DE4209519C3 - Verfahren und Gerät zum schnellen Testen der Unversehrtheit von Filterelementen - Google Patents
Verfahren und Gerät zum schnellen Testen der Unversehrtheit von FilterelementenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und
ein Gerät zum Testen der Unversehrtheit der Filterele
mente in einer Filteranordnung. Die Erfindung ist insbe
sondere anwendbar auf Filtersysteme, die eine sehr gro
ße Anzahl von Filterelementen umfassen, wobei das Be
stimmen eines defekten Elements unter so vielen Ele
menten schwierig wird.
Es sind großdimensionierte Filtersysteme von ver
schiedenartigem Aufbau bekannt, wobei 100 oder mehr
Filterelemente in einem großen Filtergehäuse angeord
net sind. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise bei
der Nahrungsmittel- und der Getränkeindustrie oder
bei der pharmazeutischen Industrie, muß eine Filtrie
rung in großem Maßstab auch unter sterilen Bedingun
gen durchgeführt werden. Nicht nur das Filtergehäuse,
sondern auch die Filterelemente zusammen mit dem
Filtermaterial müssen regelmäßig sterilisiert werden.
Eine derartige Sterilisierung, die beispielsweise mit hei
ßem Wasser oder Dampf durchgeführt wird, kann die
Unversehrtheit des Filtermaterials verschlechtern, ins
besondere wenn die Sterilisierung häufig ausgeführt
werden muß.
Eine Verschlechterung des Filtermaterials und/oder
anderer Teile des Filterelements kann auch bei anderen
Anwendungen auftreten, beispielsweise wenn che
misch-aggressive Substanzen oder Gase hoher Tempe
raturen zu filtern sind. Die Verschlechterung des Filter
elements kann in der Art des Filtermaterials selbst auf
treten, das verschlechtert wird, oder derart, daß eine
Verbindung des Filtermaterials zu dem Filtergehäuse
defekt werden und als Umgehung wirken kann, d. h. eine
Öffnung bilden, die größer als die Porengröße des Fil
termaterials ist.
In der Praxis werden Filterelemente oft in Filtrations
systeme gebaut die ein integraler Teil einiger Produk
tionsarbeitsschritte sind. Es würde ein bemerkenswerter
Nachteil sein, wenn der Betrieb abgestellt und das Fil
trationssystem ausgebaut werden müßte, um die Unver
sehrtheit des Filters in gegebenen Serviceintervallen zu
untersuchen. Ein schnelles und bequemes Verfahren
beim Testen in eingebauten Systemen in situ ist nötig,
das eine geringe Abschaltzeit für die Filtrationsopera
tion erfordert.
In großen Filtersystemen kann nur ein defektes Fil
terelement oder mehrere zu einer wesentlichen Bakte
rienverschmutzung des gefilterten Fluids führen und
möglicherweise zu dem Aufhören der Filtrationsopera
tion. Ein Auffinden des bestimmten Elements oder der
Elemente, das oder die daran schuld ist oder sind, unter
den 100 oder mehr Elementen kann eine sehr zeitauf
wendige Aufgabe sein, insbesondere wenn dies durch
wiederholtes Probieren getan wird. Es sind Mittel zum
Orten der defekten Elemente auf eine systematische Art
notwendig.
Die DE 39 01 644 A1 offenbart einen hydraulischen
Filter in einer Vorrichtung, die zur Dosierung, Steue
rung oder Messung eines Flüssigkeitsflusses verwendet
werden kann. Das Druck-Zeitverhalten wird bestimmt,
um einen konstanten Flüssigkeitsfluß zu realisieren.
Die GB 21 32 366 A offenbart ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Testen der Permeabilität von Mem
branfiltern. Das Testen wird ausgeführt, indem der be
feuchtete Membranfilter auf seiner Einlaßseite Druck
beaufschlagt wird und indem über den einlaßseitigen
Druck P1 und den auslaßseitigen Druck P2 der Diffe
renzdruck am Auslaß gemessen wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher,
ein schnelles und einfaches Verfahren zum Testen eines
oder mehrerer Filterelemente in einem Filtrationssy
stem zu schaffen, ohne daß ein Auseinanderbauen des
Systems erforderlich ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren
zum Testen der Unversehrtheit einer großen Anzahl
von Filterelementen zu schaffen, und einer Filteranord
nung zum Ausführen des Verfahrens, durch das beschä
digte Filterelemente auf eine schnelle, systematische
und effiziente Weise ausgesondert werden können.
