JP5612700B2 - ファウリング検出機構及びファウリングを検出する方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の、前記流体に曝露されてファウリング（Fouling）に曝された表面のファウリングの量を判断するためのファウリング検出機構、及びファウリング検出方法に関する。

ファウリング検出機構及びファウリング検出方法は、このような流体処理デバイス及び／又は内部機能構成部分の表面、例えば熱伝達面のファウリング量をモニタリングするために、そしてこのような流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の、一般にＣＩＰ（定置洗浄（Cleaning In Place））と呼ばれるクリーニング処置をモニタリングするためにも有用である。

濾過システム内のフィルタに対するクリーニング処置の効率を試験する方法及び装置が特許文献１から知られている。クリーニング処置後、システムは加圧され、そして所定の時間にわたる圧力減衰が測定される。この圧力減衰に基づいて、クリーニング処置が有効であったか否かが見極められる。

しかしこのようなシステムは、ファウリング量をオンラインで判断することはできない。ファウリング量をオンライン測定することができる他の方法又は装置が存在する。

熱伝達面からの熱伝達のファウリング抵抗性と、熱伝達面の清浄度とを測定する装置であって、堆積物の蓄積度をオンラインでモニタリングすることができる装置が、特許文献２から知られている。この装置は、熱伝達面の平均温度を測定するための、熱伝達面内部で巻かれた所定の長さの所与のワイヤと、装置の入口／出口部分の温度を測定するための入口／出口部分水温測定部材とを使用する。

熱交換器を含む流体処理デバイスのファウリングをオンライン測定する別の装置が、特許文献３から知られている。この装置は、入口／出口温度、流量、面積、及び熱交換器の比熱の関数として熱伝達率を計算する。実際の熱伝達率を公称又は元の熱伝達率と比較することにより、熱交換器のファウリングを反映する熱伝達率悪化が生じたか否かを見極める。

しかし、周知のファウリング検出デバイスの問題は、例えばシステムの内圧、熱伝達、又は流量を測定することによって、これらのデバイスが流体処理デバイス及び／又はそれ自体の内部機能構成部分の動作パラメータに関するファウリングしか検出できないことである。従ってファウリング検出は、流体処理デバイスの動作パラメータがすでに著しく悪化して、機能構成部分が損傷するおそれがあり、そしてシステムが暴走するおそれがある時点で行われる。さらに、前述のシステムは多数のセンサを必要とし、このことはこのようなシステムの不安定性又は不具合を増大させる。

クリーニング処置は一般には、洗剤が添加された水でシステムを流すことにより実施される。クリーニングが機能しないという別の問題が発生することがある。このような場合、後続の製品サイクルの、製品損失を招く短縮化が生じる。それというのも、システムが計算よりも早くクリーニング段階に入らなければならないからである。前述のオンラインモニタリングシステムは、熱伝達面又は熱交換器と一緒に使用するようにしか構成されておらず、システムが動作中であるときのファウリング量しか測定することができず、クリーニング段階中のファウリング量を測定することはできない。

米国特許出願公開第２００５００００８９４（Ａ１）号明細書 米国特許第５９９２５０５号明細書 米国特許第４７６６５５３号明細書

従って本発明の目的は、上述の欠点を回避する、上記タイプのファウリング検出機構及びファウリング検出方法を提供することである。

この目的は、少なくとも１つの第１センサを含み、第１センサは、流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の前記表面の近く及び／又は内部に配置された少なくとも１つの感応領域を含む、前記流体の伝導性導電率（conductive conductivity）及び／又は光透明度を測定するための手段を含み、そして、前記感応領域が流体に少なくとも一時的に曝露されるようになっている、本発明によるファウリング検出機構によって達成される。

本発明によるファウリング検出手段は、機能構成部分、例えば排出ライン、ＵＨＴ（超高温）ライン、低温殺菌ライン、ＨＴＳＴ（高温短時間）−低温殺菌ライン、冷却システム、及び／又はボイラシステムを含み得る流体処理デバイスのファウリングのスケーリング（scaling）及び／又はクリーニング制御のために使用することができる。

本発明によって、任意の流体処理デバイスの操作者は、設備がいつクリーニングを必要とするか、そしてそれぞれのクリーニングステップをいつ終わらせ得るかを容易に見て取ることができる。結果として実行時間を最適化することが可能になり、このことは、使用しやすく堅牢な測定システムに起因して最適な工程コストをもたらし得る。

本発明の別の利点は、前記曝露表面のファウリング量の尺度を得るのに、ただ１つのパラメータの測定で十分であることである。さらに、この測定はいかなる機能構成部分からも独立しているので、測定されたパラメータは、たとえファウリングがシステムの動作パラメータにまだ僅かな影響しか及ぼしていなくても、ファウリングに対する正確な結果を提供する。

本発明によれば、流体処理デバイスはタンク、管、コンテナ、ダクト、循環システム、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。これらの流体処理デバイスは、内部機能構成部分のうちの１つ又は２つ以上を含む。これらの内部機能構成部分は本発明の種々の実施態様によれば、熱伝達面、蒸発器、破砕機（homogenizers）、混合装置、混合機、又はこれらの任意の組み合わせであってよい。

流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の前記表面は前記流体に曝露され、そしてファウリングに曝される。これらの表面は、このような流体処理デバイスの内部機能構成部分の表面を含むことができる。考察中の前記表面はファウリングに曝され、従って所定の時間経過後にはファウリング層がそれぞれの表面を完全に覆い得るので、前記表面は流体に一時的にのみ曝露されるようになっていてもよい。

本発明によれば、前記第１センサは、前記曝露表面の近く又は内部に配置された領域を含む。従って、前記曝露表面と同様に、センサの前記領域も前記流体に少なくとも一時的に曝露されていてもよく、そしてファウリングにも曝される。センサの前記領域が前記曝露表面の近く又は内部に配置されているので、この領域のファウリング量は、前記表面のファウリング量を表す。本発明によれば、伝導性導電率及び／又は光透明度を測定するための前記手段は前記領域を含むことが好ましい。

