JP6981628B2 - フィルタデバイス - Google Patents

Description

従来技術

本発明は、請求項１の前文に記載のフィルタデバイス、請求項１５の前文に記載のフィルタデバイスを製造するための方法、および請求項１９に記載のフィルタデバイスを用いる方法に関する。

少なくとも１つのフィルタエレメントと、少なくとも１つの一体化された液体安定化材とを有する少なくとも１つのフィルタユニット、特に膜フィルタユニットを備え、液体、特に飲料を安定化させるために構成されたフィルタデバイスが既に知られている。

本発明の目的は、特に、液体の安定化に関する特性が向上した上記タイプのデバイスを提供することである。本目的は、請求項１、２、１５および１９の特徴により本発明によって達成される一方、従属請求項から本発明の好適な実施形態および展開を導くことができる。

発明の利点

本発明は、少なくとも１つのフィルタエレメントと、少なくとも１つの一体化された液体安定化材とを有する少なくとも１つのフィルタユニット、特に少なくとも複数のフィルタユニット、特に膜フィルタユニットを有するフィルタデバイスであって、液体、特に飲料を安定化させるために構成されたフィルタデバイスに関する。

フィルタユニットが少なくとも１つの更なる一体化された液体安定化材を有することを提案する。複数の液体安定化材の使用によって、特に貯蔵中および／または輸送中の濁りの原因である、液体に溶けた、より多くの、特に様々な物質を液体から分離することができ、特に多くの安定化の性質を利用することができ、それにより、より効率的で、より純然たる安定化がもたらされる。液体安定化材を有しないフィルタデバイスと比べて、少なくとも１つの液体安定化材を有するフィルタデバイスの使用によって、濁りを積極的に生じさせる物質が液体中で最大３％少なく観察される。より好適には、液体安定化材を有しないフィルタデバイスと比べて、少なくとも１つの液体安定化材および少なくとも１つの更なる液体安定化材を有するフィルタデバイスの使用によって、濁りを積極的に生じさせる物質が液体中で最大６％少なく観察される。さらに、液体の貯蔵安定性を向上させることができる。液体安定化材を有しないフィルタデバイスと比べて、最大５倍長い貯蔵安定性を達成することができ、最長６ケ月間の貯蔵後にのみ初期濁りが起きる。特に醸造業および飲料業では、濾過と安定化の組合せが注目される。本発明は、一つの設備のみの投資が必要されるだけとなり、それによりコストを抑制できるためである。よって、全体として液体の安定化を向上させることができる。

本書では、「フィルタデバイス」は、フィルタの少なくとも一部分、特にフィルタモジュール、フィルタ組立体および／またはフィルタシステムの少なくとも一部分、特に部分組立体（ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ）を意味するものと理解されたい。フィルタデバイスは、好ましくは、飲料水、ジュース、およびアルコール飲料、特にビール、ワインおよび／またはウィスキーなどの飲料を安定化させるために構成される。また、フィルタデバイスは、代替的にまたは追加的に、精製用、廃水処理用および／または医療技術において、特に血液透析用に使用することができる。特に、フィルタデバイスは、フィルタ全体、特にフィルタモジュール全体、フィルタ装置全体および／またはフィルタシステム全体を備えたものとすることもできる。フィルタデバイスは、特に追加的に、更なる部分および更なる部分組立体を備えることができ、特に、それらを、好ましくはフィルタ、フィルタ装置および／またはフィルタシステムを形成するために備えると有効である。

特に、「液体の安定化」は、液体に溶けた物質、特に、タンニン、フェノール、たんぱく質、ペプチドおよび／または濁りを生じさせる他の不純物などの有機物質、または積極的に濁りを生じさせる物質を、液体クロマトグラフィを用いて、特に様々な機械的、化学的および／または物理的な分離原理を使用して、液体から分離することを意味するものと理解すべきである。

「フィルタユニット」は、物質が溶けた液体を受け入れ、液体から物質を少なくとも部分的に、特に少なくとも大半を、特に好ましくは完全に分離するために提供されるユニットであって、好適には、分離された物質を吸着し、液体を通過させるフィルタユニットを特に意味すると理解すべきである。フィルタユニットは、特に、精密濾過、好ましくは限外濾過、特に好ましくはナノ濾過のために構成される。フィルタユニットは、特に、液体を導通するための少なくとも１つの液体チャンネルを有する。フィルタエレメントは、特に、好ましくは少なくとも部分的に膜を形成する、部分的に液体透過性である構造、特に多孔質構造を有する。フィルタエレメントは、好ましくは、少なくとも１つの方向、特に液体チャンネルの周縁方向で液体チャンネルの境界を定める。フィルタユニットは、好適には中空糸として形成され、そのケーシングが、好ましくはフィルタエレメントとして形成される。フィルタユニットは、特に好ましくはクロスフロー濾過ユニットであって、特に、液体チャンネルがフィルタエレメントに沿って延び、特に、ある運転状態で、液体チャンネルを通る液体が液体チャンネルを横切ってフィルタエレメントを通過する、クロスフロー濾過ユニットを形成する。

フィルタエレメントは、特に、食品に対して安全であり、特に、フィルタエレメントの構成部、好ましくは、フィルタエレメントの前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）および／またはそれらの前駆体により形成された構成部は、飲料水と接触する有機材料の衛生的評価に関する連邦環境局（ＵＢＡ）のガイドライン（ＫＴＷガイドライン）および／または食品接触に関する米国食品医薬品局（ＦＤＡ）のガイドラインを満たす。

