JP5546274B2 - 配管系統洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、食品や飲料、医薬品や化粧品等の製造設備を構成する複数の配管系統を洗浄するための配管系統洗浄装置に関する。

食品、飲料、医薬品、化粧品等の製品の製造では、その製品の品質や安全性を保証することが要求される。このための一環として、これらの製品の製造設備は定期的にその内部を洗浄することが行われている。

このような製造設備の洗浄は、従来は製造設備の配管やタンク等を分解、解体して人力により洗浄していた。しかし、近年の製造設備の大型化、運転制御の自動化にともない、このような設備を解体せずに、設備内部に洗浄液を注入して洗浄する方法が使われるようになってきた。この方法は、定置洗浄法と呼ばれる方法で、具体的には、洗浄対象物である医薬品、化粧品、食品等の製造設備を構成するタンク、配管等の内表面に、温水、酸性溶液、アルカリ性溶液、洗浄用界面活性剤溶液、及びそれらの混合溶液等の洗浄液を注入して接触させることにより、汚れ成分を取り除く方法である。

定置洗浄法では、洗浄液で洗浄した後、リンス液を通水して、洗浄液を完全に取り除く。通常、リンス液には、精製水や、滅菌水等、製造物のグレードに応じた水が用いられる。
そして、このような洗浄液による洗浄、リンス液によるリンスといった一連の洗浄処理は、製造設備において、予め定められた制御プラグラムに基づいた制御により、その開始から終了までが自動的に実行される。

この一連の洗浄処理を制御する過程において、洗浄終了の判定は、リンスにより洗浄液を完全に取り除いたか否かを判定することで行われる（例えば、特許文献１参照。）。定置洗浄を行う製造設備では、外部に排出するすべての排出液は、最終的に共通の排出用配管に集まるように構成されている。そこで、排出用配管の出口にイオン成分を測定するセンサを設置し、排出液が排出用配管から排出されている状態で排出液中のイオン性の溶解成分の濃度を測定する。そして、測定された濃度が、予め定められた一定レベルを下回った時点で、リンス終了、すなわち洗浄処理の終了と判定する。

このように検出するイオン性の溶解成分の一例として、電気伝導度がある。リンス工程初期には、イオン性の成分を含有している洗浄液の濃度が高いので電気伝導度は高く、リンスが進むにつれて低くなっていき、最終的に一定値を示す。

特開平８−２４３５２０号公報

しかしながら、実際の製造設備においては、配管が複数本並列していたり、配管の途中で配管が複数本に分岐されたり、複数本の配管が一本に集合したりしている。これにより、配管の経路長が違ったり、配管の折曲部で流速が低下したりする。また、配管の径が部位によって異なる場合もあり、これによっても配管内の流速が低下することもある。
すると、製造設備の配管部の部位によって、リンスをするのに要する時間が異なる。そこで、一連の洗浄処理を自動制御により行う場合、複数の配管系統中、もっとも長いリンス時間を要する部位に合わせて、他の部位にもリンス液を流してリンスを行っている。その結果、十分にリンスが行われている配管系統においては、リンス水の無駄遣いが発生している。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、飲料、食品、医薬品や化粧品等の製造設備の内部洗浄を効率よくかつ経済的に行うことのできる配管系統洗浄装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の配管系統洗浄装置は、複数の配管系統を有した設備に備えられ、複数の配管系統に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、複数の配管系統にリンス液を供給することで、配管系統内に供給された洗浄液の残留分を洗い流すリンス液供給手段と、複数の配管系統のそれぞれに設けられ、当該配管系統へのリンス液の供給を断続するバルブと、複数の配管系統のそれぞれにおける圧力損失、レイノルズ数、当該配管系統を構成する配管部材の接続部の数のうち少なくとも一つに基づき、それぞれの配管系統に対して個別に設定されたリンス液を供給する時間の長さの設定値が記憶された情報記憶部と、情報記憶部に記憶された設定値に基づき、リンス液が流れにくい配管系統には相対的に長い時間だけリンス液が供給されるように、複数の配管系統に設けられたバルブの開閉を制御して、それぞれの配管系統にリンス液を供給するコントローラと、を備えることを特徴とする。

