JP2020058241A - 光照射装置及び藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率の向上を図ることが可能な光照射装置及び藻類培養装置を提供する。【解決手段】光照射装置２０は、光Ｌを透過可能な中空の錘状体であり、光Ｌを取り込む採光面２１ａを底面部分に有し、採光面２１ａよりも面積が大きく採光面２１ａから取り込まれる光Ｌを拡散させて照射する光照射面２１ｂを側面部分に有する拡散光照射部２１と、拡散光照射部２１の採光面２１ａに対向して配置され、採光面２１ａに光Ｌを供給する光供給部２２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光照射装置及び藻類培養装置に関する。

藻類を培養する藻類培養装置として、例えば槽内に藻類及び培養液を入れ、光を照射して藻類に光合成をさせることで、バイオ燃料等を抽出させる構成が知られている。このような藻類培養装置において、例えばＬＥＤ光源を複数保持する保持部材を培養液内に挿入し、ＬＥＤ光源の光を培養液に照射することで藻類に光合成を行わせる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０５４８１６号公報

特許文献１に記載の藻類培養装置では、藻類の光合成に適した強度で光を照射する必要があり、この場合において光の利用効率を向上させる構成が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光の利用効率の向上を図ることが可能な光照射装置及び藻類培養装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光照射装置は、光を透過可能な中空の箱状体であり、前記光を取り込む採光面と、前記採光面よりも面積が大きく前記採光面から取り込まれる前記光を拡散させて照射する光照射面とを有する拡散光照射部と、前記拡散光照射部の前記採光面に前記光を供給する光供給部とを備える。

本発明者は、光源等からの光を拡散させて強度を低下させ、かつ照射範囲を広くした状態で外部に照射する場合には、強度低下後の光と同一の強度に分割した光を予め分割数に応じた数の光源から射出して外部に照射する場合に比べて、有効照射体積が広くなることを見出した。ここで、有効照射体積は、外部で光が減衰する作用を考慮した場合に、当該光の作用を生じさせるために十分な強度の光が所定距離まで到達する領域の面積である。

本発明によれば、採光面から取り込まれた光が、当該採光面よりも面積が大きい光照射面から照射される。したがって、光照射面から照射される光の単位面積当たりの強度が採光面における光の強度に対して弱い状態で、光照射面から外部に当該拡散させた光を照射することができる。これにより、強度低下後の光と同一の強度に分割した光を予め分割数に応じた数の光源等から射出して外部に照射する場合に比べて、外部で光が減衰する作用を考慮した有効照射体積が広くなるため、光の利用効率の向上を図ることができる。

また、前記光照射面は、円錐面であり、前記採光面は、前記光照射面の中心軸と交差し、当該中心軸との交点を中心とする円形状の平面であってもよい。

従って、中心軸から光照射面までの距離が均一となるため、採光面から取り込まれる光を光照射面に万遍なく到達させることができる。

また、前記拡散光照射部は、前記採光面から取り込まれる前記光を前記光照射面に向けて反射する光反射面を内部に有してもよい。

従って、採光面から取り込まれた光を拡散光照射部の内部において効率的に利用することができる。

また、前記光反射面は、前記拡散光照射部のうち前記採光面とは反対側の端部に配置され前記採光面に向けて先細りとなる錘状体の側面部分に設けられ、前記光を前記光照射面に向けて拡散して反射する拡散反射面を含んでもよい。

従って、拡散反射面において光を拡散させることにより、光照射面から照射される光の強度をより均一にすることができる。

また、前記光反射面は、前記拡散光照射部の側面部分のうち前記採光面側から見た場合の周方向の一部の範囲に設けられる内部反射面を含んでもよい。

従って、内部反射面が設けられる範囲に対して周方向の反対側から到達する光を反射して、確実に光照射面に到達させることができる。

また、前記拡散光照射部は、藻類を含む培養液を内部に収容するスペースを有するタンクにおいて、前記採光面及び当該採光面に接続される一部分が前記培養液の液面から突出する位置に配置され、前記内部反射面は、前記拡散光照射部の前記一部分に配置されてもよい。

従って、採光面から取り込まれて拡散光照射部の一部分に到達する光が拡散光照射部の内部に反射されるため、採光面から取り込まれる光が当該一部分から外部に漏れることを抑制でき、光の利用効率の向上を図ることができる。