Ein Verfahren zum Testen der Unversehrtheit von
mindestens einem Filterelement in einer Filteranord
nung ist geschaffen, wie es in den Ansprüchen definiert
ist. Das Filterelement oder die Elemente ist bzw. sind
mit einer gemeinsamen Auslaßleitung verbunden. Nach
einem Naßmachen des Filtermaterials des mindestens
einen Filterelements wird ein Gasdruck an die Einlaß
seite angelegt und vorzugsweise der Diffusionsfluß
durch das naßgemachte Filtermaterial gemessen. Der
Druck wird dann in der Auslaßleitung als eine Funktion
der Zeit gemessen, wobei Ventileinrichtungen weiter
stromab in der Auslaßleitung geschlossen sind. Gemäß
dem Verfahren wird dann bestimmt, ob der Druck, der
zu einer zuvor ausgewählten Zeit gemessen ist, einen
Referenzdruck um einen vorbestimmten Betrag über
steigt.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die
Zeit, die zum Erreichen eines zuvor ausgewählten
Drucks erforderlich ist, gemessen und mit einer Refe
renzzeit verglichen, um zu bestimmen, ob das Filter un
versehrt ist oder nicht, wiederum bei geschlossenem
Auslaßventil. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfaßt das mindestens eine Filterelement eine Vielzahl
von Filterelementen, die in eine Vielzahl von Filterab
schnitten oder Gruppen unterteilt sind. Die Filterele
mente, die zu jedem Abschnitt gehören, sind mit einer
gemeinsamen Auslaßleitung verbunden.
Das Verfahren umfaßt die Schritte eines Naßmachens
des Filtermaterials (vorzugsweise mit Wasser). Die Fil
terelemente aller Abschnitte mit naßgemachtem Filter
material werden dann einem Gasdruck, vorzugsweise
einem Luftdruck, als Testdruck ausgesetzt. Der Druck in
der Auslaßleitung wird dann für jeden der Vielzahl der
Filterabschnitte als eine Funktion der Zeit gemessen,
und zwar mit geschlossenen Auslaßventilen. Vorzugs
weise wird auch die Diffusionsflußrate über den naßge
machten Filtern gemessen. Der zu einer bestimmten
Zeit gemessene Auslaßdruck wird dann mit einem Refe
renzdruck für jeden der Abschnitte verglichen. Wenn
der gemessene Druck den Referenzwert überschreitet,
ist dies ein Anzeichen, daß das Filtermaterial des Filter
elements selbst irgendwie nicht völlig unversehrt ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des glei
chen Verfahrens wird wieder der Druck in der Auslaß
leitungseinrichtung für jeden Filterelementabschnitt ge
messen. In diesem Fall jedoch wird die Zeit zum Errei
chen eines zuvor gewählten Drucks gemessen. Wenn
diese Zeit kürzer als eine maximale Zeit für jenen Druck
ist, zeigt dies wiederum an, daß der Widerstand des
Filtermaterials nicht ausreichend ist, d. h. irgendwie de
fekt ist.
Das Verfahren enthält vorzugsweise weiterhin ein
Messen der Gasflußrate durch das naßgemachte Filter
material unter dem Testgasdruck. Das Messen der Fluß
rate und auch des Druckaufbaus als eine Funktion der
Zeit erlaubt einen empfindlicheren Test. Temperatur
schwankungen, beispielsweise während des Tests, die zu
einer Verfälschung des Ergebnisses führen würden, kön
nen erfaßt und berücksichtigt werden. Das Verfahren
kann auch in Systemen ausgeführt werden, die kontinu
ierlich unter Druck arbeiten, beispielsweise über atmo
sphärischem Druck. Der Druckaufbau als eine Funktion
der Zeit wird dann in der Auslaßleitung beobachtet,
hinzugefügt zu dem schon in dem System existierenden
Druck. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß man nur
den Gasdruck einstellen, damit sich ein ausreichender
Druckgradient über dem naßgemachten Filtermaterial
ergibt, um einen zuverlässigen Test zu erlauben.
Bei dem Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von
Filterelementen, die in Unterabschnitten angeordnet
sind, kann das Druck-Zeit-Verhalten in jedem Abschnitt
gleichzeitig mit den geeigneten Instrumenten gemessen
werden.
