JPH03216182A - Method and apparatus for controlling tank temperature - Google Patents
Method and apparatus for controlling tank temperatureInfo
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Abstract
Description
［産業上の利用分野】
本発明は、培養タンクのような高精度の温度コントロー
ルを必要とする装置の温度をコントロールする方法に関
する。 本発明はまた、高精度の温度コントロールを行
なうのに適した装置、および容量の異なるタンクを数個
切り換えて使用する多品種少量生産のため、いわゆる「
多目的バッチプラント」に適用するに適した温度コント
ロール装置に関する。[Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for controlling the temperature of a device such as a culture tank that requires highly accurate temperature control. The present invention also provides a device suitable for high-precision temperature control and a device suitable for high-mix, low-volume production that uses several tanks with different capacities by switching between them.
The present invention relates to a temperature control device suitable for application to a multi-purpose batch plant.
バイオ技術の分野で使用するタンク類、たとえば発酵や
細胞培養を行なうタンク類は、高精度の温度コントロー
ルを必要とする。 高精度の要求に加えて、この種のタ
ンクは設定温度が至温に近くて室温変化の影響を受けや
すいという悩みがあり、既存の技術では対処しきれない
。
従来のタンク温度コントロール法は、第２図に示すよう
に、タンク（１）のジャケット（１１）などの加熱冷却
手段に温水または冷水（以下、温水で代表させる）を循
環させ、タンク液を加熱するときはこの温水の温度を熱
交換器（９）で上昇させ、冷却するときは温水に冷水を
導入し混合することにより温水の温度を降下させてタン
ク内温度を間接的にコントロールする、いわゆる「カス
ケード方式Ｊが一般に行なわれている。 熱交換器を使
用した温水循環型カスケードコントロール方式は、設定
温度に到達するまで（長い時間を要するとか、急いで加
熱冷却を行なうとタンク温度のオーバーシュートがみら
れるといった欠点がある。
一方、多品種少量生産を行なおうとする工場においては
、生産量に応じて異なる容量のタンクを複数個用意して
選択使用するが、熱交換器の容量に限界があるため、各
タンクにそれぞれ対応する熱交換器を設置しなければな
らない。 全タンクを同時に使うことは稀で通常は１個
だけ使用すれば足りるのであるから、温度コントロール
手段を１組用意するだけで容量の異なるタンクに対応で
きるならば、建設費が節約できる。
（発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の目的は、タンク類の温度コントロールを
高精度かつ迅速に行なうことのできるコントロール方法
と、その実施に使用する装置を提供することにある。
本発明の第二の目的は、この技術を利用して、多目的バ
ッチプラントに有利な温度コントロール装置を提供する
ことにある。Tanks used in the field of biotechnology, such as those used for fermentation and cell culture, require highly precise temperature control. In addition to the requirement for high precision, this type of tank has a set temperature close to the lowest temperature and is easily affected by changes in room temperature, a problem that cannot be addressed using existing technology. The conventional tank temperature control method, as shown in Figure 2, circulates hot or cold water (hereinafter referred to as hot water) through a heating and cooling means such as a jacket (11) of a tank (1) to heat the tank liquid. When cooling, the temperature of this hot water is raised by a heat exchanger (9), and when cooling, cold water is introduced and mixed with the hot water to lower the temperature of the hot water and indirectly control the temperature inside the tank. "Cascade method J is generally used. The hot water circulation type cascade control method using a heat exchanger takes a long time to reach the set temperature, or if heating and cooling is done in a hurry, the tank temperature may overshoot. On the other hand, in factories that attempt to produce a wide variety of products in small quantities, multiple tanks with different capacities are prepared and used selectively depending on the production volume, but there is a limit to the capacity of the heat exchanger. Therefore, it is necessary to install a corresponding heat exchanger for each tank. Since it is rare that all tanks are used at the same time and it is usually sufficient to use only one, one set of temperature control means is prepared. If it is possible to deal with tanks of different capacities by just using the same technology, construction costs can be saved. The purpose of this invention is to provide a control method that can be used and a device that can be used to implement it.
A second object of the present invention is to utilize this technology to provide a temperature control device advantageous for multi-purpose batch plants.
