▶ 三菱化工機株式会社の特許一覧 ▶ 三菱化工機アドバンス株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-31
(45)【発行日】2023-02-08
(54)【発明の名称】閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20230201BHJP
B08B 9/027 20060101ALI20230201BHJP
B08B 9/04 20060101ALI20230201BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 E
B08B9/027
B08B9/04
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2022105378
(22)【出願日】2022-06-30
【審査請求日】2022-07-14
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000176752
【氏名又は名称】三菱化工機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】522263024
【氏名又は名称】三菱化工機アドバンス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100183357
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 義美
(72)【発明者】
【氏名】三枝 哲
(72)【発明者】
【氏名】大森 一樹
(72)【発明者】
【氏名】秋山 裕亮
(72)【発明者】
【氏名】増田 吉兼
【審査官】長谷川 強
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１８７３１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８７３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１５２３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２２４７２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６１９５１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００
Ｂ０８Ｂ ９／０２７
Ｂ０８Ｂ ９／０４
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であって、
藻類を含む培養液を内部に収容する循環タンクと、
前記藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクターと、
前記循環タンクの培養液を前記リアクターへと流入させる流路としての第１接続管と、
前記リアクター内を通過した培養液を前記循環タンクへと流出させる流路としての第２接続管と、
前記第１接続管に備えられ、前記リアクターの管内を移動し管内の前記藻類の培養を行うとともに前記藻類を刮ぎ取り洗浄するピグを挿入するピグ送入機構と、
前記第２接続管に備えられ、前記リアクターの管内を通過したピグを回収するピグ回収機構と、
前記第一接続管において、前記ピグの移動方向後端に水圧を掛けて前記ピグを移動させるポンプと、を含み、
前記ピグは、前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有し、先端側には丸みの曲面形状を有すると共に、後端側にはピグ下流側に液体が漏れないように止水する所定の厚みを持つ止水部材を有し、かつ前記止水部材寄りの外周面には、複数本の回転切れ込み溝がそれぞれ傾斜して形成された砲弾型であって、
前記ピグには、複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれており、
前記ピグ回収機構は、
第１バルブ、第２バルブ及び磁気センサーとを備え、
前記第１バルブは、前記リアクターの流路出口側寄りに設けられ、
前記第２バルブは、前記第１バルブと前記循環タンク側との間に設けられ、前記培養液が前記循環タンクに戻される一方の流路と、汚水や藻類を高濃度に含んだ有価物としての固形分を取り出す他方の流路とに切り替え可能な三方弁とされ、
前記磁気センサーは、前記リアクターの流路出口側と前記第１バルブとの間に設けられ、
前記ピグが前記磁気センサーに近づくと、前記磁気センサーが前記ピグの磁石を感知して前記第２バルブの前記一方の流路から前記他方の流路に切り替えられることを特徴とする閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構。
【請求項2】
前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有するとともに、所定の厚みを持つ止水部材を両端側に有してなる円柱形状のピグを含み、
前記円柱形状のピグには、前記磁気センサーにて感知可能な複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構。
【請求項3】
前記円柱状のピグは、所定間隔をあけて複数個挿入されており、前記円柱状のピグとピグの間には洗浄用の薬液が投入されていることを特徴とする請求項２に記載の閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構。
【請求項4】
前記磁気センサーは、前記砲弾型のピグと前記円柱状のピグのいずれか一方又は双方が接近すると前記磁石の磁力を感知し、前記リアクターの管内における前記各ピグの管内移動速度が制御可能とされることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、藻類培養装置の洗浄機構、特に、閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）の管の汚れを取り除くための治具であるピグによる閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構に関する。
【背景技術】
【0002】
培養装置の閉鎖系フォトバイオリアクターは、特許文献１に記載されているように、その構造は、藻類培養中のセルを最適量の可視光線に均一に露光するための手段を提供することによって、光合成の過程を最適化するように設計される。そして、光合成反応によって生成される酸素分子を除去する手段と、光バイオリアクターへの反応ガス（例えば二酸化炭素等）の追加を制御する手段とを含む構成がとられている。
【0003】
このような配管を用いた閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）では、レースウェイなどのオープンポンドと異なり、デッキブラシなどで擦って洗浄するわけにはいかない。そこで、現状においては、洗浄液等の薬品でバイオマスを溶かし、殺菌する方法がもっとも一般的とされている一方、配管の曲がりや距離に関係なく効率的に行うために管内スケールを除去する治具であるピグを用いたピグ洗浄が洗浄機構として用いられている。
【0004】
このようなピグ洗浄とは、一般的には非特許文献１にて説明されているように、配管内にピグと呼ばれる清掃材を通過させ、管壁に付着したスケールを回収させる水処理装置における通常工法であり、ピグをランチャー内へセットした後、圧送を開始し、回収されたスケールやピグの状態を確認して洗浄が完了される。
【0005】
また、特許文献２では、ピグを製品移送管に出入り可能に収容保持するステーションに隣接して、該ステーションよりも内径の大きな洗浄室を設けておいて、ピグやステーションの洗浄が必要になったら、ステーション内のピグを洗浄室に移動させて、ステーション側から洗浄室に洗浄液を通して、ピグとステーションとの洗浄を実施するピグ洗浄方法が開示されている。この発明によれば、ステーションやピグを洗浄する場合には、ピグ移動機構を作動させてステーション内のピグをステーションに隣接された洗浄室に移し、次いで、洗浄液送給機構を作動させてステーション及び洗浄室に洗浄液を流せばよく、ステーションを分解してピグを取り出したりせずとも、管路をクローズド状態に保ったままで、ステーションやピグ自体の洗浄を実施できるとしている。
