特開 2024-147124 培養システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147124

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】培養システム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20241008BHJP

   C12M 1/04 20060101ALI20241008BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20241008BHJP

   C12M 1/02 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 E

C12M1/04

C12M1/34 D

C12M1/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023059922

(22)【出願日】2023-04-03

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(74)【代理人】

【識別番号】100171583

【弁理士】

【氏名又は名称】梅景 篤

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 淳志

【テーマコード（参考）】

4B029

【Ｆターム（参考）】

4B029AA02

4B029AA07

4B029BB04

4B029CC01

4B029DB11

4B029FA10

4B029GB03

4B029GB04

(57)【要約】

【課題】コンタミネーションが生じる可能性を低減すること。
【解決手段】培養システム１は、光合成微生物Ｐ及び培養液Ｃを含む混合液Ｍを気密に収容する収容空間Ｖ１を画定する培養槽３１と、上下方向に延び、収容空間Ｖ１と連通する内部空間Ｖ２を画定する筒体３２と、収容空間Ｖ１にガスを供給し、収容空間Ｖ１からガスを排出する給排気装置４と、給排気装置４を制御することによって、混合液Ｍの状態を調整する制御装置５と、を備え、筒体３２の下部分には、収容空間Ｖ１と内部空間Ｖ２とを連通する連通口が設けられ、制御装置５は、給排気装置４を制御することによって、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が筒体３２の下部分に留まる第１状態と、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が筒体３２の上部分に達する第２状態との間で、混合液Ｍの状態を切り替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光合成微生物及び培養液を含む混合液を気密に収容する収容空間を画定する培養槽と、
上下方向に延び、前記収容空間と連通する内部空間を画定する筒体と、
前記収容空間にガスを供給し、前記収容空間からガスを排出する給排気装置と、
前記給排気装置を制御することによって、前記混合液の状態を調整する制御装置と、
を備え、
前記筒体は、
前記培養槽の外部に露出するとともに前記培養槽の外部と連通する上部分であって、光透過性を有する前記上部分と、
前記収容空間と前記内部空間とを連通する連通口が設けられた下部分と、を有し、
前記連通口は、前記収容空間に前記混合液が収容されている状態で前記混合液中に位置し、
前記制御装置は、前記給排気装置を制御することによって、前記内部空間における前記混合液の液面が前記下部分に留まる第１状態と、前記内部空間における前記混合液の前記液面が前記上部分に達する第２状態との間で、前記混合液の状態を切り替える、培養システム。

【請求項2】

前記収容空間内の圧力を計測する圧力計を更に備え、
前記制御装置は、前記収容空間内の圧力が設定圧力に達するまで前記給排気装置にガスを供給させることにより、前記混合液の状態を前記第１状態から前記第２状態に切り替える、請求項１に記載の培養システム。

【請求項3】

前記給排気装置は、前記収容空間にガスを供給するための第１給気管と、前記内部空間の下部にガスを供給するための第２給気管と、を備え、
前記制御装置は、前記混合液の状態が前記第２状態である場合に、前記第２給気管を介して前記内部空間にガスを供給するように前記給排気装置を制御することによって、前記内部空間内の前記混合液を撹拌する、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【請求項4】

前記収容空間における前記混合液の液面の高さを計測する液面計を更に備え、
前記制御装置は、前記混合液の状態が前記第１状態である場合の前記収容空間における前記混合液の前記液面の第１高さと、前記混合液の状態が前記第２状態である場合の前記収容空間における前記混合液の前記液面の第２高さと、に基づいて、前記第１状態と前記第２状態との切替サイクルを実施する時間を設定する、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【請求項5】

前記混合液の温度を計測する温度計を更に備え、
前記制御装置は、前記混合液の温度に基づいて、前記混合液の状態が前記第２状態である場合の前記内部空間における前記混合液の前記液面の高さを調整する、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【請求項6】

前記混合液の温度を計測する温度計を更に備え、
前記制御装置は、前記混合液の温度に基づいて、前記第２状態を維持する時間を調整する、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【請求項7】

前記上部分に設けられ、前記内部空間と前記培養槽の外部とを連通する連通管と、
前記連通管に設けられたフィルタと、
を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【請求項8】

前記培養槽に前記混合液を供給する受槽と、
前記上部分に設けられ、前記内部空間と前記培養槽の外部とを連通する連通管と、
前記連通管に接続され、前記内部空間から溢れた前記混合液を前記受槽に戻す回収管と、
を更に備える、請求項１又は請求項２に記載の培養システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、培養システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光合成によって増殖する光合成微生物が注目されている。光合成微生物の一種である藻類は、栄養素を含む液体中で細胞分裂を繰り返すことで増殖する微細な植物プランクトンである。藻類は、成長が早く、培養しやすいので、様々な産業で利用可能な有機性資源として有効活用が期待されている。例えば、藻類は、食品、薬品、吸着材又は油の原料として利用される。

【0003】

このような光合成微生物を培養する技術として、特許文献１には、培養液を収容する培養槽と、培養液内に設けられたエアリフトポンプと、エアリフトポンプに二酸化炭素を含むガスを供給するラインと、エアリフトポンプから上方に延びるエアリフト管と、を備える装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－３７００８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の装置では、培養槽内の培養液が、エアリフトポンプを介してエアリフト管内を上昇してエアリフト管の上端から吐出され、エアリフト管の外面上を流下する培養液に光が照射される。培養液がエアリフト管の外面上を流下するので、培養液は外気に曝される。したがって、虫及び雑菌などの異物が培養液に混入するコンタミネーションが生じるおそれがある。

【0006】

本開示は、コンタミネーションが生じる可能性を低減可能な培養システムを説明する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係る培養システムは、光合成微生物及び培養液を含む混合液を気密に収容する収容空間を画定する培養槽と、上下方向に延び、収容空間と連通する内部空間を画定する筒体と、収容空間にガスを供給し、収容空間からガスを排出する給排気装置と、給排気装置を制御することによって、混合液の状態を調整する制御装置と、を備える。筒体は、培養槽の外部に露出するとともに培養槽の外部と連通する上部分であって、光透過性を有する上部分と、収容空間と内部空間とを連通する連通口が設けられた下部分と、を有する。連通口は、収容空間に混合液が収容されている状態で混合液中に位置する。制御装置は、給排気装置を制御することによって、内部空間における混合液の液面が下部分に留まる第１状態と、内部空間における混合液の液面が上部分に達する第２状態との間で、混合液の状態を切り替える。

【発明の効果】

【0008】

本開示の各側面及び各実施形態によれば、コンタミネーションが生じる可能性を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態に係る培養システムを概略的に示す構成図である。

【図2】図２は、混合液の第１状態を説明するための図である。

【図3】図３は、混合液の第２状態を説明するための図である。

【図4】図４は、図１に示される制御装置が実施する培養方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、別の実施形態に係る培養システムを概略的に示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の概要］
最初に、本開示の実施形態の概要を説明する。

