JPS61284636A - サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野。

本発明は、フィルター膜上部に回転攪拌器、フィルター
膜より上に容器への流入口端およびフィルター膜のすぐ
下に容器からの濾液流出口を有する容器からなる液体か
ら濾過サンプルを取り出すサンプリング装置に関する。

従来技術 フィルター膜上部に垂れ下がった状態で据え付けられて
いる磁気攪拌器よりなる攪拌器セル（ｃｅｌｌＸアミコ
ン（ＡＭＩＣＯＮ）攪拌器セル）が知られている。フィ
ルター膜は濾液を排泄するために表面に形状（ｐｒｏｆ
ｉｌｅ）を有するプレートで支えられている。濾過され
る液体は加圧下カバーインレット（ｃｖｅｒ　１ｎｌｅ
ｔ）を通じて容器に導入され、その液体はフィルター膜
上の磁気攪拌器によって攪拌状態に維持されている。

化学的、特に生化学的プロセステクノロジーの分野では
、化学物質のパラメーターを反応進行中に決定し、それ
を反応の監視、調節および制御するために利用できるオ
ンライン測定方法の需要が高まっており、サンプリング
してその結果を利用するまでの時間は可能なかぎり短縮
すべきなのである。一般に、オンライン分析を行なうた
めには次の４つのステップが要求される。

１、代表的な部分流をわきにそらすことによるサンプリ
ング ２、サンプル調製（たとえば、固体除去あるいは付随し
てくる物質の妨害） ３、分析的決定（検出工程） ４、評価（記録） 最初の２つのステップは、すばやい動きを必要とすると
きには、しばしばかなり困難性を伴う。

一般的に、溶解しているかガス状の低分子成分を不連続
にサンプリングするだけなら既知のサンプリング手段で
よい。蛋白質や酵素のような高分子を代表的に除去する
には、現存のシステムでは変性現象や制御不可能な被覆
物や目詰り問題が生じるので不適当である。基本的には
、物質輸送に要求される濃度差を考慮に入れなければな
らないため、透析システムにとっては、好ましくない長
い不動時間は避けられないものである。

バイオテクノロジーにおいては、細胞質量を保持して瞬
間連続発酵し、細胞を収穫し、生物生産物の加工を行な
うために、閉鎖系中のバイパスシステムを使用する。吸
着および分極化作用による膜堆積のために、連続サンプ
リングに対してそのような技術を使用することは、批判
的である。さらに、通常は高い載置体積（ｄｅａｄ　ｖ
ｏｌｕｍｅ）、それぞれの長い応答時間、短い耐久年数
等の問題がある。

本発明の目的は、実質的に均一な透過を宵するフィルタ
ー膜で連続サンプリングすることのできる前述した型の
サンプリング装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 流入口が容器底部近くに設けられ、攪拌型方向と等しく
、接線的に容器に終わっており、容器の上端部壁が流出
口を包含する本発明によれば問題が解決される。

本発明のサンプリング装置によると、総容器体積の一定
の交換が濾過速度よりもかなり速い速度で可能である。

接線的（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ）に配置された流入
口により、液体が制御された攪拌下に容器の内部室に導
入され、そしてフィルター膜の上部では攪拌器が連続的
に弯化する圧力場を生じ、そして、流入口を接線的に設
けているため、フィルター膜が液体の速い流れに間断な
くさらされることによりフィルター膜に残渣が寄りつか
ない。この効果は、液体の流れの点からは攪拌器の回転
で強められる。このようにして、膜に固形分が付着する
のを防ぐのである。一方、固形分はすすぎ出されて容器
の外へ流出口を通じて液体の流れとともに除去される。

結果として、均一な濾過液が得られ、装置あるいはシス
テムは短い応答時間でよく、耐久年数が長いものになる
。

好ましくは、流出口を流入口と反対側に設け、流入口は
流出口より深い点に設け、新たに供給される液体はまず
フィルター膜上をさっと過ぎ続いてフィルター膜をすす
いで、フィルター膜上を繰り返し回転し、最後に流出口
に到達するようにする。

