DE10100948B4

DE10100948B4 - Selbstüberprüfender Steril-Gasfilter und Verfahren zu dessen automatischer Überprüfung

Info

Publication number: DE10100948B4
Application number: DE2001100948
Authority: DE
Inventors: Werner Kemmelmeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Haffmans BV
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: DE10100948A1

Abstract

Selbstüberprüfender Steril-Gasfilter mit
– einem Gasauslaß für gefiltertes Gas und
– einer Kontrolleinrichtung, die:
eine Meßzelle für Streulichtmessung mit Gas aus dem Gasauslaß,
eine Lichtquelle, die Licht auf das in der Meßzelle der Vorrichtung befindliche gasförmige Material sendet,
eine Sensoreinrichtung, die das durch das Material in der Meßzelle gestreute Licht mißt,
eine Steuereinheit, die die Sensoreinrichtung abgegebenen Signale verarbeitet und an eine Anzeige weiterleitet,
und eine Aerosoltröpfchenproduktionseinrichtung, die Aerosoltröpfchen eines Größebereichs von 0,2–2 μm herstellt und in den Gasfilter einleitet, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Selbstüberprüfender Steril-Gasfilter sowie ein Verfahren zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Steril-Gasfilters Gasfilter, wie sie bspw. von der Fa Carl Prandtl GmbH in Rosenheim, Deutschland, für die Sterilfiltration von Gasen hergestellt werden, werden umfangreich eingesetzt. So wird bspw. Reinluft, Sterilluft und andere Gase für klinische Anwendungen, für die Chip-Produktion u. dgl., für die Lebensmittelproduktion, für die Anzucht von Mikroorganismen, wo Fremdkeime unerwünscht sind, benötigt und wird häufig durch Sterilfiltration mit Filtern, die Porengrößen unterhalb der Größe von Mikroorganismen haben, hergestellt. Leider haben die Filtermedien von Gasfiltern nur eine begrenzte Lebensdauer, da die Filtermedien sich mit der Zeit mit den ausgefilterten Materialien zusetzen. Dies gilt für alle Gasfilter, Kerzenfilter, Membranfilter etc. In einigen Fällen – allerdings nicht bei Sterilfiltern – können sie durch eine kontrollierte Flußumkehr „regeneriert" werden – diese Regeneration muß allerdings überprüft werden, um festzustellen, ob das Filtermaterial durch die Reinigung Schaden genommen hat.
Bei Sterilfiltern ist es noch dazu notwendig, sie bei der Neuinstallation oder beim Kerzen – oder Membranwechsel zu sterilisieren. Ferner müssen Sterilfilter in regelmäßigen Abständen alleine oder mit der Gesamtanlage sterilisiert werden. Dies wird üblicherweise IN-LINE mit Heiß-/Sterilisationsdampf durchgeführt. Dieser Vorgang kann in Fließrichtung oder entgegengesetzt dazu erfolgen. Diese Sterilisation ist sehr belastend für das Filtermaterial, das dadurch geschädigt werden kann. Da der Filter nach der Sterilisation nicht mehr geöffnet werden kann, besteht eine große Gefahr, daß der Anwender zwar dem neu sterilisierten Filter vertraut, dieser aber ein Leck hat.
Die Erschöpfung/Verschleiß eines Steril-Filters zeigt sich häufig durch vermehrten Filterwiderstand an – es ist aber auch möglich, daß das Filtermaterial selbst Schaden nimmt und größere Partikel durchläßt, als aufgrund der Filterkriterien für diesen Filter zulässig sind. Letzteres führt dann zu einer unerwünschten Filterleistung und im Falle von Filtern für die Lebensmittel- oder aber Medikamentenproduktion zu einem Durchlaß von Fremdkeimen, die zu einer Verkeimung von Produkten führen kann.
Es ist daher insbesondere bei Filtern, die für die Sterilfiltration od. dgl. eingesetzt werden, wichtig, daß diese zu bestimmten Zeitpunkten, bspw. nach der Sterilisation oder aber ständig/in regelmäßigen Abständen überprüft werden, um Schaden zu vermeiden.
Bisher war es aufwendig, die Funktion von Gasfiltern zu überprüfen. Es waren Verfahren mit farbigen Rauchkerzen bekannt, bei denen Rauch mit einer bestimmten Partikelgröße durch den Filter gezogen wird, wobei der Durchtritt der Rauchpartikel sodann die Durchlässigkeit des Filters anzeigte. Das Verfahren war aufwendig und erforderte das Einblasen von Rauch in eine Gaszufuhrleitung. Dieses Verfahren war insofern ungünstig, als es nur einen einzelnen Meßwert zu einem bestimmten Zeitpunkt lieferte – eine Dauerkontrolle eines im Einsatz befindlichen Filters – eine „Selbstüberprüfung" dessen Funktionsfähigkeit war nicht möglich.