フィルタエレメントは、特に、少なくとも０．００４μｍ、好ましくは少なくとも０．０１μｍ、特に好ましくは０．１μｍの平均細孔径、および／または特に最大１０μｍ、好ましくは最大５μｍ、特に好ましくは最大２μｍの平均細孔径を有する細孔を有する。フィルタエレメントは、特に、非対称であるものとすることができ、より具体的には、好ましくは壁の径に沿って、細孔勾配を有するものとすることができる。フィルタエレメントは、好ましくは、少なくともフィルタエレメント自体の重量を支持するために提供されたキャリア構造、特に、液体の少なくとも濾過および／または安定化のために提供された分離構造（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するものとすることができる。

「一体化された液体安定化材」は、少なくとも部分的にフィルタユニットとともに１つの部品に形成された液体安定化材、より具体的には、特に、１つの部品においてフィルタエレメントに接続されたおよび／または少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成する液体安定化材を特に意味すると理解すべきである。

表現「少なくとも部分的に１つの部品に」は、本書では、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの構成部分、特に物体自体が、少なくとも１つの更なる物体の少なくとも１つの構成部分とともに１つの部品に形成され、特に、更なる物体自体とともに１つの部品に形成されていることを特に意味すると理解すべきである。用語「１つの部品に」は、本書では、少なくとも物質と物質との間の結合によって、例えば、溶接プロセス、接着プロセス、射出成形プロセス、および／または当業者にとって好適と考えられる別のプロセスによって接続されていることを特に意味すると理解すべきである。用語「１つの部品に」は、好適には、「１つの部分に」を意味するとも理解すべきである。用語「１つの部分に」は、単一部品に形成されていることを特に意味すると理解すべきである。これは、好ましくは射出成形法、特に一成分および／または多成分の射出成形法、特に好ましくは紡糸法、特に、相転換プロセスでフィルタユニットが一体化された液体安定化材とともに製造された部品、特に、反応紡糸などの湿式紡糸法で、好ましくは、個々のブランク、塊および／または鋳造物から製造された部品である。

用語「液体安定化材」は、好適には、少なくとも１つの好ましくは化学的分離原理によって、好ましくはイオン交換および／または吸着によって、液体に溶けた少なくとも１つの物質を液体から選択的に分離する、特に吸着するために提供される物質を特に意味すると理解すべきである。

液体安定化材と、更なる液体安定化材とは、特に互いに異なり、特に、分離原理、および／または特定の液体安定化材を形成する物質、特に前駆体によって、少なくとも部分的に互いに相違する。

本発明の更なる態様では、フィルタデバイスは、少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成するように提供された少なくとも１つの第１の前駆体を含み、同一の第１の前駆体が、少なくとも部分的に液体安定化材を形成するように提供されることを提案する。特に製造中に、少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成する材料が、液体安定化材を形成するために使用されるので、結果として液体安定化材の効率的な一体化をもたらすことができる。さらに、製造コスト、特に材料コストを抑制することができる。特に、液体安定化材は、特に、フィルタエレメント内、特にフィルタエレメントの層に、特に好ましくはフィルタエレメントの表面に均質に分布させることができ、それにより一様なまたは目標とする有効性を達成することができる。用語「前駆体」は、好ましくは、特に、それ自体および／または更なる物質、好ましくは更なる前駆体との重合、特に架橋によって、物質、エレメントまたはユニットなどの最終製品を形成するために提供される開始材料を特に意味すると理解すべきである。第１、第２または第３のエレメント、物質、前駆体、および／またはユニットなどの用語が、特に、単に識別および／または区別のために使用され、好ましくは、特に製造に関する順序を指定するものと考えるべきではない。特に、用語「同一の前駆体」は、特に単一の方法ステップで、一度に添加される同一量の前駆体物質を特に意味すると理解すべきである。「前駆体が少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成する」という事実に関しては、このことは、前駆体が、特にフィルタユニットの製造中に、フィルタエレメントおよび／またはフィルタエレメントの膜の形状、感触、質感、特に多孔性に少なくとも部分的に影響すること、および／または少なくとも部分的にそれらを形成することを特に意味すると理解すべきである。同一の第１の前駆体は、好ましくはフィルタエレメントの細孔形成剤である。同一の第１の前駆体は、特に、少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成するためにも提供され、同一の第１の前駆体は、好ましくは、少なくとも部分的にそれ自体および／または少なくとも１つの更なる前駆体とともに形成、重合、特に架橋する。用語「架橋する」は、重合すること、より具体的には、好適には少なくとも１つの接触点および／または交点、好ましくは少なくとも複数の接触点および／または交点を伴って重合することを特に意味すると理解すべきである。特に、同一の第１の前駆体は、フィルタエレメントに官能基を付与させるためにも提供される。特に、架橋されていない前駆体、特に架橋されていない前駆体物質の残留分が、製造法中、特に後処理中に、酸化的に開裂され、水で洗浄される。

架橋は、特に、第１の前駆体の複素環部分および／または第１の前駆体の脂肪族鎖部分を少なくとも部分的に用いて行うことができる。特に、第１の前駆体は、特に架橋により少なくとも部分的に分離構造を形成することができ、キャリア構造は、好ましくは、特に洗浄プロセスの使用によって、第１の前駆体を実質的に有しない。

