DE69123169T2

DE69123169T2 - Filtervorrichtung für Bier

Info

Publication number: DE69123169T2
Application number: DE69123169T
Authority: DE
Inventors: Noboru C O Kirin Beer K K Hibi; Naoki Inoue; Yoshiyuki C O Kirin B Kitamura; Masamitsu Mizuki; Junichiro Mori; Yuuichiro Sakai; Atsushi Yoshida
Original assignee: Kirin Brewery Co Ltd
Current assignee: Kirin Brewery Co Ltd
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-05-18
Also published as: JPH0422404A; US5141638A; EP0457611A3; EP0457611A2; JPH0763571B2; EP0457611B1; DE69123169D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtervorrichtung, um normalerweise kontinuierlich Fremdkörper, wie beispielsweise Hefeschwämme, auszufiltern, die während der Bierherstellung im Bier enthalten sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Filtervorrichtung, die in der Lage ist, einen Filter während des Betriebs zu ersetzen.
Bei der Bierherstellung ist es notwendig, das Bier zu filtrieren, das einer sogenannten Nachfermentierung unterworfen wurde, um aus dem Bier Schwämme oder Pilze zu entfernen. In diesem Fall wird nach einer Vorfiltrierung unter Benutzung beispielsweise einer Diatomeenerde und dergleichen anschließend eine Endfiltration durchgeführt. Gegenwärtig ist es allgemein bekannt, als Filtermedium einen Patronenfilter aus Harz oder synthetischem Harz zur direkten Filtration zu benutzen, und dieser Filter wird im folgenden als "Harzfilter" bezeichnet.
Da jedoch der Harzfilter eine geringe mechanische Festigkeit besitzt, besteht die Gefahr, daß der Filter beschädigt wird, wenn die Strömungsrate und die Druckbedingungen schlecht sind. Außerdem wäre es unmöglich, eine kräftige physikalische Auswaschung, beispielsweise durch Spülen, durchzuführen.
Im Hinblick auf die Charakteristiken des Materials und seinen Aufbau besteht die Gefahr einer Beschädigung des Filters oder der Restchemikalien, und demgemäß wird normalerweise ein Auswaschen unter Benutzung von Chemikalien nicht durchgeführt. Im allgemeinen wäre der Filtrationswiderstand so groß, daß eine gewünschte Filtrationsströmungsrate pro Flächeneinheit nicht erlangt werden könnte. Im Hinblick auf eine Beschädigung bei einer hohen Temperatur wäre es unmöglich, die Vorrichtung, die den Filter aufweist, mit Dampf zu sterilisieren, der auf 120 ºC oder mehr gehalten wird.
Aus diesen Gründen ist es im allgemeinen schwierig, den Harzfilter zu recyclen oder zu regenerieren. Ein solcher Filter wird daher als disponibel angesehen. Es ist daher notwendig, einen Austauschschritt durchzuführen, was im Sinne einer Automatisierung nicht annehmbar ist. Gleichzeitig ist es erwünscht, Bierfilter anstelle der herkömmlichen Filter zu entwickeln, da die laufenden Kosten ansteigen würden. Außerdem ist es, wie oben erwähnt, unmöglich, die Filtrationsströmungsrate pro Flächeneinheit bei einem derartigen Harzfilter zu erhöhen. Um die Menge des behandelten Bieres zu vergrößern, ist es notwendig, die Filtrationsfläche zu vergrößern, und dies führt zu einer Vergrößerung der Gesamtvorrichtung. Andererseits ist es bei einem Verfahren, das unterstützende Chemikalien benutzt, notwendig, eine eigene Vorrichtung vorzusehen, die sich auf das unterstützende chemische Verfahren bezieht. In diesem Fall würde sich die Größe der Vorrichtung wiederum erhöhen, und es wäre unmöglich, eine kompakte Vorrichtung zu schaffen.
Eine Ronningen-Petter-Broschüre, Sektion E2-11 vom September 1978 beschreibt einen Sicherungsfilter zur Benutzung bei der Filtration flüssiger Nahrungsmittel, beispielsweise von Bier. Die darin beschriebenen Filter bestehen aus einem Drahtgewebe aus rostfreiem Stahl mit einer nominellen Partikelrückhaltung von 1600 bis 30 Mikron, oder aus geschlitzten Schirmen aus rostfreiem Stahl mit einer nominellen Partikelrückhaltung von 230 bis 25 Mikron.
