(57)【要約】  ろ過モジュール４を稼働させるための方法にであって、ろ過モジュール４は、少なくとも１つのフィルタエレメント７が中に配置されているハウジング５であって、フィルタエレメントが、フィルタエレメントのろ過表面の供給側にハウジング内の第１の空間１０を画定し、ろ過表面の反対側の透過側に第２の空間１１を画定する、ハウジングと、フィルタエレメントの供給側の第１の空間内に開いている流体供給部１４と、フィルタエレメントの透過側の第２の空間と流れ的に連通する透過液出口１７と、を備え、フィルタエレメントは直立状態に置かれる。透過液出口はフィルタエレメントの下端部に配置され、フィルタエレメントの前記透過側の第２の空間内に開いているガス供給部１８が設けられる。ろ過中、加圧ガスが第２の空間内に供給される。【選択図】  図２
2013533113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過モジュールを稼働させるためのろ過方法であって、
前記モジュールが、
少なくとも１つのフィルタエレメントが中に配置されているハウジングであり、前記フィルタエレメントが、前記フィルタエレメントのろ過表面の供給側に前記ハウジング内の第１の空間を画定し、前記ろ過表面の反対側の透過側に第２の空間を画定する、ハウジングと、
前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間内に開いている流体供給部と、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間と流れ的に連通する透過液出口と
を備え、
前記フィルタエレメントが直立状態に置かれ、前記透過液出口が前記フィルタエレメントの下端部に配置され、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間内に開いているガス供給部が設けられ、
当該ろ過方法が、
ろ過されるべき加圧流体を前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間に供給するステップと、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間からろ過済み透過液を放出するステップと、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間に加圧ガスを供給するステップと
を含む、ろ過方法において、
前記第２の空間に加圧ガスを供給する前記ステップが、ろ過中に前記第２の空間から前記第１の空間への透過液の負の逆流を防止するために、前記ろ過中に、ろ過されるべき加圧流体を前記第１の空間に供給する前記ステップおよび前記第２の空間からろ過済み透過液を放出する前記ステップと同時に実行されることを特徴とする、ろ過方法。
【請求項２】
前記加圧ガスが前記第２の空間の上方部分を満たして、透過液が、もはや前記第２の空間の前記上方部分には存在せず、前記第２の空間の下方部分にのみ存在するようにする、請求項１に記載のろ過方法。
【請求項３】
前記第１の空間から前記第２の空間への透過液の正の前方流れがろ過中に生じる場合に、前記加圧ガスが前記第２の空間の前記上方部分を満たして、前記第２の空間の前記下方部分内の透過液のレベルが前記フィルタエレメントの高さにつながるようにする、請求項２に記載のろ過方法。
【請求項４】
前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間と流れ的に連通する保持液出口を有するクロスフローろ過モジュールが使用され、前記保持液出口が、前記流体供給部とは異なるレベルに前記フィルタエレメントに沿って配置され、
非ろ過保持液が、前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間から前記保持液出口を通って放出され、したがって、前記流体供給部と前記保持液出口との間の前記流体の圧力降下が生じ、前記流体が前記流体供給部から前記保持液出口に向かって前記フィルタリングエレメントを横切って流れざるをえないようにする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項５】
前記保持液出口が前記フィルタエレメントの上端部に設けられ、前記流体供給部が前記フィルタエレメントの下端部の配置されているクロスフローろ過モジュールが使用され、
前記流体供給と前記保持液出口との間の前記流体の圧力降下が生じ、前記圧力降下が前記フィルタエレメントの前記下端部から前記フィルタエレメントの前記上端部に至る、請求項４に記載のろ過方法。
【請求項６】
前記ガス供給部が前記透過液出口より高いレベルに配置されているクロスフローろ過モジュールが使用され、前記加圧ガスが前記第２の空間の前記上方部分の中に直接供給される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項７】
前記ガスが前記フィルタエレメントを貫流するのを防止するために親水性フィルタエレメントが使用される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項８】