液体安定化材が、液体に溶けた物質、好ましくは少なくともタンニンおよび／またはフェノールを吸着するために提供され、更なる液体安定化材が、第１の物質とは異なる液体に溶けた更なる物質、好ましくはたんぱく質および／またはペプチドを吸着するために提供されることも提案する。結果として液体の安定化をさらに向上させることができる。これは、様々な液体安定化材を用いて、様々な物質を液体から目標とする態様で選択的に分離できるためである。

フィルタデバイスが１回限りの使用のために提供されることが考えられ、その場合、フィルタユニットの液体安定化材が再生可能ではなく、よってフィルタデバイスの耐用年数が短くなる。特に、複数回の使用に適するようにすることによって、フィルタデバイスの耐用年数を延ばすために、特に材料コストを抑えるために、好ましくは、フィルタユニットが少なくとも１つの化学的に再生可能な液体安定化材、特に少なくとも複数、好ましくは少なくとも２つ、特に好ましくは正に２つの化学的に再生可能な液体安定化材、特に、既に述べた液体安定化材および／または既に述べた更なる液体安定化材を有することを提案する。用語「化学的に再生可能」は、フィルタユニットを化学反応により再生できることを特に意味すると理解すべきである。特に、液体安定化材、特に既に述べた液体安定化材は、酸および／またはアルカリ性洗浄剤、好ましくは苛性ソーダを用いて化学的に再生可能である。液体安定化材、特に既に述べた更なる液体安定化材は、生理食塩水、好ましくは塩化ナトリウム溶液を用いて化学的に再生可能でもある。

フィルタユニットが、吸着剤である少なくとも１つの液体安定化材、特に既に述べた液体安定化材を有することも提案する。それによって、液体に溶けた物質を簡単な方法で液体から分離することもできる。特に、フィルタユニット内の物質は、固相と液相との間の界面に蓄積し、そこで、特に好適には液体安定化材の再生のために、除去することができる。用語「吸着剤」は、好ましくはファンデルワールス相互作用を分離原理として使用する、特に、液体に溶けた物質を吸着するために提供される液体安定化材を特に意味すると理解すべきである。

加えて、フィルタユニットが、イオン交換体である少なくとも１つの液体安定化材、特に既に述べた更なる液体安定化材を有することを提案する。それによって、液体に溶けた物質を特に簡単な方法で液体から分離することができる。用語「イオン交換体」は、好ましくはクーロン相互作用を分離原理として使用する、特に、液体に溶けた物質、特に物質自体とイオンを交換するために提供される液体安定化材を特に意味すると理解すべきである。イオン交換体は、好適には、カチオン交換体および／またはアニオン交換体として形成することができる。

同一の第１の前駆体が、フィルタエレメントを親水性に官能基を付与させるために提供されることも提案する。それによって、流れの方向を横切る液体によるフィルタエレメントの浸透率を向上させることができる。濾過中の最適な物質交換を保証することができる。特に、保持液の循環を向上させることができる。

同一の第１の前駆体が少なくともポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を含むことも提案する。第１の前駆体は、特に細孔形成剤、より具体的には、好ましくは、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ビニルピロリドンのコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエステルおよび／またはベンゾフェノンアクリレートなどの親水性の細孔形成剤を含むこともできる。それによって、環境および／または健康上の適合性をさらに向上させることができる。

フィルタデバイスが、少なくとも部分的に液体安定化材、特に既に述べた液体安定化材を形成するために提供される少なくとも１つの第２の前駆体を含むことも提案する。それによって、特に、第２の前駆体に対する第１の前駆体の濃度比に応じて、液体安定化材の各種特性を定めることができる。特に、第２の前駆体は第１の前駆体とは異なる。第２の前駆体に対する第１の前駆体の比、特に重量比および／または体積比が、好ましくは８０％：２０％〜５５％：４５％、好ましくは７０％：３０％〜６０％：４０％である。比は、特に好ましくは６５％：３５％である。

加えて、第２の前駆体が少なくともビニルアセテート（ＶＡ）を含むことを提案する。よって、好適には、液体安定化材の強さ、処理量、および特に吸着挙動を特に好適に定めることができる。第２の前駆体は、好ましくは少なくとも部分的にフィルタエレメントを形成する。特に、第２の前駆体は、フィルタデバイスの１つの運転状態で第１の前駆体と架橋される。特に、液体安定化材の所望の特性を定めるために、両方の前駆体、好ましくは第１および第２の前駆体の混合比を調節することができる。

本発明の一実施形態では、フィルタデバイスが、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）および／またはフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）を含み、少なくとも部分的にフィルタユニットを形成するために提供される少なくとも１つの第３の前駆体を有することを提案する。

第３の前駆体は、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテル、ポリエーテルケトンおよび／またはポリエーテルエーテルケトンを含むこともできる。特に、第２の前駆体および／または第３の前駆体は、少なくとも部分的に、特に少なくとも大部分、フィルタエレメントのキャリア構造を形成するように提供することができる。特に、第２の前駆体および／または第３の前駆体は、特に、共有結合および／またはイオン結合、特に架橋によって、第１の前駆体と親水性に架橋されるために提供される。特に、フィルタデバイスの製造に関して、第１の前駆体、第２の前駆体および／または第３の前駆体は、ルーメン液体（ｌｕｍｅｎ ｌｉｑｕｉｄ）および／またはポリマー溶液の一部であることができる。

