タンク洗浄用スプレーボール®の開発

1. はじめに
近年、産業用タンク・配管などを対象として、組み付けやバルカー技術誌取り外しに出来るだけ手間をかけず、作業員がほとんど又は全く介在しないCIP（定置洗浄：Cleaning In Place）が主流となっている。
ここでは、様々な業界のタンク内の洗浄について、洗浄ノズルに着目し、当社製品の固定式・回転式スプレーボール ®
及び開発品の回転式スプレーボール ®を紹介する。

Winter 2020

なお、医薬品業界の重要工程の設備装置については洗浄バリテーションが実施されている。当社スプレーボール ®も洗浄設備の1 重要部品として採用され、顧客のリスクマネーの良い洗浄が可能であり、洗浄液の消費量を抑えられる。

2. 洗浄とは
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固定式スプレーボール ® のイメージ図

Figure1ジメントに貢献している。

穴は高精度の加工で効率よく配置されているが、小さな穴から圧力をかけて噴射されるため流体が引火性の場合、一般的に洗浄とは、汚れを取り除く行為を言う。

材質は導電性PTFEを推奨する。これは、噴射時に静電気本報では、汚れ（表面に付着した固体物質）を後工程のが蓄積され、それが原因で引火する可能性があるからであ処理・加工などに問題ない程度まで取り除く行為を洗浄と定義づける。

る。
使用本数の目安は、Table1のとおりである。

なお、広義の洗浄には気体や液体の中の不純物を取り除く行為も含まれるが、ここでは除外する。
洗浄の清浄度は、目的及び用途によって付着物を100％

Table1
缶体容積

缶体容積あたりの型式ごとの使用本数
スプレーボール ® の使用本数
縦型反応槽

縦型貯槽除去するレベルから、見た目で少なくなっていれば合格とする

600ℓ以下502本1本レベルまで各業界からの要求は様々で、非常に幅が広いの

1 ～ 5㎥

802本1本

6 ～ 10㎥1002本1本である。

備考

3. 固定式スプレーボール®
医療・化学・食品など、あらゆる業界の反応槽、撹拌槽、型式

上表の使用本数については、目安とする。

タンク内に攪拌軸やバッフルなどがある場合は、軸の裏側を洗浄するためにスプレーボール ® の本数を増やすことを推奨する。

貯槽などのタンク内の洗浄用として使用する。接液部が構造はFigure2のように①上ボール②下ボール③ 2 段フラPTFEなので耐熱・耐薬品性を生かし、タンク内に常時装着ンジで構成される。的確に狙った洗浄ポイントに噴射するたしておくことが出来る。また、顧客のタンクノズルオリエンテー

め、ズレ防止目的から取り付けは2 段フランジを採用してションに合わせて噴射位置を設計するので、短時間に効率いる。

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製品の紹介●‌構造はFigure4にあるように、①本体②上ボール③下ボール④固定用リング⑤ツバで構成されており、上下のボールが逆回転する。洗浄水そのものが回転をコントロールするため、内部には回転用の部品がない。よって、シンプルな構造のため、メンテナンスが容易である。
●‌スプレーパターンは直進棒流を形成し、低圧でも効率的な洗浄が出来る。
Figure2●‌噴射パターン（角度）、流量（穴径・穴数）
は、顧客仕様固定式スプレーボール ® の標準構造により変更可能である。

標準寸法については、Table2のとおりである。
Table2標準寸法
φC15 ～ 40

25A×50A

46SB-8030 ～ 70

25A×80A

SB-10070 ～ 100 40A×100A

式

SB-50L（最大）PTFE 導電性 PTFE
400

300

72600

370

97500370

Figure4

バルカー技術誌

洗浄水量
フランジ（L/min） 組み合わせ型

回転式スプレーボール ® の標準構造

また、T 字管などへスプレーボール ®を取り付ける場合は、取り付け方法は、タンクのノズルと配管側のノズルに⑤のツそこに噴射圧が加わることでの反れを防止するためである。

バを挟み込む形で取り付ける。回転式スプレーボール ® の場

フランジ組み合わせについては、
Table2の他にサイズ指定合、固定式スプレーボール ®とは異なり、狙ったポイントに噴が可能であり、フランジの材質についても標準ではSUS304となるが、SS400などの他材質の指定が可能である。

4. 回転式スプレーボール射する必要がないからである。
標準寸法については、Table3のとおりである。
Table3標準寸法

洗浄水量（L/min）

φA

φB

SB-50R

約 25

10042571/2”

SB-80R

約 90

13064863/4”

SB-100R

約 140155881181”