前記ガス供給部を通って前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間内に供給される前記ガスのガス圧力が、制御ユニットにより、ろ過中に前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間内の平均流体圧力と実質的に等しいかまたは前記平均流体圧力より低い値に適合される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項９】
前記ガス供給部を通って前記第２の空間内に供給される前記ガスの前記ガス圧力が、前記制御ユニットにより、ろ過中に前記透過液出口を通って抜き出される透過液の所望の収率を達成するのに応じて適合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項１０】
前記ガス供給部を通って前記第２の空間内に供給される前記ガスの前記ガス圧力が、前記制御ユニットにより、前記透過側の透過液の所望の開始レベル、特に、ろ過中の前記フィルタエレメントの前記高さの半分より低いレベル、より詳細には前記高さの５％〜２５％のレベルを得るために、ろ過サイクルの初めに適合される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項１１】
前記第２の空間内に供給される前記ガスの前記ガス圧力が、ろ過中に経時的に徐々に下げられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項１２】
ろ過モジュールを逆洗する方法であって、
前記モジュールが、
少なくとも１つのフィルタエレメントが中に配置されているハウジングであり、前記フィルタエレメントが、前記フィルタエレメントのろ過表面の供給側に前記ハウジング内の第１の空間を画定し、前記ろ過表面の反対側の透過側に第２の空間を画定する、ハウジングと、
前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間内に開いている流体供給部と、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間と流れ的に連通する透過液出口と
を備え、
前記フィルタエレメントが直立状態に置かれ、前記透過液出口が前記フィルタエレメントの下端部に配置され、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間内に開いているガス供給部が設けられ、
当該方法が、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間に加圧洗浄流体を供給するステップと、
前記フィルタエレメントの前記供給側の前記第１の空間からろ過済み洗浄流体を放出するステップと、
前記フィルタエレメントの前記透過側の前記第２の空間に加圧ガスを供給するステップと
を含む、方法において、
前記第２の空間に加圧ガスを供給する前記ステップが、逆洗中に前記第１の空間から前記第２の空間への洗浄流体の負の逆流を防止するために、前記逆洗中に、加圧洗浄流体を前記第２の空間に供給する前記ステップおよび前記第１の空間からろ過済み洗浄流体を放出する前記ステップと同時に実行されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法を実行するために設計されたろ過モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体のろ過に使用されるろ過モジュールの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモジュールは様々な変形形態で知られており、多くは１つまたは複数のフィルタエレメントが中に配置されているハウジングを備え、フィルタエレメントはハウジング内の空間を供給側および透過側に分割する。ろ過モジュールの一タイプは、いわゆるデッドエンドろ過法に基づいており、デッドエンドろ過法では、ろ過されるべき流体が供給側に供給され、供給側からフィルタエレメントに貫流されて、固形物がフィルタに捕捉され、透過液（ろ過された流体）が透過側で解放される。もう１つのタイプは、いわゆるクロスフローろ過法に基づいており、クロスフローろ過法では、流体の大部分が、フィルタ内に流れるのではなく、ろ過表面を横切って接線方向に流れる。流体は、透過側に対して正圧で通される。フィルタの孔径より小さい流体の一部が透過液としてフィルタを貫流し、他のすべてが保持液として供給側上に保持される。流体の大部分がフィルタを横切る接線方向の運動により、捕捉された粒子はろ過表面でこすられる。このことは、クロスフローろ過モジュールが、フィルタが覆い隠されずに流体中で比較的高い固形物負荷で比較的長い期間にわたって動作できることを意味する。
【０００３】
