KR20180015721A - 무균 액화가스 제조 장치 - Google Patents

무균 액화가스 제조 장치 Download PDF

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KR20180015721A
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츠요시 요시모토
요이치 오히나타
다카오 키노시타
신지 후루야
나오토 스즈키
마사요시 히루마
신지 다카사키
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가부시키가이샤 아루박
아루박ㆍ크라이오 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 무균 액화가스 제조 장치는, 액화가스 저류 탱크 및 상기 액화가스 저류 탱크에 원료가스를 공급하는 원료가스 공급 장치 및 상기 액화가스 저류 탱크 내를 냉각하고 상기 원료가스를 액화하는 냉각 장치 및 상기 원료가스 공급 장치와 상기 액화가스 저류 탱크를 접속하는 공급 배관 및 상기 공급 배관에 설치되는 멸균 필터 및 상기 멸균 필터보다도 하류 부분에 위치하는 멸균 영역을 고온 포화수증기에 의해 가열 멸균하는 멸균 장치 및 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 제거하고 상기 멸균 영역을 건조시키는 건조 장치를 가진다.

Description

무균 액화가스 제조 장치
본 발명은 무균 액화가스 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 무균상태에서 액체 질소 등의 액화가스를 제조·공급할 때에 이용하는 호적한 기술에 관한 것이다.
본원은, 2016년 6월 24일에 일본에 출원된 특원 2016－125997호에 기초해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
의료, 제약, 식품, 연구의 분야에서, 무균상태의 액체 질소 등의 액화가스가 사용되는 것이 증가하고 있다. 이것에 따라, 멸균한 액화가스 제조 장치가 요구되고 있다.
특허 문헌 1~3에는, 제조한 액체 질소를 무균화하는 필터를 구비하고 액체 질소를 공급하는 배관 등을 멸균하는 장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 1은, 액체 질소 충전 장치 내를 고온 가스로 가열 살균하고 장치의 무균성을 유지하는 방법을 제안하고 있다.
특허 문헌 2에는, 극저온 내성을 가지는 재질의 필터를 이용하여 액체 질소를 무균화하는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌 3에는, 무균화한 가스를 냉각해서 액화하는 것, 및 배관 등을 증기에 의해서 멸균하는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2000－185710호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 제4766226호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허공표 2013－531212호 공보
그러나, 특허 문헌 1의 기술에서는, 장치를 가열하는 것은 다대한 에너지와 시간이 필요한데다가, 장치는 액체 질소의 초저온과 고온 가스에 의한 고온의 쌍방을 견디지 않으면 안 된다. 이 때문에, 장치의 부품에 요구되는 열특성으로서 -200℃에서＋200℃ 정도의 넓은 온도 범위가 요구되고, 부품의 재질 선택 범위가 좁아지거나 장치 전체의 구조가 복잡화하거나 하는 문제가 생긴다.
또한, 특허 문헌 2에는, 액체 질소를 무균화하는 기능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 필터는 존재하지 않고, 실제로는 지속해서 무균의 액체 질소를 제조하는 것은 용이하지 않다.
또한, 특허 문헌 3에는, 무균화한 가스를 냉각하여 액화하는 것, 및 이 배관 등을 증기에 의해서 멸균하는 것이 기재되어 있다. 그렇지만, 액화가스를 저류(貯留)하는 탱크가 없기 때문에 액화가스의 공급량을 변경할 수 없는데다가, 장치 내에 멸균용의 증기가 잔류할 가능성이 있고, 잔류한 수분에 의해서 균이 번식할 가능성이 없어지지 않는다. 이 때문에, 액화가스에서 무균상태를 보증할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 무균 액화가스의 제조·공급에서, 무균 액화가스의 지속적 제조를 가능하게 하는 것과 함께, 무균상태의 보증을 가능하게 하는 무균 액화가스 제조 장치를 제공한다는 목적을 달성하려고 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치는, 액화가스 저류 탱크, 상기 액화가스 저류 탱크에 원료가스를 공급하는 원료가스 공급 장치, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 냉각하고 상기 원료가스를 액화하는 냉각 장치, 상기 원료가스 공급 장치와 상기 액화가스 저류 탱크를 접속하는 공급 배관, 상기 공급 배관에 설치되는 멸균 필터, 상기 멸균 필터보다도 하류 부분에 위치하는 멸균 영역을 고온 포화수증기에 의해 가열 멸균하는 멸균 장치 및 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 제거하고 상기 멸균 영역을 건조시키는 건조 장치를 가진다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 건조 장치가, 상기 멸균 영역에 고온 불활성 가스를 공급하여 상기 멸균 영역의 건조를 실시해도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 멸균 장치와 상기 건조 장치가, 