®

型

式

C

テーパーネジ

5. 固定式と回転式の選定について
これまで、固定式スプレーボール ®と回転式スプレーボー
ル®について説明したが、実際にどちらを取り付けたら良いのかわからないというご意見をよくいただくので、固定式と回転式の特徴についてTable4で比較する。

Figure3

回転式スプレーボール ®のイメージ図

回転式スプレーボール ®も用途・材質特性については、固定式スプレーボール ®と同様だが、特徴としては以下のとおりである。

Table4固定式と回転式の比較

タイプ

洗浄水量

洗浄時間

ポイント
洗浄

メンテ
ナンス

固定式〇〇〇△〇

回転式△△△〇〇

価格

洗浄水量・洗浄時間・ポイント洗浄については、固定式は狙って洗浄するため、回転式のように洗浄液をまき散らすより
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つなぎや振れ止めを付ける。これは、一定個所に穴が集中し、No.38

タンク洗浄用スプレーボール ® の開発も効率的な洗浄が出来、洗浄水量と洗浄時間を抑えること

次に回転式スプレーボール®で検討した。同品で洗浄するが出来る。
一方、回転式はタンク内のリンスに向いており、構造がシン場合、Figure4にもあるように最大仰角が 50°であることと、決プルなので分解メンテナンスが容易である。また、穴径が大まった噴射軸しか通らないことからノズル内を洗浄することはきいので目詰まりの心配がない。

到底不可能である。

6. 洗浄の課題
6-1）背景7. 開発品 回転式スプレーボール®
前述のとおり固定式スプレーボール ® では設計に手間がかタンク洗浄の課題となるのが各ノズル内の洗浄である。

かり、従来品の回転式スプレーボール ® ではノズル内が洗浄

バルカー技術誌

従来はタンク内の上鏡、マンホール（ハンドホール）、照明口出来ないことから、顧客要望に応えるため、新規にスリットタ（透視灯口）が洗浄出来ていれば、洗浄検査は合格であっ

イプと穴配列タイプを開発した。次に各開発製品の特徴を説たが、近年では業界に限らず各ノズルの内部まで洗浄出来明する。

ていなければ不合格と判定されるようになった。
その背景として、従来はスプレーボール ® で洗浄出来ないノズルの内部等の細かい部分は、作業員がブラシや布などの手作業で洗浄していた。その結果、人が介在したことによ

穴配列タイプスリットタイプ

り布の繊維や埃などがタンク内に残留し、後工程に甚大な被Winter 2020害をもたらした。いわゆるコンタミネーション（以後コンタミと表記）問題である。
そこで、各業界ではコンタミゼロを目標に人手を介さない洗浄 CIP（定置洗浄）を掲げたのである。CIPの利点としてもう一つ、一定の洗浄効果が期待出来るため、製品の品質安定と向上が図れることが挙げられる。これらのことから、CIP

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計することは、骨が折れる作業である。

Figure6

回転式スプレーボール ® のノズル（タイプ別）が主流となり洗浄ノズルが注目されるようになったのである。
7-1）スリットタイプ
6-2）課題の解決
まず、各ノズル内の洗浄について固定式スプレーボール ®
で検討した。同品で洗浄する場合、Figure5のようにパイプ直進棒流を長くし、下方向から各ノズルに噴射すれば洗浄は可能だ

広域噴射範囲が、Figure2のように最大仰角が 55°のため、固定式スプレー液膜形成範囲

ボール ® の真上に洗浄出来ない範囲が出来てしまう。また、顧客のタンクノズルオリエンテーションごとに噴射ポイントを設洗浄出来ない範囲

Figure7 スリット洗浄イメージ

スリットタイプの構造・材質については従来からある標準品と同様で上下ボールが逆回転し、効率的な洗浄が可能であ長くする

る。洗浄不可範囲となりやすい真上・真下は直進棒流で洗浄し、マンホール・照明口・各ノズルは広域噴射（スリット）で洗浄する。
（Figure7）
スリット開口部が広がっているため、噴射圧は穴形状と比較して若干弱くなるが、噴射に広がりがあるため穴よりも広範囲の洗浄を得意とする。
Figure5 ノズル洗浄検討案

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製品の紹介７-2）穴配列タイプ

この結果からもわかるように、タンク内・ノズル内の洗浄において標準品より開発品のスリット及び穴配列の方が優れていることがわかる。スリットタイプは短時間で広範囲を洗浄出
直進棒流

来、穴配列タイプは強い圧力を保ったまま洗浄ポイントに到液膜形成範囲達するため、特にノズル内の洗浄に優れている。
なお、本洗浄評価試験は次の8．洗浄評価試験で述べている当社が考案した洗浄評価試験で実施した結果であり、