本発明によれば、前記第１センサはいずれも、物理的パラメータを例えば伝導性導電率及び／又は光透明度として測定する手段を含んでいてよい。前記物理パラメータは一般に、流体処理デバイスのいかなる表面のファウリング量からも独立しているべきである。しかし本発明によれば、前記パラメータの前記測定手段は、前記手段による物理パラメータの測定が、これらの表面のファウリング量に対する強い依存性を示すように実現されている。本発明による測定手段を用いた物理パラメータの測定は、システムがその清浄な状態にあるときに得られる前記物理パラメータの値と比較して、互いに異なる物理パラメータ測定値を生じさせる。従って、本発明によるファウリング検出機構内部に使用され得るいかなるセンサも、本来は、任意の物理パラメータを測定するように構成されたものであってよいが、しかし前記物理パラメータを測定すると、前記センサによって供給される値は、前記センサにファウリングが生じている場合には著しく悪化する。有利には、このようなセンサはファウリングに曝される領域を含み、そして前記領域のファウリングが、前記値の前記悪化の理由となる。この場合、領域を考察中の前記曝露表面の近く又は内部に配置することにより、これら曝露表面のファウリングの正確な尺度を得ることができる。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記少なくとも１つの第１センサによって測定された伝導性導電率及び／又は光透明度のいかなる変化も、前記表面のファウリング規模の尺度となる。

ファウリング検出機構及びファウリング検出方法のさらなる有利な実施態様が、従属請求項に特定されており、これらの実施態様について以下に説明する。

前記流体の伝導性導電率を測定するための少なくとも１つのセンサを含む、本発明によるファウリング検出機構の好ましい実施態様の場合、前記測定センサの領域は、第１電極として使用され得る少なくとも１つの第１導電性表面を含んでよい。センサはさらに、前記第１導電性表面と第２導電性表面との間の伝導性導電率を測定するための手段を含んでよい。この第２導電性表面は、流体に少なくとも一時的に曝露される。前記第２導電性表面はこの場合第２電極として使用されてよい。

有利には、前記センサの領域はまた前記第２導電性表面を、前記第１導電性表面から分離して配置された状態で含む。第２導電性表面の他の実施態様も、本発明に基づいて可能である。或いは例えば第２導電性表面は、もしあるならば流体処理デバイスの任意の導電性構成部分内で具体化されてよく、或いは、任意の他の第２導電性表面が、前記測定センサ領域の外部で測定手段の第２電極として使用するために特に構成されていてもよい。

本発明によれば、前記第２導電性表面は、曝露表面と比べてファウリングにさほど強く曝されなくてよいが、しかし前記第２導電性表面がファウリングに全く曝されない場合、又は前記曝露表面と同様にファウリングに曝される場合も本発明の範囲に含まれる。流体の伝導性導電率を測定するための測定装置が、ファウリング量に依存する測定結果の悪化を示しさえすれば、伝導性導電率を測定するためのいかなる他の幾何学的形状も一般的に可能である。

導電率センサの好ましい実施態様は、商業的に利用可能な導電率測定セル、例えばEcolab Engineering製のＬＧＰ導電率測定セル「Ｐｔ１００」によって有利に実施することができる。このような特定の導電率センサは、０〜２０ｍＳ／ｃｍの導電率値を検出することができ、また温度測定デバイスをも含む。しかし本発明によれば、測定センサの領域内に含まれる第１導電性表面に本発明に基づいて相応する少なくとも１つの曝露された測定電極を有するいずれの他の伝導性導電率センサも、流体の伝導性導電率を測定する前記手段に含まれてよい。このようなセンサはより広い導電率検出範囲、例えば０〜１００ｍＳ／ｃｍの範囲をも有していると有利である。

ファウリング検出機構の用途範囲に応じて、伝導性導電率を測定するためのセンサを相応に特定することができる。本発明の１つの好ましい実施態様の場合、連続製品サイクルにおいて流体処理デバイスを様々な流体のために使用する流体処理デバイス及びこのようなデバイスの内部機能構成部分の表面のファウリング量を検出するために、ファウリング検出機構を使用することができる。このような場合、一般にファウリング検出機構が清浄状態にあるときにファウリング検出機構で測定することができる流体の真性導電率は、他の流体毎に異なっていることがある。このような事例に適した本発明の実施態様の場合、ファウリング検出機構は種々様々な導電率測定センサを含んでいてよい。センサはセンサ毎に様々な測定範囲を有し、場合によっては互いに異なる精度をも有し得る。本発明のこのような実施態様によるファウリング検出機構は、測定された導電率が、センサが指定された値の範囲内にあるかどうかを検出する手段と、種々のセンサ間でセンサを選択する手段とを含む。

本発明の異なる実施態様の場合、ファウリング検出機構は、流体の光透明度を測定するための少なくとも１つのセンサを含み、前記測定センサの前記領域は、少なくとも１つの光学的に透明な窓を含んでよい。センサの領域は前記曝露表面の近く又は内部に配置されているので、前記窓もファウリングに曝すことができる。センサはさらに、光透明度及び／又は前記流体中に放射され得る光の散乱量を測定するための手段を含む。このような理由から、これらの手段は、少なくとも１つの光源と光検出器とを含んでいてもよく、当該光源は前記透明窓を通して前記流体中に光を放射し、そして前記流体中及び場合によっては前記曝露表面のファウリング中にも散乱作用が生じるため、光検出器は、前記検出器内に散乱された光を検出することができる。光検出器を位置決めするための種々の選択肢が可能である。好ましい実施態様の場合、光検出器は発光デバイスのすぐ隣に設けられているのに対して、別の実施態様では、光検出器は、発光デバイスから空間的に分離されて、第２透明窓の背後に設けられている。本発明によれば、センサの前記測定窓はファウリングに曝されてよく、その結果、前記光学的窓の透明度が低下する。

