JP7422800B2 - Aeration stirring tank - Google Patents
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Description
本発明は散気攪拌槽に関する。 The present invention relates to an aeration stirring tank.
従来、化学反応や生物学的反応を行うためにスラリーや溶液などを槽に収容し、この槽内液を攪拌装置で攪拌することが食品工場や化学工場などで広く行われている。槽内液に対して有機ガスを吸収させて化学反応を行ったり、微生物を含む槽内液に酸素を含む気体を散気して生物学的反応が行われたりするような用途では槽内液の攪拌とともに槽内液への散気ができるように構成された散気攪拌槽が用いられている。 BACKGROUND ART Conventionally, in order to carry out chemical or biological reactions, it has been widely practiced in food factories, chemical factories, etc. to store slurry, solutions, etc. in a tank, and to stir the liquid in the tank using a stirring device. In applications where organic gas is absorbed into the tank liquid to perform a chemical reaction, or a biological reaction is performed by aerating oxygen-containing gas to the tank liquid containing microorganisms, the tank liquid is An aeration agitation tank is used, which is configured to agitate the liquid and diffuse aeration to the liquid in the tank.
この種の攪拌では、低粘度液での操作が多く比較的小型のプロペラ型やディスクタービン型の攪拌翼を高速回転させて槽全体を循環するような流れを槽内に形成する方法がとられている場合がある。また、液粘度が高い場合や、低せん断が要求される場合の槽内液の攪拌方法としては、下記特許文献１に示すようにワイドパドル翼のような大型の攪拌翼を比較的低速で回転させて槽内液を全体的に流動させることも行われている。 This type of agitation is often used with low-viscosity liquids, and a relatively small propeller-type or disk turbine-type stirring blade is rotated at high speed to create a flow in the tank that circulates throughout the tank. There may be cases where In addition, as a method of stirring the liquid in the tank when the liquid viscosity is high or when low shear is required, a large stirring blade such as a wide paddle blade is rotated at a relatively low speed as shown in Patent Document 1 below. It is also practiced to allow the liquid in the tank to flow throughout.
上記のようなワイドパドル翼は、回転速度も比較的遅く、槽内液がその回転に追随するように槽内をゆっくりと流れるため攪拌翼によるせん断が槽内液に対して加わり難い。そのため、ワイドパドル翼は、せん断によって破壊されるおそれのある物質等が槽内液中に存在するような場合に適しているといえる。例えば、微生物の増殖や微生物による生物化学的反応を行うためのバイオリアクターでは槽内液中の微生物にダメージを与えるおそれの低いワイドパドル翼が採用されたりしている。また、ワイドパドル翼での攪拌は、槽内液を全体的に攪拌して槽内液の均質化を図るのにも有効であるため、例えば、ポリマーの溶液重合などにおいても行われている（下記特許文献２）。 The wide paddle blades described above have a relatively slow rotational speed, and the liquid in the tank flows slowly in the tank to follow the rotation, so that shearing by the stirring blades is difficult to apply to the liquid in the tank. Therefore, the wide paddle blade can be said to be suitable for cases where there are substances in the tank liquid that may be destroyed by shearing. For example, wide paddle blades are used in bioreactors for the growth of microorganisms and biochemical reactions by microorganisms, which are less likely to damage the microorganisms in the tank liquid. In addition, stirring with wide paddle blades is effective for stirring the entire liquid in the tank and homogenizing the liquid in the tank, so it is also used, for example, in solution polymerization of polymers ( Patent Document 2 below).
ところで、バイオリアクターでは、通常、槽内の広範囲に気泡を均一に行きわたらせることが望まれている。そのようなことからバイオリアクターで散気を行なう散気体は、通常、気泡が発生する部位が攪拌翼の下方に位置するように設けられている（下記特許文献３の図２など参照）。 By the way, in a bioreactor, it is generally desired that bubbles be uniformly distributed over a wide range within the tank. For this reason, a gas diffuser that performs aeration in a bioreactor is usually provided so that the portion where bubbles are generated is located below the stirring blade (see FIG. 2 of Patent Document 3 below).
ワイドパドル翼を備えたバイオリアクターでは、従来の槽底部中心付近に設置した散気装置では、散気効果や混合効果が低下することがある。しかしながら、そのような問題が生じることについてはこれまで気付かれていない。そのため、そのような問題に対する解決手段もこれまでには提供されていない。また、そのような問題は、バイオリアクターのみならずワイドパドル翼による攪拌と散気とが実施される散気攪拌槽に共通する問題である。そこで本発明は、散気による効果が槽内液全体に行きわたり易い散気攪拌槽の提供を課題としている。 In bioreactors equipped with wide paddle blades, conventional aeration devices installed near the center of the bottom of the tank may reduce the aeration and mixing effects. However, the occurrence of such a problem has not been noticed so far. Therefore, no solution to such problems has been provided so far. Moreover, such a problem is common not only to bioreactors but also to aeration stirring tanks in which stirring and aeration are carried out using wide paddle blades. Therefore, an object of the present invention is to provide an aeration stirring tank in which the effect of aeration is easily spread throughout the liquid in the tank.
上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、ワイドパドル翼を備えた攪拌翼では軸心に沿った方向での下降流が形成され易く、このワイドパドル翼の下方で散気を行なうと気泡の浮上力による槽内液の流動が下降流と対向することになって内容液の流動混合が悪くなり気泡の拡散が不十分になる場合があることを見出した。また、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、ワイドパドル翼の回転時に当該ワイドパドル翼の通過する領域よりも外側において気泡を発生させることで、槽内の流動、混合もよくせん断が加わり易いワイドパドル翼の外縁部で槽内液に多くの気泡が含まれることになり、当該気泡が微細化され易くなることを見出し、本発明を完成させるに至った。 After conducting extensive studies to solve the above problems, we found that stirring blades equipped with wide paddle blades tend to form a downward flow in the direction along the axis, and that air bubbles float when air is diffused below the wide paddle blade. It has been found that the flow of the liquid in the tank due to the force opposes the downward flow, resulting in poor flow mixing of the liquid in the tank and insufficient diffusion of bubbles. In addition, after intensive study to solve the above problem, we found that by generating air bubbles outside the area through which the wide paddle blade passes when the wide paddle blade rotates, flow and mixing in the tank can be improved and shear can be easily applied. The present inventors have discovered that the liquid in the tank contains many bubbles at the outer edge of the wide paddle blade, and that the bubbles are likely to be miniaturized, leading to the completion of the present invention.
上記課題を解決するための本発明は、
槽内液が収容される槽本体と、
前記槽内液を攪拌する攪拌装置と、
前記槽内液に散気する散気体とを備え、
前記攪拌装置が、上下方向に延びる軸心周りに回転して前記槽本体の下部で前記槽内液を攪拌するワイドパドル翼を有し、
前記散気体が、前記散気のための気泡を発生する気泡発生部を有し、
該気泡発生部が、前記ワイドパドル翼の回転時に該ワイドパドル翼が通過する領域よりも径方向外側に設けられている散気攪拌槽、を提供する。
The present invention for solving the above problems is as follows:
A tank body in which the tank liquid is stored;
a stirring device that stirs the liquid in the tank;
and a gas diffuser that diffuses air into the liquid in the tank,
The stirring device has a wide paddle blade that rotates around an axis extending in the vertical direction and stirs the liquid in the tank at a lower part of the tank main body,
The gas diffuser has a bubble generating part that generates bubbles for the gas diffusion,
The present invention provides an aeration stirring tank in which the bubble generating section is provided radially outside a region through which the wide paddle blade passes when the wide paddle blade rotates.
本発明によれば、散気による効果が槽内液全体に行きわたり易い散気攪拌槽が提供され得る。 According to the present invention, it is possible to provide an aeration stirring tank in which the effect of aeration is easily spread throughout the entire liquid in the tank.
以下に、本発明の一実施の形態について散気攪拌槽の具体例としてバイオリアクターを例に説明する。また、以下においてはバイオリアクターの具体例として微生物の増殖が行われる培養槽を例に図を参照しつつ説明する。本実施形態の散気攪拌槽では、藻類などの微生物を含んだ培養液が槽内液として収容され、該培養液に対する散気と攪拌とが行われる。 An embodiment of the present invention will be described below using a bioreactor as a specific example of an aeration stirring tank. Further, in the following, a culture tank in which microorganisms are grown will be described as a specific example of a bioreactor with reference to the drawings. In the aeration stirring tank of this embodiment, a culture solution containing microorganisms such as algae is stored as a tank liquid, and the culture solution is aerated and stirred.
図１に示すように、本実施形態の培養槽１００は、培養液Ａを収容するための槽本体１０と、該槽本体１０に収容された培養液Ａに散気をする散気体２０と、前記槽本体１０に収容された培養液Ａを攪拌する攪拌装置３０とを備えている。尚、以下においては図１での正面視における左右の方向を「横方向Ｘ」などと称する。また、図１での奥行方向のことを以下においては「前後方向Ｙ」などと称する。さらに、図１の正面視における上下方向や「高さ方向Ｚ」、「垂直方向」などと称する。 As shown in FIG. 1, the culture tank 100 of this embodiment includes a tank main body 10 for storing the culture solution A, a gas diffuser 20 for diffusing the culture solution A contained in the tank main body 10, A stirring device 30 for stirring the culture solution A contained in the tank main body 10 is provided. Note that, hereinafter, the left and right direction when viewed from the front in FIG. 1 will be referred to as a "lateral direction X" or the like. Further, the depth direction in FIG. 1 will be referred to as "front-back direction Y" etc. below. Furthermore, it will be referred to as the up-down direction, "height direction Z", "vertical direction", etc. when viewed from the front in FIG.
本実施形態の槽本体１０は、底部１０ａと、該底部１０ａの外周縁より筒状に立ち上る側壁部１０ｂと、前記底部１０ａと垂直方向において対向し、且つ、該側壁部１０ｂの上部開口を塞ぐように設けられた天井部１０ｃとを備えている。 The tank body 10 of this embodiment includes a bottom portion 10a, a side wall portion 10b that rises in a cylindrical shape from the outer peripheral edge of the bottom portion 10a, and faces the bottom portion 10a in the vertical direction and closes an upper opening of the side wall portion 10b. The ceiling section 10c is provided as shown in FIG.
槽本体１０の側壁部１０ｂは、図１、図２に示されているように横方向Ｘや前後方向Ｙよりも高さ方向Ｚにおける寸法が大きな縦型円筒状で、水平面による断面形状が所定の内径（Ｄ１）を有する円形である。前記底部１０ａ及び前記天井部１０ｃは円板状となっている。前記底部１０ａは、中央部が外周縁よりも僅かに低く下方に向けて僅かに凹入し上面が曲面となっている。前記天井部１０ｃは、前記底部１０ａとは逆にドーム状となって僅かに上方に向けて膨出した状態になっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the side wall portion 10b of the tank body 10 has a vertical cylindrical shape with a larger dimension in the height direction Z than in the lateral direction It is circular with an inner diameter (D1) of . The bottom portion 10a and the ceiling portion 10c are disk-shaped. The bottom portion 10a has a central portion slightly lower than the outer peripheral edge and is slightly recessed downward, and has a curved upper surface. The ceiling portion 10c is dome-shaped, contrary to the bottom portion 10a, and slightly bulges upward.
