CN105814186A - 藻类培养装置及藻类培养*** - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种培养通过吸收光并吸入二氧化碳来进行光合作用的光合成藻类的藻类培养装置，及包含该藻类培养装置的藻类培养***。所采用的藻类培养装置(11)具备：培养槽(31)，其容纳有藻类(14)及培养藻类(14)的培养液(13)；流动发生器(33)，其设于培养槽(31)，通过使培养槽(31)内的液面及液面附近的培养液(13)从培养槽(31)的中央向内壁部(31b)移动，使培养液(13)在培养液(13)的液面及液面附近产生从培养槽(31)的中央朝向内壁部(31b)的流动。

Description

藻类培养装置及藻类培养***

技术领域

本发明涉及培养通过吸收光并吸入二氧化碳来进行光合作用的光合成藻类的藻类培养装置、及包含该藻类培养装置的藻类培养***。

本申请基于2013年12月9日在日本提出申请的特愿第2013－254530号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

近年来，作为通过光合作用将全球变暖的元凶二氧化碳吸收固定的微小生物，光合成微细藻类备受瞩目。

光合成微细藻类在具有容纳培养液的培养槽或培养池的培养装置培养。在这样的培养装置中，通过搅拌光合成微细藻类和培养液的混合液，谋求防止随着已培养的光合成微细藻类沉淀或堆积而发生腐烂，提高生产性(例如，参照专利文献1)。

图6是示出了专利文献1所公开的藻类培养装置的概要构成的俯视图。图7是示出了图6所示的搅拌装置的概要构成的剖面图。在图6中，M表示培养槽201的中心线(以下称为“中心线M”)，N表示培养槽201的宽度(以下称为“宽度N”)。

若参照图6及图7，在专利文献1中公开有具有培养槽201、多个搅拌装置204、以及移动机构206的藻类培养装置200。培养槽201容纳光合成微细藻类和培养液的混合液，培养该光合成微细藻类。搅拌装置204以从培养槽201的底部向上方离开一定位置的状态，在培养槽201的混合液202中吸引混合液202并向底部排出，从而搅拌该底部的光合成微细藻类。移动机构206使多个搅拌装置204在混合液202中移动。在搅拌装置204内，被赋予了流动的混合液向箭头X方向移动。

通过使用这种结构的藻类培养装置200，能够防止腐烂随着被培养的光合成微细藻类的沉淀或堆积而发生，提高了生产性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2011-254724号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在使用专利文献1所公开的藻类培养装置200进行微细藻类培养的情况下，为了驱动多个搅拌装置204及移动机构206，需要大量的电力。

即，存在规定量(例如，1kg)的微细藻类栽培需要大量电力的问题。

本发明人使用市售的跑道式藻类培养***和市售的管式藻类培养***，在两年间测定了1kg的微细藻类栽培所需的电力，结果在跑道式藻类培养***中是74.4±28.2(kWh/kg)，在管式藻类培养***中是223.2±38.0(kWh/kg)。

从上述数值可知，以往，规定量(例如，1kg)的微细藻类栽培需要大量的电力。

因此，本发明的目的在于提供一种藻类培养装置及藻类培养***，其在抑制随着藻类沉淀或堆积而发生的腐烂的基础上，还能够以比现有的培养装置更少的电力培养规定量的藻类。

用于解决课题的手段

本发明的藻类培养装置，具备：培养槽，其容纳藻类及培养该藻类的培养液；流动发生器，其设于所述培养槽，通过使该培养槽内的液面及液面附近的所述培养液从所述培养槽的中央向该培养槽的内壁部移动，在所述培养液的液面及液面附近产生从所述培养槽的中央朝向该培养槽的内壁部的所述培养液的流动。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述流动发生器具备：电动机；旋转轴，其一端部与所述电动机连接；多个支承部件，其基端部与所述旋转轴的另一端部连接，以所述旋转轴为中心配置成放射状；多个叶片部件，其被安装于所述支承部件的前端部；在相对于被容纳在所述培养槽的所述培养液的液面将所述旋转轴垂直配置的状态下，所述多个叶片部件被配置成比所述旋转轴更靠近所述培养槽的所述内壁部，并且，通过从所述支承部件下垂而与所述培养液接触。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述支承部件是比重比所述培养液小，用于确保所述培养液对所述流动发生器的浮力的浮力部件。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述多个支承部件以邻接的该支承部件之间所成的角度全部相等的方式配置。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，在所述培养槽，当俯视时所述内壁部为圆筒形，所述流动发生器配置在所述培养槽的中央部。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述流动发生器在所述培养液中使从所述培养槽的中央朝向所述内壁部的所述培养液的流动从所述培养槽的中央向所有方向产生。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，还具备流动发生器限位部件，在所述流动发生器浮在所述培养液的状态下，将所述流动发生器的位置限制在所述培养槽的中央部。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，还具备光照射部件，其将光照射在存在于被容纳在所述培养槽的所述培养液中的所述藻类。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述光照射部件包含配置在所述培养槽的底面的光纤，将外部光源的光通过所述光纤引导到所述培养槽的底面而照射在所述藻类。另外，也可以是，所述光照射部件配置在所述培养槽的底面，将自身发出的光照射在所述藻类。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述培养槽将地基挖至地表之下而形成。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，还具备覆盖在所述培养槽并覆盖所述培养槽的内壁部及底部的片材，所述培养液隔着所述片材被容纳在所述培养槽。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，在所述培养槽设有二氧化碳供给口，用于向被容纳在该培养槽内的所述培养液供给二氧化碳。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述二氧化碳供给口配置在所述培养槽的底面中央。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，在所述培养槽设有藻类回收口，用于将在所述培养液中培养的所述藻类与所述培养液一起回收。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，所述藻类回收口配置在所述培养槽的底面。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，

