JP2000025889A

JP2000025889A - 貯槽システム

Info

Publication number: JP2000025889A
Application number: JP10198560A
Authority: JP
Inventors: Makio Tamura; 真紀夫田村; Takashi Harada; 尚原田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】安価かつ簡便な方法で、貯槽に貯留された物
質を確実に汚染から防止できるシステムを提供する。【解決手段】ガス分離膜を有し、該ガス分離膜により
処理した空気のうちガス分離膜を透過しなかった改質空
気を供給する改質空気供給系を、貯槽内上部空間に接続
したことを特徴とする貯槽システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯槽内に貯留され
ている流体や固体、流動体等の物質を、菌、ダイオキシ
ン等による汚染や、電気抵抗率低下等の性能変化を招く
汚染から効果的に保護することのできる貯槽システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、貯槽内の物質を外部から、と
くに大気からシールし汚染を防止する方法として、無菌
空気や窒素ガスを大気圧より多少高い圧力で貯槽内上部
空間に供給し、該空間の残存空気をパージして供給気体
で置換する方法が知られている。供給気体のうち、無菌
空気は主として外部からの菌汚染防止を目的に使用さ
れ、窒素ガスは、菌の他に酸素や炭酸ガスによる汚染も
防止することを目的に使用されている。

【０００３】たとえば図６に従来システムを示すよう
に、貯槽としての水槽１０１内に液体１０２を貯留する
に際し、貯槽内上部空間１０３に、窒素ガス１０４（ま
たは空気）を除塵フィルタ１０５（安全フィルタ）、圧
力レギュレータ１０６、サニタリーバルブ１０７、無菌
フィルタ１０８を通して供給し、出口側にも無菌フィル
タ１０９、サニタリーバルブ１１０を設けて大気中へと
排出できるようにするとともに、大気から遮断してい
る。１１１は給液ライン、１１２は槽内シール兼圧力バ
ッファのための水封槽、１１３は排液ラインに設けられ
たポンプを示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記のような
従来システムにおいては、たとえば貯槽１０１内の物質
が液体の場合、貯槽内上部空間１０３がシールされた状
態において外部から液体が供給されて液面が上昇する場
合には汚染の可能性は無いが、液体が使用されて液面が
低下する場合には配慮が必要である。すなわち、シール
用気体として無菌空気を用いる場合は、貯槽１０１内に
供給あるいは吸引される空気は無菌フィルタを介して外
部空気を供給あるいは吸引することで汚染防止が可能で
あるが、窒素ガスを用いる場合には、液面が低下する速
度に対応した量の窒素ガスを供給する必要がある。した
がって、窒素ガスの供給が追従できるよう流体の使用量
を制限するか、あるいは高価な窒素ガスを大量に供給す
る必要があった。

【０００５】もし窒素ガスの供給量が液体使用量よりも
少ない状態になると、貯槽１０１内に陰圧が発生し、場
合によっては大気圧により貯槽１０１がへこむおそれが
ある。また、窒素ガスは、小規模のプラントではガスボ
ンベを使用することも可能であるが、通常のプラントで
は、液体窒素を受け入れるか窒素製造装置等の大規模の
設備が必要になる。

【０００６】つまり、安価な無菌空気を用いる場合に
は、液面変動に容易に追従させることはできるものの、
炭酸ガスや酸素等の汚染を防止することはできず、窒素
ガスを用いる場合には、汚染防止性能は向上できるもの
の、高価な設備が必要になるという問題点があった。

【０００７】そこで本発明の課題は、上記のような問題
点に鑑み、安価かつ簡便な方法で、貯槽に貯留された物
質を確実に汚染から防止することのできる貯槽システム
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る貯槽システムは、ガス分離膜を有し、
該ガス分離膜により処理した空気のうちガス分離膜を透
過しなかった改質空気を供給する改質空気供給系を、貯
槽内上部空間に接続したことを特徴とするものからな
る。つまり、貯槽シール用の気体に窒素ガスではなく空
気を使用し、該空気をガス分離膜により改質し、ガス分
離膜を透過しなかった部分の改質空気をシール用気体と
して供給するシステムである。貯槽内に貯留される物質
としては、液体の他、固体や流動体が挙げられる。

【０００９】上記改質空気供給系としては、たとえば、
少なくともガス分離膜、第１サニタリーバルブ、第１無
菌フィルタを有する系から構成できる。また、貯槽内上
部空間には気体排出系を接続でき、該気体排出系は、た
とえば、少なくとも第２無菌フィルタ、第２サニタリー
バルブを有する系から構成できる。さらに、貯槽には、
前述の図６に示したと同様の水封槽を接続しておいても
よい。

