(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】2024-04-08
(45)【発行日】2024-04-16
(54)【発明の名称】脱気システム
(51)【国際特許分類】
B01D 19/00 20060101AFI20240409BHJP
【FI】
B01D19/00 101
B01D19/00 G
(21)【出願番号】P 2023166564
(22)【出願日】2023-09-27
【審査請求日】2023-09-28
(31)【優先権主張番号】P 2023151770
(32)【優先日】2023-09-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】315001682
【氏名又は名称】岩井ファルマテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101236
【氏名又は名称】栗原 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100166914
【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】森田 正貴
(72)【発明者】
【氏名】近藤 俊太
【審査官】塩谷 領大
(56)【参考文献】
【文献】特開2004-290859(JP,A)
【文献】特開2003-181447(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B01D 19/00-19/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体が溶存する粘性液体を脱気する脱気システムであって、
前記粘性液体を貯留するタンクと、
前記タンクの内部の気体を排気するポンプと、
前記ポンプを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ポンプの停止時における前記タンクの内部の液面を基準液面とし、
前記ポンプを動作させて前記タンクの気体を排気することで前記粘性液体の上部に泡状層を形成させ、
前記泡状層の液面が一定となるように前記ポンプによる排気量を制御し、
前記ポンプが前記タンクの気体を排気しているにも関わらず前記泡状層が前記基準液面に縮小したとき前記ポンプによる排気を停止する
ことを特徴とする脱気システム。
【請求項2】
請求項1に記載する脱気システムにおいて、
前記タンクは、第1タンク部と、前記第1タンク部の下側に設けられ、前記第1タンク部よりも径が小さい第2タンク部とを備え、
前記第2タンク部を超えない量の前記粘性液体が貯留され、
前記制御装置は、前記ポンプを動作させて前記タンクの気体を排気することで前記第2タンク部を超えるよう前記泡状層を形成させる
ことを特徴とする脱気システム。
【請求項3】
請求項1に記載する脱気システムにおいて、
前記タンクの内部に前記粘性液体を噴射する噴射部と、
一次側が前記タンクに接続され、二次側が前記噴射部に接続されたフィルタ装置であって、前記タンクから前記噴射部に送液される前記粘性液体に含まれる気泡を除去するフィルタ装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ポンプを動作させて前記泡状層を形成させながら、前記タンクから前記フィルタ装置を経由して前記噴射部から前記粘性液体を噴射させる
ことを特徴とする脱気システム。
【請求項4】
請求項1から請求項3の何れか一項に記載する脱気システムにおいて、
前記タンクに貯留された前記粘性液体を撹拌する撹拌装置を備え、
前記制御装置は、前記ポンプによる排気を行いながら前記撹拌装置に前記タンク内を撹拌させる
ことを特徴とする脱気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粘性が高い液体を脱気する脱気システムに関する。
【背景技術】
【0002】
医薬品、飲料、インクなどの液状製品は、製造工程において、溶存している気体を脱気する場合がある。粘度が高い液状製品は、タンクに貯留したまま自然に任せて脱気すると長時間を要するため、様々な脱気方法が検討されている。例えば、液状製品を貯留したタンクから気体を排気すること、排気を停止することを繰り返して液状製品から脱気する方法が知られている(特許文献1参照)。
【0003】
