(57)【要約】【課題】デッドレグを評価することができるデッドレグ評価システム及びデッドレグ評価方法を提供する。【解決手段】デッドレグ１６を含むデッドレグ管路１５を色水で充填する。そして、デッドレグ管路１５に無色水を流す。この無色水を流すと同時に、デッドレグ１６の端部において色濃度を計測する。そして、計測した色濃度が許容範囲内となった経過時間を記録する。このような実験を、デッドレグの条件パラメータを複数変更して行なう。そして、条件パラメータに応じた色濃度が許容範囲内となった経過時間に基づいて、デッドレグを評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デッドレグを含む評価対象形状の配管に第１液体を充填し、
前記配管に第２液体を流して、
前記第１液体の濃度の経時変化により、前記評価対象形状を評価することを特徴とするデッドレグ評価方法。
【請求項２】
構築予定の配管で用いる流水条件を取得し、前記流水条件を用いて前記経時変化を取得することを特徴とする請求項１に記載のデッドレグ評価方法。
【請求項３】
前記第１液体は、着色水であり、前記第２液体は無色水であって、
前記デッドレグを透明管で構成し、
前記透明管内の着色水の色濃度の経時変化を計測して、前記評価対象形状を評価することを特徴とする請求項１又は２に記載のデッドレグ評価方法。
【請求項４】
前記評価対象形状に関するデータを用いた流体解析により、前記第１液体の濃度の経時変化を算出して、前記評価対象形状を評価することを特徴とする請求項１又は２に記載のデッドレグ評価方法。
【請求項５】
デッドレグを含む評価対象形状の配管に関するデータを記憶したモデル記憶部と、
流体解析を実行する制御部とを備えた評価システムであって、
前記制御部が、
前記配管内に第１液体を充填した後、前記配管に第２液体を流したときの流体解析を実行して、前記第１液体の濃度の経時変化を算出し、前記経時変化に関する情報を出力することを特徴とするデッドレグ評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管のデッドレグによる影響を評価するデッドレグ評価方法及びデッドレグ評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医薬品、精密機械部品、電子部品等を生産する工場における用水配管において、枝管の端部に接続されたバルブ止めによって、デッドレグが形成される。このデッドレグは液溜まりとなる部分である。このデッドレグが長い場合、端部において淀みが起きやすく、水質の低下が懸念される。そこで、日本厚生労働省やＷＨＯ等により、デッドレグの定義や条件が規定されている（例えば、非特許文献１参照）。この文献では、日本厚生労働省が発行している「無菌操作法による無菌医薬品の製造に関する指針」には、主管の中心から枝管の先の閉止機構までの距離が枝管内径の６倍以内にし、可能であれば３倍以内が好ましいことが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＧＭＰ構造設備要求比較  製造用水設備  ００１：デッドレグの定義と設定、［online］、一般社団法人  製剤機械技術学会  ホームページ、［平成３０年６月２８日検索］インターネット、〈URL：https://www.seikiken.or.jp/gmp/gmp_hikaku/hikaku.html#yousui001〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
配置スペースの制約や配管の干渉等によって、デッドレグを短くできないときがある。そこで、指針の寸法を遵守するために、枝管やバルブの径を大きくしたり、特殊品を使用したりする。この場合には、配管全体のコストが高くなる。
【０００５】
しかしながら、デッドレグ内の水質については、利用者の要望や使用状況等により異なり、画一的な評価では対応できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するデッドレグ評価方法は、デッドレグを含む評価対象形状の配管に第１液体を充填し、前記配管に第２液体を流して、前記第１液体の濃度の経時変化により、前記評価対象形状を評価する。
【０００７】