槽本体１０には、前記培養液Ａを内部に導入可能にする流入口１１を上部（天井部１０ｃ）に備えるとともに培養終了後の培養液Ａを排出するための排出口１２を底部１０ａに備えている。該槽本体１０は、流入口１１を閉塞させるための第１の蓋体１１ａと前記排出口１２を閉塞させるための第２の蓋体１２ａとを備え、これらの蓋体によって内部を実質的な密閉状態とし得るように構成されている。なお、厳密には、前記槽本体１０は、外部との流通経路を備え、該槽本体１０には前記散気体２０によって散気する気体を槽外から導入するための給気経路Ｂと前記散気体２０によって槽内において散気される気体の量に対応する排ガスを排出するための排気経路Ｃとを備えている。 The tank body 10 is provided with an inlet 11 at the top (ceiling part 10c) that allows the culture solution A to be introduced into the interior, and an outlet 12 at the bottom 10a for discharging the culture solution A after completion of culture. ing. The tank body 10 includes a first lid 11a for closing the inlet 11 and a second lid 12a for closing the outlet 12, and the interior is substantially closed by these lids. It is configured to be in a sealed state. Strictly speaking, the tank main body 10 is equipped with a communication path with the outside, and the tank main body 10 has an air supply path B for introducing the gas to be diffused by the gas diffuser 20 from outside the tank, and an air supply path B for introducing the gas to be diffused by the gas diffuser 20 from the outside. The tank is provided with an exhaust path C for discharging exhaust gas corresponding to the amount of gas diffused in the tank by the gas 20.
前記槽本体１０は、前記流入口１１が形成されている上端部分を除いて中央部から底部にかけて外壁部１３と内壁部１４との二重壁を有し、該外壁部１３と内壁部１４との間に温熱媒や冷熱媒を流通させて槽内を加温したり減温したりして温度調節できるようになっている。即ち、前記槽本体１０は、熱媒を流通可能なジャケット部１０ｄを有している。前記内壁部１４は、底壁１４１と、該底壁１４１の外周縁より筒状に立ち上る周側壁１４２とを備えている。該内壁部１４は、底壁１４１と周側壁１４２とで培養液Ａの収容空間を画定しており、表面１４ａが培養液Ａに接するように配されている。該槽本体１０では、前記培養液Ａに接する前記底壁１４１や前記周側壁１４２の内面（内壁部１４の表面１４ａ）が前記培養液Ａに温熱や冷熱を伝える伝熱面となっている。 The tank body 10 has a double wall including an outer wall 13 and an inner wall 14 from the center to the bottom except for the upper end where the inlet 11 is formed. The temperature can be adjusted by circulating a heating medium or a cooling medium between the tanks to heat or cool the inside of the tank. That is, the tank body 10 has a jacket portion 10d through which a heat medium can flow. The inner wall portion 14 includes a bottom wall 141 and a circumferential side wall 142 rising from the outer peripheral edge of the bottom wall 141 in a cylindrical shape. The inner wall portion 14 defines a storage space for the culture solution A with a bottom wall 141 and a peripheral side wall 142, and is disposed so that the surface 14a is in contact with the culture solution A. In the tank body 10, the inner surfaces of the bottom wall 141 and the peripheral side wall 142 (the surface 14a of the inner wall portion 14) that are in contact with the culture solution A serve as heat transfer surfaces that transmit heat and cold to the culture solution A.
前記槽本体１０は、前記周側壁１４２の内面（内壁部１４の表面１４ａ）より内方に突出した静止翼であるバッフル１５を更に備えている。該バッフル１５は、長板状であり長手方向が上下方向となり短手方向が前記周側壁１４２の径方向Ｒとなるように配されている。即ち、前記バッフル１５は、前記周側壁１４２の内面から短手方向を前記周側壁１４２の中心部に向けて突出している。本実施形態の前記バッフル１５は、前記周側壁１４２の下端から該周側壁１４２の半分の高さを超える位置まで延在している。また、本実施形態では、複数のバッフル１５が備えられており、該複数のバッフル１５が、周側壁１４２の周方向に略等間隔となるように配されている。本実施形態では長板状のバッフル１５を例示しているが、該バッフル１５の形状は長板状でなくてもよい。バッフル１５は、円柱状などであってもよい。バッフル１５は、中実体であっても中空体であってもよい。 The tank body 10 further includes a baffle 15 that is a stationary blade that protrudes inward from the inner surface of the circumferential wall 142 (the surface 14a of the inner wall portion 14). The baffle 15 has a long plate shape and is arranged such that its longitudinal direction is the vertical direction and its transversal direction is the radial direction R of the circumferential wall 142. That is, the baffle 15 protrudes from the inner surface of the circumferential wall 142 in the transverse direction toward the center of the circumferential wall 142 . The baffle 15 of this embodiment extends from the lower end of the peripheral side wall 142 to a position exceeding half the height of the peripheral side wall 142. Further, in this embodiment, a plurality of baffles 15 are provided, and the plurality of baffles 15 are arranged at approximately equal intervals in the circumferential direction of the peripheral side wall 142. Although the baffle 15 in the form of a long plate is illustrated in this embodiment, the shape of the baffle 15 may not be in the form of a long plate. The baffle 15 may be cylindrical or the like. The baffle 15 may be a solid body or a hollow body.
本実施形態においては槽本体１０の底壁１４１よりも上方に円環状の前記散気体２０が配されている。円環状の前記散気体２０は、培養液Ａ中に気泡を発生させる気泡発生部を有し、気体を下方向に気泡を発生させ得るようになっている。該散気体２０では、径方向が水平方向となる円周に沿って気泡発生部が設けられている。該気泡発生部を通るように描かれる円の内、最も径が小さくなるように描かれる円は、後段において詳述するように前記攪拌装置３０の攪拌翼の下端部を内側に収容可能な直径を有する。 In this embodiment, the annular gas diffuser 20 is disposed above the bottom wall 141 of the tank body 10. The annular gas diffuser 20 has a bubble generating part that generates bubbles in the culture solution A, and is configured to generate bubbles in a downward direction. In the gas diffuser 20, bubble generating portions are provided along the circumference where the radial direction is the horizontal direction. Among the circles drawn passing through the bubble generating part, the circle drawn so as to have the smallest diameter has a diameter that can accommodate the lower end of the stirring blade of the stirring device 30 inside, as will be described in detail later. has.
前記気泡発生部は、例えば、単孔（ノズル）、多孔質焼結体、メンブレンなどにより構成される。前記散気体２０は、全体がチューブ状となるように構成されたものを採用することができる。実施形態の散気体２０では、空気や空気よりも酸素濃度が高い気体（例えば、空気と酸素ガスとの混合ガス）が散気される。尚、散気体の具体的な構成や気体の種類はバイオリアクターの具体的な用途に応じて適宜変更でき上記例示に特に限定されない。本実施形態では、気泡発生部が下向きに気泡を発生させるように構成されているために、攪拌による培養液Ａの流れと気泡の放出方向とが対向した状態になることを回避できるとともに槽内での気泡の滞留時間を長くできる。また、ノズルなどを下向きに開口させるようにすると培養液Ａ中の固形物が堆積して目詰まりすることも抑制することができる。 The bubble generating section is composed of, for example, a single hole (nozzle), a porous sintered body, a membrane, or the like. The gas diffuser 20 may be configured to have a tubular shape as a whole. In the gas diffuser 20 of the embodiment, air or a gas having a higher oxygen concentration than air (for example, a mixed gas of air and oxygen gas) is diffused. Note that the specific configuration of the gas diffuser and the type of gas can be changed as appropriate depending on the specific use of the bioreactor, and are not particularly limited to the above examples. In this embodiment, since the bubble generating section is configured to generate bubbles downward, it is possible to avoid a state in which the flow of culture solution A due to stirring and the direction of bubble release are opposite to each other, and also The residence time of bubbles can be extended. Further, by opening the nozzle downward, solid matter in the culture solution A can be prevented from accumulating and clogging.
本実施形態の培養槽１００は、この散気体２０の気泡発生部から発生する気泡を拡散させるなどして培養液Ａをできるだけ均一な状態になるように攪拌する前記攪拌装置３０を備えている。該攪拌装置３０は、培養液Ａを攪拌するための動力源となるモーター３１と、該モーター３１によって軸周りに回転されるシャフト３２と、該シャフト３２の先端部（下端部）に装着された第１のワイドパドル翼と該ワイドパドル翼よりも基端側（上側）に設けられた第２のワイドパドル翼との２つのワイドパドル翼を備えている。 The culture tank 100 of this embodiment is equipped with the stirring device 30 that stirs the culture solution A to be as uniform as possible by diffusing the bubbles generated from the bubble generating portion of the gas diffuser 20. The stirring device 30 includes a motor 31 serving as a power source for stirring the culture solution A, a shaft 32 rotated around an axis by the motor 31, and a shaft 32 attached to the tip (lower end) of the shaft 32. Two wide paddle blades are provided: a first wide paddle blade and a second wide paddle blade provided on the base end side (upper side) of the wide paddle blade.
前記モーター３１は、槽本体１０の頂部よりも上方に配されている。より詳しくは、前記モーター３１は、鉛直方向に沿って延びる槽本体１０の仮想中心軸ＣＸを槽本体１０よりも上方に延設した線上に配されており、その回転軸の軸方向が当該延長線と一致するように配されている。該モーター３１は、回転軸を下方に向けて配されており、該回転軸の下端において前記シャフト３２と連結されている。 The motor 31 is arranged above the top of the tank body 10. More specifically, the motor 31 is arranged on a line extending above the tank main body 10 from the virtual central axis CX of the tank main body 10 extending along the vertical direction, and the axial direction of its rotation axis is along the extension. It is arranged to match the line. The motor 31 is arranged with its rotating shaft facing downward, and is connected to the shaft 32 at the lower end of the rotating shaft.
該シャフト３２は、縦型円筒状の前記槽本体１０の仮想中心軸ＣＸに沿って配され、槽本体１０の天井部を貫通する形で槽本体１０の内外に亘って延在している。該シャフト３２は、その上端において前記モーター３１の回転軸に連結され、２つのワイドパドル翼の内、第１のワイドパドル翼が下端部に固定され、該ワイドパドル翼（以下、「下翼３３」ともいう）の上方に第２のワイドパドル翼（以下、「上翼３４」ともいう）が固定されている。即ち、本実施形態の培養槽１００は、下翼３３及び上翼３４が、前記モーター３１の回転によって鉛直軸である軸心周りに回転するように構成されている。尚、以下においては水平方向に前記中心軸から離れる方向のことを「径方向Ｒ」などと称する。 The shaft 32 is disposed along the virtual central axis CX of the vertical cylindrical tank body 10, and extends inside and outside the tank body 10 in a manner that penetrates the ceiling of the tank body 10. The shaft 32 is connected at its upper end to the rotating shaft of the motor 31, and of the two wide paddle wings, the first wide paddle wing is fixed to the lower end. A second wide paddle wing (hereinafter also referred to as "upper wing 34") is fixed above the upper wing (also referred to as "upper wing 34"). That is, the culture tank 100 of this embodiment is configured such that the lower wing 33 and the upper wing 34 rotate around the axis, which is a vertical axis, by the rotation of the motor 31. Note that, hereinafter, a direction horizontally away from the central axis will be referred to as a "radial direction R" or the like.