Aus der DE 44 00 963 C2 sind Vorrichtungen zur Überwachung von Rußfiltern bekannt geworden, welche die Menge durchgelassener Feststoffpartikel überprüfen. Das DE 295 07 061 U1 beschreibt eine automatisierte Vorrichtung zur Prüfung von Partikelfiltern, welche Stäube ausfiltern, wobei mittels optischer Einrichtungen der Durchtritt von Stäuben absolut gemessen wird.
Es ist auch möglich, die Filter ständig durch Druckmessungen zu überprüfen, der Druckabfall über einen Gasfilter ist aber nur ein indirektes Maß der Funktionsfähigkeit des Filters und gibt keinerlei Hinweis darauf, ob die durchgelassene Partikelgröße, die wesentlich für die Sterilfiltration ist, noch der Filterspezifikation entspricht.
Ferner ist es ein ständiges Bedürfnis, auch im Sinne der neuen ISO-Normen, die Funktionalität von Einheiten permanent überprüfen zu können, um eine ständige Qualitätskontrolle sicherzustellen, wobei es auch notwendig ist, Prüfprotokolle, die diese Funktionalität nachträglich beweisen können, zu erstellen. Dieses Bedürfnis wird durch die Filterüberprüfungsverfahren nach dem Stand der Technik nicht erfüllt.
Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, einen selbstüberprüfenden Steril-Gasfilter zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen selbstüberprüfenden Steril-Gasfilter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es kann nun einfach das Filtrat oder aber ein Filtrat, das über den Filtereinlaß eingebrachtes Prüfaerosol, das durch einen Microaerosolerzeuger eine genau definierte Partikelgröße des Aerosols einer Tropfchengroße von 0,2–2 μm enthält, in der erfindungsgemäßen Einheit untersucht werden. Falls festgestellt wird, daß das Aerosol nicht durchtritt, kann dies bspw. dafür genommen werden, daß der Filter keine Öffnungen aufweist, die im Bereich der Größe der Aerosol-Partikel liegen.
Üblicherweise werden dann, falls die Microaerosole den Filter nicht passiert haben, diese auf der Primärseite haften und dann innerhalb kurzer Zeit in Gasform den Filter passieren.
Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur automatischen Überprüfung eines Steril-Gasfilters mit den Merkmalen des Patentanspruches 4.
Die Auswertung der Streustrahlung ermöglicht sowohl die Menge der streuenden Tröpfchen, aber auch eine Bestimmung der durchschnittlichen Tröpfchengröße in dem gasförmigen Material, sodaß hierdurch sogar eine Überprüfung der Größe der durchgelassenen Partikel und damit des Erhalts der Filterkriterien möglich ist.
Der Effekt und verschiedenste auf dem Streulichteffekt beruhende Partikelgrößen-Meßgeräte bzw. Partikelkonzentrationsmeßgeräte sowie Mikroaerosolerzeuger sind auf dem Markt bspw. von der Fa Dinkelberg Labortechnik GmbH, Neu-Ulm, Deutschland, erhältlich, Partikelgrößen- bzw. Partikelkonzentrationsmeßgeräte, so bspw. das Coulter-Gerät, sind u. a. erhältlich von Beckman Instruments, Inc..
Dadurch, daß nun direkt die Tröpfchengröße bzw. die Tröpfchenkonzentration im Filtrat gemessen wird, ist es möglich, eine ständige Überprüfung des Filters ohne den Einsatz von Fremdmaterial oder aber eine Störung des Filtervorgangs durchzuführen, und dies sowohl hinsichtlich dessen Durchlässigkeit als auch hinsichtlich dessen Rückhaltefähigkeit – je nach eingesetztem Aerosol.
Es ist dabei vorteilhaft, daß die Steuerung das Signal der Sensoreinrichtung mit vorabgespeicherten Werten vergleicht und ein Signal, das einen Funktionsmangel anzeigt, wenn das Meßzellensignal oberhalb einer festgelegten Schwelle liegt, abgibt. Dadurch kann dann ein Betreiber auf das Fehlverhalten des Filters aufmerksam gemacht werden. Es kann aber auch eine Filterreinigungsmaßnahme, wie bspw. eine gesteuerte Flußumkehr automatisch ergriffen werden oder aber die Filtration unterbrochen werden, um eine Regeneration des Filters zu ermöglichen. Dabei ist es möglich, daß das einen Funktionsmangel anzeigende Signal zu einer automatischen Abschaltung des Filters bzw. Sperren einer Gasleitung führt, falls das Signal oberhalb eines vorherbestimmten Abschaltgrenzwertes liegt.
Bevorzugt ist die Lichtquelle eine Laserlichtquelle, wobei auch ein Diodenlaser eingesetzt werden kann, der eine erheblich geringere Baugröße ermöglicht.
Die ausgegebene Fehlermeldung kann bspw. eine akustische Fehlermeldung, eine optische Fehlermeldung oder ein Steuersignal sein.