【００１０】改質空気供給系においては、ガス分離膜を
透過しなかった改質空気をそのまま貯槽に向けて供給す
るようにしてもよく、供給される改質空気を一時的に溜
める容器を設けておいてもよい。

【００１１】また、必要に応じて、改質空気供給系と気
体排出系とにわたって、滅菌用流体、たとえばスチーム
を供給可能な滅菌用流体供給系を接続してもよい。この
ような系を付加し、その系を開くことにより、たとえば
第１サニタリーバルブと第２無菌フィルタ間を滅菌する
ことができる。

【００１２】このような本発明に係る貯槽システムにお
いては、ガス分離膜による透過処理により、透過しなか
った部分の気体として炭酸ガスや酸素の含有量を低減し
た改質空気が生成され、使用目的に応じて調製、生成さ
れた改質空気が、第１サニタリーバルブ、第１無菌フィ
ルタ等を通して貯槽内上部空間に供給される。また同時
に、供給される改質空気は、第１無菌フィルタを通され
ることにより、あるいはさらに付加したフィルタを通さ
れることにより、菌のみならずダイオキシン等の不純物
が除去される。

【００１３】このような清浄な改質空気が貯槽内上部空
間に供給されることにより、該上部空間はこの改質空気
によって外部に対しシールされ、貯槽内に貯留されてい
る物質が炭酸ガス、酸素、菌、ダイオキシン等による汚
染から効果的に防止される。供給される改質空気の原気
体は大気でよいので安価であり、それを単にガス分離膜
処理するだけで所望組成の改質空気が生成されるので、
極めて簡便である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の一実施態様に係る貯槽システムを示している。図にお
いて、１は水槽からなる貯槽を示しており、貯槽１内に
は、給液ライン２を介して、たとえば脱塩水３が供給さ
れ、貯留される。貯留された液体３は、使用側の要求に
応じて、ポンプ４を介して送給される。

【００１５】この貯槽１内の上部空間５に、改質空気が
供給される。改質空気供給系６には、まず空気（例えば
大気）が、プレフィルタ７を通してポンプ８により供給
される。供給された空気は、ガス分離膜９（ガス分離膜
装置）に送られ、透過処理により、ガス分離膜９を透過
しなかった部分の空気が改質空気として生成される。

【００１６】ガス分離膜９は、一般に、空気中の水蒸
気、炭酸ガス、酸素、窒素をこの順に透過させ、ガス分
離膜９に供給した空気の膜非透過部分における、上記成
分の組成をそれぞれ変えることができる。用途に応じて
各種組成の改質空気を生成可能であるが、本発明におい
ては、使用目的に応じて、炭酸ガス濃度を低減した改質
空気、炭酸ガスと酸素濃度を低減した改質空気等を、ガ
ス分離膜９の非透過ガスとして調製し、貯槽１への供給
ガスとして生成する。

【００１７】ガス分離膜９の膜材質としては、ポリジメ
チルシロキサン等のシリコン系、トリメチルシリル系、
オレフィン系、ポリイミド系、酢酸セルロース系、ポリ
メチルペンテン系、フッ素系、ポリカーボネイト系等が
好適に用いられる。

【００１８】このようなガス分離膜９の使用において
は、近年の分析技術の向上により、ガス分離膜９の非透
過側ガス成分として、空気中のダイオキシン等の不純物
が濃縮されることが明らかになった。特にガス分離膜の
上流のプレフィルタ７を長時間利用するとこの傾向が大
きい。したがって、このままでは濃縮されたダイオキシ
ン等を貯槽の上部空間５に供給することとなるため、ガ
ス分離膜９による処理気体からダイオキシン等を除去す
ることが好ましい。これを検討した結果、あるポアサイ
ズ以下（たとえば、１μｍ以下のポアサイズ）のフィル
タを用いることでダイオキシン等を除去できることが明
らかになった。

【００１９】図１に示す改質空気供給系６においては、
ガス分離膜９の下流に圧力調節弁１０が設けられ、貯槽
１内の上部空間５の圧力が設定値になるように制御して
いる。圧力調節弁１０の下流には、本実施態様において
は、除塵フィルタ１１（安全フィルタ）、第１サニタリ
ーバルブ１２、第１無菌フィルタ１３がこの順に設けら
れており、貯槽内上部空間５へと接続されている。除塵
フィルタ１１には、たとえば上述したような、ダイオキ
シン等の不純物を除去可能なポアサイズ１μｍ以下のフ
ィルタが用いられ、第１無菌フィルタ１３には、空気中
の菌を除去可能なさらに小さなポアサイズのフィルタが
用いられる。

