通管のそれぞれが、複数個の前記栽培槽ユニットの前記栽培槽入り口と前記第２の入り口主管との間に連接し、前記第２の入り口連通管のそれぞれに第２の入り口制御弁が設置される、前記第２の入り口主管と、
複数条の第２の出口連通管に連接する第２の出口主管であって、複数条の前記第２の出口連通管のそれぞれが、複数個の前記栽培槽ユニットの前記栽培槽出口と前記第２の出口主管との間に連接し、前記第２の出口連通管のそれぞれに第２の出口制御弁が設置される、前記第２の出口主管と、
複数個の前記光合成反応ユニットは、複数条の前記第１の入り口連通管及び複数条の前記第１の出口連通管とを介して、前記第１の入り口主管と前記第１の出口主管との間に並列接続され、複数個の前記栽培槽ユニットは、複数条の前記第２の入り口連通管及び複数条の前記第２の出口連通管とを介して、前記第２の入り口主管と前記第２の出口主管との間に並列接続され、前記主ポンプアウトレットパイプは、前記第１の入り口主管に連接され、前記第１の出口主管の末端が前記第２の入り口主管に連接され、前記第２の出口主管の末端が前記主ポンプインレットパイプに連接されるように、前記主循環ポンプで送出された培養液は、前記第１の入り口主管を通過して複数個の前記光合成反応ユニットに注入されて、そして前記第１の出口主管から前記第２の入り口主管に注入され、複数個の前記栽培槽ユニットを通過した後に、前記第２の出口主管に注入されて、前記主ポンプインレットパイプに注入される、請求項１に記載の複合藻類培養装置。
【請求項３】
前記主ポンプインレットパイプは、前記主循環ポンプの一端から前記第１の出口主管及び前記第２の入り口主管に連接し、前記主ポンプインレットパイプに主ポンプ入り口制御弁が設置され、前記循環配管モジュールは、前記第１の入り口主管及び前記第１の出口主管の前記主循環ポンプに近い一端に連接する、連通管路を更に含み、且つ
連通管制御弁と、
前記第１の入り口主管の、前記連通管路と前記主循環ポンプに最も近い前記第１の入り口連通管の１つとの間に設置された、第１の流向控制閥と、
前記第１の出口主管の、前記連通管路と前記主循環ポンプに最も近い前記第１の出口連通管の１つとの間に設置された、第２の流向控制閥と、
前記第１の出口主管の、前記連通管路と前記主ポンプインレットパイプとの間に設置された、第３の流向控制閥と、
前記第２の入り口主管の、前記主ポンプインレットパイプと前記主循環ポンプに最も近い前記第２の入り口連通管の１つとの間に設置された、第４の流向控制閥と、
前記第２の出口主管の、前記主ポンプインレットパイプと前記主循環ポンプに最も近い前記第２の出口連通管の１つとの間に設置された、第５の流向控制閥と、が少なくとも前記連通管路に設置される、請求項２に記載の複合藻類培養装置。
【請求項４】
前記光合成反応モジュールの入り口に設置された酸素排気装置と、酸素排出管の出口に連接する排気装置と、を更に含み、
前記酸素排気装置は、酸素排出筒と、前記酸素排出筒の下端に連接する集液筒と、を含み、
酸素排出管及び前記酸素排出管の外側にフィットする中空管は、前記酸素排出筒の中央に設置され、前記中空管の上端は、前記酸素排出筒の上端の外側までに延伸され、
前記酸素排出管の上部は、前記中空管と前記酸素排出管との間に隙間を保持するように、前記中空管の内側にフィットし、
前記酸素排出筒の側面に、加圧搬送装置に連接する給液口を有し、
前記培養液は、前記給液口を介して前記酸素排出筒に注入された後に、前記集液筒に注入されると共に、前記培養液に含まれた酸素は、前記酸素排出管及び前記中空管を介して前記酸素排出筒の外部が排出され、
前記排気装置は、前記酸素排出管で排出された酸素及び前記培養液における死亡した藻類を前記酸素排気装置から排出するための、真空吸引力を生じ、
前記培養液は、前記光合成反応モジュール、前記成長調節モジュール、前記酸素排気装置を通過した後に、前記光合成反応モジュールに再注入されて光合成を行う、請求項３に記載の複合藻類培養装置。
【請求項５】
前記酸素排出管の下端は、前記集液筒の上端に延伸され、前記給液口の高さは、前記酸素排出管及び前記中空管の下端より高いように配置される、請求項４に記載の複合藻類培養装置。
【請求項６】
成長モニタリング・調節モジュールを更に備え、