発光デバイスの可能な実施態様は例えばレーザー、電球、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光デバイスの好ましい中心波長は、流体が概ね透明であるが、しかしいずれのファウリングも半透明であり且つ／又は吸収性であるような光スペクトル範囲にある。流体の光透明度を測定するためのこのようなセンサの可能な実施形は、商業的に入手可能な光検出センサ及び／又は光吸収センサ、例えばOptec製の近赤外線吸収センサＨＳ １６−Ｎを使用することによって実現される。さらに、このような実施態様によるファウリング検出機構は光反射手段、例えば鏡を含んでよい。

別の好ましい実施態様におけるファウリング検出機構はさらに第２センサを含んでいてよい。この第２センサは、測定された物理パラメータ信号が経時的に悪化しない、又は経時的に悪化するのが第１センサの測定された信号よりも著しく遅い位置に配置されている。前記第２センサは、少なくとも１つの感応領域を含む、前記流体の光透明度及び／又は導電率を測定するための手段を含んでいてもよい。この感応領域は、流体に少なくとも一時的に曝され、そしてファウリングには曝されないか、又は前記流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の前記曝露表面のファウリングよりも少ない量のファウリングにしか曝されないように位置決めされている。ファウリング検出機構の好ましい領域の場合、第２センサの領域が曝されるファウリングは、前記流体処理デバイス及び／又はこのようなデバイスの内部機能構成部分の前記曝露表面のファウリング量の半分未満である。

本発明のファウリング検出機構の別の実施態様では、ファウリング検出機構はさらに複数の前記第１及び／又は第２センサを含み、そして複数センサの測定値の平均値を計算するための手段を含んでいてもよい。その代わりに又はこれに加えて、ファウリング検出機構は、センサの仕様、及び／又はそれぞれのセンサの不具合を示し得る逸脱した測定値に応じて、更なる処理を行うために複数の前記第１及び／又は第２センサのどちらかの信号を選択するための手段を含んでいてもよい。

ファウリング検出機構の種々様々な別の選択肢において、ファウリング検出機構はさらに、次のデバイスのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい：温度測定デバイス、誘導性導電率（inductive conductivity）測定デバイス、計算デバイス、データ記憶デバイス、視覚化デバイス、及び／又は任意の他の出力発生デバイス、例えばディスプレイ、データインターフェイス、及び／又はいくつかのアナログ信号。

測定された導電率及び／又は透明度を温度に対して基準化するために温度測定デバイスを使用することができる。本発明の１つの好ましい実施態様の場合、温度測定デバイスは、流体の導電率及び／又は透明度を測定するためのセンサ内部に含まれる。別の実施態様の場合、温度測定デバイスは、場合によってはそれぞれの場所における温度を計算するためにいくつかの形で実行される定義済み温度勾配を用いる計算手段によって、第１及び／又は第２センサの位置における流体の温度が間接的に判断されるように配置されている。

本発明の異なる実施態様では、ファウリング検出機構はさらに、前記曝露表面のファウリングによって影響されることなしに導電率を測定するための誘導性導電率測定デバイスを含んでいてもよい。誘導性導電率センサで導電率を測定する場合、測定値は一般に、センサのいかなるファウリングからも独立しており、本発明のファウリング検出機構に実装されると、測定された伝導性導電率に対する基準値として役立つことができる。本発明の１つの好ましい実施態様の場合、ファウリング検出機構は、前記第１センサのうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの誘導性導電率測定デバイスとを含む。

本発明によるファウリング検出機構はさらに、誘導性導電率測定デバイスで測定された値と、伝導性導電率測定デバイスで測定された値との差を計算することによって、ファウリングパラメータＳを判断するための手段を含んでいてよい。前記曝露表面の内部及び／又は近くにある１つの位置だけにファウリング検出機構を局所的に配置するためには、誘導性導電率測定デバイスをも含むファウリング検出機構が特に有利である場合がある。

既に前述のように、ファウリング検出機構はさらに、ファウリングパラメータＳを計算するための計算デバイスを含んでいてよい。このような場合、ファウリング検出機構の全てのセンサ及び／又は測定デバイスは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に接続されていてもよい。Ａ／Ｄ変換器は、センサ及び／又は測定デバイスのアナログ信号をデジタル値に変換する。デジタル信号はさらに前記計算デバイスに伝送されてよい。

ファウリング検出機構はさらに、センサ及び／又は測定デバイスの測定値を保存するための、且つ／又は、任意の計算済みファウリングパラメータＳを保存するためのデータ記憶デバイスを含んでいてもよい。ファウリング検出機構の別の実施態様では、ファウリング検出機構はさらに、ファウリングパラメータＳ及び／又は経時的な測定データを視覚化するための、且つ／又は好ましくは流体処理デバイス及び／又はこれらの内部機能構成部分のクリーニング要求に関する自動推奨値を出力するための視覚化デバイスを含んでいてよい。

本発明によるファウリング検出機構の実施態様では、計算デバイスはさらに、ファウリングパラメータＳを計算するための、そして特許請求の範囲及び／又は下記説明において特定された方法に従って前記ファウリングパラメータＳを分析するためのルーチンを含んでいてもよい。前述のようなファウリング検出機構の好ましい実施態様では、前記ファウリング検出機構の特徴は、前記方法を達成するのを可能にするように特定されてもよい。