【0006】
また、特許文献３では、洗浄の対象となる管の内径より大きな直径を有し、且つ一列に配置された複数の球形ピグと、複数のピグに一体的に被せられたネットと、ピグ洗浄具を管の他端部側から送入し管内のピグ洗浄具を管の一端部側から真空吸引して一端部側に移動させるピグ洗浄方法が開示されている。この発明によれば、軟質性の材料で形成され、管の内径より大きな直径を有する複数のピグにネットを被せたピグ洗浄具を管に送入し、このピグ洗浄具を真空吸引によって移動させるので、管内の洗浄液や汚れ物質に圧力が作用しない。従って、洗浄対象の管と洗浄対象外の管との間に設けられた弁に隙間がある場合でも、洗浄中の管内における洗浄液や汚れ物質等が洗浄対象外の管に流れ込むのを抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特表平５－５０２１５８
【文献】特開平９－１９２６２０号公報
【文献】特開２０１０－０５１８８５号公報
【非特許文献】
【0008】
【文献】配管ポリピグ洗浄、オンライン［令和４年５月１８日検索］インターネット＜URL:https://www.xn--vzz623b.jp/others/piging.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述のピグを用いた洗浄方法は、ピグ洗浄時は配管を外して、装置を使用していない状況で行われ、閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）を考慮したピグ洗浄とはなっていない。すなわち、培養を行いながらもピグ洗浄できるようするために培養液を維持しつつ、ピグの送入・回収ができる構造とするのが好ましい。
【0010】
そこで、本発明の閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、管型の閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）で微細藻類等の光合成生物を培養するにあたり、透明の管の汚れを取り除いて、透明の管内部に常に光が透過するように洗浄・維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であって、
藻類を含む培養液を内部に収容する循環タンクと、
前記藻類を光合成により培養するガラス管式の閉鎖系のリアクターと、
前記循環タンクの培養液を前記リアクターへと流入させる流路としての第１接続管と、
前記リアクター内を通過した培養液を前記循環タンクへと流出させる流路としての第２接続管と、
前記第１接続管に備えられ、前記閉鎖系のリアクターの管内を移動し管内の前記藻類の培養を行うとともに、前記藻類を刮ぎ取り洗浄するピグを挿入するピグ送入機構と、
前記第２接続管に備えられ、前記リアクターの管内を通過したピグを回収するピグ回収機構と、
前記第一接続管において、前記ピグの移動方向後端に水圧を掛けて前記ピグを移動させるポンプと、を含み、
前記ピグは、前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有し、先端側には丸みの曲面形状を有すると共に、後端側にはピグ下流側に液体が漏れないように止水する所定の厚みを持つ止水部材を有し、かつ前記止水部材寄りの外周面には、複数本の回転切れ込み溝がそれぞれ傾斜して形成された砲弾型であって、
前記ピグには、複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれており、
前記ピグ回収機構は、
第１バルブ、第２バルブ及び磁気センサーとを備え、
前記第１バルブは、前記リアクターの流路出口側寄りに設けられ、
前記第２バルブは、前記第１バルブと前記循環タンク側との間に設けられ、前記培養液が前記循環タンクに戻される一方の流路と、汚水や藻類を高濃度に含んだ有価物としての固形分を取り出す他方の流路とに切り替え可能な三方弁とされ、
前記磁気センサーは、前記リアクターの流路出口側と前記第１バルブとの間に設けられ、
前記ピグが前記リアクターから前記磁気センサーに近づくと、前記磁気センサーが前記ピグの磁石を感知して前記第２バルブの前記一方の流路から前記他方の流路に切り替えられる閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有するとともに、所定の厚みを持つ止水部材を両端側に有してなる円柱形状のピグを含み、
前記円柱形状のピグには、前記磁気センサーにて感知可能な複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれている閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記円柱状のピグは、所定間隔をあけて複数個挿入されており、前記円柱状のピグとピグの間には洗浄用の薬液が投入されている閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第４の発明は、第２の発明又は第３の発明において、前記磁気センサーは、前記砲弾型のピグと前記円柱状のピグのいずれか一方又は双方が接近すると前記磁石の磁力を感知し、前記リアクターの管内における前記各ピグの管内移動速度が制御可能とされる閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
藻類を含む培養液を内部に収容する循環タンクと、
前記藻類を光合成により培養するガラス管式の閉鎖系のリアクターと、
前記循環タンクの培養液を前記リアクターへと流入させる流路としての第１接続管と、
前記リアクター内を通過した培養液を前記循環タンクへと流出させる流路としての第２接続管と、
前記第１接続管に備えられ、前記閉鎖系のリアクターの管内を移動し管内の前記藻類の培養を行うとともに、前記藻類を刮ぎ取り洗浄するピグを挿入するピグ送入機構と、
前記第２接続管に備えられ、前記リアクターの管内を通過したピグを回収するピグ回収機構と、
前記第一接続管において、前記ピグの移動方向後端に水圧を掛けて前記ピグを移動させるポンプと、を含み、
前記ピグは、前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有し、先端側には丸みの曲面形状を有すると共に、後端側にはピグ下流側に液体が漏れないように止水する所定の厚みを持つ止水部材を有し、かつ前記止水部材寄りの外周面には、複数本の回転切れ込み溝がそれぞれ傾斜して形成された砲弾型であって、
前記ピグには、複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれており、
前記ピグ回収機構は、
第１バルブ、第２バルブ及び磁気センサーとを備え、
前記第１バルブは、前記リアクターの流路出口側寄りに設けられ、
前記第２バルブは、前記第１バルブと前記循環タンク側との間に設けられ、前記培養液が前記循環タンクに戻される一方の流路と、汚水や藻類を高濃度に含んだ有価物としての固形分を取り出す他方の流路とに切り替え可能な三方弁とされ、
前記磁気センサーは、前記リアクターの流路出口側と前記第１バルブとの間に設けられ、
前記ピグが前記リアクターから前記磁気センサーに近づくと、前記磁気センサーが前記ピグの磁石を感知して前記第２バルブの前記一方の流路から前記他方の流路に切り替えられる閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記リアクターのガラス管内径よりも大きな外径を有するとともに、所定の厚みを持つ止水部材を両端側に有してなる円柱形状のピグを含み、
前記円柱形状のピグには、前記磁気センサーにて感知可能な複数個の磁石が等間隔で円周方向に埋め込まれている閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記円柱状のピグは、所定間隔をあけて複数個挿入されており、前記円柱状のピグとピグの間には洗浄用の薬液が投入されている閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