しかしながら、排気とその停止を繰り返しているため、脱気に要する時間が長くなるし、ポンプの稼動・停止に要するエネルギーも多く掛かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような事情に鑑み、粘性液体を脱気することができる脱気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための第1の態様は、気体が溶存する粘性液体を脱気する脱気システムであって、前記粘性液体を貯留するタンクと、前記タンクの内部の気体を排気するポンプと、前記ポンプを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記ポンプの停止時における前記タンクの内部の液面を基準液面とし、前記ポンプを動作させて前記タンクの気体を排気することで前記粘性液体の上部に泡状層を形成させ、前記泡状層の液面が一定となるように前記ポンプによる排気量を制御し、前記ポンプが前記タンクの気体を排気しているにも関わらず前記泡状層が前記基準液面に縮小したとき前記ポンプによる排気を停止することを特徴とする脱気システムにある。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、粘性液体を脱気することができる脱気システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】実施形態1に係る脱気システムの概略図である。
【
図2】タンクの内部に貯留された粘性液体を示す図である。
【
図3】泡状層の液面L
1とポンプによる排気量の推移を示す図である。
【
図4】実施形態2に係る脱気システムのうちタンクを示す概略図である。
【
図5】実施形態2に係る脱気システムのうちタンクの使用状態を示す概略図である。
【
図6】実施形態3に係る脱気システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
〈実施形態1〉
図1は、脱気システム1の概略構成図である。本実施形態の脱気システム1は、原料供給手段2、タンク3、液面計5、撹拌装置4、ポンプ6、及び制御装置7を備え、粘性液体を製造し、脱気するシステムである。
【0010】
粘性液体とは、粘性液体中に気体が溶存しており、後述するように、撹拌したり真空雰囲気に置いたときに気泡が生じる程度の粘性をもった液体をいう。粘度としては3000~60000[mPa・s]程度である。粘性液体の具体例としては、液状の医薬品、食品、飲料、インクなどが挙げられる。
【0011】
原料供給手段2は、粘性液体の原料をタンク3に供給する装置群である。原料供給手段2は、単一の原料又は二種以上の原料をそれぞれ保持する容器と、当該容器とタンク3を接続する配管と、当該配管の開度を調整する弁体、当該容器からタンク3へ原料を真空引きして移送するためのポンプなどから構成されている。また、原料供給手段2は、後述する制御装置7からの制御信号により、所定の流量で原料をタンク3へ供給するように構成されている。
【0012】
タンク3は、原料供給手段2から原料が供給され、当該原料から製造された粘性液体を貯留する容器である。タンク3には、撹拌装置4が取り付けられている。撹拌装置4は、タンク3内に供給された原料を撹拌する装置である。原料供給手段2から供給された複数種の原料が撹拌装置4で撹拌されることで、粘性液体が製造される。
【0013】
なお、特に図示しないが、タンク3は、貯留された粘性液体を他のタンクや装置へ移送するための構成として、タンク3の底部に設けられた開閉可能な開口部、当該開口部に接続された配管等を備えている。制御装置7からの制御信号により、粘性液体を他のタンクや装置へ移送することが可能となっている。
【0014】
液面計5は、タンク3に貯留されている粘性液体の液面の高さを測定する装置である。液面の高さとは、タンク3の底部を基準とした粘性液体の液面の高さである。液面計5としては、様々な方式のものを用いることができる。例えば、レーザー式、超音波式、静電容量式、電波式、圧力式、フロート式などが挙げられる。特に、レーザー式の液面計5を用いることが好ましい。液面計5で測定された液面の高さは、制御装置7へ伝達されるようになっている。
【0015】
ポンプ6は、タンク3の内部の気体を排気するようにタンク3に取り付けられている。ポンプ6が作動するとタンク3内は負圧となり、ポンプ6が停止するとタンク3内は常圧に戻る。ポンプ6は、制御装置7からの制御信号により、作動、停止又は出力の変更をするように構成されている。
【0016】
制御装置7は、プログラマブルコントローラ(PLC)又はシーケンサとも称される装置である。制御装置7は、CPU及びメモリを備え、メモリに記憶された制御プログラムを読み取り実行することで、液面計5から液面の高さを得て、原料供給手段2、撹拌装置4、ポンプ6を制御する。
【0017】
図2及び
図3を用いて、制御装置7による具体的な制御について説明する。
図2はタンクの内部に貯留された粘性液体を示す図であり、
図3は泡状層の液面L
1とポンプによる排気量の推移を示す図である。タンク3外に排出された気体(元々タンク3内にあった気体及び粘性液体に含まれていた気体)の量を排気量と称する。
図3の横軸は脱気を開始してからの経過時間を示している。また
図3の排気量は脱気を開始してからの累積を示している。
【0018】
