JP2017533081A - フィルタエレメントに対する妥当性試験を実施する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1つの観点は、フィルタエレメントに対して妥当性試験を実施する方法であって、
−試験対象のフィルタエレメントがその中に配設されている、少なくとも1つの容器を流体で充填するステップと、
−容器内の流体の圧力を、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力に設定するステップと、
−容器中への流体の制御された補充、および/または容器の内部容積の制御された変更によって、容器内の特定の試験圧力を維持するステップと、
−容器内の特定の試験圧力を維持するために必要とされる、流体の実質的に連続的な体積流量が生じる前に、容器中への流体の制御された補充に依存する方法、および/または容器の内部容積の制御された変更に依存する方法で、フィルタエレメントに対する妥当性特性変数を特定するステップと
を含む方法に関する。
この方法は、特に、PTFEフィルタエレメントおよび/または序論において説明したタイプの除菌フィルタエレメントとして形成することのできる、少なくとも1つのフィルタエレメントの妥当性を調査するのに使用される。容器は、入口端において流体で充填することができる。フィルタエレメントは、流体が、フィルタエレメントに貫入した後にだけ、流体が、例えば、蒸発によって、容器を出るように、排出端において容器内に配設することができる。中断の場合および/または妥当性試験の終了後に、容器から流体を排出させられるように、追加の出口弁を設けることができる。
流体の調節中に、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力が容器内で設定され、そこでフィルタエレメントの圧密化が始まる。このことは、例えば、圧縮空気を流体中に供給することによって行うことができる。この場合に、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力は、フィルタエレメントの侵入圧力よりも低い。特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力は、フィルタエレメントに適合させて、それによってフィルタ特有の方法で予め決定することができる。
この場合には、容器の内部容積を変更することは、容器の内部における流体に対して利用可能な内部容積が、制御された方法で変更される、特に低減されることを意味する。
この場合に、本方法のねらいは、厳密な妥当性特性変数の測定では必ずしもなく、すなわち、例えば、発生する厳密な連続的な体積流量の測定である。この方法は、単に、フィルタエレメントが妥当性試験に合格するか、しないかについての結論に導くことができる。これには、予測された、または推定された妥当性特性変数が、試験対象のフィルタタイプに対する、フィルタ特有の、および/または事前定義された妥当性限界値より低いかどうかについての結論を含めることができる。
この場合に、「実質的に一定の体積流量」とは、体積流量がほとんど変化しないことを意味する。これは、特に、体積流量が1分当たり最大で20%、好ましくは1分当たり最大で10%、特に好ましくは1分当たり最大で5%変化することを意味してもよい。実質的に一定の体積流量が、フィルタエレメントが圧密化されるや否や、定期的に発生する。
一態様によれば、容器の内部容積の制御された変更は、容器中に貫入および/または導入可能な変位体を用いて行われる。この場合に、試験圧力の維持は、その貫入体積が、圧密化および蒸発によって小さくなった流体の体積を決定する、変異体によって容器内において直接的にもたらされる。変位体は、例えば、変位ピストン、特に、制御された方法で容器の内部に貫入する、圧力測定セルの変位ピストンとして構成することができる。この態様において、変位体を提供する、圧力測定セルは、試験容器中に一体化することができる。
一態様によれば、推定が、予め決定された確率で試験対象のフィルタエレメントが妥当性試験に合格するか、または不合格であることを示すときに、妥当性試験は、終わる。すなわち、推定のためには、妥当性試験におそらく合格するか、否かについての予測で十分である。妥当性試験に対する試験値または妥当性特性変数として、発生する連続的な体積流量の厳密な特定は、必要ではない。この方法は、妥当性特性変数または予測された連続体積流量が、予め決定された確率で予め決定された限界値範囲内にある場合に、早くも中断することができる。
−試験対象の第2のフィルタエレメントがその中に配設されている、第2の容器内の流体が、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力に設定され、
−流体が、試験対象の第3のフィルタエレメントがその中に配設されている第3の容器中に導入される。