欧州特許第０２０８４５０号明細書は、ビールのろ過に使用されるクロスフローろ過モジュールの一実施形態を示している。このモジュールは縦長の円筒形ハウジングを備え、縦長の円筒形ハウジング内には管状セラミック膜エレメントの束が設けられる。ろ過されていないビールがモジュールの下側の流体供給部を通って供給され、そこで管状膜エレメントの内部供給空間に入る。澄んだ透過液が膜壁を通り抜け、そこで、膜エレメントの外側周囲の澄んだままになっている透過液空間に入り、そこから透過液出口を通って抜き出される。保持液がモジュールの上側の保持液出口を通って抜き出され、そこで保持液は管状膜エレメントの内部供給空間から再び出る。次いで、保持液は、冷却器およびポンプによって循環されてモジュールの下側の流体供給部に再び戻る。
【０００４】
クロスフロー膜ろ過モジュールに関して、流体供給部と保持液出口との間の流体流れに圧力降下があることは知られている現象である。この圧力降下には、膜壁を貫流する透過液の流束もまた膜エレメントの長さにわたって異なるという効果がある。流体供給部に近づくと供給側の流体圧力が高くなり、したがって流束も増大するのに対して、保持液出口に近づくほど供給側の流体圧力が低くなり、したがって流束も減少する。供給側と透過側との間の膜壁の上の平均圧力差、いわゆる膜間圧力差（Ｔｒａｎｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（ＴＭＰ）が比較的低い場合、保持液出口に最も近い膜エレメントの長さの一部にわたって負の流束が生じ始めることさえも起こる可能性がある。というのは、そこで、透過側の透過液の局所圧力が供給側の流体の局所圧力より高くなるからである。局所ＴＭＰはそこで負になっている。言い換えると、膜エレメントの長さのこの部分にわたって、すでにろ過された透過液が透過側から供給側に向かって逆流し始める。このことは、モジュール全体の性能に悪影響を及ぼすので、もちろんあまり望ましくない。これにより正味透過液収率（ｎｅｔ  ｐｅｒｍｅａｔｅ  ｙｉｅｌｄ）が減少するか、あるいは、モジュールが透過液の一定正味収率に基づいて制御される場合、これにより流体供給部付近の局所流束が増大する。この最後の現象は、保持液出口付近の負の局所流束が、依然として正の流束を有する膜エレメントの部分によって補償される必要があるという事実によって引き起こされる。概して言えば、このことは、最小局所流束および最大局所流束が遠く離れて存在することになるので、最大流束は平均流束より１００倍超高くなるという効果さえ有することができる。流体供給部付近の局所流束が高くなると、膜エレメントのこの部分ははるかに急速に汚染されるという効果があり、この効果は、モジュールの洗浄が必要になる前にモジュールがろ過に使用されうる時間を実質的に短縮する。
【０００５】
米国特許出願公開第２００９／０２１７７７７号明細書は、液体中に存在する被分析物を濃縮する方法を示している。この方法は液体をろ過モジュールに通すことによる液体の濃縮で始まり、ろ過モジュールの１つまたは複数の限外ろ過膜は被分析物が通り抜けることができないようになっている。被分析物を含有しないろ過された液体成分は透過液を形成し、残留する液体および被分析物は保持液を形成する。一定時間経過後にろ過プロセスは終了し、その後、それによって形成された保持液の収集が開始される。この収集の第１ステップとして、モジュールの透過側にガスが流される。続いて、保持液側にガスと液体の混合物が流される。次いで、流し出された保持液溶液は収集することができ、濃縮された被分析物を含んでいる。
【０００６】
しかし、この既知の方法では、限外ろ過膜の長さの一部の上で、そこで透過側の透過液の局所圧力が供給側の流体の局所圧力より高くなっているために、負の流束が始まることが起こりうることにも留意されたい。このことは、逆流する液体によって再び希釈される被分析物の目標濃度に直接的な悪影響を及ぼすため、非常に不利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した欠点のうちの１つまたは複数を克服すること、または利用可能な代替方法を提供することを目的としている。特に、本発明は、より長い期間にわたって効果的に使用されうるとともに運転コストが低減される、ろ過モジュールの稼働方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の、ろ過モジュールを稼働させるためのろ過方法によって達成される。ろ過方法は、少なくとも１つのフィルタエレメントが中に配置されているハウジングを備えるタイプのモジュールを使用する。フィルタエレメントは、フィルタエレメントのろ過表面の供給側にハウジング内の第１の空間を画定し、ろ過表面の反対側、いわゆる透過側に第２の空間を画定する。フィルタエレメントの供給側の第１の空間内に開いている流体供給部が設けられる。フィルタエレメントの透過側の第２の空間と流れ的に連通する透過液出口が設けられる。フィルタエレメントは直立状態に置かれる。透過液出口はフィルタエレメントの下端部に配置される。本発明の考えによれば、フィルタエレメントの透過側の第２の空間内に開いているガス供給部が設けられる。ろ過方法は、ろ過中に第２の空間内に加圧ガスを供給することを含む。次いで、この加圧ガスは第２の空間の上方部分を満たすことができる。