本サンプリング装置はフィルター膜上に被覆物層（ｃｏ
ｖｅｒ　１ａｙｅｒ）が形成されるのを最適に制御でき
る。フィルター膜上接近して攪拌ビーム回転（ｓｔｉｒ
ｒ４ｎｇｂｅａｍ　ｒｏｔａｔｔｎｇ）を、接線的に設
けられた流入口と協同して起こし、方向付けされた乱流
場をフィルター膜上に形成する。攪拌器ビームとフィル
ター膜の間の距離は、フィルター膜を剪断せず、膜上の
流れと装置中の流れがお互いに相互作用しないような距
離とする。濾液の量に関して決定的な点は静的サービス
（ｓｔａｔｉｃ　５ｅｒｖｉｃｅ）圧力に存するのでは
なく攪拌器によって作り出される動的交替（ｄｙｎａｍ
ｉｃ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）圧力に存する。

したがって、場合によっては非常に低く維持されうる静
的サービス圧力を限度内で選択することは可能である。

低い除去体積およびシステムのそれ相応の応答時間を達
成するために、容器の底は底の中心から濾液流出口への
びた底に直接付いている溝（ｇｒｏｏｖｅ）から成り、
多数のホールを有する膜支持としてのプレートが備えら
れ、そのプレートの下側は導管（ｃｈａｎｎｅｌ）を含
み、導管中で上記ホールが終わっている。それゆえ、除
去体積は実質的に導管の体積によって決まっている。膜
を通過後、濾液はすばや＜Ｉｆ！ｔＬ流出口の方に流れ
、その結果、底のすべての面から液体は可能な限り最も
短い道に沿ってａｔＬ流出口へ吸引される。導管は放射
状に延び、その内側の端は、プレートの下面の中心領域
に形成された捕集室に連結されている。

ホールはプレートの外周に向かって先細りになっており
、プレートの断面上で代表的、均一な濾液の取り出しが
可能となっている。

プレートの上面は、封止リングに押圧する傾斜１士−さ
忠九奈女士１小占イ帽１（し１１　　ゴｌ＋　　ｋ１士
が側に向かって平面である。封止リングは外部から系を
封じるために役に立つのみではなく、プレートの縁領域
上にフィルター膜を固定するのにも役に立つ。

本発明の好ましい態様によると、攪拌器の断面は下の方
に向かって先細利しており、その下端にはフィルター膜
上部で高速（３００〜５００　ｒｐｍ）で制御された距
離で運動し、交替圧力場を発生して液体をフィルター膜
を通して追い出す剥離エツジ（ｔｅａｒ−ｏｆｆ　ｅｄ
ｇｅ）を含有する。剥離エツジは垂直に延びており、約
６０°の角度を形成する断面を有することが好ましい。

流出口は容器の上端部壁の内側の最も高い地点に位置し
ている。その上壁の中央域には容器内側へ突き出た突起
を有し、生物反応体の流れの工程に形成された空気の泡
が混合効果を妨げるのを防ぎ、そのような空気の泡は容
器中を上に移動し流出口を通じて排出される。

攪拌器は回転中高さの調節ができる攪拌器ビームを含有
する磁気攪拌器であることが好ましい。

本発明をさらに具体的に添付図面を参照して１例説明す
る。

第１図は連続サンプリング装置の概略構成図であり、第
２図はサンプリング装置の垂直断面図であり、第３図は
サンプリング装置の平面図であり、第４図は上の部分を
取り除いたサンプリング装置の底の部分の平面図であり
、第５図は濾液流出口部分の拡大断面図である。第６図
は膜の支持として役に立つプレートの下側の図である。

第１図から明らかなように、生物反応器（１０）が設置
されており、その流出口はライン（１１）を経てサンプ
リング装置（１２）の流入口（１３）に接続されており
、ライン（１１）は２つの方向制御バルブ（１４）およ
び（１５）を有し、バルブ（１４）は蒸気ライン（１７
）に接続されており、バルブ（１５）は蒸気排出ライン
（１６）に接続されている。チェックバルブ（１８）が
バルブ（！４）とバルブ（１５）の間に配列されている
。