すなわち、充填、設定および圧力維持の方法ステップは、3つの異なるフィルタエレメントを備える3つの異なる容器に対して、時系列的に相互に互い違いに実施される。これらの方法ステップは、時系列的に互い違いに実施される:方法は、第1の容器を充填することで始まる。次に、第2の容器が充填される間に、第1の容器内の圧力が設定される。第1の容器内で試験圧力が維持されている間に、同時に、第2の容器内の圧力が設定され、第3の容器が充填される。次に、第3の容器内で圧力が設定される間に、第2の容器内で特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力が維持される。最後のステップにおいて、第3の容器内で、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力が維持される。
1つの観点は、試験対象のフィルタエレメントをその中に配設することのできる容器を用いて、フィルタエレメントに対する妥当性試験を実施する装置であって、
−流体の圧力を特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力に設定することができるように、それによって流体を容器中に導入することができる、少なくとも1つの導管と、
−制御された方法で容器中に流体を補充すること、および/または制御された方法で容器の内部容積を変更することによって、容器内で特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力を維持する、流体供給器と、
−容器内の特定の試験圧力を維持するために必要とされる、流体の実質的に連続的な体積流量が発生する前に、容器中への流体の制御された補充に依存する方法、および/または容器の内部容積の制御された変更に依存する方法で、フィルタエレメントの妥当性特性変数がそれによって特定される、評価手段と
を備える、装置に関する。
評価手段は、例えば、例えばPCのようなプロセッサを有することができる。評価手段は、例えば、容器内に特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力を維持するために発生する、流体の連続的な体積流量を推定することによって、試験対象のフィルタエレメントの妥当性特性変数を特定するように、プログラムすることができる。この推定は、流体の実質的に連続的な体積流量が発生する前に行われる。この場合に、実質的に連続的な体積流量とは、その単位時間当たりの増分変化(またはその1次微分)が特定の(予め決定された、または予め決定可能な)閾値(例えば、対応する体積流量の約1%未満)より低い、体積流量とみなすことができる。さらに、実質的に連続的な体積流量は、妥当性を有する基準フィルタにおいて十分な時間の後(例えば、約20分超の後)に発生する体積流量と見なすことができる。
内部流体供給器は、変位体を、容器壁を通過して容器の内部に導入および/または挿入することができるように、例えば、容器壁上の場所に形成することが可能であるので、内部流体供給器と容器の間に導管を設けなくてもよいという利点を有する。この場合に、変位体は、容器壁を流体密に通過するように設計することができる。
外部流体供給器の代替的な態様においては、変位体が、フィルタエレメントの貫入の前に制御された方法で流体体積を低減するように、流体と物理的に接触する容器外部の任意の位置に変位体を配置することができる。このように押し退けられた流体は、例えば、導管によって容器へと供給される。
一態様において、評価手段は、特定の試験圧力の維持に必要とされる流体の体積流量の少なくとも1つの特性に応じて、妥当性特性変数を推定する。
一態様においては、流体供給器は、容器内で、特定の(予め決定された、または予め決定可能な)試験圧力が実質的に維持されるようにピストンを作動させるステッピングモータを有する圧力測定セルとして設計される。そのような圧力測定セルは、約500mlまでの合計体積を有することができる。
一態様において、流体供給器は、容器中に制御された方法で貫入し、この場合に、容器の内部容積を変更する、変位体として設計される。この場合に、「制御された」とは、例えば、変位体の容器中への貫入体積および/または貫入深さが制御可能であることを意味する。この場合に、変位体は、変位ピストンとして、例えば、容器の内部の圧力測定セルの変位ピストンとして設計することができる。変位体は、例えば、予め決定されたシリンダ横断面を有し、そのシリンダ軸の方向に、制御された方法で試験容器中に導入することができる、プランジャシリンダとして設計することができる。そのような態様において、変異体の貫入体積は、約0.1μlから約10μlの精度で特定することができる。
本発明を、1つの図面に示された態様を参照して、以下により詳細に記述する。その他の態様は、図面に示された要素の一部または全部を含めることができる。