Figure8

穴配列洗浄イメージ

穴配列タイプの構造・材質についても従来からある標準品

グラフの数値が低めに出ているのは、汚れに見立てた試料に固着性の高い物質を使用しているからであり、より厳しい条件で評価試験を実施しているためである。と同様で、上下ボールが逆回転する。洗浄不可範囲となりやすい真上・真下は直進棒流で洗浄し、マンホール・照明口・穴は水圧を保ったまま洗浄ポイントに到達するので、固定式®

スプレーボール のような高い洗浄力を発揮する。穴と穴との8. 洗浄評価試験
代表的な洗浄評価方法として、目視検査や水を主体とした溶媒摘出法・表面からのサンプリング検査などがあるが、距離は、当社独自の設計・加工により密接されており、これ洗浄評価方法を決める際には、対象とする設備装置に関係により各ノズル内への入射が可能となった。

する一般的な汚れをまず考え、適切な洗浄評価方法を選択

また、回転速度もスリットタイプと比較して低速のため、効代 表 的な洗 浄 評 価 方 法とその長 所・短 所について、Table5にまとめる。

7-3）標準品と開発品の洗浄率比較
次に標準品と開発品であるスリットタイプ・穴配列タイプを洗浄率で比較するとFigure9のようになる。

Table5
評価方法

長洗浄評価法の比較
所

短所

目視検査

・容易に実施可能
・主観的・‌表面の汚れが検出可能 ・‌設備全体の検出は不可
・分析装置等が不要
・低濃度が検出不可

リンス水のサンプリング検査

・容易に実施可能・‌付着残留物が検出不可
・‌洗浄剤その他の水溶性 ・‌高精度の分析対象物の物質が検出可能
回収が煩雑・‌洗浄サイクルの日常的モニタリングに使用可能

スワブ検査

・付着物質が検出可能・‌検査者により結果が変動する・‌設備内に入ったり分解する必要がある

洗浄評価試験方法や検査タイミングについては、各社運
タンク内洗浄率用マニュアルで規定されており、各業界において特に基準が定められているわけではない。
当社製品のスプレーボール®を納品する際、顧客立会いのもと洗浄評価試験が実施されることがある。これは、実機タンクにスプレーボール ®を取り付け、顧客要望レベルの洗浄が可能か確認するためである。ここでの検査方法は目視検査が主流で、方法としては汚れに見立てたリボフラビン又は食紅（粘度は約100cp程度）を実機タンク内に霧吹きなどで全体にまんべんなく吹き付けた後、スプレーボール ®を1～2 分程度ノズル内洗浄率（顧客により異なる）稼働し、その後、目視にて汚れが落ちてFigure9 タンク内とノズル内の洗浄率いるか確認するというものである。リボフラビンの場合は、ブ24

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率の良い洗浄が可能である。
（Figure8）する必要がある。

バルカー技術誌

各ノズルは、縦 2 列に配列された小さな穴で洗浄する。このNo.38

タンク洗浄用スプレーボール ® の開発

ラックライトを照らすと反射するので汚れを見つけやすいが、光に弱いという特性があるので取扱いには注意が必要であ

9. おわりにる。食紅は入手・取扱が簡単なため利用されることが多い。

今回はタンク内洗浄ノズルと、洗浄評価試験について紹介

洗浄判定で目視を採用する場合、Table5にもあるように、容した。従来は当社の洗浄ノズルは固定式・回転式共に１種類易に実施可能で分析装置が不要であるという長所はあるしかなかったため、顧客の広い要望にお応えすることが出来が、判定者の知識や経験により判定レベルが左右されるといなかった。

う短所がある。そこで、このような差を無くすために、洗浄評

このたび新しい洗浄ノズルの開発により、様々な噴射パ価試験結果を簡易的に数値化する方法を考案した。この評

ターンの提供が可能となった。それにより、今後は各用途に価方法の長所は、特殊な材料や分析機器を必要としないた合わせた洗浄ノズルを選定いただければ幸いである。

バルカー技術誌

め、簡単に安価で洗浄評価試験を実施出来、結果がすぐにまた、従来の技術の枠にとらわれることなく、洗浄評価試得られるというところである。また、目視とは異なり数値化が験の数値化に成功した。この取り組みを皮切りに、更なる洗可能なので、判定レベルが判定者により左右される心配がな

浄率の向上や新しい洗浄方法を考案し、時代や環境に順応い。課題として、設備全体の試験が難しく、設備に入ったりしたサービスの開発にも努めていきたいと考える。

する必要があるということである。
現在、実用化に向けて改良を検討している。

今後も真の顧客ニーズを追及し、新しい製品・サービスを提供出来るよう尽力していく所存である。

10. 参考文献

Winter 20201）
バルカー バルフロンライニングカタログ

本吉 真由美No.38

研究開発本部
商品開発部

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