本発明のタンク温度をコントロールする方法は、タンク
内の温度を、タンク外側のジャケットもししくは伝熱コ
イルまたはタンク内部の伝熱コイルもしくは伝熱バッフ
ルに熱媒体として温水を循環させてコントロールする方
法において、加熱時は温水中にスチームを気水混合器で
吹き込んで速やかに温度を高め、冷却時は温水に冷水を
混合して速やかに温度を低めて循環させることにより、
高精度のコントロールを実現することを特徴とする。
上記の方法を実現するための、本発明のタンク温度をコ
ントロールする装置は、第１図に示すように、
ａ）伝熱用のジャケット（１１）、コイルもしくはハッ
フルをそなえたタンク（１）、
ｂ）これらの伝熱手段に熱媒体としての温水を循環させ
るライン（２）およびポンプ（３）、ラインの往路（２
１）に設けた気水混合器（４）およびラインの復路（２
２）側に設けた分流ポット（６）からなる温水温度コン
トロール装置、図では一点鎖線で囲んだ符号（ＴＣＭ＞
の部分、ならびに、
Ｃ）スチーム（Ｓｔｍ）供給源（８Ａ）および冷水（Ｃ
Ｗ）供給源（８Ｂ）に、ならびに冷水帰還（ＷＲ）流路
（８Ｃ）およびスチームドレン排水流路（８Ｄ）からな
る加熱／冷却源（８）をもって構成される。
図において、符号（７）はコントローラーであり、（５
Ａ，５Ｂ．５Ｃ）は、スチームの吹き込み量および冷水
の供給量と、それに伴う排水量を調節するためのバルブ
である。 これらのバルブは、制御バルブが好ましいが
、オン〜オフバルブでもよい。 符号（５Ｄ）はスチー
ムドレン排出用のオンーオフバルブであり、（５Ｆ）は
スチムトラップである。
上記のような温度コントロールの手法を多目的パッチプ
ラントに適用した本発明の温度コントロール装置は、第
５図に示すように、容量の異なる２個以上のタンク（１
−Ｉ，１−ＩＩ，１−Ｉ）およびそれらに対応する数の
加熱／冷却源（８−Ｉ，８−ｎ，８−１＞を、それぞれ
対向する位置に配列し、その間を１個の温水温度コント
ロール装置（ＴＣＭ）が移動可能でおって、使用するタ
ンクのいずれかとそれに対応する加熱／冷却源、図示し
た例では（１−ＩＩ＞と（８−ＩＩ＞とを、接続するよ
うに構成した装置である。
［作 用】
たとえば周囲温度約２０℃にあいてタンク内の温度を５
０℃にコントロールしようとする場合、スタートアンプ
時にはスチームだけを温水循環流路内に導入して多量の
熱をタンクに与え、急速な昇温を行なう。 このとき発
生するスチームドレンは、たとえば循環流路に設けたス
チームトラップ（５Ｅ）から、スチームドレン排水流路
（８Ｄ）を通して系外へ排出する。
タンク内容物が加熱された設定温度から一定限度内に入
ったならば（たとえば５゜Ｃの差、この場合は従って４
５℃以上になったならば）、循環流路に温水を入れてジ
ャケット内温度を低下させた状態で、ポンプを稼動させ
加熱を続ける。 以後は、タンク温度の上下に応じて、
循環する温水中にスチームまたは冷水を適量導入し、温
，水温度を調節してタンク温度のコントロールを行なう
。
上記の模様は第３図に示すとおりであって、スタートア
ップ時のスチーム加熱による急速な昇温を実現し、かつ
循環する温水温度のキメ細かな調節により、細い実線で
示したジャケット内温度の変化か太い実線で示したタン
ク内温度をもたらし、短時間で設定温度に到達するとと
もに、オーバーシュートを避けて高精度の温度コントロ
ールを行なうことができる。
第２図に示した構成の従来装置では、熱交換器を用いた
間接加熱による温水温度調節に頼るため、第４図にみる
ように、ジャケット内温度の変化がゆるやかな上に慣性
をもっていて、タンク内温度の上昇が遅いばかりか、オ
ーバーシュートが起りやすい。
前記したように、従来のカスケード方式によるときは、
多目的バッチプラントのタンク温度コントロールには各
タンク専属の熱交換器を設けざるを得なかったが、本発
明に従うときは、スチームや冷水の導入量を調節するだ
けでタンク容量の大小にフレキシブルに対応できるから
、温水温度コントロール装置（ＴＣＭ）を１組用い、バ
ルブ切り換えで２個またはそれ以上のタンクの温度コン
トロールを行なうことができる。 タンクは固定してあ
き、ユーティリティーに関する装置を移動させて対応す
るという考え方の多目的バッチプラントにこれを適用し
たものが、第５図の装置でおる。
［実施例１
容量がそれぞれ３００Ｎおよび３０００Ｎの２個の培養
タンクの温度コントロールを、１組の温水温度コントロ
ール装置を用いて行なった。 設定温度３７℃を維持す
るために定常状態で使用したスチームおよび冷水の量を
、それぞれの制御バルブの開度および循環温水量ととも
に示せば、っぎのとおりである。 この温度コントロー
ルは、ともに±０．１℃以内の精度で行なうことができ
た。
［発明の効果】
本発明の方法によりタンクの温度をコントロールすれば
、設定温度への到達に要する時間が短縮でき、オーバー
シュートの危険がほとんどなく、しかも精度の高いコン
トロールが可能である。
設定温度が至温付近であっても、室温の影響を受けるこ
とが少いから、とくに２０〜９０℃の範囲で使用するタ
ンクの温度コントロールにとって有用である。
本発明の装置は、コンパクトかつ廉価に建設できる。
とくに、２個以上のタンクに１組の温水温度コントロー