装置16は、流体流入部11に接続されている。流体流入部11は、流体入口弁V1.1を用いて調節可能である。流体は、流体流入部11を介して流体導管5中に導入することができる。この場合には、好ましくはRO水が流体として使用される。流体導管5は、流体供給器の特別構成として、圧力測定セル(DMZ)4に接続されている。さらに、流体導管5は、容器弁V1.2を用いて容器1に接続することができる。
容器1は、関連する容器弁V1.2と流体導管5を介して、媒体で充填することのできる、内部を有する。この容器1の内部は、容器1の出口弁V1.3を介して空にすることができる。容器1は、出口弁V1.3を介して排液導管6に接続することができる。排液パイプ6内の媒体の温度は、温度センサ15によって測定可能であり、このことは、最低蒸気温度の維持および/調整を可能にすることができる。温度センサ5は、装置16の最低温点として排液導管6上に配設されている。
装置16は、WFTと略される、水流試験を実施するための試験施設としての役割を果たす。
装置16は、圧力測定セル4と関連づけられた、容器1を備える試験ステーションを有する。
装置の構成要素は、その最大長さが、その内径の2倍に相当する、弁コネクタを有することができる。導管には、完全に空にすることを可能にするように、勾配を持たせることができる。
装置において使用される弁は、空圧式の媒体隔離型膜弁として構成することができる。この弁は、測定回路において、実際的にデッドスペースが無いように配設することができる。さらに、これらの弁は、個々の弁の交換を可能にするために、クランプコネクタを用いて設置することができる。
試験媒体(すなわち、流体)と接触している、装置のすべての既存の溶接接続部は、特に、DIN32676に準拠する公称管径DN10を有する、環状溶接部として形成することができる。
装置のハウジング封止体を、電気的に制御可能な線形ガイドを備えるレセプタクル内に、配設することができる。この線形ガイドは、XY方向において、装置のフレーム上で調節可能であるとともに、確実にねじ止めすることができる。その結果、そのロック手段の領域における、装置の封止体の中心揃えが可能である。
装置は、剛性のあるものとすることが可能であり、特に、測定回路には、測定値を誤って伝える、設計関係の体積変化を避けるために、剛性を持たせることができる。このために、通気弁は、例えば、装置のハウジングカバーに剛直に接続することができる。
評価手段は、光学式の良/不良表示を備える操作パネル、および各ステーションにおけるバーコードリーダーの後の使用を可能にするための、一体型USBコネクタを有することができる。評価手段は、イーサネット(登録商標)インターフェイスを介してTCP−IPに接続することができる。
試験媒体、すなわち流体の温度をそれによって監視することのできる、温度センサを、圧力測定セル4の領域内に配設することができる。圧力測定セル4は、それを用いて圧力測定セル4の充填レベル調査を実施することのできる、ステッピングモータを有することができる。
試験工程は、2つの手動式スイッチを使用して開始することができる。好適な安全機器によって、オペレータのどの身体部分も試験ハウジングとロック手段の間に位置しないことを、確実にすることができる。
同様に、空気は、圧力測定セル通気導管8を用いて、圧力測定セルから換気することができる。圧力測定セル通気導管8は、圧力測定セルの通気弁V2.1を用いて調整することができる。
妥当性特性変数は、容器1内に配設されたフィルタエレメントFに対して特定される。妥当性特性変数として、例えば、フィルタエレメントFの試験圧力への圧密化中に発生する、フィルタエレメントFを通過する体積流量を使用することができる。体積流量は、フィルタエレメントFを通過して流れる流体の体積に関する。体積流量は、流体供給器、すなわち、例えば、圧力測定セル4において直接的に読み出すことができる。
続いて、圧力測定セルのステッピングモータを用いて、例えば、約2.5バールの特定の試験圧力が設定される。この場合に、ステッピングモータの増分ステップは、容器内で特定の試験圧力を維持するのに必要な体積を指定することができる。このようにして、体積に加えて、体積流量を直接的に検出することができる。(特殊な流体供給器としての)圧力測定セルの増分ステップまたは指標は、例えば、約1μl(またはそれ未満)ステップに構成することが可能であり、したがって非常に正確である。
早くも、第1の時刻t1において(例示的な態様においては約0.36分の後)、体積流量の第1の傾きs1が発生し、それは約s1=1.6g/minである。後の、第2の時刻t2において(この例示的態様においては、約0.72分後)、体積流量の第2の傾きs2が発生し、これは、約s2=0.2g/minである。この場合に、第2の傾きs2は、第1の傾きs1よりも大幅に小さい。一般に、妥当性を有するフィルタエレメントにおいて、体積流量の傾きは、圧密化時に減少することが期待される。