本実施形態での前記攪拌装置３０は、槽本体１０の下部において前記下翼３３で培養液Ａを攪拌するとともに槽本体１０の高さ方向Ｚの中央部において前記上翼３４で培養液Ａを攪拌するように構成されている。 The stirring device 30 in this embodiment stirs the culture solution A with the lower wings 33 in the lower part of the tank body 10, and stirs the culture solution A with the upper wings 34 in the center of the tank body 10 in the height direction Z. Configured to stir.
本実施形態の前記上翼３４、及び、前記下翼３３は、翼面が鉛直面となるように配されている。従って、本実施形態の前記上翼３４、及び、前記下翼３３の上面視における形状は、図２に示すように何れも線状である。 The upper wing 34 and the lower wing 33 of this embodiment are arranged so that the wing surfaces are vertical planes. Therefore, the shapes of the upper wing 34 and the lower wing 33 in this embodiment when viewed from above are both linear as shown in FIG. 2 .
前記上翼３４、及び、前記下翼３３の上面視における形状は、前記シャフト３２の一つの箇所から径方向Ｒ外向きに線状に延びているとともに前記一つの箇所とは１８０度離れた他の箇所からも径方向Ｒ外向きに線状に延びており、該シャフト３２を１８０度回転させた際に一つの箇所から延びる線と他の箇所から延びる線とが互いに重なり合う形状を有している。即ち、前記上翼３４、及び、前記下翼３３は、軸心周りに回転させた際に上面視において回転対称性を示す形状を有しており、２回対称となる形状を有している。 The shapes of the upper wing 34 and the lower wing 33 in a top view are such that they linearly extend outward in the radial direction R from one location on the shaft 32 and are 180 degrees apart from the one location. It also extends linearly outward in the radial direction R from the location, and has a shape in which when the shaft 32 is rotated 180 degrees, the line extending from one location and the line extending from the other location overlap each other. There is. That is, the upper wing 34 and the lower wing 33 have a shape that exhibits rotational symmetry in a top view when rotated around the axis, and have a shape that is two-fold symmetrical. .
上面視における前記上翼３４の形状は、シャフト３２から先端に至るまで径方向Ｒに一直線となって延びている。前記下翼３３は、シャフト３２から延びる方向での基端側で径方向Ｒ外向きに直線的に延びているが、その先では径方向Ｒに対して傾斜して外向きに延びている。具体的には、上面視における前記下翼３３の形状は、先端部が回転方向ＲＤとは逆側に折れ曲がった折れ線状になっている。そして、前記下翼３３は、シャフト３２から径方向Ｒ外向きに延びる第１板状部３３１と、該第１板状部３３１の先端より径方向に対して傾斜して外向きに延びる第２板状部３３２とを備えている。 The shape of the upper wing 34 when viewed from above extends in a straight line in the radial direction R from the shaft 32 to the tip. The lower wing 33 extends linearly outward in the radial direction R at the base end side in the direction extending from the shaft 32, but extends outward in the radial direction R at an angle beyond that point. Specifically, the shape of the lower wing 33 when viewed from above is in the form of a polygonal line in which the tip portion is bent in the opposite direction to the rotation direction RD. The lower wing 33 includes a first plate portion 331 extending outward in the radial direction R from the shaft 32, and a second plate portion 331 extending outward from the tip of the first plate portion 331 at an angle with respect to the radial direction. A plate-like portion 332 is provided.
前記下翼３３の第１板状部と前記上翼３４とは、上面視において一つの直線となるようには配されておらず、所定の角度θで交差するように前記シャフト３２に固定されている。 The first plate portion of the lower wing 33 and the upper wing 34 are not arranged in a straight line when viewed from above, but are fixed to the shaft 32 so as to intersect at a predetermined angle θ. ing.
本実施形態では下翼３３の回転により、槽底から内壁部１４の表面１４ａに沿って旋回しつつ上昇するような培養液Ａの流れが槽底部に発生する。前記上翼３４は、この下翼３３の上方で回転し、このような培養液Ａの流れが槽底部に形成されることを補助する。本実施形態では上翼３４の方が下翼３３よりも径方向Ｒでの寸法が小さい。また、上翼３４は、下翼３３とは周方向に位置ずれして回転している。 In this embodiment, the rotation of the lower wing 33 generates a flow of the culture solution A at the bottom of the tank that swirls and rises from the bottom of the tank along the surface 14a of the inner wall 14. The upper wing 34 rotates above the lower wing 33 to assist in forming the flow of the culture solution A at the bottom of the tank. In this embodiment, the upper wing 34 has a smaller dimension in the radial direction R than the lower wing 33. Further, the upper wing 34 rotates with a positional shift in the circumferential direction from the lower wing 33.
培養液Ａの攪拌には上翼と下翼とが一体とが一つになって一枚板になったような大きなワイドパドル翼を採用することも可能であるが、その場合は、翼の上端から下端までの途中で境界が生じ、該境界よりも上側と下側とで培養液Ａの状態を異ならせ易くなる。そのため気泡を槽内に均一拡散させるという意味では本実施形態のように上翼３４と下翼３３との２つの翼を有する方が好ましい。尚、翼は、上、中、下の３枚構成であてもよく、４枚以上であってもよいが、装置構成を複雑化させないためには３枚以下が好ましく、２枚であることがより好ましい。 It is also possible to use a large wide paddle blade that has upper and lower blades integrated into a single plate to stir the culture solution A, but in that case, the blade A boundary occurs midway from the upper end to the lower end, and it becomes easy to make the state of the culture solution A different between above and below the boundary. Therefore, in the sense of uniformly dispersing the bubbles within the tank, it is preferable to have two wings, the upper wing 34 and the lower wing 33, as in this embodiment. Note that the blades may be configured with three blades, upper, middle, and lower, or may have four or more blades, but in order to avoid complicating the device configuration, three or less blades are preferable, and two blades are preferable. More preferred.
本実施形態の攪拌装置は、複数の攪拌翼の内の最も下方に配されている前記下翼のみをワイドパドル翼とし、当該下翼の上方にワイドパドル翼とは異なるその他の攪拌翼を備えてもよい。ワイドパドル翼とその他の攪拌翼とは、別体になっていてもよく一体になっていてもよい。 In the stirring device of this embodiment, only the lower blade arranged at the lowest position among the plurality of stirring blades is a wide paddle blade, and above the lower blade is provided with another stirring blade different from the wide paddle blade. You can. The wide paddle blade and the other stirring blades may be separate or integrated.
前記下翼の上方に設けられてもよいその他の攪拌翼としては、例えば、格子状の攪拌翼が挙げられる。該格子状の攪拌翼（以下、「格子翼」ともいう）は、前記下翼と面一となるように設けることができる。格子翼と下翼とは一体になって一枚翼となっていてもよい。この場合、格子翼と下翼とでは径方向への吐出力に差が生じるため一枚翼であっても境界が生じ難く、培養液Ａを槽全体で比較的均質な状態にすることができる。 Other stirring blades that may be provided above the lower blade include, for example, lattice-shaped stirring blades. The lattice-shaped stirring blades (hereinafter also referred to as "lattice blades") can be provided flush with the lower blade. The lattice wing and the lower wing may be integrated into a single wing. In this case, since there is a difference in the discharge force in the radial direction between the lattice blades and the lower blades, boundaries are difficult to form even with a single blade, and the culture solution A can be kept in a relatively homogeneous state throughout the tank. .
前記格子翼としては、例えば、上下方向に延びる縦桟部が前記シャフトの左右それぞれに複数ずつ配され、且つ、複数の縦桟部が径方向に所定の間隔を保って配されており、該縦桟部が前記下翼の上縁より上方に延び、径方向に隣り合う縦桟部の間に上下方向に長く延びた空隙が設けられており、一端部が前記シャフトに固定され、該シャフトから径方向に延びて該径方向に間隔を設けて並んだ複数の前記縦桟部の上端部どうしを接続する横桟部をさらに有するようなものであってもよい。 The lattice blades may include, for example, a plurality of longitudinal bars extending in the vertical direction arranged on each side of the shaft, and a plurality of longitudinal bars arranged at predetermined intervals in the radial direction. A vertical bar extends upward from the upper edge of the lower wing, and a gap extending vertically is provided between radially adjacent vertical bars, one end of which is fixed to the shaft, and the shaft is fixed to the shaft. It may further include a horizontal bar portion that extends in the radial direction from the top and connects the upper ends of the plurality of vertical bar portions arranged at intervals in the radial direction.
本実施形態での前記下翼３３は、正面視における形状が概ね矩形である。下翼３３は、径方向外向きに延びている。下翼３３の下縁３３ａは、下翼３３の回転軸心となる位置に設けた前記シャフト３２から径方向外向きに延びている。下翼３３は、下縁３３ａと、該下縁３３ａの外端部より上方に延びる側縁３３ｂと、該側縁３３ｂの上端部より内向きに延びる上縁３３ｃとを有している。但し、下翼３３の下縁３３ａは、直線状にはなっておらず、底壁１４１の上面形状に対応するように僅かにカーブしており、シャフト３２から径方向Ｒ外側に向かうに従って緩やかに先上りするようにカーブしている。言い換えると下翼３３の下縁３３ａは、上下方向に延びる側縁３３ｂの下端部より先下がりするように内向きに延びている。一方で、下翼３３の側縁３３ｂは、直線状であり内壁部１４の周側壁１４２と並行するように垂直方向に延びている。また、下翼３３の上縁３３ｃも直線状であり前記シャフト３２から径方向外向きに向けて水平に延びている。 The lower wing 33 in this embodiment has a generally rectangular shape when viewed from the front. The lower wing 33 extends radially outward. The lower edge 33a of the lower wing 33 extends radially outward from the shaft 32 provided at a position serving as the rotational axis of the lower wing 33. The lower wing 33 has a lower edge 33a, a side edge 33b extending upward from the outer end of the lower edge 33a, and an upper edge 33c extending inward from the upper end of the side edge 33b. However, the lower edge 33a of the lower wing 33 is not linear, but is slightly curved to correspond to the top surface shape of the bottom wall 141, and gradually curves toward the outside in the radial direction R from the shaft 32. It curves upwards. In other words, the lower edge 33a of the lower wing 33 extends inward so as to be lower than the lower end of the side edge 33b extending in the vertical direction. On the other hand, the side edge 33b of the lower wing 33 is linear and extends in the vertical direction parallel to the circumferential wall 142 of the inner wall portion 14. Further, the upper edge 33c of the lower wing 33 is also linear and extends horizontally from the shaft 32 outward in the radial direction.
上記のような形状を有する前記下翼３３は、軸心周り（仮想中心軸ＣＸ周り）に１回転させた際に、その軌跡が図３に示すような仮想立体Ｂ３３を描く。該仮想立体Ｂ３３は、垂直方向に沿った中心軸を有する円柱状である。但し、前記下縁３３ａの軌跡が描く該仮想立体Ｂ３３の下面は、丸みをもって僅かに下方に向けて突出している。 When the lower wing 33 having the above-described shape rotates once around the axis (around the virtual central axis CX), its locus draws a virtual solid B33 as shown in FIG. 3 . The virtual solid B33 has a cylindrical shape with a central axis along the vertical direction. However, the lower surface of the virtual solid B33 drawn by the locus of the lower edge 33a is rounded and slightly protrudes downward.