このように、本発明においては、複数の配管系統のそれぞれにおける圧力損失、レイノルズ数、当該配管系統を構成する配管部材の接続部の数のうち少なくとも一つに基づき、リンス液を供給する時間の長さが、それぞれの配管系統に対して予め個別に設定され、その設定値に基づき、複数の配管系統に設けられたバルブの開閉を制御して、それぞれの配管系統にリンス液を供給する。
より詳しくは、圧力損失の小さな配管系統よりも圧力損失の大きな配管系統において、リンス液を長い時間供給する。つまり、配管内径が小さかったり、配管経路の曲折箇所数が多く、リンス液が流れにくい配管系統において、より長くリンス液を流すのである。
また、配管部材の接続部の数が少ない配管系統よりも配管部材の接続部の数が多い配管系統において、リンス液を長い時間供給する。ここで、配管部材とは、配管系統を構成する管材であり、配管部材どうしの接続部には、パッキンを挟み込むため、配管経路の内周面に凹部が形成され、リンス液が流れにくい。そこで、配管部材の接続部の数が多い配管系統においては、より長くリンス液を流す。

また、レイノルズ数の大きな配管系統よりもレイノルズ数の小さな配管系統において、リンス液を長い時間供給することもできる。この場合も、リンス液の流れにくい、レイノルズ数の小さな配管系統において、より長くリンス液を流す。
ここで、バルブの開閉は、全開・全閉の切り替えに限るものではなく、全開と全閉の間の任意の開度に調整することを含む。

このようにして、本発明では、複数の配管系統において、リンス液を流す時間を異ならせることで、洗浄液を洗い流しやすい配管系統においては、リンス液を流す時間を短くし、洗浄液を洗い流しにくい配管系統においては、リンス液を流す時間を長くする。

また、配管系統のそれぞれに、当該配管系統内における洗浄液の残留度合いを検出するセンサを設け、コントローラは、配管系統のそれぞれにおいて、センサで検出される洗浄液の残留度合いが予め定めた基準値以下となったときに、当該配管系統に対するリンス液の供給を停止することもできる。

本発明によれば、洗浄液を洗い流しやすくリンスしやすい配管系統においては、リンス液を流す時間を短くし、洗浄液を洗い流しにくくリンスしにくい配管系統においては、リンス液を流す時間を長くすることで、各配管系統において確実に洗浄液を洗い流しつつ、リンス液を無駄なく利用し、経済的に、かつ効率よくリンスによる残留洗浄液の除去を行うことが可能となる。

本実施の形態における飲料、食品、医薬品や化粧品等の製造設備の全体構成を説明するための図である。 配管系統の洗浄処理の流れを示す図である。 配管系統ごとに設定した、リンス液を流す時間の設定値の例である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における飲料、食品、医薬品や化粧品等の製造設備１０の全体構成を説明するための図である。
図１に示すように、製造設備（設備）１０は、製品の製造のための複数の配管系統１１を有している。ここで、本発明においては、適用対象となる製造設備１０の構成自体については何ら限定するものではなく、図１にあげたものはあくまでも一例に過ぎない。

このような製造設備１０において、配管系統１１の一端側には洗浄液タンク２０とリンス液タンク３０とが設けられている。これら洗浄液タンク２０とリンス液タンク３０は、バルブ２１、３１を介し、配管系統１１に洗浄液、リンス液を供給する供給配管１２に接続されている。このような構成により、バルブ２１、３１のＯＮ／ＯＦＦをコントローラ４０で制御することにより、洗浄液供給手段、リンス液供給手段として、配管系統１１に対し、供給配管１２を介しての洗浄液の供給、リンス液の供給を断続する。