【0011】

（条項１） 本開示の一側面に係る培養システムは、光合成微生物及び培養液を含む混合液を気密に収容する収容空間を画定する培養槽と、上下方向に延び、収容空間と連通する内部空間を画定する筒体と、収容空間にガスを供給し、収容空間からガスを排出する給排気装置と、給排気装置を制御することによって、混合液の状態を調整する制御装置と、を備える。筒体は、培養槽の外部に露出するとともに培養槽の外部と連通する上部分であって、光透過性を有する上部分と、収容空間と内部空間とを連通する連通口が設けられた下部分と、を有する。連通口は、収容空間に混合液が収容されている状態で混合液中に位置する。制御装置は、給排気装置を制御することによって、内部空間における混合液の液面が下部分に留まる第１状態と、内部空間における混合液の液面が上部分に達する第２状態との間で、混合液の状態を切り替える。

【0012】

この培養システムでは、培養槽の収容空間内に混合液が気密に収容され、筒体の下部分に設けられた連通口が混合液中に位置し、筒体の上部分が培養槽の外部に露出している。給排気装置を制御することによって、内部空間における混合液の液面が下部分に留まる第１状態と、内部空間における混合液の液面が上部分に達する第２状態との間で、混合液の状態が切り替えられる。上部分は光透過性を有しており、培養槽の外部に露出しているので、混合液の状態が第２状態である場合に上部分が受光することによって、混合液に含まれる光合成微生物に光合成を行わせることができる。混合液は収容空間内及び内部空間内に留まっているので、混合液が外気に曝される機会を減らすことができる。その結果、コンタミネーションが生じる可能性を低減することが可能となる。

【0013】

（条項２） 条項１に記載の培養システムは、収容空間内の圧力を計測する圧力計を更に備えてもよい。制御装置は、収容空間内の圧力が設定圧力に達するまで給排気装置にガスを供給させることにより、混合液の状態を第１状態から第２状態に切り替えてもよい。

【0014】

給排気装置によってガスが収容空間に供給されると、収容空間内の圧力が高くなり、収容空間内の圧力と培養槽の外部の気圧との差圧に応じて、収容空間内の混合液が連通口を介して内部空間に流れ込む。混合液の密度は概ね一定であるので、収容空間内の圧力が設定圧力に達したときの内部空間内の混合液の液面の高さは実質的に一定となる。したがって、受光する混合液の量を均一化することができる。

【0015】

（条項３） 条項１又は条項２に記載の培養システムにおいて、給排気装置は、収容空間にガスを供給するための第１給気管と、内部空間の下部にガスを供給するための第２給気管と、を備えてもよい。制御装置は、混合液の状態が第２状態である場合に、第２給気管を介して内部空間にガスを供給するように給排気装置を制御することによって、内部空間内の混合液を撹拌してもよい。

【0016】

内部空間内の混合液が撹拌されることによって、光合成微生物が内部空間内の混合液の上部に集まることなく、混合液中に分散される。したがって、受光率の低下を抑制することができるので、光合成の効率を向上させることが可能となる。

【0017】

（条項４） 条項１～条項３のいずれか一項に記載の培養システムは、収容空間における混合液の液面の高さを計測する液面計を更に備えてもよい。制御装置は、混合液の状態が第１状態である場合の収容空間における混合液の液面の第１高さと、混合液の状態が第２状態である場合の収容空間における混合液の液面の第２高さと、に基づいて、第１状態と第２状態との切替サイクルを実施する時間を設定してもよい。

【0018】

第１高さは、第２高さよりも高い。混合液の状態が第１状態から第２状態に切り替えられたことによって、第１高さと第２高さとの差に相当する量の混合液が収容空間から内部空間に流れ込み、混合液の状態が第２状態から第１状態に切り替えられたことによって、同量の混合液が内部空間から収容空間に流れ出す。したがって、培養槽内のすべての混合液の量を、第１高さと第２高さとの差に相当する量で除算することによって、培養槽内のすべての混合液を内部空間に供給するのに要する切替サイクルの回数が得られる。例えば、所望の時間内に培養槽内のすべての混合液を内部空間に供給する場合には、所望の時間を上記回数で除算することによって、１回の切替サイクルに割り当てられる時間を算出することができる。当該時間で切替サイクルを実施することによって、混合液の全体が満遍なく受光することができる。これにより、混合液に含まれるすべての光合成微生物に光合成を行わせる機会を与えることができるので、細胞分裂が活発となり、単位時間当たりの光合成微生物の増殖量を増加させることが可能となる。

【0019】

（条項５） 条項１～条項４のいずれか一項に記載の培養システムは、混合液の温度を計測する温度計を更に備えてもよい。制御装置は、混合液の温度に基づいて、混合液の状態が第２状態である場合の内部空間における混合液の液面の高さを調整してもよい。

【0020】

混合液の温度が高くなると、光合成微生物が死滅するおそれがある。混合液の状態が第２状態である場合の内部空間における混合液の液面の高さが高いと、受光量が増大するので、混合液の温度が高くなり得る。したがって、例えば、混合液の温度が高い場合には、混合液の状態が第２状態である場合の内部空間における混合液の液面の高さを低くすることによって、受光量を減らすことができ、混合液の温度が高くなり過ぎないように調整することができる。

【0021】

（条項６） 条項１～条項４のいずれか一項に記載の培養システムは、混合液の温度を計測する温度計を更に備えてもよい。制御装置は、混合液の温度に基づいて、第２状態を維持する時間を調整してもよい。

【0022】

第２状態を維持する時間が長いと、受光量が増大するので、混合液の温度が高くなり得る。したがって、例えば、混合液の温度が高い場合には、第２状態を維持する時間を短くすることによって、受光量を減らすことができ、混合液の温度が高くなり過ぎないように調整することができる。

【0023】

（条項７） 条項１～条項６のいずれか一項に記載の培養システムは、上部分に設けられ、内部空間と培養槽の外部とを連通する連通管と、連通管に設けられたフィルタと、を更に備えてもよい。

【0024】

この構成によれば、連通管を介して混合液に異物が混入する可能性を低減することができる。したがって、コンタミネーションが生じる可能性を一層低減することが可能となる。

【0025】

（条項８） 条項１～条項６のいずれか一項に記載の培養システムは、培養槽に混合液を供給する受槽と、上部分に設けられ、内部空間と培養槽の外部とを連通する連通管と、連通管に接続され、内部空間から溢れた混合液を受槽に戻す回収管と、を更に備えてもよい。

【0026】

例えば、収容空間に過剰な量のガスが供給されると、混合液が筒体の上部分から溢れることがある。上記構成によれば、筒体の上部分から溢れた混合液は、連通管及び回収管を通って受槽に戻される。したがって、混合液の漏洩を抑制することができるので、光合成微生物の回収量の減少を抑制することができる。