前記下翼３３は、板面が広い方が培養液Ａを攪拌する上で有利となる。例えば、径方向での長さをバッフル１５の先端近くにまで到達する長さとすれば培養液Ａを大きく流動させるのに有利となる。しかし、そのようにするとモーターの負荷が過大になるとともにバッフル１５との間で培養液Ａが強くせん断されることになり、微生物を傷付けてしまうことにもなり得る。下翼３３の径方向での長さ（図２でのＤ２）は、水平面で前記槽本体１０を切断した際の該槽本体１０での収容空間の直径（内壁部１４の表面１４ａが描く円の直径、図２でのＤ１。以下、単に「直径Ｄ１」、「槽本体の直径Ｄ１」などともいう。）に対して０．４倍以上（Ｄ２≧０．４・Ｄ１）であることが好ましく、０．５倍以上（Ｄ２≧０．５・Ｄ１）であることがより好ましい。下翼３３の径方向での長さは、槽本体１０の直径の０．７倍以下（Ｄ２≦０．７・Ｄ１）であることが好ましく、０．６倍以下（Ｄ２≦０．６・Ｄ１）であることがより好ましい。 It is advantageous for the lower wing 33 to have a wider plate surface for stirring the culture solution A. For example, if the length in the radial direction is set to a length that reaches near the tip of the baffle 15, it will be advantageous to cause the culture solution A to flow greatly. However, if this is done, the load on the motor becomes excessive and the culture solution A is strongly sheared between the baffle 15 and the microorganisms may be damaged. The length in the radial direction of the lower wing 33 (D2 in FIG. 2) is the diameter of the accommodation space in the tank body 10 when the tank body 10 is cut on a horizontal plane (the circle drawn by the surface 14a of the inner wall portion 14). diameter, D1 in Fig. 2 (hereinafter also simply referred to as "diameter D1", "diameter D1 of the tank body", etc.) is 0.4 times or more (D2≧0.4・D1). It is preferably 0.5 times or more (D2≧0.5·D1). The length of the lower wing 33 in the radial direction is preferably 0.7 times or less (D2≦0.7・D1) and 0.6 times or less (D2≦0.6・D1) the diameter of the tank body 10. D1) is more preferred.
前記バッフル１５は、前記下翼３３による培養液Ａの流れを適度に乱して培養液Ａの攪拌を幇助する。バッフル１５は、突出高さが高い方が培養液Ａの流れを乱す効果が高くなるが、過度に高いとむしろバッフル１５で培養液Ａの滞留が生じかねない。また、過度に高いバッフル１５は、前記下翼３３の回転径（Ｄ２）に制約を生じさせることにもなり得る。バッフル１５の突出高さが過度に高いと、下翼３３を回転させた際の通過領域である前記仮想立体Ｂ３３の体積を減少させてしまうことになり、攪拌効果を減少させることにつながる。 The baffle 15 moderately disturbs the flow of the culture solution A caused by the lower wing 33 and assists in stirring the culture solution A. The higher the protrusion height of the baffle 15, the more effective it is in disrupting the flow of the culture solution A, but if the height is too high, the culture solution A may rather stagnate in the baffle 15. In addition, an excessively high baffle 15 may restrict the rotational diameter (D2) of the lower wing 33. If the protruding height of the baffle 15 is excessively high, the volume of the virtual solid B33, which is the passage area when the lower blade 33 is rotated, will be reduced, leading to a reduction in the stirring effect.
前記バッフル１５の突出高さ（径方向での寸法、図２でのＨｃ）は、槽本体１０の直径に対して０．０１倍以上（Ｈｃ≧０．０１・Ｄ１）であることが好ましく、０．０３倍以上（Ｈｃ≧０．０３・Ｄ１）であることがより好ましい。バッフル１５の高さは、槽本体１０の直径の０．１２倍以下（Ｈｃ≦０．１２・Ｄ１）であることが好ましく、０．１倍以下（Ｈｃ≦０．１・Ｄ１）であることがより好ましい。 The protruding height of the baffle 15 (dimension in the radial direction, Hc in FIG. 2) is preferably 0.01 times or more the diameter of the tank body 10 (Hc≧0.01·D1), More preferably, it is 0.03 times or more (Hc≧0.03·D1). The height of the baffle 15 is preferably 0.12 times or less (Hc≦0.12・D1) and 0.1 times or less (Hc≦0.1・D1) the diameter of the tank body 10. is more preferable.
本実施形態では、下翼３３による攪拌効果をより顕著に発揮させる上において、前記バッフル１５は、その上端部が前記下翼３３の上縁３３ｃを超える高さとなるように上下方向に延在している。前記バッフル１５は、下端が散気体２０の気泡発生部よりも下方に位置するように上下方向に延在している。 In this embodiment, the baffle 15 extends in the vertical direction so that its upper end exceeds the upper edge 33c of the lower blade 33 in order to more clearly exhibit the stirring effect of the lower blade 33. ing. The baffle 15 extends in the vertical direction so that its lower end is located below the bubble generating portion of the gas diffuser 20.
前記下翼３３の回転時に該下翼３３がバッフル１５に接近することによってこれらの間の培養液Ａに生じる水圧を逃がすことができるように前記バッフル１５と前記内壁部１４との間に隙間を設けるようにしてもよい。例えば、長板状の部材を前記内壁部１４から少し離して支持するようにしてバッフルを構成し、内壁部１４との間に上下方向に長いスリット状の隙間を設けるようにしてもよい。このような隙間を設けることは、内容物がバッフル部分で滞留することを防止しうる。 A gap is provided between the baffle 15 and the inner wall portion 14 so that water pressure generated in the culture solution A between them when the lower wing 33 approaches the baffle 15 when the lower wing 33 rotates can be released. It may also be provided. For example, the baffle may be configured such that a long plate-like member is supported a little apart from the inner wall 14, and a vertically long slit-shaped gap is provided between the baffle and the inner wall 14. Providing such a gap can prevent the contents from remaining in the baffle portion.
本実施形態での前記バッフル１５は、前記内壁部１４の表面よりも内向きに突出した固定金具に対してボルト止めするなどして着脱自在に設けられてもよい。本実施形態では、前記固定金具や前記バッフル１５ボルトを通す貫通孔を設け、該貫通孔を槽中央部が長手方向となる長孔とするなどしてバッフル１５の突出高さを調節自在としてもよい。 The baffle 15 in this embodiment may be detachably provided by being bolted to a fixture that protrudes inward from the surface of the inner wall portion 14, for example. In this embodiment, the protruding height of the baffle 15 can be freely adjusted by providing a through hole through which the fixing fittings and the baffle 15 bolts are passed, and making the through hole a long hole whose longitudinal direction is at the center of the tank. good.
上記のような好ましい態様のバッフル１５は、複数のバッフル１５の内の一部であってもよいが全部であることが好ましい。複数のバッフル１５は、突出高さなどが共通していても共通していなくてもよい。 The baffle 15 of the preferred embodiment as described above may be a part of the plurality of baffles 15, but is preferably all of the baffles 15. The plurality of baffles 15 may or may not have a common protrusion height.
本実施形態においては、周側壁１４２だけでなく底壁１４１にもバッフルを設けてもよいが、底壁１４１から立ち上がるようにバッフルを設けると槽底での旋回流の形成を邪魔してしまうことになり、バッフルの裏側に微生物などが沈殿物として溜まり易くなる。また、散気体２０より発生した気泡もバッフルの裏側に行きわたり難くなる。そのため、本実施形態では、底壁にはバッフルを設けないことが好ましく、バッフルを周側壁のみに設けることが好ましい。 In this embodiment, a baffle may be provided not only on the circumferential wall 142 but also on the bottom wall 141, but if the baffle is provided so as to rise from the bottom wall 141, it may interfere with the formation of swirling flow at the bottom of the tank. This makes it easy for microorganisms to accumulate as precipitates on the back side of the baffle. In addition, air bubbles generated from the gas diffuser 20 are also less likely to spread to the back side of the baffle. Therefore, in this embodiment, it is preferable not to provide a baffle on the bottom wall, and it is preferable to provide a baffle only on the peripheral side wall.
周側壁１４２に設けられるバッフル１５はその下端が槽底に達していてもよく、槽底からある程度の高さを保っていてもよい。後者の場合、槽本体１０の底面（底壁１４１の上面）からバッフル１５の下端までの高さ（図４Ａに示す「Ｈｆ」）は、槽本体１０の直径の０．２倍以上（Ｈｆ≧０．２・Ｄ１）であってもよく、０．２５倍以上（Ｈｆ≧０．２５・Ｄ１）であってもよく、０．３倍以上（Ｈｆ≧０．３・Ｄ１）であってもよい。バッフル１５の下端の高さ（Ｈｆ）は、例えば、槽本体１０の直径の０．５倍以下（Ｈｆ≦０．５・Ｄ１）とすることができ、０．４倍以下（Ｈｆ≦０．４・Ｄ１）であってもよい。 The lower end of the baffle 15 provided on the peripheral wall 142 may reach the tank bottom, or may maintain a certain height from the tank bottom. In the latter case, the height from the bottom of the tank body 10 (the top surface of the bottom wall 141) to the lower end of the baffle 15 (“Hf” shown in FIG. 4A) is 0.2 times or more the diameter of the tank body 10 (Hf≧ 0.2・D1), 0.25 times or more (Hf≧0.25・D1), or 0.3 times or more (Hf≧0.3・D1) good. The height (Hf) of the lower end of the baffle 15 can be, for example, 0.5 times or less (Hf≦0.5·D1) and 0.4 times or less (Hf≦0. 4.D1).
本実施形態では、前記散気体２０が前記仮想立体Ｂ３３と前記バッフル１５との間を通る円環状となっている。本実施形態では、散気体２０の内径（直径、図２でのＤ３）が前記仮想立体Ｂ３３の下端部の径よりも大きい。即ち本実施形態での前記下翼３３は、下端部を前記散気体２０の内側に上方から挿入するような形で配されている。言い換えると本実施形態では、散気体２０の気泡発生部２１が、前記下翼３３の回転時に該下翼３３が通過する領域（仮想立体Ｂ３３）よりも径方向外側に設けられている。 In this embodiment, the gas diffuser 20 has an annular shape passing between the virtual solid B33 and the baffle 15. In this embodiment, the inner diameter (diameter, D3 in FIG. 2) of the gas diffuser 20 is larger than the diameter of the lower end of the virtual solid B33. That is, the lower wing 33 in this embodiment is arranged in such a manner that its lower end portion is inserted into the gas diffuser 20 from above. In other words, in this embodiment, the bubble generating section 21 of the gas diffuser 20 is provided radially outward from the region (virtual solid B33) through which the lower wing 33 passes when the lower wing 33 rotates.