同様に、２つの方向制御バルブ（２１）および（２２）
がチェックバルブ（２３）を中間に有してライン（１９
）中に設けられており、ライン（１９）はサンプリング
装置（１２）の流出口（２０）を生物反応器（１０）の
流入口に結びつけている。殺菌蒸気をバルブ（２２）を
通じて生物反応Ｗ（１０）に送ってもよいし、一方サン
プリング装置の流出口（ｚＯ）を方向制御バルブ（２１
）を経て蒸気流出口ライン（１７）に接続してもよい。

方向制御バルブ（１５）および流入口（１３）の間に、
ポンプ（２４）が設けられている。

生物反応器（１０）あるいはサンプリング装置（１２）
の殺菌の点においては、チェックバルブ（１８）および
（２３）を閉じると、生物反応器（１０）および／また
はサンプリング装置（１２）を通して蒸気を供給できる
。同時にポンプ（２４）と同じく、ライン（１１）およ
び（１９）も同様に殺菌される。

生物反応器け１０）からの連続サンプリングについては
、液体を生物反応器からポンプ（２４）でくみ出し、サ
ンプリング装置（１２）へ送る。その液体は流出口（２
０）を通じてサンプリング装置から去り生物反応器（ｌ
Ｏ）に循環される。サンプリング装置（１２）中では、
固形分が生物反応器とサンプリング装置の間の閉鎖系で
保持され、一方濾液は、フィルター＠（２６）を通過し
て、濾液流出口（２５）とポンプ（２７）を経て、分析
器（２８）およびフラクション捕集器（２９）に供給さ
れる。

第２図ないし第６図に示したサンプリング装置（１２）
は下部分（３０）および上部分（３１）から構成される
容器からなり、下部分は中心から濾液流出口（２５）の
方へ延びている放射状の溝（３３）を包み平らな底を有
する円筒状の筒から形成されている。下部分（３０）の
底の上には、フィルター膜（２６）を支持する働きをし
、放射状ラインに添って延びている多数のホール（３５
）を有するプレー）（３４）が水平にのっている。プレ
ート（３４）の下面上およびホール（３５）の下に、放
射状導管（３６）が延びており、ホールのある１つのそ
れぞれの列は、１つの導管（３６）に終わっており、導
管（３６）の外側の終りがプレート（３４）（第６図）
の端で任意に終り、一方導管（３６）の内側の終りｈ（
ゴＩ／　−１＋／　Ｑ　Ａ　）／７”１山、１ゝ、＋＝
＃ｙａＦ＋　＋−ｋａｍ宏（Ｑ　７　）である終りにな
っていることが保証されている。

捕集室（３７）は、導管（３６）と同じ深さである。

ホール（３５）はプレートの中心領域で終わるものもあ
り、ホール（３５）の直径は内側から外側へ小さくなっ
ている。

化学的、特に生化学的プロセステクノロジー用のサンプ
リング装置は殺菌性容器（１２）からなり、その中には
磁気攪拌システム（４１）が収容され、その攪拌器ビー
ム（４２）は操作中にも高さ調節される。液体は底近く
の接線的流入口（１３）を通り、上端部壁（４０）中に
設けられた流出口（２０）を通って排出される。フィル
ター膜（２６）の下に、濾液が通って濾液流出口（２５
）に達する非常に小さな空所がある。攪拌器アーム（４
２）の下端は、回転すると膜上で移動する交替圧力基を
発生するとがった剥離エツジ（４４）として設計されて
いる。装置は、フィルター膜が実質的に剪断されず、堆
積物がない状態に保たれるという事実により、短い応答
時間および長い耐久寿命によって特に特徴づけられる。