また、上記課題を解決するデッドレグ評価システムは、デッドレグを含む評価対象形状の配管に関するデータを記憶したモデル記憶部と、流体解析を実行する制御部とを備えた評価システムであって、前記制御部が、前記配管内に第１液体を充填した後、前記配管に第２液体を流したときの流体解析を実行して、前記第１液体の濃度の経時変化を算出し、前記経時変化に関する情報を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、デッドレグによる影響を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における評価方法における実験装置の概略構成の説明図。
【図２】第１実施形態における実験の処理手順を説明する流れ図。
【図３】第１実施形態におけるデッドレグ長さと色濃度が許容範囲内になる経過時間との関係図。
【図４】第２実施形態における評価システムの構成を説明する説明図。
【図５】第２実施形態における流体解析のモニタリングポイントの位置を説明する説明図であって、（ａ）はデッドレグ長さが６ｄの場合、（ｂ）はデッドレグ長さが３ｄの場合を示す。
【図６】第２実施形態におけるデッドレグ評価処理の処理手順を説明する流れ図。
【図７】第２実施形態における流体解析による時間的濃度変化を説明する図であって、（ａ）はデッドレグ長さが６ｄの場合、（ｂ）はデッドレグ長さが３ｄの場合を示す。
【図８】第２実施形態における流体解析の各モニタリングポイントにおける経過時間に対応した濃度のグラフであって、（ａ）はデッドレグ長さが６ｄの場合、（ｂ）はデッドレグ長さが３ｄの場合を示す。
【図９】変更例におけるデッドレグの条件パラメータを説明する説明図であって、（ａ）は接続部が大きい場合、（ｂ）は接続部が小さい場合、（ｃ）はデッドレグが主管に対して傾斜して接続されている場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を用いて、デッドレグ評価方法及びデッドレグ評価システムを具体化した第１の実施形態を説明する。本実施形態では、評価対象のデッドレグを含む配管からなる試験体を作製し、この試験体のデッドレグに色水を充填させた後、この色水の濃度変化によって、デッドレグの形状（例えば長さ）による影響を評価する。
【００１１】
図１は、試験体を用いて評価する実験装置１０を示している。この実験装置１０では、試験体として、デッドレグ１６が形成されたデッドレグ管路１５を用いる。この試験体は、評価対象のデッドレグが形成された管路と同じ大きさ又は相似形状の透明管で構成する。
【００１２】
デッドレグ管路１５の上流側に位置する管路１２には、無色水が貯蔵されたタンク１１、バルブ及びポンプ１３を設ける。管路１２とデッドレグ管路１５との間には、バルブＢ１を設ける。デッドレグ管路１５と、これの下流側に位置する管路１７との間には、バルブＢ２を設ける。更に、バルブＢ１，Ｂ２及びデッドレグ管路１５を迂回するバイパス管路１８を設ける。このバイパス管路１８には、バルブＢ３を設ける。更に、デッドレグ１６を透明管で構成する。デッドレグ１６の端部には、濃度計測器１９を設ける。この濃度計測器１９は、デッドレグ１６の端部で、デッドレグ内の水の色濃度を計測するために用いる。濃度計測器１９としては、例えば、光の透過率を測定する計測器を用いることができる。
【００１３】
そして、図２に示す実験を行なう。この実験では、条件パラメータを、所定範囲毎に変更し、繰り返して行なう。例えば、条件パラメータとしてデッドレグ長さを用いる。具体的には、デッドレグ１６の内径をｄとした場合、デッドレグ長さを「１．５ｄ」〜「９ｄ」まで、「１．５ｄ」間隔で変更する。
【００１４】
この実験においては、まず、デッドレグ管路に色水を充填する（ステップＳ１−１）。具体的には、バルブＢ１，Ｂ２を閉じ，バルブＢ３を開いて、ポンプ１３を駆動して、タンク１１から、無色水を、管路１２、バイパス管路１８及び管路１７に流す。そして、バルブＢ１，Ｂ２を閉じた状態で、色水を充填したデッドレグ管路１５を、バルブＢ１，Ｂ２の間に取り付ける。これにより、バルブＢ１，Ｂ２の間（デッドレグ１６及びデッドレグ管路１５）は色水で充填され、それ以外の管路は無色水で充填される。
【００１５】
次に、デッドレグ管路に無色水を流す（ステップＳ１−２）。具体的には、バルブＢ３を閉じて、バルブＢ１，Ｂ２を開けて、タンク１１から無色水を、管路１２、デッドレグ管路１５及び管路１７に流す。
【００１６】
次に、色濃度の計測処理を実行する（ステップＳ１−３）。具体的には、デッドレグ管路に無色水を流すと同時に、濃度計測器１９を用いて、デッドレグ１６の端部の水の色濃度を測定し、測定開始からの時間を計測する。
【００１７】