【0027】

［本開示の実施形態の例示］
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。

【0028】

図１～図３を参照しながら、一実施形態に係る培養システムを説明する。図１は、一実施形態に係る培養システムを概略的に示す構成図である。図２は、混合液の第１状態を説明するための図である。図３は、混合液の第２状態を説明するための図である。図１に示される培養システム１は、光合成微生物Ｐを培養するシステムである。培養システム１は、閉鎖型の培養システムである。

【0029】

光合成微生物Ｐは、例えば藻類である。藻類は、培養液Ｃ中で光合成を行って細胞分裂を繰り返すことで増殖する微細な植物プランクトンである。このような藻類としては、緑藻(クロレラ、クラミドモナス、ヘマトコッカス、ボトリオコッカス及びドナリエラ)、トレボキシア藻(パラクロレラ)、プラシノ藻、シアノバクテリア(スピルリナ、アルスロステラ、シネココッカス、シネコキスティス及びノストック)、ハプト藻(プレウロクリシス)、珪藻(キートケロス)、真眼点藻鋼(ナンノクロロプシス)、及びユーグレナが例示される。例えば、スピルリナは、５００μｍ～６００μｍの長さを有する微細藻類であり、豊富な栄養素を含む食品の原料となり得る。

【0030】

培養システム１は、供給回収装置２と、１又は複数のリアクター３と、給排気装置４と、制御装置５と、を含む。培養システム１に含まれるリアクター３の数は、必要とする混合液Ｍの総量によって決定される。

【0031】

供給回収装置２は、混合液Ｍを各リアクター３に供給し、各リアクター３から混合液Ｍを回収する装置である。混合液Ｍは、光合成微生物Ｐ及び培養液Ｃを含む。供給回収装置２は、受槽２１と、配管２２と、ポンプ２３と、ポンプ２４と、バルブ２５と、バルブ２６と、リアクター３の数と同数のバルブ２７と、を含む。

【0032】

受槽２１は、混合液Ｍを貯留し、各リアクター３に混合液Ｍを供給する槽である。配管２２は、混合液Ｍが流通可能に受槽２１と各リアクター３とを接続している。配管２２の一端は、受槽２１の側壁の下端近傍に接続されている。配管２２は、その途中で配管部２２ａ及び配管部２２ｂに分岐し、再び配管部２２ａ及び配管部２２ｂが合流している。配管２２の他端部は、リアクター３の数と同数の枝管２２ｃに分岐しており、各枝管２２ｃは当該枝管２２ｃに対応するリアクター３に接続されている。

【0033】

ポンプ２３及びバルブ２５は、配管部２２ａに設けられている。ポンプ２４及びバルブ２６は、配管部２２ｂに設けられている。各バルブ２７は、当該バルブ２７に対応する枝管２２ｃに設けられている。バルブ２５，２７が開放され、バルブ２６が閉鎖されている状態で、ポンプ２３が駆動されると、受槽２１内の混合液Ｍが配管２２を通ってリアクター３に供給される。バルブ２５が閉鎖され、バルブ２６，２７が開放されている状態で、ポンプ２４が駆動されると、リアクター３から混合液Ｍが供給回収装置２に回収される。

【0034】

供給回収装置２は、温度計６１と、ｐＨ計６２と、濃度計６３と、電気伝導度計６４と、液面計６５と、を更に含む。温度計６１は、混合液Ｍの温度を計測する計測器である。温度計６１は、受槽２１内の混合液Ｍの温度を計測可能なように受槽２１に設けられている。温度計６１は、温度の計測値を制御装置５に送信する。ｐＨ計６２は、混合液ＭのｐＨを計測する計測器である。ｐＨ計６２は、受槽２１内の混合液ＭのｐＨを計測可能なように受槽２１に設けられている。ｐＨ計６２は、ｐＨの計測値を制御装置５に送信する。

【0035】

濃度計６３は、混合液Ｍの濃度を計測する計測器である。濃度計６３は、受槽２１内の混合液Ｍの濃度を計測可能なように受槽２１に設けられている。濃度計６３は、濃度の計測値を制御装置５に送信する。電気伝導度計６４は、混合液Ｍの電気伝導度を計測する計測器である。混合液Ｍには、ミネラルなどの栄養塩が含まれている。栄養塩に含まれる金属成分により、混合液Ｍは電気伝導性を有する。電気伝導度計６４は、受槽２１内の混合液Ｍの電気伝導度を計測可能なように受槽２１に設けられている。電気伝導度計６４は、電気伝導度の計測値を制御装置５に送信する。

【0036】

液面計６５は、受槽２１内の混合液Ｍの液面を計測する計測器である。液面計６５としては、例えば、ガイドパルス式又は超音波式の液面計が用いられる。液面計６５は、受槽２１内の混合液Ｍの液面の高さを計測可能なように受槽２１に設けられている。液面計６５は、液面の高さの計測値を制御装置５に送信する。

【0037】

各リアクター３は、培養液Ｃ中で光合成微生物Ｐを培養する装置である。本実施形態では、培養システム１は、３つのリアクター３を含む。各リアクター３は、培養槽３１と、１又は複数の筒体３２と、連通管３３と、フィルタ３４と、圧力計３５と、液面計３６と、を含む。

【0038】

培養槽３１は、混合液Ｍを気密に収容する容器である。培養槽３１は、上壁３１ａと、底壁３１ｂと、側壁３１ｃと、を含む。上壁３１ａ、底壁３１ｂ及び側壁３１ｃによって、収容空間Ｖ１が画定される。

【0039】

各筒体３２は、上下方向に延びる筒状の部材である。各筒体３２は、例えば、円筒の形状を有する。各筒体３２の直径は、例えば、８０ｍｍ～１５０ｍｍである。各筒体３２は、光透過性（透光性）を有している。具体的には、各筒体３２は、高い透明度を有する材料から構成された透明管である。筒体３２の構成材料の例として、ガラス、アクリル樹脂及び塩化ビニル樹脂が挙げられる。各筒体３２は、培養槽３１の上壁３１ａを上下方向に貫通して延びている。各筒体３２は、収容空間Ｖ１と連通する内部空間Ｖ２を画定する。なお、「Ａと連通する」とは、流体が流通できるように、Ａと連なっていることを意味する。筒体３２の上端は閉塞されており、筒体３２の下端は開放されている。筒体３２は、上部分３２ａと下部分３２ｂとを含む。

【0040】

上部分３２ａは、培養槽３１の外部に露出する部分である。上部分３２ａは、培養槽３１の外部と連通している。本実施形態では、上部分３２ａの上端に連通管３３が接続されており、上部分３２ａは、連通管３３及びフィルタ３４を介して培養槽３１の外部と連通している。