상기 멸균 필터보다도 상류측에 위치하는 상기 공급 배관에 접속되어도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 공급 배관이, 상기 액화가스 저류 탱크의 상부에 접속되어도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 냉각 장치는, 냉동기를 포함해도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류(貯溜) 가능한 저류 오목부(貯溜凸部)가 설치되어도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압하여 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 배출하는 배출 배관이 설치되어도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압하여 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 배출하는 배출 배관이 설치되고, 상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류 가능한 저류 오목부가 설치되고, 상기 배출 배관이 상기 액화가스 저류 탱크의 상부를 관통하는 것과 함께, 상기 배출 배관의 선단이 상기 저류 오목부의 부근에 위치해도 좋다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에 의하면, 상기 구성을 구비함으로써, 멸균 필터보다도 하류 부분에 위치하는 멸균 영역인 적어도 멸균 필터, 공급 배관, 및 액화가스 저류 탱크 내에 멸균 장치로부터 고온 포화수증기를 공급한다. 이것에 의해, 이 멸균 영역을 가열 멸균하고, 건조 장치에 의해서 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 제거하고, 이 멸균 영역을 건조시킴으로써 멸균 영역의 멸균 처리를 완료한다. 이 무균상태로 된 액화가스 저류 탱크에 원료가스 공급 장치로부터 멸균 필터를 통해 무균상태의 원료가스를 공급하는 것과 함께, 냉각 장치에 의해 액화가스 저류 탱크 내를 냉각해 원료가스를 액화하는 것과 함께 무균 액화가스를 액화가스 저류 탱크에 저류한다. 이것에 의해, 필요에 따라서 제조된 무균 액화가스를 외부로 공급하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 무균이란 멸균된 상태를 의미하고, 멸균이란, 유해·무해를 관계없이, 대상물에 존재하고 있는 모든 미생물 및 바이러스를 사멸시키거나 제거하는 것을 의미한다.
구체적으로는, 무균성 보증 레벨(sterility　assurance　leｖel：SAL)을 만족하는 것을 의미하고, SAL≤10－6(멸균 조작 후, 피멸균물에 미생물의 생존하는 확률이 100만 분의 1 이하인 것)을 의미한다.
또한, 액화가스란, －50℃ 미만의 표준비등점을 가지는 가스이고, 예를 들면, 질소, 산소, 액체공기 및 아르곤을 들 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 건조 장치는, 상기 멸균 영역에 고온 불활성 가스를 공급하여 상기 멸균 영역의 건조를 실시한다. 이것에 의해, 멸균 장치에 의해서 고온 포화수증기를 멸균 영역에 공급하여 멸균 처리를 실시한 후에, 이 건조 장치에 의해서, 고온 불활성 가스를 멸균 영역에 공급함으로써, 멸균 영역인 적어도 멸균 필터, 공급 배관, 및 액화가스 저류 탱크 내에 부착, 혹은, 액화가스 저류 탱크 내에 저류한 수분을 외부로 제거한다. 이 결과, 잔류수분에 기인한 균의 재발생을 방지하고, 멸균 처리 후의 멸균 영역에서의 무균화를 도모하고, 무균 액화가스를 제조하는 것이 가능하게 되는 것과 함께, 제조된 액화가스에서의 무균상태를 보증하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 건조 장치가 멸균 영역에 공급하는 고온 불활성 가스로서는, 질소 가스를 채용할 수 있다. 또한 액화가스 제조시의 원료가스 공급 장치로부터의 공급 유량에 비해, 건조 처리에서의 가스 공급 유량은 크게 설정되는 것이 건조 처리의 단시간화를 위해서 바람직하다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 멸균 장치와 상기 건조 장치가, 상기 멸균 필터보다도 상류측의 상기 공급 배관에 접속됨으로써, 상기 멸균 장치와 상기 건조 장치가 멸균 영역보다 상류측에 접속된 상태로 된다. 이것에 의해, 멸균 영역 전체에 대해서 멸균 처리 및 건조 처리를 실시할 수 있기 때문에, 멸균 영역 전체를 무균상태로 해서 무균 액화가스의 제조를 실시하는 것이 가능하게 되는 것과 함께, 제조된 액화가스에서의 무균상태를 보증하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 상기 공급 배관이, 상기 액화가스 저류 탱크의 상부에 접속됨으로써, 액화가스 저류 탱크의 측면 및 저면에 공급 배관을 관통시킬 필요가 없어진다. 이 때문에, 액화가스 저류 탱크의 내면에서의 표면 처리를 소정 상태로 하는 것을 용이하게 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 양태의 무균 액화가스 제조 장치에서, 액화가스가 접촉 하는 표면, 혹은, 멸균 영역의 내표면은, 위생 규격을 만족하는 상태로 되어 있다. 이것에 의해, 제조된 액화가스에서의 무균상태를 보증하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 위생 규격이란, 식품, 낙농, 양조, 음료, 제과, 수산, 의약, 화장품, 화학산업품, 청량 음료, 맥주, 술, 식육 가공, 화학 약품액, 반도체 등의 제조에 이용되는 규격을 의미한다.
