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製薬業界における流量計の応用：タービン流量計とコリオリ流量計の選定と今後の発展
Time : 2025-09-09
医薬品製造において、流量計は液体または気体の配管内を流れる流量（体積流量または質量流量）を正確に監視するために用いられる重要な測定装置です。応用例としては、製造コストの最適化、排出基準の管理、製品品質の確保などが挙げられます。医薬品製造で取り扱われる流体は、揮発性、腐食性、あるいは高価な特性を持つもの（特定の医薬有効成分など）であるため、正確な流量測定が特に重要となります。例えば、錠剤のコーティング工程では、コーティング機におけるコーティング剤の用量および空気流量を厳密に制御するために流量計が使用され、コーティング速度やコーティング厚さに直接影響を与えます。本記事では、医薬品業界で最も一般的に使用されている2種類の流量計——タービン式流量計およびコリオリ流量計——について紹介し、流量計技術の今後の開発動向についても考察します。
医薬品業界における流量計の広範な応用
流量測定機器は、医薬品製造チェーン全体において不可欠な役割を果たしており、主に以下の直接的および間接的な用途があります：
直接的な応用例：
原料取扱い：正確な混合比率を確保するために原料の供給量を精密に制御。医薬品有効成分（API）製造：反応物の流量を監視し、 製品 化学合成、発酵、抽出、精製工程において
剤形製造：錠剤、カプセル、注射剤の製造における原料、賦形剤、溶媒の流量を計測。
充填工程：液体またはガス状溶液の充填量を正確に制御し、充填精度を確保。
プロセス制御：混合、攪拌、ろ過、分離などの単位操作中にリアルタイムの流量監視を行い、プロセスの安定性と製品の一貫性を保証。
間接的な応用例：
施設の監視とエネルギー管理：サブメーターによって部門ごとのコストを個別に配分し、水道、電気、ガスなどのエネルギー消費を監視してリソース配分を最適化し、請求プロセスを効率化します。
環境法令順守：廃水および大気排出を監視し、環境規制への準拠を確保します。
製薬プロセスは厳密であり、正確な流量制御により企業によりコントロール可能なプロセスを提供し、効率向上、コスト削減、製品品質の一貫性の確保を支援します。
タービン式流量計：コスト効果が高く一般的な選択肢
タービン式流量計は、製薬およびバイオテクノロジー業界で最も一般的に使用される流量計の一種です。その動作原理は、流体の流れによってブレード付きタービンローターを駆動させ、ローターの回転速度が流体速度に比例することを利用して流量を算出します。
利点と応用
タービン式流量計は、そのシンプルな構造、低コスト、設置や保守の容易さ、広い流量測定範囲、および高速応答（約0.25秒）などの特徴により、製薬業界で広く使用されています。衛生的な設計が施され、GMP準拠の素材（例：316Lステンレス鋼）が使用されることが多く、流体の汚染を防ぎます。多様なプロセス接続やカスタマイズオプションにより、製薬プロセスにおける特定の温度、粘度、密度の要件に対応することが可能であり、さらに圧力損失も最小限に抑えられます。API（医薬有効成分）製造、水処理システム、特定の医薬品製造プロセスにおける流量監視など、日常的かつ耐久性が必要な用途に適しています。
制限とその解決策
タービン式流量計にも選定時に考慮すべき制限があります：
• 流体特性への感度：腐食性のある媒体や高粘度液体には適しておらず、清浄なガスや液体にのみ使用可能です。流体内に空気泡や流量の変動がある場合、測定精度に影響することがあります。
• 安定した流量の必要性：精度を確保するためには、ある程度一貫した流量が必要です。• 必要機器：粒子状物質が羽根車を損傷しないようにするために、上流側にフィルターが必要な場合があります。キャビテーションを防止するために、一定の背圧を維持する必要がある場合もあります。
したがって、タービン流量計は、清浄で低粘度、高速度、安定した流体を取り扱う場合に最も効果的かつ経済的です。
コリオリ流量計：高精度と衛生適合性を象徴する名称
コリオリ流量計は、コリオリ力に基づいて流体の質量流量を直接測定します。高精度、信頼性および優れた衛生性能を持つため、医薬品業界で非常に好まれており、特に測定要求が厳しい分野で活用されています。
タイプ選択：ベント管およびストレート管
用途要件に応じて、主に次の2つのタイプがあります：