そして、デッドレグの端部の水の色濃度が許容範囲内になった経過時間を記録する（ステップＳ１−４）。ここでは、１０-4以下の濃度になった場合には、許容範囲内と判定し、このときの測定開始からの時間を記録する。
以上の実験を、条件パラメータを変更して、繰り返して行なう。
【００１８】
図３には、上述した実験において、デッドレグ長さを変更し、色濃度が許容範囲になるまでの経過時間を示している。この図においては、デッドレグの内径をｄとした場合、デッドレグ長さが「９ｄ」〜「１．５ｄ」のときの経過時間を示している。そして、デッドレグ長さが長ければ色濃度が許容範囲になるまでの時間が長くなる。そして、この結果を用いて、構築予定の配管において許容されるデッドレグ長さを決定する。
【００１９】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１−１）本実施形態では、評価対象のデッドレグが形成された管路と同じ大きさ又は相似形状で構成されたデッドレグ管路１５を色水で充填した後、無色水を流して、色水の濃度の経時変化によりデッドレグを評価する。これにより、実験によるデッドレグ内の水質変化を用いて、デッドレグによる影響を評価することができる。
【００２０】
（１−２）本実施形態では、条件パラメータとしてのデッドレグ長さを変更して、計測した色濃度が許容範囲となる時間を用いて、デッドレグを評価する。これにより、配管において許容されるデッドレグの長さを決定することができる。
【００２１】
（１−３）本実施形態では、デッドレグ１６の端部に濃度計測器１９を設ける。そして、この濃度計測器１９を用いて、デッドレグ１６の端部における水の色濃度を計測する。これにより、デッドレグの流体状態に影響を与えることなく、デッドレグ内の水質を評価することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
以下、図４〜図８を用いて、デッドレグ評価方法及びデッドレグ評価システムを具体化した第２の実施形態を説明する。上記実施形態では、デッドレグを含む配管の試験体を用いた実験により、デッドレグを評価した。本実施形態では、流体解析（シミュレーション）を用いて、デッドレグを評価する。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、デッドレグ内を充填した色水の色濃度の変化を評価する。
【００２３】
本実施形態では、図４に示す評価システム２０を用いる。
この評価システム２０は、入力部としての入力装置２７及び出力部としての表示装置２８に接続される。入力装置２７は、評価者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置２８は、各種情報を表示するディスプレイ等である。
【００２４】
評価システム２０は、制御部２１と、モデル記憶部としてのデータ記憶部２５とを備えている。
制御部２１は、条件取得部２１１、評価部２１２及び出力部２１３を備える。
条件取得部２１１は、構築予定のデッドレグの条件パラメータを取得する。
例えば、図５に示すように、デッドレグ４０を構成する枝管の内径ｄ、デッドレグ４０が接続する主管４１の内径Ｄ１、長さＬ１、流入速度、初期濃度等を取得する。
【００２５】
なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、デッドレグ長さが「６ｄ」及び「３ｄ」の場合を示している。ここでは、例えば、デッドレグ４０の内径ｄは３７．５ｍｍ、デッドレグ４０が接続する主管４１の内径Ｄ１は５０ｍｍ、主管４１の長さＬ１は４００ｍｍに設定される。
【００２６】
評価部２１２は、データ記憶部２５に記憶された情報を用いて、デッドレグを含む管路（デッドレグ管路）における流体解析を実行する。この流体解析においては、無色水を流している期間における、デッドレグに充填された色水の色濃度の経時変化を算出する。本実施形態では、デッドレグ管路における時間毎の色濃度変化や、デッドレグ内のモニタリングポイントにおける色濃度の時間的変化を、流体解析の結果として取得する。
【００２７】
本実施形態では、図５（ａ）におけるデッドレグ管路では、モニタリングポイントＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６を設定する。モニタリングポイントＰ１１〜Ｐ１５は、デッドレグ４０の中心軸上に等間隔で配置する。Ｐ１１はデッドレグ４０の端部に位置し、モニタリングポイントＰ１２〜Ｐ１５は、それぞれ直上に位置するモニタリングポイントＰ１１〜Ｐ１４から距離Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５分、下がった位置にある。距離Ｌ１２〜Ｌ１５は、例えば０．０５ｍである。また、モニタリングポイントＰ１６は、デッドレグ４０の端部であって、主管の流出側の周縁部に位置する。