Bevorzugt steuert die Fehlermeldung ein Steuersignal zur Beeinflussung des zu filternden Gasstroms, wie durch eine Ventileinrichtung. Es kann also sofort nach einer Fehlmessung die Filtration unterbrochen und damit Schaden vermieden werden. Es ist auch möglich, eine gewisse Karenzzeit oder aber das Auftreten mehrere Fehlermeldungen innerhalb eines bestimmten Zeitraums zu fordern, bis eine Fehleranzeige/Fehlerabschaltung erfolgt, um einzelne Fehlmessungen auszuschließen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der selbstüberwachenden Gasfiltereinheit ist es möglich, Filter ggf. sogar fernzuüberwachen und derart eine permanente Kontrolle der Gasfilterung, ggf. mit Selbstabschaltung zu ermöglichen.
Besonders vorteilhafte Anwendungen der erfindungsgemäßen Einheit sind solche, in denen eine Verkeimung außerordentlich nachteilig ist, wie bei Reinlufträumen, der Luft von Räumen, in denen Mikroorganismen gezüchtet werden, bei der Lebensmittelherstellung, insbesondere auch der Getränkeherstellung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, auf die sie aber keineswegs beschränkt ist diese dient nur der Illustration und dem besseren Verständnis. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Membranfilters mit automatischer Überprüfung
2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur automatischen Überprüfung eines Gasfilters.
In der nachfolgenden Beschreibung wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Gas filters erläutert.
Wie in 1 gezeigt, weist hier ein Gasfilter – hier ein solcher, wie er in der EP 0152903 B1 beschrieben ist, einen Ausgang für gefiltertes Gas sowie einen Nebenauslaß N auf, der einen Teil des gefilterten Gases abzweigt. Der Nebenauslaßstrom wird durch eine Meßzelle M geleitet, die hier in der Darstellung schematisch als als im Auslaßrohr N befindlich eingezeichnet ist. Der hier gezeigte Gasfilter besitzt auch einen Nebeneinlaß E. Die Meßzelle M weist Fenster auf, durch die Licht von der Lichtquelle L durch den Gasstrom auf eine Sensoreinheit S fällt. Diese Sensoreinheit S ist bevorzugt nicht in der 180° Verlängerung des Lichtstrahls von L angeordnet, sondern in einem Winkel dazu, sodaß sie die Streustrahlung, die durch Tröpfchen im Gasstrom in M erzeugt wird, messen kann. Je nach Intensität der Streustrahlung sind mehr oder weniger Tröpfchen im Gasstrom, die das einfallende Licht streuen können, vorhanden. Aus der Streustrahlung kann im übrigen in an sich bekannter Weise ggf. auch die Tröpfchengröße der im zu messenden Gasstrom vorhandenen Partikel bestimmt werden – bspw. durch Photonenkorrelations-Spektroskopie nach dem Coulter Prinzip. Es kann aber auch nur die Intensität der Streustrahlung als Maß für die Tröpfchenmenge gemessen werden.
Die Sensoreinheit S gibt ein Signal entsprechend der Intensität der Streustrahlung an die Steuereinheit C ab, die das Signal verarbeitet – im vorliegenden Falle mit bekannten, in C abgespeicherten Werten vergleicht und feststellt, ob der Meßwert unterhalb einer Meßwertschwelle liegt. Falls dies der Fall ist, wird kein Fehlersignal ausgegeben. Die Meßwertsignale können auch aufgezeichnet werden, bspw. auf einen Drucker oder aber in einer bekannten Aufzeichnungseinheit, wobei diese Auf zeichnungen als Dokument für die Produktionsüberwachung eingesetzt werden können.
Dabei kann sowohl das einfache Filtrat gemessen werden, als auch ein Filtrat, das ein Mikroaerosol, das in den Eingangsstrom des zu filternden Gases eingebracht wird, enthält. Mikroaerosolerzeuger sind im Stand der Technik bekannt und dem Fachmann geläufig.
Wie in 2 gezeigt, ist es möglich, dann, falls der Meßwert mindestens einmal, bevorzugt mehrfach – wobei dann die Anzahl der Schwellenüberschreitungen vorherbestimmt werden kann – über einer vorherbestimmten Schwelle liegt, ein Fehlersignal auszugeben. Es ist auch möglich, Stufen der Fehleranzeige mit mehreren Schwellen vorzusehen, wobei bei Überschreiten einer unteren Schwelle zunächst eine einfache Reinigungsmaßnahme vorgeschlagen oder durchgeführt wird, bei Erreichen einer höheren Schwelle weitere Maßnahmen, wie Abstellen der Filterung oder Ersatz des Filtermediums erfolgt, wobei alle genannten Maßnahmen bevorzugt automatisiert sein können.