第４の発明は、第２の発明又は第３の発明において、前記磁気センサーは、前記砲弾型のピグと前記円柱状のピグのいずれか一方又は双方が接近すると前記磁石の磁力を感知し、前記リアクターの管内における前記各ピグの管内移動速度が制御可能とされる閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、管型の閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）で微細藻類等の光合成生物を培養するにあたり、透明の管の培養液接液部の汚れを取り除き、透明の管内部に常に光が透過するように簡便に洗浄・維持を可能とする閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1A】本実施形態に係る藻類培養装置を模式的に示す図である。
【図1B】他の実施形態に係る藻類培養装置を模式的に示す図である。
【図2】本実施形態に係るピグの一形態の形状を示す図で、（ａ）は側方の図で、（ｂ）は後方の図である。
【図3】本実施形態に係るピグの他の一形態の形状を示す図で、（ａ）は側方の図で、（ｂ）は後方の図である。
【図4A】本実施形態に係るピグ送入機構の概略図である。
【図5A】他の実施形態に係るピグ送入機構の概略図である。
【図5B】図５Ａの他の実施形態において、（ａ）は、ピグ送入が実施されていない通常時を、（ｂ）はピグ送入機構のピグ送入の状態を、（ｃ）はピグ送入機構のピグ送りによる洗浄開始の状態をそれぞれ示す図である。
【図6】本実施形態に係るピグ洗浄機構の他のピグ送入機構を示す図である。
【図7】本実施形態に係るピグ洗浄機構の他のピグ送入機構を示す図である。
【図8】本実施形態に係るピグ洗浄機構のピグ移動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
［閉鎖系フォトバイオリアクター］
本実施形態に係る藻類を培養する装置は、管型の閉鎖系フォトバイオリアクターで、例えば太陽光やＬＥＤの照射を十分に受けることが可能な屋外や屋内場所に設置される。このような閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構は、藻類を含む培養液を内部に収容する循環タンクと、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクターと循環タンクの培養液がリアクターに流入される流路の第１接続管と、リアクターの培養液が循環タンクに流出される流路の第２接続管と、第１接続管には、リアクターの管内を洗浄するピグを挿入するピグ送入機構と、第２接続管には、リアクターの管内から排出されるピグを回収するピグ回収機構と、を備えている。
なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本実施形態に係る藻類を培養する装置は、管型の閉鎖系フォトバイオリアクターで、例えば太陽光やＬＥＤの照射を十分に受けることが可能な屋外や屋内場所に設置される。このような閉鎖系フォトバイオリアクターのピグ洗浄機構は、藻類を含む培養液を内部に収容する循環タンクと、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクターと循環タンクの培養液がリアクターに流入される流路の第１接続管と、リアクターの培養液が循環タンクに流出される流路の第２接続管と、第１接続管には、リアクターの管内を洗浄するピグを挿入するピグ送入機構と、第２接続管には、リアクターの管内から排出されるピグを回収するピグ回収機構と、を備えている。
なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【0015】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、藻類を含んだ培養液Ｍ（以下、単に「培養液Ｍ」ともいう。）の供給と貯留のための循環タンク２と、微細藻類を培養するリアクター３と、培養液Ｍをリアクター３に圧送するポンプ４と、培養液Ｍに二酸化炭素（ＣＯ２）を供給するガス溶解管５とを備える。循環タンク２の底方から出た循環液を圧送するポンプ４と、さらにポンプ４からとリアクター３の入口とは第１接続管６で連通しており、リアクター３の流路出口から循環タンク２とは第２接続管７で連通している。ガス溶解管５は、循環タンク２寄りに位置して第２接続管７とＵ字形状として連通している。
また、第２接続管７におけるガス溶解管５とリアクター３との中間位置に、液中のｐＨ（水素イオン指数）、溶存酸素濃度、液温を測定するための測定槽９が備えられている。
また、第２接続管７におけるガス溶解管５とリアクター３との中間位置に、液中のｐＨ（水素イオン指数）、溶存酸素濃度、液温を測定するための測定槽９が備えられている。
【0016】
培養液Ｍは、微細藻類を培養するための液で、例えば窒素、リン等の養分及び二酸化炭素を含んだ水である。
【0017】
循環タンク２は、タンク本体２１と、タンク蓋２２と、排気管２３と、ジャケット２４とを有する。タンク本体２１は、槽状の空間で、その底面２ａには、タンク本体２１内部の清掃時のドレン溜めとして用いられる第１ドレン弁２６が設けられている。タンク本体２１は、フレーム２５により支持されている。
また、タンク蓋２２は、例えば板状で、ごみ等の異物が入らないようにタンク本体２１の上部を閉塞している。
また、循環タンク２には、図１の記号「▽」まで藻類を含んだ培養液Ｍで満たされている。このため、液位レベル計（図示せず。）が循環タンク２内の培養液Ｍの液位を検出して、この液位レベル計の検出結果に基づいて、培養液Ｍの液位（記号「▽」）が絶えず所定値範囲となるように制御可能とされる。また、温度計（図示せず。）が循環タンク２内の培養液Ｍの液温を検出している。そして、この温度計の検出結果に基づいて、培養液Ｍの温度が絶えず所定値範囲となるように制御可能とされる。
また、タンク蓋２２は、例えば板状で、ごみ等の異物が入らないようにタンク本体２１の上部を閉塞している。
また、循環タンク２には、図１の記号「▽」まで藻類を含んだ培養液Ｍで満たされている。このため、液位レベル計（図示せず。）が循環タンク２内の培養液Ｍの液位を検出して、この液位レベル計の検出結果に基づいて、培養液Ｍの液位（記号「▽」）が絶えず所定値範囲となるように制御可能とされる。また、温度計（図示せず。）が循環タンク２内の培養液Ｍの液温を検出している。そして、この温度計の検出結果に基づいて、培養液Ｍの温度が絶えず所定値範囲となるように制御可能とされる。
【0018】
排気管２３は、タンク蓋２２から突出したＵ字管が設けられている。これにより、循環タンク２内の培養液Ｍに悪影響を及ぼす不純物、例えば、本実施形態では、ガス溶解管５から供給されるガス（気体）が化石燃料を燃焼させた際に発生する排気ガスであった場合等、二酸化炭素以外の気体窒素や酸素が大気中に放出される。
また、外部からの異物混入が無いように排気管２３の外側先端にネット２３ａが設けられている。
また、外部からの異物混入が無いように排気管２３の外側先端にネット２３ａが設けられている。
【0019】
また、ジャケット２４は、循環タンク２内の培養液Ｍの温度を所定の温度に保つために、温水の配管にて円筒状に覆われている。そして、ジャケット２４には温水を流入・流出する加熱用温水流入口２４ａと加熱用温水流出口２４ｂとを有する。加熱用温水流入口２４ａは、循環タンク２よりも鉛直方向の高さが高く、加熱用温水流出口２４ｂはそれよりも低い位置に配置される。
これにより、冬場の寒さにより循環タンク２の培養液Ｍの温度が低くなると藻類の育成が阻害され、逆に夏場の暑さにより循環タンク２の培養液Ｍの温度が高くなっても、やはり藻類の育成が阻害されるため、所定の温度として例えば約２０℃以上に保たれるようになっている。なお、藻類の培養温度の好ましくは約２３℃とされる。所定の温度の設定については、一例であり、藻類に適した温度に設定することが好ましい。
これにより、冬場の寒さにより循環タンク２の培養液Ｍの温度が低くなると藻類の育成が阻害され、逆に夏場の暑さにより循環タンク２の培養液Ｍの温度が高くなっても、やはり藻類の育成が阻害されるため、所定の温度として例えば約２０℃以上に保たれるようになっている。なお、藻類の培養温度の好ましくは約２３℃とされる。所定の温度の設定については、一例であり、藻類に適した温度に設定することが好ましい。
【0020】
第１ドレン弁２６は、循環タンク２内の培養液Ｍを排出する弁である。循環タンク２内の清掃時の排液に使用する。また、レベル計（図示せず。）の検出結果に基づいて、培養液Ｍの液位が所定値を超える場合、第１ドレン弁２６から培養液Ｍを回収し、調整することも可能である。