【００２０】無菌フィルタとは、一般に、フィルタの除
菌性能として、フィルタ１ｃｍ²当たり１０⁷個以上の
指標菌を含む溶液を通水した際に濾液に菌を認めない性
能を有するものを言い、通常、ポアサイズ０．２μｍま
たは０．２２μｍ、あるいはそれ以下のフィルタを言
う。

【００２１】なお、本実施態様では、ダイオキシン等の
不純物の除去を目的とした除塵フィルタ１１と、第１無
菌フィルタ１３とを別に設けたが、これらを第１無菌フ
ィルタ１３で兼ねることも可能である。

【００２２】第１サニタリーバルブ１２には、サニタリ
ー継手を用いたダイヤフラム弁が用いられており、その
内面にはたとえば電解研磨仕上げが施されている。

【００２３】本実施態様では、貯槽１内の上部空間５に
は、水封槽１４が接続されており、水封槽１４は、上部
空間５と外部との間を遮断するとともに、上部空間５に
おける急激な圧力変化等に対するバッファの機能を果た
している。この水封槽１４は必要に応じて設けられるも
ので、必要のない場合、あるいは設置が望ましくない場
合には設けられない。たとえば、医薬分野や製薬分野に
おける貯槽で、水封槽が細菌繁殖の温床になるおそれが
ある場合には設けられない。

【００２４】貯槽１の上部空間５からの気体排出系１５
には、第２無菌フィルタ１６と第２サニタリーバルブ１
７が設けられている。これらについても、外部からの不
純物等の侵入を防止するために、第１無菌フィルタ１
３、第１サニタリーバルブ１２と同様の仕様のものが用
いられている。

【００２５】上記のように構成された貯槽システムで
は、原空気がガス分離膜９により透過処理され、その非
透過側空気として使用目的に応じた改質空気が生成され
る。たとえば後述の実施例１に示すように主として炭酸
ガス濃度を低減した改質空気、実施例２に示すように炭
酸ガス濃度と酸素濃度を低減した改質空気が生成され
る。

【００２６】この改質空気の生成においては、ガス分離
膜装置９の運転方法として、図１に示した方法以外に
も、空気をコンプレッサ等で加圧して供給する方法、制
御用加圧空気を供給する方法、膜透過側を減圧する方
法、膜透過側にスイープガスを流す方法、スイープガス
として非透過側ガスの一部を利用する方法等を単独、あ
るいは組み合わせて利用することができる。

【００２７】たとえば図２にこの部分の変形例を示すよ
うに、空気をフィルタ２１を通してポンプ２２でガス分
離膜装置２３に供給し、膜透過側をバキュームポンプ２
４で吸引するとともに、非透過側のガスの一部をスイー
プガスとしてバイパスライン２５で膜透過側に供給、利
用する方法を採用できる。

【００２８】また、ガス分離膜装置９で改質された空気
を、図１に示したようにそのまま貯槽内上部空間５へと
供給することもできるが、たとえば図３に示すように、
供給される改質空気を一時的に溜める（蓄える）容器３
１（たとえば、圧力容器）を介在させることもできる。
つまり、ガス分離膜装置９の非透過側には残圧が有るの
で、容器３１の耐圧に応じた量の改質空気を蓄えること
ができる。このようにすれば、貯槽１内の液体の使用量
が少ないとき、すなわち液面の変動が少ないときは、ガ
ス分離膜装置９で改質された量を貯槽１に供給し、液体
の使用量が多いとき、すなわち液面が急速に低下する場
合は、それに合わせて容器３１内に蓄えた改質ガスを供
給することができる。したがって、ガス分離膜装置９の
規模を小さく抑えながら、十分な効果を得ることができ
る。

【００２９】ガス分離膜９による改質空気の目標性状
は、使用目的に応じて決めればよい。たとえば貯槽１内
に貯留する液体が脱塩水である場合、改質空気の炭酸ガ
ス濃度をたとえば２０ｐｐｍ以下とする。この炭酸ガス
濃度であれば、貯留水の水質、たとえば電気抵抗率を５
ＭΩ・ｃｍ以上に保つことが可能である。通常の水質保
証値は１ＭΩ・ｃｍ以上であるが、管理目標値としては
５ＭΩ・ｃｍ以上を採用する場合が多いので、上記炭酸
ガス濃度が目安となる。