In Anbetracht der erwähnten Schwierigkeiten sucht die vorliegende Erfindung eine Filtrationsvorrichtung zu schaffen, die mit einem Filterelement ausgerüstet ist, das die folgenden Vorteile aufweist: i) eine betriebssichere Filtration des Bieres; ii) die Möglichkeit der Auswaschung unter Benutzung unterstützender Chemikalien; iii) eine hohe mechanische Festigkeit; und iv) wiederholt benutzbar oder regenerierbar, wobei eine Filtrierstufe und eine Recyclestufe in einem einzigen System vereinigt sind, um dadurch ein betriebsmäßiges Recyclingsystem zu schaffen, um die Filtrationskosten beträchtlich zu senken und die Filtrationsvorrichtung selbst kompakt zu machen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Filtervorrichtung für Bier, welche die folgenden Merkmale aufweist: ein gesintertes Filterelement, welches Metallfasern enthält; einen Hauptfilter zur Filtration von Bier; einen Hilfsfilter zur Filterung einer waschflüssigkeit, die dem Hauptfilter zugeführt wird; und einen Puffertank, der mit dem Hauptfilter verbunden ist, um zeitweise eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge bereit zu halten, um die Verschlämmung des Hauptfilters zu recyclen, wobei das Filterelement im Hauptfilter vorgesehen ist und die metallische Faser enthält, die eine nominelle Filtrationsbemessung besitzt, die größer als 0,3, aber kleiner als 2,0 µm ist.
Bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung für Bier enthält das Filterelement im Hauptfilter eine metallische Faser, und die nominelle Filtrationsbemessung des Filterelements, das die metallische Faser enthält, liegt in einem Bereich, der größer als 0,3, aber kleiner als 2,0 µm ist, wodurch eine Filtration von Bier möglich wird und das Recyclen während des Betriebs gewährleistet ist, um einen ökonomischen Betrieb der Vorrichtung zu ermöglichen und um die Kosten und den Raumbedarf für die Vorrichtung beträchtlich zu senken.
Die beiliegenden zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die einen Strömungspfad in einer Bierfiltervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 einen Querschnitt, der ein Hauptfilter zeigt, das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt wird, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht, die einen Strömungspfad der Bierfiltrationsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
Im folgenden wird eine Filtervorrichtung für Bier gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beiliegenden zeichnungen beschrieben. In dieser Vorrichtung wird ein Ausfiltern von Bierhefeschwamm während der Bierherstellung bewirkt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Filtervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel grob gesagt in eine Filtereinheit F auf der rechten Seite (umgeben von der strichpunktierten Linie zum Zwecke der Erläuterung) und eine Wascheinheit C auf der linken Seite (umgeben von einer strichpunktierten Linie) unterteilt. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Filtereinheit F die Aufgabe der Filtration des Bierhefeschwamms nach der Nachfermentierung. Im einzelnen ist ein Zuführungsrohr 10 für die ursprüngliche Flüssigkeitsströmung vorgesehen, das mit einem Ventil V1 und einer Druckpumpe P ausgestattet ist, wie dies rechts unten in Fig. 1 dargestellt ist. Das Rohr verzweigt sich nach Durchtritt durch die Druckpumpe P in N Zweige entsprechend einer Zahl von Hauptfiltern 30-1 bis 30-N, wie dies später beschrieben wird. Die Zweigrohre sind mit ersten Verbindungsöffnungen auf einer Seite (auf der unteren Seite) der Hauptfilter 30-1 bis 30-N verbunden. Vor dieser Verbindung sind Ventile V2-1 bis V2-N vorgesehen. Außerdem sind Abzugsrohre 31-1 bis 31-N mit zugeordneten Ventilen V3-1 bis V3-N an dieser ersten Verbindungsöffnungsseite vorgesehen.
Der Hauptfilter 30-1 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 30a und mehrere Filterelemente 30b innerhalb des Gehäuses 30a, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Filterelemente 30b sind aus gesintertem Filtermaterial hergestellt.