第２ドレン弁２７は、循環タンク２内の培養液Ｍをサンプリングする弁である。循環タンク２内の状況の確認検査に使用する。
また、第１ドレン弁２６の手前にポンプ４との流路（第１接続管６）を開閉する止水弁２８が設けられている。この止水弁２８はポンプ４を長期停止してメンテナンス作業の際に使用する。
第２ドレン弁２７は、循環タンク２内の培養液Ｍをサンプリングする弁である。循環タンク２内の状況の確認検査に使用する。
また、第１ドレン弁２６の手前にポンプ４との流路（第１接続管６）を開閉する止水弁２８が設けられている。この止水弁２８はポンプ４を長期停止してメンテナンス作業の際に使用する。
【0021】
リアクター３は、培養液Ｍに含まれる藻類に光合成を行うための光を透過可能な材料を用いて円筒の管状に形成され、例えば免振構造のリアクターフレーム３１により支持される。また、円筒の管端部をＵ字管で繋ぎ、上下方向に多段的に管路（流路）が形成される。このようなリアクター３の管路の繋目は、ピグが管内を止まらずに円滑に進むように隙間や段差が発生しないように結合されている。
このようなリアクター３は、管路（流路）が長さ例えば３０ｍ、５０ｍの規模が大きい屋外用の閉鎖系フォトバイオリアクターの場合であっても、多段式の螺旋形状とすることによりリアクター３の設置面積を抑えつつ、リアクター３の表面積を増やすことができる。この結果、藻類に対して光合成可能な波長の光をより多く照射することができる。
また、藻類が光合成可能な波長の光を照射する光源部（図示せず。）を備えて光を効率的に供給することができるようにしても良い。
このようなリアクター３は、管路（流路）が長さ例えば３０ｍ、５０ｍの規模が大きい屋外用の閉鎖系フォトバイオリアクターの場合であっても、多段式の螺旋形状とすることによりリアクター３の設置面積を抑えつつ、リアクター３の表面積を増やすことができる。この結果、藻類に対して光合成可能な波長の光をより多く照射することができる。
また、藻類が光合成可能な波長の光を照射する光源部（図示せず。）を備えて光を効率的に供給することができるようにしても良い。
【0022】
ここでのリアクター３のガラス管３２は、軟化温度が高く熱膨張係数が小さく化学的に安定であるケイ酸（ＳｉＯ２）ガラス管が用いられているが、これに限定されることはなくソフトプラスチック（ＬＤＰＥ）等の樹脂製のものを用いても良い。
また、最下段の管路には、第１接続管６と接続されて培養液Ｍが供給されリアクター３への流路入口３ａと、第２接続管７と接続されて培養液Ｍがリアクター３から排出される流路出口３ｂとが設けられている。
また、最下段の管路には、第１接続管６と接続されて培養液Ｍが供給されリアクター３への流路入口３ａと、第２接続管７と接続されて培養液Ｍがリアクター３から排出される流路出口３ｂとが設けられている。
【0023】
ポンプ４は、培養液Ｍ及び後述する刮取り用ピグ及び薬液洗浄用ピグをリアクター３に圧送するものである。本実施形態のポンプ４は、回転数の高い回転式ポンプではなく、回転数の低い容積式ポンプが用いられる。これは、回転式ポンプの強い流れによって培養液Ｍが供給されると、その強い流れによって培養される微細藻類の種類によっては藻類がちぎれて死滅するおそれがある。これを回避するため、一定容積にある分量だけ流れる容積式ポンプであれば微細藻類の育成に沿った緩やかな流れとしている。
【0024】
ガス溶解管５はＵ字管で、リアクター３の流路出口３ｂ側に配置され第２接続管７と接続された第１配管５ａと、循環タンク２側に配置され第２接続管７と接続された第２配管５ｂとからなり、それぞれ鉛直方向の上下に延在している。上方向は第２接続管７に接続され、下方向は第１配管５ａと第２配管５ｂとが屈曲して互いに接続されている。これにより、第１配管５ａの流路と第２配管５ｂの流路がＵ字状の流路となる。
【0025】
また、第１配管５ａのＵ字状近傍には、培養液Ｍに二酸化炭素ガスを供給して液中に溶解させるための二酸化炭素ガス供給部５ｃが備えられている。二酸化炭素ガス供給部５ｃの供給口５ｄから供給される二酸化炭素は、培養液Ｍ中で気泡となるが、溶解しやすくするため、気泡の径が例えば、例えば５ｍｍ以下であることが望ましい。また、二酸化炭素ガス供給部５ｃから培養液Ｍに供給される第１配管５ａの流路の断面積における気体量は、例えば、２．０ＮＬ（ノルマルリットル）／ｃｍ２／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１．０ＮＬ（ノルマルリットル）／ｃｍ２／ｍｉｎ以下となることがより好ましい。
【0026】
ガス溶解管５から供給されるガス（気体）は、例えば化石燃料を燃焼させた際に発生する排気ガスであっても良い。例えば、水素製造装置を用いて都市ガスから水素を製造する際に排出する二酸化炭素をフォトバイオリアクターに直接投入することもできる。このような排気ガスは、二酸化炭素を含んでいるため、大気中に放出する二酸化炭素の量を低減でき、カーボンニュートラルに貢献可能とされる。ここで、光合成により生成する酸素分子を効率よく培養液Ｍ中から取り除くために、排気ガス中に含まれる酸素の濃度は、１０％以下となることが望ましい。
【0027】
二酸化炭素ガス供給部５ｃの供給口５ｄは、第１配管５ａの下部に配置されていることから、二酸化炭素の微細な気泡が下部側で生成される。そして、生成された気泡が上昇すると、第１配管５ａ内の培養液Ｍは、上向きの推進力を受ける。よって、第１配管５ａ内の培養液Ｍは上昇して第２接続管７へ流れる。一方で、第２配管５ｂ内の培養液Ｍは、第２接続管７内から引き込まれる。
さらに第２配管５ｂ内の培養液Ｍが下向きに流れるために、第２接続管７を流れる培養液Ｍの一部が第２配管５ｂ内に引き込まれる。これにより、第１配管５ａ内から第２接続管７内に戻った培養液Ｍの一部は、ガス溶解管５内に再度引き込まれるようになっており、二酸化炭素の溶解効率が向上する。
さらに第２配管５ｂ内の培養液Ｍが下向きに流れるために、第２接続管７を流れる培養液Ｍの一部が第２配管５ｂ内に引き込まれる。これにより、第１配管５ａ内から第２接続管７内に戻った培養液Ｍの一部は、ガス溶解管５内に再度引き込まれるようになっており、二酸化炭素の溶解効率が向上する。
【0028】
ガス溶解管５の供給口５ｄから第２接続管７の液面までの距離は、１．５ｍ以上、好ましくは、１．５ｍ以上６ｍ未満、さらに好ましくは１．５ｍ以上、２．５ｍ未満である。これによれば、気泡サイズが例えば５ｍｍ以下の場合、二酸化炭素の溶解率が９０％以上となり、効率的な溶解が可能となる。すなわち、ガス溶解管５の供給口５ｄから第２接続管７の液面までの距離を所定距離確保することで、二酸化炭素が溶解するのに十分な距離が確保されていることから培養液Ｍに溶解する二酸化炭素の量が従来と比べて格段に増加する。
【0029】
また、ガス溶解管５の第１配管５ａ及び第２配管５ｂは、鉛直方向に対して傾斜していない。よって、配管の内面に気泡が付着しにくい。仮に気泡が付着すると気泡同士が接触して径が大型化した気泡が形成され、二酸化炭素の溶解効率が低下するが、そのような事態が避けられる。
【0030】
第１接続管６には、ポンプ４からの流量を測定する流量計６１と、第１接続管内部の清掃時のドレン溜めとして用いられるドレン弁６２が設けられている。
また、ガス溶解管５とリアクター３とを接続連通する第２接続管７上で、ピグ１０が衝突しないようにピグ回収機構８２の川下の場所に、リアクター３のガラス管３２内の液中のｐＨ、溶存酸素濃度、液温を測定するための測定槽９が備えられている。
また、ガス溶解管５とリアクター３とを接続連通する第２接続管７上で、ピグ１０が衝突しないようにピグ回収機構８２の川下の場所に、リアクター３のガラス管３２内の液中のｐＨ、溶存酸素濃度、液温を測定するための測定槽９が備えられている。
【0031】
この測定槽９は、液貯留タンクであり、リアクター３から培養液Ｍが流れ込むと共に、ガス溶解管５に向かって流れ出て、一定の液面の高さまで満たされている。そして、測定槽９には溶存酸素濃度（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ：ＤＯ）を測定する溶存酸素濃度計９１、ｐＨを測定するｐＨ計９２、液中の温度（Ｔ）を測定する液温計９３が設けられている。
溶存酸素濃度計９１は、微細藻類に光があたると、二酸化炭素を吸収して酸素を生成するので、その溶存酸素量を測定する。