冒頭に述べた目的を達成するために、流体処理デバイス及び／又はデバイスの内部機能構成部分の、前記流体に曝露された表面のファウリングの量を判断する方法であって、この方法が、前記曝露表面の近く又は内部にあるように選択された場所で、前記流体の伝導性導電率Ｑ及び／又は光透明度Ｔを測定し、この場合、導電率及び／又は光透明度の変化が、前記曝露表面のファウリングの程度に関する尺度を表し、ファウリングパラメータＳを判断し、好ましくは前記ファウリングパラメータＳと、定義済み基準値、好ましくは流体依存性の定義済み基準値とを比較することにより、前記ファウリングパラメータＳを分析するステップを含む、ファウリングの量を判断する方法がさらに提供される。

前記流体の伝導性導電率Ｑ及び／又は光透明度Ｔの測定は好ましくは、伝導性導電率Ｑ及び／又は光透明度Ｔを測定する手段が流体処理デバイスの少なくとも１つの製品サイクル内で前記場所に継続して留まるように実施される。このような製品サイクルは、流体処理デバイス及び／又はこれらの内部機能構成部分の２つのクリーニング処置の間の時間として定義される。このようなものとして、伝導性導電率及び／又は光透明度を測定する前記手段は好ましくは、前記表面と同じ程度に流体に曝露される。前記製品サイクル内の測定された伝導性導電率Ｑ及び／又は光透明度Ｔのいかなる変化も、本発明による前記曝露表面のファウリング規模の尺度を表す。

ファウリングパラメータＳを判断するステップは種々様々な方法で実施することができる。本発明による方法の１選択肢の場合、ファウリングパラメータＳは、測定ステップで測定された測定値（Ｑ，Ｔ）に直接に等しい。或いは、測定値は定義済み変換係数Ｃで基準化されてもよい。

ファウリングパラメータＳの判断ステップはさらに、測定値（Ｑ，Ｔ）と、システムが清浄状態にあるときに測定され得る前記物理パラメータ（Ｑ_０，Ｔ_０）の値に好ましくは相当する定義済み基準値との差、及び／又は相対差を計算するステップを含んでもよい。従って、前記基準値は概ね流体依存性である。測定値と前記基準値との前記差は、前記表面のファウリング量の尺度と解釈することができ、ひいてはファウリングパラメータＳと考えることができる。ファウリングパラメータＳが、流体及び／又は流体処理デバイスに依存し得るいくらかの定義済み閾値（Ｑ_Ｔ，Ｔ_Ｔ）を上回ると、前記ファウリングパラメータの分析ステップは結果として、相応のクリーニングのアドバイスをもたらすことができる。

本発明による方法の別の選択肢の場合、測定ステップはさらに、ファウリングによって特に影響を受けないという理由から選ばれた場所で、前記流体の伝導性導電率Ｑ’及び／又は光透明度Ｔ’を測定することを含む。これらの場所は、考察されている前記曝露表面とは離隔していてよく、好ましくは前記流体処理デバイスの任意の内部機能構成部分に対して上流側にあってもよい。

ファウリングによって影響されない前記場所から得られた、測定された信号（Ｑ’，Ｔ’）を連続基準値として使用することができるので、ファウリングに曝された場所における測定値（Ｑ，Ｔ）と、ファウリングによって特に影響されない場所における測定値（Ｑ’，Ｔ’）との差（Ｑ−Ｑ’，Ｔ−Ｔ’）及び／又は相対差（（Ｑ−Ｑ’）／Ｑ，（Ｔ−Ｔ’）／Ｔ）が、曝露表面のファウリング量の尺度として使用される。ファウリングパラメータＳを判断するステップはこの場合さらに、対応する結果をファウリングパラメータＳに関連づけするために前記差を計算するステップを含んでいてよい。本発明による、少なくとも１つの第１センサと少なくとも第２センサとを含むファウリング検出機構を利用することによって実施することができるこのような方法の利点は、ファウリングに曝された場所における流体の伝導性導電率及び／又は光透明度の測定値を解釈するために、流体依存性基準値、例えば流体自体の導電率及び／又は光透明度（Ｑ_０，Ｔ_０）に関する知識は概ね必要でないという事実によってもたらされる。さらに、以前に測定された基準値も必要とならない。

本発明による方法の別の選択肢の場合、ファウリングに曝された場所における伝導性導電率を測定する他に、この方法はさらに、前記流体の誘導性導電率Ｑ_ｉｎｄを測定するステップを含んでもよい。誘導性導電率を測定するための場所は任意であり、前記曝露表面に近い位置、好ましくは伝導性導電率が測定されるのと同じ位置で測定が行われてもよい。誘導性導電率Ｑ_ｉｎｄを測定する利点は、一般にその値が前記曝露表面のうちのいずれのファウリングからも独立しているという事実によってもたらされる。ファウリングパラメータＳの判断ステップはさらに、ファウリングに曝された位置の伝導性導電率を測定するときに得られた測定値Ｑと、誘導性導電率を測定するときに得られた測定値Ｑ_ｉｎｄとの差（Ｑ−Ｑ_ｉｎｄ）及び／又は相対差（Ｑ−Ｑ_ｉｎｄ／Ｑ）を計算するステップを含んでもよい。

さらに、測定ステップはまた流体の温度を測定することを含んでいてもよい。好ましくは、温度は、流体の導電率（Ｑ，Ｑ’，Ｑ_ｉｎｄ）及び／又は光透明度（Ｔ，Ｔ’）が測定されるのと同じ場所で測定される。ファウリングパラメータＳの判断ステップはこの場合、測定された導電率（Ｑ，Ｑ’，Ｑ_ｉｎｄ）及び／又は光透明度（Ｔ，Ｔ’）を温度に対して基準化することを含んでよい。この基準化は、導電率及び／又は光透明度と温度との線形関係、又は流体に関連して好ましく選択される任意の他の定義済みの関数関係に従って実施することができる。