また、前記光供給部は、前記採光面に対向する発光面から前記光を発光する光源部を有してもよい。

従って、光供給部において、光源部の発光面から採光面に対して確実に光を供給することができる。

また、前記光供給部は、前記拡散光照射部の外部の光を前記採光面に向けて反射するリフレクタを有してもよい。

従って、光供給部において、リフレクタにより拡散光照射部の外部の光を確実に採光面に供給することができる。

また、前記リフレクタは、太陽を追尾する追尾機構を有してもよい。

従って、リフレクタにより太陽を追尾しつつ確実に太陽光を採光面に供給することができる。

また、前記光供給部は、前記拡散光照射部の外部の光を前記採光面に導光する光屈折体を有してもよい。

従って、光供給部において、光屈折体（例えば、プリズム等）により拡散光照射部の外部の光を屈折させて確実に採光面に供給することができる。

本発明に係る藻類培養装置は、藻類を含む培養液を内部に収容するスペースを有するタンクと、前記タンク内に配置される、上記の光照射装置とを備える。

本発明によれば、採光面から取り込まれる光の強度を低下させ、照射範囲を広くした状態で外部に照射することができるため、光の利用効率の向上を図ることができる。

本発明によれば、光の利用効率の向上を図ることが可能な光照射装置及び藻類培養装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る藻類培養装置の一例を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る光照射装置の他の例を模式的に示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、第２実施形態に係る光照射装置の他の例を模式的に示す断面図である。 図６は、第３実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。 図７は、光照射装置を採光面側から見た場合の一例を示す図である。 図８は、第４実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係る光照射装置及び藻類培養装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る藻類培養装置の一例を模式的に示す図である。図１に示す藻類培養装置１００は、例えば、バイオ燃料の抽出等の目的で藻類Ｍを培養する装置である。図１に示すように、藻類培養装置１００は、タンク１０と、光照射装置２０とを備える。

タンク１０は、藻類Ｍを含む培養液Ｑを内部に収容するスペースを有する。タンク１０は、例えば矩形の槽状であるが、これに限定されず、他の形状であってもよい。タンク１０は、培養液Ｑの供給部及び排出部、培養液Ｑの温度を調整する温度調整部、培養液Ｑに二酸化炭素などの養分を供給する供給部等を有してもよい。タンク１０は、例えば上部が開口されて内部が大気開放された状態であってもよいし、内部が密閉された状態であってもよい。

光照射装置２０は、タンク１０内に複数配置され、タンク１０の内部に光を照射する。本実施形態において、光照射装置２０は、藻類Ｍが光合成を行う光を照射する。

図２は、第１実施形態に係る光照射装置２０の一例を模式的に示す断面図である。図２では、中心軸ＡＸを含む平面で切断した場合の断面を示している。図２に示すように、光照射装置２０は、拡散光照射部２１と、光供給部２２とを備える。

拡散光照射部２１は、光Ｌを透過可能な中空の錘状体等の箱状体である。本実施形態では、拡散光照射部２１が中心軸ＡＸを中心とする円錐である場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、角錐等の他の錐体であってもよいし、錐台状であってもよい。拡散光照射部２１は、底面部分に開口部２１ｈを有し、内部に空間部２１ｓを有する。開口部２１ｈは、円形である。なお、開口部２１ｈは設けられなくてもよく、底面部分が封止された構成であってもよい。空間部２１ｓには、空気等の透明な物質が充填される。そのため、光Ｌが空間部２１ｓ内を通過する際、吸収による損失が抑制される。

拡散光照射部２１は、光Ｌを取り込む採光面２１ａと、光Ｌを照射する光照射面２１ｂとを有する。採光面２１ａは、拡散光照射部２１の底面部分に配置される。本実施形態において、採光面２１ａは、中心軸ＡＸに垂直に交差し、当該中心軸ＡＸとの交点を中心とする円形の仮想平面である。採光面２１ａは、拡散光照射部２１の底面部分の開口部２１ｈによって区画された領域に設定される。なお、開口部２１ｈが設けられない場合、採光面２１ａは、拡散光照射部２１の底面部分の任意の領域に設定することが可能であり、形状も円形に限定されず他の形状であってもよい。