Auf diese Weise kann eine große Anzahl von Filter
abschnitten, die jeweils mehrere Filterelemente umfas
sen, in sehr kurzer Zeit gemessen werden. Jeder Ab
schnitt oder jede Gruppe wird typischerweise zwei bis
fünfzehn Filterelemente umfassen, insbesondere drei bis
sieben Filterelemente. Das Testverfahren hat dann den
Vorteil, daß einzelne Abschnitte gleichzeitig und schnell
geprüft werden können. Wenn einmal der defekte Ab
schnitt isoliert ist, können auch die einzelnen Elemente
dieses Abschnitts, die eine geringe Anzahl aufweisen,
auch schnell getestet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine
Filteranordnung zum Ausführen des obigen Verfahrens
geschaffen, wie es in den Ansprüchen definiert ist. Die
Filteranordnung umfaßt eine Vielzahl von Filterelemen
ten, die in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt sind,
wobei jeder Abschnitt einen Teil der Filterelemente ent
hält (vorzugsweise drei bis sieben Filterelemente). Jeder
Abschnitt hat einen Auslaßverteiler und eine damit ver
bundene Auslaßleitung. Die Auslaßseiten der Filterele
mente sind mit dem Verteiler jedes Abschnitts verbun
den. Druckerfassungseinrichtungen sind angeordnet,
um den Druck in der Auslaßleitung jedes der Abschnitte
zu messen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Ventil
einrichtungen stromab der Druckerfassungseinrichtun
gen in jeder der Auslaßleitungen angeordnet. Auf diese
Art kann ein Gasdurchgang geöffnet oder geschlossen
werden, und zwar individuell für jeden der Vielzahl von
Filterabschnitten. Der Ort der Ventileinrichtungen
stromab der Druckerfassungseinrichtungen erlaubt ein
Messen des Druckaufbaus in jedem Abschnitt als eine
Funktion der Zeit, wie es bei dem obigen Testverfahren
auf Unversehrtheit definiert ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Viel
zahl der Filterelemente in einem gemeinsamen Gefäß
angeordnet, das das zu filternde Fluid enthält, wobei
jedes Filterelement eine Filtermaterialoberfläche hat,
die in direktem Kontakt mit dem einfließenden Fluid ist.
Diese Anordnung der Filter sorgt dafür, daß der Gas
druck, der während des Tests auf Unversehrtheit an die
Filtereinlaßoberfläche angelegt ist, für alle Filterele
mente der gleiche ist.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbei
spiele in Verbindung mit den Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein einfaches Filtrationssystem zum Er
klären des grundsätzlichen Verfahrens der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Druckaufbaus als eine
Funktion der Zeit bei dem Test auf Unversehrtheit;
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Filteranord
nung der vorliegenden Erfindung, die eine Vielzahl von
Filterelementen umfaßt, die in getrennte Filterabschnit
te unterteilt sind; und
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm des Aufbaus
für das Testverfahren auf Unversehrtheit, wenn eine
Vielzahl von Filterelementen beteiligt ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird zu
erst in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erklärt, wobei
nur ein einziges Filterelement 1 beteiligt ist. Eine Einlaß
leitung 8 liefert ein zu filterndes Fluid zu dem inneren
Volumen eines Gefäßes 6. Nach einem Passieren des
Filterelements 1 verläßt das Filtrat das Gefäß 6 durch
eine Leitung 5. Ein Drucksensor PI ist in der Leitung 5
angeordnet, die mit einem Meß- und Steuersystem 30
elektrisch verbunden ist.
Der Test auf Unversehrtheit wird normalerweise
nach einer Reinigungs- oder Sterilisationsprozedur des
Filtrationssystems beginnen. Das Filtermaterial des Fil
terelements 1 wird mit einem Mittel, vorzugsweise Was
ser, als ein erster Schritt der Prozedur naß gemacht. Ein
Test-Gasdruck wird dann an der Einlaßseite des Filter
elements errichtet, d. h. in dem Inneren des Gefäßes 6.
Vorzugsweise wird der Testdruck konstant gehalten,
was mit der Steuereinrichtung 30 erreicht werden kann.
Das bevorzugte Gas ist Luft. Der bevorzugte Testdruck
liegt in dem Bereich von 50 bis 6000 mbar, insbesondere
von 500 bis 5200 mbar.
Der angelegte Gasdruck resultiert in einer Diffusion
des Gases durch das naßgemachte Filtermaterial und
folglich einem Druckaufbau an der Auslaßseite oder
sauberen Seite des Filterelements. Ein Auslaßventil 4 ist
während des Tests geschlossen. Dieser Druckaufbau
wird mit dem Drucksensor PI, der in der Leitung 5 ange
ordnet ist, als eine Funktion der Zeit gemessen.