• ベント管：高い測定感度を提供し、正確で一貫性があり、測定範囲を調整できる用途に適しています。
• ストレート管：優れた排水性および清掃性を備えており、ASME BPEなどの衛生基準に準拠し、材料の持ち越しおよび交差汚染を効果的に防止し、特に衛生的でクリーンインプレース滅菌（CIP/SIP）を必要とする用途に適しています。
製薬業界におけるコアメリット
コリオリ流量計の利点により、多くの重要なプロセスにおいて最適な選択肢となっています：
• 高い測定精度：精度は±0.1％またはそれ以上に達し、流体の温度、圧力、密度、粘度、導電率の変化による測定への影響はありません。これは、正確な配合が不可欠なプロセス（医薬品原体のブレンドやワクチンのアジュバント添加など）において特に重要です。
・優れた衛生設計と適合性：ストレートチューブ設計により、滑らかでシームレスな完全溶接可能な内面を実現しています。耐食性金属合金（ハステロイなど）を使用しているため、清掃や滅菌が容易で、GMPやFDAなどの厳しい規制に準拠し、汚染リスクを大幅に低減します。
・幅広い適用範囲：コリオリ流量計は、腐食性および毒性のある媒体や高温高圧流体を含め、幅広い液体、ガスおよび蒸気を測定できます。複数の流体との互換性により、原材料処理（高濃度酸性溶液など）から最終製品の充填まで、プロセス全体で完全に適用できます。
・総所有コストが低い：初期購入コストは高めですが、ほとんどメンテナンスを必要としない設計、高い信頼性、長寿命といった特徴により、長期的にわたってダウンタイムを減らし、運用コストを抑えることができます。
コリオリ流量計は、注射用水（WFI）、逆浸透（RO）水、脱イオン（DI）水の測定に最適であり、水システムにおける高純度を保証し、汚染のリスクもありません。また、錠剤コーティングにおける正確なコーティング適用、バイオリアクターでの栄養供給、製品充填においても優れた選択肢です。
流量計における今後のトレンド
流量測定技術は、産業の自動化および知能化の発展とともに絶えず進化しており、今後、製薬業界におけるその応用はさらに深まり、広がっていくでしょう。
- 知能化とネットワーキング：モノのインターネット（IoT）、ビッグデータ、人工知能（AI）技術を統合したスマート流量計が主流となるでしょう。これにより、遠隔監視、リアルタイムでのデータ収集、故障診断および予兆検知（配管の詰まりや漏れなど）、そしてデータ分析を通じて生産プロセスの最適化、生産効率の向上、予知保全を可能にします。ModbusやProfibusなどのプロトコルを介してPLCやDCSシステムと統合することが可能で、デジタルファクトリーの一部を構成します。2. 多パラメーター統合と小型化：次世代の流量計は流量の測定だけでなく、温度、圧力、密度、粘度など、複数のパラメーター測定を統合し、ユーザーにより包括的なプロセス情報を提供し、必要な計器の数を削減します。小型化された設計により、スペースが限られた場面やラボ規模での応用も可能になります。
- 適用範囲の拡大：フローメーターの適用分野は、従来の製薬生産にとどまらず、スマート環境保護（汚染物質排出監視）、精密農業（農業および薬品用水管理）、スマートシティにおける製薬物流管理などにまで拡大する見込みです。
- 高い衛生基準と使いやすさ：規制がますます厳格化するに伴い、フローメーターの衛生設計は継続的に最適化され、洗浄および滅菌プロセスをより簡便かつ効率的に行えるようになります。人機インターフェース（HMI）はより使いやすく進化し、タブレットやスマートフォンなどの携帯端末を通じて直感的な設定、診断情報や履歴データログへのアクセスが可能となり、操作の利便性と生産性が大幅に向上します。
まとめ
製薬業界において、流量計は製品品質、生産効率、および規格適合性を確保する上で重要な装置です。タービン式流量計は、経済性と実用性を備えており、適切な流体および運転条件において効果的な選択肢です。コリオリ式流量計は、超高精度、優れた衛生性および幅広い適応性を備えており、厳格な製薬プロセスおよび規格要求に対応するための強力な手段となっています。
技術の進歩により、フローメーターはよりスマートで統合的かつ利便性の高い機能へと進化しています。製薬企業が適切なフローメーターを選定し、その技術動向を注視することは、プロセス品質の向上、運用コストの削減、医薬品の安全性の確保、およびスマート製造への対応において極めて重要です。今後、小型化や多パラメータ統合技術が成熟するにつれ、フローメーターが製薬業界において果たす役割はさらに顕著になるでしょう。