【００２８】
更に、図５（ｂ）におけるデッドレグ管路では、モニタリングポイントＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５を設定する。モニタリングポイントＰ２１〜Ｐ２４は、デッドレグ４０の中心軸上に位置する。Ｐ２１はデッドレグ４０の端部に位置し、Ｐ２２，Ｐ２３は、直上に位置するモニタリングポイントＰ２１，Ｐ２２から距離Ｌ２２，Ｌ２３分、下がった位置にある。距離Ｌ２２，Ｌ２３は、例えば０．０５ｍである。モニタリングポイントＰ２４は、モニタリングポイントＰ２３から距離Ｌ２４（０．０１２５ｍ）おいた位置にある。また、モニタリングポイントＰ２５は、デッドレグ４０の端部であって、主管の流出側の周縁部に位置する。
【００２９】
出力部２１３は、流体解析の結果を表示装置２８に表示する。
データ記憶部２５には、流体解析に用いる解析モデルに関するデータが記憶される。本実施形態では、解析条件として、乱流モデルはRANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)、移流項の離散化には二次精度、時間項の離散化には二次精度陰解法、空間の離散化は有限体積法とし、非定常計算を行なう。更に、流入条件は流速規定、流出条件は表面圧力「０」Ｐａ規定とし、壁条件（速度）として一般化対数則モデルを用いる。
なお、乱流モデルはLES(Large Eddy Simulation)、移流項の離散化は三次精度、壁条件（速度）は線形モデルもしくはべき乗モデルを用いてもよい。
【００３０】
次に、図６を用いて、本実施形態におけるデッドレグ評価方法について説明する。
評価システム２０の制御部２１は、条件パラメータの取得処理（ステップＳ２−１）を実行する。具体的には、制御部２１の条件取得部２１１は、評価者により、入力装置２７を介して入力された条件パラメータを取得する。
【００３１】
例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すデッドレグ管路において、流入速度は１ｍ／ｓで、初期濃度を、全流体領域で充填した色水が「１」（＝１００％）とした条件パラメータを取得する。
【００３２】
次に、評価システム２０の制御部２１は、流体解析処理を実行する（ステップＳ２−２）。制御部２１の評価部２１２は、取得した条件パラメータと、データ記憶部２５に記憶されたデータを用いて、流体解析を実行する。
【００３３】
そして、評価システム２０の制御部２１は、評価出力処理を実行する（ステップＳ２−３）。具体的には、制御部２１の出力部２１３は、流体解析の結果を表示装置２８のディスプレイに表示する。
【００３４】
図７及び図８には、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、流体解析を実行した結果を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）には、図５（ａ）及び図５（ｂ）におけるデッドレグ４０内の流体の濃度変化を、所定の経過時間毎に示す。また、図８（ａ）及び図８（ｂ）には、図５（ａ）及び図５（ｂ）における各モニタリングポイントの時間経過に応じた濃度変化を示す。図７及び図８からデッドレグ４０内の流体の時間経過による濃度変化を把握できる。
【００３５】
本実施形態によれば、上記（１−２）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（２−１）本実施形態では、評価システム２０の制御部２１は、流体解析処理を実行する（ステップＳ２−２）。これにより、流体解析により、デッドレグ４０内の流体の経過時間による色濃度の変化から、デッドレグ４０の影響を評価することができる。
【００３６】
（２−２）本実施形態では、評価システム２０の制御部２１は、流体解析の結果として、デッドレグ４０内の流体の濃度変化を出力する。これにより、デッドレグ４０の各部において、デッドレグ４０の影響を評価することができる。
【００３７】
（２−３）本実施形態では、評価システム２０の制御部２１は、流体解析の結果として、各モニタリングポイントＰ１１〜Ｐ２５の時間経過に応じた濃度変化を出力する。これにより、デッドレグ４０内において極小部分であるモニタリングポイントＰ１１〜Ｐ２５における色濃度を用いて、デッドレグ４０を評価することができる。