図2(a)に示すように、制御装置7は、原料供給手段2を制御して各種原料をタンク3に供給したとする。タンク3の内部は常圧であり、この状態における粘性液体の液面を基準液面L
0とする。原料の供給後、制御装置7はポンプ6を動作させて(
図3の時刻T
0)、タンク3の内部を負圧にする。
【0019】
図2(b)に示すように、タンク3の内部を負圧にすると、粘性液体Aの上部に泡状層Bが形成される。泡状層Bは、泡状になった粘性液体をいう。
図3の時刻T
0から時刻T
1の間に示すように泡状層Bの液面L
1が徐々に高くなる。なお、泡状層Bは、常圧時の粘性液体Aの液面よりも高くなった部分をいう。泡状層Bは、粘性液体Aに溶存している気体が負圧によって顕在化したものであるが、
図2(b)に示すように泡状層Bと粘性液体Aとの界面が明確であるとは限らず、泡状層Bの粘性液体Aとの界面に近い部分はほぼ気泡が存在しない場合もあり得る。
【0020】
ポンプ6がタンク3の内部から外部へ排気する排気量や、時刻T0から時刻T1の時間は、液面L2の泡状層Bが形成されるように設定する。泡状層Bの一定に維持すべき液面L2は、サイトグラスなどを通じて目視できる程度(例えば数cm程度)であったり、液面計5で検出される泡状層Bの液面L2が基準液面L0と区別できる程度(液面計5の誤差の範囲外)に設定する。このような目標の液面L2となるようにポンプ6を動作させる。ポンプ6による単位時間あたりの排出量が多ければ当該時間は短くなり、排出量が少なければ当該時間は長くなる。いずれにしても、単位時間あたりの排出量を適宜設定して時刻T0から時刻T1にかけて排気を続ければ、液面L2の泡状層Bが形成されるのに十分な負圧がタンク3内に発生する。
【0021】
制御装置7は、泡状層Bの液面L
1が液面L
2に達したら(時刻T
1)、
図3の時刻T
1から時刻T
2に示すように、泡状層Bの液面が一定(液面L
2)となるようにポンプ6による排気量を制御する。このような制御により、粘性液体Aと泡状層Bの界面付近で形成される泡と、泡状層Bの上部で弾けた泡とが均衡し、泡状層B全体としては液面L
2に維持されながらも、粘性液体Aの気体が泡状層Bを通じてタンク3内に放出される。タンク3内に放出された気体はポンプ6によりタンク3外に排気される。
【0022】
時刻T1から時刻T2において、泡状層Bの液面L1を一定(液面L2)に維持するためには、制御装置7は液面計5にて泡状層Bの液面値を検出し、その液面値が一定に維持されるようにポンプ6を制御すればよい。または、時刻T1から時刻T2までの間におけるポンプ6の出力を定めておき(一定とは限らず変動してもよい)、脱気の開始からの経過時間に応じて、定めた出力でポンプ6を動作させるようにしてもよい。このようなポンプ6の出力は、予め試験を行う事によって得ることができる。なお、ポンプ6を制御するのみならず、タンク3とポンプ6との間に吸引バルブを設け、その吸引バルブの開度を制御することによって、タンク3内の圧力を調整して泡状層Bの液面を一定に維持するようにしてもよい。
【0023】
図3の時刻T
2から時刻T
3に示すように、粘性液体Aに含まれる気体が少なくなってくると、ポンプ6を動作させているにも関わらず泡状層Bの液面L
1は液面L
2よりも低下する。そして時刻T
3以降に示すように、粘性液体Aに含まれる気体がほぼなくなると、泡状層Bが元の基準液面L
0に戻る。つまり、ポンプ6が動作しているにもかかわらず泡状層Bが縮小して消滅すれば、粘性液体の気体が十分に脱気されたことになる。なおこの間では排気量はほぼ増加していない。
【0024】
このように泡状層Bが基準液面L0に縮小したときポンプ6による排気を停止する。泡状層Bが基準液面L0に縮小するとは、泡状層Bがほぼ消滅して基準液面L0以下となったことをいう。なお、泡状層Bが基準液面L0に縮小したことは、液面計5による液面値が基準液面L0以下となったことをもって判定する。他に、液面値が基準液面L0以下となるまでに要する経過時間によってポンプ6を停止してもよい。具体的には制御装置7は、脱気を開始してから(時刻T0)から時刻T3になったらポンプ6を停止させる。このような時刻T3は予め試験を行う事によって得ることができる。
【0025】
なお、制御装置7は、脱気を開始してから撹拌装置4を動作させ、粘性液体Aを撹拌させる。撹拌装置4を動作させるタイミングや撹拌の速度、時間について特に限定はない。撹拌装置4により粘性液体Aは撹拌され、上下方向の対流を生じさせることができる。粘性液体Aは粘度が高いため粘性液体Aに含まれる気体が液面に移動し難い。しかしながら、撹拌により粘性液体Aの気体が液面付近に強制的に移動されて泡状層Bとなるので、粘性液体Aをより確実に脱気することができる。
【0026】
