JP5457534B2 - 自立型ろ過装置 - Google Patents
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Description
本発明は、自立型ろ過装置並びにフィルターの寿命及び性能の改善方法に関する。
フィルターは、ワインから結晶を除去することから、飲料水及び潤滑油から不純物を除去すること並びにバイオリアクター、発酵槽その他の化学的プロセスから粒状物を除去することに至るまで、多数の用途に使用されている。
これら従来技術の課題は、自立型ろ過装置並びにフィルターの寿命及び性能の改善方法を開示する本発明によって解決される。フィルター部材は、流体の1以上の特徴又はパラメーター、例えば温度、圧力又は流量などを測定するために改造された1個以上のセンサーを備える。測定された特徴又はパラメーターに答えて、該フィルター部材内の制御論理が好適な応答を決定することができる。例えば、制御論理は、フィルター膜に突然の(ただし一時の)詰まりが起こったことを決定できる。これに応じて、制御論理が、この詰まりを緩和するように設計された特定の応答を開始することができる。この応答は、温度変化、振動、流体流路の変化その他の作用であることができる。次いで、制御論理は、流体の特性のあらゆる変化を監視することに基づいて、この応答が成功かどうかを決定するであろう。これに基づき、制御論理は、フィルター部材を交換しなければならないことを作業者に警告することができる。或いは、この応答が詰まりを修正することに成功した場合には、制御論理は作業者に知らせる必要がない。フィルター部材は、通常の操作に戻る。他の具体例では、制御論理はまた、例えばフィルターを通過する流体が所定の温度又は圧力であることを確保することによって、フィルターの作動モードを調節する。
上記のように、フィルター部材は、好ましくは3つの作動モードを有する。これら3つのモードを図1に示す。作動モード10は、フィルターの寿命の大部分において使用される。ほとんどの場合、フィルターが作動モードの状態を維持することを確保するためにいかなる処置も不要である。しかしながら、いくつかの実施形態では、メンテナンス活動12を連続的又は定期的に実施して、フィルターが機能的な状態を保持するのを確保することができる。このような措置は、熱サイクル、振動、圧力若しくは流体の逆流又は他の是正処置であることができる。
第1の実施形態では、ベントフィルターを用いる。第1の実施形態では、このフィルターをベントフィルターとして使用する。
別の実施形態では、バイオリアクターからの細胞残屑やワインからの結晶といった粒状物用のろ過システムは、上記の技術を用いることができる。
接線流フィルター(TFF)は、一般に、ろ過液から蛋白質を単離するために使用される。蛋白質は膜を詰まらせる可能性があるため、流体は、膜を接線方向に流れ過ぎる。図11aは、従来のフィルターの流れを示しており、この際、流体は、膜の表面の方に又は膜の表面に対して垂直に流れる。図11bは、TFFフィルターの作用を示しており、この場合、流体の流れは、膜の表面に対して接線方向である。これによって、数個の粒状物しか膜上に集まらないので、詰まりを低減させることが可能になる。
QF:供給物流量[L/h]
QR:保持液流量[L/h]
Qf:ろ過液流量[L/h]
Cb:バルク溶液中の成分濃度[g/L]
Cw:膜表面での成分濃度[g/L]
Cf:ろ過液流れ中の成分濃度[g/L]
TMP:膜にわたって加えた圧力[bar]。
110 磁器誘導力結合ループ
113 整流回路
115 DC電圧
120 センサー
121 センサー
122 センサー
140 処理装置
150 アクチュエータ
160 アクチュエータ
170 インジケータ
200 ベントフィルター
201 容器
210 ハウジング
220 膜
230 内部コア
240 基部
250 上端部
310 結合ループ
313 整流回路
315 DC電圧
320 第1温度センサー
330 発熱体
340 処理装置
350 電子制御回路
360 第2温度センサー
370 圧力センサー
380 警報機構
600 フィルター
610 コア
620 膜
630 温度センサー
702 ハウジング
704 フィルター
706 出口
708 入口
710 再循環ループ
714 第1電子作動弁
718 第2電子制御弁
720 第1センサー
722 第2センサー
724 処理装置
726 無線通信装置
728 無線通信装置
734 無線通信装置
744 弁
900 フィルター
914 弁
920 第1センサー
922 第2センサー
924 処理装置
926 無線通信装置
930 圧電装置
Claims (23)
- 次の構成:
a.流体が通過する膜と、該膜の両側を支持するハウジング及び内部コアとを有するフィルター部材と、
b.該ハウジング内、該内部コア内又は該ハウジングと該内部コアとの間に設置され、該膜を加熱するように構成された発熱体と
c.該フィルター部材の温度を測定するための第1温度センサーと、
d.該フィルター部材内の流体の流れを測定するための流量センサーと、