Das Filterelement ist aus gesintertem Material hergestellt, das wenigstens eine Metallfaser enthält. Eine nominelle Filtrationsbemessung des Filterelements, das die metallische Faser enthält, liegt in einem Bereich größer als 0,3 µm, aber kleiner als 2,0 µm, und vorzugsweise liegt der Bereich zwischen 0,6 µm und 1,5 µm. Wenn dieser Wert gleich ist oder größer als 2,0 µm, wäre es unmöglich, den Bierschwamm aufzusammeln, so daß der sogenannte Schwammausscheidungseffekt vermindert würde. Wenn andererseits der Wert gleich oder kleiner als 0,3 µm ist, dann würde das Filterelement zugesetzt, so daß es unmöglich wäre, einen sogenannten Rückwaschvorgang durchzuführen, und es wäre auch unmöglich, das Filterelement zu recyclen. Die "nominale Filtrationsbemessung" bedeutet hierbei einen Partikeldurchmesser (in µm) von einem experimentellen Pulver, bei dem das System einen Sammelwirkungsgrad von 95 % in einer Sammelwirkungsgradkurve aufweist.
Die oben erwähnte Metallfaser besitzt einen Durchmesser von 50 µm oder weniger über eine vorbestimmte Länge in Längsrichtung. Die Faser bedeutet eine lange Faser, die durch Schneiden eines metallischen Fasertaus in Splitterform erhalten wurde, oder es wird eine kurze Faser erlangt, indem eine Kristallwachstums-Einstellbehandlung am Tau vorgenommen wird und indem das Tau durch granulare Korrosion in einer Säurelösung so geschnitten wird, daß ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) von ungefähr 3 bis 50 erhalten wird. Der Durchmesser der metallischen Faser liegt im Bereich zwischen 2 und 20 µm, und bevorzugt im Bereich zwischen 4 und 12 µm, und ganz bevorzugt im Bereich zwischen 4 bis 8 µm. Das Aspektverhältnis der bei der Erfindung benutzten metallischen Faser liegt in dem Bereich zwischen 3 und 50, und bevorzugt im Bereich zwischen 3 und 20, und am vorteilhaftesten im Bereich zwischen 5 und 10. Wenn der Durchmesser und das Aspektverhältnis die oberen Grenzen überschreiten würden, dann würde die Porenrate des Filterelements vermindert, und die kurze Faser würde wahrscheinlich selbst verwachsen, so daß die Porenrate ungleichmäßig würde und die Breite der Porendurchmesserverteilung in nachteiliger Weise vergrößert würde. Wenn umgekehrt der Durchmesser und das Aspektverhältnis außerhalb der unteren Grenzwerte liegen, dann wird die mechanische Festigkeit verschlechtert und aufgerauht, so daß es in unzweckmäßiger Weise unmöglich wäre, ein Sinterelement zu erhalten, das stabile feine Poren besitzt.
Das Material für eine solche Faser wird aus der Gruppe ausgewählt, die im wesentlichen Materialien enthält, die im Hinblick auf einen thermischen Widerstand und Korrosionswiderstand überlegen sind, beispielsweise rostfreier Stahl, Inconel (registrierte Marke) und Hastelloy (registrierte Marke).
Die metallische Faser ist in das Filterelement unabhängig gesintert oder mit feinem metallischem Pulver vermischt, das aus dem gleichen Material wie die Faser besteht, oder aus einem gegenüber der Faser unterschiedlichen Material, beispielsweise zerstäubtem Pulver, je nach der speziellen Verwendung. Insbesondere hat das gesinterte Element, das aus einem Mischmaterial metallischer kurzer Fasern und metallischen zerstäubten Pulvers besteht, den Vorteil, daß es möglich ist, den Druckverlust auf einen herabgesetzten Pegel zu unterdrücken, während der Porendurchmesser auf einem hohen Wert gehalten wird. Auch für die Benutzung, bei der ein großer Filtrationsdruck auf die Filteroberfläche ausgeübt wird, ist es besonders vorteilhaft, gesintertes Material aus einer langen metallischen Faser zu benutzen. In diesem Fall ist es möglich, im wesentlichen den gleichen Effekt mit der Mischung aus der langen Faser und der kurzen Faser zu erzielen.