由下式(1)所示的在所述培养槽的外周缘的所述培养液的流速v在12m/min以上，

[式1]

$v=2\mathrm{\π}\frac{\sqrt{\frac{\mathrm{\φ}\·Watt}{D\·\mathrm{\π}}}}{t}...\left(1\right)$

其中，在上述式(1)中，φ表示所述培养液的体积除以所述藻类的培养所需的所述流动发生器的输出功率的参数；Watt表示所述藻类的培养所需的所述流动发生器的输出功率；D表示被容纳在所述培养槽的所述培养液的深度且是在0.4～1m范围内的数值；t表示所述培养液绕所述培养槽的外周缘一圈所需的时间。

在本发明的藻类培养装置中，也可以是，对于一个所述培养槽，设置一个所述流动发生器。

本发明的藻类培养***，具备：多个所述藻类培养装置；蓄电部，其与多个所述藻类培养装置电连接；太阳能电池面板，其与所述蓄电部电连接；将利用所述太阳能电池面板产生的电力向所述蓄电部供给，驱动多个所述流动发生器。

本发明的藻类培养***也可以是，具备二氧化碳供给源，通过设于所述培养槽的二氧化碳供给口向被容纳在所述培养槽内的所述培养液供给二氧化碳。

本发明的藻类培养***也可以是，还具备太阳光聚光部，其将太阳光聚光，并将被聚光后的该太阳光提供给设于藻类培养装置的光照射部件。

本发明的藻类培养***也可以是，还具备藻类回收管线，其一端部与设于所述培养槽的藻类回收口连接，将在所述培养液中培养的所述藻类与所述培养液一起回收，所述藻类回收管线的另一端部配置在低于所述一端部的位置，利用所述藻类回收管线的两个端部的高低差而将所述藻类从所述培养槽回收。

在本发明的藻类培养***中，也可以是，所述藻类回收管线的至少一部分从所述一端部向所述另一端部倾斜。

在本发明的藻类培养***中，也可以是，所述太阳能电池面板设置在所述培养槽的上方。

发明效果

根据本发明的藻类培养装置，流动发生器通过使该培养槽内的液面及液面附近的培养液从培养槽的中央向该培养槽的内壁部移动，在培养液的液面及液面附近产生从培养槽的中央朝向该培养槽的内壁部的培养液的流动。当在培养液的液面及液面附近所形成的流动到达培养槽的内壁时，沿着培养槽的内壁在朝向培养槽的外周部底面的方向上将产生培养液的流动。接着，沿着培养槽的底面在从培养槽的外周部向中央部的方向上产生培养液的流动，之后，在从培养槽的中央部的底面朝向配置在上方的流动发生器的方向上产生培养液的流动。

虽然流动发生器在被容纳在培养槽的培养液的液面及液面附近使培养液产生从培养槽的中央部朝向内壁部的流动，但与搅拌培养液深处的情况相比，因培养液的粘性而产生的反作用力即对流动发生器产生负载的阻力小，故而流动发生器的负载小。即，在抑制随着藻类的沉淀或堆积而发生的腐烂的基础上，还能够以少于现有的培养装置的电力培养较以往相等或更多量的藻类。

附图说明

图1是示出了本发明实施方式的藻类培养***的概要构成的俯视图。

图2是图1所示的藻类培养***的A-A方向的剖面图。

图3是图1所示的藻类培养***的B-B方向的剖面图。

图4是用于说明藻类回收管线的其他例的剖面图。

图5是示出了本发明的藻类培养***的变形例的剖面图。

图6是示出了专利文献1所公开的藻类培养装置的概要构成的俯视图。

图7是示出了图6所示的搅拌装置的概要构成的剖面图。

具体实施方式

图1是示出了本发明实施方式的藻类培养***的概要构成的俯视图。

在图1中，省略了后述的图2所示的片材32的图示。另外，在图1所示的流动发生器33的周围描绘的箭头表示流动发生器33相对于培养槽31旋转。

图2是图1所示的藻类培养***的A-A方向的剖面图。在图2中，为了方便说明，图示了不通过图1所示的A-A线的一端部17a、二氧化碳供给源26、连接部件65、以及二氧化碳供给管线66。

图3是图1所示的藻类培养***的B-B方向的剖面图。在图2及图3中，对于与图1所示的构造体相同的构成部分使用相同附图标记。

参照图1～3，本实施方式的藻类培养***10具有：多个藻类培养装置11(在图1的情况下为四个)、台座部15、藻类回收管线16、二氧化碳供给管17、面板支承部件18、太阳能电池面板21、蓄电部23、太阳光聚光部24、二氧化碳供给源26。

藻类培养装置11具有：容纳光合成微细藻类即藻类14及用于培养藻类14的培养液13的培养槽31、在培养液13中产生规定的流动的流动发生器33、相对于培养槽31在固定位置维持流动发生器33的流动发生器限位部件34、将光照射在存在于培养液13中的藻类的光照射部件38。

培养槽31具有：成为圆筒形的内壁部31b、覆盖内壁部31b下端的圆形板部件即底板部31c。在培养槽31内以覆盖培养槽31的内表面的方式配置有片材32。

在培养槽31的底板部31c中央设有用于使二氧化碳供给管17的另一端部17b通过的贯通部31d，该二氧化碳供给管17向被容纳在槽内的培养液13供给二氧化碳。二氧化碳供给管17的端部17b也贯通片材32，在培养槽31的底部突出。

另外，在与培养槽31的内壁部31b接近的底板部31c上设有用于使藻类回收管线16的端部通过的藻类回收口31e，该藻类回收管线16将培养的藻类14与被容纳在槽内的培养液13一起回收。藻类回收管线16的端部也贯通片材32，在培养槽31的底部露出。