本発明による方法の１つの好ましい選択肢の場合、ファウリングパラメータを測定して判断し、そして前記ファウリングパラメータを分析するステップは、流体処理デバイス及び／又はこれらのデバイスの機能構成部分の任意の動作と同時に実施される。或いは、ファウリングパラメータを測定し且つ／又は判断するステップは、残りのステップが実施される前に任意の回数にわたって繰り返される。好ましくは全てのステップは、定義済みの時間間隔Δｔ後に繰り返し行われる。方法のこの好ましい選択肢によれば、前記曝露表面のファウリングはオンラインでモニタリングすることができる。

方法の別の選択肢によれば、ファウリングパラメータＳの判断ステップは、ファウリングパラメータＳを、導電率（Ｑ，Ｑ’，Ｑ_ｉｎｄ）及び／又は光透明度（Ｔ，Ｔ’）の測定値の関数として含むことができる。好ましくはこの関数は、測定値に対して線形であるが、しかし定義済み変換係数Ｃ_ｉを伴う次数Ｎの任意の種類の多項式であってもよい。好ましくは、これらの変換係数Ｃ_ｉは、測定ステップ内で使用されるそれぞれのセンサに応じて選択される。変換係数Ｃ_ｉは、前に実施されたいくつかの較正ステップにおいて判断することができる。

方法の別の選択肢においては、前記ファウリングパラメータＳの判断ステップはさらに、当該ファウリングパラメータＳをそれぞれのデータ取得手段及び／又はデータ記憶手段で保存することを含み、且つ／又は、前記ファウリングパラメータＳの分析ステップは、以前のファウリングパラメータ群を当該データ記憶手段から回収し、そして前記ファウリングパラメータ群を視覚化することを含む。しかし前記ファウリングパラメータの分析は、ファウリングパラメータＳと、いくつかの定義済み閾値Ｓ_Ｔとを比較することによって実現されてもよい。ファウリングパラメータＳが前記定義済み閾値Ｓ_Ｔよりも大きい場合、この方法はさらに、流体処理デバイス及び／又はこれらの内部機能の使用者に通知するステップを含んでいてもよい。

本発明による方法の更なる選択肢によれば、前記ファウリングパラメータＳの分析ステップは、好ましくはファウリングパラメータＳの一次導関数ｆ’（Ｓ）を数値計算することによって、ファウリングパラメータＳの経時的変化の尺度となる第２のパラメータＳ’を計算し、そしてこの第２のパラメータＳ’をいくつかの定義済み基準値と比較することを含む。好ましくは、分析ステップは結果として、パラメータＳ’の規模が前記定義済み閾値Ｓ’_Ｔよりも小さいときにクリーニングの必要性を指示する。

本発明の方法の別の選択肢では、流体は、懸濁液及び／又は乳濁液を含有する混合物である。好ましくは、流体は主にミルクを含有する混合物である。内部機能構成部分を有する流体処理デバイスは、例えばＵＨＴラインであってよい。高い温度はミルクの変性を招く。ミルクの変性は、発熱要素の下流側にあるＵＨＴラインの表面にファウリングが発生する原因となり得る。しかし流体処理デバイス内部にはいかなるその他のタイプの流体を処理してもよく、いかなる種類の好ましい流体を選択しても、それが本発明を限定することは決してない。

この方法の更なる選択肢は、流体処理デバイス及び／又はこれらのデバイスの機能構成部分内部の種々の場所、及び／又は種々異なる時間、好ましくは前記時間間隔Δｔの整数のフラグメント（integer fragments）で、導電率及び／又は光透明度を測定するステップを含むことができる。平均値を計算する付加的なステップが、ファウリングパラメータＳの判断の精度を高くすることができる。

導電率及び／又は光透明度を２つ以上の場所で測定する場合、ファウリングパラメータＳの判断ステップは平均値を求めることによって実施することができる。

好ましい実施態様の下記詳細な説明、同封の特許請求の範囲、並びに添付の図面から、本発明の他の目的、特徴、及び利点が明らかとなる。

添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を以下により詳細に説明する。

図１は、本発明によるファウリング検出機構を含む、内部機能構成部分を有する流体処理デバイスを示す概略図である。 図２は、流体処理デバイス及びその内部機能構成部分の表面を、これらが流体の流動方向で配置された状態で、本発明によるファウリング検出機構を含めて示す概略図である。 図３は、図２の切断線に沿って示すセンサの概略図である。 図４は、図３に示されたセンサを示す等価回路図である。 図５は、本発明による方法の４つの種々の選択肢を示すフローチャートである。

図１において、流体、好ましくはミルクを含有するいくつかの混合物を低温殺菌するための流体処理デバイス（２）が概略的に示されている。流体処理デバイス（２）の製品回路（１２）はＵＨＴラインを含有している。ＵＨＴラインは管と、タンクと、流体（６）を加熱するための２つの熱交換器（３７）とを含む。これらの熱交換器は前述のように、流体処理デバイス（２）の前記内部機能構成部分を表している。製品回路（１２）は、流体（６）を製品回路（１２）内に供給するための入口部分と、流体（６）の引き出しのための出口部分とを有している。流体は先ず、製品回路（１２）の大部分を既に通過して出口部分を通って製品回路（１２）を出る直前にある流体（６）の部分と熱力学的に接触させることによって流体（６）を予熱するための、第１熱交換器（３７）を通過する。第１熱交換器（３７）内で予熱された後、流体は管を通って第２熱交換器（３７）内に案内される。この場所で流体は、外部水回路（３８）との熱力学的接触によって高い温度まで加熱されるようになる。外部水回路（３８）内の水は、第３熱交換器（４１）を通過することによって加熱されている。第３熱交換器は、蒸気、及び／又はいくつかの電動式熱源（３９）によって駆動される。熱源はまた電気的な出力部を含んでいる。この出力部は水回路の温度の計測として役立つことができる。第１及び第２熱交換器内で加熱された後、且つ／又は加熱されている間、流体（６）は、流体加熱デバイス及び熱交換器の表面（３）上にファウリング（５）を生じさせることがある。これらの表面は、第１熱交換器の丁度始まる個所、及びその下流側に位置している。特にミルクの場合、このようなファウリング（５）が予想される。それというのもミルクは高温で変性し、このことが前記ファウリング（５）を招くからである。流体はさらに、所定の時間にわたって所定の温度を上回る温度に流体を維持するためのタンクをも場合によっては含めて、管を通って案内される。製品回路（１２）を出る前に、流体（６）は既に述べたような第１熱交換器（３７）内部での熱力学的接触を介して、製品回路（１２）に入る流体部分を予熱する。

