特許 7325221 生物の育成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】生物の育成装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/04 20060101AFI20230804BHJP

   A01G 31/00 20180101ALI20230804BHJP

   A01K 63/04 20060101ALI20230804BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

C12M1/04

A01G31/00 602

A01K63/04 C

C12M1/00 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019095703

(22)【出願日】2019-05-22

(65)【公開番号】P2020188721

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-04-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000187149

【氏名又は名称】株式会社レゾナック・ガスプロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】100080838

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 光康

(74)【代理人】

【識別番号】100194261

【弁理士】

【氏名又は名称】栢原 崇行

(72)【発明者】

【氏名】森 亮太

【審査官】馬場 亮人

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１８３３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９２９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１２６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３８５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２２８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表昭６２－５００３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１４８６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００８２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３１７０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１３３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３７４０２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／０４

Ａ０１Ｇ ３１／００

Ａ０１Ｋ ６３／０４

Ｃ１２Ｍ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

養液を貯留するとともに、前記養液内の生物を育成する育成槽と、前記育成槽内に設けられ、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液のみが通過可能な開き目を有する放出膜により区切られた養液循環エリアと、前記養液に前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを添加する発生機と、前記養液循環エリアから前記発生機に前記養液を導く導入管路と、前記導入管路を通じて前記発生機に供給され、前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液を前記育成槽内の前記養液循環エリアへ還流させる還流管路と、前記導入管路又は前記還流管路に設けられ前記養液を循環させる循環ポンプを備え、
前記養液循環エリアには前記生物が含まれず、前記放出膜を介して前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液を前記育成槽内の生物育成エリアに放出することにより、前記養液循環エリアから前記生物育成エリアに前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液が供給される一方、前記養液循環エリア内に前記生物含む固形物が侵入することを防止できる生物の育成装置。

【請求項2】

前記養液循環エリア内に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の生物の育成装置。

【請求項3】

前記導入管路と前記還流管路を接続する少なくとも１つの流路切替管路を更に備え、前記導入管路、前記還流管路又は前記流路切替管路の少なくともいずれかに仕切弁を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の生物の育成装置。

【請求項4】

前記放出膜は、前記育成槽内の空間を上下に分割するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の生物の育成装置。

【請求項5】

前記放出膜は、筒状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の生物の育成装置。

【請求項6】

前記放出膜は、複数個の筒状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の生物の育成装置。

【請求項7】

前記育成槽は、前記養液が循環する管状に形成され、前記放出膜は、管状に形成されて前記管状の育成槽内に配置され、前記放出膜の一端部に前記導入管路が接続され、他端部に前記還流管路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の生物の育成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを用いた生物の育成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ファインバブルによる微生物の成長促進を目的とした培養装置において、フィルターによって培養槽内の培養液を微生物と培養ろ過液に分離し、培養ろ過液にファインバブルを含有させ、培養槽に還流する装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、生物反応槽から培養液が導入されるとともに培養液を菌体とろ過液とに分離する菌体ろ過器を有し、ろ過液にファインバブルを含有させ、培養槽に還流する方法と装置が示されている。

【0004】

また、特許文献２には、培養槽から抜き出されろ過器に供給される生物培養液を、マイクロナノバブルを含有するものとするマイクロナノバブル発生装置が示されている。

【0005】

しかしながら、上記のいずれの装置も、微生物や菌体を含有する培養液をフィルターに流通させ、微生物、菌体と培養ろ過液に分離させる工程が発生している。この工程により、循環運転を続けているといずれフィルターの目詰まりが発生し、循環量が低下してしまう問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００７－３１２６８９号公報

【文献】特許第５９８５１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、フィルターの目詰まり等を防止できるとともに、効率的に生物を育成することができる生物の育成装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の生物の育成装置は、養液を貯留するとともに、前記養液内の生物を育成する育成槽と、前記育成槽内に設けられ、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液のみが通過可能な開き目を有する放出膜により区切られた養液循環エリアと、前記養液に前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを添加する発生機と、前記養液循環エリアから前記発生機に前記養液を導く導入管路と、前記導入管路を通じて前記発生機に供給され、前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液を前記育成槽内の前記養液循環エリアへ還流させる還流管路と、前記導入管路又は前記還流管路に設けられ前記養液を循環させる循環ポンプを備え、前記養液循環エリアには前記生物が含まれず、前記放出膜を介して前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液を前記育成槽内の生物育成エリアに放出することにより、前記養液循環エリアから前記生物育成エリアに前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記養液が供給される一方、前記養液循環エリア内に生物含む固形物が侵入することを防止できることを特徴とする。