进一步地，在培养槽31的底板部31c的上表面侧设有多个配置多个光照射部件38而限制其位置的凹部。

培养槽31的内径R(换言之，内壁部31b的内径)可以在例如3～6m的范围内进行适当选择。

被容纳在培养槽31内的培养液13的深度D小于培养槽31的内径R的值。被容纳在培养槽31内的培养液31的深度D可以在0.4m以上、1m以下的范围内进行适当选择，优选为0.4m以上、0.5m以下。

具体地，在培养槽31的内径R是5m的情况下，可以使被容纳在培养槽31内的培养液13的深度D为例如0.4m。

但是，培养槽31的内壁部31b的形状不限于圆筒形，也可以是多边形。另外，根据包含藻类培养装置的***的设置场所，即使采用形状不一样的槽，也不影响本发明的主题。

即，在本实施方式的藻类培养装置11中，使用深度浅的培养液13进行藻类14的栽培。作为培养的藻类14，例如，可以采用能够用于藻类生物燃料的微细藻类(例如，葡萄藻、微绿球藻、小球藻、螺旋藻、四尾栅藻、微拟球藻、管状藻(フィスツリフェラ)等)。在该情况下，例如可以使用人工合成培养基即f/2培养基作为培养液13。

另外，也可以使用由构成培养槽31的内壁部31b、配置有该内壁部31b的台座部15的培养装置载置面15b(起到作为培养槽的底板部的功能的面(具体地，例如，由混凝土所构成的面))所构成的培养槽来代替培养槽31。

因为使用这种结构的培养槽将不需要底板部31C，所以能够实现藻类培养装置11的轻量化，故而能够容易进行藻类培养装置11的搬运。

片材32以覆盖培养槽31的内表面的方式被覆盖在培养槽31，通过将含有藻类14的培养液容纳在培养槽31而与内壁部31b及底板部31c紧密接触，从而成为与培养槽31的内侧形状相同的形状。这样，隔着片材32将含有藻类14的培养液13容纳在培养槽31内，由此，能够提高培养槽31的防水性，并抑制培养槽31的内表面被藻类14及培养液13弄脏。

如图2所示，在将光照射部件38配置在片材32下方的情况下，作为片材32，也可以使用具有透光性的片材(例如，透明的片材)。

这样，通过使用具有透光性的片材作为片材32，能够将光照射部件38照射的光(例如，太阳光)照射在存在于被容纳在片材32上的培养液13中的藻类14。

另外，在图2中，作为一例，以将光照射部件38配置在片材32和底板部31c之间的情况为例进行了说明，但是光照射部件38的配设位置不限于此。光照射部件38也可以以被浸渍在培养液13中的方式配置在片材32上。在该情况下，能够不经由片材32而将光照射在存在于培养液13中的藻类14，故而片材32不需要具有透光性。因此，能够使用各种片材作为片材32。

另外，在图2及图3中，以隔着片材32将藻类14及培养液13容纳在培养槽31内的情况为例进行了图示，但是也可以不使用片材32，而是直接将藻类14及培养液13容纳在培养槽31内。

流动发生器33以浮在隔着片材32被容纳于培养槽31中的培养液13上的状态(参照图2)配置在培养槽31的中央部C。流动发生器使液面13a附近的培养液13从培养槽31的中央部C向内壁部31b移动，从而在液面13a附近的培养液13中向所有方向产生从培养槽31的中央部C朝向内壁部31b的流动。

对于一个培养槽31，仅配置一个流动发生器33。这样，通过对于一个培养槽31配置一个流动发生器33，与对于一个培养槽31配置多个流动发生器33的情况相比，能够用更少的电力培养规定量的藻类14。

流动发生器33具有：电动机41、减速器42、旋转轴43、多个叶片部件45(在图1所示的藻类培养装置11的情况下为三个)、支承叶片部件45的多个支承部件46(在图1所示的藻类培养装置11的情况下为三个)、绳固定部47，48。

绳固定部47，48设置在减速器43的外壁上。绳固定部47，48隔着减速器42相对配置。绳固定部47是用于连结后述的第一绳56(用于限制流动发生器33位置的一个绳)一端的部件。绳固定部48是用于连结后述的第二绳57(用于限制流动发生器33位置的另一个绳)一端的部件。

电动机41经由减速器42与旋转轴43的一端部连接。在流动发生器33浮在培养液13上时，旋转轴43以旋转轴43的轴向相对于未形成有培养液13的流动的液面13a垂直的方式设置。

支承部件46的基端部46a与旋转轴43的另一端部连接，并且在前端部46b的下表面46c安装有叶片部件45。支承部件46具有树脂制的中空构造，其比重与培养液13相比非常小，起到作为流动发生器33的浮子(产生浮力的部件)的功能。另外，支承部件46的构造不限于树脂制的中空构造，也可以采用为流动发生器33带来充足浮力的任何构造。

另外，支承部件46被配置成与邻接的其他支承部件46所成的角度全部相等。在图1所示的构造的情况下，三个支承部件46中邻接部件之间各分离120度。由此，当浮在培养液13上时，流动发生器33将安装于支承部件46的下表面46c的叶片部件45配置在培养液13的初始液面13a以下的较浅区域，并且将电动机41及减速器42保持在液面13a以上，故而能够以稳定的状态在培养液13上浮起。

在将电动机41及减速器42配置在培养槽31的大致中心处，并在培养液13浮起流动发生器33时，叶片部件45配置在从培养槽31的中心向内壁部31b附近分离的位置。另外，叶片部件45以长度方向与支承部件46一致且叶片部件45的宽度方向相对于培养液13的液面13a垂直的方式安装。