以上に述べたように、本実施形態の脱気システム1は、粘性液体を負圧下におくことで泡状層Bを形成し、その泡状層Bを一定にするようにポンプ6の排気量を制御する。泡状層Bを維持するためにポンプ6による排気は続けており、停止させない。このように排気とその停止を繰り返さないので、脱気に要する時間を短縮することができるとともに、ポンプ6を稼動・停止させるよりも要するエネルギーを少なくすることができる。
【0027】
なお、ポンプ6の運転・停止・出力調整などによってタンク3内の圧力を増減させ、泡状層Bの形成・消滅を繰り返すことができる。この場合は、粘性液体を脱気するまでの時間は長く掛かることが経験的、実験的に判明している。このような場合と比較して、本発明は泡状層Bを一定に維持することでより早く脱気を行うことができる。
【0028】
また、仮に、泡状層Bを形成せずに負圧によって粘性液体Aから直接的に脱気する場合では、僅かに液面が変動するのみで、気泡が十分に脱気されたか判別し難い。
【0029】
しかしながら、本発明では、粘性液体Aに泡状層Bを形成させた状態で脱気を行い、泡状層Bが消滅したときに脱気工程を終了する。泡状層Bの消滅は粘性液体Aから十分に気体が脱気されたことと同義であるから、粘性液体Aに気体が残留しているリスクを低減することができる。また、比較的大きく形成された泡状層Bが消滅したか否かは、目視であれば明らかであるし、液面L2から基準液面L0以下への変化は液面計5により誤謬なく検出できる。したがって、目視や液面計5によって泡状層Bの消滅をより確実に検出することができる。
【0030】
〈実施形態2〉
図4は、実施形態2に係る脱気システムのうちタンクを示す概略図である。タンク10は、第1タンク部11と、第2タンク部12とを備えている。
【0031】
第1タンク部11は、タンク10の上側の一部であり、第2タンク部12は、タンク10の下側の一部である。すなわち、第2タンク部12は、第1タンク部11の下側に設けられており、これらが一体化されて一つのタンク10となっている。
【0032】
第1タンク部11は、上部側が筒状に形成され、下部側(第2タンク部12側)の径が漸減するように形成されている。第1タンク部11の上部を円筒部13、下部をテーパー部14と称する。
【0033】
円筒部13は、ほぼ筒状に形成され、上部は蓋がされている。上部の蓋には、特に図示しないが、タンク10の内部に連通した開口部と、当該開口部を開閉する蓋や弁などの開閉手段と、開閉手段を開閉させるための機構などの装置群が設けられている。
【0034】
テーパー部14は、上部から下部に向かって、径が直線的に漸減したテーパー状に形成されている。テーパー部14の上部は円筒部13に連結され、下部は第2タンク部12に連結されている。
【0035】
第2タンク部12は、ほぼ筒状に形成されており、第2タンク部12の径は、第1タンク部11(円筒部13)の径よりも小さくなっている。なお、第2タンク部12が筒状に形成されているとは、筒状に形成された部分のみならず、径が漸減した底部を含んでいてもよい。同図に示す例では、第2タンク部12は、筒状に形成された上部と、上側から下側に向けて径が漸減したテーパー状の底部とから構成されている。
【0036】
また、第2タンク部12の底部には、タンク10に貯留された原料を調合して得られた液状製品を取り出すための取出部(図示せず)が設けられている。取出部は、タンク10の内部に連通した開口部と、当該開口部を開閉する蓋や弁などの開閉手段と、開閉手段を開閉させるための機構などの装置群からなる。
【0037】
図5は、実施形態2に係る脱気システムのうちタンクの使用状態を示す概略図である。同図に示す例では、第2タンク部12の容積は30Lとなっている。第2タンク部12及びテーパー部14の容積は70Lとなっている。タンク10の容積(第2タンク部12、テーパー部14及び円筒部13の容積)は600Lとなっている。
【0038】
30L分の液状製品を調合する場合は、その液状製品を調合するための分量の各種原料をタンク10に投入し、撹拌装置4を動作させる。これにより、第2タンク部12において撹拌装置4が原料を撹拌し、30L分の液状製品が調合される。
【0039】
70L分の液状製品を調合する場合は、その液状製品を調合するための分量の各種原料をタンク10に投入し、撹拌装置4を動作させる。これにより、テーパー部14及び第2タンク部12において撹拌装置4が原料を撹拌し、70L分の液状製品が調合される。
【0040】
600L分の液状製品を調合する場合は、その液状製品を調合するための分量の各種原料をタンク10に投入し、撹拌装置4を動作させる。これにより、タンク10において撹拌装置4が原料を撹拌し、600L分の液状製品が調合される。
【0041】
上述した構成のタンク10は、第2タンク部12において小容量の液状製品を調合し、第1タンク部11及び第2タンク部12において大容量の液状製品を調合することができる。すなわち、一台のタンク10で小容量から大容量までの様々な分量の液状製品を調合することができる。もちろん、調合する液状製品の分量は、30L、70L、600Lに限定されない。