これによって、健康上の適合性をさらに向上させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、フィルタユニットが、少なくとも１つの架橋された前駆体、特に、同一の第１の前駆体により少なくとも部分的に形成された少なくとも１つの液体安定化材、特に既に述べた液体安定化材を有することを提案する。それによって、液体安定化材を特に経済的に形成することができる。よって、特に、耐酸化性およびアルカリ性洗浄剤に対して不溶性である液体安定化材を形成することができる。特に、第２の前駆体と架橋された第１の前駆体は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に液体安定化材を形成する。

特に、フィルタデバイスは、架橋を助けるために更なる前駆体を含むことができ、例えば、特に、疎水性の細孔形成剤、好ましくは、疎水性成分および親水性成分を有するブロックコポリマー、ビニルアセテートとビニルピロリドンのコポリマー（ＰＶＰ／ＶＡ）、特に商品名（Ｐｏｌｏｘａｍｅｒ ４７７）で知られている、ポリエチレングリコール−ｃｏ−プロピレングリコール、アクリレート基およびアクリルアミド基を有するコポリマーを含むことができる。更なる前駆体、特に架橋性ポリマー、特に、光照射なしで架橋可能な親水性ポリマー、ベンゾフェノンメタクリレートまたはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのオリゴマーも考えられる。

本発明の特に好ましい実施形態では、フィルタユニットが、吸着剤として形成された少なくとも１つの液体安定化材、特に、吸着剤として形成された少なくとも複数、好ましくは少なくとも２つ、特に好ましくは正に２つの液体安定化材、特に、少なくとも１つの架橋されたポリビニルピロリドン（ＰＶＰＰ）、キセロゲル、シリカゲル、ゼオライト、ベントナイトおよび／またはこれらの混合物を含む、既に述べた液体安定化材および／または既に述べた更なる液体安定化材を有することを提案する。それによって、安定化をさらに向上させることができる。

フィルタユニットは、特に、イオン交換体として形成された液体安定化材、特に、少なくとも１つの官能基付与親水性ポリマー、官能基付与シリカゲル、官能基付与セルロース、官能基付与デキストランを含む既に述べた更なる液体安定化材を有することができる。液体安定化材のアニオン交換体および／またはカチオン交換体としての機能は、特に与された官能基に依存する。特に、液体安定化材をアニオン交換体として官能基を付与するために、アンモニア基、特に４級アンモニア基、ジエチルアミノエチル（ＤＥＡＥ）、トリメチルヒドロキシプロピル、４級アミノエチル（ＱＡＥ）、４級アミノメチル（ＱＡＭ）、トリエチルアミノエチル（ＴＥＡＭ）、トリエチルアミノプロピル（ＴＥＡＰ）およびポリエチレンイミン（ＰＥＩ）をアニオン交換体として使用することができる。特に、液体安定化材をカチオン交換体として官能基を付与するために、カルボキシル基、硫酸基、特にスルホン酸（Ｓ）、スルホエチル（ＳＥ）、スルホプロピル（ＳＰ）、リン酸基、特にオルトリン酸塩（Ｐ）、メタクリレートおよび／またはカルボキシルメチル（ＣＭ）を使用することができる。環境および／または健康上の適合性をさらに向上させるために、フィルタユニットが、イオン交換体として形成され少なくとも１つの官能基付与アガロースを含む液体安定化材を有することを提案する。特に、アガロースは、架橋されたアガロース、より具体的には、特に、セファロース、好ましくは、特にセファロースビーズとしても知られるセファロースペレットとして形成される。アガロースは、特に好ましくは、アンモニア基、好ましくは４級アンモニア基、特に好ましくはジエチルアミノエチル（ＤＥＡＥ）を用いて官能基付与される。更なる液体安定化材は、好ましくはアニオン交換体として形成される。

本発明は、フィルタユニットを有し、液体、特に飲料を安定化させるために提供されるフィルタデバイスを製造するための方法であって、フィルタユニットのフィルタエレメントが少なくとも部分的に少なくとも第１の前駆体により形成される、方法にも由来する。

フィルタユニットの一体化された液体安定化材が、同一の第１の前駆体により少なくとも部分的に形成されることを提案する。それによって、液体の安定化を向上させることができる。液体安定化材は、効率的に一体化させることもでき、製造コスト、特に材料コストを抑制することができる。特に、第１の前駆体、好ましくはある量の前駆体物質が、１つの方法ステップで、好ましくは、特に、フィルタユニットを形成するために提供される、更なる物質または更なる前駆体とともに溶媒に溶かされる。

溶媒は、特に、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルスルホキシド、クロロフォルム、塩化メチレン、ジメチルホルムアミドおよび／またはジメチルアセトアミドを含むことができる。

フィルタユニットが、更なる液体安定化材および／または、特に更なる液体安定化材の、少なくとも第４の前駆体により少なくとも部分的に形成されることも提案する。それによって、複数の液体安定化材を有するフィルタユニットを簡単な方法で形成することができる。

特に、フィルタユニットは相転換を用いて形成され、フィルタユニットは、第１の前駆体を用いて、特に、更なる物質、特に更なる前駆体を用いて形成される。さらに、少なくとも同一の第１の前駆体による少なくとも１つの液体安定化材の形成を開始させる活性剤も提案する。それによって、液体安定化材を目標とする態様で形成することができる。用語「活性剤」は、好ましくは、光、特にＵＶ光の照射により、少なくとも１つの物質、特に同一の第１の前駆体と架橋態様で反応するために提供される物質を特に意味すると理解すべきである。活性剤は、特に、過酸化物、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシピバレートおよび／またはＨ_２Ｏ_２／ＣｕＣｌ_２などのラジカル開始剤であることができる。活性剤は、特に、４，４’−ジアジドスチルベン２，２’−ジナトリウムスルホン酸などの光活性剤であることもできる。