散気体２０の内径は、下翼３３の下端部での左右の側縁３３ｂ間の距離よりも広いことが好ましい。本実施形態での散気体２０は、必ずしも下翼３３の側縁３３ｂよりも外側に配される必要はなく、径方向中央部で下翼３３の下縁３３ａが側縁３３ｂに近い部位よりも下方に突出している部分のみを外側から包囲するように配されてもよい。即ち、本実施形態では、図５Ａに示すように、下翼３３の下端側の少なくとも一部が散気体２０の気泡発生部２１を通る水平面ＨＰよりも下側に位置し、且つ、該水平面ＨＰと下翼３３とが交わる交点ＸＰよりも外側に気泡発生部２１が設けられていればよい。 The inner diameter of the gas diffuser 20 is preferably wider than the distance between the left and right side edges 33b at the lower end of the lower wing 33. The gas diffuser 20 in this embodiment does not necessarily have to be arranged on the outer side of the side edge 33b of the lower wing 33, but rather than the area where the lower edge 33a of the lower wing 33 is closer to the side edge 33b in the radial center part. It may be arranged so as to surround only the downwardly protruding portion from the outside. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, at least a part of the lower end side of the lower wing 33 is located below the horizontal plane HP passing through the bubble generating part 21 of the gas diffuser 20, and the horizontal plane HP It is sufficient that the bubble generating section 21 is provided outside the intersection point XP where the lower wing 33 and the lower wing 33 intersect.
散気体２０の内径（Ｄ３）は、下翼３３の長さ（Ｄ２）の０．８倍以上（Ｄ３≧０．８・Ｄ２）であることが好ましく、下翼３３の長さ（Ｄ２）を超えている（Ｄ３＞Ｄ２）ことがより好ましく、下翼３３の長さ（Ｄ２）の１．１倍以上（Ｄ３≧１．１・Ｄ２）であることがさらに好ましい。 The inner diameter (D3) of the gas diffuser 20 is preferably 0.8 times or more the length (D2) of the lower wing 33 (D3≧0.8・D2), and the length (D2) of the lower wing 33 is It is more preferable that it exceeds the length (D3>D2), and even more preferably that it is 1.1 times or more the length (D2) of the lower wing 33 (D3≧1.1·D2).
散気体２０と下翼３３とが過度に離れてしまうのは望ましいことではない。散気体２０（気泡発生部）から下翼３３までの最短距離（ｔ）は、近い方が好ましく、槽本体１０の直径に対して例えば０．１５倍以下（ｔ≦０．１５・Ｄ１）程度とされ得る。散気体２０（気泡発生部）から下翼３３までの最短距離（ｔ）は、槽本体１０の直径に対して例えば０．１倍以下（ｔ≦０．１・Ｄ１）であってもよい。また、前記距離（ｔ）は、２００ｍｍ以内としてもよい。 It is not desirable for the gas diffuser 20 and the lower wing 33 to be separated too much. The shortest distance (t) from the gas diffuser 20 (bubble generation part) to the lower wing 33 is preferably close, and is, for example, about 0.15 times or less (t≦0.15・D1) with respect to the diameter of the tank body 10. It can be said that The shortest distance (t) from the gas diffuser 20 (bubble generating part) to the lower wing 33 may be, for example, 0.1 times or less (t≦0.1·D1) with respect to the diameter of the tank body 10. Further, the distance (t) may be within 200 mm.
前記培養液Ａは、槽底に近いほど微生物濃度が高くなり、槽底に近いほど粘度が高くなる場合がある。本実施形態では、図４Ａに示すように、前記散気体２０が従来の培養槽などに比べて外側に位置しているため、下翼３３の下縁３３ａを底壁１４１に接近させることができ、槽底での微生物の蓄積を防ぐことができる。 The culture solution A may have a higher concentration of microorganisms as it approaches the bottom of the tank, and a higher viscosity as it approaches the bottom of the tank. In this embodiment, as shown in FIG. 4A, since the gas diffuser 20 is located on the outside compared to a conventional culture tank, the lower edge 33a of the lower wing 33 can be brought closer to the bottom wall 141. , can prevent the accumulation of microorganisms at the bottom of the tank.
槽が最も深くなる径方向中央部での底壁１４１から下翼３３の下縁３３ａまでの距離（図４ＡでのＨｂ）は、例えば、槽本体１０の直径の０．２倍以下（Ｈｂ≦０．２・Ｄ１）とすることができる。該距離Ｈｂは、０．１５倍以下（Ｈｂ≦０．１５・Ｄ１）であってもよい。尚、過度に槽底に接近させると下縁３３ａによるせん断力が微生物に悪影響してしまうことになり得る。そのため、前記距離は、槽本体１０の直径の０．０２倍以上（Ｈｂ≧０．０２・Ｄ１）であることが好ましい。 The distance from the bottom wall 141 to the lower edge 33a of the lower wing 33 at the radial center where the tank is deepest (Hb in FIG. 4A) is, for example, 0.2 times or less the diameter of the tank body 10 (Hb≦ 0.2・D1). The distance Hb may be 0.15 times or less (Hb≦0.15·D1). Note that if it is brought too close to the tank bottom, the shearing force caused by the lower edge 33a may adversely affect microorganisms. Therefore, it is preferable that the distance is 0.02 times or more the diameter of the tank body 10 (Hb≧0.02·D1).
下翼３３の下縁３３ａの内、側縁３３ｂに近い部分では、径方向中央部に比べて周速が早くなるため中央部よりも底壁１４１から下縁３３ａまでの距離を大きく確保した方が好ましい。下縁３３ａの内の最も外側の地点（側縁３３ｂとの角部）での底壁１４１から下翼３３の下縁３３ａまでの距離（図４ＡでのＨｅ）は、例えば、中央部での距離の１．５倍以上４倍以下（４．０・Ｈｂ≧Ｈｅ≧１．５・Ｈｂ）とすることができる。下縁３３ａの最も外側の地点の底壁１４１からの距離（Ｈｅ）は、例えば、槽本体１０の直径の０．０５倍超（Ｈｅ＞０．０５・Ｄ１）とすることができる。該距離は、槽本体１０の直径の０．４倍未満（Ｈｅ＜０．４・Ｄ１）とすることができる。 Among the lower edges 33a of the lower wings 33, the circumferential speed is higher in the portions closer to the side edges 33b than in the radial center, so it is better to ensure a larger distance from the bottom wall 141 to the lower edge 33a than in the center. is preferred. The distance (He in FIG. 4A) from the bottom wall 141 at the outermost point of the lower edge 33a (corner with the side edge 33b) to the lower edge 33a of the lower wing 33 is, for example, The distance can be 1.5 times or more and 4 times or less (4.0·Hb≧He≧1.5·Hb). The distance (He) from the bottom wall 141 to the outermost point of the lower edge 33a can be, for example, more than 0.05 times the diameter of the tank body 10 (He>0.05·D1). The distance can be less than 0.4 times the diameter of the tank body 10 (He<0.4·D1).
下翼３３による培養液Ａの攪拌では、下翼３３の側縁３３ｂが下翼３３での最も移動速度が速い部位になる。従って、側縁３３ｂに近い部分では培養液Ａにせん断が加わり易い。本実施形態では、上記のように気泡発生部が仮想立体Ｂ３３の外に位置するため、このせん断が加わり易い箇所に盛んに気泡が供給される。しかも、気泡発生部から発生される気泡の浮上力が培養液Ａの循環も促進する。 When the culture solution A is stirred by the lower wing 33, the side edge 33b of the lower wing 33 becomes the part of the lower wing 33 that moves the fastest. Therefore, shear is likely to be applied to the culture solution A in the portion near the side edge 33b. In this embodiment, as described above, since the bubble generating section is located outside the virtual solid B33, bubbles are actively supplied to locations where this shear is likely to be applied. Moreover, the floating force of the bubbles generated from the bubble generating section also promotes the circulation of the culture solution A.
前記散気体２０での気泡発生部２１は、従来は底壁１４１に近い方が好ましいと考えられていたが本実施形態では、下翼３３の下縁３３ａと側縁３３ｂとが交わる下翼３３の外側の下角３３ｄよりも上方であってもよい。気泡発生部２１は、図４Ｂ、図４Ｃに示されているように、下角３３ｄから上縁３３ｃに至る区間の何れかの高さに設けられることが好ましい。気泡発生部２１の位置は、下角３３ｄから上縁３３ｃに至る区間の中間点よりも下方であることが好ましく、１／４よりも下方であることがより好ましく、１／８よりも下方であることがさらに好ましい。 Conventionally, it has been thought that the bubble generating part 21 in the gas diffuser 20 is closer to the bottom wall 141, but in this embodiment, the lower wing 33 where the lower edge 33a and side edge 33b of the lower wing 33 intersect It may be above the outer lower corner 33d. As shown in FIGS. 4B and 4C, the bubble generating section 21 is preferably provided at any height in the section from the lower corner 33d to the upper edge 33c. The position of the bubble generating part 21 is preferably below the midpoint of the section from the lower corner 33d to the upper edge 33c, more preferably below 1/4, and more preferably below 1/8. It is even more preferable.
高さ方向Ｚでの前記下翼３３の最下端から上縁３３ｃまでの寸法を下翼３３の高さ（Ｌ１）とした際に、該下翼３３の高さは、槽本体１０の直径の０．３倍以上（Ｌ１≧０．３・Ｄ１）であってもよく、０．４倍以上（Ｌ１≧０．４・Ｄ１）であってもよい。該下翼３３の最下端からの気泡発生部２１の高さ（Ｈｚ２）は、槽本体１０の直径の０．０１倍以上（Ｈｚ２≧０．０１・Ｄ１）とすることができ、０．０２倍以上（Ｈｚ２≧０．０２・Ｄ１）であってもよく、０．０３倍以上（Ｈｚ１２≧０．０３・Ｄ１）であってもよい。気泡発生部２１の高さ方向Ｚでの位置は、槽本体１０の直径の０．６倍以下（Ｈｚ２≦０．６・Ｄ１）とすることができ、０．５倍以下（Ｈｚ２≦０．５・Ｄ１）であってもよい。 When the height (L1) of the lower wing 33 is defined as the dimension from the lowest end of the lower wing 33 to the upper edge 33c in the height direction Z, the height of the lower wing 33 is equal to the diameter of the tank body 10. It may be 0.3 times or more (L1≧0.3·D1) or 0.4 times or more (L1≧0.4·D1). The height (Hz2) of the bubble generating part 21 from the lowest end of the lower wing 33 can be 0.01 times or more the diameter of the tank body 10 (Hz2≧0.01・D1), and 0.02 It may be more than twice (Hz2≧0.02·D1) or more than 0.03 times (Hz12≧0.03·D1). The position of the bubble generating part 21 in the height direction Z can be set to 0.6 times or less (Hz2≦0.6·D1), and 0.5 times or less (Hz2≦0. 5.D1).
下翼３３でのせん断による微細化効果を考えると、散気体２０から気泡を径方向中心部に向けて放出することが好ましいもののその場合はノズルなどを内向きに開口させることになり、目詰まりを生じさせ易くなる。そのため、本実施形態においては、下向きに気泡を放出させるようにしている。尚、下向きとは、水平方向よりも下側に向いていることを意味し、真下に向いていることだけを意味するものではなく斜め下向きをも意味する。 Considering the atomization effect caused by shearing in the lower blade 33, it is preferable to release the bubbles from the gas diffuser 20 toward the center in the radial direction, but in that case, the nozzle etc. will have to open inward, which will prevent clogging. becomes more likely to occur. Therefore, in this embodiment, the bubbles are released downward. Note that "downward" means facing downward from the horizontal direction, and does not only mean facing straight down, but also means facing diagonally downward.