光照射面２１ｂは、拡散光照射部２１の側面部分、すなわち、拡散光照射部２１の外側表面上に設定される。したがって、本実施形態において光照射面２１ｂは、中心軸ＡＸを中心とした円錐面である。光照射面２１ｂは、採光面２１ａよりも面積が大きく、採光面２１ａから取り込まれる光Ｌを拡散させて外部に照射する。ここで、採光面２１ａの面積をＳａとし、光照射面２１ｂの面積をＳｂとする。拡散光照射部２１は、採光面２１ａから取り込まれた光Ｌを、当該採光面２１ａのＳｂ／Ｓａ（倍）の面積である光照射面２１ｂから外部に照射することで、光Ｌを拡散させて照射する。

光供給部２２は、拡散光照射部２１の採光面２１ａに対向して配置される。光供給部２２は、採光面２１ａに対して光を供給する。本実施形態において、光供給部２２は、採光面２１ａに対向する発光面２２ａから光を発光する光源部である。光供給部２２は、中心軸ＡＸの軸線方向に光Ｌを供給する。これにより、採光面２１ａから取り込まれた光Ｌが光照射面２１ｂの全面に亘って万遍なく到達するため、光照射面２１ｂから照射される光Ｌに光量のバラつきが生じることを抑制できる。

また、本実施形態では、光照射面２１ｂから照射される光Ｌの単位面積当たりの強度が、培養液Ｑ中の藻類Ｍの光合成に適した強度範囲の上限相当となるように、中心軸ＡＸに対する光照射面２１ｂの傾斜角度θが設定される。傾斜角度θの設定により、拡散光照射部２１の底面の半径と母線の長さとの比が設定される。本実施形態において、拡散光照射部２１は円錐であるため、底面の半径と母線の長さとの比は、底面の面積と側面の面積との比に等しい。したがって、傾斜角度θの設定により、底面の面積に対応する採光面２１ａの面積Ｓａと、側面の面積に対応する光照射面２１ｂの面積Ｓｂとの比が設定される。本実施形態では、採光面２１ａの面積Ｓａと光照射面２１ｂの面積Ｓｂとの比（Ｓｂ／Ｓａ）の値が３（倍）〜２０（倍）となるように傾斜角度θを設定することができる。

つまり、太陽光は、藻類Ｍに直接照射する場合、藻類Ｍが光合成を行うために適した強度範囲よりも強いことが知られている。そのため、藻類Ｍに対して光合成に適した強度の光を照射するため、減光フィルタ等により太陽光の光強度を低下させる場合、遮蔽した分の利用効率が低下してしまう。一方、減光しない場合、強すぎる光は藻類Ｍの培養に有効に利用されず、やはり利用効率は下がる。

そこで、本実施形態では、減光フィルタ等を用いることなく、培養液Ｑに照射される光の強度を、藻類Ｍが光合成を行うために適した強度範囲の上限相当とすることができる。この場合、培養液Ｑに照射される光は、培養液Ｑにより吸収されるが、藻類Ｍの光合成に有効に用いられることになる。

上記構成の光照射装置２０において、光供給部２２から中心軸ＡＸの軸線方向に沿って拡散光照射部２１に取り込まれる光Ｌは、採光面２１ａよりも面積が大きい光照射面２１ｂに到達して、光照射面２１ｂから拡散された状態で照射される。したがって、光照射面２１ｂから照射される光Ｌは、採光面２１ａから取り込まれる場合に比べて、単位面積当たりの強度が小さくなった状態で照射される。このように光照射面２１ｂから照射される光Ｌが培養液Ｑの藻類Ｍに照射されることで、藻類Ｍが光合成を行う。なお、拡散光照射部２１の内部の空間部２１ｓには、空気等の透明な物質が充填されるため、空間部２１ｓにおける光Ｌの吸収が抑制される。したがって、光照射面２１ｂから照射される光Ｌのエネルギーの総量は、採光面２１ａから取り込まれる光Ｌのエネルギーの総量とほぼ同一である。そのため、光供給部２２からの光Ｌのエネルギーを無駄にすることなく、藻類Ｍの光合成を行わせることができる。

以上のように、本実施形態に係る光照射装置２０は、光Ｌを透過可能な中空の錘状体であり、光Ｌを取り込む採光面２１ａを底面部分に有し、採光面２１ａよりも面積が大きく採光面２１ａから取り込まれる光Ｌを拡散させて照射する光照射面２１ｂを側面部分に有する拡散光照射部２１と、拡散光照射部２１の採光面２１ａに対向して配置され、採光面２１ａに光Ｌを供給する光供給部２２とを備える。