光活性剤は、２，４−ジエチル−９Ｈ−チオキサンテン−９−オンおよび／またはフェニルビス（２，３，６−トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシドであることもできる。

特に、フィルタデバイスの製造中に、例えば、紡糸ノズル内に配置された光ガイドを用いて、紡糸ノズル内および／または紡糸ノズルの直後に光を照射することができる。フィルタエレメント、特に分離構造の内側表面の目標とする照射を好適にもたらすことができる。さらに、フィルタエレメントを製造するときに、活性剤、特に、ラジカル開始剤および／または光活性剤の温度、ｐＨ値、濃度、ならびに光照射の強度および／または波長などの少なくとも１つの製造パラメータ、特に複数の製造パラメータを、特に、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットを用いて変化させたり、制御したりすることができる。特に、製造中の温度を少なくとも２０℃、好ましくは少なくとも５０℃、特に好ましくは少なくとも７０℃、および／または最高１３０℃、好ましくは最高１００℃、特に好ましくは最高９０℃にすることができる。

特に、フィルタエレメントをラジカルおよび／または光放射から保護するために、フィルタエレメントには、例えば、カーボンブラックおよび／またはラジカル捕捉剤などの光吸着物質を用いて、例えばジアルキルジチオカルバマートを用いて、反射層および／または吸着層を設けることができる。光の照射の代わりにまたは加えて、電離放射線の照射も考えられる。

液体安定化材が反応紡糸により形成され、同一の第１の前駆体がラジカル重合されることも提案する。

本発明は、フィルタユニットを有し、液体、特に飲料を安定化させるために提供されるフィルタデバイスを用いる方法であって、フィルタユニットが、１つの方法ステップでフィルタユニットの少なくとも１つの一体化された液体安定化材を用いて液体を安定化させ、更なる方法ステップで一体化された液体安定化材が再生される、方法に由来する。それによって、再生可能な液体安定化材を用いて連続運転を達成することができる。

以下の図面の説明から更なる利点が明らかになるであろう。図面は、本発明の例示的な実施形態を示している。図面、以下の説明および請求項は、多数の特徴の組合せを含む。当業者は、特徴を個々に適切に考慮し、それらを組み合わせて好適な更なる組合せを形成するであろう。

複数のフィルタユニットを有するフィルタデバイスを有するフィルタモジュールを示す分解図である。 フィルタユニットの１つを示す断面図である。 フィルタユニットを製造するための概略処理シーケンスを示す図である。 フィルタデバイスを製造するためのデバイスを示す図である。 紡糸ノズルでフィルタデバイスを製造するためのデバイスを示す図である。 液体安定化材を再生するための概略処理シーケンスを示す図である。

例示的実施形態の説明

図１は、フィルタデバイスを有するフィルタモジュール２４を示している。フィルタデバイスは、液体を安定化させるために提供される。本件では、フィルタデバイスは、飲料水、ジュース、およびアルコール飲料、特にビール、ワインおよび／またはウィスキーなどの飲料を安定化させるために提供される。しかし、フィルタデバイスは、他の液体を安定化させるために使用することもできる。フィルタデバイスは、少なくとも１つの運転状態で、タンニン、フェノール、たんぱく質および／またはペプチド、および／または濁りを生じさせる他の物質などの、液体に溶けた有機物質を液体から分離するという点で、液体を安定化させる。

フィルタデバイスはハウジング２６を有する。ハウジング２６はハウジング本体２８を有する。ハウジング２６は２つのエンドキャップ３０、３２も有する。エンドキャップ３０、３２は、ハウジング本体２８を液密に封止する。第１のエンドキャップ３０が液体入口を有する。第２のエンドキャップ３２が液体出口を有する。ハウジング本体２８は円筒状ケーシングを形成する。ハウジング本体２８はキャビティ３４の範囲を定める。エンドキャップはそれぞれ２つのコネクタを有する。それぞれの場合で、１つのコネクタが、安定化される液体の液体回路に接続するために使用される。それぞれの更なるコネクタが、安定化された液体を送出するために使用される。

フィルタデバイスは少なくとも１つのフィルタユニット１０を有する（図２を参照）。本件では、フィルタデバイスは複数のフィルタユニット１０を有する。フィルタユニット１０はキャビティ３４内に配置される。より明確にするために、フィルタユニットの１つにだけ参照符号が付されている。フィルタユニット１０は、互いに平行に配置され束ねられる。フィルタユニット１０には、組立状態でエンドキャップ内に少なくとも部分的に配置される端部領域にシールが設けられる。シールは、組立状態で、エンドキャップとフィルタユニットとの間の隙間を封止する。それによって、安定化される液体と、既に安定化された液体との混合が避けられる。シールは、樹脂、特に注封用樹脂により形成される。フィルタユニット１０は、特に、製造および／または組立の許容誤差を除いて、特に、互いに少なくとも実質的に同等に形成される。以下では、１つのフィルタユニット１０だけについて、より詳細に説明する。本件では、フィルタユニット１０は膜フィルタユニットとして形成される。フィルタユニット１０は、液体を導通するための液体チャンネル３６を有する。

フィルタユニット１０はフィルタエレメント１２を有する。フィルタエレメント１２は膜を形成する。フィルタエレメント１２は、部分的に液体透過性である多孔質構造を有する。多孔質構造は少なくとも部分的に膜を形成する。フィルタエレメント１２は、少なくとも１つの方向で液体チャンネル３６の範囲を定める。フィルタエレメント１２は、液体チャンネル３６の周縁方向で液体チャンネル３６の範囲を定める。