第４図および第５図から明らかなように、プレートの傾
斜縁部（３４ａ）は外側の方へ平らになっている。封止
リング（３７）は、プレー）（３４）の傾斜縁部（３４
ａ）にフィルター膜（２６）の傾斜縁部を押圧し、封止
リング（３７）はさらに下部分（３０）の周壁（３８）
と上部分（３１）の周壁（３９）の間のすきまを封じる
。円筒状周壁（３９）は、周壁（３８）の中へ挿入され
る。周壁（３９）の下端は封止リング（３７）を受ける
ために軸ステム（ｓｔｅｍ）（４０）によって内側へ有
限の凹部からなりたっている。周壁（３９）の内側を長
く伸ばして合うようにしたステム（４０）は、フィルタ
ー膜（２６）のすぐ上に終わっている。

上部分（３１）の周壁（３９）は、容器内側で接線的に
終わっている流入口（１３）を有する。「接線的に」と
いう用語は、流入口（１３）によって形成される導管の
方向が建造物の縦軸の方に向いていないということであ
り、流入する液体が周壁（３９）にそって循環するよう
に周壁に少なくともほぼ平行に容器内側へ導入されると
いうことを意味する。

流入口（１３）は容器の下半分に位置する。

上部分（３１）の上端部壁（４０）に設けられた流出口
（２０）は容器内部空間の最も高い点に位置している。

上端部壁（４０）の中心領域は容器内側へ延びた突起（
４０ａ）よりなる容器中へ導入された空気の泡は突起（
４０ａ）の回りの環状区域内へ移動し流出口（２０）を
通じて排出される。

容器内側へ共軸的に下がっている攪拌器（４１）はマグ
ネット（４３）を含有する水平攪拌器ビーム（４２）か
ら成り立っており、攪拌器ビーム（４２）は容器内部空
間のほぼ全直径にわたり広がっており、その断面は先が
下の方に向いた三角形であり、フィルター膜（２６）上
に配置された剥離エツジ（４４）を形成する。剥離エツ
ジ（４４）での角度は６０°である。

ポリテトラフルオロエチレンより成る攪拌器ビーム（４
２）は、クランプ（４５）によってスリーブ（４７）中
で自由に回転できるように置かれている垂直ピース（４
６）に固定されている。スリーブ（４７）中へしっかり
締められた接線ピン（４８）の周囲部は、ピース（４６
）の環状の溝の中へ延びており、そのピースを軸変位（
ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）　Ｌないように保護する。

攪拌器ビーム（４２）は、容器の下の駆動部品中にある
マグネット（４９）を駆動して、その磁場が攪拌器ビー
ム（４２）中に含有されたマグネット（４３）に作用し
て動く。スリーブ（４７）はシール（５０）で封じられ
た上端部壁（４０）のホールを突き抜けてケースの管状
のアタッチメント（５１）の中へ延びている。アタッチ
メント（５１）の内部ねじ山にあわせて外部ねじ山の手
段で調節可能なピン（５２）はスリーブ（４７）の上端
の中へ延びている。スリーブ（４７）の壁中へねじり込
まれたボルト（５３）は、調節ピン（５２）の溝（５４
）中へ延び、スリーブに関してピンの回転を許容するこ
とによって調節ピン（５２）が軸変位しないようにスリ
ーブ（４７）をしっかり締めている。

ボルト（５３）の外端はアタッチメント（５１）の垂直
なスロット（５５）中に導かれる。ボルト（５３）の位
置で膜（２６）上の攪拌器アーム（４２）の高さがわか
る。

調節ピン（５２）の外端はノブ（５６）が設けられてい
る。さらに、カウンターナツト（５７）が調節ピン（５
２）の外部ねじ山に外部から締められている。

ノブ（５６）を回転して、膜（２６）上の攪拌器アーム
（４２）の高さを磁気攪拌装置（４１）が回転してい、
る間に変えてもよい。このことは、場合によっては連続
的な流れを中断せず攪拌器アームの高さを変化させる必
要があるので、オンライン操作を行う場合は重要である
。さらに、流体の可能な変化（たとえば固体含量、粘度
）に適するように分離操作がなされていてもよい。