또한, 상기 냉각 장치가, 냉동기를 포함함으로써, 액화가스 저류 탱크의 내부를 원료가스의 액화 온도이거나 그것 이하의 온도까지 냉각하는 것이 용이하게 되어, 액화가스 저류 탱크 내에 저류하는 액화가스를 대량으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류 가능한 저류 오목부가 설치되어 있다. 이것에 의해, 멸균 장치에 의한 가열 멸균으로 생긴 수분을 액화가스 저류 탱크 내에서 이 저류 오목부에 저류하고, 효율적으로 외부로 배출하고 무균상태를 용이하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 양태에서는, 상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압하여 상기 가열 멸균 후의 수분을 배출하는 배출 배관이 설치된다. 이것에 의해, 액화가스 저류 탱크를 가압하는 것만으로, 멸균 장치에 의한 가열 멸균으로 생긴 수분을 액화가스 저류 탱크 내로부터 배출 배관을 통해 효율적으로 외부로 배출하고, 멸균 영역에서의 수분을 없애 균의 재발생을 방지하고, 무균상태를 용이하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 양태의 무균 액화가스 제조 장치에서는, 상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압하여 상기 가열 멸균 후의 수분을 배출하는 배출 배관이 설치되고, 상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류 가능한 저류 오목부가 설치되고 상기 배출 배관이 상기 액화가스 저류 탱크의 상부를 관통하는 것과 함께, 상기 배출 배관의 선단이 상기 저류 오목부의 부근에 위치하고 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 멸균 장치에 의한 가열 멸균으로 생긴 수분을 액화가스 저류 탱크 내에서 이 저류 오목부에 저류하고, 액화가스 저류 탱크를 가압하는 것만으로, 저류 오목부에 저류된 수분을 액화가스 저류 탱크 내로부터 배출 배관을 통해 효율적으로 외부로 배출하고, 멸균 영역에서의 수분을 없애 균의 재발생을 방지하고, 무균상태를 용이하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 액화가스의 제조·저류되는 멸균 영역에서, 고온 포화수증기에 의해서 멸균하고, 건조 장치에 의해서 수분을 제거한다. 이것에 의해, 이 멸균 영역에서의 균의 재발생을 방지하고, 무균상태를 용이하게 유지하고, 무균 액화가스의 제조를 실시하는 것이 가능하게 되는 것과 함께, 제조된 액화가스에서의 무균상태를 보증하는 것이 가능하게 되는 무균 액화가스 제조 장치를 제공할 수 있다고 하는 효과를 발휘하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시 형태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 형태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치에서의 액화가스 제조 공정을 나타내는 플로우 차트(flow chart)이다.
이하, 본 발명의 제1실시 형태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치를, 도면에 기초해 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에서의 무균 액화가스 제조 장치를 나타내는 모식 단면도이고, 도면에서, 부호 10은, 무균 액화가스 제조 장치이다.
본 실시 형태와 관련되는 무균 액화가스 제조 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 액화가스 저류 탱크(11), 원료가스 공급 장치(12), 냉각 장치(13), 공급 배관(14), 멸균 필터(15), 멸균 장치(16), 건조 장치(17), 및 배출 배관(18)을 가진다.
본 실시 형태와 관련되는 액화가스 저류 탱크(11)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 유저(有底) 대략 원통상의 밀폐 용기로 되고 후술한 바와 같이, 위생 사양으로 되어 있다.
액화가스 저류 탱크(11)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이 상단으로 되는 덮개부(11a)를 관통해서 공급 배관(14), 배출 배관(18), 및 냉각 장치(13)가 설치되어 있다. 액화가스 저류 탱크(11)의 저부(11b)는, 저부(11b)와 측벽(11c)의 사이의 접속 위치로부터 저부(11b)의 중심으로 향해 완만하게 하강하는 경사가 형성되어 있다. 저부(11b)의 중앙에는 오목부가 형성되어 있고 오목부가 저류 오목부(19)를 형성하고 있다. 또한 저부(11b)는, 예를 들면, 구면을 잘라낸 곡면상으로 형성되어 있고 액화가스 저류 탱크(11)와 외부의 사이에 압력 차이가 생겼을 경우에, 액화가스 저류 탱크(11)의 강도가 유지 가능하게 되어 있다.
원료가스 공급 장치(12)는, 액화가스의 원료로 되는 원료가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급하도록 구성되어 있고 밸브(14a)를 통해 공급 배관(14)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 원료가스 공급 장치(12)는, 원료가스로서 질소 가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급한다. 원료가스 공급 장치(12)는, 예를 들면, 실온 정도의 원료가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급한다.
본 실시 형태의 원료가스 공급 장치(12)로서는, 흡착제를 이용한 질소발생 장치(PSA)를 가지고 있고 공기로부터 효율적으로 산소와 질소를 분리하고, 99.99%까지의 질소 가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급 가능하다. 또한 원료가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급 가능하면, 원료가스 공급 장치(12)의 구성은, 상기 구성으로 한정되지 않는다.
