【課題を解決するための手段】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。