ｐＨ計９２は、光合成によって二酸化炭素を吸収するとｐＨ値が上昇するので、そのｐＨ値を測定する。
溶存酸素濃度計９１は、水中に溶解している酸素を計測でき、その濃度は単位容積当たりの酸素量（ｍｇ／Ｌ）で表す。光合成による培養プロセスにおいて溶存酸素を計測することは、培養経過を監視する基本的かつ重要な仕様とされる。
液温計９３は、例えば、二種類の異なる金属導体で構成された温度センサーを用いた熱電対式の工業用温度計温度計である。これにより、循環タンク２内の培養液Ｍの温度が所定の温度（Ｔ）を維持しているか測定され、モニター監視により適温に維持制御される。
溶存酸素濃度計９１は、微細藻類に光があたると、二酸化炭素を吸収して酸素を生成するので、その溶存酸素量を測定する。
ｐＨ計９２は、光合成によって二酸化炭素を吸収するとｐＨ値が上昇するので、そのｐＨ値を測定する。
溶存酸素濃度計９１は、水中に溶解している酸素を計測でき、その濃度は単位容積当たりの酸素量（ｍｇ／Ｌ）で表す。光合成による培養プロセスにおいて溶存酸素を計測することは、培養経過を監視する基本的かつ重要な仕様とされる。
液温計９３は、例えば、二種類の異なる金属導体で構成された温度センサーを用いた熱電対式の工業用温度計温度計である。これにより、循環タンク２内の培養液Ｍの温度が所定の温度（Ｔ）を維持しているか測定され、モニター監視により適温に維持制御される。
【0032】
そして、これらの測定結果は、図示しない無線通信手段を介して作業管理者に通知され、時間スケール毎にグラフ化されて常時モニター監視される。
なお、測定槽９に限定されないで、第２接続管への埋め込みセンサーを用いて監視することでも構わない。これらのモニター監視を常時することによって、微細藻類の光合成効率（生産効率）を最適化することができる。
なお、測定槽９に限定されないで、第２接続管への埋め込みセンサーを用いて監視することでも構わない。これらのモニター監視を常時することによって、微細藻類の光合成効率（生産効率）を最適化することができる。
【0033】
［ピグ洗浄機構］
本実施形態に係るピグ洗浄機構８は、ピグ送入機構８１とピグ回収機構８２とで構成されている。
図１Ａに示すように、藻類培養装置のピグ洗浄機構は、藻類を含む培養液Ｍを内部に収容する循環タンク２と、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクター３と、循環タンクの培養液Ｍがリアクター３に流入される流路の第１接続管６と、リアクター３の培養液Ｍ循環タンク２に流出される流路の第２接続管７と、第１接続管６には、リアクター３内を洗浄するピグ１０を挿入するピグ送入機構８１と、第２接続管には、前記リアクターの管内から排出されるピグ１０を回収するピグ回収機構８２と、を備えている。
本実施形態に係るピグ洗浄機構８は、ピグ送入機構８１とピグ回収機構８２とで構成されている。
図１Ａに示すように、藻類培養装置のピグ洗浄機構は、藻類を含む培養液Ｍを内部に収容する循環タンク２と、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクター３と、循環タンクの培養液Ｍがリアクター３に流入される流路の第１接続管６と、リアクター３の培養液Ｍ循環タンク２に流出される流路の第２接続管７と、第１接続管６には、リアクター３内を洗浄するピグ１０を挿入するピグ送入機構８１と、第２接続管には、前記リアクターの管内から排出されるピグ１０を回収するピグ回収機構８２と、を備えている。
【0034】
次に、図４Ａを用いてピグ送入機構８１の概略について説明する。
図４Ａに示すように、ピグ送入機構８１は、ピグ後方より水圧をかけピグ１０を移動させるポンプ４と前記リアクター３との間に設けられ、ピグ１０が入る着脱自在のアタッチメント（付属部材ともいう、以下同じ。）８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８１ａ、８１ｂを備えている（図１の点線の囲い参照）。
そして、ピグ送入機構８１は、ピグが設置された際、ピグ後方より水圧をかけピグを移動させるポンプ４とリアクター３の流路入口３ａとの間の第１接続管６に設けられており、ピグ１０が入るアタッチメント（８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８１ａ、８１ｂの２つを備えている。
図４Ａに示すように、ピグ送入機構８１は、ピグ後方より水圧をかけピグ１０を移動させるポンプ４と前記リアクター３との間に設けられ、ピグ１０が入る着脱自在のアタッチメント（付属部材ともいう、以下同じ。）８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８１ａ、８１ｂを備えている（図１の点線の囲い参照）。
そして、ピグ送入機構８１は、ピグが設置された際、ピグ後方より水圧をかけピグを移動させるポンプ４とリアクター３の流路入口３ａとの間の第１接続管６に設けられており、ピグ１０が入るアタッチメント（８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８１ａ、８１ｂの２つを備えている。
【0035】
次に、図５Ａを用いてピグ回収機構８２の概略について説明する。
図５Ａに示すように、ピグ回収機構８２は、リアクター３の流路出口３ｂ側の第１接続管６に設けられ、ピグ１０が入る着脱自在のアタッチメント８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８２ａ、８２ｂを備えている。
図５Ａに示すように、ピグ回収機構８２は、リアクター３の流路出口３ｂ側の第１接続管６に設けられ、ピグ１０が入る着脱自在のアタッチメント８１ｃの両端側の流路に止水可能なバルブ８２ａ、８２ｂを備えている。
【0036】
また、ピグ１０は、図２に示すように、藻類の刮ぎ取り用の砲弾形状のピグ１１と、図３に示すように、薬液洗浄用の円柱形状のピグ１２と、２つのタイプを使い分けている。また、ピグ回収機構８２のバルブ８２ｂは三方弁（三方切替弁ともいう。）を用いているが本発明はこれには限定されるものではない。
【0037】
本実施形態でのピグ１０は、リアクター３のガラス管３２の内部を洗浄するための砲弾型形状若しくは円柱型形状とする担体で、ピグ玉とも呼ばれる。砲弾型形状は、光合成により培養された微細藻類の刮ぎ取り用に用いられ、また、円柱型形状は、薬液洗浄用に用いられる。
使用時にはピグ１０に水を含ませる他、付着物は生物由来なので洗浄の場合、次亜塩素酸塩やアルカリ（例えば水酸化ナトリウム、重曹等）、界面活性剤等の洗剤等を溶かした液体が使われる。
使用時にはピグ１０に水を含ませる他、付着物は生物由来なので洗浄の場合、次亜塩素酸塩やアルカリ（例えば水酸化ナトリウム、重曹等）、界面活性剤等の洗剤等を溶かした液体が使われる。
【0038】
ピグ１０の素材は、スポンジ状で、材質が例えばポリエチレン、ポリウレタン、メラニン、ゴムなどの樹脂の発泡体や成型体である。ピグ１０のサイズは、円柱径（ｄ）がリアクター３のガラス管３２の場合、第１接続管６及び第２接続管７の内径の約１．１倍から１．５倍に、また、ピグ１０の長さ（Ｌ）は円柱径（Ｄ）の約１．５倍から３倍にしている。
このように円柱径（Ｄ）をリアクター３のガラス管３２、第１接続管６及び第２接続管７の内径よりも大きくしていることで、菅内の内周面との当接が適度に増し、微細藻類の刮ぎ取りや洗浄に漏れが無いようにしている。
このように円柱径（Ｄ）をリアクター３のガラス管３２、第１接続管６及び第２接続管７の内径よりも大きくしていることで、菅内の内周面との当接が適度に増し、微細藻類の刮ぎ取りや洗浄に漏れが無いようにしている。
【0039】
ピグ１０の内、微細藻類の刮ぎ取り用のピグ１１は、図２（ａ）に示すように、先端側が丸みの曲面形状で、後端側に回転切れ込み溝１１ｂが傾斜線に入った砲弾型である。このように、ピグ１１の先端側が丸みの形状とすることで、リアクター３のＵ字部分を通過する際には曲がりやくなる。さらに、後端側に斜めの回転切れ込み溝１１ｂが入っていることで、ピグ１１の回転により刮ぎ取りの効果を増した機構となる。
【0040】
また、ピグ１１の後端部には、止水（止液）加工された所定の幅を持った止水部材１１ｃを有している。この止水部材１１ｃを有していることで、ピグ１１がリアクター３の管内を移動する際、スポンジ内にあった液体がピグ１１の後ろ側に漏れないようにしている。この止水加工の材質としては、引っ張りに強く裂けにくい素材が好ましく、例えば、スポンジと接着剤で接着される柔軟な例えば塩化ビニル樹脂やポリエチレン等が素材として用いられる。これにより、ピグ１１の後方より、水圧をかけ、リアクター３の管内部でピグ１１を押し出し移動させるためにも、このような止水加工が効果を奏している。