Claims

Selbstüberprüfender Steril-Gasfilter mit – einem Gasauslaß für gefiltertes Gas und – einer Kontrolleinrichtung, die: eine Meßzelle für Streulichtmessung mit Gas aus dem Gasauslaß, eine Lichtquelle, die Licht auf das in der Meßzelle der Vorrichtung befindliche gasförmige Material sendet, eine Sensoreinrichtung, die das durch das Material in der Meßzelle gestreute Licht mißt, eine Steuereinheit, die die Sensoreinrichtung abgegebenen Signale verarbeitet und an eine Anzeige weiterleitet, und eine Aerosoltröpfchenproduktionseinrichtung, die Aerosoltröpfchen eines Größebereichs von 0,2–2 μm herstellt und in den Gasfilter einleitet, aufweist.
Selbstüberprüfender Gasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit das Meßsignal der Sensoreinrichtung mit vorabgespeicherten Werten vergleicht und ein Signal, das einen Funktionsmangel anzeigt, wenn das Meßzellensignal oberhalb einer festgelegten Schwelle liegt, abgibt.
Selbstüberprüfender Gasfilter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Funktionsmangel anzeigende Signal zu einer automatischen Abschaltung des Filters bzw. Sperren einer Gasleitung führt, falls das Signal oberhalb eines vorherbestimmten Abschaltgrenzwertes liegt.
Selbstüberprüfender Gasfilter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist.
Verfahren zur automatischen Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Steril-Gasfilters, mit den Schritten: Einbringen eines Tröpfchen-Aerosols eines Größenbereichs von 0,2–2 μm in den Eingangsgasstrom, Vorbeileiten mindestens eines Teils des gefilterten aerosolbeladenen Gasstroms an einer Streulichtmeßanordnung, die vom Gasstrom gestreutes Licht ermittelt und ein dementsprechendes Streusignal abgibt, und Weiterverarbeitung des Streusignals in einer Steuereinheit mit abgespeicherten Streusignal-Sollwerten, wobei dann, falls das Streulichtsignal oberhalb eines vorherbestimmten Wertes liegt, eine Fehlermeldung abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldung eine akustische Fehlermeldung, eine optische Fehlermeldung oder ein Steuersignal ist.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal zur Beeinflussung des zu filternden Gasstroms eine Ventileinrichtung betätigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßeinrichtung zur Erstellung eines Prüfprotokolls kontinuierlich aufgezeichnet werden.