培养液13是光合成微细藻类和培养液的混合液，作为流体具有一定的粘性。在此，粘性是指，在流体内部产生速度梯度时，对于造成速度梯度的物体作用着与该速度梯度成比例的反推该物体的移动的力(反作用力)的特性。在本实施方式中，可以说在培养液13内旋转的支承部件46及叶片部件45(主要为叶片部件45)是造成速度梯度的主要原因。

在以往的藻类培养装置((日本)特开2011-254724号公报)中，造成速度梯度的螺旋桨在远离培养液液面的位置，故而对螺旋桨的旋转产生反作用力的培养液的粘性在包含螺旋桨上下的所有部分起作用。

一方面，在本实施方式中，叶片部件45配置在培养液13的液面13a以下的较浅区域，故而对支承部件46及叶片部件45的旋转产生反作用力的培养液的粘性与以往的藻类培养装置相比明显要小。这是因为，叶片部件45的上部与液面13a接近，故而在叶片部件45和液面13a之间的培养液中产生的速度梯度小。另外，培养液13经由液面13a与空气接触，但是空气的粘性相对于培养液13的粘性非常小，所以在此可以忽略。

即，在本实施方式中，因培养液的粘性而产生的反作用力(将旋转的叶片部件45反推的力)比以往的藻类培养装置小，故而使叶片部件45旋转的电动机41需要的负荷小。因而，与过去相比能够抑制电动机41即流动发生器33的消耗电力。

如上所述，若考虑培养液13的粘性，与搅拌培养槽31的底部附近区域的培养液13相比，使流动在与液面13a接近的培养液中产生时的电力消耗更小。接着，将电动机41及减速器42配置在培养槽31的大致中心处，并使流动发生器33浮在培养液13中，若在该状态下驱动电动机41而使支承部件46及叶片部件45旋转，则与液面13a接近且存在于叶片部件45的旋转方向前方的培养液被叶片部件45推着进行以电动机41的旋转轴43为中心的圆周运动。然而，因为除了在半径方向上自身的粘性以外，培养液在液体中不受任何约束，所以随着圆周运动，因从其中心朝径向外侧作用的离心力而产生流动。此时，电动机41及减速器42配置在培养槽31的大致中心处，故而结果是，在液面13a附近的培养液13中产生从培养槽31的中央部C朝向内壁部31b的流动。

若在与液面13a接近的培养液13中产生的流动到达内壁部31b，其流动将改变方向而沿内壁部31b向下方流动，到达培养槽31的底面31a后进一步改变方向，这次从内壁部31b向槽中央流动。到达槽中央的培养液与因流动发生器33的驱动而向所有方向扩散并经由相同过程到达槽中央的培养液一起在槽中央朝向液面上升。由此，能够产生在培养槽31的半径方向的纵向半截面内循环的培养液流动，从而在抑制伴随培养槽31内的藻类沉淀或堆积而发生的腐烂的同时，高效地进行藻类的培养。

可以使用例如矩形的叶片作为叶片部件45。在使用矩形的叶片作为叶片部件45，并且培养槽31的内径R为5m，培养液13的深度D为0.4m的情况下，叶片部件45的长度(在培养槽31的径向上的叶片部件45的长度)W₁可以为例如30cm。另外，叶片部件45的宽度(与培养槽31的深度方向平行的叶片部件45的长度)W₂可以是例如25cm。

可以使用例如木材、塑料、不锈钢作为构成叶片部件45的材料。

支承部件46的长度优选在内径R的1/2(换言之，后述的下式(5)所示的半径r)的30％～40％的范围内。具体地，在内径R的1/2值为2.5m的情况下，支承部件46的长度可以在0.75m～1.0m的范围内进行适当设定。

另外，在使用输出功率大的电动机41的情况下，也可以根据输出功率大小增加支承部件46的数量。在该情况下，应该根据支承部件46的数量，将邻接的支承部件46之间的角度减小为例如90度、60度而维持支承部件46的等间隔配置。

在使用输出功率大的电动机41的情况下，虽然可能会使电动机41及减速器42的重量增加，但由于作为浮子的支承部件46的数量增加，因而相对于电动机41及减速器42的重量增加，流动发生器33的浮力得到保证，故而能够不破坏稳定的状态而在培养液13上浮起流动发生器33。

如上所述，通过以邻接的支承部件46所成的角度全部相等的方式配置多个支承部件46，能够由被安装在多个支承部件46上的叶片部件45使全方位扩散的放射状的流动在从培养槽31的中央部C向培养槽31的内壁部31B的方向上均匀地产生。

在此，对于抑制藻类14的沉淀或死亡所需的在培养槽31的外周缘中的培养液13的流速v进行说明。

培养藻类14的培养液13的单位体积(以下称为“培养体积”)的投入能量效率φ由下式(2)所示。

另外，投入能量效率φ是培养体积除以藻类14的培养所需要的流动发生器的输出功率(投入功率)的参数，是表示用投入功率能够搅拌多少培养液13的参数。

[算式2]

φ＝V/Watt…(2)

在上式(2)中，V表示上述培养体积(以下称为“培养体积V”)，Watt表示流动发生器33的投入功率，换言之，用于培养液13的搅拌的输出功率。

此时，使用m³(立方米)作为培养体积V的单位，使用W(瓦特)作为投入功率Watt的单位。

上式(2)所示的投入能量效率φ的值越大，能量效率越好。

投入能量效率φ优选以例如0.20～0.32(m³/W)作为目标值，进一步优选为比上述数值范围更大的值。

另外，从抑制藻类14的沉淀或死亡的观点考虑，为了提高藻类14的培养效率，被搅拌的培养液13的流速也变得重要。在此，将上式(2)变形，得到下式(3)。

[算式3]