Das Drucksignal wird aufgezeichnet und in der
Steuereinheit 30 analysiert. Ein typisches Druck-Zeit-
Verhalten ist in Fig. 2 gezeigt. Der Druckaufbau ist für
ein unversehrtes Filterelement und eines, das einen De
fekt aufweist, gezeigt. Mit einem Defekt erlaubt ein be
schädigter Teil des Filtermaterials einen direkten Fluid
durchgang und damit den schnelleren Druckaufbau als
Funktion der Zeit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
vergleicht die Steuereinheit 30 den gemessenen Druck
zu einer Zeit t0 mit einem Referenzdruck, wie es bei
spielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn der gemessene
Druck P0 den Referenzdruck um einen vorbestimmten
Betrag übersteigt, ist dies ein Anzeichen, daß in dem
Filter in der Tat etwas defekt ist. Die Referenzkurve der
Fig. 2 wird von dem Filtermaterial und auch den Dimen
sionen des Filtersystems einschließlich der Leitung 5
abhängen. Die Referenzkurve wird normalerweise em
pirisch bestimmt werden, beispielweise wenn das Filter
system zum ersten Mal in Betrieb genommen wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel bestimmt die
Steuereinheit 30 die Zeit, die zum Erreichen eines zuvor
ausgewählten Drucks erforderlich ist und vergleicht die
se dann mit einer Referenzzeit. Wenn die gemessene
Zeit um einen vorbestimmten Betrag kürzer als die Re
ferenzzeit ist, ist dies wiederum ein Anzeichen für ein
defektes Filterelement.
Zusätzlich kann die Flußrate Q einer Gasdiffusion
durch das naßgemachte Material gleichzeitig mit der
Druckaufbau-Messung gemessen werden. Geräte und
Verfahren zum Zuführen des Testdrucks und zum Mes
sen der Diffusionsflußrate sind beispielsweise aus der
EP-A-0 314 822 bekannt und werden hier vorzugsweise
verwendet. Das Druck-Zeit-Verhalten des Testgases
wird überwacht, was als Parameter für ein automati
sches Zuführen differentieller Volumen des Fluids zu
der Testkammer dient. Die Größe der ausgewählten
zugeführten Volumen unterscheidet sich, bis die er
wünschte Zuführrate erreicht ist. Die Zuführrate ent
spricht auch der Diffusionsflußrate durch die naßge
machten Filterelemente.
Kennt man die Diffusionsflußrate, werden Tempera
turschwankungen, die während der Testprozedur auf
treten könnten, erfaßt. Wenn z. B. die Ausrüstung zuvor
sterilisiert worden ist und nicht ausreichend abgekühlt
ist, kann eine kleine Änderung von nur wenigen Grad
Celsius die Druckmessung verfälschen. Die in der Aus
laßleitung 5 gemessenen Drücke sind in der Größenord
nung von 10 bis 60 mbar, d. h. relativ klein und empfind
lich gegenüber Temperaturänderungen. Wenn ein ho
her Druck gefunden ist der ein defektes Element an
zeigt, wird die Flußrate Q zu dieser Zeit auch geprüft,
um zu sehen, wenn der Druck mit der momentanen
Flußrate konsistent ist. Wenn dies nicht der Fall ist, zeigt
es an, daß eine Temperaturänderung stattgefunden hat,
und der Test wird dann gestoppt und wiederholt, nach
dem sich die Temperaturen stabilisiert haben.
Es ist auch möglich, die Tests auszuführen, wenn das
Gefäß unter einem normalen Betriebsdruck steht. Zum
Beispiel könnte ein Druck, der höher oder niedriger als
atmosphärischer Druck ist, in der Auslaßleitung unter
normalen Betriebsbedingungen des Filtrationssystems
existieren. Bei der Testprozedur wird der angelegte
Gasdruck dann einen Druckgradienten zwischen dem
Inneren des Gefäßes und der Auslaßleitung 5 darstellen.
Der Druckaufbau könnte dann noch als eine Funktion
der Zeit in der Auslaßleitung 5 bestimmt werden, wobei
in diesem Fall der Basisdruck etwas anders als atmo
sphärischer Druck ist. Das Gefäß könnte einen Über
druck haben oder könnte sogar im Vakuumbereich sein.
Das obige Verfahren kann bei eingebauten Systemen
angewendet werden. Der Test selbst dauert normaler
weise 5 bis 20 Minuten, vorzugsweise etwa 10 bis 15 Mi
nuten. Kein Ausbau des Filtrationssystems ist notwen
dig, der Test wird in situ durchgeführt. Anschlüsse sind
natürlich notwendig, um das naßmachende Mittel für
das Filtermaterial zuzuführen, und um den Testgas
druck zuzuführen. Diese Anschlüsse werden jedoch nor
malerweise in dem bestehenden System vorhanden sein.