【００３０】ガス分離膜９による改質空気は、圧力調節
弁１０で調圧された後、除塵フィルタ１１、第１サニタ
リーバルブ１２、第１無菌フィルタ１３を介して貯槽内
上部空間５へと供給される。除塵フィルタ１１では、主
としてダイオキシン等の不純物が除去され、第１無菌フ
ィルタ１３では、それに加えて空気中の菌が除去され
る。

【００３１】ダイオキシンの測定は、たとえば次のよう
に行われる。後述の各実施例では、図４に示す装置を用
いてサンプリング、測定を行った。

【００３２】図４において、容量１リットルのインピン
ジャー４１〜４５の条件をそれぞれ、水１５０ｍｌ、水
１５０ｍｌ、空、ジエチレングリコール１００ｍｌ、空
とし、樹脂カラム４６に合成吸着材ＸＡＤ−２（ローム
アンドハース社製）を１００ｇ充填して、サンプル空気
は各１０００ｍ³を真空ポンプ４７にて大気および配管
から直接吸引した。その後、液はジクロロメタン抽出２
回、ＸＡＤ−２はソックスッレー抽出２０ｈｒにて、各
々ダイオキンを抽出し、定法に従って、多層シリカゲル
カラムクロマトグラフィー、アルミナカラムクロマトグ
ラフィーにて濃縮精製し、最終的にはＨＲ−ＨＣ／ＭＳ
（高分解能の質量分析装置付きガスクロマトグラフ）
（日本電子（株）製、ＳＸ−１０２型）にて定量した。

【００３３】前述の如く炭酸ガスや酸素が所望の濃度ま
で低減され、かつダイオキシン等の不純物が除去され、
さらに無菌状態とされた清浄な改質空気が貯槽内上部空
間５に供給され、貯槽１内の貯留物質が外部からシール
される。その結果、貯留物質が炭酸ガスや酸素、ダイオ
キシン等の不純物、菌で汚染されることが防止される。
シール用気体が改質空気であり、窒素ガス等を用いる必
要がないので、安価であり、しかも所望の清浄な改質空
気が供給されるので、汚染が効率よく防止される。

【００３４】気体排出系１５においては、第２サニタリ
ーバルブ１７を必要に応じて開放してもよく、常時開放
状態で少量づつ排出するようにしてもよい。第２サニタ
リーバルブ１７を開放する場合にも、第２無菌フィルタ
１６の抵抗、つまり、第２無菌フィルタ１６の上下流側
の差圧により貯槽内上部空間５は陽圧に保たれるので、
大気が侵入することはない。

【００３５】本発明に係る貯槽システムにおいては、改
質空気供給系６から気体排出系１５にわたるある部分に
ついて滅菌することも可能である。

【００３６】たとえば図５に貯槽１周りの系を示すよう
に、改質空気供給系６と気体排出系１５にわたって、滅
菌用流体供給系５１としてスチームラインを接続する。
ピュアスチーム供給ライン５２をバルブ５３を介して第
１無菌フィルタ１３の上流に接続し、スチーム排出ライ
ン５４をバルブ５５を介して第２無菌フィルタ１６の下
流に接続する。通常時はサニタリーバルブ１２（場合に
よっては加えてサニタリーバルブ１７）を開として改質
空気を供給し、滅菌する場合には、サニタリーバルブ１
２、１７を閉とし、バルブ５３、５５を開いて、第１無
菌フィルタ１３、貯槽内上部空間５、第２無菌フィルタ
１６にわたってスチームを通して滅菌する。なお、図５
においては、貯槽１内の液を抜くためのブローライン５
６およびバルブ５７が設けられており、ポンプ４からは
液を貯槽１内へと循環可能なように循環ライン５８が形
成されている。

【００３７】貯槽１の滅菌は、たとえば、液抜き、昇
温、温度保持、蒸気排出、冷却の順で実施する。まず、
貯槽１から液を抜き、次いで１次側スチーム供給ライン
５２を通してピュアスチーム（純水を原水にした蒸気）
を貯槽１や枝管に導入し加熱を開始する。加熱開始時
は、加熱を早く行うために出口を開放として多量の蒸気
を導入する。次いで出口弁５５を閉じてたとえば１２１
℃以上に昇温し、２０分以上保持し滅菌する。その後、
ピュアスチーム導入を停止して放冷する。放冷時には貯
槽１内に負圧が発生しないように無菌空気を供給して陽
圧を維持する。