ル装置を対応させた場合、この効果は大きい。The method of controlling the tank temperature of the present invention is to control the temperature inside the tank by circulating hot water as a heat medium through a jacket or heat transfer coil on the outside of the tank or a heat transfer coil or heat transfer baffle inside the tank. When heating, steam is blown into hot water using an air-water mixer to quickly raise the temperature, and when cooling, hot water is mixed with cold water to quickly lower the temperature and circulate.
It is characterized by realizing high-precision control. The tank temperature control device of the present invention for realizing the above method, as shown in FIG. 1, includes: a) a tank (1) equipped with a heat transfer jacket (11), a coil or a huffle; b) A line (2) and a pump (3) that circulate hot water as a heat medium through these heat transfer means, and an outgoing line (2).
The air-water mixer (4) installed in 1) and the return route of the line (2)
2) A hot water temperature control device consisting of a diverter pot (6) installed on the side, the symbol (TCM>
and C) a steam (Stm) source (8A) and a cold water (C
W) consists of a supply source (8B) and a heating/cooling source (8) consisting of a cold water return (WR) channel (8C) and a steam drain drain channel (8D). In the figure, symbol (7) is a controller, and (5
A, 5B. 5C) is a valve for adjusting the amount of steam blowing, the amount of cold water supplied, and the amount of drainage associated therewith. These valves are preferably control valves, but may also be on-off valves. The symbol (5D) is an on-off valve for steam drain discharge, and the symbol (5F) is a steam trap. The temperature control device of the present invention, which applies the above-described temperature control method to a multipurpose patch plant, has two or more tanks (one
-I, 1-II, 1-I) and the corresponding number of heating/cooling sources (8-I, 8-n, 8-1>) are arranged in opposing positions, and one The hot water temperature control device (TCM) is movable and can connect either of the tanks used and the corresponding heating/cooling sources, in the example shown (1-II> and (8-II>). [Function] For example, when the ambient temperature is approximately 20°C, the temperature inside the tank is reduced to 50°C.