Das oben beschriebene Verfahren hat insbesondere
Vorteile bei Filtrationssystemen, die eine Vielzahl von
Filterelementen umfassen. Ein derartiges Ausführungs
beispiel wird nun im Zusammenhang mit Fig. 3 erörtert.
Eine Vielzahl von Filterelementen 1 ist in einem Gehäu
se angeordnet, das in der Form eines großen Gefäßes 6
gezeigt ist. Eine Einlaßleitung 8 steht mit dem inneren
Volumen des Gefäßes 6 in Verbindung. Nach einem
Passieren der Filterelemente 1 verläßt das Filtrat das
Gefäß 6 durch die Leitungen 5. Ein Auslaßverteiler 7
sammelt das nach außen gehende Filtrat.
Die Filteranordnung umfaßt weiterhin einen Auslaß
verteiler 2, der mit einzelnen Auslaßöffnungen 3 der
Filterelemente 1 verbunden ist. Die Filterelemente sind
in eine Anzahl von Abschnitten oder Gruppen 10 aufge
teilt, von denen jeder bzw. jede einen Auslaßverteiler 2
aufweist. Nur ein Abschnitt ist in Fig. 3 dargestellt. Bei
dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind drei derartige
Abschnitte von Filterelementen dargestellt. Die Filter
anordnung der Erfindung umfaßt weiterhin Druckerfas
sungseinrichtungen in den Auslaßleitungen 5, wie es in
Fig. 4 gezeigt ist. Die Filteranordnung umfaßt auch
Ventileinrichtungen 4, die in den Auslaßleitungen 5 an
geordnet sind. Die Druckerfassungseinrichtungen sind
stromauf der Ventile 4 angeordnet.
Die Ventileinrichtungen 4 können irgendein geeigne
ter Typ von Ventil sein, vorzugsweise Ventile, die bei
einem Computergesteuerten automatisierten System
verwendet werden können. Derartige Ventile sind Ku
gelhahnen, Klappenventile oder Membranventile. Die
Verteiler oder Adapter 2 sind entwickelt, um zu den
Auslaßöffnungen 3 in der vorbestimmten Anzahl von
Filterelementen 1 eine Verbindung herzustellen. Bei
dieser Anordnung kann ein Gasfluß durch alle Elemente
1 in dem Abschnitt 10 durch das einzelne Ventil 4 in der
Auslaßleitung 5 gesteuert werden. Mehrere Abschnitte
oder alle Abschnitte der Filterelemente können
gleichzeitig gesperrt werden. Die Filterelemente in sol
chen Filtersystemen sind im allgemeinen von zylindri
scher Form, wobei der äußere Teil des Zylinders aus
dem Filtermaterial hergestellt ist. Wie es in Fig. 1 ge
zeigt ist, ist die äußere Oberfläche 9 des Filtermaterials
in direktem Kontakt mit dem Inneren des Gefäßes 6.
Die Filterelemente können auf irgendeine zweckmäßige
Art an dem Auslaßverteiler 2 montiert sein. Der Auslaß
verteiler ist vorzugsweise aus einem synthetischen Ma
terial hergestellt; besonders bevorzugt ist PVDF.
Die Filteranordnung der vorliegenden Erfindung ist
für Anwendungen in der Industrie geeignet, wo die Fil
terelemente durch Reinigungs-, Dekontaminierungs-
oder Sterilisationsprozeduren beschädigt sein können,
die aus Gründen der Produktqualität notwendig sind. In
der Getränkeindustrie sind beispielsweise absolut steri
le Bedingungen nötig. Nach einer Produktionszeit, d. h.
einer Filtrationsbetriebszeit, von einem oder mehreren
Tagen müssen solche Systeme entleert und einer Sterili
sationsbehandlung unterzogen werden.