【００３８】このような滅菌系の付加により、貯槽１の
無菌性を保ちつつ耐熱性のないガス分離膜装置９を滅菌
時の高温から保護することが可能になる。勿論、耐熱性
のあるガス分離膜装置を用いる場合には貯槽１とガス分
離膜装置を同時に滅菌することも可能である。

【００３９】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明を説明す
る。実施例１、２図１に示した装置を用いて、改質空気の性状に関してテ
ストした。ガス分離膜９における非透過気体／供給気体
の割合（＝回収率）を、それぞれ８０％（実施例１）、
４０％（実施例２）とした。実施例１では、主として炭
酸ガス濃度を低減した改質空気が得られ、第１無菌フィ
ルタ通過後にはダイオキンが極めて低い濃度まで低減さ
れていることが確認でき、実施例２では、炭酸ガス濃度
と酸素濃度が低減され、第１無菌フィルタ通過後にはダ
イオキシンが極めて低い濃度まで低減されていることが
確認できた。結果を表１、表２に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】実施例３除塵フィルタおよび／または第１無菌フィルタのポアサ
イズとダイオキシンの除去性能との関係を、実施例１と
同じ条件で生成した改質空気を使用してテストした。結
果を表３に示す。

【００４３】

【表３】

【００４４】実施例４貯槽内の水の水質を、従来の無菌空気を供給する場合、
窒素ガスで貯槽内をパージする場合と、上記本発明の実
施例１、実施例２の条件によるシール（パージ）の場合
とを比較して表４に示した。表４に示すように、とくに
実施例２の条件では、従来の高価な窒素ガスを使用する
場合と同等の性能が得られた。

【００４５】

【表４】

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の貯槽シス
テムによれば、高価な窒素ガス等を用いることなく、ガ
ス分離膜により生成した安価な改質空気を用いて、簡便
にかつ確実に貯槽内に貯留された物質の汚染を防止する
ことができる。また、必要に応じて滅菌も容易に施すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る貯槽システムの機器
系統図である。

【図２】図１のシステムの変形例に係るガス分離膜周り
の概略構成図である。

【図３】図１のシステムの他の変形例を示す機器系統図
である。

【図４】ダイオキシンの測定装置の一例を示す概略構成
図である。

【図５】図１のシステムに滅菌系を付加したシステムの
一例を示す部分機器系統図である。

【図６】従来の貯槽システムの一例を示す機器系統図で
ある。

【符号の説明】

１貯槽２給液ライン３貯留水としての脱塩水４ポンプ５貯槽内上部空間６改質空気供給系７プレフィルタ８ポンプ９ガス分離膜（装置）１０圧力調節弁１１除塵フィルタ１２第１サニタリーバルブ１３第１無菌フィルタ１４水封槽１５気体排出系１６第２無菌フィルタ１７第２サニタリーバルブ２１フィルタ２２ポンプ２３ガス分離膜（装置）２４バキュームポンプ２５バイパスライン３１（圧力）容器５１滅菌用流体供給系５２ピュアスチーム供給ライン５３、５５バルブ５４スチーム排出ライン５６ブローライン５７バルブ５８循環ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス分離膜を有し、該ガス分離膜により
処理した空気のうちガス分離膜を透過しなかった改質空
気を供給する改質空気供給系を、貯槽内上部空間に接続
したことを特徴とする貯槽システム。
【請求項２】前記改質空気供給系が、少なくとも、ガ
ス分離膜、第１サニタリーバルブ、第１無菌フィルタを
有する、請求項１の貯槽システム。
【請求項３】前記貯槽内上部空間に、気体排出系が接
続されており、該気体排出系が、少なくとも、第２無菌
フィルタ、第２サニタリーバルブを有する、請求項１ま
たは２の貯槽システム。
【請求項４】前記改質空気供給系に、供給される改質
空気を一時的に溜める容器が設けられている、請求項１
ないし３のいずれかに記載の貯槽システム。
【請求項５】前記改質空気供給系と気体排出系とにわ
たって、滅菌用流体を供給可能な滅菌用流体供給系が接
続されている、請求項３または４の貯槽システム。
【請求項６】前記貯槽が水槽である、請求項１ないし
５のいずれかに記載の貯槽システム。
【請求項７】前記水槽が脱塩水用水槽である、請求項
６の貯槽システム。