【００３８】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記第１実施形態において、デッドレグ管路を色水で充填した後、無色水を流して、許容範囲内の色濃度となる時間を計測して、デッドレグ１６を評価した。デッドレグを実験で評価する方法は、これに限られない。例えば、無色水を一定時間（例えば１０分間）流して、デッドレグ端部における残留濃度を測定する。そして、条件を変更したデッドレグと、一定時間後に測定された残留濃度との関係図を用いて、デッドレグを評価する。
【００３９】
・上記第１実施形態において、デッドレグ管路を色水で充填した後、無色水を流して、許容範囲内の色濃度となる時間を計測して、デッドレグを評価した。デッドレグを評価するために用いる濃度は、色濃度に限定されない。例えば、デッドレグ管路を塩水（第１液体）で充填した後、無色水（第２液体）を流して、デッドレグ内の塩分濃度を計測して、デッドレグによる影響を評価してもよい。この場合には、塩分濃度センサをデッドレグに接続する。
【００４０】
・上記第１実施形態においては、実験によりデッドレグを評価し、上記第２実施形態においては、流体解析を用いてデッドレグを評価した。デッドレグの評価は、これらに限られず、実験及び流体解析の両方を用いて行なってもよい。
【００４１】
・上記第２実施形態において、所定時間毎のデッドレグ４０内の流体の濃度変化と、モニタリングポイントＰ１１〜Ｐ２５における時間経過に応じた濃度変化を計測した。計測場所及び数は、これらに限定されない。例えば、デッドレグ４０のモニタリングポイントを流入側の外周端部に設けてもよい。
【００４２】
・上記第２実施形態においては、評価システム２０の制御部２１は、条件パラメータの取得処理（ステップＳ２−１）を実行した。これに代えて、制御部２１は、配管の設計情報から、デッドレグの条件パラメータを取得してもよい。更に、制御部２１は、設計された配管において、流体解析を実行し、流体が停留するデッドレグを特定し、このデッドレグにおける影響を算出する。そして、水質条件を満たさない場合には、制御部２１は、設計見直しの指示を表示装置２８に表示してもよい。
【００４３】
・上記各実施形態においては、デッドレグの評価に用いる条件パラメータとして、デッドレグ長さを用いた。デッドレグの評価に用いる条件パラメータは、これに限定されず、デッドレグの形状を評価できる条件パラメータであればよい。例えば、デッドレグが接続される主管の内径、流れる流体の流速、デッドレグと主管との接続部の状態等を条件パラメータとして用いてもよい。
例えば、図９に示すように、デッドレグにおける接続部の形状を条件パラメータとして用いてもよい。具体的には、図９（ａ）に示す接続部のように、デッドレグ４０の主管４１との面積が、図９（ｂ）に示す接続部に対して大きい場合、各接続部の面積を数値化した値（例えば、曲率や接続部分の面積等）を、条件パラメータとして用いてもよい。更に、デッドレグに隣接する他の分岐までの距離を条件パラメータとして用いてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、主管に対するデッドレグの角度θを、条件パラメータとして用いてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
θ…角度、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…バルブ、Ｄ１，ｄ１…内径、Ｌ１…長さ、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５…モニタリングポイント、Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４…距離、１０…実験装置、１１…タンク、１２，１７…管路、１３…ポンプ、１５…デッドレグ管路、１６，４０…デッドレグ、１８…バイパス管路、１９…濃度計測器、２０…評価システム、２１…制御部、２５…データ記憶部、２７…入力装置、２８…表示装置、４１…主管、２１１…デッドレグ特定部、２１２…評価部、２１３…出力部、３１０…設計情報。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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