フィルタユニット１０は中空糸として形成される。フィルタユニット１０はケーシングを有する。ケーシングはフィルタエレメント１２により形成される。フィルタユニット１０はクロスフロー濾過ユニットとして形成される。液体チャンネル３６はフィルタエレメント１２に沿って延びる。液体チャンネル３６を通る液体が、ある運転状態で液体チャンネル３６を横切ってフィルタエレメント１２を通過する。フィルタユニットは、少なくとも部分的にポリスルホン、ポリエーテルスルホンまたはフッ化ポリビニリデンから形成される。

特に、フィルタユニット１０をキャピラリー膜として形成することができる。フィルタユニットは、特に、最大１０ｍｍ、好ましくは最大５ｍｍ、特に好ましくは最大３ｍｍの外径、および／または最大０．１ｍｍ、好ましくは最大０．３ｍｍ、特に好ましくは少なくとも０．５ｍｍの外径を有することができる。代わりに、フィルタユニット１０を平膜として形成することができる。

フィルタデバイスは第１の前駆体１８を有する。第１の前駆体１８は少なくともポリビニルピロリドンを含む。第１の前駆体１８は、本件ではポリビニルピロリドンである。第１の前駆体１８は、少なくとも部分的にフィルタエレメント１２を形成するために提供される。同一の第１の前駆体１８は、フィルタエレメント１２の細孔形成剤である。同一の第１の前駆体１８は、フィルタエレメント１２に官能基を付与させるためにも提供される。同一の第１の前駆体１８は、フィルタエレメント１２を親水性の官能基を付与させるために提供される。同一の第１の前駆体１８は、少なくとも部分的に液体安定化材１４を形成するためにも提供される。

フィルタデバイスは少なくとも１つの第２の前駆体２０も有する。第２の前駆体２０は少なくとも部分的にフィルタエレメント１２を形成する。第２の前駆体２０は、少なくとも部分的に液体安定化材１４を形成するために提供される。第２の前駆体２０は少なくともビニルアセテートを含む。本件では、更なる前駆体２０はビニルアセテートである。

第１の前駆体１８は、それ自体および／または少なくとも第２の前駆体２０と重合させるため、特に架橋させるために提供される。第１の前駆体１８と第２の前駆体２０の比、特に重量比および／または体積比が、６５％：３５％である。

フィルタデバイスは少なくとも１つの第３の前駆体２１も含む。第３の前駆体２１は、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）および／またはフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。本件では、第３の前駆体はポリエーテルスルホンである。第３の前駆体２１は、少なくとも部分的にフィルタユニット１２を形成するために提供される。

フィルタユニット１０は少なくとも１つの一体化された液体安定化材１４も有する。液体安定化材１４は、少なくとも部分的にフィルタユニット１０とともに１つの部品に形成される。液体安定化材１４は、フィルタエレメント１２とともに１つの部品に形成される。

液体安定化材１４は、液体に溶けた少なくとも１つの物質を液体から選択的に分離する、特に吸着するために提供される。液体安定化材１４により液体から分離される物質は、タンニンおよび／またはフェノールである。

液体安定化材１４は化学的に再生可能である。液体安定化材１４は、洗浄剤を用いて化学的に再生可能である。アルカリ性洗浄剤は苛性ソーダである。しかし、液体安定化材１４が別の洗浄剤を用いて、特に酸を用いて化学的に再生可能であることも考えられる。

液体安定化材１４は吸着剤である。液体安定化材１４は、架橋されたポリビニルピロリドンを含む。しかし、代わりにまたは加えて、フィルタユニット１０は、キセロゲル、シリカゲル、ゼオライト、ベントナイトおよび／またはこれらの混合物を含む吸着剤である液体安定化材１４を有することもできる。

フィルタユニット１０は、少なくとも１つの更なる一体化された液体安定化材１６も有する。液体安定化材１４と更なる液体安定化材１６は互いに異なる。更なる液体安定化材１６は、液体に溶けた少なくとも１つの物質を液体から選択的に分離する、特に吸着するために提供される。更なる液体安定化材１６により液体から分離される物質は、たんぱく質および／またはペプチドである。

更なる液体安定化材１６は化学的に再生可能である。更なる液体安定化材１６は、生理食塩水、好ましくは塩化ナトリウム溶液を用いて化学的に再生可能である。

液体安定化材１４と更なる液体安定化材１６は、分離原理により互いに相違する。更なる液体安定化材１６はイオン交換体である。更なる液体安定化材１６はアニオン交換体として形成される。しかし、更なる液体安定化材１６をカチオン交換体として形成できることも考えられる。