すなわち、この例においては、第2の時刻t2において、フィルタエレメントが妥当性試験に合格するかどうかについての結論を導くことが、すでに可能である。
妥当性特性変数の推定は、例えば、体積流量の特定の曲率に達したときに行われる。この場合に、体積流量の曲線形状を、予期される比較曲線と比較することができる。この場合に、複数の測定値を時間経過とともに特定することが可能であり、関連する比較値と比較する。測定値は、定義された時間間隔で特定することができる。
測定値は、例えば、包絡曲線と比較することができる。これは、特に、ばらついた測定値の場合に意味がある。この場合に、互いの間隔が時間とともに減少する、互いに向かって延びる包絡曲線を使用することができる。測定値のばらつきは、フィルタエレメントの圧密化が進行するにつれて、同様に減少しなくてはならず、このために、互いに向かって延びるか、または互いに収束もしくは漸進的に接近する、包絡曲線が良好な比較を可能にする。
他の3つのフィルタエレメントの体積流量は、同様に、図3の図に示されている。フィルタF3、F4およびF5の体積流量は、最初に大幅に上昇し、最大値に達して、次いで再び減少し、続いて、しばらくの後、1ml/minより大幅に低い、ほとんど一定の体積流量が生じる。これらの3つのフィルタF3〜F5は、妥当性を有しており、妥当性試験に合格することになる。
図4は、異なるフィルタエレメントBH2、BH3、BH4およびBH9中に圧送された流体の供給体積を示す。試行において、2.5バールの試験圧力における流体が容器中に圧送された。体積は、対数スケール上でmlで示されており、最初に大幅に増大するが、短時間の後に、(対数スケール上で)ほとんど一定に留まる。
図面に示されているように、フィルタを通過する体積流量および/または圧送通過されたフィルタの体積を、フィルタエレメントの妥当性特性変数の例として使用することができる。体積流量が変化している間でも、特に、体積流量が増加している間でも、フィルタエレメントに対する妥当性特性変数を特定することが、すでに可能である。このことは、この方法の速度を大幅に増大させる。
完全な装置は、時として、CIP工程と略される、「定置洗浄(cleaning in place)」工程に供される。これは、流体としてRO水で動作させることのできるシステムの汚染を防止する役割を果たす。CIP工程は、すべての装置部品を完全に空にすることで始めることができる。次に、装置は、約110℃と約130℃の間、特に約121℃の温度で、20分間、蒸気処理によって除菌される。次に、装置は、圧縮空気を用いて冷却されて、RO水で濯がれる。結果として、装置は、定常動作状態に設定される。
システムを空にすることは、定常試験方法におけるように、0.8bargにおける圧縮空気を用いて行うことが可能であり、この場合に、圧力測定セル4も完全に空にされる。
圧縮空気による約80℃までの冷却によって、システムに残存する残留蒸気の凝縮工程によって、急激な負圧形成が回避される。
例示的態様による装置に対する、いくつかの工程パラメータを以下に列記する:
−約6barg超過圧力の動作圧力;
−約2.5barg超過圧力の試験圧力;
−RO水の流体流入;
−サイホンおよび排液弁V20との廃水接続;
−1.5barg超過圧力に対応する、124℃および2.5barにおける蒸気処理を伴う蒸気流入;
−イーサネット(登録商標)ネットワーク接続;
−230ボルト接続;
−使用されるプログラムパラメータ、材料、注文番号およびバッチ番号などの注文データを含む、印刷された測定値プロトコルとしての、例えば、*.txt ファイルとしてのデータ出力;
−データベースを用いて、使用する複数のシステムに対して、中央でテストプログラムを管理することができるように、および測定値を記憶するための、例えば、SQLを用いる、データベース接続用のインターフェイス。
1 容器
4 圧力測定セル(流体供給器)
5 流体導管
6 排液導管
7 容器通気導管
8 圧力測定セル通気導管
9 圧力測定セルコントローラ
10 出口導管
11 流体流入部
15 温度センサ
16 装置
F フィルタエレメント
F1、F2、F3、F4、F5 フィルタエレメント
BH2、BH3、BH4、BH5、BH9 フィルタエレメント
V1.1 流体入口弁
V1.2 容器弁
V1.3 出口弁
V1.4 容器の通気弁
V2.1 圧力測定セルの通気弁
s1 第1の傾き
s2 第2の傾き
s3 第3の傾き
t1 第1の時間
t2 第2の時間
Claims (15)
- フィルタエレメントに対して妥当性試験を実施する方法であって、
−試験対象のフィルタエレメント(F)がその中に配設されている、少なくとも1つの容器(1)を流体で充填するステップと、
−前記容器(1)内の流体の圧力を、予め決定された特定の試験圧力に設定するステップと、