【0042】
ここで、第2タンク部12に、第2タンク部12を超えない量の粘性液体が貯留されており、この粘性液体の気体を脱気する場合について説明する。実施形態1と同様にポンプ6(図示せず)を動作させることで、泡状層Bを形成する。この泡状層Bの液面は、第2タンク部12を超えるようにする。第2タンク部12を超えることで、第2タンク部12から、それよりも径の大きい第1タンク部11に亘って泡状層Bが形成される。
【0043】
このように形成された泡状層Bは、第1タンク部11を平面視した面積と同等になっている。つまり第2タンク部12を平面視した面積よりも大きくなっている。このように泡状層Bは、泡状層Bが第2タンク部12に収まっている場合(図示せず)と比較して、より大きな面積でタンク10内部の空間に接することになるので、より多くの気泡を速やかにタンク10の内部の空間に放出させることができる。
【0044】
このように本実施形態の脱気システム1は、大容量・小容量の粘性液体を一台のタンク10で処理することができるとともに、小容量の粘性液体についてより速やかに脱気を行う事ができる。
【0045】
〈実施形態3〉
図6は、実施形態3に係る脱気システムを示す概略図である。本実施形態の脱気システム1は、タンク20と、フィルタ装置21、噴射部22、第1ポンプ23、第2ポンプ24を備えている。
【0046】
タンク20は下部に排出口が設けられており、当該排出口とフィルタ装置21を接続する第1配管30が設けられている。
【0047】
フィルタ装置21は、第1配管30を介して一次側がタンク20に接続され、第2配管31を介して二次側が噴射部22に接続されている。フィルタ装置21は、タンク20から供給された粘性液体Aからそれに含まれる気体を捕捉する。フィルタ装置21としてはデッドエンド型でもよいし、クロスフロー型でもよい。
【0048】
噴射部22は、第2配管31から送られた粘性液体をタンク20の内部に向けて噴射する装置である。具体的には公知のシャワーボール型、ローラーボール型、プッシュアウトボール型、ジェットワッシャー型、拡散ノズル型、噴射する液体の反力でノズル自体が回転する2Dノズル、噴射する液体の反力でノズル自体が自転及び公転を行う3Dノズルなどを用いることができる。
【0049】
第2配管31は途中で分岐した第3配管32を介してタンク20に接続されている。第3配管32を経由して粘性液体の一部がタンク20の内面に供給されるようになっている。また、第1配管30の途中には粘性液体を送液するための第1ポンプ23が設けられ、フィルタ装置21の一次側にはフィルタに捕捉された泡を除去するための第2ポンプ24が接続されている。
【0050】
また、特に図示しないが、脱気システム1は、実施形態1と同様のタンク20内の気体を排気するポンプが設けられている。
【0051】
本実施形態の脱気システム1は、実施形態1と同様にポンプによる排気によって泡状層Bを形成して脱気することが可能となっている。そして、制御装置7(
図1参照)は、第1ポンプ23を動作させることで、タンク20からフィルタ装置21に粘性液体を供給してフィルタ装置21に気体(泡)を除去させ、さらにフィルタ装置21を透過した粘性液体を噴射部22からタンク20の内部に噴射させる。噴射部22からタンク20の内部に噴射された粘性液体は、泡状層Bに降り注ぎ、気泡の破壊を促す。これにより、泡状層Bの気体をより速やかにタンク20の内部空間に放出させることができ、脱気に掛かる時間を短縮することができる。
【0052】
〈他の実施形態〉
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
【0053】
例えば、各実施形態では、原料供給手段2を備えていたが必須の構成ではなく、原料は手動でタンク3に供給するようにしてもよい。また撹拌装置4も必須の構成ではない。脱気の開始は、原料投入後に行ったが、このようなタイミングに限定されない。例えば原料を投入しながら脱気を開始してもよい。実施形態2では二段のタンク10を例示したが、二段に限らず、三段以上の複数段のタンクについても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0054】
1…脱気システム、2…原料供給手段、3、10、20…タンク、4…撹拌装置、5…液面計、6…ポンプ、7…制御装置
【要約】
【課題】粘度が高い液体をより確実に脱気することができる脱気システムを提供する。
【解決手段】粘性液体を貯留するタンク3と、タンク3の内部の気体を排気するポンプ6と、ポンプ6を制御する制御装置7とを備え、制御装置7は、ポンプ6の停止時におけるタンク3の内部の液面を基準液面とし、ポンプ6を動作させてタンク3の気体を排気することで粘性液体の上部に泡状層を形成させ、泡状層の液面が一定となるようにポンプ6による排気量を制御し、泡状層が基準液面に縮小するまでポンプによる排気を継続する。
【選択図】
図1