냉각 장치(13)는, 냉동기 시스템으로, 도 1에 나타낸 바와 같이 액화가스 저류 탱크(11)의 상단으로 되는 덮개부(11a)를 관통하는 기계식 냉동기의 냉각부(13a), 이 냉각부(13a)에 접속되어 냉매 가스를 공급 그리고 회수하기 위한 컴프레서(13b) 및 컴프레서(13b)에 접속된 수냉부(13c)를 가지는 구성으로 되어 있다. 냉각부(13a)는, 덮개부(11a)를 관통해서 액화가스 저류 탱크(11)의 내부로 돌출하고, 원료가스가 기계식 냉동기의 냉각부(13a)와 열교환해서 액화하도록 구성되어 있다. 냉각부(13a)는, 컴프레서(13b)로부터 공급되는 냉매(예를 들면, 헬륨가스)를 사이먼 팽창시키는 것으로, 예를 들면, 80 K의 초저온으로까지 냉각할 수 있다.
컴프레서(13b)은, 예를 들면, 헬륨가스를 냉각부(13a)와 컴프레서(13b)의 사이에서 환류시켜, 냉각부(13a)로부터 열을 빼앗는 구성을 가진다. 이 열은, 수냉부(13c)에 의해서, 외부로 폐열된다.
또한 수냉부(13c)를 설치하지 않고 컴프레서(13b)에 의해 직접 외부로 폐열하는 구성(공냉)을 채용할 수도 있다. 액화가스 저류 탱크(11)의 내부로 돌출한 냉각부(13a)는, 그 표면이 위생 사양을 만족하도록 구성되어 있다.
공급 배관(14)의 하류측은, 액화가스 저류 탱크(11)의 상단으로 되는 덮개부(11a)를 관통해서 액화가스 저류 탱크(11)의 중앙의 축 방향으로 위치하고 있고, 공급 배관(14)은, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 종으로 연재(延在)하도록 설치되어 있다. 액화가스 저류 탱크(11)의 내부로 연재하는 공급 배관(14)의 관 측면에는, 전체 길이에 걸쳐서 다수의 관통공이 설치되어 있고 액화가스 저류 탱크(11)의 내부로 연재하는 공급 배관(14)의 내부와 액화가스 저류 탱크(11)의 내부가 연통하고 있다.
공급 배관(14)의 상류측에는, 멸균 필터(15)가 설치되어 있다. 또한 멸균 필터(15)의 상류측에 위치하는 배관은, 세갈래로 분기하도록 형성되어 있다. 분기된 배관에는, 밸브(14a, 14b, 14c)를 통해, 원료가스 공급 장치(12)와 멸균 장치(16)와 건조 장치(17)가 각각 접속되어 있다. 또한 밸브(14a), 밸브(14b), 밸브(14c)는, 3개의 독립한 밸브로 구성할 수도 있지만, 3방향의 분기를 서로 전환 가능한 구성이면, 다른 구성이 채용되어도 좋다.
멸균 필터(15)는, 공급 배관(14)에 설치되어 원료가스 공급 장치(12)로부터 공급된 원료가스를 멸균 가능한 필터이다. 멸균 필터(15)의 여과성능은, 실온 부근에서 나타낼 수 있다. 또한, 후술한 바와 같이, 멸균 필터(15)는, 멸균 장치(16)로부터 공급되는 고온 포화수증기에 의해 여과성능이 저하하지 않는 재질·형상으로 형성되어 있다.
멸균 필터(15), 이 멸균 필터(15)보다도 하류 측에 위치하는 공급 배관(14), 액화가스 저류 탱크(11)의 내부, 배출 배관(18)은, 제조되는 액화가스를 무균상태로 하기 위해서, 액화가스 제조시에는 멸균된 상태를 유지하는 멸균 영역(S)으로 되어 있다.
멸균 필터(15)로서는, 예를 들면, PALL 사제의 기체 멸균용 소수성 PTFE 멤브레인 필터를 채용할 수 있다.
멸균 필터(15)는, 멸균 필터(15)의 내부에 복수의 유로가 변경 가능하게 설치된 구성을 가지고 있고, 예를 들면, 2개, 혹은, 3개의 필터를 병렬로 전환 가능한 구성으로 되어 있다.
멸균 장치(16)는, 예를 들면, 121℃ 이상으로 설정되는 고온 포화수증기를 공급 가능한 포화증기 발생기를 가지고 있고, 밸브(14b)를 통해 분기한 공급 배관(14)에 접속된다.
밸브(14b)를 열림으로 하고, 밸브(14a), 밸브(14c)를 닫힘으로 하고, 멸균 장치(16)에 의해 고온 포화수증기를 공급함으로써, 멸균 필터(15)보다도 하류 부분으로 되는 멸균 영역(S)을 가열 멸균하는 것이 가능하게 된다.