Das zerstäubte Pulver von rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 10 bis 100 µm, vorteilhafterweise zwischen 10 und 80 µm, und bevorzugt zwischen 20 und 70 µm kann als das feine metallische Pulver benutzt werden. Das Mischungsverhältnis zwischen der oben beschriebenen metallischen Faser und dem feinen metallischen Pulver liegt zwischen 4:1 und 1:4, und vorzugsweise zwischen 7:3 bis 3:7.
Ein solches Filterelement, welches die metallische Faser und dergleichen enthält, kann auf verschiedene herkömmliche Weise erzeugt werden, beispielsweise durch Sinterung. Die Porositätsrate des gesinterten Filterelements liegt in dem Bereich zwischen 30 bis 55 %, und vorzugsweise in dem Bereich zwischen 45 und 50 %, und ganz bevorzugt in dem Bereich zwischen 48 und 50 %. Wenn dieser Wert nicht größer ist als 30 %, können Nachteile insofern auftreten, als der Druckverlust ansteigt und die Lebensdauer des Filterelements verkürzt wird. Wenn dieser Wert 55 % überschreitet, dann kann insofern ein Nachteil eintreten, als die mechanische Festigkeit des Filterelements vermindert und die Breite der Porendurchmesserverteilung erhöht wird.
Da das Filterelement, welches die metallische Faser und dergleichen enthält, eine genügende mechanische Festigkeit besitzt, ist es unnötig, die Dicke des Elementes zu vergrößern, und der Druckverlust des Strömungsmittelkanals kann unterdrückt werden. Die Dicke desselben liegt in dem Bereich zwischen 1 und 3 mm, vorzugsweise bei 2 mm. Der Bereich (oder die Breite) der Porendurchmesserverteilung des Filterelementes, welches bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist schmal bei einem gleichförmigen Porendurchmesser.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist ein solches Filterelement zylindrisch mit einem Boden ausgebildet. Normalerweise sind mehrere Filterelemente gleichförmig innerhalb des Gehäuses angeordnet. Beispielsweise kann ein einziges Filterelement oder können mehrere Filterelemente (drei oder sieben) dieser zylindrischen Filterelemente mit jeweils 70 mm Durchmesser und 750 mm Länge innerhalb des Gehäuses untergebracht werden.
Durch Benutzung eines solchen Filterelementes ist es möglich, die Entfernung des Bierhefeschwamms zu gewährleisten, und es ist auch möglich, das Filterelement wieder zu benutzen oder zu recyclen. Es ist auch möglich, das Filterelement unter Benutzung von Chemikalien zu erneuern und eine Sterilisation zu bewirken. Es ist wichtig, festzustellen, daß die Gestalt der Filterelemente nicht auf die zylindrische Form, wie in Fig. 2 dargestellt, beschränkt ist. Es ist daher möglich, das Filterelement beispielsweise scheibenförmig auszubilden, wodurch im wesentlichen der gleiche Effekt erreicht wird.
Die anderen Hauptfilter 30-2 bis 30-N können allgemein auf die gleiche Weise wie der Filter 30-1 hergestellt werden.
Jedes Rohr, welches auf dem anderen Ende des Hauptfilters 30-1 auf der zweiten Verbindungsseite angeordnet ist (d. h. auf der oberen Seite), verzweigt sich in ein erstes Rohr 15a und ein zweites Rohr 15b, und das erste Rohr 15a verzweigt sich weiter zu einem dritten Rohr 16a und einem vierten Rohr 16b. Das erste Rohr 15a und das zweite Rohr 15b sind mit Ventilen V4-1 bzw. VS-1 versehen. Das dritte Rohr 16a und das vierte Rohr 16b sind mit Ventilen V6 und V15 versehen. Das zweite Rohr 15b ist an das Hauptrohr 17 angeschlossen, das nach der Wascheinheit C führt, wie später beschrieben wird und in Fig. 1 dargestellt ist.
Das vierte Rohr 16b ist mit einem Rohr 61 auf der Seite der Wascheinheit C verbunden, und außerdem ist es mit einem Puffertank 70 über Ventile V15 und V9 verbunden.