Die Filterelemente können aufgrund der hohen Tem
peraturen und Drücke zerstört werden, die bei der Ste
rilisation benutzt werden, was normalerweise mit
Dampf und/oder heißem Wasser ausgeführt wird. Wenn
die Filterelemente einer solchen Behandlung nicht wi
derstehen, oder ihre Materialstruktur geändert wird,
kann die spezifizierte und bestätigte Entfernungseffi
zienz nicht länger verfügbar sein, wenn der Betrieb des
Systems wieder aufgenommen wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des
oben beschriebenen Verfahrens kann die Unversehrt
heit der Filterelemente zu diesem Zeitpunkt getestet
werden, d. h. vor einer Wiederaufnahme des Filterbe
triebs. Die Unversehrtheit der Filterelemente wird in
situ in einer Filteranordnung getestet, die in eine Viel
zahl von Abschnitten unterteilt ist, wie es oben beschrie
ben ist. Der Test basiert auf der Gasdiffusion durch mit
Flüssigkeit naß gemachte Filterelemente. Eine wichtige
Anwendung dieses Verfahrens ist ein Steril-Filterbe
trieb, wobei Mikroorganismen durch das Filtermaterial
zurückgehalten werden sollten. In diesem Fall muß die
Porengröße des Filtermaterials entsprechend klein blei
ben; anders ausgedrückt, die Sterilisationsbehandlung
sollte die Porengröße nicht zu dem Ausmaß vergrößern,
daß Mikroorganismen das Filtermaterial passieren
könnten.
Der Test enthält ein anfängliches Naßmachen des Fil
termaterials, vorzugsweise mit Wasser für hydrophile
Membrane. Wenn das Filtermaterial hydrophob ist, ist
das naßmachende Mittel vorzugsweise ein Lösungsmit
tel oder Alkohol oder eine Flüssigkeitsmischung mit ge
ringer Oberflächenspannung. Das Naßmachen kann
durch Füllen des Gefäßes 6 mit dem naßmachenden
Mittel durch einen Einlaßanschluß 11 durchgeführt wer
den, gefolgt durch Trockenlegen des Gefäßes durch ei
nen Auslaßanschluß 12. Das naßmachende Mittel wird
abhängig von dem Filtrationsproblem und dem entspre
chend ausgewählten Filtermaterial ausgewählt.
Nach dem Naßmachen werden die Filterelemente ei
nem Fluiddruck ausgesetzt. Das Testfluid kann durch
die Leitung 13 der Fig. 3 zugeführt werden. Abhängig
von der Anwendung kann das Fluid Gas oder Flüssig
keit sein, obwohl insbesondere Gas bevorzugt wird. Ge
eignete Gase sind Luft oder Stickstoff. Das bevorzugte
Medium ist Luft.
Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist,
wird Gas zudem Inneren des Gefäßes bei einem Druck
in dem Bereich von 50 bis 6000 mbar zugeführt. Der
Testdruck wird während des Testens vorzugsweise kon
stant gehalten. Die Ventile 4 werden in ihre geschlosse
ne Position versetzt. Die Druckmeßeinrichtungen PI
sind angeordnet, um einen Druckaufbau auf der strom
ab gelegenen oder reinen Seite der Filterelemente zu
messen. Die Drucksensoren PI sind an eine Meß- und
Steuereinrichtung 30 angeschlossen, die in Fig. 4 ge
zeigt ist. Die Meß- und Steuereinrichtung 30 ist auch
angeordnet, um den Testdruck während der gesamten
Prozedur konstant zu halten.
Der einzustellende erwünschte Testdruck wird von
dem Filtermaterial oder dem Typ der zu testenden Fil
terelemente abhängen. Er wird auch von der möglichen
Bedingung der Filter abhängen, ob sie über eine längere
Zeitdauer in Betrieb gewesen sind, oder auch von ande
ren Betriebsparametern.
Die Steuereinrichtung 30 mißt die Zeitabhängigkeit
des Druckaufbaus, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, aber nun
für jeden Filterunterabschnitt. Zu einer zuvor ausge
wählten Zeit t0 vergleicht die Steuereinheit 30 den tat
sächlich gemessenen Druck zu der Zeit t0 mit einem
Referenzdruck, wie es oben in Zusammenhang mit
Fig. 2 erörtert ist. Wenn der gemessene Druck P0 den
Referenzdruck überschreitet, bedeutet dies, daß der
Druckwiderstand des Filtermediums nicht ausreichend
ist; anders ausgedrückt, es gibt einen Defekt in einem
der Elemente dieses Filterabschnitts. In der Praxis be
stimmt die Steuereinheit 30, ob der gemessene Druck P0
um einen vorbestimmten Betrag größer als ein Refe
renzdruck ist. Wenn dies der Fall ist, wird mindestens
eines der Filter in jenem Unterabschnitt der Filterele
mente isoliert und ersetzt werden müssen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die
Steuereinheit 30 die Zeit bestimmen, die zum Erreichen
eines zuvor ausgewählten Drucks erforderlich ist. Wenn
diese Zeit kürzer als eine Referenzzeit für jenen Druck
ist dann ist dies auch ein Anzeichen, daß mindestens
eines der Filterelemente in diesem Unterabschnitt de
fekt ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Referenzkurve wird auch von
dem Betriebsaufbau abhängen, d. h. den Dimensionen
der Filteranordnung, der Anzahl der Filterelemente und
insbesondere der Anzahl der Filterelemente pro Unter
abschnitt oder Gruppe. Der Referenzdruck zum Ver
gleichen mit dem gemessenen Druck kann ein voreinge
stellter fester Wert sein, der in die Steuereinheit 30 für
den Vergleich eingegeben ist. Der feste Wert kann em
pirisch oder durch Berechnungen bestimmt sein, wenn
das Filtrationssystem in Betrieb genommen ist.