これには、第２の空間のこの上方部分に透過液がもはや存在できないという大きな利点がある。この上方部分における局所膜間圧力差（ＴＭＰ）が負になった場合でも、透過液がそこに存在していないというだけの理由で、透過側から供給側に逆流するすでにろ過された透過液の負の流束がこの上方部分の位置で生じることはない。このような望ましくない透過液の逆流は、実質的に第２の空間全体が透過液で満たされた場合にのみ起こりうるが、このことは、本発明によればもはやそうである必要はない。したがって、本発明は、透過液の逆流を実質的に低減することを可能にし、さらには完全に防止することも可能にする。このことは、膜エレメントの長さ当たりの透過液の一定の収率を得ることをずっと容易にする。流体供給部に最も近い局所流束の最大値は、最新技術と比較してずっと低くすることができる。正の流束の補償は行われる必要がないか、または少なくともより少ない正の流束の補償が行われる必要がある。このように局所最大流束の値が低くなるため、フィルタエレメントは、特に流体供給部に最も近い部分に対して、ずっと遅い速度で汚染される可能性がある。このことは、モジュールの洗浄が必要になる前にモジュールをより長い期間にわたって使用することを可能にする。加えてまたは代替方法では、このとき、起こりうる逆流のマイナス影響を受ける必要なしに、フィルタエレメントの長さ／高さを増大することも可能になる。
【０００９】
ろ過モジュールは、あらゆる種類のろ過法、例えばデッドエンドろ過法に使用することができる。しかしながら、本発明は、流体供給部のように、さらにフィルタエレメントの供給側の第１の空間と流れ的に連通する保持液出口が設けられたクロスフローろ過モジュールに使用されることが好ましい。保持液出口は、流体供給部とは異なるレベルでフィルタエレメントに沿って設けられる。ろ過中、流体供給部と保持液出口との間の流体の圧力降下のために、流体は、流体供給部から保持液出口に向かってろ過表面を横切って流れざるをえない。
【００１０】
好適には、流体供給部はフィルタエレメントの下方部分または下方部分の近傍に配置され、クロスフローろ過法の場合、保持液出口はフィルタエレメントの上方部分または上方部分の近傍に配置されることが好ましい。このことは、モジュールの底部から最上部までのフィルタエレメントの供給側の第１の空間内に流体の圧力降下を与える。圧力降下のこの方向には、最大局所ＴＭＰがフィルタエレメントの下方部分に生じるという効果があり、それによって最大流束がこの下方部分に起こるという効果がある。加圧ガスが第２の空間の上方部分に存在するので、第２の空間の下方部分内の透過液のレベルが、透過液の正の流束が依然として生じているフィルタエレメントの高さにできるだけつながるようにすることが可能である。
【００１１】
別の有利な実施形態では、ガス供給部は透過液出口より高いレベルに配置される。このように、ろ過中に第２の空間内に供給されるガスは、透過液の負の逆流を防止するために、このろ過中にガスが満たす必要がある第２の空間の部分に直ちに入る。それにもかかわらず、一実施形態において一定量のガスが透過液と混合されることが望ましい場合、ガス供給部をさらに低いレベルに、すなわち、透過液が実際に流れているレベルに設けることも可能である。ガス供給部は透過液出口より低いレベルにあってもよい。
【００１２】
フィルタエレメントは、例えば平面や管などのあらゆる種類の形および形状を有することができ、あらゆる種類の孔径を有することができる。好ましい一実施形態では、フィルタエレメントは膜フィルタエレメントである。膜フィルタエレメントは、０．１〜１０ミクロンの孔を用いる精密ろ過法に使用することができ、さらに小さい孔が選択された場合、限外ろ過法、ナノろ過法、または逆浸透法にも使用することができる。膜フィルタエレメントの小さい孔径のために、加圧ガスは透過側から供給側に向かって容易に浸透し始めるべきではない。
【００１３】
膜フィルタエレメントは親水性にすることが好ましい。このことには、フィルタエレメントの通路、特に膜孔内の毛細管圧のために、ガスがフィルタエレメントを貫流するのを阻止されるという効果がある。膜構造の毛細管特性により、膜がぬれ、ガスが膜に浸潤し始めることができる前に高圧が必要になる。しかし、膜フィルタエレメントは、所望であれば疎水性にすることもできる。
【００１４】
別の実施形態では、特定の測定済み制御パラメータに応じて第２の空間の上方部分内の加圧ガスのガス圧力に適合するように設計された制御ユニットが設けられる。これらの制御パラメータは、例えば、透過液出口を通って抜き出される透過液の収率、および／またはモジュール内の１つまたは複数の位置での圧力、および／または第２の空間内の透過液のレベルとすることができる。第１の実施例では、ガス圧力は、制御ユニットにより、ろ過中に透過液出口を通って透過液の一定の所望の収率を引き出し続けることを可能にする値に毎回適合される。実際には、これは、モジュールが動作しているのが長くなり、モジュールのフィルタエレメントが汚染されるほど、ガス圧力は、正の流束が起こるろ過表面に効果的に浸透するレベルが、透過液のレベルとともに上昇し続けることができるように低くされる必要があることを意味する。別の実施例では、ガス圧力は、制御ユニットにより、ろ過中にフィルタエレメントの供給側の第１の空間内の平均流体圧力と実質的に等しいかまたは平均流体圧力より低い値に毎回適合されうる。これにより、過剰なガスが供給側に向かって流れるのを防止する。これに加えてまたは代替方法では、制御ユニットを、ろ過サイクルの初期のガス圧力を透過側の透過液の一定の最大開始レベルに対応する値に適合させることも可能である。詳細には、この開始レベルは、ろ過中、少なくともフィルタエレメントの半分の高さより低い。より詳細には、この開始レベルは高さの５％〜２５％の間にある。