本発明者は、光源等からの光を拡散させて強度を低下させ、かつ照射範囲を広くした状態で外部に照射する場合には、強度低下後の光と同一の強度に分割した光を予め分割数に応じた数の光源から射出して外部に照射する場合に比べて、有効照射体積が広くなることを見出した。ここで、有効照射体積は、外部で光が減衰する作用を考慮した場合に、当該光の作用を生じさせるために十分な強度の光が所定距離まで到達する領域の面積である。

本実施形態によれば、採光面２１ａから取り込まれた光が、当該採光面２１ａよりも面積が大きい光照射面２１ｂから照射される。したがって、光照射面２１ｂから照射される光Ｌの単位面積当たりの強度が採光面２１ａにおける光Ｌの強度に対して弱い状態で、光照射面２１ｂから外部に当該拡散させた光Ｌを照射することができる。これにより、強度低下後の光と同一の強度に分割した光を予め分割数に応じた数の光源等から射出して外部に照射する場合に比べて、外部で光が減衰する作用を考慮した有効照射体積が広くなるため、光の利用効率の向上を図ることができる。

図３は、第１実施形態に係る光照射装置の他の例を示す断面図である。図３では、中心軸ＡＸ１を含む平面で切断した場合の断面を示している。図３に示す光照射装置１２０は、上記の光照射装置２０と同様に、藻類培養装置１００のタンク内に配置可能である。図３に示す光照射装置１２０は、中心軸ＡＸ１を中心とした円錐台状であり、拡散光照射部１２１の図中下側の端部に拡散反射面（光反射面）１２３が設けられている点で、光照射装置２０とは異なっており、他の構成については光照射装置２０と同様である。

拡散光照射部１２１は、採光面１２１ａから取り込まれる光Ｌ１を光照射面１２１ｂに向けて反射する拡散反射面１２３を内部に有する。拡散反射面１２３は、拡散光照射部１２１のうち採光面１２１ａとは反対側の端部に配置される。拡散反射面１２３は、採光面１２１ａに向けて先細りとなる円錐の側面部分に設けられる。拡散反射面１２３は、中心軸ＡＸ１を中心とする円錐面である。拡散反射面１２３は、採光面１２１ａから取り込まれた光Ｌ１を反射することで、中心軸ＡＸ１を中心として当該光Ｌ１を放射状に拡散する。光照射装置１２０において、拡散光照射部１２１は、採光面１２１ａから取り込まれた光Ｌ１を直接的に光照射面１２１ｂから照射すると共に、拡散反射面１２３で拡散された光Ｌ１を光照射面１２１ｂから照射する。

図３に示す光照射装置１２０は、採光面１２１ａから取り込まれて拡散光照射部１２１の先端部分に到達した光Ｌ１を拡散反射面１２３によって反射することにより、先端部分に到達した光Ｌ１をより拡散させることができる。これにより、光照射面１２１ｂから照射される光Ｌ１の強度をより均一にすることができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。図４では、中心軸ＡＸ２を含む平面で切断した場合の断面を示している。図４に示す光照射装置２２０は、第１実施形態と同様の藻類培養装置のタンク内に配置可能である。図４に示すように、光照射装置２２０は、拡散光照射部２２１と、光供給部２２２とを備える。

拡散光照射部２２１は、光Ｌ２を透過可能な中空の錘状体である。本実施形態では、上記の図３に示す拡散光照射部１２１と同様の構成を有する拡散光照射部２２１を例に挙げて説明する。したがって、拡散光照射部２２１は、中心軸ＡＸ２を中心とした円錐台状であり、拡散光照射部２２１の図中下側の端部に拡散反射面２２３が設けられている。なお、拡散光照射部２２１は、拡散反射面２２３を有しない構成（図２に示す構成と同様の構成）であってもよい。