When trying to control the temperature at 0°C, only steam is introduced into the hot water circulation channel at the time of start amplifier to give a large amount of heat to the tank and rapidly raise the temperature. The steam drain generated at this time is discharged to the outside of the system from, for example, a steam trap (5E) provided in the circulation channel through a steam drain drainage channel (8D). If the contents of the tank are within certain limits from the set temperature at which they were heated (e.g. a difference of 5°C, in this case therefore 4
If the temperature rises above 5°C), hot water is poured into the circulation flow path to lower the temperature inside the jacket, and the pump is operated to continue heating. After that, depending on the rise and fall of the tank temperature,
The tank temperature is controlled by introducing an appropriate amount of steam or cold water into the circulating hot water and adjusting the water temperature. The above pattern is as shown in Figure 3, and by realizing rapid temperature rise by steam heating at startup and finely adjusting the circulating hot water temperature, the temperature inside the jacket changes as shown by the thin solid line. The temperature inside the tank is as shown by the thick solid line, and the set temperature can be reached in a short time, while overshoot can be avoided and temperature control can be performed with high precision. In the conventional device with the configuration shown in Fig. 2, since it relies on hot water temperature control by indirect heating using a heat exchanger, as shown in Fig. 4, the temperature inside the jacket changes slowly and has inertia. Not only does the temperature in the tank rise slowly, but overshoot is likely to occur. As mentioned above, when using the conventional cascade method,
To control tank temperature in a multi-purpose batch plant, it was necessary to install a dedicated heat exchanger for each tank, but when using the present invention, it is possible to flexibly respond to tank capacities by simply adjusting the amount of steam or cold water introduced. Therefore, one set of hot water temperature control devices (TCM) can be used to control the temperature of two or more tanks by switching valves. The system shown in Figure 5 is an application of this concept to a multi-purpose batch plant, where the tank is fixed and opened, and utility-related equipment is moved. [Example 1 The temperature of two culture tanks with capacities of 300 N and 3000 N, respectively, was controlled using a set of hot water temperature control devices. The amount of steam and cold water used in steady state to maintain the set temperature of 37°C, along with the opening degree of each control valve and the amount of circulating hot water, is as shown below. This temperature control could be performed within ±0.1°C in both cases. [Effects of the Invention] By controlling the temperature of the tank by the method of the present invention, the time required to reach the set temperature can be shortened, there is almost no risk of overshoot, and moreover, highly accurate control is possible. Even if the set temperature is near the maximum temperature, it is hardly affected by room temperature, so it is particularly useful for temperature control of tanks used in the range of 20 to 90°C. The device of the invention is compact and inexpensive to construct.
This effect is particularly significant when one set of hot water temperature control devices is associated with two or more tanks.
第１図は、本発明のタンク温度をコントロールする方法
を説明するためのコントロール装置の基本的構成を示し
たフローダイアグラムである。
第２図は、従来のタンク温度コントロール技術を説明す
るための、第１図に対応するフローダイアグラムである
。
第３図は、本発明の効果を説明するための、スタートア
ップから設定温度に到達するまでのジャケット内温度お
よびタンク内温度の経時変化を示した概念的なグラフで
おる。
第４図は、従来技術にあける温度の変化を示す、第３図
と同様なグラフである。
第５図は、本発明を多目的バッチプラントに適用した場
合を示す、タンク温度を」ントロールする装置の平面図
である。 この図においては、温水温度コントロール装
置はモジュールとしてあらわし、詳細を省略しておる。
１．１−Ｉ，１−ｎ，１−ＩＩＩ・・・タンク１１・・
・ジャケット
２・・・温水循環ライン
２１・・・往 路 ２２・・・復 路３・・・循
環ポンプ
４・・・気水混合器
５Ａ．５８．５Ｃ・・・調節バルブ
５Ｄ・・・スチームドレン排出バルブ
５Ｅ・・・スチームトラップ
６・・・分流ポット
７・・・コントローラ
８・・・加熱冷却源
８Ａ・・・スチーム供給源
８Ｂ・・・冷水供給源
８Ｃ・・・冷水帰還流路
８Ｄ・・・スチームドレン排水流路
９・・・熱交換器
ＴＣＭ・・・温水温度コントロール装置（モジュール）FIG. 1 is a flow diagram showing the basic configuration of a control device for explaining the method of controlling tank temperature of the present invention. FIG. 2 is a flow diagram corresponding to FIG. 1 for explaining a conventional tank temperature control technique. FIG. 3 is a conceptual graph showing changes in the jacket internal temperature and tank internal temperature over time from startup until the set temperature is reached, in order to explain the effects of the present invention. FIG. 4 is a graph similar to FIG. 3, showing changes in temperature in the prior art. FIG. 5 is a plan view of a device for controlling tank temperature, showing the case where the present invention is applied to a multi-purpose batch plant. In this figure, the hot water temperature control device is shown as a module, and details are omitted. 1.1-I, 1-n, 1-III...Tank 11...