液体安定化材１４と更なる液体安定化材１６は、液体安定化材１４、１６が形成される物質、特に第４の前駆体２２により互いに相違する。更なる液体安定化材１６は官能基付与アガロースを含む。アガロースは、架橋されたアガラオスである。アガロースはセファロースビーズも形成する。加えてまたは代わりに、更なる液体安定化材１６は、官能基付与親水性ポリマー、官能基付与シリカゲル、官能基付与セルロース、および官能基付与デキストランを含むことができる。本件のアガロースは、アンモニア基、好ましくは４級アンモニア基、特に好ましくはジエチルアミノエチル（ＤＥＡＥ）を用いて官能基を付与される。更なる液体安定化材１６はアニオン交換体として形成される。特に、更なる液体安定化材１６を、好ましくは、官能基の付与に応じてカチオン交換体として形成することもできる。更なる液体安定化材１６をアニオン交換体として官能基を付与するために、特に、アンモニア基、特に４級アンモニア基、ジエチルアミノエチル（ＤＥＡＥ）、トリメチルヒドロキシプロピル、４級アミノエチル（ＱＡＥ）、４級アミノメチル（ＱＡＭ）、トリエチルアミノエチル（ＴＥＡＭ）、トリエチルアミノプロピル（ＴＥＡＰ）およびポリエチレンイミン（ＰＥＩ）が使用される。特に、更なる液体安定化材１６をカチオン交換体として官能基を付与するために、カルボキシル基、硫黄基、特にスルホン酸（Ｓ）、スルホエチル（ＳＥ）、スルホプロピル（ＳＰ）、リン酸基、特にオルトリン酸塩（Ｐ）、メタクリレートおよび／またはカルボキシメチル（ＣＭ）を使用することができる。

図３は、フィルタデバイスを製造するための方法を概略的に示している。図４および図５は、フィルタデバイスを製造するための関連デバイスを概略的に示している。方法ステップ３８では、ポリマー溶液４６、特にポリマー懸濁液が方法ステップ３８で生成される。少なくとも１つの前駆体が、適切な溶媒、特に混合溶媒に溶かされる。本件では、第１の前駆体１８が溶媒に溶かされる。第２の前駆体２０も溶媒に溶かされる。第３の前駆体２１も溶媒に溶かされる。さらに、更なる液体安定化材１６が粒子形態で溶液に添加され、特に溶かされる。しかし、更なる液体安定化材１６を形成するために提供される第４の前駆体２２が溶媒に溶かされることも考えられる。特に更なる液体安定化材１６を粒子形態で有するポリマー溶液４６が形成される。

更なる方法ステップ４０では、紡糸溶液ジェット５０が、紡糸ノズル４８を用いてポリマー溶液４６から紡糸される。紡糸ノズル４８は、互いに分離した２つのチャンネル５２、５４を有する。チャンネル５２、５４は共に、紡糸ノズル４８の出口開口５６に開く。ポリマー溶液４６は、紡糸ノズル４８の外側チャンネル５２に注入される。ルーメン液体５８が、紡糸ノズル４８の内側チャンネル５４に注入される。ルーメン液体５８は、フィルタユニット１０の製造に使用される成分が溶けない液体である。本件では、例えば水をルーメン液体５８として使用することができる。少なくとも後処理によりフィルタユニット１０を形成する紡糸溶液ジェット５０が、形成される。ここで、ルーメン液体５８は、フィルタユニット１０の液体チャンネル３８を形成する。

代替的にまたは追加的に、ルーメン液体５８は、水性溶媒、特に有機溶媒を含むことができる。ついで、ポリマー溶液４８とルーメン液体５８は、通常、沈殿槽６０内で相転換により互いに分離され、よって、フィルタユニット１０が形成される。しかし、本件では、フィルタユニットは、更なる方法ステップ４２で反応紡糸により追加的に形成される。このために、紡糸前に活性剤２５がポリマー溶液４６に添加される。活性剤５０は、ラジカル重合を開始させるために提供される。活性剤５０は、特に、過酸化物、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシピバレートなどのラジカル開始剤であることができる。本件では、活性剤５０は、４，４’−ジアジドスチルベン２，２’−ジナトリウムスルホン酸などの光活性剤である。光活性剤は、光、特にＵＶ光による照射により活性化される。このために、特に光ガイドを用いて、紡糸ノズルに直接一体化された光源６２を使用することができる。本件では、光源６２はＵＶランプである。ラジカル重合によって、第１の前駆体１８は、フィルタエレメント１２を形成するのみならず、第２の前駆体２０、特に第３の前駆体２１との架橋により液体安定化材１４を同時に形成する。この方法では、液体安定化材１４は、同時に少なくとも部分的に形成され、フィルタエレメント１２は、同一の第１の前駆体１８から形成される。フィルタユニット１０はさらに、結果として少なくとも部分的に形成される。

照射の均一性を向上させるために、先端が研削された光ガイドを設け得ることが考えられる。光源がＵＶランプである実施形態の代わりに、ＬＥＤ、ガス放電ランプ、特に重水素ランプ、蒸気ランプ、レーザーおよび／またはガス放電ランプ、特に蛍光ランプである実施形態が可能である。光源は、好ましくは、放射スペクトル、好ましくは、最長３９０ｎｍ、好適には最長３１５ｎｍ、特に好適には最長２８０ｎｍ、好ましくは最長２００ｎｍ、特に好ましくは最長１２１ｎｍ、および／または、特に少なくとも１０ｎｍ、好適には少なくとも１００ｎｍ、より好適には少なくとも２００ｎｍ、好ましくは少なくとも２８０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも３１５ｎｍの波長を有する放射スペクトルの最大強度を有する。

特に、フィルタユニット１０が平膜として形成される場合、紡糸溶液ジェット５０を、特に大きな細孔を有する支持材料上に押し出すことができ、または沈殿槽６０内に導入するためのローラに移すことができる。

更なる方法ステップでは、ポリマー溶液４６とルーメン液体５８が、沈殿槽６０内で相転換により互いに分離される。

第１の前駆体の架橋されていない部分がフィルタエレメント１２から除去される更なる方法ステップも考えられる。このために、フィルタエレメント１２は、好ましくは塩化ナトリウムまたは過酸化水素を用いて、特に酸化的開環されることができ、特に、水洗をすることができる。