光供給部２２２は、リフレクタ２２２ｒを有する。リフレクタ２２２ｒは、拡散光照射部２２１の外部の光Ｌ２を採光面２２１ａに向けて反射する。ここで、拡散光照射部２２１の外部の光Ｌ２は、例えば太陽光であってもよいし、ＬＥＤ光源等の光源から射出される光であってもよい。以下の例では、光Ｌ２が太陽光である場合を説明する。リフレクタ２２２ｒは、当該リフレクタ２２２ｒで反射される太陽光Ｌ２が、中心軸ＡＸ２に対して所定の入射角度α２で採光面２２１ａを横切るように配置される。なお、入射角度α２は、例えば９０°に対し＋６０°以上-６０°以下の範囲内を目安とし、望ましくは９０°となるように設定することができる。リフレクタ２２２ｒは、太陽を追尾する追尾機構２２２ｔを有する。追尾機構２２２ｔは、リフレクタ２２２ｒが太陽に向くように当該リフレクタ２２２ｒを移動させる。追尾機構２２２ｔは、公知の構成を用いることができる。

本実施形態によれば、光供給部２２２において、リフレクタ２２２ｒにより拡散光照射部２２１の外部の光を確実に採光面２２１ａに供給することができる。また、リフレクタ２２２ｒは、太陽を追尾する追尾機構２２２ｔを有する。これにより、藻類培養装置及び光照射装置２２０を屋外で用いる場合、リフレクタ２２２ｒにより太陽を追尾しつつ確実に太陽光Ｌ２を採光面２２１ａに供給することができる。

図５は、第２実施形態に係る光照射装置の他の例を模式的に示す断面図である。図５では、中心軸ＡＸ３を含む平面で切断した場合の断面を示している。図５に示す光照射装置３２０は、第１実施形態と同様の藻類培養装置のタンク内に配置可能である。図５に示すように、光照射装置３２０は、拡散光照射部３２１と、光供給部３２２とを備える。

拡散光照射部３２１は、光Ｌ３を透過可能な中空の錘状体である。本実施形態では、上記の図３に示す拡散光照射部１２１と同様の構成を有する拡散光照射部３２１を例に挙げて説明する。したがって、拡散光照射部３２１は、中心軸ＡＸ３を中心とした円錐台状であり、拡散光照射部３２１の図中下側の端部に拡散反射面３２３が設けられている。なお、拡散光照射部３２１は、拡散反射面３２３を有しない構成（図２に示す構成と同様の構成）であってもよい。

光供給部３２２は、光屈折体３２２ｐを有する。光屈折体３２２ｐとしては、例えばプリズム等を用いることができる。光屈折体３２２ｐは、シート状に形成された構成であってもよい。光屈折体３２２ｐは、採光面３２１ａを覆うように配置される。光屈折体３２２ｐは、拡散光照射部３２１の外部の光Ｌ３を採光面３２１ａに向けて導光する。ここで、拡散光照射部３２１の外部の光Ｌ３は、例えば太陽光であってもよいし、ＬＥＤ光源等の光源から射出される光であってもよい。以下の例では、光Ｌ３が太陽光である場合を説明する。光屈折体３２２ｐは、当該光屈折体３２２ｐに到達する太陽光Ｌ３が、中心軸ＡＸ３に対して所定の入射角度α３で採光面３２１ａに到達するように設定される。なお、所定角度α３は、例えば９０°に対し＋６０°以上-６０°以下の範囲内を目安とし、望ましくは９０°となるように設定することができる。採光面３２１ａに対して所定の範囲の角度となるように導光する太陽の位置に応じて、太陽光を所定角度で採光面３２１ａに導光する。光屈折体３２２ｐは、太陽が移動する場合でも採光面３２１ａに対して所定範囲の方向に光Ｌ３を導光するように設計される。

本実施形態によれば、光供給部３２２において、光屈折体３２２ｐにより拡散光照射部３２１の外部の光、すなわち太陽光Ｌ３を確実に採光面３２１ａに供給することができる。これにより、藻類培養装置及び光照射装置３２０を屋外で用いる場合、光屈折体３２２ｐにより確実に太陽光を採光面３２１ａに供給することができる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。図６では、中心軸ＡＸ４を含む平面で切断した場合の断面を示している。図６に示す光照射装置４２０は、第１実施形態と同様の藻類培養装置のタンク内に配置可能である。図６に示すように、光照射装置４２０は、拡散光照射部４２１と、光供給部４２２とを備える。