In bezug auf die anderen Hauptfilter 30-2 bis 30-N ist festzustellen, daß diese Filter ebenfalls parallel angeordnet sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und zwar auf die gleiche Weise wie der Hauptfilter 30-1. Zur Erläuterung sind zwei Hauptfilter dargestellt, aber die Zahl ist nicht auf zwei beschränkt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wascheinheit C mit einem Nutzfilter 40 und einem chemischen Filter 60 als Unterfilter ausgestattet, wie dies auf der linken Seite in Fig. 1 dargestellt ist. Die Einheit C weist einen Puffertank 70 auf, der auf der rechten Seite hiervon in Fig. 1 dargestellt ist. Die nominelle Filtrationsbemessung der Unterfilter muß die gleiche sein wie jene der Hauptfilter. Die Filterelemente der Unterfilter bzw. Hilfsfilter können Kunstharzfilter oder gesinterte Filterelemente sein, die metallische Fasern enthalten. Der Grundaufbau des Nutzfilters 40 und des chemischen Filters 60 ist der gleiche wie der Aufbau der Hauptfilter 30-1 bis 30-N. Ein Flüssigkeitseinführungsrohr 41 zum Einführen von Wasser, von heißem Wasser, von Dampf oder dergleichen zum Zwecke der Auswaschung und ein Abzugsrohr 42 sind an einem Ende des Nutzfilters 40 vorgesehen, d. h. an der ersten Verbindungsseite (der unteren Seite). Ein erstes Abzweigrohr 45 und ein zweites Rohr 46 sind am anderen Ende des Nutzfilters 40, d. h. an der zweiten Verbindungsseite (der oberen Seite) vorgesehen. Das erste Rohr 45 verzweigt sich weiter in ein drittes Rohr 47a und ein viertes Rohr 47b, und das zweite Rohr 46 ist an den Puffertank 70 über ein Abzweigrohr 48 wie dargestellt angeschlossen. Das dritte Rohr 47a ist mit dem unteren Teil des Puffertanks 70 verbunden. Das vierte Rohr 47b ist mit dem ursprünglichen Flüssigkeitseinführungsrohr 10 der oben beschriebenen Filtereinheit F verbunden.
Das Flüssigkeitseinführungsrohr 41 und das Abzugsrohr 42 sind mit einem Ventil V17 bzw. einem Ventil V18 ausgestattet. Das erste Rohr 45 und das zweite Rohr 46 sind in der Nähe des oberen Abschnitts des Nutzfilters 40 mit einem Ventil V19 bzw. einem Ventils V20 ausgestattet. Eine Parallelleitung wird in dem chemischen Filter 60 in der gleichen Weise bewirkt wie im Nutzfilter 40. Die Chemikalien und dergleichen werden hauptsächlich in den chemischen Filter 60 eingeführt.
Der Puffertank 70 wird für die Schritte des Wasserwaschvorgangs oder des Heißwasserwaschvorgangs, für die Spülung, für das chemische Waschen und dergleichen benutzt. Das dritte Rohr 47a und das Rohr 48 im unteren Abschnitt und im oberen Abschnitt des Tanks 70 sind mit einem Ventil V12 bzw. einem Ventil V7 versehen. Ein Abzugsrohr 51 ist mit dem unteren Abschnitt des Tanks 70 verbunden und weist ein Ventil V13 auf. Ein Lufteinführungsrohr 53 weist ein Ventil V8 auf und ist an den oberen Abschnitt des Tanks 70 angeschlossen. Ein Rohr 61 ist mit einem Ventil V9 versehen und an die Seitenwand des Tanks 70 angeschlossen. Es ist ein Paar von Nebenstromrohren 55 derart vorgesehen, daß das Ventil V9 im Rohr 61 über die Ventile V10 und V11 nebengeschlossen wird. In einem Teil des Nebenschlußrohres 55 ist ein Wärmeaustauscher HE angeordnet, um einen Wärmeaustausch vorzunehmen, wenn dies erforderlich ist.
Das Rohr 61 steht in Strömungsverbindung mit den Rohren 16a 20 und 16b der Filtereinheit F, und zwar über das Ventil V15.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Filtervorrichtung erläutert.