前記成長モニタリング・調節モジュールは、モニタリングモジュールと、主循環の温度調節装置と、栄養提供装置と、ガス補給装置と、藻類補給装置と、を含み、
前記モニタリングモジュールは、前記主ポンプインレットパイプ及び主ポンプアウトレットパイプに連接すると共に、水温、ｐＨ値、溶存酸素量、栄養塩濃度、濁度、二酸化炭素の濃度及び酸素の濃度をモニターするための複数個のセンサーを含み、
前記主循環の温度調節装置は、前記培養液の温度を制御するように、前記第１の出口主管と前記第２の入り口主管との間に連接し、
前記栄養提供装置、前記ガス補給装置及び前記藻類補給装置は、栄養塩、二酸化炭素又は酸素、藻類を前記培養液に補充するように、主ポンプインレットパイプに連接する、請求項５に記載の複合藻類培養装置。
【請求項７】
前記成長モニタリング・調節モジュールは、藻類成長モニタリング装置を更に含み、
前記藻類成長モニタリング装置は、前記培養液における藻類の成長状態をモニタリングすると共に、前記培養液における藻類が収穫条件に成長させた際に、前記自動収穫裝置で前記培養液における藻類を収穫することを制御するように、前記主ポンプアウトレットパイプと前記第１の入り口主管との間に連接する、請求項６に記載の複合藻類培養装置。
【請求項８】
前記光合成反応ユニットのそれぞれは、前記入水端に設置された第１の入り口バイパスコネクターと、前記出水端に設置された第１の出口バイパスコネクターと、を有し、
前記栽培槽ユニットのそれぞれは、前記栽培槽入り口に設置された第２の入り口バイパスコネクターと、前記栽培槽出口に設置された第２の出口バイパスコネクターと、を有する、請求項２に記載の複合藻類培養装置。
【請求項９】
前記光合成反応ユニットのそれぞれは、成長モニタリングサブモジュールと、補助光装置と、遮光装置と、反応器温度制御装置と、を含み、
前記成長モニタリングサブモジュールは、複数個の照度センサーと、前記透光性巻管に設置された温度センサー、圧力センサー、ガス濃度センサー、栄養塩濃度センサとを含み、
前記補助光装置はＬＥＤ発光装置である、請求項１に記載の複合藻類培養装置。
【請求項１０】
前記栽培槽ユニットのそれぞれは、
前記栽培槽ユニットの上方に設置された栽培槽光源装置と、
前記栽培槽ユニットの内に設置され、ガスを前記栽培槽ユニットにおける培養液に注入するための栽培槽ガス補給装置と、
前記栽培槽ユニットの内に設置され、前記栽培槽ユニットにおける培養液の温度を制御するための複数個の栽培槽温度制御装置と、
前記栽培槽ユニットの内に設置され、水を撹乱するための流体撹乱装置とを含む、請求項１に記載の複合藻類培養装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合藻類培養装置に関し、特に、クローズドフォトバイオリアクターと成長調整タンクとを組み合わせ、多数の農業用途に適用する、複合藻類培養装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
藻類は、光エネルギー、二酸化炭素、水、無機塩などを有効に利用して、タンパク質、脂質、炭水化物、高付加価値の生物活性物質を合成することができる。藻類は、極めて高い光エネルギー変換効率を有するため、高等植物より強い成長潜在力を有するので、その培養が注目されている。
【０００３】
現在、藻類の大規模な工業生産は、主に開放式の生産モードを採用しているが、このような生産モードは、スペースを取り、生産が不安定で、コストが高すぎて汚染されやすくなり、藻類の受光が均一でなく、光エネルギーの利用率が低く、成長環境が様々であって成長条件を制御し難い問題を有するため、藻類が大量に死し、培養効率が悪い。開放式培養池の欠点を解決するために、業界は閉鎖型光合成リアクター培養技術を開発した。このような培養技術は、閉鎖的な透光性パイプライン反応装置または閉鎖的な反応タンクで、人工光源や自然光源で反応装置に照らして、藻類が閉鎖的な環境で光合成を行う。このような閉鎖型光合成反応培養装置は、用いられたスペースを抑えることができるが、装置が高価で、生育条件の制御が難しく、閉鎖的なシステムで死藻が発生しやすい、目詰まりするなどの問題が容易に発生した。さらに重要なことに、反応装置または反応タンクの容量が限られているため、生産量が低く、培養コストが高く、藻類の品質を制御することが困難であった上で、さまざまな藻類を同時に培養することはできない。