上部ケース部分（３１）と下部ケース部分（３０）は、
両ケース部分のそれぞれの外部のつばを通して通じてい
るねじ（５８）により連結されている。

平らなとめ金（図示せず）をフィルターの上部において
フィルター膜のヴオールト（ｖａｕｌｔ）形式を抑えて
もよい。

サンプリング装置の操作では、生物反応器（１０）から
の液体が流入口（１３）に供給され、容器の内部空間を
通って流れて、上部の流出口（２０）を通って出ていく
。回転している攪拌器ビーム（４２）の対称的に下の方
に向けられた剥離エツジ（４４）によってフィルター１
１１Ｌ（２６）の上に交替圧力場を発生させ、容器内側
に静圧を重ねる。交替圧力場により、膜（２６）上に周
期的に循環し、膜を通じて濾液を押える圧力が形成され
る。圧力ピークに遅れて形成される吸引力が、膜上に沈
降した固形分をまい上がらせ液体の循環している流れに
戻すのに効果的となる。この手段を取ることにより、堆
積物が膜上にまったく残らない。

膜（２６）の下の載置体積は、捕集室（３２）および溝
（３３）と同様にホール（３５）と導管（３６）によっ
て形成され、その載置体積は非常に小さく、２１１Ｑぐ
らいである。

これは比較的低い膜内性流速（０，３〜４ＸＩＯ’ＣＩ
／Ｓの間）のために必要である。突然の濃度変化の場合
２分の不動時間および１０分の応答時間を達成すること
が可能である。従って、〉５％／分の濃度勾配でもゆが
みなく再生しうる。

その中に収容されるすべての成分と同様に容器は蒸気殺
菌可能な材料、たとえばスチールあるいはテフロンから
構成されている。

実際に実現したサンプリング装置の実質的データーを以
下に掲げる。

体積：　　約２００ｉＱ 膜表面：　　　約６３ｃｉ’ 直径：　　約９０１ｊ！ 速度：３００〜６００　ｒｐｍ サービス圧カニ〇　ｌ〜０．４バ一ル 供給速度＝　　２０〜３０Ｑ／ｈ 濾液速度：　　　Ｏ、Ｉ−１ｘＱ／ｍｉｎ不動時間：　
　約２分 信号（ｓｉｇｎａｌ’）勾配：〉５％ｍｉｎ　’従来技
術に比べて本発明のサンプリング装置の最も重要な利点
をもう一度以下に示す。

−１ｎ−ｓｉｔｕ蒸発可能、オートクレーブ可能、殺菌
可能 −いつでも簡単に連結でき、入手容易 −低い維持費（セツティング時間　３０分）−高さ調節
可能な攪拌器による膜被覆物の効果的制御 一磁気駆動（シャフト通路がない） −高い耐用年数（複合流体でも） 一無菌操作 一自由な膜選択 一膜上の流れとモジュール中の流れの相互作用がない（
工程の流れにかかわらず） −低い流速（吸引容量を減少） 一工程の流れへの低い影響 一固形分のない濾液（連続的） −低い遅れ時間（パックミキシング（ｂａｃｋ　ｍｉｘ
ｉｎｇ）による濃度のゆがみがない） 一種々の分析器との結合 一ステンレス鋼設計 一簡単な実験室手段（ポンプ、磁気攪拌器）により操作
可能 一高分子の代表的選択除去

