JPH0716396B2 - タンク温度をコントロールする方法および装置 - Google Patents
タンク温度をコントロールする方法および装置Info
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- JPH0716396B2 JPH0716396B2 JP2007183A JP718390A JPH0716396B2 JP H0716396 B2 JPH0716396 B2 JP H0716396B2 JP 2007183 A JP2007183 A JP 2007183A JP 718390 A JP718390 A JP 718390A JP H0716396 B2 JPH0716396 B2 JP H0716396B2
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
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。
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。
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
クは設定温度が室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」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
に到達するまでに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と異なるタンクに対応で
きるならば、建設費が節約できる。
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
クは設定温度が室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」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
に到達するまでに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と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。
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。
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、タンク内部または外部に設けた加熱冷却手
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、タンク内の温
度と設定温度との差が大きい間はス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っ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って
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。 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、下記の部
分をもって構成される。 ａ）伝熱用のジャケット（11）、コイルもしくはバッフ
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）側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からなる温水温度コントロー
ル装置、 ｃ）スチーム供給源（8A）および冷水供給源（8B）と、
スチームドレイン排水流路（8D）および冷水還流流路
（8C）とからなる加熱／冷却源（８）、ならびに、 ｄ）タンク内の温度を測定し、測定温度と設定温度との
差にもとづいて、あらかじめ定められたプログラムに従
って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、切り換えまたは量の調節を行なうよう上記温水温
度コントロール装置を動かすコントローラ（７）。 図において、符号（5A,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−オフバルブであり、（5
E）はスチームトラップである。 上記のような温度コントロールの手法を多目的バッチプ
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−III）およびそれらに対応する数の加熱／
冷却源（８−I,8−II,8−III）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）が移動可能であって、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。
内の温度を、タンク内部または外部に設けた加熱冷却手
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、タンク内の温
度と設定温度との差が大きい間はス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っ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って
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。 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、下記の部
分をもって構成される。 ａ）伝熱用のジャケット（11）、コイルもしくはバッフ
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）側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からなる温水温度コントロー
ル装置、 ｃ）スチーム供給源（8A）および冷水供給源（8B）と、
スチームドレイン排水流路（8D）および冷水還流流路
（8C）とからなる加熱／冷却源（８）、ならびに、 ｄ）タンク内の温度を測定し、測定温度と設定温度との
差にもとづいて、あらかじめ定められたプログラムに従
って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、切り換えまたは量の調節を行なうよう上記温水温
度コントロール装置を動かすコントローラ（７）。 図において、符号（5A,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−オフバルブであり、（5
E）はスチームトラップである。 上記のような温度コントロールの手法を多目的バッチプ
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−III）およびそれらに対応する数の加熱／
冷却源（８−I,8−II,8−III）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）が移動可能であって、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。
たとえば周囲温度約20℃においてタンク内の温度を50℃
にコントロールしようとする場合、スタートアップ時に
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℃の差、この場合は従って45℃
以上になったならば）、循環流路に冷水を入れてジャケ
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が太い実線で示したタン
ク内温度にもたらし、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。タンクは固定してお
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図の装置である。
にコントロールしようとする場合、スタートアップ時に
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℃の差、この場合は従って45℃
以上になったならば）、循環流路に冷水を入れてジャケ
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が太い実線で示したタン
ク内温度にもたらし、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。タンクは固定してお
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図の装置である。
容量がそれぞれ300および3000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、
つぎのとおりである。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。
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、
つぎのとおりである。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。
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。設定温度が室温付近であって
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。
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。設定温度が室温付近であって
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。
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
ある。 第４図は、従来技術にお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、タンク温度をコ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、詳細を省略してある。 1,1−I,1−II,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,5B,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）
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
ある。 第４図は、従来技術にお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、タンク温度をコ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、詳細を省略してある。 1,1−I,1−II,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,5B,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）
Claims (5)
- 【請求項１】タンク内の温度を、タンク内部または外部
に設け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、タンク内の温度と設定温度との差が大きい間はス
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った
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
吹き込みを行なっ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タンク温度をコントロールす
る方法。 - 【請求項２】20〜90℃の範囲でタンク内の温度のコント
ロールを行なう請求項１の方法。 - 【請求項３】下記の部分をもって構成される、タンク温
度をコントロールする装置 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、 ｃ）スチーム供給源および冷水供給源と、スチームドレ
イン排水流路および冷水還流流路とからなる加熱／冷却
源、ならびに、 ｄ）タンク内の温度を測定し、測定温度と設定温度との
差にもとづいて、あらかじめ定められたプログラムに従
って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、切り換えまたは量の調節を行なうよう上記温水温
度コントロール装置を動かすコントローラ。 - 【請求項４】容量の異なる２個以上のタンクに対して１
個の温水温度コントロール装置を対応させた請求項３の
装置。 - 【請求項５】容量の異なる２個以上のタンクおよびそれ
らに対応する数の加熱／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／冷却源との間を接続するように構成した
請求項４の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007183A JPH0716396B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | タンク温度をコントロールする方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007183A JPH0716396B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | タンク温度をコントロールする方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216182A JPH03216182A (ja) | 1991-09-24 |
| JPH0716396B2 true JPH0716396B2 (ja) | 1995-03-01 |
Family
ID=11658949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007183A Expired - Fee Related JPH0716396B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | タンク温度をコントロールする方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716396B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008224097A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 製造物の温度調整システム、及び温度調整方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001299327A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-10-30 | Mitsubishi Chemical Engineering Corp | 回分式発酵プラントにおける温度制御方法 |
| CN100535098C (zh) * | 2004-01-14 | 2009-09-02 | 大金工业株式会社 | 温度控制装置 |
| US20080032396A1 (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-07 | Becton, Dickinson And Company | Bioreactor and Method |
| KR101147926B1 (ko) * | 2011-11-30 | 2012-05-24 | 주식회사 제일플랜트 | 가열 및 냉각 싸이클 분리식 반응기 온도 조절장치 |
| US10487824B2 (en) | 2016-12-28 | 2019-11-26 | George D. Petito | Method of making a hydrolyzed collagen gel |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4928871A (ja) * | 1972-07-14 | 1974-03-14 | ||
| JPS61246592A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-11-01 | Shimizu Constr Co Ltd | 向流直接接触型加熱機 |
| JPH058878Y2 (ja) * | 1986-05-08 | 1993-03-04 | ||
| JPS63169984A (ja) * | 1987-01-07 | 1988-07-13 | Hitachi Ltd | 培養装置 |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP2007183A patent/JPH0716396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008224097A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 製造物の温度調整システム、及び温度調整方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03216182A (ja) | 1991-09-24 |
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