【0041】

下部分３２ｂは、培養槽３１内に位置する部分であり、培養槽３１の外部には露出していない。下部分３２ｂには、連通口３２ｃが設けられている。連通口３２ｃは、収容空間Ｖ１と内部空間Ｖ２とを連通する開口である。本実施形態では、筒体３２の下端が開放されているので、筒体３２の下端縁によって連通口３２ｃが画定されている。連通口３２ｃは、収容空間Ｖ１に混合液Ｍが収容されている状態で混合液Ｍ中に位置する。

【0042】

連通管３３は、各筒体３２の内部空間Ｖ２と培養槽３１の外部とを連通する配管である。連通管３３は、各筒体３２の上部分３２ａに設けられている。連通管３３は主管３３ａと枝管３３ｂとを含む。連通管３３は、筒体３２の数と同数の枝管３３ｂを含む。各枝管３３ｂの一端は、枝管３３ｂに対応する筒体３２の上部分３２ａの上端に接続されている。各枝管３３ｂの他端は、主管３３ａに接続されている。主管３３ａの先端は、フィルタ３４を介して培養槽３１の外部と連通している。

【0043】

フィルタ３４は、培養槽３１及び筒体３２に収容されている混合液Ｍに培養槽３１の外部から異物が混入するのを防止するためのフィルタである。フィルタ３４は、通気性を有する。フィルタ３４は、連通管３３に設けられている。具体的には、フィルタ３４は、主管３３ａの先端に設けられ、主管３３ａの先端に設けられた開口を閉塞している。

【0044】

圧力計３５は、収容空間Ｖ１内の圧力を計測する計測器である。圧力計３５は、収容空間Ｖ１内の圧力を計測可能なように培養槽３１に設けられている。圧力計３５は、圧力の計測値を制御装置５に送信する。液面計３６は、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さを計測する計測器である。液面計３６としては、例えば、ガイドパルス式又は超音波式の液面計が用いられる。液面計３６は、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さを計測可能なように培養槽３１に設けられている。液面計３６は、液面の高さの計測値を制御装置５に送信する。

【0045】

給排気装置４は、収容空間Ｖ１にガスを供給し、収容空間Ｖ１からガスを排出する装置である。収容空間Ｖ１に供給されるガスの例としては、二酸化炭素及び空気が挙げられる。給排気装置４は、ブロワ４１と、主管４２と、リアクター３の数と同数の枝管４３と、リアクター３の数と同数の給気管４４（第１給気管）と、リアクター３の数と同数の給気管４５（第２給気管）と、リアクター３の数と同数の排気管４６と、リアクター３の数と同数のバルブ４７と、リアクター３の数と同数のバルブ４８と、リアクター３の数と同数のバルブ４９と、を含む。

【0046】

ブロワ４１は、ガスを供給する装置である。主管４２は、ブロワ４１と各枝管４３とを連通する配管である。主管４２の一端は、ブロワ４１に接続されている。

【0047】

各枝管４３は、主管４２から分岐して延びる配管である。各枝管４３の一端は、主管４２に接続されている。１つのリアクター３ごとに１つの枝管４３、１つの給気管４４、１つの給気管４５、１つの排気管４６、１つのバルブ４７、１つのバルブ４８、及び１つのバルブ４９が設けられている。各リアクター３に対応する給気管４４，４５、排気管４６、及びバルブ４７～４９は、同様の構成を有するので、以下では、１つのリアクター３に対応する給気管４４，４５、排気管４６、及びバルブ４７～４９のみを説明する。

【0048】

給気管４４は、収容空間Ｖ１にガスを供給するための配管である。給気管４４は、枝管４３から分岐して延びている。給気管４４は、例えば、培養槽３１の上壁３１ａを貫通して収容空間Ｖ１内まで延びている。給気管４４の基端は枝管４３に接続されており、給気管４４の先端は開放されている。給気管４４の先端は、培養槽３１の底壁３１ｂ近傍に位置し、収容空間Ｖ１に混合液Ｍが収容されている状態で混合液Ｍ中に位置する。

【0049】

給気管４５は、内部空間Ｖ２の下部にガスを供給するための配管である。給気管４５は、枝管４３から分岐して延びている。給気管４５は、本体部４５ａと、筒体３２の数と同数の枝部４５ｂと、を含む。本体部４５ａは、一本の配管を成している部分である。本体部４５ａは、上壁３１ａを貫通して枝管４３から収容空間Ｖ１内まで延び、すべての筒体３２の下を通るように敷設されている。本体部４５ａの一端は、枝管４３に接続されている。

【0050】

各枝部４５ｂは、本体部４５ａから分岐して延びる枝管を成している。１つの筒体３２ごとに１つの枝部４５ｂが設けられている。複数の枝部４５ｂは互いに同様の構成を有するので、以下では、１つの枝部４５ｂのみを説明する。枝部４５ｂは、本体部４５ａから、枝部４５ｂに対応する筒体３２の内部空間Ｖ２内に向けて上方に延びている。枝部４５ｂの基端は本体部４５ａに接続されており、枝部４５ｂの先端は開放されている。枝部４５ｂの先端は、内部空間Ｖ２の下部に位置し、収容空間Ｖ１に混合液Ｍが収容されている状態で混合液Ｍ中に位置する。枝部４５ｂの先端は、例えば、図２に示されるように連通口３２ｃからわずかに上方に位置している。枝部４５ｂの先端は、連通口３２ｃの上方に位置していなくてもよい。

【0051】

排気管４６は、収容空間Ｖ１からガスを排出するための配管である。排気管４６は、例えば、培養槽３１の上壁３１ａを貫通して、収容空間Ｖ１内から培養槽３１の外部まで延びている。

【0052】

バルブ４７は、収容空間Ｖ１にガスを供給するためのバルブである。バルブ４７は、給気管４４に設けられている。バルブ４８は、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍを撹拌するためのバルブである。バルブ４８は、給気管４５に設けられている。バルブ４９は、収容空間Ｖ１からガスを排出するためのバルブである。バルブ４９は、排気管４６に設けられている。

【0053】

バルブ４７が開放され、バルブ４８，４９が閉鎖されている状態で、ブロワ４１が駆動されると、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４４を通って収容空間Ｖ１にガスが供給される。バルブ４８が開放され、バルブ４７，４９が閉鎖されている状態で、ブロワ４１が駆動されると、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４５を通って内部空間Ｖ２にガスが供給される。収容空間Ｖ１内の圧力が培養槽３１の外部の気圧よりも高い状態で、バルブ４７，４８が閉鎖され、バルブ４９が開放されると、収容空間Ｖ１から排気管４６を通って培養槽３１の外部にガスが排出される。

【0054】

制御装置５は、培養システム１を統括制御する装置（コントローラ）である。制御装置５は、供給回収装置２及び給排気装置４を制御する。制御装置５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリと、タッチパネル、マウス及びキーボードなどの入力装置と、ディスプレイなどの出力装置と、ネットワークカードなどの通信装置と、を含むコンピュータとして構成されている。メモリに記憶されているコンピュータプログラムに基づくプロセッサの制御のもとで各ハードウェアを動作させることにより、制御装置５の機能が実現される。