また、配管系統１１の他端側は、排出配管１３に接続されており、排出配管１３は、排水回収タンク５０に接続されている。また、この排水回収タンク５０には、その一部を洗浄液タンク２０に循環させる循環配管１４を接続することもできる。

配管系統１１のそれぞれには、排出配管１３に近い側に、バルブ６０が設けられている。各バルブ６０は、コントローラ４０により、その開閉が制御される。

コントローラ４０においては、予め定められたコンピュータプログラムに基づき、図２に示すような、製造設備１０の洗浄処理を自動的に実行する。
コントローラ４０では、外部からのオペレータによる操作入力を受け付けた時、もしくは予め定められたインターバルにて、製造設備１０の洗浄処理を実行開始する。
これにはまず、バルブ２１：開、バルブ３１：閉、各バルブ６０：開とし、洗浄液タンク２０から供給配管１２を介し、配管系統１１に洗浄液を流して洗浄工程を開始する（ステップＳ１０１）。すると、各配管系統１１に送り込まれた洗浄液は、配管系統１１の内周面に接触しつつ流れ、排出配管１３を経て排水回収タンク５０に流れ込む。これにより、各配管系統１１内が洗浄される。

予め設定された規定時間が経過した後、コントローラ４０においては、バルブ２１：閉、バルブ３１：閉とし、洗浄液タンク２０からの洗浄液の供給を停止する（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。

上記の洗浄工程においては、洗浄液として、温水、硝酸系の液体酸洗浄剤、苛性ソーダ等のアルカリ液等を用いている。洗浄液として、複数種を交互に用いることも可能である。この場合、洗浄液タンク２０を複数組設け、それぞれに洗浄液を入れ、開とするバルブ２１を切り替えることで、洗浄に用いる洗浄液の種類を順次切り替えれば良い。

次いで、コントローラ４０は、バルブ２１：閉、バルブ３１：開、各バルブ６０：開とし、リンス液タンク３０から供給配管１２を介し、配管系統１１にリンス液を流してリンス工程を開始する（ステップＳ１０４）。すると、各配管系統１１に送り込まれたリンス液は、配管系統１１の内周面に接触して、洗浄工程で残留した洗浄液を洗い流しながら流れていき、排出配管１３を経て排水回収タンク５０に流れ込む。
リンス液としては、精製水、滅菌水等の水を６０℃程度の温水としたものを用いる。

このとき、コントローラ４０においては、例えば図３に示すように、配管系統１１ごとに、リンス液を流す時間（時間の長さ）Ｔが独立して設定されている。ここで、図３においては、複数の配管系統１１を、配管系統１１Ａ〜１１Ｈと区別して示し、リンス液を流す時間をＴ１〜Ｔ６としたが、これはあくまでも一例に過ぎない。このような、リンス液を流す時間Ｔ１〜Ｔ６は、コントローラ４０に設けられたメモリ等の情報記憶部に予め記憶されている。
リンス液を流す時間Ｔの長さは、各配管系統１１の圧力損失の大小に応じ、事前にコントローラ４０に入力・設定される設定値を決めることができる。すなわち、配管系統１１の内径が細かったり、曲がる部位の数が多ければ、圧力損失が大きくなる。逆に、配管系統１１の外径が太く、曲がる部位の数が少なければ、圧力損失が小さくなる。そこで、事前に各配管系統における圧力損失の大きさを算出し、各配管系統１１における圧力損失の算出値から、圧力損失の大きな配管系統１１ほどリンス液を流す時間Ｔが長くなるように、また、圧力損失の小さな配管系統１１ほど、リンス液を流す時間Ｔが短くなるように、リンス液を流す時間Ｔを複数段階にレベル分けして設定する。

また、配管系統１１のレイノルズ数の大小に応じ、事前にコントローラ４０に入力・設定される設定値を決めることができる。すなわち、各配管系統１１におけるレイノルズ数Reの大きさを下式により事前に算出する。
Re＝U・D／ν
ただし、U:流速、D:管径、ν:動粘性係数である。
そして、各配管系統１１におけるレイノルズ数の算出値から、レイノルズ数の小さな配管系統１１ほどリンス液を流す時間が長くなるように、また、レイノルズ数の大きな配管系統１１ほど、リンス液を流す時間が短くなるようにする。