拡散光照射部４２１は、光Ｌ４を透過可能な中空の錘状体である。本実施形態では、上記の拡散光照射部３２１と同様の構成を有する拡散光照射部４２１を例に挙げて説明する。したがって、拡散光照射部４２１は、中心軸ＡＸ４を中心とした円錐台状であり、拡散光照射部４２１の図中下側の端部に拡散反射面４２３が設けられている。なお、拡散光照射部４２１は、拡散反射面４２３を有しない構成（図２に示す構成と同様の構成）であってもよい。

また、光供給部４２２は、上記の光供給部３２２と同様の構成を有する。したがって、光供給部４２２は、光屈折体４２２ｐを有する。光屈折体４２２ｐは、採光面４２１ａを覆うように配置される。光屈折体４２２ｐは、拡散光照射部４２１の外部の光Ｌ４を採光面４２１ａに向けて導光する。ここで、拡散光照射部４２１の外部の光Ｌ４は、例えば太陽光であってもよいし、ＬＥＤ光源等の光源から射出される光であってもよい。以下の例では、光Ｌ４が太陽光である場合を説明する。

本実施形態において、拡散光照射部４２１は、採光面４２１ａ及び当該採光面４２１ａに接続される一部分が培養液Ｑの液面Ｑａから突出する位置に配置される。以下、この一部分を突出部分４２１ｃと表記する。

また、拡散光照射部４２１は、内部反射面（光反射面）４２１ｒを有する。内部反射面４２１ｒは、採光面４２１ａから取り込まれた光Ｌ４を拡散光照射部４２１の内部に向けて反射する。採光面４２１ａから取り込まれた光Ｌ４を内部反射面４２１ｒで反射することにより、確実に光照射面４２１ｂに光Ｌ４に到達させることが可能となっている。

本実施形態において、内部反射面４２１ｒは、例えば拡散光照射部４２１の側面部分のうち突出部分４２１ｃに配置される。本実施形態のように拡散光照射部４２１が中空状である場合、例えば拡散光照射部４２１の内面に内部反射面４２１ｒを配置することができる。

内部反射面４２１ｒが設けられることにより、例えば採光面４２１ａから取り込まれて突出部分４２１ｃに到達する光Ｌ４は、内部反射面４２１ｒにより拡散光照射部４２１の内部に反射される。このため、光Ｌ４が当該突出部分４２１ｃから外部に漏れることを抑制でき、光の利用効率を向上させることが可能となっている。

なお、内部反射面４２１ｒは、突出部分４２１ｃの外面に配置されてもよい。また、内部反射面４２１ｒの位置は、突出部分４２１ｃに限定されない。内部反射面４２１ｒは、拡散光照射部４２１のうち培養液Ｑの内部に配置される部分に設けられてもよい。例えば、内部反射面４２１ｒは、拡散光照射部４２１のうち採光面４２１ａ側の端部から採光面４２１ａとは反対側の端部までの範囲に亘って設けられてもよい。

図７は、第３実施形態に係る光照射装置の他の例を模式的に示す平面図である。図７では、光照射装置４２０を採光面４２１ａ側から見た状態を示している。図７に示すように、本実施形態において、内部反射面４２１ｒは、例えば拡散光照射部４２１を採光面４２１ａ側から見た場合の周方向の一部の範囲に設けられる。また、内部反射面４２１ｒは、平面視において中心軸ＡＸ４の両側に内部反射面４２１ｒが設けられる構成を例に挙げている。例えば、光屈折体４２２ｐの設計及び当該光屈折体４２２ｐに入射する外光（太陽光等）の入射角度によっては、当該光屈折体４２２ｐで導光される光Ｌ４が採光面４２１ａから中心軸ＡＸ４に対して光照射面４２１ｂ側に傾いて進行する場合がある。このような場合であっても、光Ｌ４の進行方向上に内部反射面４２１ｒを配置させることができるため、光Ｌ４を内部反射面４２１ｒで反射し、確実に光照射面４２１ｂに到達させることができる。

図７に示す構成では、平面視において中心軸ＡＸ４の両側に内部反射面４２１ｒが設けられる構成を例に挙げているが、これに限定されない。例えば、平面視において中心軸ＡＸ４に対して一方の側に内部反射面４２１ｒが設けられる構成であってもよい。この構成では、内部反射面４２１ｒに対して中心軸ＡＸ４を挟んだ周方向の反対側から到達する光Ｌ４を反射して、確実に光照射面４２１ｂに到達させることが可能となっている。したがって、例えば、拡散光照射部４２１を太陽光の下に配置する場合において、拡散光照射部４２１から見た太陽の方向とは反対側に内部反射面４２１ｒが位置するように当該拡散光照射部４２１を設置することで、太陽光を効率的に光照射面４２１ｂに到達させることが可能となる。