【0041】
洗浄用のピグ１２は、図３（ａ）に示すように、円柱状で、両端に所定の厚みを持った止水（止液）加工の止水部材１２ｂを有している。特に、図２（ａ）に示すようなピグ１１のように先端側が丸みの形状としないのは、洗浄用のピグ１２の角部で管の内周面の固形物を剥離して洗浄できるからである。
【0042】
また、図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、刮ぎ取り用のピグ１１、洗浄用のピグ１２の中間部よりも先端側においては、円周内面状に粒上の磁石１２ａが等間隔で例えば１２個埋め込まれている。なお、磁石個数が１２個に限定されることはなく、ピグ１０（１１、１２）の大きさや磁力強度によって、その個数を変えても良い。磁石素材は、優れた耐食・耐熱性がある例えばサマリウムコバルト磁石を用いるのが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0043】
ピグ１０（１１、１２）にこのような磁石１１ａ，１２ａを埋め込むことにより、リアクター３の配管外側の磁気センサー８２ｃによる磁力を使って検出対象に接触することなくスイッチ操作ができる機構としている。この機構によればリアクター３の配管内のピグ１０（１１，１２）の管内移動速度を任意に制御できる。例えば、また、汚れの強い曲がり場所があれば、ピグ１０（１１，１２）を回収する位置手前で速度を落とすように、ポンプ４に制御信号を送り、ピグ１０後方より水圧をかけている管内の押し出しについて、移動の速度を弱めて念入りに洗浄できるように、ポンプ４に制御信号を送り水圧を弱めることができる。
なお、磁気センサー８２ｃは、リードスイッチ、ホール素子、磁気抵抗素子を使った方式があり、いずれの方式でも構わない。
なお、磁気センサー８２ｃは、リードスイッチ、ホール素子、磁気抵抗素子を使った方式があり、いずれの方式でも構わない。
【0044】
次に、ピグ送入機構８１は、リアクター３と、リアクター３へ培養液を送るポンプ４との間に設置され、ピグ１０が入る長さの管（以下、アタッチメントともいう。）の左右で止水できるようにバルブ（弁）８１ａ、８１ｂが設置されている。本ピグ送入機構８１は、ヘルール接続やユニオンナット継手で簡便にバルブ間の配管を取り外せる機構である。ヘルールとは配管同士、または配管とバルブを接続するときの接続方式の一つで、クランプ金輪で接続部同士を挟み込んで留めるもので接続が簡単とされる。ユニオンナット継手は、分割式でパッキン内蔵の配管のメンテナンス作業が容易であるとされる。
【0045】
ピグ回収機構８２は、リアクター３からの流路出口３ｂに設置され、ピグ１０を回収し取り出す機構である。ピグ１０が入る長さの管アタッチメント８１ｃが外せるように左右で止水できるようにバルブ（弁）８２ａ、８２ｂを設置し、ヘルール接続やユニオンナット継手で簡便にバルブ間の配管を取り外せる。このバルブ弁８２ｂは、排出弁を止水弁と一体となった三方弁を用い、培養液Ｍが循環タンク２に戻される方向と、汚れ・固形分を取り出す分割形（切替形）としている。このように三方弁は、ピグ１０が洗浄した汚れ・固形分を分離回収する切り替えの構造を有する。
【0046】
バルブ弁８２ｂの循環タンク２側に戻る方向にある二酸化炭素が不足気味となった培養液Ｍにあっては、ガス溶解管５で二酸化炭素溶解されてリッチな培養液Ｍにして戻される。バルブ弁８２ｂの他方の排出される方向（図１の矢印符号ｋで示す。）には汚水や固形分を分離回収するスクリーン等固液分離装置（図示せず。）が接続される。また、固形分等を取り除いた培養液Ｍは循環タンク２に戻して利用することにしても良い。なお、スクリーン等固液分離装置は、閉鎖系フォトバイオリアクターに必ずしも必須ではない。
【0047】
［ピグ送入及び回収の手順］
先ず、図４Ｂを用いて、ピグ送入して洗浄を開始するまでの手順を説明する。図４Ｂ（ａ）は、ピグ送入が実施されていないピグ送入機構８１の状態（ここでは「通常時」という。）を、図４Ｂ（ｂ）はピグ送入機構８１のピグ送入の状態を、図４Ｂ（ｃ）はピグ送入機構８１のピグ送りによる洗浄開始の状態を、それぞれ示している。
第１バルブ８１ａは第１接続管６のポンプ４側に、第２バルブ８１ｂはリアクター３側に備えられ、流路を開閉し流体をコントロールするゲートバルブ（ゲート弁）またはボールバルブ（ボール弁）である。そして、第１バルブ８１ａと第２バルブ８１ｂとの間にアッタチメント８１ｃが取り付けられる。なお、ここでのピグ１０は、薬液洗浄用の円柱状のピグ１２を図示しているが、砲弾形状のピグ１１でも本実施範囲である。
先ず、図４Ｂを用いて、ピグ送入して洗浄を開始するまでの手順を説明する。図４Ｂ（ａ）は、ピグ送入が実施されていないピグ送入機構８１の状態（ここでは「通常時」という。）を、図４Ｂ（ｂ）はピグ送入機構８１のピグ送入の状態を、図４Ｂ（ｃ）はピグ送入機構８１のピグ送りによる洗浄開始の状態を、それぞれ示している。
第１バルブ８１ａは第１接続管６のポンプ４側に、第２バルブ８１ｂはリアクター３側に備えられ、流路を開閉し流体をコントロールするゲートバルブ（ゲート弁）またはボールバルブ（ボール弁）である。そして、第１バルブ８１ａと第２バルブ８１ｂとの間にアッタチメント８１ｃが取り付けられる。なお、ここでのピグ１０は、薬液洗浄用の円柱状のピグ１２を図示しているが、砲弾形状のピグ１１でも本実施範囲である。
【0048】
先ず、図４Ｂ（ａ）において、ピグ１０送入がされていない通常時は、ピグ送入機構のバルブ８１ａとバルブ８１ｂとの間には、空洞のアタッチメント８１ｃが取り付けられ、ボルブ８１ａとバルブ８１ｂと共に開栓されてポンプ４から培養液Ｍが圧送されてくる。
【0049】
次に、図４Ｂ（ｂ）において、ピグ送入機構８１において、ピグ１０を送入する前に、ポンプ４を停止して培養液Ｍの全ての循環を停止させる。次いで、バルブ８１ａ及びバルブ８１ｂをと閉栓し培養液Ｍが漏れないようにした後に、アタッチメント８１ｃの空洞にピグ１０を挿入する。アタッチメント８１ｃに砲弾用ピグ１１を挿入する場合は、先端側がリアクター３側に向けて装填され、洗浄用の円柱ピグ１２の挿入する場合は、ピグ１２内の磁石１２ａが先端に近い側をリアクター３側に向けて装填される。
【0050】
その後、図４Ｂ（ｃ）において、第１バルブ８１ａ、第２バルブ８１ｂを開栓状態としてポンプを作動させ、ポンプ４の圧送により、ピグ１０がアタッチメント８１ｃから第２バルブ８１ｂを通過し、リアクター３へと順次移動させる。そして、ピグ１０がリアクター３内を移動することにより、リアクター３のガラス管３２内壁を摺動し、ガラス管３２の内壁に付着した微細藻類の剥離固形物や異物が除去される。
【0051】
次に、図５Ｂを用いて、ピグを回収する手順を説明する。
図５Ｂ（ａ）は、ピグ回収が実施されていないピグ回収機構８２の状態（ここでは「通常時」という。）を、図５Ｂ（ｂ）はピグ回収機構８２のピグ回収の状態を、図５Ｂ（ｃ）はピグ回収機構８２のピグ回収による洗浄完了の状態を、それぞれ示している。第１バルブ８２ａはリアクター３側に、第２バルブ８２ｂは循環ポンプ３側に備えられ、第１バルブ８２ａは第１バルブ８１ａ、第２バルブ８１ｂと同じく単に流路を開閉し培養液Ｍ流れをコントロールするゲートバルブ（ゲート弁）またはボールバルブ（ボール弁）であるが、第２バルブ８２ｂは流路を分割する三方弁である。第２バルブ８２ｂは、三方弁であるが、通常状態での流路は循環タンク２側のみで分割されていない。これは、ピグ洗浄がまだ完了されていないからである。
図５Ｂ（ａ）は、ピグ回収が実施されていないピグ回収機構８２の状態（ここでは「通常時」という。）を、図５Ｂ（ｂ）はピグ回収機構８２のピグ回収の状態を、図５Ｂ（ｃ）はピグ回収機構８２のピグ回収による洗浄完了の状態を、それぞれ示している。第１バルブ８２ａはリアクター３側に、第２バルブ８２ｂは循環ポンプ３側に備えられ、第１バルブ８２ａは第１バルブ８１ａ、第２バルブ８１ｂと同じく単に流路を開閉し培養液Ｍ流れをコントロールするゲートバルブ（ゲート弁）またはボールバルブ（ボール弁）であるが、第２バルブ８２ｂは流路を分割する三方弁である。第２バルブ８２ｂは、三方弁であるが、通常状態での流路は循環タンク２側のみで分割されていない。これは、ピグ洗浄がまだ完了されていないからである。