Alternativ kann der Referenzdruck der in einem der
anderen der Vielzahl von Filterabschnitten gemessene
Druck sein. Vorzugsweise ist der Referenzdruck ein
Durchschnitt des gemessenen Drucks in mindestens
zwei der anderen Filterabschnitte. Derartige Filtersy
steme werden normalerweise 10 bis 16 Gruppen aufwei
sen. Durch jeweiliges Vergleichen des Druckaufbauver
haltens eines Abschnitts mit denen der anderen Ab
schnitte kann schon erkannt werden, ob ein Abschnitt
oder eine Gruppe von Abschnitten bemerkenswert von
den anderen abweicht. Diese Prozedur setzt voraus, daß
die Anzahl der Filterelemente pro Abschnitt gleich ist
und die Fluß- und Druckbedingungen andererseits sehr
ähnlich sind, was normalerweise der Fall sein wird. Die
ser Weg wird am meisten bevorzugt, da keine vorbe
stimmten empirischen Bestimmungen gemacht werden
müssen.
Das Messen des Druckaufbaus Pi für jeden Unterab
schnitt i = 1, 2, ..., n gemäß Fig. 4 kann auch gleichzei
tig mit einem Messen der Diffusionsflußrate durch alle
Filter ausgeführt werden, d. h. die Summe Q1 + Q2
+ ... + Qn. Derartige Flußratenmessungen sind not
wendig zur Bestätigung der Filtrationssysteme. Da nor
malerweise nur die totale Flußrate durch alle Elemente
in allen Abschnitten gemessen wird, kann es jedoch
noch möglich sein, daß einzelne Filterelemente defekt
sind und würden den Bestätigungserfordernissen nicht
entsprechen. Das vorliegende Verfahren bietet dann ei
ne Erweiterung von bisherigen Bestätigungstechniken
und erzeugt bessere Ergebnisse. Mit dem vorliegenden
Verfahren zum Messen des Drucks jedes Filters einzeln
oder jeder Gruppe oder jedes Abschnitts von Filtern ist
es im wesentlichen ausgeschlossen, daß ein defekter Fil
ter nicht bemerkt werden würde. Das vorliegende Ver
fahren ergänzt daher die bisherigen Bestätigungstechni
ken und macht sie zuverlässiger.
Das vorliegende Verfahren ist insbesondere geeignet
für Steril-Filtrationssysteme, wo das Filtermaterial der
Filterelemente vom Membrantyp ist. Derartiges Filter-
Membranmaterial wird eine Barriere gegenüber Bakte
rien oder gegenüber Mikroorganismen bieten, die mög
licherweise in dem zu filternden Fluid enthalten sind.
Das vorliegende Verfahren und die Filteranordnung da
für sind insbesondere geeignet für eine Anwendung in
der Getränkeindustrie und der pharmazeutischen Indu
strie, aber nicht darauf beschränkt.
Es wird auch erwogen, daß das gesamte Verfahren
voll automatisiert wird. Die notwendigen Servomecha
nismen zum Steuern der Ventile für einen Gaseinlaß
und einen -auslaß gehören zu dem Filtrationssystem.
Eine Einrichtung zum Messen des Druckaufbaus ist im
Stand der Technik wohl bekannt. Eine Berechnungsein
richtung zum Durchführen der Vergleiche der gemesse
nen und erwünschten Raten und Drücke sind auf dem
Gebiet der Systemsteuerung auch wohl bekannt.
Claims (14)
1. Verfahren zum Testen der Unversehrtheit mindestens eines Filterelements in
einer Filteranordnung wobei das Filterelement bzw. die Filterelemente mit einer
Auslaßleitung (7) verbunden ist bzw. sind, wobei das Verfahren die Schritte
umfaßt:
- a) Naßmachen des Filtermaterials des mindestens einen Filterlements,
- b) einem Gasdruck Aussetzen der Einlaßseiten des mindestens einen Filter elements mit naßgemachtem Filtermaterial, wobei der Gasdruck während der Druckmessung auf einem konstanten Wert gehalten wird.