このように、本実施形態に係る光照射装置４２０において、拡散光照射部４２１は、当該拡散光照射部４２１の内部に設けられ採光面４２１ａから取り込まれた光Ｌ４を反射する内部反射面４２１ｒを有する。従って、採光面４２１ａから取り込まれた光Ｌ４を内部反射面４２１ｒで反射することにより、確実に光照射面４２１ｂに到達させることができる。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る光照射装置の一例を模式的に示す断面図である。図８では、中心軸ＡＸ５を含む平面で切断した場合の断面を示している。図８に示す光照射装置５２０は、第１実施形態と同様の藻類培養装置のタンク内に配置可能である。図８に示すように、光照射装置５２０は、拡散光照射部５２１と、光供給部５２２とを備える。

拡散光照射部５２１は、光Ｌ５を透過可能な中空の箱状体であり、中心軸ＡＸ５を中心とした円筒状である。拡散光照射部５２１は、拡散光照射部５２１は、中心軸ＡＸ５の軸線方向の一方の端部（図中上方の端部）が開口されている。拡散光照射部５２１は、光Ｌ５を取り込む採光面５２１ａと、光Ｌ５を照射する光照射面５２１ｂと、採光面５２１ａから取り込まれた光を拡散するレンズ５２１ｃとを有する。採光面５２１ａは、拡散光照射部５２１の開口部分に配置される。本実施形態において、採光面５２１ａは、中心軸ＡＸ５に垂直に交差し、当該中心軸ＡＸ５との交点を中心とする円形の仮想平面である。光照射面５２１ｂは、拡散光照射部５２１の側面部分に設定され、中心軸ＡＸ５を中心とした円筒面である。光照射面５２１ｂは、採光面５２１ａよりも面積が大きい。なお、円筒が望ましいが、採光面５２１ａよりも面積が大きければよく、角柱や逆錐体（下が広がっている形状）でもよい。レンズ５２１ｃは、採光面５２１ａから取り込まれた光を光照射面５２１ｂ側に向けて拡散する。これにより、採光面５２１ａから取り込まれる光Ｌ５がレンズ５２１ｃにより拡散され、この拡散された光Ｌ５が光照射面５２１ｂから外部に照射される。なお、拡散光照射部５２１の図中下側の端部には、光Ｌ５を光照射面５２１ｂ側に拡散する拡散反射面が設けられてもよい。また、５２１ｃは光を拡散する効果のあるもの（例えば光散乱板）を用いてもよい。

また、光供給部５２２は、光屈折体５２２ｐを有する。光屈折体５２２ｐは、採光面５２１ａを覆うように配置される。光屈折体５２２ｐは、拡散光照射部５２１の外部の光Ｌ５を採光面５２１ａに向けて導光する。ここで、拡散光照射部５２１の外部の光Ｌ５は、例えば太陽光であってもよいし、ＬＥＤ光源等の光源から射出される光であってもよい。光屈折体５２２ｐとしては、例えばプリズム等を用いることができる。光屈折体５２２ｐは、シート状に形成された構成であってもよい。なお、光供給部５２２は、光屈折体５２２ｐに限定されず、例えば上記したリフレクタ（図４等参照）であってもよいし、光源部（図１、図２等参照）であってもよい。

本実施形態によれば、拡散光照射部５２１が円筒状である構成においても、採光面５２１ａから取り込まれた光が、当該採光面５２１ａよりも面積が大きい光照射面５２１ｂから照射される。したがって、光照射面５２１ｂから照射される光Ｌ５の単位面積当たりの強度が採光面５２１ａにおける光Ｌ５の強度に対して弱い状態で、光照射面５２１ｂから外部に当該拡散させた光Ｌ５を照射することができる。これにより、強度低下後の光と同一の強度に分割した光を予め分割数に応じた数の光源等から射出して外部に照射する場合に比べて、外部で光が減衰する作用を考慮した有効照射体積が広くなるため、光の利用効率の向上を図ることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、光照射装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０のそれぞれを、藻類Ｍの光合成を行わせるために用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、上記の光照射装置を、光触媒反応を発生させるための光を照射する場合に用いてもよい。