図１に示された本発明の好ましい実施態様に基づくファウリング検出機構（１）は、流体（９，１０９）の伝導性導電率を測定するための手段を有する２つのセンサ（７，１０７）と、２つの温度測定デバイス（３，１３０）と、流体の誘導性導電率を測定するためのセンサ（１３）と、アナログ／デジタル変換器（３５）と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）（３６）とを含む。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）は計算デバイス（３２）と、データデバイス（３３）と、視覚化デバイス（３４）とを含む。

流体の伝導性導電率を測定するための第１センサ（７）は、図２に見られるようなセンサの領域（８）が、流体処理デバイス及びその熱交換器の曝露表面（３）内部に位置するように位置決めされている。従って、センサ（７）の前記領域はファウリング（５）に曝されるので、このような領域（８）上のファウリングは、熱交換器の表面を含む流体処理デバイスの表面（３）のファウリングを表す。温度測定デバイス（３０）のうちの１つをその近くに配置することにより、流体（６）の導電率が測定される位置で流体の温度を測定する。温度を測定するためのセンサ（３０）及び流体の伝導性導電率を測定するセンサ（７）は、図１及び２には別個のものとして概略的に示されているが、しかし本発明の好ましい実施態様の場合、両方のデバイスを単一のデバイス内で組み合わせることができる。

第２温度測定デバイス（１３０）、及び流体（１０９）の伝導性導電率を測定する手段を有するセンサ（７，１０７）は、第１及び第２熱交換器（３７）内部の熱伝達面に対して、流体処理デバイス内部で上流側に位置決めされている。この位置では、流体はまだ加熱されておらず、従って、流体処理デバイスの近くの表面上にファウリングを発生させることはない。好ましくは２つのクリーニング工程間の時間である１製品サイクル内では、熱伝達のための水チャンバ（３７）の上流側に配置されたセンサ（１０７）の測定伝導性導電率は、一般に一定のままであるはずである。他方において、第１センサ（７）の測定伝導性導電率は変化する。なぜならば、流体処理デバイスの表面（３）のファウリング（５）は熱交換器（３７）で、且つ／又は熱交換器（３７）の下流側で発生するからである。ファウリング（５）は液体（６）の温度の増大によって発生する。

ファウリング検出機構（１）はさらに、流体（１３）の誘導性導電率を測定するためのセンサを含む。この特定の実施態様におけるセンサ（１３）は、熱交換器（３７）の下流側に配置されているが、しかし流体処理デバイス（２）内のいかなる位置にも配置することができる。流体（６）の誘導性導電率は１つの動作サイクル内で一般には一定のままであるはずである。それというのも流体の誘導性導電率は、流体処理デバイス内部の表面又はセンサのファウリングが、測定される信号を悪化させることがないように測定されるからである。

全てのセンサは、センサの測定値をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に接続されている。デジタル信号は、計算デバイスに転送される。計算デバイスは本発明のこの実施態様によれば、パーソナルコンピュータ（３６）内に含まれる。いずれの測定値も、パーソナルコンピュータ（３６）に接続された視覚化デバイス（３４）によって視覚化することができる。パーソナルコンピュータ（３６）は、任意の計算済みファウリングパラメータを含むこともでき、或いは、ファウリングパラメータと、定義済み閾値又は基準値との比較に基づいて任意の自動推奨値を含むこともできる。

図２には、流体流（６）がその内部機能構成部分（３）を含む流体処理デバイスの表面の種々の構成部分、及び図１に示された本発明の好ましい実施態様に基づくファウリング検出機構（１）に沿って進むのに伴う様子が、概略的に示されている。流体流が通過する機能構成部分は、第１及び第２熱交換器（３７）の熱伝達面（４）を含む。図２の概略図によれば、流体は先ず、流体の伝導性導電率を測定するための手段（１０９）を備えたセンサと、温度測定デバイス（１３０）とを通過する。これらのデバイスの位置では、流体（６）はまだ加熱されず、ひいては流体処理デバイスの表面にいかなるファウリング（５）も発生させない。図２に示されているように、流体（６）が右側に向かって流れるのに従って、流体（６）は熱交換器（４，３７）の表面を通過する。流体（６）はこれにより加熱され、そして流体処理デバイス及び熱交換器の表面（３）にファウリング（５）を発生させ始めることがある。流体処理デバイスの表面及び熱交換器の表面がファウリング（５）に曝される位置には、更なる温度センサ（３０）と、流体の伝導性導電率を測定するためのセンサ（７）とが配置されている。

流体の伝導性導電率を測定するための両センサ（７，１０７）が、流体処理デバイス（２）のそれぞれの表面内に配置された領域（８，１０８）を含むものとして、図２に概略的に示されており、センサは熱交換器（４，３７）の下流側のセンサ（７）に当てはまるように、ファウリングに曝され得る。センサ（７）はさらに、流体の伝導性導電率を測定するための手段（９，１０９）を含む。これらの手段は、第１の導電性表面（１０，１１０）、及び第２の導電性表面（１１，１１１）に接続されている。本発明のこの特定の実施態様の場合、両方の導電性表面（１０，１１０，１１，１１１）はセンサ（７，１０７）の前記領域（８，１０８）内部に配置されている。センサの導電性表面（１０，１１０，１１，１１１）は従って、センサ（７，１０７）の領域（８，１０８）と同様にファウリングに曝される。この場合にもやはり、センサはアナログ／デジタル変換器（３５）に接続されている。アナログ／デジタル変換器は、計算デバイス（３２）と、データデバイス（３３）と、視覚化デバイス（３４）とを含むパーソナルコンピュータ（３６）に接続されている。