건조 장치(17)는, 100℃ 이상의 고온 불활성 가스를 멸균 영역(S)에 공급함으로써, 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 제거하고 멸균 영역(S) 내를 건조시키도록 구성되어 있다. 멸균 영역(S)에 공급하는 불활성 가스로서는, 예를 들면, 질소 가스를 채용할 수 있다. 또한 건조를 실시할 때, 액화가스의 원료가스 공급량에 대해서, 큰 유량으로 질소 가스를 공급 가능하게 하는 것이 바람직하다.
배출 배관(18)의 상류측은, 액화가스 저류 탱크(11)의 상단으로 되는 덮개부(11a)를 관통해 액화가스 저류 탱크(11)의 중앙의 축 방향에 위치하고 있고, 배출 배관(18)은, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 종으로 연재하도록 설치되어 있다.
배출 배관(18)의 상류측 단부는, 저류 오목부(19)의 최저 위치로 되는 중앙 부분에 대해서 거의 접촉하도록 배치되어 있다. 배출 배관(18)은, 이 저류 오목부(19)에 모인 가열 멸균에 의해 생긴 수분(열수)을 외부로 배출 가능한 드레인으로서 구성되어 있다.
배출 배관(18)의 하류 측에는, 액화가스 저류 탱크(11)의 외부 위치에, 밸브(18a)가 설치되고, 밸브(18a)의 하류 측에는, 밸브(18b)가 설치되어 있다. 밸브(18a)와 밸브(18b)의 사이에는, 밸브(18b)와 분기하도록, 액화가스를 외부로 공급하는 취출구(18c)가 설치되어 있다.
밸브(18b)의 하류에는, 멸균 장치(16)로부터 고온 포화수증기가 공급되었을 때에, 밸브(18b)로부터 배출된 증기를 냉각하는 도시하지 않는 냉각 장치가 설치되는 것도 있다.
취출구(18c)는, 개폐 가능하게 구성되어 있고 이 취출구(18c)로부터 외부로 꺼낸 액화가스를 그대로 저류하는 것, 혹은, 의료, 제약, 식품, 연구 분야 등에서, 무균상태의 액화가스를 사용하는 영역 등에, 취출구(18c)를 배관을 통해 직접 접속하고, 그대로 다른 장치 등에 공급하는 것이 가능하다.
액화가스 저류 탱크(11)에는, 도시하고 있지 않지만, 내부 압력을 측정하는 압력 검출 장치, 내부 온도를 측정하는 온도 검출 장치, 가열 멸균시에 내부를 가열하는 히터, 내부를 가압하는 다이어프램(diaphragm), 소정치 이상으로 압력이 상승했을 경우에 동작하는 안전 밸브 등이 설치되어 있다.
이러한 장치(압력 검출 장치, 온도 검출 장치, 히터, 다이어프램, 안전 밸브) 가운데, 액화가스 저류 탱크(11)의 외부로 연락할 필요가 있는 장치는, 모두 액화가스 저류 탱크(11)의 상단으로 되는 덮개부(11a)를 관통하도록 배치된다.
또한 온도 검출 장치는, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부에서 복수 설치할 수 있다. 온도 검출 장치가 설치되는 위치로서는, 예를 들면, 액화가스 저류 탱크(11)의 측벽의 상측 위치, 냉각부(13a)의 온도를 검출 가능한 냉각부(13a)의 부근의 위치, 액화가스 저류 탱크(11)의 하단으로 되는 저부(11b)의 근방의 위치, 및 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가열하는 히터의 근방의 위치 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치(10)에서, 멸균 영역(S)인 공급 배관(14), 멸균 필터(15), 액화가스 저류 탱크(11), 냉각부(13a), 배출 배관(18), 밸브(18b)의 근처에 위치하는 배출 배관(18)의 하단, 및 취출구(18c)는, 이러한 표면 또는 내면이 위생 사양을 만족하도록 구성되어 있다.
위생 사양을 만족하는 재료로서는, 예를 들면, 스텐레스 강재, 특히, SUS316, SUS316L를 들 수 있다. 또한 그 스텐레스 강재의 표면을 #400번의 연마제를 이용한 경면 연마 처리, 및 전해 연마 처리를 실시함으로써, JIS 규격에 규정되는 스텐레스 위생 배관 등에 준한 사양을 실현할 수 있다. 혹은, 상술의 스텐레스 강재의 표면 또는 상기 처리가 실시된 표면이 Au, Pt 등의 금속으로 덮인 구성을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 멸균 영역(S)을 구성하는 부재나 배관의 이음새, 혹은, 이음새에 설치되는 O링 등은, 위생 규격을 만족하는 실리콘제, 불소 수지제, 불화비닐리덴 계(FKM) 등의 불소 고무 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치에서의 무균 액화가스 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2는, 본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치에서의 액화가스 제조 공정을 나타내는 플로우 차트(flow chart)이다.
본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치(10)에서의 무균 액화가스 제조 방법은, 도 2에 나타낸 바와 같이 멸균 공정(S1), 건조 공정(S2), 수분 배출 공정(S3), 원료가스 공급 공정(S4), 및 액화 냉각 공정(S5)을 가진다.