e.該温度センサー及び該流量センサーと連通し、該温度センサーからのデータに基づき該発熱体を使用して該フィルター部材の温度を調節するように構成された処理ユニットであって、該流量センサーからのデータを使用して該フィルター部材における流量の変化を監視し、かつ、該流量センサーによって測定された流量の減少に応答して該フィルター部材の温度を上昇させるように構成された処理ユニットと、
を備える流体ベント用の装置。 - 前記流体が気体を含む、請求項1に記載の装置。
- 電磁場エネルギーを電力に変換し、前記発熱体、前記センサー及び前記処理装置に電力を供給するように構成された誘導ループをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記処理装置が前記発熱体を通過する電流を変化させる、請求項1に記載の装置。
- 圧力センサーをさらに備え、ここで、前記処理装置は、前記第1温度センサー及び該圧力センサーからのデータに基づいて該フィルター部材の温度を制御する、請求項1に記載の装置。
- 前記処理装置が前記データと所定の値のセットとを比較して前記フィルター部材の温度を制御する、請求項5に記載の装置。
- 記憶素子をさらに備え、前記所定の値のセットを該記憶素子内に保存し、そして該所定の値のセットが状態図を含む、請求項6に記載の装置。
- 第2温度センサーをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記発熱体及び前記フィルター部材は、流量センサーを備えるように、前記第1温度センサーと前記第2温度センサーとの間に位置する、請求項8に記載の装置。
- 前記処理装置は、前記第1及び第2温度センサーからのデータに基づいて流量を決定する、請求項9に記載の装置。
- 前記装置は、前記フィルター部材内の様々な箇所で流体の流れを測定するように構成された複数の流量センサーを備える、請求項9に記載の装置。
- 前記流体の流量を測定するための流速計をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記装置は、前記フィルター部材内の様々な箇所で流体の流れを測定するように構成された複数の流速計を備える、請求項12に記載の装置。
- 前記処理装置と通信状態にある警報機構をさらに備え、ここで、該処理装置は、エラー状態を作業者に知らせるように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記第1温度センサーが前記処理装置と無線で通信する、請求項1に記載の装置。
- 次の工程:
a.流体が通過する膜と、該膜を支持するハウジングとを有するフィルター部材、該フィルター部材内に設置され、該フィルター部材に関連する少なくとも一つのパラメーターを監視するための少なくとも1個のセンサー、及び、該フィルター部材内に設置され、該膜を加熱するように構成された発熱体を与え、
b.該フィルター部材内にある該発熱体の温度を制御して該流体を気体の状態に保持し、
c.該監視パラメーターの突然の増大に応答して該発熱体の温度を上昇させ、ここで、該突然の変化が詰まりを示すこと
を含む、フィルター部材の詰まりを防止する方法。 - 前記フィルター部材に最も近い温度センサーを与え、該温度センサーから受け取ったデータを使用して前記発熱体の温度を調節することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記発熱体は、電流が通る抵抗素子を備え、前記温度調節を、該発熱体を通して電流を変化させることによって行う、請求項17に記載の方法。
- 前記フィルター部材の最も近くにある圧力センサーを与えることをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記温度調節を、前記圧力センサー及び温度センサーからの測定値と所定の値のセットとを比較し、該比較に基づいて前記発熱体を通して電流を変化させることを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記所定の値のセットが状態図を含む、請求項20に記載の方法。
- 次の工程:
a.流体が通過する膜及び該膜を支持するハウジングを有するフィルター部材と、該フィルター部材内に設置され、該膜を加熱するように構成された発熱体と、該膜及び該発熱体のいずれかの側に設置された第1及び第2温度センサーと、該センサー及び該発熱体と通信状態にある処理装置とを与え、
b.該第1温度センサーと第2温度センサーとの間の温度差に基づいて該膜を通した流量を監視し、そして
c.該流量が所定のレベルよりも減少した場合(この減少は該膜が詰まったことを示す)には、作業者に警告すること
を含む、フィルター部材の状態を提供する方法。 - 前記流量が所定のレベルを超えて増加した場合に作業者に警告することをさらに含み、ここで、該増加がフィルターの完全性の問題を示す、請求項22に記載の方法。
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