【0009】

請求項２に記載の生物の育成装置の前記養液循環エリア内に絞り部を設けたことを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の生物の育成装置の前記導入管路と前記還流管路を接続する少なくとも１つの流路切替管路を更に備え、前記導入管路、前記還流管路又は前記流路切替管路の少なくともいずれかに仕切弁を設けたことを特徴とする。

【0011】

請求項４に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、前記育成槽内の空間を上下に分割するように設けられていることを特徴とする。

【0012】

請求項５に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、筒状に形成されていることを特徴とする。

【0013】

請求項６に記載の生物の育成装置の前記放出膜は、連結された複数個の筒状に形成されていることを特徴とする。

【0014】

請求項７に記載の生物の育成装置の前記育成槽は、前記養液が循環する管状に形成され、前記放出膜は、管状に形成されて前記管状の育成槽内に配置され、前記放出膜の一端部に前記導入管路が接続され、他端部に前記還流管路が接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１に記載の各発明においては、放出膜を介して、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有した養液が生物育成エリアへ供給されるので、バブルと養液の比重差による浮上および拡散効果により、養液循環エリアから生物育成エリアへ供給される一方、放出膜により固形物（生物や微細なゴミ等）が生物育成エリアから養液循環エリアに混入することを防止できる。
したがって、微生物によるファインバブルまたは高濃度溶存ガス放出膜の目詰を防止することができる。
（２）請求項２に記載の発明も前記（１）と同様な効果が得られるとともに、絞り部を設けてこの絞り部を通過する流量を少なくすることで、絞り部の１次側のファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有する養液が生物を育成するエリアへ放出膜を介して移行する流量、及び生物育成エリアから絞り部の２次側へ放出膜を介して養液が移行する流量を増加させることができる。
したがって、育成槽の生物を育成するエリア内のファインバブル及び高濃度溶存ガス濃度を高く維持することができる。
（３）請求項３に記載の発明も前記（１）～（２）と同様な効果が得られるとともに、養液を育成槽内の養液循環エリアへ還流させる管路と、仕切弁、及び流路切替管路を備えるので、育成槽内の生物育成エリア内に均一にファインバブルまたは高濃度溶存ガス供給することができる。
（４）請求項４乃至請求項７に記載の発明も前記（１）～（３）と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

図１乃至図３は本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
図４は本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
図５は本発明の第３の実施形態を示す説明図である。
図６は本発明の第４の実施形態を示す説明図である。

【図1】第１の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。

【図2】通常時の養液の流れ及び仕切弁の状態を示す参考説明図。

【図3】養液を逆流させる場合の仕切弁の状態を示す参考説明図。

【図4】第２の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。

【図5】第３の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。

【図6】第４の実施形態の生物の育成装置の概略説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。
図１乃至図３に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は本発明のファインバブル及び高濃度溶存ガスを用いた生物の育成装置である。
なお、説明の便宜上、循環管路１４及び養液循環エリア５を循環し、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有した養液２を循環養液２Ａという。

【0018】

この生物の育成装置１は、図１に示すように、養液２を貯留するとともに、前記養液２内の生物を育成する育成槽３と、前記育成槽３内に設けられ、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた循環養液２Ａが通過可能な放出膜４により区切られた養液循環エリア５及び生物育成エリア１０と、前記養液循環エリア５の養液を循環させる循環管路１４と、この循環管路１４に設けられ、前記養液２に前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを添加する発生機６と、循環管路１４に設けられ前記循環養液２Ａを循環させる循環ポンプ９とで構成されている。

【0019】

循環管路１４は、前記養液循環エリア５から前記発生機６に前記循環養液２Ａを導く導入管路７と、該導入管路７を通じて前記発生機６に供給され、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記循環養液２Ａを前記育成槽３内の前記養液循環エリア５へ還流させる還流管路８とで構成されており、循環ポンプ９は、前記導入管路７又は還流管路８のいずれに設けてもよい。

【0020】

養液２は、育成対象の生物に適した液体が用いられ、例えば、本実施形態では藻類の微生物を育成しており、淡水又は海水等が用いられている。その他にも水草を育成する場合には淡水、水の中の有機物を分解する微生物を育成する場合には、有機物を多量に含んだ液体等が用いられる。

【0021】

また、この育成槽３で育成される生物は、動植物及び微生物（好気性微生物、嫌気性微生物、藻類等）を含むものである。
ファインバブルにされるガス及び高濃度溶存ガスも、育成する生物に合わせて適宜適切な物質が用いられる。本実施形態では、藻類の微生物を育成するため、二酸化炭素を用いている。