下翼３３の径方向外側の下角部を表した図４Ｃに示すように、散気体２０の配される位置では、径方向外向きへの培養液Ａの流れＦＬが生じている。そのため気泡発生部２１から内側に向けて水平方向に気体を吹き出すと吹出方向ＡＢが培養液Ａの流れＦＬと対向してしまうことになる。本実施形態では、吹出方向ＡＢを下向きとしているので流れＦＬと交差する方向に気泡が放出される。そのため、本実施形態では気泡が培養液Ａの流れＦＬにより微細化され易くなる。 As shown in FIG. 4C, which shows the radially outer lower corner of the lower wing 33, a radially outward flow FL of the culture solution A occurs at the position where the gas diffuser 20 is arranged. Therefore, when gas is blown inward from the bubble generating section 21 in the horizontal direction, the blowing direction AB will be opposite to the flow FL of the culture solution A. In this embodiment, since the blowing direction AB is directed downward, the bubbles are discharged in a direction intersecting the flow FL. Therefore, in this embodiment, bubbles are easily made fine by the flow FL of the culture solution A.
吹出方向ＡＢは、水平方向外向きであってもよい。即ち、吹出方向ＡＢの水平面に対する角度（θｈｐ）は、図４Ｃに示すように径方向内向きを０°とし、該径方向内向きから下方に傾く方向に向きを回転させるに従って角度を増大させて、真下となった時を９０°、さらに回転させて径方向外向きとなった場合を１８０°、真上となった場合を２７０°とする場合、１８０°（径方向外向き）であってもよい。吹出方向ＡＢの角度（θｈｐ）は、３０°以上２４０°以下の範囲の何れかであることが好ましい。この角度（θｈｐ）は、２２５°以下であってもよく、１８０°以下であってもよい。この角度（θｈｐ）は、１３５°以下であってもよく、１２０°以下であってもよい。前記角度（θｈｐ）は、４５°以上であってもよく、６０°以上であってもよい。気泡は、１方向に吹き出される必要はなく、例えば、第１の方向と、第１の方向とは異なる第２の方向とを含む複数方向であってもよい。例えば、第１の方向を６０°以上９０°未満の範囲の何れかの方向とし、第２の方向を９０°以上１２０°以下の範囲の何れかの方向とすることができる。 The blowing direction AB may be horizontally outward. That is, as shown in FIG. 4C, the angle (θhp) of the blowing direction AB with respect to the horizontal plane is set at 0° inward in the radial direction, and increases as the direction is rotated from the inward direction in the radial direction to a direction tilting downward. , if it is 90° when it is directly below, 180° when it is further rotated and radially outward, and 270° when it is directly above, it is 180° (radially outward). Good too. The angle (θhp) of the blowing direction AB is preferably in the range of 30° or more and 240° or less. This angle (θhp) may be 225° or less, or 180° or less. This angle (θhp) may be 135° or less, or may be 120° or less. The angle (θhp) may be 45° or more, or 60° or more. The bubbles do not need to be blown out in one direction, and may be blown out in multiple directions including, for example, a first direction and a second direction different from the first direction. For example, the first direction can be any direction in the range of 60° or more and less than 90°, and the second direction can be any direction in the range of 90° or more and 120° or less.
気泡発生部２１での気体の吹出方向ＡＢは、図４Ｄに示すように、垂直面に対して傾斜していてもよい。吹出方向ＡＢは、垂直面とのなす角度θｖｐが、５°以上であってもよく、１０°以上であってもよく、２０°以上であってもよい。該角度θｖｐは、１８０°未満であってもよく、９０°以下であってもよく、８０°以下であってもよい。気体の吹出方向ＡＢは、水平面と垂直面との両方に対して傾斜していてもよく、一方のみに傾斜していてもよい。 The blowing direction AB of the gas in the bubble generating section 21 may be inclined with respect to the vertical plane, as shown in FIG. 4D. The angle θvp of the blowing direction AB with the vertical plane may be 5° or more, 10° or more, or 20° or more. The angle θvp may be less than 180°, may be less than 90°, or may be less than 80°. The blowing direction AB of the gas may be inclined with respect to both the horizontal plane and the vertical plane, or may be inclined with respect to only one side.
本実施形態での前記気泡発生部は、前記下翼３３の下端部を包囲するように下翼３３の回転方向に沿って環状に配されているため気泡を槽内液全体に拡散させる効果に優れるものの気泡発生部は必ずしも環状配置にされなくてもよい。また、下翼３３による攪拌効果をより顕著に発揮させる上において、前記バッフル１５は、上端部が前記下翼３３を超える高さとなるように上下方向に延在させているが、バッフル１５の高さは特に限定されない。本実施形態では、バッフル１５の内側（バッフル１５と下翼３３との間）で気泡を発生させるようにしているがバッフル１５が設けられている位置から外れた箇所で気泡を発生させるようにしてもよい。例えば、周方向において隣り合うバッフル１５の中間地点のみで気泡を発生させてもよい In this embodiment, the bubble generating section is arranged in an annular shape along the rotational direction of the lower wing 33 so as to surround the lower end of the lower wing 33, so that it has the effect of diffusing the bubbles throughout the liquid in the tank. Although it is preferable, the bubble generating portion does not necessarily have to be arranged in an annular manner. Further, in order to more clearly exhibit the stirring effect of the lower blade 33, the baffle 15 is extended in the vertical direction so that its upper end exceeds the lower blade 33; It is not particularly limited. In this embodiment, the air bubbles are generated inside the baffle 15 (between the baffle 15 and the lower wing 33), but the air bubbles are generated at a location away from the position where the baffle 15 is provided. Good too. For example, bubbles may be generated only at intermediate points between adjacent baffles 15 in the circumferential direction.
気泡発生個所と下翼３３との接近を図る意味では、下翼３３に切欠部を設けて当該切欠部で気泡を発生させるようにしてもよい。この点について、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを参照しつつ説明する。これらの図に示されている実施態様では、下翼３３の外側の下角部ＣＮの近傍となる位置に気泡発生部２１が設けられている。 In order to bring the bubble generation point closer to the lower wing 33, a notch may be provided in the lower wing 33 and the bubbles may be generated in the cutout. This point will be explained with reference to FIGS. 5A, 5B, and 5C. In the embodiment shown in these figures, the bubble generating part 21 is provided at a position near the outer lower corner part CN of the lower wing 33.
本実施形態の下翼３３では、下縁３３ａが側縁３３ｂに達する手前において径方向外向きに向けて先上りしている。そのため、本実施形態の下翼３３では、側縁３３ｂだけでなく下縁３３ａが外向きに先上りしている箇所も当該下翼３３における径方向外側の端縁（以下「外縁」ともいう）を構成している。本実施形態の下翼３３では、気泡の微細化に主にこの外縁でのせん断作用が利用される。この外縁の内、前述の下角部ＣＮは、下翼３３の中でも槽底に近い部位であり、且つ、周速の早い部位である。そのため、下角部ＣＮの近傍は、気泡の発生箇所として特に好適であると言える。即ち、側縁３３ｂに到達する手前での下縁３３ａの下方や下縁３３ａの端部からの側縁３３ｂの立上り起点となる部位の外方などといった下縁３３ａの外側端部から側縁３３ｂの下端部にかけての下翼３３の輪郭線と槽本体１０との間となる位置（円柱状の仮想立体Ｂ３３の下角部ＣＮと槽本体１０との間となる位置）に気泡発生部２１を配置することは微細な気泡を槽の広範囲に拡散する上で特に有利となり得る。 In the lower wing 33 of this embodiment, the lower edge 33a rises radially outward before reaching the side edge 33b. Therefore, in the lower wing 33 of this embodiment, not only the side edge 33b but also the portion where the lower edge 33a rises outward is also referred to as the radially outer edge (hereinafter also referred to as "outer edge") of the lower wing 33. It consists of In the lower wing 33 of this embodiment, the shearing action at this outer edge is mainly used to make the bubbles smaller. Of this outer edge, the aforementioned lower corner portion CN is a portion of the lower wing 33 that is close to the tank bottom and has a high circumferential speed. Therefore, it can be said that the vicinity of the lower corner portion CN is particularly suitable as a location where bubbles are generated. That is, from the outer end of the lower edge 33a to the side edge 33b, such as below the lower edge 33a before reaching the side edge 33b, or outside of the starting point of the rise of the side edge 33b from the end of the lower edge 33a. The bubble generating part 21 is arranged at a position between the contour line of the lower wing 33 toward the lower end of the tank body 10 (a position between the lower corner CN of the cylindrical virtual solid B33 and the tank body 10). This can be particularly advantageous in dispersing fine air bubbles over a large area of the tank.
図５Ｂや前述の図５Ａは、切欠部の設けられていない下翼３３と散気体２０の気泡発生部２０ａとの位置関係を示した図である。一方で図５Ｃは切欠部の設けられた下翼３３と散気体２０の気泡発生部２０ａとの位置関係を示した図である。 FIG. 5B and the above-mentioned FIG. 5A are diagrams showing the positional relationship between the lower wing 33 without a notch and the bubble generating portion 20a of the gas diffuser 20. On the other hand, FIG. 5C is a diagram showing the positional relationship between the lower wing 33 provided with the notch and the bubble generating part 20a of the gas diffuser 20.
図５Ａに示す下翼３３は、前記下縁３３ａの下方に前記気泡発生部２１が設けられ、該下翼３３の前記下縁３３ａは、前記気泡発生部２１よりも径方向Ｒ内側に前記気泡発生部２１よりも下方に位置する第１の部位（前記）を有し、前記気泡発生部２１よりも径方向Ｒ外側に該気泡発生部２１よりも上方に位置する第２の部位を有し、しかも、前記第１の部位から前記第２の部位にかけて径方向外側に向けて先上りした形状を有している。 The lower wing 33 shown in FIG. 5A is provided with the bubble generating part 21 below the lower edge 33a, and the lower edge 33a of the lower wing 33 has the bubble generating part 21 inside the bubble generating part 21 in the radial direction R. It has a first part (above) located below the bubble generating part 21, and has a second part located above the bubble generating part 21 on the outer side of the bubble generating part 21 in the radial direction R. Moreover, it has a shape that is upwardly radially outward from the first portion to the second portion.
図５Ａに示す態様では、第１の部位から第２の部位の間の部位である第３の部位と前記第２の部位との境界となる位置の下方に前記気泡発生部２１が設けられている。径方向外側に向けて先上りした形状は、第１の部位、第３の部位、第２の部位と連続して一つの滑らかな曲線を形成している。即ち、図５Ａに示す態様では、前記気泡発生部２１の上方となる部位での前記下縁３３ａの形状は径方向外側に向けて先上りする形状となっている。 In the embodiment shown in FIG. 5A, the bubble generating section 21 is provided below a position that is a boundary between a third region, which is a region between the first region and the second region, and the second region. There is. The shape that rises toward the outside in the radial direction forms one smooth curve that is continuous with the first section, the third section, and the second section. That is, in the embodiment shown in FIG. 5A, the shape of the lower edge 33a at a portion above the bubble generating portion 21 is a shape that rises toward the outside in the radial direction.
図５Ａに示す下翼３３の下縁３３ａは、径方向外側に向かうほど登り勾配が大きくなるような形状を有しているが、前記気泡発生部２１の上方を径方向外側に向けて先上り形状とする上では下縁の形状は直線的に先上りしていてもよく、下翼は正面視における形状がホームベース形状であってもよい。 The lower edge 33a of the lower wing 33 shown in FIG. 5A has a shape in which the slope increases as it goes radially outward. In terms of shape, the lower edge may be linearly ascending, and the lower wing may have a home base shape when viewed from the front.