【００１５】
ガスは、例えば、空気もしくは炭酸ガスまたは窒素または他の適切なガスとすることができる。例えば、ろ過されるべき流体がビールである場合、炭酸ガスを使用すると、ガスの一部が透過液と混合され、透過液とともに第２の空間を通り過ぎても問題ないという利点がある。
【００１６】
本発明は、クロスフローろ過法かデッドエンドろ過法のどちらかを用いたろ過サイクル中に上述の方法を実行するためのろ過モジュールにも関する。
【００１７】
本発明の考えは、上述のろ過モジュールの洗浄サイクル中、特にフィルタエレメントの逆洗（ｂａｃｋｗａｓｈ）中に使用することもできる。この種の洗浄サイクルの間、加圧洗浄流体が、例えば、別個の洗浄流体入口を通じて、または透過液出口を洗浄流体貯蔵所に連結することにより、フィルタエレメントの透過側の第２の空間に供給される。次いで、洗浄流体は、フィルタエレメントを逆方向に貫流し、フィルタエレメント内に捕捉されている汚染物を洗い流す。次いで、それによって逆洗された洗浄流体は、洗い落とされた汚染粒子とともに、フィルタエレメントの供給側の第１の空間から、例えば、流体供給部を通って、かつ／またはクロスフローろ過法の場合に保持液出口を通って、あるいは別個の洗浄流体出口によって放出することができる。この洗浄プロセス中に加圧ガスを第２の空間に同時に供給することにより、洗浄流体が最も汚染されているフィルタエレメントの部分に、すなわち、前のろ過サイクル中に最大正流束が起きているフィルタエレメントの下方部分に、最初に流れるようにすることが可能である。したがって、洗浄流体は合目的に方向付けることができる。洗浄流体がフィルタエレメントの最も汚染された下方部分を貫流するようにする加圧ガスがなければ、洗浄流体は、最も抵抗の少ない方法を探すことになり、換言すると、フィルタエレメントの最も汚染の少ない上方部分に最初に流れることになる。したがって、フィルタエレメントの最も汚染されている下方部分がすっかりきれいに流された後、本発明によれば、透過側の洗浄流体のレベルが上昇し、したがってフィルタエレメントのより高い部分を貫流し始めるほどにまでガス圧力を下げ、フィルタエレメントのそのより高い部分をすっかりきれいにし始めることが可能である。概して言えば、これにより逆洗洗浄サイクルの効率を大幅に改善することができる。洗浄流体は、任意の適当な流体、例えば水でよいが、前に得られた透過液自体によって形成されてもよいことに留意されたい。
【００１８】
さらなる有利な諸実施形態が従属請求項に記載されている。
【００１９】
本発明は、添付の図面を参照して以下でより詳細に扱われるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるクロスフローろ過モジュールの一実施形態を具備する流体をろ過するための設備の流れ図である。
【図２】ろ過時にガスが透過側に供給される状態での図１のろ過モジュールをより詳細に示す図である。
【図３】ろ過時にガスが透過側に供給されない状態での図１のろ過モジュールをより詳細に示す図である。
【図４】局所流束を、ろ過サイクル開始時の図３のガスがない状況のフィルタエレメントに沿った長さの関数として示す図である。
【図５】局所流束を、１０分間のろ過後の図３のガスがない状況のフィルタエレメントに沿った長さの関数として示す図である。
【図６】局所流束を、ろ過サイクル開始時の図２のガス充填状況のフィルタエレメントに沿った長さの関数として示す図である。
【図７】局所流束を、１０分間のろ過後の図２のガス充填状況のフィルタエレメントに沿った長さの関数として示す図である。
【図８】平均ＴＭＰを、図２のガス充填状況と図３のガスがない状況の両方に対する３つのろ過サイクルの時間の関数として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１において、流体をろ過するための設備が、貯蔵容器１、供給ポンプ２、再循環ポンプ３、およびクロスフローろ過モジュール４を備える。モジュール４はハウジング５を備え、ハウジング５内には膜フィルタエレメント７が置かれる。エレメント７は完全に直立した状態に置かれ、この位置でエレメント７はハウジング５の底部から最上部まで垂直に延びる。エレメント７は、ハウジング５の内部空間を供給側の第１の空間１０と透過側の第２の空間１１とに分割する。第１の空間１０は、第１の空間１０の下側で流体供給部１４に連結しており、第１の空間１０の上側で保持液出口１５に連結している。第２の空間１１は、第２の空間１１の下側で透過液出口１７に連結しており、第２の空間１１の上側でガス供給部１８に連結している。ガス供給部１８には、ポンプ１９によってガスバッファ２０から加圧ガスを供給することができる。