図３は、流体の伝導性導電率を測定するための、図２の切断線に沿って示すセンサ（７）の概略図である。図面は、ファウリング（５）に曝されるセンサの領域（８）を含み、このセンサは、第１導電性表面（１０）と第２導電性表面（１１）とを含んでいる。これら両方の表面は、伝導性導電率を測定するための手段（９）に接続されている。さらに、図３は、第１導電性表面（１０）と第２導電性表面（１１）との間の電気力線（４０）の経路を示している。ファウリング（５）の量に応じて、電気力線（４０）はファウリング（５）の層及び流体自体を部分的に通過する。

図４には、図３に示された各電気力線（４０）に対応する第１導電性表面と第２導電性表面との間の電流に関する等価回路図が示されている。全ての残りの力線に対する等価電気抵抗（４４）が概略的に示されている。図示のように、力線のいずれか１つに沿った各電流経路の電気抵抗は、ファウリングの量に依存する電気抵抗（４３）と、流体（６）の電気抵抗を形成する別の抵抗（４２）とを直列接続したものと考えることができる。１つの製品サイクル内では、ファウリング層（５）の等価電気抵抗（４３）は、ファウリング層（５）の厚さが増大することによって高くなる。

図５には、本発明による方法の４つの種々の選択肢のフローチャートが示されている。フローチャートは、前述の実施態様に基づくファウリング検出機構を使用した、ファウリング検出方法のステップを図式的に示している。図５に示された全ての選択肢は測定ステップで始まる。測定ステップは、ファウリングに曝された個所で伝導性導電率Ｑ_ｉを測定することを含む。図１に示すファウリング検出機構に関連して、測定ステップは、伝導性導電率センサ（７）を利用することにより実施される。伝導性導電率センサ（７）は、熱交換器（３７，４）の表面の下流側に配置されている。

本発明による方法の１つの可能な選択肢において、ファウリングパラメータＳの判断ステップは、図５の最も左側に示された第１の選択肢に基づいて実現される。この事例において、ファウリングパラメータＳは、測定された伝導性導電率Ｑ_ｉと定義済み基準値との差として計算される。この定義済み基準値は、この選択肢によれば、測定サイクル開始時の測定伝導性導電率によって提供される。好ましくは、測定サイクルは製品サイクルと同時に始まる。その場合には、伝導性導電率Ｑ_０は流体処理デバイスの清浄な段階において測定され、従って物理的に予測される、流体の流体依存の導電率に相当するはずである。分析ステップは、飽和パラメータが閾値を超えているか否かをチェックすることを含む。これは肯定の場合には、クリーニングのアドバイスを発するステップをもたらす。測定、判断、及び分析を行うステップは連続的に繰り返され、好ましくは定義済み時間間隔Δｔで始まる。指数ｉは、新しい測定ステップ毎に連続的に増える、増大する整数を表す。

この方法の第２の選択肢において、測定ステップはさらに、ファウリングに曝されない場所において伝導性導電率Ｑ’を測定することを含む。図１に基づく流体処理デバイス及び／又はその内部機能構成部分について考察すると、伝導性導電率Ｑ’を測定するステップは、ファウリング検出機構のセンサ（１０７）を利用することによって実施することができる。ファウリング検出機構は、任意の内部機能構成部分の上流側に配置されている。この事例では、ファウリングパラメータＳの判断ステップは、ファウリングに曝されない場所で測定された伝導性導電率Ｑ’と、ファウリングに曝される場所で測定された伝導性導電率Ｑとの差を計算することによって行われる。分析ステップは、前述の選択肢と同じままである。

図５に概略的に示された方法の第３の選択肢は、測定ステップが誘導性導電率Ｑ_ｉｎｄを測定することを含むように行われる。誘導性導電率は、流体処理デバイス及び／又はその内部機能構成部分内部の任意の表面のファウリング量とは独立しているので、この方法の利点は、誘導性導電率を、伝導性導電率が測定されるのと同じ位置で測定し得るという事実によって与えられる。図５に示された方法の第３の選択肢によれば、ファウリングパラメータの判断ステップは、誘導性導電率の関数と伝導性導電率との差として飽和パラメータを計算することを含む。これらの関数は任意の種類の多項式であってよく、それぞれの値を測定するために使用されるセンサに従って特定される。多項式は、図５には示されていない前の較正ステップ内で各センサに対して特に予め定義されていてもよい。しかし、飽和パラメータＳは、測定された誘導性導電率と伝導性導電率との差を直接に計算することにより計算することもできる。やはりここでも前記ファウリングパラメータＳの分析ステップは同じままである。

図５に示されているような、ファウリング検出方法の第４の選択肢では、測定ステップはさらに、誘導性導電率及び／又は伝導性導電率が測定される位置で流体の温度を測定することを含む。ファウリングパラメータの判断ステップはここでは、温度に対して測定導電率を基準化するステップを含む。従って図５では、ファウリングパラメータの計算ステップは、測定導電率Ｑ又はＱ_ｉｎｄの次に温度Ｔにも依存するそれぞれの関数を含む。

図５に示された第４の選択肢はさらに、全ての測定値を保存するステップと、古いデータ値を引き出す別のステップとを含む。古いデータ値はそれぞれの視覚化手段で視覚化される。