V＝φ·Watt…(3)

在此，若采用被容纳在片材32上的培养液13的深度D及培养槽31的半径r(内径R的1/2值)，培养体积V将由下式(4)表示。培养液13的深度D(单位是m(米))例如可以在0.4～1m的范围内进行适当选择，而优选为0.4～0.5m。

[算式4]

V＝D·πr²…(4)

根据上式(3)及(4)，下式(5)成立。

[算式5]

φ·Watt＝D·πr²…(5)

若在上式(5)中对培养槽31的半径r求解，则下式(6)成立。

[算式6]

$r=\sqrt{\frac{\mathrm{\φ}\·Watt}{D\·\mathrm{\π}}}...\left(6\right)$

在培养槽31的外周缘的培养液13的流速v可以用下式(7)表示。另外，下式(7)中所示的t表示培养液13绕培养槽31的外周缘一周所要的时间(以下称为“时间t”)。时间t是实际测定的值，使用min作为其单位。

[算式7]

v＝2πr/t…(7)

将上式(7)中的培养槽31的半径r替换成在上式(6)中所示的培养槽31的半径r，下式(8)成立。

[算式8]

$v=2\mathrm{\π}\frac{\sqrt{\frac{\mathrm{\φ}\·Watt}{D\·\mathrm{\π}}}}{t}...\left(8\right)$

通过设定投入能量效率φ的目标值，在上述的范围内设定培养液13的深度D，并通过测定获知时间t，根据上式(8)能够求出在培养槽31的外周缘的培养液13的流速v。

在使用以往的开放式藻类培养装置的情况下，当培养液的流速在12m/min以上时，能够抑制藻类的沉淀或死亡。

因此，优选地，在培养槽31的外周缘处的培养液13的流速v为12m/min以上。

如上所述，本实施方式的藻类培养装置11具有：培养槽31，其内壁部为圆筒形，隔着片材32容纳有藻类14及培养藻类14的培养液13；流动发生器33，以在培养液13中浮起的状态配置在培养槽31的中央部C。流动发生器33通过使培养槽31内的液面及液面附近的培养液13从培养槽31的中央部C朝向培养槽31的内壁部31B移动，使从培养槽31的中央部C朝向培养槽31的内壁部31B的培养液13的流动在培养液13的液面及液面附近产生。当在培养液13的液面13a及液面附近所形成的流动到达培养槽31的内壁部31b时，沿着培养槽31的内壁部31b在朝向培养槽31的外周部底面31a的方向上产生培养液13的流动。接着，沿着培养槽31的底面31a在从培养槽31的外周部朝向中央部C的方向上产生培养液13的流动，之后，在从培养槽31的中央部C的底面31a朝向配置在上方的流动发生器33的方向上产生培养液13的流动。

流动发生器33在培养槽31的液面及液面附近产生从培养槽31的中央部C朝向内壁部31b的培养液13的流动，但由于叶片部件45配置在培养液13的液面13a以下的较浅区域，所以与搅拌培养液深处的以往的藻类培养装置相比，对支承部件446及叶片部件45的旋转产生反作用力的培养液的粘性明显小。因此，使叶片部件45旋转的电动机41需要的负荷小。从而，与过去相比，能够抑制电动机41即流动发生器33的消耗电力。

即，除了抑制伴随藻类14的沉淀或堆积而发生的腐烂之外，还能够用比以往的培养装置更少的电力培养规定量的藻类。

根据上述效果，能够使用最大输出功率为25W的电动机(换言之，消耗电力少的电动机)作为使叶片部件45旋转时使用的电动机41。

流动发生器限位部件34具有：第一支柱51、第二支柱52、第一绳固定部54、第二绳固定部55、第一绳56、第二绳57。

第一及第二支柱51，52以隔着培养槽31相对的方式设置在台座部15的上表面侧。第一及第二支柱51，52从台座部15的上表面15a向其上方突出。

第一绳固定部54设置在第一支柱51的外壁中的与第二支柱52相对的部分。第二绳固定部55设置在第二支柱52的外部中的与第一支柱51相对的部分。

第一绳56的一端与绳固定部47连结，另一端与第一绳固定部54连结。第二绳57的一端与绳固定部48连结，另一端与第二绳固定部55连结。

这样，由于具有限制流动发生器33的位置的流动发生器限位部件34，即使在使浮在被容纳在培养槽31的培养液13上的状态下的流动发生器33动作的情况下，也能够始终将流动发生器33配置在培养槽31的中央部C，故而能够减小被容纳于培养槽31的培养液13中所形成的循环流体E随位置的偏差。

光照射部件38是在藻类14的培养取得进展，太阳光开始无法从液面13a侧到达配置于培养槽31的底面31a上的片材32时，用于将光合成所需要的太阳光照射在培养中的藻类14的部件。

作为光照射部件38，例如可以使用具有照射太阳光的光纤(未图示)和具有能够在内部容纳光纤(未图示)的光纤容纳部(未图示)的透光性管的部件。

在这样结构的情况下，光纤经由光纤容纳部(未图示)将太阳光照射在由片材32容纳的藻类14。因此，作为光纤容纳部(未图示)，可以使用由能够透过光的材料所构成的构件。

这样的作为光纤容纳部(未图示)的材料，可以使用例如透光性树脂(例如，丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂等)、玻璃等。

上述结构的光照射部件38可以以例如图1所示的布局进行配置。

另外，图1所示的光照射部件38的布局是一个例子，并不限于此。

另外，光照射部件38只要包含能够将光合成所需要的光照射在培养中的藻类14的部件即可，而不限于在结构上包含光纤。另外，在本实施方式中，将太阳光作为外部光源通过光纤照射在藻类14，但也可以是不限于太阳光的人工光源，例如利用荧光灯、LED等的光而促成藻类的光合成。在使用荧光灯、LED等的人工光源作为光照射部件38的情况下，也可以将这些配置在培养槽31的底板部31c的上表面侧，无需经由光纤而将该光直接照射在藻类14。