図６は、フィルタデバイスを用いる処理シーケンスを概略的に示している。このために、方法ステップ６４で、フィルタユニット１０の液体安定化材１４、１６を用いて液体が安定化される。液体安定化材１４、１６が効果を失った場合、フィルタユニット１０は、液体安定化材１４、１６が再生可能でない場合には新しいフィルタユニットと交換される必要がある。本件では、液体安定化材１４、１６は再生可能である。更なる方法ステップ６６では、フィルタユニット１０は、特に液体安定化材１４、１６によっては、再生のために生理食塩水、アルカリ性洗浄剤および／または酸に付加される。更なる方法ステップでは、再生された液体安定化材１４、１６を、液体を安定化させるために再び使用することができる。液体の連続的な安定化を可能にするために、フィルタユニット１０の一部分が液体の安定化のために使用される一方、同時にフィルタユニット１０の更なる部分が再生される。ここで、方法ステップ６４、６６、６８は部分的に同時に行われる。

Claims (17)

1. 液体を安定化させるために提供されるフィルタデバイス用のフィルタユニット（１０）を製造するための方法であって、
   前記フィルタユニット（１０）が、少なくとも１つのフィルタエレメント（１２）及び一体化された安定化材を含み、
   前記方法は、
   ポリビニルピロリドンを含む第１の前駆体を選ぶこと、
   ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよび／またはフッ化ポリビニリデンを含む第３の前駆体を選ぶこと、
   前記第１及び第３の前駆体（１８）により、少なくとも部分的に前記フィルタエレメント（１２）を反応紡糸により形成すること（但し、前記第１の前駆体はラジカル重合される）、
   活性剤（２５）の存在下、反応紡糸において、同一の前記第１の前駆体（１８）により、少なくとも部分的に前記フィルタエレメント（１２）の前記一体化された安定化材（１４、１６）を形成すること、
   を含む、方法。
2. 前記フィルタユニット（１０）を膜フィルタユニットとして形成すること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィルタユニット（１０）を中空糸の膜フィルタユニットとして形成すること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 同一の前記第１の前駆体（１８）によって、前記フィルタエレメント（１２）に親水性の官能基を付与すること、を更に含む、請求項１〜３にいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくともビニルアセテートを含む第２の前駆体（２０）を選ぶこと、を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも部分的に安定化材（１４、１６）を形成するために、少なくとも１つの第２の前駆体を選ぶこと、を更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 架橋された前駆体（１８、２０）によって、少なくとも部分的に前記フィルタエレメント（１２）を形成すること、を更に含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 少なくとも１つの架橋された前駆体（１８、２０）によって、少なくとも部分的に少なくとも１つの安定化材（１４、１６）を形成すること、を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 吸着剤である少なくとも１つの安定化材（１４、１６）を選ぶこと、を更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. イオン交換体である少なくとも１つの安定化材（１４、１６）を選ぶこと、を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 少なくとも１つのフィルタエレメント（１２）と、一体化された安定化材とを有する少なくとも１つのフィルタユニット（１０）を有し、液体を安定化させるために提供されるフィルタデバイスであって、
    前記フィルタユニット（１０）が、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法によって得ることができるものであり、
    前記フィルタエレメント（１２）は、第１及び第３の前駆体（１８）により、少なくとも部分的に反応紡糸により形成され（但し、前記第１の前駆体（１８）はラジカル重合される）、
    前記フィルタユニット（１０）は、同一の前記第１の前駆体（１８）により少なくとも部分的に形成された、一体化された安定化材（１４、１６）を含み、
    前記第１の前駆体は、ポリビニルピロリドンを含み、
    前記第３の前駆体は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンおよび／またはフッ化ポリビニリデンを含み、
    前記安定化材は、活性剤（２５）の存在下、反応紡糸において、少なくとも前記第１の前駆体（１８）によって形成される、フィルタデバイス。
12. 前記フィルタユニット（１０）が、化学的に再生可能な少なくとも１つの安定化材（１４、１６）を含む、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
13. 前記フィルタユニット（１０）が、少なくとも部分的に更なる安定化材（１４、１６）および／または更なる前駆体（２２）により形成される、請求項１１又は１２に記載のフィルタデバイス。
14. 前記フィルタユニット（１０）が、少なくとも部分的に更なる安定化材（１４、１６）の前駆体により形成される、請求項１１又は１２に記載のフィルタデバイス。
15. 前記フィルタユニット（１０）が、吸着剤として形成された、少なくとも１つの架橋されたポリビニルピロリドン、キセロゲル、シリカゲル、ゼオライト、ベントナイトおよび／またはこの種の混合物を含む少なくとも１つの安定化材（１４、１６）を有する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のフィルタデバイス。
16. 前記フィルタユニット（１０）が、少なくとも１つの官能基付与アガロースを含むイオン交換体として形成された安定化材（１４、１６）を含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のフィルタデバイス。
17. 液体を安定化させる方法であって、
    フィルタユニット（１０）を有する、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のフィルタデバイスを選び、１つの方法ステップで、液体を前記フィルタユニット（１０）に導通し、前記フィルタユニット（１０）の少なくとも１つの一体化された安定化材（１４、１６）で安定化させ、更なる方法ステップで前記フィルタユニット（１０）の前記一体化された安定化材（１４、１６）が再生される、方法。

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