図５Ａに示す前記気泡発生部２１は、前記軸心から前記下翼３３の前記側縁３３ｂまでの中間点よりも前記側縁寄りに位置している。図５Ａに示す気泡発生部２１で発生した気泡は浮力により上方に移動するとともに下翼３３の回転により径方向外向きに移動する。即ち、図５Ａに示す態様では気泡は外向き斜め上方向に移動し易くなっている。そして、この図に示された態様ではこの気泡の移動方向に沿って下翼３３の下縁３３ａが延在するので気泡がより確実に微細化され易い。 The bubble generating portion 21 shown in FIG. 5A is located closer to the side edge than the midpoint from the axis to the side edge 33b of the lower wing 33. The bubbles generated in the bubble generating section 21 shown in FIG. 5A move upward due to buoyancy and also move outward in the radial direction due to the rotation of the lower wing 33. That is, in the embodiment shown in FIG. 5A, the bubbles tend to move outward and obliquely upward. In the embodiment shown in this figure, the lower edge 33a of the lower wing 33 extends along the direction of movement of the bubbles, so that the bubbles can be more reliably miniaturized.
一方で図５Ｂに示す下翼３３は、径方向Ｒ外向きに延びる下縁３３ａと、該下縁３３ａの外端部より上方に延びる側縁３３ｂとを有し、前記側縁３３ｂよりも径方向Ｒ外側に前記気泡発生部２１が設けられている。この図に示された態様では下翼３３において周速が最大となる箇所において気泡が発生されることになる。 On the other hand, the lower wing 33 shown in FIG. 5B has a lower edge 33a that extends outward in the radial direction R, and a side edge 33b that extends upward from the outer end of the lower edge 33a. The bubble generating section 21 is provided outside in the direction R. In the embodiment shown in this figure, air bubbles are generated in the lower wing 33 at a location where the circumferential speed is maximum.
図５Ｃの下翼３３は、外側の下角部が切欠き形状になっており、前記気泡発生部２１が前記下翼３３の切欠かれている箇所で前記気泡を発生させるように配されている。図５Ｃの下翼３３は、下縁３３ａと側縁３３ｂとのそれぞれに段差が設けられている。該下翼３３は、下縁３３ａの外端部が上方に一段高くなっているとともに側縁３３ｂの下端部が内側に一段寄っていることで前記切欠き形状が形成されている。図５Ｃに示した態様では、下縁３３ａが一段高くなっている部分の下方、且つ、側縁３３ｂが一段内寄りに設けられている部分の外方となる位置に前記気泡発生部２１が設けられている。図５Ｃに示されているような態様では、図５Ａに示す態様について説明した作用と図５Ｂに示す態様について説明した作用との両方が適度に発揮され得る。このことにより気泡発生部２１から発生する気泡をより確実に微細化することができる。 The lower wing 33 in FIG. 5C has a notched outer lower corner, and the bubble generating section 21 is arranged to generate the bubbles at the notched portion of the lower wing 33. The lower wing 33 in FIG. 5C is provided with a step on each of the lower edge 33a and the side edge 33b. In the lower wing 33, the outer end of the lower edge 33a is raised one step upward, and the lower end of the side edge 33b is moved one step inward, thereby forming the cutout shape. In the embodiment shown in FIG. 5C, the bubble generating portion 21 is provided at a position below the portion where the lower edge 33a is higher and outside the portion where the side edge 33b is provided one step closer to the inside. It is being In the embodiment shown in FIG. 5C, both the effects described for the embodiment shown in FIG. 5A and the effects described for the embodiment shown in FIG. 5B can be suitably exerted. Thereby, the bubbles generated from the bubble generating section 21 can be more reliably miniaturized.
本実施形態の培養槽１００は、前記下翼３３や前記上翼３４を、例えば、５ｒｐｍ～２００ｒｐｍ、更には１００ｒｐｍ以下の回転速度で回転させつつ微生物の培養を行なうことができる。前記培養槽１００での微生物の培養は、培養開始時における前記培養液Ａの液深を翼高さ（底壁から上翼の上縁までの高さ）の０．９倍～１．２倍程度となるようにして行うことができる。本実施形態の培養槽１００は、例えば、攪拌する液体の単位体積あたりに加わる動力（Ｐｖ値）が０．２～１０ｋＷ／ｍ３となるように運転される。培養槽１００は、攪拌する液体の単位体積あたりに加わる動力（Ｐｖ値）が０．５～５ｋＷ／ｍ３となるように運転されてもよい。 The culture tank 100 of this embodiment is capable of culturing microorganisms while rotating the lower wing 33 and the upper wing 34 at a rotation speed of, for example, 5 rpm to 200 rpm, and further 100 rpm or less. When culturing microorganisms in the culture tank 100, the depth of the culture solution A at the start of culture is set to 0.9 to 1.2 times the height of the blade (height from the bottom wall to the upper edge of the upper blade). This can be done to a certain degree. The culture tank 100 of this embodiment is operated, for example, so that the power (Pv value) applied per unit volume of the liquid to be stirred is 0.2 to 10 kW/m 3 . The culture tank 100 may be operated so that the power (Pv value) applied per unit volume of the liquid to be stirred is 0.5 to 5 kW/m 3 .
前記培養槽１００での微生物の培養は、適宜、栄養源（例えば炭素源及び微量金属成分）を培養液に添加して行うことができる。本実施形態では、添加した栄養源も培養液全体に均一に行きわたり易くなり、効率良く微生物の増殖が行われ得る。 Cultivation of microorganisms in the culture tank 100 can be carried out by appropriately adding a nutrient source (for example, a carbon source and a trace metal component) to the culture solution. In this embodiment, the added nutrient source is easily distributed uniformly throughout the culture solution, and microorganisms can be efficiently grown.
上記の通り、バイオリアクターである前記培養槽１００は、微生物を含む槽内液である培養液Ａが収容される槽本体１０と、前記槽内液を攪拌する攪拌装置３０と、前記槽内液に散気する散気体２０とを備え、前記攪拌装置が３０、上下方向に延びる軸心周りに回転して前記槽本体１０の下部で前記槽内液を攪拌するワイドパドル翼である下翼３３を有し、前記散気体２０が、前記散気のための気泡を発生する気泡発生部２１を有し、該気泡発生部２１が、前記下翼３３の回転時に該下翼３３が通過する領域よりも径方向外側に設けられている。そのため、本実施形態のバイオリアクターでは、散気による効果が槽内液全体に行きわたり易い。 As mentioned above, the culture tank 100, which is a bioreactor, includes a tank main body 10 in which culture solution A, which is a tank solution containing microorganisms, is stored, a stirring device 30 that stirs the tank solution, and a tank solution. a gas diffuser 20 that diffuses air into the tank, the stirring device 30 includes a lower blade 33 that is a wide paddle blade that rotates around an axis extending in the vertical direction and stirs the liquid in the tank at the lower part of the tank main body 10; The gas diffuser 20 has a bubble generating section 21 that generates bubbles for the air diffusion, and the bubble generating section 21 is arranged in an area through which the lower wing 33 passes when the lower wing 33 rotates. It is provided radially outward. Therefore, in the bioreactor of this embodiment, the effect of aeration is likely to spread throughout the tank liquid.
本実施形態の一つの態様における培養槽１００では、前記下翼３３が、径方向Ｒ外向きに延びる下縁３３ａと、該下縁３３ａの外端部より上方に延びる側縁３３ｂとを有し、前記下縁３３ａの下方に前記気泡発生部２１が設けられている。本実施形態の一つの態様における培養槽１００での前記ワイドパドル翼の径方向での前記気泡発生部の位置は、前記軸心から前記側縁までの中間点よりも前記側縁寄りとなっている。そして、前記ワイドパドル翼の前記下縁には、前記気泡発生部よりも径方向内側に前記気泡発生部よりも下方に位置する部位が設けられている。そのような態様においては下翼３３の周速が早いため、気泡がより微細化され易くなる。 In the culture tank 100 in one aspect of the present embodiment, the lower wing 33 has a lower edge 33a extending outward in the radial direction R, and a side edge 33b extending upward from the outer end of the lower edge 33a. , the bubble generating section 21 is provided below the lower edge 33a. In one aspect of the present embodiment, the position of the bubble generating portion in the radial direction of the wide paddle blade in the culture tank 100 is closer to the side edge than the midpoint from the axis to the side edge. There is. The lower edge of the wide paddle blade is provided with a portion located radially inward of the bubble generating portion and below the bubble generating portion. In such an embodiment, since the peripheral speed of the lower wing 33 is high, the bubbles are more likely to be made fine.
上記の態様における培養槽１００での前記下翼３３の前記下縁は、前記気泡発生部の上方となる部位に、径方向外側に向けて先上りした形状を有している。そのため本実施形態では、例えば、径方向内外に大きく広がった状態で気泡が気泡発生部２１から発生するような場合であっても下翼３３の下縁３３ａで多くの気泡を微細化し得る。 The lower edge of the lower wing 33 in the culture tank 100 in the above embodiment has a shape that is upwardly radially outward at a portion above the bubble generating portion. Therefore, in this embodiment, for example, even if the bubbles are generated from the bubble generating portion 21 in a state in which they are widely spread in the radial direction, many bubbles can be made fine at the lower edge 33a of the lower wing 33.
本実施形態での他の態様においては、前記下翼３３が、径方向Ｒ外向きに延びる下縁３３ａと、該下縁３３ａの外端部より上方に延びる側縁３３ｂとを有し、前記ワイドパドル翼の径方向での前記気泡発生部の位置が前記側縁３３ｂよりも径方向Ｒ外側である。このような態様においては下翼３３において最も周速が早い箇所で気泡が発生されるため、該気泡がより微細化され易い。また、そのような培養槽１００では、培養液Ａ自体にはせん断力が加わり難くなるので微生物がダメージを受けるおそれを抑制できる。 In another aspect of the present embodiment, the lower wing 33 has a lower edge 33a extending outward in the radial direction R, and a side edge 33b extending upward from the outer end of the lower edge 33a, and The position of the bubble generating portion in the radial direction of the wide paddle blade is outside the side edge 33b in the radial direction R. In such an embodiment, bubbles are generated at a portion of the lower wing 33 where the circumferential speed is fastest, so that the bubbles are more likely to be made fine. Furthermore, in such a culture tank 100, shearing force is less likely to be applied to the culture solution A itself, so it is possible to suppress the possibility that microorganisms will be damaged.
本実施形態では前記ワイドパドル翼の外側の下角部が切欠き形状になっており、前記気泡発生部は、前記ワイドパドル翼の切欠かれている箇所で前記気泡を発生させるように配されていてもよい。このような好ましい態様によれば気泡の微細化効果がより顕著に発揮され得る。 In this embodiment, the outer lower corner of the wide paddle blade has a notch shape, and the bubble generating section is arranged to generate the air bubble at the notched portion of the wide paddle blade. Good too. According to such a preferable embodiment, the effect of making the bubbles finer can be more prominently exhibited.