【００２２】
ろ過モジュール４の稼働中、ろ過されるべき流体、例えばろ過されていないビールが、流体供給部１４を通って第１の空間１０にポンプで送り込まれる。そこで、ろ過されるべき流体は、フィルタエレメント７に沿って保持液出口１５に向かって上方に流れる。流体の一部はフィルタエレメント７を貫流し、そこで第２の空間１１に入る。このろ過済み透過液は、第２の空間１１の下方部分内に蓄積し、そこから透過液出口１７を通って放出される。同時に、加圧ガスがガス供給部１８を通って第２の空間１１に供給される。このガスは第２の空間１１の上方部分を満たす。このことは、図２においても明瞭に見ることができる。
【００２３】
次に、本発明の好ましい効果について、ろ過モジュール４にガスが供給される状況（図２）とろ過モジュール４にガスが供給されない状況（図３）との間の違いを指摘することによって説明するものとする。
【００２４】
図３に示されているように、第２の空間１１にガスが供給されない場合、第２の空間１１はそれ自体を透過液で完全に満たす。例えば、流体供給部１４でのろ過されるべき流体の供給圧力が３．０バール（ｂａｒ）であり、保持液出口１５での残存保持液の出口圧力が２．４バールであり、透過液出口でのろ過済み透過液の出口圧力が２．８バールであるとすると、局所膜間圧力差（ＴＭＰ）は計算することができる。
【００２５】
ＴＭＰは透過／ろ過のための駆動力である。所与の実施例では、局所ＴＭＰは、フィルタエレメント７の底部側で最大値０．２バールを有し、フィルタエレメント７に沿って上方に徐々に低下し、ある点でゼロに等しくなり、そこから負になる。局所ＴＭＰが正であるフィルタエレメント７の下方部分全体に沿って、透過液の正の流束が第１の空間１０から第２の空間１１に向かって流れている。局所ＴＭＰが負であるフィルタエレメント７の上方部分全体に沿って、すでにろ過された透過液の負の逆流が第２の空間１１から第１の空間１０に向かって逆流している。
【００２６】
図４に、全高７５０ｍｍのフィルタエレメントを有するビールろ過モジュール用の新しいろ過プロセスの始動時のこうした状況を示す。水平細線Ｉは、透過液出口１７を通ってモジュールから出る透過液の平均流束を示す。この平均流速はこの場合、８０Ｌ／ｍ２時である。下方に傾斜する太線ＩＩは、所望の平均流束を得るために必要な、フィルタエレメント７の高さにわたって変化する局所流束である。図から分かるように、局所流束は、わずか８０Ｌ／ｍ２時の所望の平均流束を得ることができるようにするために、４５００Ｌ／ｍ２時超と−４２００Ｌ／ｍ２時の間を変化する必要がある。モジュールの上方部分では、大量のすでにろ過された透過液が供給側に逆流している。この大量の逆流は、モジュールの下方部分での透過液の非常に大きな正の流れによって補償される必要がある。
【００２７】
しかしながら、モジュールの下方部分における非常に大きな正の流れには、この下方部分が急速に汚染されるという影響がある。図５はわずか１０分後の状況を示しており、平均流束が依然として同じ８０Ｌ／ｍ２時になるよう所望されるものとする。図から分かるように、フィルタエレメントの下方部分に沿った正の流束とフィルタエレメントの上方部分に沿った負の流束との差は依然として非常に大きいが、絶対値は小さくなっている。これは、フィルタエレメント７の大部分が汚染されており、フィルタエレメントを洗浄することが必要になっていることを意味する。
【００２８】
図２に示されているように、第２の空間１１にガスが供給されると、第２の空間１１は、第２の空間１１自体を部分的に透過液でかつ部分的にガスで満たすことができる。これに関して、ガスの圧力は、ガスの圧力が透過液の圧力と実質的に等しくなるように制御される。流体供給部１４でのろ過されるべき流体の供給圧力が依然として３．０バールであり、保持液出口１５での残存保持液の出口圧力が依然として２．４バールであり、かつ透過液出口でのろ過済み透過液の出口圧力が２．８バールに保たれるとすると、局所膜間圧力差（ＴＭＰ）は図３のガスがない状況と同じ状態のままである。ＴＭＰがゼロに等しい点はろ過プロセスの始動中に同じ高さにあり、局所ＴＭＰが正であるフィルタエレメント７の下方部分全体に沿って、透過液の正の流束が依然として第１の空間１０から第２の空間１１に向かって流れている。しかし、局所ＴＭＰが負であるフィルタエレメント７の上方部分全体に沿って、第２の空間１１から第１の空間１０に向かって逆流するすでにろ過された透過液の負の逆流が生じることはない。というのは、そこに透過液が存在せず、ガスが存在するからである。
【００２９】