【0022】

育成槽３は、液体を保持できるとともに導入管路７や還流管路８が接続可能な容器で、その大きさや材質等は育成する生物や育成規模に応じて適宜変更できるものである。

【0023】

養液循環エリア５は、前記育成槽３内に設けられており、育成槽３とは放出膜４を介して区切られた状態で設けられており、この養液循環エリア５には前記生物が含まれない。本実施形態では、育成槽３の中心部から下部付近の内部の空間を上下に分割するように放出膜４が設けられており、この放出膜４の下方が養液循環エリア５となる。この放出膜４は、本実施形態では、微生物を育成するものであるため、その大きさに合わせて開き目が１～５０μｍで、エリアを上下に区切るためにプリーツ型やシート型のものを用いている。

【0024】

一方、この放出膜４よりも上方のエリアは、養液２及び育成対象の生物が存在する生物育成エリア１０となる。

【0025】

この放出膜４は、ファインバブル及び養液２（高濃度溶存ガスを含有した循環養液２Ａを含む）のみが通過できる大きさの開き目とすることにより、放出膜４により生物等（生物や固形物等）が生物育成エリア１０から養液循環エリア５に混入することを防止できる。すなわち、放出膜４を介して前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた養液２Ａを育成槽３内の生物育成エリア１０に放出することにより、前記養液循環エリア５から前記生物育成エリア１０に前記ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた養液２Ａが供給される一方、前記養液循環エリア５内に生物含む固形物が侵入することを防止できる。

【0026】

発生機６は、ファインバブルを発生させることができるものであれば、どのような機器を用いてもよく、ファインバブルの発生とガスを高濃度で循環養液２Ａに溶存させることができる機能の両方を有する発生機６を用いてもよいし、ファインバブル発生機とガス溶存装置とを別個に接続し、これらの機器を接続して発生機６としてもよい。
導入管路７は、養液循環エリア５から発生機６に循環養液２Ａを導く管路で、本実施形態においては一端部が育成槽３の養液循環エリア５に連通するとともに、他端部が発生機６に接続されている。
なお、本実施形態のように発生機６の上流側に循環ポンプ９を設ける場合には、この循環ポンプ９を介して導入管路７の他端部が発生機６に接続される。
還流管路８は、発生機６を通過し、ファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有した循環養液２Ａを養液循環エリア５へ導く管路で、その一端部が発生機６に接続され、他端部が育成槽３の養液循環エリア５に連通している。

【0027】

循環ポンプ９は、導入管路７に設けられ、これらの管路７、８及び発生機６を通過する循環養液２Ａを昇圧し、循環させるポンプである。この循環ポンプ９は、液体を昇圧し圧送できるものであれば、どのようなものを用いてもよい。ところで、本実施形態においては、導入管路７に循環ポンプ９を設けたが、使用するガスによっては還流管路８（発生機６の下流側）に循環ポンプ９を用いてもよく、循環ポンプ９は発生機６に内蔵されていてもよい。

【0028】

また、本実施形態では、導入管路７と還流管路８（循環管路１４の発生機６よりも上流側と下流側）を接続する流路切替管路１１を更に備えている。この流路切替管路１１は、少なくとも１つ以上設けられ、本実施形態においては２つの流路切替管路１１が設けられている。

【0029】

ところで、前記導入管路７、前記還流管路８又は前記流路切替管路１１の少なくともいずれかに仕切弁１２を設けて循環養液２Ａの流路を条件ごとに切り替えることができる。
本実施形態においては、導入管路７と還流管路８と流路切替管路１１の全てにそれぞれ仕切弁１２を設けている。
流路を切り替える条件は、時間でも良く、ファインバブル濃度などのパラメータを用いてもよい。

【0030】

また、例えば図３に示すように、導入管路７及び還流管路８の仕切弁１２を閉状態、流路切替管路１１の仕切弁１２を開状態となるように仕切弁１２の開閉を行い、流路を切り替えることにより循環養液２Ａを通常とは逆方向に循環させることができ、放出膜４の逆洗浄を行うことができ、より保守を要さない時間を延長する（長期間、洗浄等の保守作業を不要にする）ことが可能になる。

【0031】

さらに、放出膜４から生物育成エリア１０内に均一にファインバブル及び高濃度溶存ガスを供給することができる。

【0032】

前述した２つの流路切替管路１１は、還流管路８の仕切弁１２の下流側に一端部が接続され、導入管路７の仕切弁１２の下流側に他端部が接続された流路切替管路１１と、還流管路８の仕切弁１２の上流側に一端部が接続され、導入管路７の仕切弁１２の上流側に他端部が接続された流路切替管路１１の２つが設けられている。

【0033】

このように流路切替管路１１及び仕切弁１２を設けることにより循環養液２Ａの流れを多様に調整することができ、前述のような効果を得ることができる。
ところで、養液循環エリア５の平均流速は５ｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１ｍ／ｓｅｃ 以下としている。