【図面の簡単な説明】

竹１１ｉ”７１１−）浦性−・−１し、Ｉ舅七恩＾χ杓
准−ｍ−あり、第２図はサンプリング装置の垂直断面図
であり、第３図はサンプリング装置の平面図であり、第
４図は上の部分を取り除いたサンプリング装置の底の部
分の平面図であり、第５図は濾液流出口部分の拡大断面
図である。第６図は膜の支持として役に立つプレートの
下側の図である。 １０・・・生物反応器、　　　１１・・・ライン、１２
・・容器、　　　　　　１３・・流入口、１４．１５・
・・方向制御バルブ、 １６・・・蒸気排出ライン、１７・・・蒸気ライン、１
８・・・チェックバルブ、１９・・・ライン、２０・・
・流出口、 ２１．２２・・・方向制御バルブ、 ２３・・・チェックバルブ、２４・・・ポンプ、２５・
・・濾液流出口、　　　２６・・・フィルター膜、２７
・・・ポンプ、　　　　２８・・分析器１．２９・・・
捕集器、　　　　３０・・・下部分、３１・・・上部分
、　　　　３２・・・捕集室、３３・・・溝、　　　　
　　　３４・・・プレート、３４ａ・・・傾斜縁部、　
　　３５・・・ホール、３６・・・導管、　　　　　　
３７・・・封止リング、３８．３９・・・周壁、　　　
４０ａ・・・突出部、４０・・・上端部壁、　　　　４
１・・・攪拌器、４２・・・攪拌器アーム、　　４３・
・・マグネット、４４・・・剥離エツジ、　　　４５・
・・クランプ、４６・・・ピース、　　　　　４７・・
・スリーブ、４８・・接線ピン、　　　　４９・・・マ
グネット、５０・・・シール、　　　　　５１・・・ア
タッチメント、５２・・・調節ピン、　　　　５３・・
・ボルト、５４・・・溝、　　　　　　　５５・・・ガ
イドスロット、５６・・・ノブ、　　　　　　５７・・
・カウンタナツト、５８・・・ねじ。 ・ハフラング 第１図 第２図 第３閃 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィルター膜上方に回転攪拌器を有する容器、フィ
   ルター膜上方において該容器内へ通ずる流入口、および
   フィルター膜下方において該容器内へ通ずる濾液流出口
   を備えた、流体から濾過試料を採取するためのサンプリ
   ング装置において、流入口（１３）が底部近接部に配設
   され、かつ攪拌器の回転と同方向に接線的に該容器（１
   ２）に通じ、該容器（１２）の上端部壁（４０）に流出
   口（２０）が配設されたことを特徴とするサンプリング
   装置。 ２、流出口（２０）が流入口（１３）と反対側に設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   サンプリング装置。 ３、容器（１２）の底部がその中心から濾液流出口（２
   ５）へ延びた溝（３３）を有し、そして、多数のホール
   （３５）を有し、かつ下側がホール（３５）で終わって
   いる導管（３６）を有する膜支持体として作用するプレ
   ート（３４）が該底部上に直接に設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の
   サンプリング装置。 ４、放射状に延びた導管（３６）の内端が捕集室（３７
   ）に連結されたことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載のサンプリング装置。 ５、ホール（３５）がプレート（３４）の周縁部に向か
   って先細りしていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項あるいは第４項記載のサンプリング装置。 ６、プレート（３４）の上側部が封止リング（３７）を
   押圧するための傾斜縁部（３４ａ）を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項いずれかに記載
   のサンプリング装置。 ７、攪拌器ビーム（４２）の断面が下の方へ先細りし、
   その下端部に剥離エッジ（４４）が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項いずれ
   かに記載のサンプリング装置。 ８、剥離エッジ（４４）が垂直に延び、その断面が約６
   ０°の角度を形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載のサンプリング装置。 ９、流出口（２０）が上端部壁（４０）の内側の最も高
   い地点に位置し、該上端部壁の中心域が容器中に突き出
   た突出部（４０ａ）を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第８項いずれかに記載のサンプリング
   装置。 １０、攪拌器（４１）が回転する外部マグネット（４９
   ）によって駆動され、回転中に高さの調節が可能な攪拌
   器ビーム（４２）を有する磁気攪拌器であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第９項いずれかに記
   載のサンプリング装置。 １１、攪拌器ビーム（４２）のピース（４６）が、容器
   の上端部壁（４０）で高さ調節可能なように据え付けら
   れたスリーブ（４７）中で自由に回転可能なように置か
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
   のサンプリング装置。 １２、スリーブ（４７）が、横方向に突出し、かつ、上
   端部壁（４０）の管状中空状アタッチメント（５１）の
   垂直なガイドスロット（５５）中へ突出した横断ボルト
   （５３）を有し、かつボルト（５３）の内端が、スリー
   ブ（４７）中へ収納され、かつ、ねじ山により中空状の
   アタッチメント中で調節可能な調節ピン（５２）の環状
   の溝（５４）中へ延びていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１１項記載のサンプリング装置。