図６に、この場合も全高７５０ｍｍのフィルタエレメントを有するビールろ過モジュール用の新しいろ過プロセスの始動時の、本発明によるこうしたガス充填状況を示す。水平細線Ｉは、透過液出口１７を通ってモジュールから出る透過液の同じ平均流束を示す。部分的に下方に傾斜する太線ＩＩは、所望の平均流束を得るために必要な、フィルタエレメント７の高さにわたって変化する局所流束である。図から分かるように、局所流束はこのとき、わずか８０Ｌ／ｍ２時の所望の平均流束を得ることができるようにするために、１４００Ｌ／ｍ２時近くと０Ｌ／ｍ２時の間を変化するだけでよい。モジュールの上方部分では、すでにろ過された透過液は供給側に逆流していない。補償が行われる必要はないので、モジュールの下方部分だけが、所望の平均流束を得ることができるようにするのに十分な大きさの正の流れを有する必要がある。
【００３０】
モジュールの下方部分におけるより低い正の流れには、この下方部分が図３のガスがない状況に比べてはるかにゆっくり汚染されるという効果がある。図７は１０分後の状況を示しており、平均流束が依然として同じ８０Ｌ／ｍ２時になるように所望されるものとする。図から分かるように、正の流束は依然としてフィルタエレメントの比較的小さい下方部分に沿って生じるだけでよく、負の流束は依然としてフィルタエレメントの上方部分に沿って生じることはない。これは、フィルタエレメント７がほとんど汚染されておらず、フィルタエレメントを洗浄する必要が全くないことを意味する。
【００３１】
上記は、平均ＴＭＰを、一方では最新技術のガスがない状況（通常）に対して、他方では本発明のガス充填状況（＋流束）に対してろ過時間の関数として示す図８によって認められる。これらの状況のそれぞれに対して３つのろ過サイクルが示されており、ろ過サイクルは平均ＴＭＰの値が１．２バールに達するとすぐに終わる。次いで、洗浄サイクルが逆洗サイクルの形で始まり、その後で新しいろ過サイクルが開始される。ガスがない状況のためのサイクルはＧＬで示されており、ガス充填状況のためのサイクルはＧＦで示されている。図から分かるように、ガス充填状況での方は、フィルタエレメントが、ＴＭＰが１．２バールに達するほどひどく汚染されるのに、さらに４０％を超える時間がかかっている。このことは、５０％を超える運転コストのコスト削減につながる可能性がある。
【００３２】
示されている実施形態のほかにも、あらゆる種類の変形実施形態が考えられる。例えば、モジュールおよびモジュール内に置かれるフィルタエレメントは様々な形状および寸法を有することができる。また、モジュールは、モジュールのフィルタエレメントが部分的に直立した状態に、すなわち、水平に対してある角度で、特に少なくとも４５度で置かれるように向きを定めることができる。しかし、フィルタエレメントが垂直に置かれるほど、透過液のレベルはより容易に管理することができる。ハウジング内のただ１つのフィルタエレメントの代わりに、複数のフィルタエレメント、例えば膜管束を使用することも可能である。ろ過モジュールの透過液空間の一部をガスで充填するという考えをビールのろ過に使用する代わりに、あらゆる種類の他の流体、例えば水のろ過に使用することもできる。フィルタエレメントによって保持される必要がある流体中の粒子の量が少なければ、保持液出口のないモジュール（デッドエンドろ過法）に本発明を使用することも可能である。本明細書の序文に示されているように、本発明は、逆洗流体をフィルタエレメントの最も汚染されている部分に最初に貫流させるのを促進するために、逆洗サイクル中に使用することも可能である。これにより、洗浄プロセスを改善できるだけでなく、そのために使用される大量の逆洗流体および化学物質を節約することもできる。さらに、フィルタエレメントがモジュールハウジングから取り出される完全な清掃活動、および／またはフィルタエレメントの完全な交換は、これから実質的に延期することができる。
【００３３】
したがって、本発明は、費用効率が高く効率的で使いやすいろ過モジュール、および、このろ過モジュールをろ過中に、所望であれば洗浄中にも稼働させるための方法を提供する。
【符号の説明】
【００３４】
１…貯蔵容器、２…供給ポンプ、３…再循環ポンプ、４…クロスフローろ過モジュール、５…ハウジング、７…膜フィルタエレメント、１０…供給側にある第１の空間、１１…透過側にある第２の空間、１４…流体供給部、１５…保持液出口、１７…透過液出口、１８…ガス供給部、１９…ポンプ、２０…ガスバッファ、ＦＰ…供給圧力、ＲＰ…保持液圧力、ＧＰ…ガス圧力、ＰＰ…透過液圧力、ＴＭＰ…膜間圧力差、ＴＭＰＥ…局所膜間圧力差、ＧＦ…ガス充填状況、ＧＬ…ガスがない状況
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月26日(2013.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ過モジュールを稼働させるためのろ過方法であって、
前ろ過モジュール（４）が、
少なくとも１つのフィルタエレメント（７）が中に配置されているハウジング（５）であり、前記フィルタエレメント（７）が、前記フィルタエレメント（７）のろ過表面の供給側に前記ハウジング（５）内の第１の空間（１０）を画定し、前記ろ過表面の反対側の透過側に第２の空間（１１）を画定する、ハウジングと、
前記フィルタエレメント（７）の前記供給側の前記第１の空間（１０）内に開いている流体供給部（１４）と、
前記フィルタエレメント（７）の前記透過側の前記第２の空間（１１）と流れ的に連通する透過液出口（１７）と
を備え、