【0034】

従来の方法ではフィルターに循環流体の全量が通過するのに対して、本発明では放出膜４に循環流体の全量が通過することはないため、非常に目詰まりが発生しにくい。

【0035】

ファインバブルまたは高濃度溶存ガスはバブルと養液２の比重差による浮上および拡散効果により、養液循環エリア５から前記育成槽３内の生物育成エリア１０へファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有させた前記循環養液２Ａが供給される一方、放出膜４により固形物が生物育成エリア１０から養液循環エリア５および還流管路８および循環ポンプ９および発生機６内に混入することを抑えることができる。

【0036】

ここで、「固形物」とは、育成対象の生物自身を含むものであり、その他にも生物が排出する固形の排出物や、ゴミ、ほこり等が含まれる。
このように構成された生物の育成装置１で例えば藻類等の微生物を育成（培養）する場合には、養液２として淡水又は海水を用い、ファインバブル及び高濃度溶存ガスとして二酸化炭素を用いる。

【0037】

循環ポンプ９により循環養液２Ａを養液循環エリア５に循環させるとともに、発生機６を起動して二酸化炭素をファインバブルにするとともに、二酸化炭素を循環養液２Ａ中に高濃度で溶存させる。このファインバブル及び高濃度で二酸化炭素が溶存した循環養液２Ａは、放出膜４を通過して生物育成エリア１０に拡散される。
この拡散されたファインバブル及び高濃度で二酸化炭素が溶存した養液２により藻類等の微生物を効率よく育成することができる。

【0038】

［発明を実施するための異なる形態］
次に、図４乃至図６に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0039】

図４に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、筒状に形成され、その一端部に前記導入管路７が接続され、その他端部に前記還流管路８が接続された放出膜４Ａにするとともに、この養液循環エリア５内に絞り部１３を設けた点で、このような放出膜４Ａを用いた生物の育成装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

【0040】

ところで、絞り部１３は、本実施形態においては、筒状の放出膜４Ａ内に形成されており、筒状の放出膜４Ａで区切られた放出膜４Ａの内側のエリアが養液循環エリア５となる。このように放出膜４Ａ内に絞り部１３を設けることにより、絞り部１３の１次側のファインバブル及び高濃度溶存ガスを含有する養液２が生物育成エリア１０へ放出膜４Ａを介して移行する流量、及び生物育成エリア１０から絞り部１３の２次側へ放出膜４Ａを介して循環養液２Ａが移行する流量を増加させることができる。この絞り部１３を設けることが望ましいが、必ずしも設ける必要はない。

【0041】

また、絞り部１３は前記放出膜を連結させた際の配管、もしくは継手であってもよい。
図５に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、互いに連結された複数個の筒状の放出膜４Ｂにした点で、このような放出膜４Ｂを用いた生物の育成装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

【0042】

なお、本実施形態においては、この複数個の筒状の放出膜４Ｂで区切られた放出膜４Ｂの内側のエリアが養液循環エリア５となる。

【0043】

複数個の放出膜４Ｂは、どのように連結してもよく、例えば本実施形態のように４つの放出膜４Ｂを並列状に２つずつ連結してもよいし、複数個の放出膜４Ｂを直列状に連結してもよい。このように複数個の放出膜４Ｂが直接又は間接的に互いに連結されていればよい。

【0044】

図６に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、前記循環養液２Ａが循環する管状に形成された育成槽３Ａを用いるとともに、前記育成槽３Ａ内に配置され、管状に形成されるとともに、その一端部に前記導入管路７が接続され、その他端部に前記還流管路８が接続された前記放出膜４Ｃにした点で、このような育成槽３Ａ及び放出膜４Ｃを用いた生物の育成装置１Ｃにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。

【0045】

本実施形態においては、この管状の放出膜４Ｃで区切られた放出膜４Ｃの内側のエリアが養液循環エリア５となる。
なお、本発明の実施形態では流路切替管路や仕切弁を有する形態について説明したが、これらの構成を有さないものとしてもよい。

【0046】

また、本発明の実施形態で藻類の微生物を育成する場合について説明したが、育成する生物としては植物（水耕栽培）や養殖魚等にしてもよく、植物の場合には、養液を水耕養液とし、養殖魚を育成する場合には、淡水又は海水を養液として使用し、ファインバブル及び高濃度溶存ガスとして使用される気体を酸素や空気等にしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は生物を育成する産業に利用される。

【符号の説明】

【0048】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：生物の育成装置、
２、２Ａ：養液、 ３、３Ａ：育成槽、
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：放出膜、 ５：養液循環エリア、
６：発生機、 ７：導入管路、
８：還流管路、 ９：循環ポンプ、
１０：生物育成エリア、 １１：流路切替管路、
１２：仕切弁、 １３：絞り部、
１４：循環養液。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】