【0052】
図５（ｂ）において、ピグ回収機構８２の第１バルブ８２ａは、開栓されたままで、ピグ１０がリアクター３から回収機構の第２バルブ８２ｂ（三方弁）に近づくと、磁気センサー８２ｃがピグ１０の磁石１１ａ（１２ａ）を感知して第２バルブ８２ｂの循環タンク２への流路を閉栓するように指令制御し、汚水や藻類を高濃度に含んだ有価物としての固形分を分離回収するスクリーン等固液分離装置（図示せず。）側に切り替えられる。
【0053】
そして、図５Ｂ（ｃ）において、ピグ１０がピグ回収機構８２の第１バルブ８２ａと第２バルブ８２ｂとの間の空洞のアタッチメント８１ｃ内にピグ１０が止まったときに、ポンプ４を停止するようにして培養液Ｍの循環を一時停止させる。次いで、第２バルブ８２ｂを閉栓し培養液Ｍが漏れないようにした後に、アタッチメント８１ｃを取り外しピグ１０が回収される。
【0054】
ピグ１０を回収した後、第１バルブ８２ａと第２バルブ８２ｂとの間に空洞になったアタッチメント８１ｃを装着し、第１バルブ８２ａ、第２バルブ８２ｂを再び開栓状態とし、ポンプ４を作動させることでリアクター３に培養液Ｍを充填させる。このように、リアクター３のガラス管３２内部にピグ１０を流通させることで、リアクター３を分解することなくリアクター３の内部を容易に清掃することができる。
【0055】
本実施形態の発明によれば、管型の閉鎖系のリアクター３で微細藻類等の光合成生物を培養するにあたり、透明の管の培養液接液部の汚れ、付着藻類等を取り除き、透明の管内部に常に光が透過するように簡便に洗浄・維持を可能とすることができる。
【0056】
また、リアクター３の水平のガラス管のガス泡溜りも除去することができる。
また、透明の管の内部の汚れの除去は、例えばタイマーや自動弁により発射回収することができる。
さらに、ピグ１０により刮ぎ取った藻類は培養液Ｍに較べて、高濃度に藻類が濃縮されているので、次工程での濃縮工程の負荷を軽減することができる。
また、透明の管の内部の汚れの除去は、例えばタイマーや自動弁により発射回収することができる。
さらに、ピグ１０により刮ぎ取った藻類は培養液Ｍに較べて、高濃度に藻類が濃縮されているので、次工程での濃縮工程の負荷を軽減することができる。
【0057】
［ピグを用いた薬液洗浄の他の実施形態］
今まで説明してきたピグ洗浄機構のアタッチメント８１ｃには、１個のピグ１０が挿入されているが、ここでは複数個のピグ１０が一つのアタッチメント８３に挿入される他の実施形態を図６及び図７を用いて説明する。これにより、刮ぎ取りと洗浄が一度で可能となり、一度の洗浄であっても複数のピグ列によりプレ洗浄から仕上げ洗浄までが一体され簡便に行うことができ、合理的である。
図６のピグ送入機構において、循環タンク２から培養液Ｍが流れる第１接続管６に三方弁８３ａを設け、三方弁の一つを本線である培養液Ｍの入力流れ（矢印符号８３ａ１）に、三方弁の他の一つに複数個のピグ１０（１１，１２）の入力流れ（矢印符号８３ａ２）に、これらの流れが合流した出力流れ（矢印符号８３ａ３）を説明している。
今まで説明してきたピグ洗浄機構のアタッチメント８１ｃには、１個のピグ１０が挿入されているが、ここでは複数個のピグ１０が一つのアタッチメント８３に挿入される他の実施形態を図６及び図７を用いて説明する。これにより、刮ぎ取りと洗浄が一度で可能となり、一度の洗浄であっても複数のピグ列によりプレ洗浄から仕上げ洗浄までが一体され簡便に行うことができ、合理的である。
図６のピグ送入機構において、循環タンク２から培養液Ｍが流れる第１接続管６に三方弁８３ａを設け、三方弁の一つを本線である培養液Ｍの入力流れ（矢印符号８３ａ１）に、三方弁の他の一つに複数個のピグ１０（１１，１２）の入力流れ（矢印符号８３ａ２）に、これらの流れが合流した出力流れ（矢印符号８３ａ３）を説明している。
【0058】
また、三方弁８３ａの他の一つの入力流れ（矢印符号８３ａ２）には、図６に示すように、一つのアタッチメント８３のアタッチメント本体８３ｂには５個のピグが連続して挿入されており、最先頭の一番目は刮ぎ取り用の砲弾形状のピグ１１１、２番目以降５番目までは薬液洗浄用の円柱形状のピグ１２１～１２４である。
一番目砲弾形状のピグ１１１としているのは、進行する方向からの圧力が少ない流線形とすること、円柱形状よりもガラス管３２の９０度ある屈曲部の箇所もスムーズに流れるからである。
一番目砲弾形状のピグ１１１としているのは、進行する方向からの圧力が少ない流線形とすること、円柱形状よりもガラス管３２の９０度ある屈曲部の箇所もスムーズに流れるからである。
【0059】
また、アタッチメント８３のアタッチメント本体８３ｂの三方弁方向にはゲート弁が設けられ、アタッチメント本体８３ｂの三方弁と反対方向には、ピグ１０（１１１，１２１～１２４）がポンプ圧送又は水道水圧送により順次押出される。
【0060】
これらのピグ１０（１１１，１２１～１２４）の間には洗浄用の薬液が投入されるため、その方法について説明する。薬液は、付着物は生物由来なので洗浄の場合、次亜塩素酸塩やアルカリ、洗剤等を溶かした液体が使われる。
図６に示すように、アタッチメント本体８３ｂにおける砲丸形状のピグ１１１と円柱形状のピグ１２１との間にプレ洗浄液を入れるには、ピグ１１１が近接センサー８３ｅに近づくと、これに反応し仕切り電磁弁８３ｃを開いて、アタッチメント本体８３ｂ内からエア抜きを行う。エア抜きが終了されると仕切り電磁弁８３ｃを閉じた後、仕切り電磁弁８３ｄが開き所定量の洗浄液が順次入れられる。洗浄液が入れられたのが終わると仕切り電磁弁８３ｄを閉じる。同様な方法で、ピグ１２１とピグ１２２との間、ピグ１２２とピグ１２３との間、ピグ１２３とピグ１２４との間に、全ての洗浄液の注入が終了したらゲート弁８４が開き、アタッチメント本体８３ｂの三方弁と反対方向にあるポンプ圧送又は水道水圧送により順次押出される。そして、三方弁８３ａと流れ８３ａ２、第１接続管６を通過してリアクター３のガラス管３２へと導かれる。
図６に示すように、アタッチメント本体８３ｂにおける砲丸形状のピグ１１１と円柱形状のピグ１２１との間にプレ洗浄液を入れるには、ピグ１１１が近接センサー８３ｅに近づくと、これに反応し仕切り電磁弁８３ｃを開いて、アタッチメント本体８３ｂ内からエア抜きを行う。エア抜きが終了されると仕切り電磁弁８３ｃを閉じた後、仕切り電磁弁８３ｄが開き所定量の洗浄液が順次入れられる。洗浄液が入れられたのが終わると仕切り電磁弁８３ｄを閉じる。同様な方法で、ピグ１２１とピグ１２２との間、ピグ１２２とピグ１２３との間、ピグ１２３とピグ１２４との間に、全ての洗浄液の注入が終了したらゲート弁８４が開き、アタッチメント本体８３ｂの三方弁と反対方向にあるポンプ圧送又は水道水圧送により順次押出される。そして、三方弁８３ａと流れ８３ａ２、第１接続管６を通過してリアクター３のガラス管３２へと導かれる。
【0061】
ピグ１１１からピグ１２４までの全てが、第１接続管６の本線側に移動したら、アタッチメント本体８３ｂに本線からの培養液が流入しないように仕切り電磁弁８４が閉じられ、アタッチメント本体８３ｂ内のドレンを抜くために仕切り電磁弁８３ｄが開き、ドレンが抜き終えたら閉じられる。
【0062】
次の他の実施形態として、図７のピグ送入機構８１は、第１接続管６に三方弁８３ｆを別に配置し、アタッチメント本体８３ｂにも仕切り電磁弁８５を設けている点で、図６のピグ送入機構８１とは異なっている。内容的には記載が重複する記載があるが同様に説明をする。
図７に示すように、循環タンク２から藻類培養液が流れる第１接続管６に２つの三方弁８３ａと８３ｆを設け、先ず、三方弁８３ｆの一つを本線である藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ｆ２）が、分岐して、藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ｆ２）がそのまま本線のままの流れ（矢印符号８３ｆ１）となる。また、第１接続管６に三方弁８３ａを設け、三方弁の一つを本線である藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ａ１）に、三方弁の他の一つに複数個のピグ１０（１１，１２）の入力流れ（矢印符号８３ａ２）に、これらの流れが合流した出力流れ（矢印符号８３ａ３）となる。