- Jacket 2...Hot water circulation line 21...Outward path 22...Inbound path 3...Circulation pump 4...Air water mixer 5A. 58.5C...Adjustment valve 5D...Steam drain discharge valve 5E...Steam trap 6...Diversion pot 7...Controller 8...Heating and cooling source 8A...Steam supply source 8B...・Cold water supply source 8C...Cold water return flow path 8D...Steam drain drainage flow path 9...Heat exchanger TCM...Hot water temperature control device (module)
Claims (6)
た加熱冷却手段に熱媒体として温水を循環させてコント
ロールする方法において、加熱時は温水中にスチームを
気水混合器で吹き込んで速やかに温度を高め、冷却時は
温水に冷水を混合して速やかに温度を低めて循環させる
ことにより、高精度のコントロールを実現することを特
徴とするタンク温度をコントロールする方法。(1) In a method of controlling the temperature inside the tank by circulating hot water as a heat medium through a heating and cooling means installed inside or outside the tank, when heating, steam is immediately blown into the hot water using a steam-water mixer. A method of controlling tank temperature that is characterized by achieving highly accurate control by increasing the temperature and, during cooling, mixing cold water with hot water to quickly lower the temperature and circulate it.
チームまたは冷水を直接加熱冷却手段に送り込むか、ま
たは温水へのスチームの吹き込みまたは冷水の混合を継
続しながら循環を続け、温度差が所定の限界内に入つた
後はスチームの吹き込みまたは冷水の混合を停止して循
環を続けるか、または逆に冷水の混合またはスチームの
吹き込みを行なつて設定温度に近づけた温水を循環させ
ることにより、短時間で設定温度に到達することができ
、オーバーシュートを避けて高精度のコントロールを実
現することを特徴とする請求項１の方法。(2) While there is a large difference between the temperature inside the tank and the set temperature, steam or cold water is sent directly to the heating/cooling means, or circulation is continued while steam is blown into hot water or cold water is mixed. Once the temperature is within predetermined limits, the steam injection or cold water mixing is stopped and the circulation continues, or conversely, the cold water mixing or steam injection is carried out to circulate hot water close to the set temperature. 2. The method according to claim 1, wherein the set temperature can be reached in a short time, avoiding overshoot and realizing highly accurate control.
を行なう請求項１の方法。(3) The method according to claim 1, wherein the tank temperature is controlled within the range of 20 to 90°C.
トロールする装置 ａ）伝熱用のジャケット、コイルもしくはバッフルをそ
なえたタンク、 ｂ）これらの伝熱手段に熱媒体としての温水を循環させ
るラインおよびポンプ、ラインの往路側に設けた気水混
合器およびラインの復路側に設けた分流ポットからなる
温水温度コントロール装置、ならびに、 ｃ）スチーム供給源および冷水供給源に、ならびにスチ
ームドレン排水流路および冷水帰還流路からなる加熱／
冷却源。(4) A device for controlling tank temperature consisting of the following parts: a) A tank equipped with a jacket, coil or baffle for heat transfer; b) A line for circulating hot water as a heat medium through these heat transfer means; a hot water temperature control device consisting of a pump, a steam/water mixer installed on the outbound side of the line, and a diverter pot installed on the return side of the line, and c) a steam supply source, a cold water supply source, and a steam drain drainage channel Heating consisting of cold water return flow path/
cooling source.
水温度コントロール装置を対応させた請求項４の装置。(5) The apparatus according to claim 4, wherein one hot water temperature control device corresponds to two or more tanks having different capacities.
応する数の加熱／冷却源をそれぞれ対向する位置に配列
し、その間を１個の温水温度コントロール装置が移動可
能であつて、使用するタンクのいずれかとそれに対応す
る加熱／冷却源との間を接続するように構成した請求項
５の装置。(6) Two or more tanks with different capacities and a corresponding number of heating/cooling sources are arranged in opposing positions, and one hot water temperature control device is movable between the tanks used. 6. The apparatus of claim 5, wherein the apparatus is configured to provide a connection between any one of the following: and a corresponding heating/cooling source.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2007183A JPH0716396B2 (en) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | Method and apparatus for controlling tank temperature |
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