−前記容器(1)中への流体の制御された補充、および/または前記容器(1)の内部容積の制御された変更によって、前記容器(1)内の前記特定の試験圧力を維持するステップと、
−前記容器(1)内の前記特定の試験圧力を維持するために必要とされる、流体の実質的に連続的な体積流量が生じる前に、前記容器(1)中への流体の制御された補充に依存する方法、および/または前記容器(1)の内部容積の制御された変更に依存する方法で、前記フィルタエレメント(F)に対する妥当性特性変数を特定するステップと
を含む、前記方法。 - 妥当性特性変数が、容器(1)内の特定の試験圧力を維持するために必要とされる、流体の体積流量の少なくとも1つの特性に依存する、請求項1に記載の方法。
- 妥当性特性変数が、フィルタエレメント(F)が圧密化される前に特定される、請求項1または2に記載の方法。
- 妥当性特性変数が、容器(1)の充填の開始後、最大で9分以内に特定される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 容器(1)中に流体を制御して補充することが、圧力測定セル(4)を用いて行われる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 圧力測定セル(4)のステッピングモータを用いて、特定の試験圧力が容器(1)内で維持されるように、圧力ピストンを作動させることができる、請求項5に記載の方法。
- 容器(1)の内部容積の制御された変更が、前記容器(1)中に貫入する変位体を用いて行われる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 妥当性特性変数が、数学的推定によって特定される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 推定が、予め決定された確率で試験対象のフィルタエレメント(F)が妥当性試験に合格するか、または不合格であることを示すときに、妥当性試験が終了し、かつ/または
推定が、包絡曲線を用いて、発生する流体の体積流量の数学的予測によって行われ、前記包絡曲線は、前記試験対象のフィルタエレメント(F)と整合されている、請求項8に記載の方法。 - 容器(1)中への流体の制御された補充が、約10μl未満の精度で行われる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 試験対象のフィルタエレメント(F)を配設することのできる容器(1)を用いて、フィルタエレメントに対する妥当性試験を実施するための装置であって、
−流体の圧力を特定の試験圧力に設定することができるように、それによって流体を前記容器中に導入することができる、少なくとも1つの導管(5)と、
−制御された方法で前記容器(1)中に流体を補充すること、および/または制御された方法で容器の内部容積を変更することによって、前記容器(1)内の特定の試験圧力を維持する、流体供給器(4)と、
−前記容器(1)内の特定の試験圧力を維持するために必要とされる、流体の実質的に連続的な体積流量が発生する前に、前記容器(1)中への流体の制御された補充に依存する方法、および/または前記容器(1)の内部容積の制御された変更に依存する方法で、前記フィルタエレメント(F)の妥当性特性変数がそれによって特定される、評価手段と
を含む、前記装置。 - 評価手段が、特定の試験圧力の維持に必要とされる流体の体積流量の少なくとも1つの特性に応じて、妥当性特性変数を推定し、かつ/または
流体供給器(4)が、0.1μlから10μlの精度で容器(1)中に流体を補充し、かつ/または0.1μlから10μlの精度で前記容器の体積を変更する、請求項11に記載の装置。 - 流体供給器(4)が、容器(1)内で、特定の試験圧力が実質的に維持されるように、圧力ピストンを作動させるステッピングモータを有する、圧力測定セル(4)として設計されており、評価手段は、好ましくは、前記圧力測定セル(4)のステッピングモータのステップ数を、特定の試験圧力を維持するためにフィルタエレメント(F)を通過して流れる流体の体積の特徴量として使用する、請求項11または12に記載の装置。
- 流体供給器が、制御された方法で容器(1)中に貫入し、この場合に、前記容器(1)の内部容積を変化させる変位体として設計されており、かつ/または
装置が、充填導管(5)内の流体の圧力および/または流量を低減する、減圧器および/または流量低減器を有する、請求項11〜13のいずれか一項に記載の装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法を実施するための、請求項11〜14のいずれか一項に記載の装置の使用。
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