进一步地，在图1中，例举具有四个藻类培养装置11的情况对藻类培养***10的一例进行了说明，但是构成藻类培养***10的藻类培养装置11的数量可以是多个，不限于此。另外，构成藻类培养***10的藻类培养装置11的数量可以根据例如培养槽31的内径R进行适当选择。

台座部15是配置多个藻类培养装置11、藻类回收管线16、面板支承部件18、太阳能电池面板21、蓄电部23、太阳光聚光部24、以及二氧化碳供给源26的部件。台座部15配置在地基62之上。

台座部15的上表面15a成为平坦面。台座部15的上表面15a包含载置有藻类培养装置11的多个培养装置载置面15b。培养装置载置面15b是圆形的面。在图1的情况下，以两个培养装置载置面15b在纵向及横向上各自相邻的方式配置。

可以使用例如混凝土作为成为上述结构的台座部15的材料。另外，在台座部15内部设置有藻类回收管线16的一部分，故而台座部15的厚度(高度)可以为例如0.2～0.5m。

藻类回收管线16是用于将在多个培养槽31的片材32内所培养的藻类14与培养液13经由培养槽31的底板部31c一起抽出，回收已培养的藻类14的管线。

藻类回收管线16的一部分设置在台座部15内部，剩余的部分配置在台座部15的外部(也包含配置在地基62之上的部分)。藻类回收管线16中的设置在台座部15内部的部分(包含藻类回收管线16的一端部16a)配置在高于配置于地基62之上的部分(包含藻类回收管线16的另一端部16b)的位置。

藻类回收管线16的一端部16a(配置在台座部15内的端部)被***到藻类回收口31e。藻类回收管线16的一端部16a比底板部更向上方突出，贯通片材32的中央部。

由此，藻类回收管线16成为能够回收被容纳在多个片材32的培养液13及藻类14的结构。

上述结构的藻类回收管线16成为能够利用藻类回收管线16的一端部16a与配置在比该一端部16a更低的位置的藻类回收管线16的另一端部16b之间的高低差而回收藻类14的结构。由此，无需用于回收已培养的藻类14的电力，从而能够节省电力。

二氧化碳供给管17的一端部17a从台座部15的上表面15a突出，除此之外的部分设置在台座部15的内部。在二氧化碳供给管17的一端部17a上安装有经由二氧化碳供给管线66与二氧化碳供给源26连接的部件即连接部件65。

二氧化碳供给管17的另一端部17b(设置在台座部15内部的端部)被***到贯通部31d。在二氧化碳供给管17的另一端部17b的前端所配置的二氧化碳供给口17c比底板部31c更向上方突出，贯通片材32的一部分。

由此，二氧化碳供给管17经由二氧化碳供给口17c向存在于培养液13内的藻类14供给被填充在二氧化碳供给源26内的二氧化碳。

面板支承部件18具有支承柱18a和面板支承体18b。支承柱18a的一端部固定在台座部15，向台座部15的上表面15a的上方突出。支承柱18a的另一端部与面板支承体18b连接。由此，支承柱18a支承面板支承体18b。

面板支承部件18是粘贴有多个太阳能电池面板21(在图1的情况下为四个太阳能电池面板21)的支承体。面板支承体18b具有面板固定面(未图示)。

另外，也可以具有用于调节构成上述面板支承部件18的面板支承体18b的方向或相对于台座部15的上表面15a的倾斜角度的驱动机构(未图示)。这样，由于具有驱动机构(未图示)，能够使太阳光高效地照射在太阳能电池面板21，故而能够高效地得到电力。

多个太阳能电池面板21被固定在面板支承体18b的面板固定面(未图示)上。多个太阳能电池面板21(在图1的情况下为四个太阳能电池面板)与蓄电部23电连接。

在使用具有四台包含最大输出功率为25W的电动机41的流动发生器33的藻类培养***10(成为图1所示的结构藻类培养***10)进行藻类14的培养的情况下，可以使用例如四个220W的面板作为太阳能电池面板21。由此，能够在白天得到电动机41所使用的电力以上的电力。

蓄电部23配置在台座部15上。蓄电部23将由多个太阳能电池面板21所变换的电力蓄电。蓄电部23以能够向多个流动发生器33供给电力的状态与多个流动发生器33电连接。

这样，由于具有对由多个太阳能电池面板21所变换的电力中的在白天不使用的电力进行蓄电的蓄电部23，所以无需准备另外的电力，在夜晚使用蓄电部23所蓄的电力运行藻类培养***10。

另外，可以使用将在车辆即卡车中使用的电池组合多个而成的构件作为蓄电部23。

太阳光聚光部24设置在台座部15上被多个藻类培养装置11包围的位置。太阳光集光部24与多个太阳光输送管线68连接，该多个太阳光输送管线68与光照射部件38(具体地，在本实施方式的情况下，是由多个光纤以及多个容纳光纤的光纤容纳部构成的构造体)连接。

太阳光集光部24经由太阳光输送管线68向构成多个藻类培养装置11的光照射部件提供集光后的太阳光。

二氧化碳供给源26由二氧化碳供给源固定部件(未图示)固定在台座部15上。二氧化碳供给源26经由二氧化碳供给管线66以及二氧化碳供给管17(包含二氧化碳供给口17c)向藻类14供给光合成所需要的二氧化碳。