【0055】

制御装置５は、光合成微生物Ｐを培養する培養方法を実施する。培養方法の詳細は後述するが、ここでは、培養方法において行われる混合液Ｍの状態の切り替えを説明する。制御装置５は、給排気装置４を制御することによって、混合液Ｍの状態を調整する。具体的には、制御装置５は、給排気装置４を制御することによって、混合液Ｍの状態を第１状態と第２状態との間で切り替える。

【0056】

図２に示されるように、第１状態は、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が筒体３２の下部分３２ｂに留まる状態である。制御装置５は、例えば、収容空間Ｖ１内の圧力と培養槽３１の外部の気圧とが実質的に等しくなるように給排気装置４を制御することで、混合液Ｍの状態を第１状態に設定する。具体的には、制御装置５は、バルブ４７，４８を閉鎖し、バルブ４９を開放することで、混合液Ｍの状態を第１状態に設定する。この場合、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍの液面には、培養槽３１の外部の気圧（例えば、大気圧）が下向きに加わる。筒体３２の上部分３２ａは培養槽３１の外部と連通しているので、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの液面には、培養槽３１の外部の気圧（例えば、大気圧）が下向きに加わる。したがって、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さは、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面の高さと実質的に同じとなる。

【0057】

図３に示されるように、第２状態は、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が筒体３２の上部分３２ａに達する状態である。制御装置５は、例えば、混合液Ｍが筒体３２の上部分３２ａに達する程度に収容空間Ｖ１内の圧力が高くなるように給排気装置４を制御することで、混合液Ｍの状態を第２状態に設定する。具体的には、制御装置５は、バルブ４７を開放し、バルブ４８，４９を閉鎖して、ブロワ４１を駆動することで、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４４を通って収容空間Ｖ１にガスを供給する。

【0058】

この場合、収容空間Ｖ１内の圧力が高くなり、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面に下向きに加わる力が、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの液面に下向きに加わる力よりも大きくなる。これらの力の差に応じて、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍが連通口３２ｃを介して内部空間Ｖ２に流れ込む。したがって、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面の高さは、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さよりも高くなる。第２状態では、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面は、例えば、筒体３２の上端付近に位置している。

【0059】

制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に達するまで給排気装置４にガスを供給させることにより、混合液Ｍの状態を第１状態から第２状態に切り替える。設定圧力は、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が所望の高さ（以下、「リフトアップ高さ」と称する。）に到達するときの収容空間Ｖ１内の圧力であり、予め計測されて不図示のメモリに格納されている。制御装置５は、給排気装置４に収容空間Ｖ１からガスを排出させることによって、混合液Ｍの状態を第２状態から第１状態に切り替える。

【0060】

混合液Ｍの状態が第２状態である場合に、上部分３２ａが受光することによって、混合液Ｍに含まれる光合成微生物Ｐが光合成を行う。筒体３２の上部分３２ａが受光する光は、太陽光でもよく、ＬＥＤ（light-emitting diode）などの人工光でもよい。

【0061】

次に、図４を更に参照しながら、制御装置５が実施する培養方法を詳細に説明する。図４は、図１に示される制御装置が実施する培養方法の一例を示すフローチャートである。培養方法を実施する前に、ユーザは、培養方法に関する初期設定を行う。例えば、ユーザは、初期設定として、開始時刻、終了時刻、設定圧力、及び設定時間を設定する。開始時刻は、培養方法の一連の処理を開始する時刻である。終了時刻は、培養方法の一連の処理を終了する時刻である。設定時間は、リアクター３に供給された混合液Ｍの全量分の混合液Ｍが内部空間Ｖ２に供給される（以下、「循環」と称する。）のに掛ける時間である。開始時刻、終了時刻、設定圧力、及び設定時間は、不図示のメモリに格納される。すべてのリアクター３に対して共通に初期設定が行われてもよく、リアクター３ごとに個別に初期設定が行われてもよい。

【0062】

図４に示される一連の処理は、開始条件が満たされた場合に開始される。例えば、時刻が開始時刻に達した場合に開始条件が満たされる。図４に示される一連の処理は、すべてのリアクター３に同時に行われてもよく、１つのリアクター３ずつ順番に行われてもよい。なお、受槽２１には、すべてのリアクター３に供給可能な混合液Ｍが貯留されていてもよく、１つのリアクター３に供給可能な混合液Ｍが貯留されていてもよい。各リアクター３は、筒体３２の上部分３２ａが受光可能となるように配置されている。培養システム１の初期状態では、ブロワ４１は停止しており、バルブ４７，４８は閉鎖され、バルブ４９は開放されている。

【0063】

図４に示されるように、制御装置５は、まず、供給回収装置２を制御することによって、各リアクター３の培養槽３１に混合液Ｍを供給する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、制御装置５は、バルブ２５，２７を開放し、バルブ２６を閉鎖して、ポンプ２３を駆動する。これにより、受槽２１内の混合液Ｍが配管２２を通って各培養槽３１に供給される。制御装置５は、例えば、液面計６５によって計測された受槽２１の液面が所定の高さまで減少したことに応じて、ポンプ２３を停止し、バルブ２５，２７を閉鎖する。各リアクター３において、混合液Ｍの状態は第１状態となる。このとき、制御装置５は、混合液Ｍの状態が第１状態である場合の、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さ（以下、「第１高さ」と称する。）を各液面計３６から取得する。以下、１つのリアクター３について説明を行うが、他のリアクター３についても同様である。

【0064】

続いて、制御装置５は、リフトアップ処理を実施する（ステップＳ２）。リフトアップ処理は、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面を高くする処理である。ステップＳ２では、制御装置５は、バルブ４７を開放し、バルブ４８，４９を閉鎖して、ブロワ４１を駆動することで、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４４を通って収容空間Ｖ１にガスを供給する。上述のように、ガスの供給量が多くなるにつれて、収容空間Ｖ１内の圧力が高くなり、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が上昇する。なお、制御装置５は、不図示のタイマーにより、リフトアップ処理を開始した時点からの経過時間を計測する。

【0065】

続いて、制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達したか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、制御装置５は、圧力計３５から計測値を取得し、収容空間Ｖ１内の圧力が、メモリに格納されている設定圧力に到達したか否かを判定する。収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達していないと判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達するまでステップＳ２及びステップＳ３を繰り返す。

【0066】

一方、ステップＳ３において、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達したと判定された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御装置５は、混合液Ｍの状態が初めて第２状態になったか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、制御装置５は、例えば、循環を実施した回数をカウントする不図示のカウンタを有し、カウンタのカウント値がゼロである場合に、混合液Ｍの状態が初めて第２状態になったと判定する。