また、各配管系統１１において、配管系統１１を構成する所定長を有した管状の配管部材どうしの継ぎ目の数（継ぎ目に設けられたパッキンの数）の数の大小に応じ、配管系統１１ごとにリンス液の長さＴを設定することもできる。
すなわち、配管部材どうしの継ぎ目の数が多いほど、配管系統１１にリンス液を流す時間が長くなるように、また、配管部材どうしの継ぎ目の数が少ないほど、配管系統１１にリンス液を流す時間が短くなるようにする。

そして、コントローラ４０は、各配管系統１１において、予め設定された時間が経過したものから、順次バルブ６０を閉じる（ステップＳ１０５〜Ｓ１０７）。そして、全てのバルブ６０が閉となった後、バルブ２１：閉、バルブ３１：閉とし、リンス液タンク３０からのリンス液の供給を停止する。

ここで、上記のように、配管系統１１ごとにリンス液を供給する時間の長さを異ならせる場合、コントローラ４０において、リンス工程の初期段階において、全てのバルブ６０を開いて全ての配管系統１１に一斉にリンス液を流し、上記のようにリンス液を流す時間Ｔが短く設定された配管系統１１から、順次リンス液を流すのを止めるようにしても良いが、これに限るものではない。
一方、当初はリンス液を流す時間Ｔが長い配管系統１１からバルブ６０を開き、順次、他のリンス液を流す時間Ｔが短い配管系統１１のバルブ６０を順次開いていくようにすることもできる。

上述したようにして、配管系統１１ごとに、圧力損失、配管接続部のパッキンの数、レイノルズ数等に応じてリンス液を流す時間Ｔを設定し、リンス液を流してから予め設定した時間Ｔが経過した後に、バルブ６０を閉じてその配管系統１１におけるリンス工程を終えるようにした。これにより、リンス液が流れにくくリンス工程に時間がかかる配管系統１１においてはリンス液を長い時間供給することができて確実なリンスが行える一方で、リンス液が流れやすくリンス工程に時間がかからない配管系統１１においてはリンス液を短い時間供給してリンスによる残留洗浄液の除去を行うことができる。これにより、リンス液を無駄なく利用し、経済的に、かつ効率よくリンス工程を行うことができる。

また、リンス液を長い時間供給する配管系統１１においては、リンス液を短い時間供給する他の配管系統１１に対してのリンス液の供給が行われていない状態において、リンス液タンク３０から供給されるリンス液が集中的に供給されることによってリンス効率を高めることができる。

なお、上記実施形態においては、以下に示すような変形例がある。
まず、図１に示したように、バルブ６０の近傍に、排出配管１３内を流れる流体中の洗浄液の残留状況を検出するセンサ６１を設けることができる。
センサ６１を設けた場合、リンス工程の開始後、複数の配管系統１１においてそれぞれを設定時間Ｔが経過してバルブ６０を閉じるに先立ち、各配管系統１１に設けられたセンサ６１において、配管系統１１中における洗浄液の残留状況をモニタリングする。これには、例えば、配管系統１１内の電気伝導度、吸光度、ｐＨ等がある。
モニタリングの結果、洗浄液の残留度合いを示すモニタリング結果が、予め設定しておいた検出値が基準値を下回っていれば、十分にリンス効果が得られているとしてバルブ６０を閉じる。一方、洗浄液の残留度合いを示すモニタリング結果が、基準値を下回らない場合、バルブ６０を閉じずに一定時間待機してリンス工程を続行し、一定時間が経過後、再度洗浄液の残留度合いをモニタリングし、基準値を下回るまで、この処理を繰り返す。