可以使用例如填充有二氧化碳的高压气罐作为二氧化碳供给源26。

本实施方式的藻类培养***具有：多个藻类培养装置11、具有多个载置藻类培养装置11的平坦的培养装置载置面15b的台座部15、配置在台座部15上且与多个藻类培养装置11电连接的蓄电部23、与蓄电部23电连接的太阳能电池面板21。根据本实施方式的藻类培养***，在用比过去更少的电力培养藻类14时，能够利用太阳能电池面板21产生的电力解决多个藻类培养装置11所需要的电力(用于驱动多个流动发生器33所需要的电力)，故而与使用从电力公司购买的电力工作的以往的藻类培养***相比，能够用更少的成本来培养规定量的藻类。

另外，能够通过藻类培养***10本身来解决藻类培养***10所需要的电力，所以无论在电力供给困难的地方还是日照条件良好的地方，都能够设置藻类培养***10来培养藻类14。

另外，具有多个藻类培养装置11的藻类培养***10能够得到与以上所说明的藻类培养装置11相同的效果。

以上，对本发明的优选实施例进行了详细描述，但本发明不限于该特定的实施方式，可以在专利保护范围所记载的本发明的主旨范围内进行各种变形和变更。

例如，在本实施方式的藻类培养***10中，以具有四个培养槽31的情况为例进行了说明，但培养槽31的数量不限于此。另外，也可以使用后述的图4所示的藻类回收管线71。进一步地，也可以在培养槽31的上方设置太阳能电池面板21。

图4是用于说明藻类回收管线的其他例的剖面图。在图4中，在与图3所示的构造体相同的构成部分使用相同附图标记。

图4所示的构造体除了替代图3所示的构造体的结构部分即藻类回收管线16而具有藻类回收管线71以外，与图3所示的构造体相同。

在图3中，以藻类回收管线16中的在台座部15的外周部延伸的部分的中心轴与台座部15的上表面15a平行的方式使藻类回收管线16设置在台座部15内部的情况为例进行了说明，但是也可以如图4所示，例如以藻类回收管线71中的在台座部15的外周部延伸的部分的中心轴与台座部15的上表面15a交叉的方式使藻类回收管线71设置在台座部15内部。

由于具有这种结构的藻类回收管线71，与具有图3所示的藻类回收管线16的情况相比，能够容易地回收在多个培养槽31内所培养的藻类14及培养液13。

在图5示出了本发明的藻类培养装置的变形例。在该藻类培养装置110中，培养槽31设置在将地基62挖至地表GL之下而形成的凹处62a。这样，通过将培养槽31设置在比地表GL低的位置，能够省去台座部等的材料。另外，因为凹处62a的垂直的土墙支承培养槽31的内壁部31b，所以即使不向内壁部31b赋予能够独自站立的足够强度，也能够维持培养槽31的形状。因此，在适于藻类培养但远离消费地区的遥远地区实施藻类培养时，能够用尽可能少的材料进行藻类培养***的构筑。

实施例

在实施例中，使用图1所示的藻类培养***10实施藻类14的培养。

培养槽31的内径R为5m。作为片材，使用透明的聚氯乙烯制的厚度3mm的片材。

将培养液13即改良了成分的f/2培养基向培养槽31内供给，使在培养槽31内的培养液13的深度D为0.4m。另外，培养中的培养液13的温度在15～35℃的范围内。

在该培养液13中，将高产油海洋硅藻Fistuliferasp.JPCCDA0580株作为藻类14以相对于培养基2％～5％左右的量进行接种。

三个支承部件46的长度分别为1m。另外，使用横宽W₁为30cm、纵宽W₂为25cm、厚度为2mm的不锈钢制叶片部件45作为叶片部件45。

使用最大输出功率为25W的交流电动机作为构成各流动发生器33的电动机41。另外，支承部件46的旋转速度为6rpm(1分钟旋转6圈)

之后，利用从太阳能电池面板21获得的电力驱动配置在各培养槽31内的流动发生器33进行旋转，开始藻类14的培养。

藻类14的培养期间为10天(具体是24小时×10＝240小时)。另外，将从四个太阳能电池面板21获得的电力存储到蓄电部23，通过使用该电力进行10天的藻类14的培养。

随着培养进行，由于藻类14的浓度上升，光合成所需要的光无法再到达位于片材32底部附近的培养液13。

因此，在从培养开始第7天起，从培养槽31的底部照射由太阳光聚光部24聚光后的太阳光。

由此，能够弥补光照不足，实现藻类14的生产性及产油性的提高。

但是，随着藻类14的培养，培养液13的pH上升。因此，在pH达到9.0的阶段，向培养液13供给二氧化碳。

由此，使二氧化碳在培养液13中作为碳酸溶解，使培养液13的pH下降到8.2。

另外，向培养液13供给的二氧化碳也作为藻类14的光合成所需要的C源(换言之，碳)进行利用。

在上述实施例中使用的总电力(换言之，四个藻类培养装置11使用的总电力)是10kWh。另外，10天所得到的藻类14的重量是2kg。

由此得知，每培养1kg(规定的量)藻类所需要的电力是5kWh。

产业上的可利用性

本发明可适用于除了抑制伴随着藻类沉淀和堆积而发生的腐烂以外，还能够培养藻类的藻类培养装置及藻类培养***。

附图标记说明

10：藻类培养***

11：藻类培养装置

13：培养液

13a：液面

14：藻类

15：台座部

15a：上表面

15b：培养装置载置面

16：藻类回收管线

17：二氧化碳供给管

18：面板支承部件

21：太阳能电池面板

23：蓄电部

24：太阳光聚光部

26：二氧化碳供给源

31：培养槽

31a：底面

32：片材

33：流动发生器

34：流动发生器限位部件

38：光照射部件

41：电动机

42：减速器

43：旋转轴

45：叶片部件

45a：上端面

46：支承部件

47，48：绳固定部

51：第一支柱

52：第二支柱

54：第一绳固定部

55：第二绳固定部

56：第一绳

57：第二绳

62：地基

65：连接部件

66：二氧化碳供给管线

68：太阳光输送管线

71：藻类回收管线

110：藻类培养***

C：中央部

D：深度

E：循环流

N，W₁，W₂：宽度

M：中心线

R：内径

GL：地表

Claims (24)