【0067】

ステップＳ４において混合液Ｍの状態が初めて第２状態になったと判定された場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御装置５は、サイクルタイムを算出する（ステップＳ５）。サイクルタイムは、１回の切替サイクルに割り当てられる時間である。切替サイクルは、混合液Ｍの状態を第１状態から第２状態に切り替える処理が開始された時点から、第２状態から第１状態に切り替える処理が終了する時点までの期間である。

【0068】

ステップＳ５では、制御装置５は、混合液Ｍの状態が第２状態である場合の、収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さ（以下、「第２高さ」と称する。）を液面計３６から取得する。そして、制御装置５は、第１高さ及び第２高さに基づいて、サイクルタイムを算出する。例えば、制御装置５は、リアクター３内の混合液Ｍを上述の設定時間で循環させるよう、サイクルタイムを算出する。

【0069】

ここで、リアクター３内のすべての混合液Ｍが内部空間Ｖ２に流れ込むまで、混合液Ｍの同じ部分が内部空間Ｖ２に再び流れ込まないと仮定する。この仮定のもとで、制御装置５は、リアクター３内のすべての混合液Ｍが内部空間Ｖ２に流れ込むのに要する切替サイクルの回数（サイクル回数）を算出し、サイクル回数からサイクルタイムを算出する。

【0070】

混合液Ｍの状態が第１状態から第２状態に切り替えられたことによって、第１高さと第２高さとの差に相当する量の混合液Ｍが収容空間Ｖ１から内部空間Ｖ２に流れ込み、混合液Ｍの状態が第２状態から第１状態に切り替えられたことによって、同量の混合液Ｍが内部空間Ｖ２から収容空間Ｖ１に流れ出す。したがって、制御装置５は、リアクター３に供給されている混合液Ｍの総量を、収容空間Ｖ１から内部空間Ｖ２に流れ込んだ混合液Ｍの総量で除算することによって得られる値の小数点以下を切り上げることによって、サイクル回数を算出する。そして、制御装置５は、上述の設定時間をサイクル回数で除算することによってサイクルタイムを算出する。

【0071】

続いて、制御装置５は、撹拌処理を実施する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、制御装置５は、バルブ４８を開放し、バルブ４７，４９を閉鎖して、ブロワ４１を駆動することで、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４５を通って内部空間Ｖ２の下部にガスを供給する。収容空間Ｖ１内の圧力が培養槽３１の外部の気圧よりも高く、筒体３２の上部分３２ａは培養槽３１の外部と連通しているので、内部空間Ｖ２の下部に供給されたガスは、気泡Ｂとなって上部分３２ａに向かって上昇する。このとき、気泡Ｂの周囲の混合液Ｍは、エアリフト効果により気泡Ｂとともに上昇し、混合液Ｍが混合液Ｍの液面に達すると下降する。これにより、内部空間Ｖ２内において上昇流と下降流とが同時に生じ、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍが撹拌される。

【0072】

続いて、制御装置５は、タイマーによって計測されている経過時間がサイクルタイムに到達したか否かを判定する（ステップＳ７）。経過時間がサイクルタイムに到達していないと判定された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御装置５は、経過時間がサイクルタイムに到達するまでステップＳ６及びステップＳ７を繰り返す。この間、上部分３２ａが受光しているので、光合成微生物Ｐは混合液Ｍ中で光合成を行って細胞分裂を繰り返すことで増殖する。光合成微生物Ｐは光合成を行うと酸素を発生するので、光合成微生物Ｐには酸素による浮力が作用する。混合液Ｍが撹拌されることによって、光合成微生物Ｐが内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの上部に集まることなく、混合液Ｍ中に分散される。

【0073】

ステップＳ７において経過時間がサイクルタイムに到達したと判定された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御装置５は、撹拌処理を停止し、収容空間Ｖ１を開放する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、制御装置５は、ブロワ４１を停止してバルブ４７，４８を閉鎖するとともに、バルブ４９を開放することで、収容空間Ｖ１から排気管４６を通って培養槽３１の外部にガスを排出する。これにより、収容空間Ｖ１内の圧力が低くなり、内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が下降する。そして、収容空間Ｖ１内の圧力が培養槽３１の外部の気圧と実質的に等しくなると、混合液Ｍの状態が第１状態に戻る。

【0074】

続いて、制御装置５は、カウント値を１増加し、終了条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９では、制御装置５は、例えば、時刻が終了時刻に達している場合に終了条件が満たされたと判定し、時刻が終了時刻に達していない場合に終了条件が満たされていないと判定する。

【0075】

ステップＳ９において終了条件が満たされていないと判定された場合（ステップＳ９：ＮＯ）、制御装置５は、終了条件が満たされるまでステップＳ２～Ｓ９を繰り返す。なお、２回目以降に実施されるステップＳ４では、カウント値が１以上であるので、制御装置５は、混合液Ｍの状態が２回以上第２状態になったと判定し（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ５を実施することなく、ステップＳ６を実施する。

【0076】

ステップＳ９において終了条件が満たされたと判定された場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御装置５は、供給回収装置２を制御することによって、各培養槽３１から混合液Ｍを受槽２１に回収する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、制御装置５は、バルブ２５を閉鎖し、バルブ２６，２７を開放して、ポンプ２４を駆動する。これにより、各培養槽３１内の混合液Ｍが配管２２を通って受槽２１に回収される。制御装置５は、例えば、液面計６５によって計測された受槽２１の液面が所定の高さに到達したことに応じて、ポンプ２４を停止し、バルブ２６を閉鎖する。そして、制御装置５は、受槽２１に回収された混合液Ｍに対して、栄養素の補給、水質測定、及び光合成微生物Ｐの回収などを行う。

【0077】

以上により、培養方法の一連の処理が終了する。なお、サイクルタイムは予め設定されていてもよい。この場合、ステップＳ４及びステップＳ５は省略される。ステップＳ１は、ステップＳ１０の後に行われてもよい。この場合、制御装置５は、開始条件が満たされるまで、バルブ４７～４９を開放して、ブロワ４１を駆動することで、収容空間Ｖ１及び内部空間Ｖ２内の混合液Ｍを撹拌する。そして、制御装置５は、開始条件が満たされると、ステップＳ２以降の処理を行う。

【0078】

光合成微生物Ｐが増殖するにつれて、混合液ＭのｐＨが上昇する。制御装置５は、ｐＨ計６２によって計測されたｐＨが所定値を超えた場合に、受槽２１に回収された混合液Ｍに二酸化炭素を供給するように培養システム１を制御する。制御装置５は、ｐＨ計６２によって計測されたｐＨが所定値を超えた場合に、ブロワ４１から二酸化炭素を供給するように給排気装置４を制御してもよい。これにより、混合液ＭのｐＨが低下される。

【0079】

制御装置５は、濃度計６３によって計測された濃度が所定の濃度を超えた場合に、混合液Ｍから光合成微生物Ｐを抽出するように培養システム１を制御する。例えば、不図示のろ過装置によって混合液Ｍから光合成微生物Ｐが抽出される。