本実施形態の培養槽１００では、前記槽本体１０に前記槽内液を収容する空間を画定する、底壁１４１と、底壁１４１の外縁より筒状に立ち上る周側壁１４２とが設けられ、該周側壁１４２よりも内側において上下方向に延びるバッフル１５が更に設けられており、前記バッフルの下端が前記気泡発生部よりも下方に位置し、前記気泡発生部２１が該バッフル１５よりも内側である。そのため、本実施形態のバイオリアクターは、槽内液の攪拌性に優れるとともに気泡を微細化する効果も期待でき、効率的な散気を期待することができる。 In the culture tank 100 of the present embodiment, the tank main body 10 is provided with a bottom wall 141 that defines a space for accommodating the tank liquid, and a peripheral side wall 142 that rises in a cylindrical shape from the outer edge of the bottom wall 141. A baffle 15 is further provided inside the circumferential wall 142 and extends in the vertical direction, the lower end of the baffle is located below the bubble generating section, and the bubble generating section 21 is inside the baffle 15. . Therefore, the bioreactor of this embodiment can be expected to have excellent agitation properties of the liquid in the tank and also to have the effect of making the bubbles finer, so that efficient aeration can be expected.
本実施形態の前記バッフルは、上端部が前記ワイドパドル翼を超える高さとなるように上下方向に延びている。そのため、本実施形態のバイオリアクターは、槽内液の攪拌性により優れるとともに気泡の微細化効果もより顕著に発揮され得る。 The baffle of this embodiment extends in the vertical direction so that its upper end has a height exceeding the wide paddle blade. Therefore, the bioreactor of the present embodiment has better agitation properties for the liquid in the tank, and can also exhibit a more remarkable effect of making bubbles finer.
本実施形態の前記気泡発生部は、前記ワイドパドル翼の回転方向に沿って環状に配されている。そのため、本実施形態では、散気により生じた気泡を槽全域に行きわたらせ易い。 The bubble generating section of this embodiment is arranged in an annular shape along the rotational direction of the wide paddle blade. Therefore, in this embodiment, the bubbles generated by the aeration can easily spread throughout the tank.
尚、本実施形態では、バイオリアクターとして上記のような培養槽を例示しているが、発酵槽などの他のバイオリアクターも本発明の意図する範囲である。また、本発明は、バイオリアクターに限らず各種の散気攪拌槽であってもよい。例えば、エチレンガスなどの不飽和モノマーを溶液中に散気しつつ溶液重合が行われる重合槽や塩素ガスなどの吸収に用いられるガス吸収槽も本発明の散気攪拌槽として意図する範囲である。そして、培養槽以外の用途においてはそれぞれの用途に応じて上記例示の技術事項に対して種々の変更を加え得る。即ち、本発明は、上記例示に何等限定されるものではない。 In addition, in this embodiment, although the above-mentioned culture tank is illustrated as a bioreactor, other bioreactors, such as a fermentation tank, are also within the scope of the present invention. Furthermore, the present invention is not limited to bioreactors, and may be applied to various types of aeration stirring tanks. For example, a polymerization tank in which solution polymerization is carried out while aerating an unsaturated monomer such as ethylene gas into the solution, and a gas absorption tank used to absorb chlorine gas, etc. are also within the range intended as the aeration stirring tank of the present invention. . In applications other than culture tanks, various changes can be made to the technical matters exemplified above depending on the respective applications. That is, the present invention is not limited to the above-mentioned examples.
１０：槽本体、１０ａ：底部、１０ｂ：側壁部、１０ｃ：天井部、１０ｄ：ジャケット部、
１５：バッフル、
２０：散気体、２１：気泡発生部
３０：攪拌装置、
３３：下翼（第１のワイドパドル翼）、
３４：上翼（第２のワイドパドル翼）、
１００：培養槽、
１４１：底壁、１４２：周側壁、
Ａ：培養液（槽内液）
10: tank body, 10a: bottom, 10b: side wall, 10c: ceiling, 10d: jacket,
15: Baffle,
20: gas diffuser, 21: bubble generating section 30: stirring device,
33: Lower wing (first wide paddle wing),
34: Upper wing (second wide paddle wing),
100: Culture tank,
141: bottom wall, 142: peripheral wall,
A: Culture solution (tank solution)
Claims (9)
前記槽内液を攪拌する攪拌装置と、
前記槽内液に散気する散気体とを備え、
前記攪拌装置が、上下方向に延びる軸心周りに回転して前記槽本体の下部で前記槽内液を攪拌するワイドパドル翼を有し、
前記ワイドパドル翼は、翼面が鉛直面となるように備えられ、径方向の寸法（Ｄ２）が前記槽本体の直径（Ｄ１）の０．４倍以上（Ｄ２≧０．４・Ｄ１）で、最下端から上縁までの寸法（Ｌ１）が槽本体の直径（Ｄ１）の０．３倍以上（Ｌ１≧０．３・Ｄ１）であり、
前記散気体が、前記散気のための気泡を発生する気泡発生部を有し、
前記ワイドパドル翼が、径方向外向きに延びる下縁と、該下縁の外端部より上方に延びる側縁とを有し、
該ワイドパドル翼の径方向での前記気泡発生部の位置が前記軸心から前記側縁までの中間点よりも前記側縁寄りであり、
前記ワイドパドル翼の下端側の一部が前記気泡発生部を通る水平面よりも下側に位置し、
前記ワイドパドル翼の前記下縁には前記気泡発生部よりも径方向内側において該気泡発生部よりも下方に位置する第１の部位が設けられている散気攪拌槽。 A tank body in which the tank liquid is stored;
a stirring device that stirs the liquid in the tank;
and a gas diffuser that diffuses air into the liquid in the tank,
The stirring device has a wide paddle blade that rotates around an axis extending in the vertical direction and stirs the liquid in the tank at a lower part of the tank main body,
The wide paddle blade is provided so that the blade surface is a vertical plane, and the radial dimension (D2) is 0.4 times or more the diameter (D1) of the tank body (D2≧0.4・D1). , the dimension (L1) from the lowest end to the upper edge is 0.3 times or more the diameter (D1) of the tank body (L1≧0.3・D1),
The gas diffuser has a bubble generating part that generates bubbles for the gas diffusion,
The wide paddle blade has a lower edge extending radially outward, and a side edge extending upward from an outer end of the lower edge,
The position of the bubble generating portion in the radial direction of the wide paddle blade is closer to the side edge than the midpoint from the axis to the side edge,
A part of the lower end side of the wide paddle blade is located below a horizontal plane passing through the bubble generating part,
In the aeration stirring tank, the lower edge of the wide paddle blade is provided with a first portion located radially inside the bubble generating portion and below the bubble generating portion .
前記槽内液を攪拌する攪拌装置と、
前記槽内液に散気する散気体とを備え、
前記攪拌装置が、上下方向に延びる軸心周りに回転して前記槽本体の下部で前記槽内液を攪拌するワイドパドル翼を有し、
前記ワイドパドル翼は、翼面が鉛直面となるように備えられ、径方向の寸法（Ｄ２）が前記槽本体の直径（Ｄ１）の０．４倍以上（Ｄ２≧０．４・Ｄ１）で、最下端から上縁までの寸法（Ｌ１）が槽本体の直径（Ｄ１）の０．３倍以上（Ｌ１≧０．３・Ｄ１）であり、
前記散気体が、前記散気のための気泡を発生する気泡発生部を有し、
該気泡発生部が、前記ワイドパドル翼の回転時に該ワイドパドル翼が通過する領域よりも径方向外側に設けられ、
前記ワイドパドル翼の外側の下角部が切欠き形状になっており、
前記気泡発生部は、前記ワイドパドル翼の切欠かれている箇所で前記気泡を発生させるように配されている散気攪拌槽。 A tank body in which the tank liquid is stored;
a stirring device that stirs the liquid in the tank;
and a gas diffuser that diffuses air into the liquid in the tank,
The stirring device has a wide paddle blade that rotates around an axis extending in the vertical direction and stirs the liquid in the tank at a lower part of the tank main body,
The wide paddle blade is provided so that the blade surface is a vertical plane, and the radial dimension (D2) is 0.4 times or more the diameter (D1) of the tank body (D2≧0.4・D1). , the dimension (L1) from the lowest end to the upper edge is 0.3 times or more the diameter (D1) of the tank body (L1≧0.3・D1),
The gas diffuser has a bubble generating part that generates bubbles for the gas diffusion,
The bubble generating portion is provided radially outward from a region through which the wide paddle blade passes when the wide paddle blade rotates,
The outer lower corner of the wide paddle wing has a notch shape,
The bubble generating section is an aeration stirring tank arranged so as to generate the bubbles at a notched portion of the wide paddle blade.
前記槽内液を攪拌する攪拌装置と、a stirring device that stirs the liquid in the tank;
前記槽内液に散気する散気体とを備え、and a gas diffuser that diffuses air into the liquid in the tank,
前記攪拌装置が、上下方向に延びる軸心周りに回転して前記槽本体の下部で前記槽内液を攪拌するワイドパドル翼を有し、The stirring device has a wide paddle blade that rotates around an axis extending in the vertical direction and stirs the liquid in the tank at a lower part of the tank main body,
前記ワイドパドル翼は、翼面が鉛直面となるように備えられ、径方向の寸法（Ｄ２）が前記槽本体の直径（Ｄ１）の０．４倍以上（Ｄ２≧０．４・Ｄ１）で、最下端から上縁までの寸法（Ｌ１）が槽本体の直径（Ｄ１）の０．３倍以上（Ｌ１≧０．３・Ｄ１）であり、The wide paddle blade is provided so that the blade surface is a vertical plane, and the radial dimension (D2) is 0.4 times or more the diameter (D1) of the tank body (D2≧0.4・D1). , the dimension (L1) from the lowest end to the upper edge is 0.3 times or more the diameter (D1) of the tank body (L1≧0.3・D1),
前記散気体が、前記散気のための気泡を発生する気泡発生部を有し、The gas diffuser has a bubble generating part that generates bubbles for the gas diffusion,
前記気泡発生部は、The bubble generating part is
前記ワイドパドル翼の下端部を包囲するように該ワイドパドル翼の回転方向に沿って環状に配されており、arranged in an annular shape along the rotational direction of the wide paddle blade so as to surround the lower end portion of the wide paddle blade,
下方向に気泡を発生するように配されている散気攪拌槽。An aeration stirring tank arranged to generate air bubbles downward.
前記ワイドパドル翼の径方向での前記気泡発生部の位置が前記側縁よりも径方向外側である請求項４記載の散気攪拌槽。 The wide paddle blade has a lower edge extending radially outward, and a side edge extending upward from an outer end of the lower edge,
The aeration stirring tank according to claim 4 , wherein the position of the bubble generating portion in the radial direction of the wide paddle blade is radially outward from the side edge.
前記バッフルの下端が前記気泡発生部よりも下方に位置し、
前記気泡発生部が該バッフルよりも内側に位置している請求項１乃至５の何れか１項に記載の散気攪拌槽。 The tank body is provided with a bottom wall that defines a space for accommodating the tank liquid, and a circumferential wall that rises in a cylindrical shape from the outer edge of the bottom wall, and a baffle that extends in the vertical direction inside the circumferential wall. Furthermore, it is provided,
a lower end of the baffle is located below the bubble generating section,
The aeration stirring tank according to any one of claims 1 to 5, wherein the bubble generating section is located inside the baffle.
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