図７に示すように、循環タンク２から藻類培養液が流れる第１接続管６に２つの三方弁８３ａと８３ｆを設け、先ず、三方弁８３ｆの一つを本線である藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ｆ２）が、分岐して、藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ｆ２）がそのまま本線のままの流れ（矢印符号８３ｆ１）となる。また、第１接続管６に三方弁８３ａを設け、三方弁の一つを本線である藻類培養液の入力流れ（矢印符号８３ａ１）に、三方弁の他の一つに複数個のピグ１０（１１，１２）の入力流れ（矢印符号８３ａ２）に、これらの流れが合流した出力流れ（矢印符号８３ａ３）となる。
【0063】
アタッチメント本体８３ｂにおける砲丸形状のピグ１１１と円柱形状のピグ１２１との間にプレ洗浄液を入れるには、ピグ１１１が近接センサー８３ｅに近づくと、これに反応し仕切り電磁弁８３ｃを開いて、アタッチメント本体８３ｂ内からエア抜きを行う。エア抜きが終了されると仕切り電磁弁８３ｃを閉じた後、仕切り電磁弁８３ｄが開き所定量の洗浄液が順次入れられる。洗浄液が入れられたのが終わると仕切り電磁弁８３ｄを閉じる。同様な方法で、ピグ１２１とピグ１２２との間、ピグ１２２とピグ１２３との間、ピグ１２３とピグ１２４との間に、全ての洗浄液の注入が終了したら仕切り電磁弁８４と仕切り電磁弁８５が開き、アタッチメント本体８３ｂの三方弁８３ｆの流れ８３ｆ３のとおり、圧送ポンプの液圧により順次押出される。そして、三方弁８３ａと流れ８３ａ２、第１接続管６を通過してリアクター３のガラス管３２へと導かれる。
【0064】
ピグ１１１からピグ１２４までの全てが、第１接続管６に移動したら、アタッチメント本体８３ｂに本線からの培養液が流入しないように仕切り電磁弁８４と仕切り電磁弁８５が閉じられ、アタッチメント本体８３ｂ内のドレンを抜くために仕切り電磁弁８３ｄが開き、終えたら閉じられる。
【0065】
図８は、図６及び図７のピグ送入機構により、リアクター３にピグ１０（１１，１２）と薬液が入っている状態の説明である。図８に示すように、刮ぎ取り用の１番目の砲丸形状のピグ１１１と２番目の円柱形状のピグ１２１との間にはプレ洗浄水が、２番目の円柱形状のピグ１２１と３番目の円柱形状のピグ１２２との間には洗浄液・洗浄剤等が、３番目の円柱形状のピグ１２２と４番目の円柱形状のピグ１２３との間には洗浄液・次亜塩素酸等が、４番目の円柱形状のピグ１２３と５番目の円柱形状のピグ１２４との間には水等のリンスが投入されている。これにより、刮ぎ取りと洗浄が一度で可能となり、一度の洗浄であっても複数のピグ列によりプレ洗浄から仕上げ洗浄までが一体され簡便に行うことができ、合理的である。
【0066】
［ピグ洗浄機構の他の実施形態］
図１Ａに示すような先の実施形態では、ピグ送入機構８１とピグ回収機構８２が別々であったが、ピグ送入機構８１からピグ回収機構８２へ連通させることにより、ピグ１０がリアクター３の管内を含めループ状にしてピグ洗浄する実施形態について図１Ｂを用いて説明する。
図１Ｂに示すように、他の実施形態の閉鎖系フォトバイオリアクター１では、ピグ送入機構８１のバルブ８１ａをゲート弁でなく三方弁に置き換え、バルブ８１ａの三方弁の一つをピグ回収機構のバルブ８２ｂの三方弁の一つと連通させる配管を設ける。これにより、ピグ回収機構８２で回収されたピグ１０が配管８８を移動して、ピグ送入機構８１のアタッチメントに８１ｃにピグ１０を戻すことができる環状経路を構築することができる。これにより、連続して、又はタイマー等により間欠してピグ洗浄を継続することができる。
図１Ａに示すような先の実施形態では、ピグ送入機構８１とピグ回収機構８２が別々であったが、ピグ送入機構８１からピグ回収機構８２へ連通させることにより、ピグ１０がリアクター３の管内を含めループ状にしてピグ洗浄する実施形態について図１Ｂを用いて説明する。
図１Ｂに示すように、他の実施形態の閉鎖系フォトバイオリアクター１では、ピグ送入機構８１のバルブ８１ａをゲート弁でなく三方弁に置き換え、バルブ８１ａの三方弁の一つをピグ回収機構のバルブ８２ｂの三方弁の一つと連通させる配管を設ける。これにより、ピグ回収機構８２で回収されたピグ１０が配管８８を移動して、ピグ送入機構８１のアタッチメントに８１ｃにピグ１０を戻すことができる環状経路を構築することができる。これにより、連続して、又はタイマー等により間欠してピグ洗浄を継続することができる。
【0067】
さらに、リアクター３の管内のスケールの除去状況を確認しながら、洗浄が必要との判断があれば、ピグ１０がこのような環状経路を連続して移動することができる。このように、リアクター３の内部を複数回移動することで、リアクター３のガラス管３２内壁に固く付着したスケールや固形物をさらに回収することができる。なお、スケールの除去状況の確認がＡＩ等を用いた自動判定手段を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0068】
１ 閉鎖系フォトバイオリアクター（藻類培養装置）
２ 循環タンク
３ リアクター
４ ポンプ
５ ガス溶解管
５ａ 第１配管
５ｂ 第２配管
６ 第１接続管
７ 第２接続管
８ ピグ洗浄機構
８１ ピグ送入機構
８２ ピグ回収機構
９ 測定槽
１０ ピグ(ピグ玉)
１１、１１１ 砲弾形状ピグ
１１ａ 磁石
１１ｂ 回転切れ込み溝
１１ｃ 止水部材
１２、１２１，１２２，１２３，１２４ 円柱形状ピグ
１２ａ 磁石
１２ｂ 止水部材
２１ タンク本体
２２ タンク蓋
２３ 排気管
２４ ジャケット
２４ａ 加熱用温水流入口
２４ｂ 加熱用温水流出口
２５ フレーム
２６、２７ ドレン弁
２８ 止水弁
３２ ガラス管
８１ ピグ洗浄機構
８１ａ、８１ｂ バルブ
８１ｃ アタッチメント（付属部材）
８２ ピグ回収機構
８２ａ、８２ｂ バルブ
８２ｃ 磁気センサー
８４、８５ 仕切り電磁弁
９１ 溶存酸素濃度計
９２ ｐＨ計
９３ 液温計
Ｍ 藻類を含む培養液
２ 循環タンク
３ リアクター
４ ポンプ
５ ガス溶解管
５ａ 第１配管
５ｂ 第２配管
６ 第１接続管
７ 第２接続管
８ ピグ洗浄機構
８１ ピグ送入機構
８２ ピグ回収機構
９ 測定槽
１０ ピグ(ピグ玉)
１１、１１１ 砲弾形状ピグ
１１ａ 磁石
１１ｂ 回転切れ込み溝
１１ｃ 止水部材
１２、１２１，１２２，１２３，１２４ 円柱形状ピグ
１２ａ 磁石
１２ｂ 止水部材
２１ タンク本体
２２ タンク蓋
２３ 排気管
２４ ジャケット
２４ａ 加熱用温水流入口
２４ｂ 加熱用温水流出口
２５ フレーム
２６、２７ ドレン弁
２８ 止水弁
３２ ガラス管
８１ ピグ洗浄機構
８１ａ、８１ｂ バルブ
８１ｃ アタッチメント（付属部材）
８２ ピグ回収機構
８２ａ、８２ｂ バルブ
８２ｃ 磁気センサー
８４、８５ 仕切り電磁弁
９１ 溶存酸素濃度計
９２ ｐＨ計
９３ 液温計
Ｍ 藻類を含む培養液
【要約】
【課題】管型の閉鎖系フォトバイオリアクター（ＰＢＲ）で微細藻類等の光合成生物を培養するにあたり、透明の管の培養液接液部の汚れを取り除いて透明の管内部に常に光が透過するように簡便に洗浄・維持可能とする培養装置の洗浄機構を提供する。
【解決手段】藻類を含む培養液Ｍを内部に収容する循環タンク２と、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクター３と循環タンク２の培養液Ｍがリアクター３に流入される流路の第１接続管６と、リアクター３の培養液Ｍが循環タンク２に流出される流路の第２接続管７と、第１接続管６にはリアクター３の管内を洗浄するピグ１０を挿入するピグ送入機構８１と、第２接続管７にはリアクター３の管内から排出されるピグ１０を回収するピグ回収機構８２とを備えている。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】藻類を含む培養液Ｍを内部に収容する循環タンク２と、藻類を光合成により培養するガラス管式のリアクター３と循環タンク２の培養液Ｍがリアクター３に流入される流路の第１接続管６と、リアクター３の培養液Ｍが循環タンク２に流出される流路の第２接続管７と、第１接続管６にはリアクター３の管内を洗浄するピグ１０を挿入するピグ送入機構８１と、第２接続管７にはリアクター３の管内から排出されるピグ１０を回収するピグ回収機構８２とを備えている。
【選択図】図１Ａ
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】