1.一种藻类培养装置，其特征在于，具备：

培养槽，其容纳藻类及培养该藻类的培养液；

流动发生器，其设于所述培养槽，通过使该培养槽内的液面及液面附近的所述培养液从所述培养槽的中央向该培养槽的内壁部移动，在所述培养液的液面及液面附近产生从所述培养槽的中央朝向该培养槽的内壁部的所述培养液的流动。

2.如权利要求1所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述流动发生器具备：

电动机；

旋转轴，其一端部与所述电动机连接；

多个支承部件，其基端部与所述旋转轴的另一端部连接，以所述旋转轴为中心配置成放射状；

多个叶片部件，其被安装于所述支承部件的前端部；

在相对于被容纳在所述培养槽的所述培养液的液面将所述旋转轴垂直配置的状态下，所述多个叶片部件被配置成比所述旋转轴更靠近所述培养槽的所述内壁部，并且，通过从所述支承部件下垂而与所述培养液接触。

3.如权利要求2所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述支承部件是比重比所述培养液小，用于确保所述培养液对所述流动发生器的浮力的浮力部件。

4.如权利要求2或3所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述多个支承部件以邻接的该支承部件之间所成的角度全部相等的方式配置。

5.如权利要求1～4中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

在所述培养槽，当俯视时所述内壁部为圆筒形，所述流动发生器配置在所述培养槽的中央部。

6.如权利要求1～5中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述流动发生器在所述培养液中使从所述培养槽的中央朝向所述内壁部的所述培养液的流动从所述培养槽的中央向所有方向产生。

7.如权利要求2～6中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

具备流动发生器限位部件，在所述流动发生器浮在所述培养液的状态下，将所述流动发生器的位置限制在所述培养槽的中央部。

8.如权利要求1～7中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

具备光照射部件，其将光照射在存在于被容纳在所述培养槽的所述培养液中的所述藻类。

9.如权利要求8所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述光照射部件包含配置在所述培养槽的底面的光纤，将外部光源的光通过所述光纤引导到所述培养槽的底面而照射在所述藻类。

10.如权利要求8所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述光照射部件配置在所述培养槽的底面，将自身发出的光照射在所述藻类。

11.如权利要求1～10中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述培养槽将地基挖至地表之下而形成。

12.如权利要求1～11中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

具备覆盖在所述培养槽并覆盖所述培养槽的内壁部及底部的片材，

所述培养液隔着所述片材被容纳在所述培养槽。

13.如权利要求1～12中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

在所述培养槽设有二氧化碳供给口，用于向被容纳在该培养槽内的所述培养液供给二氧化碳。

14.如权利要求13所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述二氧化碳供给口配置在所述培养槽的底面中央。

15.如权利要求1～14中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

在所述培养槽设有藻类回收口，用于将在所述培养液中培养的所述藻类与所述培养液一起回收。

16.如权利要求15所述的藻类培养装置，其特征在于，

所述藻类回收口配置在所述培养槽的底面。

17.如权利要求1～16中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

由下式(1)所示的在所述培养槽的外周缘的所述培养液的流速v在12m/min以上，

[式1]

$v=2\mathrm{\π}\frac{\sqrt{\frac{\mathrm{\φ}\·Watt}{D\·\mathrm{\π}}}}{t}...\left(1\right)$

其中，在上述式(1)中，φ表示所述培养液的体积除以所述藻类的培养所需的所述流动发生器的输出功率的参数；Watt表示所述藻类的培养所需的所述流动发生器的输出功率；D表示被容纳在所述培养槽的所述培养液的深度且是在0.4～1m范围内的数值；t表示所述培养液绕所述培养槽的外周缘一圈所需的时间。

18.如权利要求1～17中任一项所述的藻类培养装置，其特征在于，

对于一个所述培养槽，设置一个所述流动发生器。

19.一种藻类培养***，其特征在于，具备：

权利要求1～18中任一项所述的多个所述藻类培养装置；

蓄电部，其与多个所述藻类培养装置电连接；

太阳能电池面板，其与所述蓄电部电连接；

将利用所述太阳能电池面板产生的电力向所述蓄电部供给，驱动多个所述流动发生器。

20.如权利要求19所述的藻类培养***，其特征在于，

具备二氧化碳供给源，通过设于所述培养槽的二氧化碳供给口向被容纳在所述培养槽内的所述培养液供给二氧化碳。

21.如权利要求19或20所述的藻类培养***，其特征在于，

具备太阳光聚光部，其将太阳光聚光，并将被聚光后的该太阳光提供给设于藻类培养装置的光照射部件。

22.如权利要求18～21中任一项所述的藻类培养***，其特征在于，

具备藻类回收管线，其一端部与设于所述培养槽的藻类回收口连接，将在所述培养液中培养的所述藻类与所述培养液一起回收，

所述藻类回收管线的另一端部配置在低于所述一端部的位置，利用所述藻类回收管线的两个端部的高低差而将所述藻类从所述培养槽回收。

23.如权利要求22所述的藻类培养***，其特征在于，

所述藻类回收管线的至少一部分从所述一端部向所述另一端部倾斜。

24.如权利要求18～23中任一项所述的藻类培养***，其特征在于，

所述太阳能电池面板设置在所述培养槽的上方。