また、上記実施形態では、光照射装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０について個別に例に挙げて説明したが、例えば、藻類培養装置１００のタンク１０の形状等に応じて、光照射装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０のうち複数種類を適宜選択して用いることができる。例えば、光の照射範囲が異なる複数種類の光照射装置を用いることにより、タンク１０内の広い範囲に効率的に光を照射することができる。

また、上記実施形態では、藻類培養装置１００のタンク１０の形状が矩形の箱状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、タンク１０の形状が、チューブ状であってもよい。また、藻類を含む培養液を布膜に浸漬させる構成の藻類培養装置に対しても、光照射装置２０、１２０、２２０、３２０、４２０を適用させることが可能である。

また、上記実施形態では、拡散光照射部２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１がタンク１０の底部に接触している状態を例に挙げて説明したが、これに限定されない。拡散光照射部２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１は、タンク１０の底部から離れた状態で配置されてもよい。

１０ タンク
２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０ 光照射装置
２１，１２１，２２１，３２１，４２１，５２１ 拡散光照射部
２１ａ，１２１ａ，２２１ａ，３２１ａ，４２１ａ，５２１ａ 採光面
２１ｂ，１２１ｂ，４２１ｂ，５２１ｂ 光照射面
２１ｈ 開口部
２１ｓ 空間部
２２，２２２，３２２，４２２，５２２ 光供給部
２２ａ 発光面
１００ 藻類培養装置
１２２ａ，１２３，２２３，３２３，４２３ 拡散反射面
２２２ｒ リフレクタ
２２２ｔ 追尾機構
３２２ｐ，５２２ｐ 光屈折体
４２１ｃ 突出部分
４２１ｒ 内部反射面
θ 傾斜角度
α２，α３ 入射角度
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５ 光（Ｌ２，Ｌ３ 太陽光）
Ｍ 藻類
Ｑ 培養液
ＡＸ，ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３，ＡＸ４，ＡＸ５ 中心軸
Ｑａ 液面
Ｓａ，Ｓｂ 面積

Claims (11)

1. 光を透過可能な中空の箱状体であり、前記光を取り込む採光面と、前記採光面よりも面積が大きく前記採光面から取り込まれる前記光を拡散させて照射する光照射面とを有する拡散光照射部と、
   前記拡散光照射部の前記採光面に前記光を供給する光供給部と
   を備える光照射装置。
2. 前記光照射面は、円錐面であり、
   前記採光面は、前記光照射面の中心軸と交差し、当該中心軸との交点を中心とする円形状の平面である
   請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記拡散光照射部は、前記採光面から取り込まれる前記光を前記光照射面に向けて反射する光反射面を内部に有する
   請求項１又は請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記光反射面は、前記拡散光照射部のうち前記採光面とは反対側の端部に配置され前記採光面に向けて先細りとなる錘状体の側面部分に設けられ、前記光を前記光照射面に向けて拡散して反射する拡散反射面を含む
   請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記光反射面は、前記拡散光照射部の側面部分のうち前記採光面側から見た場合の周方向の一部の範囲に設けられる内部反射面を含む
   請求項３又は請求項４に記載の光照射装置。
6. 前記拡散光照射部は、藻類を含む培養液を内部に収容するスペースを有するタンクにおいて、前記採光面及び当該採光面に接続される一部分が前記培養液の液面から突出する位置に配置され、
   前記内部反射面は、前記拡散光照射部の前記一部分に配置される
   請求項５に記載の光照射装置。
7. 前記光供給部は、前記採光面に対向する発光面から前記光を発光する光源部を有する
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光照射装置。
8. 前記光供給部は、前記拡散光照射部の外部の光を前記採光面に向けて反射するリフレクタを有する
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光照射装置。
9. 前記リフレクタは、太陽を追尾する追尾機構を有する
   請求項８に記載の光照射装置。
10. 前記光供給部は、前記拡散光照射部の外部の光を前記採光面に導光する光屈折体を有する
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光照射装置。
11. 藻類を含む培養液を内部に収容するスペースを有するタンクと、
    前記タンク内に配置される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の光照射装置と
    を備える藻類培養装置。

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