【0080】

培養方法を実施している間に、混合液Ｍに含まれる水分が蒸発することがある。この場合、受槽２１に回収された混合液Ｍの濃度及び電気伝導度が高くなる。制御装置５は、電気伝導度計６４によって計測された電気伝導度に応じた量の水を混合液Ｍに追加するように培養システム１を制御する。これにより、蒸発した水分が補われる。

【0081】

以上説明した培養システム１では、培養槽３１の収容空間Ｖ１内に混合液Ｍが気密に収容され、筒体３２の下部分３２ｂに設けられた連通口３２ｃが混合液Ｍ中に位置し、筒体３２の上部分３２ａが培養槽３１の外部に露出している。給排気装置４を制御することによって、混合液Ｍが下部分３２ｂに留まる第１状態と、混合液Ｍが上部分３２ａに達する第２状態との間で、混合液Ｍの状態が切り替えられる。上部分３２ａは光透過性を有しており、培養槽３１の外部に露出しているので、混合液Ｍの状態が第２状態である場合に上部分３２ａが受光することによって、混合液Ｍに含まれる光合成微生物Ｐに光合成を行わせることができる。混合液Ｍは収容空間Ｖ１内及び内部空間Ｖ２内に留まっているので、混合液Ｍが外気に曝される機会を減らすことができる。その結果、コンタミネーションが生じる可能性を低減することが可能となる。

【0082】

給排気装置４によってガスが収容空間Ｖ１に供給されると、収容空間Ｖ１内の圧力が高くなり、収容空間Ｖ１内の圧力と培養槽３１の外部の気圧との差圧に応じて、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍが連通口３２ｃを介して内部空間Ｖ２に流れ込む。混合液Ｍの密度は概ね一定であるので、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に達したときの内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの液面の高さ（リフトアップ高さ）は実質的に一定となる。したがって、受光する混合液Ｍの量を均一化することができる。これにより、切替サイクルごとに収容空間Ｖ１と内部空間Ｖ２との間で入れ替わる混合液Ｍの量を実質的に一定にすることができる。

【0083】

混合液Ｍの状態が第２状態である場合、収容空間Ｖ１内の圧力は培養槽３１の外部の気圧よりも高い。収容空間Ｖ１からガスを排出することによって収容空間Ｖ１内の圧力が低下するので、収容空間Ｖ１内の圧力と培養槽３１の外部の気圧との差圧が小さくなり、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの液面の高さが低くなる。これにより、混合液Ｍの状態を第１状態とすることができる。

【0084】

光合成微生物Ｐは混合液Ｍ中で光合成を行って細胞分裂を繰り返すことで増殖する。光合成微生物Ｐは光合成を行うと酸素を発生するので、光合成微生物Ｐには酸素による浮力が作用する。したがって、混合液Ｍが撹拌されないと、光合成微生物Ｐが混合液Ｍの液面に集まって受光率が低下するおそれがある。これに対し、培養システム１においては、制御装置５は、混合液Ｍの状態が第２状態である場合に、給気管４５を介して内部空間Ｖ２にガスを供給するように給排気装置４を制御することによって、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍを撹拌する。これにより、光合成微生物Ｐが内部空間Ｖ２内の混合液Ｍの上部に集まることなく、混合液Ｍ中に分散される。したがって、受光率の低下を抑制することができるので、光合成の効率を向上させることが可能となる。

【0085】

混合液Ｍの状態が第１状態から第２状態に切り替えられたことによって、第１高さと第２高さとの差に相当する量の混合液Ｍが収容空間Ｖ１から内部空間Ｖ２に流れ込み、混合液Ｍの状態が第２状態から第１状態に切り替えられたことによって、同量の混合液Ｍが内部空間Ｖ２から収容空間Ｖ１に流れ出す。したがって、リアクター３内のすべての混合液Ｍの量を、第１高さと第２高さとの差に相当する量で除算することによって、リアクター３内のすべての混合液Ｍを内部空間Ｖ２に供給するのに要するサイクル回数が得られる。例えば、設定時間内にリアクター３内のすべての混合液Ｍを内部空間Ｖ２に供給する場合には、設定時間をサイクル回数で除算することによって、サイクルタイムを算出することができる。サイクルタイムで切替サイクルを実施することによって、混合液Ｍの全体が満遍なく受光することができる。これにより、混合液Ｍに含まれるすべての光合成微生物Ｐに光合成を行わせる機会を与えることができるので、細胞分裂が活発となり、単位時間当たりの光合成微生物Ｐの増殖量を増加させることが可能となる。

【0086】

培養システム１においては、培養槽３１は密閉されており、筒体３２の上部分３２ａは連通管３３及びフィルタ３４を介して培養槽３１の外部と連通している。この構成によれば、連通管３３を介して混合液Ｍに異物が混入する可能性を低減することができる。したがって、コンタミネーションが生じる可能性を一層低減することが可能となる。

【0087】

培養システム１では、筒体３２の上部分３２ａが受光することによって、混合液Ｍに含まれる光合成微生物Ｐに光合成を行わせる。したがって、広大な設置面積を要することなく、受光面積を広げることができ、光合成の効率を向上させることが可能となる。

【0088】

例えば、水中ポンプを用いて混合液Ｍを撹拌することが考えられる。この場合、ポンプのインペラに光合成微生物Ｐが巻き込まれることによって、光合成微生物Ｐが切断されるおそれがある。培養システム１においては、ブロワ４１によってガスを内部空間Ｖ２に供給することによって、混合液Ｍが撹拌される。したがって、光合成微生物Ｐが切断されることを回避することができる。

【0089】

次に、図５を参照しながら、別の実施形態に係る培養システムを説明する。図５は、別の実施形態に係る培養システムを概略的に示す構成図である。図５に示される培養システム１Ａは、各リアクター３がフィルタ３４を含まない点、及び回収管３７を更に含む点において、培養システム１と主に相違する。

【0090】

回収管３７は、内部空間Ｖ２から溢れた混合液Ｍを受槽２１に戻す配管である。回収管３７は、各リアクター３の連通管３３に接続されている。具体的には、各リアクター３の主管３３ａの先端は、回収管３７に接続されている。回収管３７の先端は、受槽２１の上方に位置し、培養槽３１の外部と連通している。

【0091】

培養システム１Ａにおいても、培養システム１と共通の構成については、培養システム１と同様の効果が奏される。収容空間Ｖ１に過剰な量のガスが供給されると、混合液Ｍが筒体３２の上部分３２ａ（内部空間Ｖ２）から溢れることがある。培養システム１Ａでは、筒体３２の上部分３２ａ（内部空間Ｖ２）から溢れた混合液Ｍは、連通管３３及び回収管３７を通って受槽２１に戻される。したがって、混合液Ｍの漏洩を抑制することができるので、光合成微生物Ｐの回収量の減少を抑制することができる。