본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치(10)에서의 무균 액화가스 제조 방법에서는, 우선, 도 2에 나타내는 멸균 공정(S1)으로 해서 멸균 영역(S)을 멸균한다.
멸균 공정(S1)에서는, 우선, 밸브(14a)와 밸브(14c)를 닫힌 상태로 하고 밸브(14b)를 열린 상태로 하고, 냉각 장치(13)를 정지상태로 하고, 원료가스 공급 장치(12)를 정지상태로 하고, 밸브(18a)를 열린 상태로 하고, 밸브(18b)를 열린 상태로 하고, 취출구(18c)를 열린 상태로 한다.
이 상태에서, 멸균 장치(16)를 동작시키고, 포화증기 발생기에서 발생시킨 121℃ 이상으로 설정되는 고온 포화수증기를 밸브(14b)를 통해 공급 배관(14)에 공급한다. 고온 포화수증기는, 밸브(14b)를 통해, 멸균 영역(S)인 공급 배관(14), 멸균 필터(15), 액화가스 저류 탱크(11), 배출 배관(18)을 거치고, 밸브(18b) 측에 위치하는 배출 배관(18)의 하단, 및 취출구(18c)로부터 배출된다. 이것에 의해, 고온 포화수증기가 멸균 영역(S)을 구성하는 부재의 내표면에 접촉하고, 고온 포화수증기가 접촉한 멸균 영역(S)을 구성하는 부재의 내표면에서 멸균 처리를 행해, 멸균 영역(S)의 내표면으로부터 균을 사멸시킨다.
이 때, 도시하지 않는 히터에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가열하는 것이나, 도시하지 않는 다이어프램에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가압하는 것도 가능하다.
멸균 공정(S1)에서의 처리 조건으로서는, 완전 무균상태를 얻기 위해서, 예를 들면, 의약품용 동결건조 장치에서 필요한 멸균의 조건을 채용할 수 있다. 이러한 처리 조건에서는, 예를 들면, 121℃ 이상으로 여겨지는 스팀에 20분 이상, 예를 들면, 30분 정도, 멸균 영역(S)을 노출하고, 이 온도 상태를 유지함으로써, 균을 사멸시킨다. 고온 포화수증기에 의한 멸균 공정(S1)에서의 압력은, 210 kPa 정도, 220 kpa~240 kpa 정도로 할 수 있다.
이 때, 고온 포화수증기가 접촉한 멸균 영역(S)을 구성하는 부재의 내표면에서, 고온 포화수증기는 고온의 수분(뜨거운 물)으로 되어, 가열 멸균으로 생긴 수분(뜨거운 물)이 외부로 배출된다. 또한, 고온 포화수증기로부터 발생한 고온의 수분(뜨거운 물)은, 공급 배관(14), 멸균 필터(15), 액화가스 저류 탱크(11)에서, 액화가스 저류 탱크(11) 저부(11b)의 저류 오목부(19)에 저류된다. 이 경우, 저류 오목부(19)로 되는 저부(11b)에 배출 배관(18)의 상단이 접하도록 설치되어 있는 것으로, 사이펀의 원리에 의해 배출 배관(18)에서 밸브(18b)의 근처에 위치하는 배출 배관(18)의 하단 및 취출구(18c)로부터, 고온의 수분(뜨거운 물)은, 신속하게 배출된다.
멸균 영역(S)이 소정 시간 증기의 고온 상태로 유지된 것이 확인되면, 멸균 장치(16)의 동작을 정지하고, 멸균 공정(S1)을 종료한다.
그 다음에, 도 2에 나타내는 건조 공정(S2)으로서 밸브(14b)를 닫힌 상태로 하고 밸브(14c)를 열린 상태로 한다.
이 상태에서, 건조 장치(17)를 동작시키고, 100℃ 이상의 고온 불활성 가스를 공급 배관(14)에 공급한다. 예를 들면, 질소 가스로 여겨지는 고온 불활성 가스는, 밸브(14c)를 통해, 멸균 영역(S)인 공급 배관(14), 멸균 필터(15), 액화가스 저류 탱크(11), 배출 배관(18)을 거치고, 밸브(18b)의 근처에 위치하는 배출 배관(18)의 하단, 및 취출구(18c)로부터 외부로 배출된다. 이것에 의해, 멸균 공정(S1)에서의 가열 멸균으로 생긴 수분(뜨거운 물)을 제거해 멸균 영역(S) 내를 건조시킨다.
이 때, 도시하지 않는 히터에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가열하는 것이나, 도시하지 않는 다이어프램에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가압하는 것도 가능하다.
건조 공정(S2)에서는, 액화가스 저류 탱크(11) 등의 멸균 영역(S) 내를 건조 하는 것이 필요하기 때문에, 후술하는 액화 냉각 공정(S5)에서의 원료가스 공급 장치(12)로부터의 원료가스 공급에 비해 유량이 많은 고온 불활성 가스를 건조 장치(17)로부터 멸균 영역(S) 내에 공급한다.