【０００４】
以上の原因によって、既存の藻類培養システムの欠点が生じることから、インテリジェント自動制御によって設計を変更して、可変因子、構造の設計を改良することにより、上述した欠点を克服することは、本事業の解決しようとする重要な課題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術の課題は、従来の藻類培養装置の占有スペース、高価な設備、成長条件の制御が難しく、工業生産に有効に活用できない、との問題を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の技術的課題を解決するために、本発明が採用する一つの技術的手段は、少なくとも１つの光合成反応ユニットを含む光合成反応モジュールと、少なくとも１つの栽培槽ユニットを含む成長調節モジュールと、自動収穫裝置と、を備える複合藻類培養装置を提供する。前記光合成反応ユニットのそれぞれは、入水端及び出水端を有する透光性巻管を含む。前記栽培槽ユニットのそれぞれは、栽培槽入り口及び栽培槽出口を有する槽体を含み、前記槽体には、前記槽体の内部を湾曲流路となるように区画するためのセパレーターが設置され、前記槽体のそれぞれの容積は、前記透光性巻管の容積より大きいとなるように設置される。前記自動収穫裝置は、培養液における一部の藻類を収穫するように、前記栽培槽ユニットの前記栽培槽出口と連結する。藻類を培養するための培養液は、前記光合成反応モジュールで光合成反応を行った後に前記成長調節モジュールに注入され、前記成長調節モジュールを通過した後に、前記自動収穫裝置を通過し、前記自動収穫裝置で培養液における一部の藻類を収穫した後に、前記光合成反応モジュールに再注入される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の１つの有利な効果として、本発明は、パイプライン式光合成反応ユニットと、容積が光合成反応ユニットの容積より数倍大きい栽培槽ユニットとを組み合わせることによって、パイプライン式光合成反応装置の光合成反応が強い効果と、栽培槽ユニットが大容量を有し且つ藻類の成長を調節する効果とを両立して、歩留まり及び品質を向上させることを果たせる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の第一実施形態に係る複合藻類培養装置を示す模式図である。
本発明の第一実施形態で用いた酸素排出装置の酸素排出筒及び給液口の断面模式図である。
本発明の第二実施形態に係る複合藻類培養装置のシステムブロック図である。
本発明の第二実施形態で用いた光合成反応ユニットの模式図である。
本発明の第二実施形態で用いた栽培槽ユニットの模式図である。
本発明に係る複合藻類培養装置で用いた制御モジュールと各部品との接続関係を示すブロック図である。
本発明に係る複合藻類培養装置の光合成反応ユニット及び栽培槽ユニットが、外部循環装置に接続することで藻類の混作の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の特徴及び技術内容がより一層分かるように、以下の本発明に関する詳細な説明と添付図面を参照されたい。しかし、提供される添付図面は参考と説明のために提供するものに過ぎず、本発明の請求の範囲を制限するためのものではない。
【００１０】
［第一実施形態］
図１及び図２に示すように、本発明の複合藻類培養装置の具体的な実施形態は、光合成反応モジュール１と、成長調節モジュール２と、自動収穫裝置５７と、酸素排出装置８０とを備える。光合成反応モジュール１は、少なくとも１つの光合成反応ユニット１０を含み、成長調節モジュール２は、少なくとも１つの栽培槽ユニット２０を含む。光合成反応ユニット１０は、両端に入水端１１１及び出水端１１２を有する透光性巻管１１を含む。透光性巻管１１は、透明の管状体（例えば、ガラスチューブ、アクリルチューブ）で製造され、微細藻類を培養するための培養液は、入水端１１１から透光性巻管１１に注入されると共に、安定な流速で透光性巻管１１を通過する。
（【００１１】以降は省略されています）

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