【0092】

なお、本開示に係る培養システムは上記実施形態に限定されない。

【0093】

上記実施形態では、筒体３２は光透過性を有しているが、筒体３２のうちの少なくとも上部分３２ａが光透過性を有していればよく、下部分３２ｂは光透過性を有していなくてもよい。

【0094】

季節及び天候によっては、受光量が多くなり、混合液Ｍの温度が上昇する。混合液Ｍの温度が高くなり過ぎると、光合成微生物Ｐが死滅するおそれがある。この問題に対し、制御装置５は、混合液Ｍの温度に基づいて、受光面積（受光量）を調整してもよい。具体的に説明すると、ユーザは、図４に示される培養方法が１日に２回実施されるように、開始時刻及び終了時刻を設定しておく。ユーザは、そのうちの初回の培養方法の終了時刻を受光量が多くなると予想される時間帯に含まれる時刻に設定しておく。

【0095】

そして、制御装置５は、初回の培養方法において時刻が終了時刻に達すると、バルブ２５を閉鎖し、バルブ２６を開放して、ポンプ２４を駆動する。これにより、各培養槽３１内の混合液Ｍが配管２２を通って受槽２１に回収される。そして、制御装置５は、温度計６１によって計測された混合液Ｍの温度を取得し、２回目の培養方法を実施する。

【0096】

そして、制御装置５は、混合液Ｍの温度に基づいて、混合液Ｍの状態が第２状態である場合の内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面の高さ（リフトアップ高さ）を調整する。例えば、制御装置５は、混合液Ｍの温度が予め設定された温度閾値を超えている場合に、混合液Ｍの温度が温度閾値以下である場合よりも、設定圧力を低くしてリフトアップ高さを低くする。制御装置５は、混合液Ｍの温度が高くなるにつれて、設定圧力を低くしてリフトアップ高さを低くしてもよい。

【0097】

リフトアップ高さが高いと、受光面積（受光量）が増大するので、混合液Ｍの温度が高くなり得る。したがって、混合液Ｍの温度が高い場合には、リフトアップ高さを低くして受光面積（受光量）を減らすことによって、混合液Ｍの温度が高くなり過ぎないように調整することができる。

【0098】

制御装置５は、混合液Ｍの温度に基づいて、混合液Ｍの状態が第２状態である状態を維持する時間（以下、「受光時間」と称する。）を調整してもよい。例えば、制御装置５は、混合液Ｍの温度が予め設定された温度閾値を超えている場合に、混合液Ｍの温度が温度閾値以下である場合よりも、受光時間を短くする。制御装置５は、混合液Ｍの温度が高くなるにつれて、受光時間を短くしてもよい。

【0099】

受光時間が長いと、受光量が増大するので、混合液Ｍの温度が高くなり得る。したがって、混合液Ｍの温度が高い場合には、受光時間を短くすることによって、混合液Ｍの温度が高くなり過ぎないように調整することができる。

【0100】

制御装置５は、混合液Ｍの温度に基づいて、リフトアップ高さ及び受光時間の両方を調整してもよい。なお、温度計６１に代えて、各リアクター３が、培養槽３１内の混合液Ｍの温度を計測する温度計を含んでもよい。この場合、制御装置５は、温度計によって計測された培養槽３１内の混合液Ｍの温度に基づいて、リフトアップ高さ及び受光時間の少なくとも１つを調整する。この構成によれば、混合液Ｍの温度変化を即座に受光量の調整に反映することができるので、混合液Ｍの温度を精度良く調整することができる。

【0101】

ｐＨ計６２に代えて、各リアクター３が、培養槽３１内の混合液ＭのｐＨを計測するｐＨ計を含んでもよい。同様に、濃度計６３に代えて、各リアクター３が、培養槽３１内の混合液Ｍの濃度を計測する濃度計を含んでもよく、電気伝導度計６４に代えて、各リアクター３が、培養槽３１内の混合液Ｍの電気伝導度を計測する電気伝導度計を含んでもよい。

【0102】

光合成微生物Ｐが増殖するにつれて、混合液Ｍの比重が大きくなることがある。この場合、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達したときの内部空間Ｖ２における混合液Ｍの液面が低くなる。この問題に対して、制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が設定圧力に到達したときの収容空間Ｖ１における混合液Ｍの液面の高さに応じて、設定圧力を調整してもよい。

【0103】

例えば、制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が初めて設定圧力に到達したとき（言い換えると、混合液Ｍの状態が初めて第２状態となったとき）の第２高さを目標高さとして記憶する。そして、制御装置５は、収容空間Ｖ１内の圧力が２回目以降に設定圧力に到達したときの第２高さが、目標高さよりも高い場合に、第２高さが目標高さと同じになるように設定圧力を増加する。

【0104】

混合液Ｍは、夜間のように光合成を行わない時間帯に、受槽２１に回収されることなく培養槽３１内に保持されてもよい。光合成微生物Ｐは呼吸することにより二酸化炭素を排出するので、光合成微生物Ｐには二酸化炭素による浮力が作用する。この場合、混合液Ｍの液面付近に光合成微生物Ｐが集まって、互いに絡まるおそれがある。この問題に対し、制御装置５は、給排気装置４を制御することによって、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍを撹拌してもよい。具体的には、制御装置５は、バルブ４７，４９を開放し、バルブ４８を閉鎖して、ブロワ４１を駆動することで、ブロワ４１から主管４２、枝管４３及び給気管４４を通って収容空間Ｖ１にガスを供給する。

【0105】

給気管４４の先端は培養槽３１の底壁３１ｂ近傍に位置しているので、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍの下部にガスが供給され、供給されたガスが気泡となって混合液Ｍの液面に向かって上昇する。このとき、エアリフト効果により、収容空間Ｖ１内において上昇流と下降流とが同時に生じ、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍが撹拌される。収容空間Ｖ１に供給されたガスは、排気管４６を通って培養槽３１の外部に排出される。混合液Ｍが撹拌されることによって、光合成微生物Ｐが収容空間Ｖ１内の混合液Ｍの上部に集まることなく、混合液Ｍ中に分散される。制御装置５は、バルブ４７，４９に加えてバルブ４８を更に開放することで、収容空間Ｖ１内の混合液Ｍだけでなく、内部空間Ｖ２内の混合液Ｍを撹拌してもよい。

【符号の説明】

【0106】

１…培養システム、３…リアクター、４…給排気装置、５…制御装置、２１…受槽、３１…培養槽、３２…筒体、３２ａ…上部分、３２ｂ…下部分、３２ｃ…連通口、３３…連通管、３４…フィルタ、３５…圧力計、３６…液面計、３７…回収管、４４…給気管（第１給気管）、４５…給気管（第２給気管）、６１…温度計、６２…ｐＨ計、６３…濃度計、６４…電気伝導度計、６５…液面計、Ｃ…培養液、Ｍ…混合液、Ｐ…光合成微生物、Ｖ１…収容空間、Ｖ２…内部空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】