건조 장치(17)로부터 공급된 고온 불활성 가스는, 무균상태로 되어 있는 멸균 필터(15)를 통과함으로써, 균을 사멸시킨 무균상태로 멸균 영역(S) 내에 공급된다.
그 다음에, 도 2에 나타내는 수분 배출 공정(S3)로서 건조 공정(S2)에 이어서, 건조 장치(17)로부터 공급된 고온 불활성 가스에 의해서, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가압한다.
이 때, 도시하지 않는 히터에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가열하는 것이나, 도시하지 않는 다이어프램에 의해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 가압하는 것도 가능하다.
저류 오목부(19)에 저류된 가열 멸균으로 생긴 수분(뜨거운 물)이 외부로 배출된 다음은, 건조 장치(17)로부터 공급된 고온 불활성 가스에 의해서, 멸균 영역(S)의 내표면에 부착한 수분은, 증발하고, 배출 배관(18)으로부터 배출된다. 액화가스 저류 탱크(11)의 내부뿐만이 아니라 멸균 영역(S)의 내표면에 부착한 수분이 완전히 외부로 배출된 것을 확인하고, 건조 장치(17)의 동작을 정지시키고, 수분 배출 공정(S3)을 종료한다.
또한 본 실시 형태에서는, 건조 공정(S2)과 수분 배출 공정(S3)이란, 편의상, 다른 공정으로서 말했지만, 동시에 실시하는 공정으로 하는 것도 가능하다.
그 다음에, 도 2에 나타내는 원료가스 공급 공정(S4)으로서 밸브(14c), 밸브(18b)를 닫힌 상태로 하고 밸브(14a)를 열린 상태로 하고, 취출구(18c)를 열린 상태로 한다. 이 상태에서, 원료가스 공급 장치(12)를 동작시키고, 원료가스인 질소 가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급한다.
이 때, 원료가스 공급 장치(12)로부터 공급된 원료가스는, 멸균 필터(15)를 통해 공급 배관(14)을 흘러 액화가스 저류 탱크(11)로 유입하지만, 원료가스가 유입하는 범위는, 멸균 필터(15)보다도 하류 측에 위치하는 멸균 영역(S)이다. 멸균 장치(16)에 의한 멸균 처리가 모두 완료하고 있으므로, 멸균 필터(15)보다도 하류의 멸균 영역(S)으로 되는 부분은, 무균상태를 유지할 수 있다.
그 다음에, 도 2에 나타내는 액화 냉각 공정(S5)으로서 냉각 장치(13)를 동작시키고, 컴프레서(13b)는, 헬륨가스를 컴프레서(13b)와 냉각부(13a)의 사이에서 환류시키고, 냉각부(13a)로부터 열을 빼앗고, 이 열은 수냉부(13c)에 의해서 외부로 폐열된다. 이것에 의해, 덮개부(11a)를 관통해 액화가스 저류 탱크(11)의 내부로 돌출한 냉각부(13a)가 냉각됨으로써, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부를 냉각해 원료가스를 액화한다.
액화된 원료가스는 액화가스 저류 탱크(11)의 내부에 저류된다.
액화가스 저류 탱크(11)에 저류된 무균 액화가스는, 필요에 따라서, 액화가스 저류 탱크(11) 내를 가압해 취출구(18c)로부터 외부로 공급하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 취출구(18c)를 열린 상태로 유지한 채로, 원료가스를 액화가스 저류 탱크(11)에 공급하면, 건조 공정(S2)에서 액화가스 저류 탱크(11) 내(內)는 대기압보다도 높아(1기압＋α)지고 있고, 온도도 높은 상태로 되고 있다. 이것은, 냉각 장치(13)를 동작시켜도 바로 차가워지지 않고, 액화가스 저류 탱크(11) 내의 압력은 원료가스 공급 장치(12)의 공급압까지 오르기 때문이다.
동시에, 가스의 흐름을 일 방향으로 하고 균이 들어가지 않게 하기 위해, 액화가스 저류 탱크(11) 내는 대기압＋α로 되도록 원료가스 공급 장치(12)에 의한 원료가스 공급을 조정한다.
또한, 원료가스가 공급되어 액화 작업하고 있을 때는, 취출구(18c)는 열린 상태를 유지한다.
또한 원료가스가 공급되지 않고 액체가 액화가스 저류 탱크(11) 내에 보관되어 있는 경우는, 입열(入熱)에 의한 원료가스의 증발로 액화가스 저류 탱크(11) 내의 압력이 오른다. 이 때문에, 도시하지 않는 압력 검출 장치와 밸브(18b)를 연동시킴으로써, 액화가스 저류 탱크(11)의 내압을 설정치까지 내리도록 제어되어 있다. 또한, 안전 밸브는 통상은 작동시키지 않는다.