このようにして、センサ６１を設けることで、リンスによる残留洗浄液の除去が十分に行われた時点で各配管系統１１におけるリンス工程を停止することができる。

ところで、上記実施形態においては、バルブ６０として、開・閉のいずれかの状態を選択できるものを用いたが、これに限るものではなく、その開度が調整できる電子膨張弁等を用いることができる。
この場合、センサ６１の検出結果に基づき、バルブ６０の開度を調整することで、よりきめ細やかなリンス液の供給制御が行える。すると、例えば、洗浄液の残留が多いと判定された場合に、その配管系統１１におけるバルブ６０の開度を大きくし、より多くの洗浄液を流し込むようにすることもできる。

また、上記実施の形態では、配管系統１１ごとに、圧力損失、配管接続部のパッキンの数、レイノルズ数等に応じてリンス液を流す時間Ｔを設定するようにしたが、これに限るものではない。
すなわち、時間Ｔを設定せず、各センサ６１による配管系統１１中の洗浄液の残留度合いのモニタリング結果に基づき、そのモニタリング結果が、予め設定しておいた検出値が基準値を下回っていれば、十分にリンス効果が得られているとしてバルブ６０を閉じる制御を行うこともできる。
このような構成によれば、十分にリンスされて洗浄液の残留度合いが基準値以下になった配管系統１１においては、早期にリンスを完了し、洗浄液の残留度合いが基準値以下に至らない配管系統１１においては、洗浄液の残留度合いが基準値以下となるまでリンス工程を続行する。
これにより、結果として、複数の配管系統１１において、リンス液を流す時間が異なることになり、上記と同様、リンス液を無駄なく利用し、経済的に、かつ効率よくリンス工程を行うことができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…製造設備（設備）、１１…配管系統、２０…洗浄液タンク、３０…リンス液タンク、４０…コントローラ、５０…排水回収タンク、６０…開閉バルブ、６１…センサ

Claims (5)

1. 複数の配管系統を有した設備に備えられ、
   複数の前記配管系統に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、
   複数の前記配管系統にリンス液を供給することで、前記配管系統内に供給された前記洗浄液の残留分を洗い流すリンス液供給手段と、
   複数の前記配管系統のそれぞれに設けられ、当該配管系統への前記リンス液の供給を断続するバルブと、
   複数の前記配管系統のそれぞれにおける圧力損失、レイノルズ数、当該配管系統を構成する配管部材の接続部の数のうち少なくとも一つに基づき、それぞれの前記配管系統に対して個別に設定された前記リンス液を供給する時間の長さの設定値が記憶された情報記憶部と、
   前記情報記憶部に記憶された前記設定値に基づき、前記リンス液が流れにくい前記配管系統には相対的に長い時間だけ前記リンス液が供給されるように、複数の前記配管系統に設けられた前記バルブの開閉を制御して、それぞれの前記配管系統に前記リンス液を供給するコントローラと、
   を備えることを特徴とする配管系統洗浄装置。
2. 前記圧力損失の小さな前記配管系統よりも前記圧力損失の大きな前記配管系統において、前記リンス液を長い時間供給することを特徴とする請求項１に記載の配管系統洗浄装置。
3. 前記配管部材の接続部の数が少ない前記配管系統よりも前記配管部材の接続部の数が多い前記配管系統において、前記リンス液を長い時間供給することを特徴とする請求項１に記載の配管系統洗浄装置。
4. 前記レイノルズ数の大きな前記配管系統よりも前記レイノルズ数の小さな前記配管系統において、前記リンス液を長い時間供給することを特徴とする請求項１に記載の配管系統洗浄装置。
5. 前記配管系統のそれぞれに、当該配管系統内における洗浄液の残留度合いを検出するセンサが設けられ、
   前記コントローラは、前記配管系統のそれぞれにおいて、前記センサで検出される前記洗浄液の残留度合いが予め定めた基準値以下となったときに、当該配管系統に対する前記リンス液の供給を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配管系統洗浄装置。

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