- c) Messen des Drucks (Pi) in der Auslaßleitung als eine Funktion der Zeit, wobei ein Auslaßventil stromab geschlossen ist,
- d) Bestimmen, ob der Druck, der zu einer zuvor ausgewählten Zeit gemes
sen ist, einen Referenzdruck um einen vorbestimmten Betrag übersteigt,
oder
Bestimmen, ob die Zeit, die zum Erreichen eines zuvor ausgewählten Drucks erforderlich ist, um einen vorbestimmten Betrag kürzer als eine Referenzzeit ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flußrate
durch die Anzahl der Testgasvolumina verschiede
ner Größe gemessen wird, die der Filteranordnung
zugeführt werden, um einen konstanten Testgas
druck beizubehalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3, wobei die
Filteranordnung eine Vielzahl von Filterelementen
umfaßt, die in eine Vielzahl von Abschnitten unter
teilt sind, wobei die Filterelemente jedes Abschnitts
mit einer gemeinsamen Auslaßleitung verbunden
sind, und wobei der Druck in Schritt c) in den Aus
laßleitungen jedes der Abschnitte der Filterele
mente gemessen wird und das Bestimmen in Schritt
d) für jeden der Abschnitte der Filterelemente
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schritte c)
und d) des Messens und des Bestimmens gleichzei
tig für alle der Vielzahl von Filterabschnitten aus
geführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden An
sprüche, wobei der Referenzdruck des Schritts d)
ein voreingestellter fester Wert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
wobei der Referenzdruck des Schritts d) der Druck
ist, der in einem der anderen der Vielzahl von Fil
terabschnitten gemessen ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
wobei der Referenzdruck des Schritts d) ein Durch
schnitt des in mindestens in zwei anderen Filterab
schnitten gemessenen Drucks ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden An
sprüche, wobei der Gasdruck in dem Bereich von
50 bis 6000 mbar, insbesondere 500 bis 5200 mbar,
liegt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gas insbesonde
re Luft ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der
normale Druck in der Auslaßleitung oder den Lei
tungen höher oder niedriger als atmosphärischer
Druck ist, und die Gasdruckwerte zum Testen
Druckgradienten durch das naßgemachte Filterma
terial darstellen.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden An
sprüche, wobei die Filterelemente vor dem Testen
auf Unversehrtheit einer Sterilisation bei hohen
Temperaturen ausgesetzt worden sind.
12. Filteranordnung zum Ausführen des Verfahrens
nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die Anordnung umfaßt:
eine Vielzahl von Filterelementen (1), die in eine Vielzahl von Abschnitten (10) unterteilt sind, wobei jeder Abschnitt einen Teil der Filterelemente ent hält,
eine Auslaßleitung (5), die mit den Auslaßseiten (3) der Filterelemente in jedem der Abschnitte (10) verbunden ist,
Druckerfassungseinrichtungen (PI), die angeordnet sind, um den Druck in der Auslaßleitung (5) jedes der Abschnitte (10) zu messen,
Ventile (4), die in der Auslaßleitung (5) jedes der Abschnitte (10) stromab der Druckerfassungsein richtungen angeordnet sind.
eine Vielzahl von Filterelementen (1), die in eine Vielzahl von Abschnitten (10) unterteilt sind, wobei jeder Abschnitt einen Teil der Filterelemente ent hält,
eine Auslaßleitung (5), die mit den Auslaßseiten (3) der Filterelemente in jedem der Abschnitte (10) verbunden ist,
Druckerfassungseinrichtungen (PI), die angeordnet sind, um den Druck in der Auslaßleitung (5) jedes der Abschnitte (10) zu messen,
Ventile (4), die in der Auslaßleitung (5) jedes der Abschnitte (10) stromab der Druckerfassungsein richtungen angeordnet sind.
13. Filteranordnung nach Anspruch 12, wobei die
Vielzahl der Filterelemente (1) in einem gemeinsa
men Gefäß (6) angeordnet sind, das das zu filternde
Fluid enthält, wobei jedes Filterelement eine Filter
materialoberfläche (9) in direktem Kontakt mit
dem zu filternden Fluid hat.
14. Filteranordnung nach Anspruch 12 oder 13, wo
bei jeder Abschnitt der Filterelemente, die jeweils
mit einem Auslaßverteiler (2) verbunden sind, 2 bis
15, insbesondere 3 bis 7, Filterelemente umfaßt.
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