本発明による方法はまた、任意の他の選択肢を含み、この選択肢は、前述の選択肢の組み合わせ、又は特許請求の範囲の特徴に基づく任意のその他の選択肢であってもよい。

主にファウリング検出機構（１）の好ましい実施態様を参照しながら、本発明を上記のように説明してきたが、上に配置されたもの以外の実施態様も、添付の特許請求項によって定義された本発明の範囲内で可能である。

１ ファウリング検出機構
２ 流体処理デバイス
３ ファウリングに曝される流体処理デバイス及び熱交換器の曝露面
４ 熱伝達面
５ ファウリング
６ 流体
７，１０７ センサ
８，１０８ 領域／センサ領域
９，１０９ 流体の伝導性導電率を測定する手段
１０，１１０ 第１導電性表面
１１，１１１ 第２導電性表面
１２ 管及びタンクを含む製品回路
１３ 誘導性導電率センサ
３０，１３０ 温度測定デバイス
３１ 誘導性導電率測定デバイス
３２ 計算デバイス
３３ データデバイス
３４ 視覚化デバイス
３５ Ａ／Ｄ変換器
３６ ＰＣ
３７ 熱伝達のための熱交換器
３８ 熱伝達のための水回路
３９ 電気的供給部及び出力部を含む発熱要素
４０ 電気力線
４１ 熱伝達のための熱交換器
４２ 任意の流体中を通る電流のための等価電気抵抗器
４３ 任意のファウリングを通る電流のための等価電気抵抗器
４４ 等価電気抵抗器

Claims (9)

1. 流体処理デバイスと流体に曝露された前記デバイスの内部機能構成部分との両方又は一方の表面のファウリングの量を判断する方法であって、
   前記流体処理デバイス（２）は前記流体（６）が内部を通る１つの製品回路（１２）を含み、前記製品回路（１２）には、熱力学的接触によって前記流体（６）を加熱する熱交換器（３７）が設けられており、
   前記方法が、
   ａ） 前記曝露表面の近く又は内部である、前記熱交換器（３７）よりも下流で、前記流体の光透明度Ｔを測定するステップであって、光透明度の変化が、前記曝露表面のファウリングの程度に関する尺度を表す、測定するステップと、
   ｂ） ファウリングパラメータＳを判断するステップと、
   ｃ） 前記ファウリングパラメータＳを分析するステップと、
   を含む、
   方法において、
   前記測定するステップが、ファウリングによって特に影響を受けない、前記熱交換器（３７）よりも上流で、前記流体の光透明度Ｔ’を測定することを含み、
   前記ファウリングパラメータＳを判断するステップが、前記曝露表面の近く又は内部である前記場所で測定された光透明度（Ｔ）と、ファウリングによって特に影響を受けない前記場所で測定された光透明度（Ｔ’）との間の差及び相対差の両方又は一方、つまり（Ｔ−Ｔ’）／Ｔ又はＴ−Ｔ’を計算することを含む、
   方法。
2. 前記方法がさらに、
   ａ） 前記曝露表面の近く又は内部であるように選択された場所で、前記流体の伝導性導電率Ｑを測定するステップであって、伝導性導電率の変化が、前記曝露表面のファウリングの程度に関する尺度を表す、測定するステップと、
   ｂ） さらなるファウリングパラメータＳを判断するステップと、
   ｃ） 前記さらなるファウリングパラメータＳを分析するステップと、
   を含む、
   方法において、
   前記測定するステップが、ファウリングによって特に影響を受けないように選択された場所で、前記流体の伝導性導電率Ｑ’を測定することを含み、
   前記さらなるファウリングパラメータＳを判断するステップが、前記曝露表面の近く又は内部である前記場所で測定された伝導性導電率（Ｑ）と、ファウリングによって特に影響を受けない前記場所で測定された伝導性導電率（Ｑ’）との間の差及び相対差の両方又は一方、つまり（Ｑ−Ｑ’）／Ｑ又はＱ−Ｑ’を計算することを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記測定するステップは、前記流体の誘導性導電率Ｑｉｎｄを測定するステップを含み、
   前記ファウリングパラメータＳを判断するステップは、ファウリングパラメータＳを、誘導性導電率と伝導性導電率と間の差及び相対差（つまり（Ｑ−Ｑｉｎｄ）／Ｑ又はＱ−Ｑｉｎｄ）の両方又は一方の関数として計算することを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記測定するステップは、前記場所に対して流体の温度を測定することを含み、
   前記ファウリングパラメータＳを判断するステップは、ファウリングパラメータＳを温度の関数として計算することを含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定するステップ、前記判断するステップ及び前記分析するステップである前記ステップが、前記流体処理デバイスとこのようなデバイスの内部機能構成部分との両方又は一方の使用及びクリーニングの両方又は一方と同時に行われることと、定義済みの時間間隔Δｔ後に繰り返し行われることとの両方又は一方を特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ファウリングパラメータＳを判断するステップは、ファウリングパラメータＳを、測定された光透明度Ｔの関数として計算することを含む、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ファウリングパラメータＳを判断するステップは、ファウリングパラメータＳを、測定された伝導性誘電率Ｑの関数として計算することを含む、
   請求項２又は３に記載の方法。
8. 前記ファウリングパラメータＳを判断するステップはさらに、前記ファウリングパラメータＳを、データ取得手段及びデータ記憶手段の両方又は一方で保存することを含むことと、
   前記ファウリングパラメータＳを分析するステップは、以前のファウリングパラメータ群を前記データ記憶手段から回収し、かつ前記ファウリングパラメータ群を視覚化することと、前記ファウリングパラメータＳの経時的変化の尺度となる第２のパラメータＳ’を計算し、かつこの第２のパラメータＳ’をいくつかの定義済み基準値と比較することとの両方又は一方を含むことと、
   の両方又は一方を特徴とする、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記流体が、懸濁液及び乳濁液の両方又は一方を含有する混合物である、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。

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