본 실시 형태의 무균 액화가스 제조 장치(10)에서의 무균 액화가스 제조에서는, 멸균 공정(S1), 건조 공정(S2), 및 수분 배출 공정(S3)에 의해서, 멸균 영역(S)이 무균상태로 되어 있다. 이 무균상태를 유지하고 원료가스의 액화 처리를 실시할 수 있기 때문에, 무균 액화가스를 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한 이와 같이, 무균상태를 유지하고 있기 때문에, 제조한 무균 액화가스에서의 무균상태를 보증하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 멸균 필터(15)를 멸균 공정(S1), 건조 공정(S2), 및 수분 배출 공정(S3)에 의해서 무균상태로 하고 있다. 이 상태에서, 공급 배관(14)을 통해서 원료가스 공급 장치(12)로부터 액화가스 저류 탱크(11)를 향해서 원료가스를 공급하면, 원료가스는 멸균 필터(15)를 통과한다. 멸균 필터(15)에 의해서 무균상태로 된 원료가스를 액화가스 저류 탱크(11)의 내부에 공급하여 액화 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 저류 오목부(19)를 설치했기 때문에, 액화가스 저류 탱크(11) 저부(11b)에 저면에 형성된 경사 면(각도)에 따라서, 물을 모으고 쌓인 물(뜨거운 물)을 배출하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 배출 배관(18)이 사이펀상(狀)으로 형성되어 있는 것으로, 저류 오목부(19)에 모인 뜨거운 물을 완전히 외부로 배출할 수 있기 때문에, 액화가스 저류 탱크(11)의 내부 및 배출 배관(18)을 무균상태로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 배출 배관(18)이 저류 오목부(19)에 접하도록 배치되어 있는 것으로, 제조된 액화가스 중에 이물이 있었을 경우에서도, 이물이 저류 오목부(19)에 모이는 형태인 경우에는, 이 이물을 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하고, 상기에서 설명했지만, 이들은 본 발명의 예시적인 것이고, 한정하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 추가, 약어, 치환, 및 그 외의 변경은, 본 발명의 범위로부터 일탈하는 일 없이 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 전술의 설명에 의해서 한정되고 있다고 간주되지 않아야 하고, 청구의 범위에 의해서 제한되고 있다.
본 발명의 활용예로서 바이오 의약, 재생 의료의 분야나, 동결건조 장치에서 제품을 급냉하는 요구가 있는 경우에, 무균 의약품 등에 직접 사용 가능 혹은 무균실로 직접 사용 가능한 무균의 액체 질소를 제공하는 것을 들 수 있다.
10: 무균 액화가스 제조 장치
11: 액화가스 저류(貯留) 탱크
12: 원료가스 공급 장치
13: 냉각 장치(기계식 냉동기 시스템)
13a: 냉각부
13b: 컴프레서
13c: 수냉부
14: 공급 배관
14a, 14b, 14c: 밸브
15: 멸균 필터
16: 멸균 장치
17: 건조 장치
18: 배출 배관
18a, 18b: 밸브
18c: 취출구
19: 저류(貯溜) 오목부
S: 멸균 영역

Claims (8)

  1. 액화가스 저류 탱크,
    상기 액화가스 저류 탱크에 원료가스를 공급하는 원료가스 공급 장치,
    상기 액화가스 저류 탱크 내를 냉각해서 상기 원료가스를 액화하는 냉각 장치,
    상기 원료가스 공급 장치와 상기 액화가스 저류 탱크를 접속하는 공급 배관,
    상기 공급 배관에 설치되는 멸균 필터,
    상기 멸균 필터보다도 하류 부분에 위치하는 멸균 영역을 고온 포화수증기에 의해 가열 멸균하는 멸균 장치, 및
    상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 제거하여 상기 멸균 영역을 건조시키는 건조 장치,
    를 가지는, 무균 액화가스 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건조 장치가, 상기 멸균 영역에 고온 불활성 가스를 공급하여 상기 멸균 영역의 건조를 실시하는, 무균 액화가스 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 멸균 장치와 상기 건조 장치가, 상기 멸균 필터보다도 상류측에 위치하는 상기 공급 배관에 접속되는, 무균 액화가스 제조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 배관이, 상기 액화가스 저류 탱크의 상부에 접속되는, 무균 액화가스 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 냉동기를 포함하는, 무균 액화가스 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류 가능한 저류 오목부가 설치되어 있는, 무균 액화가스 제조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압해서 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 배출하는 배출 배관이 설치되는, 무균 액화가스 제조 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화가스 저류 탱크에는, 상기 액화가스 저류 탱크 내를 가압하여 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분을 배출하는 배출 배관이 설치되고,
    상기 액화가스 저류 탱크의 저부에는, 상기 가열 멸균에 의해 생긴 수분이 저류 가능한 저류 오목부가 설치되고,
    상기 배출 배관이 상기 액화가스 저류 탱크의 상부를 관통하는 것과 함께, 상기 배출 배관의 선단이 상기 저류 오목부의 부근에 위치하고 있는, 무균 액화가스 제조 장치.
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