前記フィルタエレメント（７）が直立状態に置かれ、前記透過液出口（１７）が前記フィルタエレメント（７）の下端部に配置され、
前記フィルタエレメント（７）の前記透過側の前記第２の空間（１１）内に開いているガス供給部（１８）が設けられ、
当該ろ過方法が、
ろ過されるべき加圧流体を前記フィルタエレメント（７）の前記供給側の前記第１の空間（１０）に供給するステップと、
前記フィルタエレメント（７）の前記透過側の前記第２の空間（１１）からろ過済み透過液を放出するステップと、
前記フィルタエレメント（７）の前記透過側の前記第２の空間（１１）に加圧ガスを供給するステップと
を含み、
前記フィルタエレメント（７）の前記供給側の前記第１の空間（１０）と流れ的に連通する保持液出口（１５）を有するクロスフローろ過モジュールが使用され、前記保持液出口（１５）が、前記流体供給部（１４）とは異なるレベルに前記フィルタエレメント（７）に沿って配置され、
前記流体が前記流体供給部（１４）から前記保持液出口（１５）に向かって前記フィルタリングエレメント（７）を横切って流れざるをえないように前記流体供給部（１４）と前記保持液出口（１５）との間の前記流体の圧力降下が生じるよう、非ろ過保持液が、前記フィルタエレメント（７）の前記供給側の前記第１の空間（１０）から前記保持液出口（１５）を通って放出される、ろ過方法において、
前記第２の空間（１１）に加圧ガスを供給する前記ステップが、前記ろ過中に、ろ過されるべき加圧流体を前記第１の空間に供給する前記ステップおよび前記第２の空間からろ過済み透過液を放出する前記ステップと同時に実行され、前記第２の空間（１１）が部分的に前記透過液でかつ部分的に前記加圧ガスで満たされることを特徴とする、ろ過方法。
【請求項２】
前記加圧ガスで満たされる前記第２の空間（１１）の部分は、前記透過液で満たされる第２の空気（１１）の部分の上面上にある、請求項１に記載のろ過方法。
【請求項３】
ろ過中に前記第１の空間（１０）から前記第２の空間（１１）への透過液の正の前方流れが生じる場合に、前記フィルタエレメントの高さにつながる前記第２の空間（１１）の部分を前記透過液で満たすよう、前記加圧ガスが前記第２の空間（１１）に供給される、請求項２に記載のろ過方法。
【請求項４】
前記保持液出口（１５）が前記フィルタエレメント（７）の上端部に設けられ、前記流体供給部（１４）が前記フィルタエレメント（７）の下端部の配置されているクロスフローろ過モジュールが使用され、
前記流体供給部（１４）と前記保持液出口（１５）との間の前記流体の圧力降下が生じ、前記圧力降下が前記フィルタエレメント（７）の前記下端部から前記フィルタエレメント（７）の前記上端部に至る、請求項１〜３のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項５】
前記ガス供給部（１８）が前記透過液出口（１７）より高いレベルに配置されているクロスフローろ過モジュールが使用され、
前記加圧ガスが前記第２の空間（１１）の上方部分内に直接供給される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項６】
前記加圧ガスが前記フィルタエレメント（７）を貫流するのを防止するために親水性フィルタエレメントが使用される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項７】
前記ガス供給部（１８）を通って前記フィルタエレメント（７）の前記透過側の前記第２の空間（１１）内に供給される前記加圧ガスのガス圧力が、制御ユニットにより、ろ過中に前記フィルタエレメント（７）の前記供給側の前記第１の空間（１０）内の平均流体圧力と実質的に等しいかまたは前記平均流体圧力より低い値に適合される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項８】
前記ガス供給部（１８）を通って前記第２の空間（１１）内に供給される前記加圧ガスのガス圧力が、制御ユニットにより、ろ過中に前記透過液出口（１７）を通って抜き出される透過液の所望の収率を達成するのに応じて適合される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項９】
前記ガス供給部（１８）を通って前記第２の空間（１１）内に供給される前記加圧ガスのガス圧力が、制御ユニットにより、前記透過側の透過液の所望の開始レベル、特に、ろ過中の前記フィルタエレメント（７）の高さの半分より低いレベル、より詳細には前記高さの５％〜２５％のレベルを得るために、ろ過サイクルの初めに適合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のろ過方法。
【請求項１０】
前記第２の空間（１１）内に供給される前記加圧ガスのガス圧力が、ろ過中に経時的に徐々に下げられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のろ過方法。
【国際調査報告】
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