(1) Filtrationsverfahren unter Benutzung der Filtereinheit F (der Verfahrensschritt, in dem Bier durch die Hauptfilter hindurchläuft)

i) Durch Schließen der Ventile V14, V15 und V16 werden Filtereinheit F und Wascheinheit C getrennt.
ii) Durch Öffnen der Ventile V2-1 bis V2-N und der Ventile V4-1 bis V4-N und durch Betätigung der Druckpumpe P wird die ursprüngliche Flüssigkeit (Bier) in die Vorrichtung eingeleitet. Die Flüssigkeit durchläuft die Hauptfilter und wird danach aus dem System als gefilterte Flüssigkeit abgegeben. Durch Öffnen/Schließen des Ventils V1 und des Ventils V6, falls erwünscht, ist es möglich, einen intermittierenden Betrieb herbeizuführen. Die Strömung kann demgemäß so gesteuert werden, wie es die Situation erfordert.

(2) Waschverfahren - 1

Das Waschverfahren wird benutzt, um die Hauptfilter durch Auswaschen mit Wasser oder heißem Wasser, durch Spülen und chemische Auswaschung zu recyclen, zu erneuern, oder freizusetzen.
1) Zuerst werden die Ventile V1 und V6 geschlossen, und die Ventile V15 und V16 werden geöffnet.
2) Danach wird eine Auswaschung mit Wasser oder heißem Wasser in der folgenden Reihenfolge durchgeführt.
i) Die Ventile V17 und V19, die Ventile V2-1 bis V2-N und die Ventile V4-1 bis V4-N werden geöffnet, und die Ventile V9 und V13 werden geöffnet, um eine Ausströmleitung zu bilden.
ii) Das Auswaschen wird dadurch bewirkt, daß Wasser oder heißes Wasser zugeführt wird und daß die Druckpumpe betätigt wird, während das Waschwasser nach einer Stelle außerhalb des Systems abgegeben wird.
iii) Jeder Teil der Rohrleitungen wird durch Ausblasen gewaschen.
3) Es wird ein Spülvorgang durchgeführt. Die Folge der Spülvorgänge ist die folgende (aber die Ordnungsfolge der Schritte ii) und iii) kann erforderlichenfalls umgekehrt werden)
i) Die Ventile V17, V19 und V12 werden geöffnet, um eine vorbestimmte Menge von Wasser in den Puffertank 70 einzuführen, und das Ventil V12 wird geschlossen. Danach wird das Ventil V8 geöffnet, um Luft mit einem vorbestimmten Druck zuzuführen (in gewissen Fällen wird nur Luft zugeführt).
ii) Nach Schließen des Ventils V8 werden die Ventile V7, V14, V3-1 und V5-1 geöffnet, um ein Spülen herbeizuführen (dabei ist i repräsentativ für jede gewählte Zahl zwischen 1 und N).
iii) Der Schritt ii) wird von i=1 bis i=N wiederholt (die Wiederholung erfolgt mit einer eingestellten Wiederholungszahl).
iv) Nachdem die Schritte i) bis iii) durchgeführt sind, werden Wasser und Luft gemäß dem Schritt i) zugeführt, und das Ventil V12 wird geschlossen. Danach werden die Ventile V7, V22 und V24 geöffnet, um ein Spülen des chemischen Filters zu bewirken (dieser Vorgang wird so oft wiederholt, wie es die Einstellung bestimmt).
v) Wasser und Luft werden gemäß dem Schritt i) zugeführt, und das Ventil V12 wird geschlossen. Danach werden die Ventile V7, V18 und V20 geöffnet, um eine Spülung des Nutzfilters zu bewirken (dieser Vorgang wird so oft wiederholt, wie er eingestellt wurde). Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden der chemische Filter und der Nutzfilter wieder verwendet. Jedoch können diese Filter auch von der Wegwerfbauart, beispielsweise als Kunstharzfilter ausgebildet sein, um die Spüloperation wegfallen zu lassen.
4) Die chemische Flüssigkeitsauswaschung wird in der nachstehenden Reihenfolge durchgeführt. Sie wird den Erfordernissen gemäß durchgeführt, und zwar möglicherweise auf einer periodischen Basis oder dann, wenn das Zusetzen der Filter ein Problem wird.
i) Die Ventile V21, V23 und V12 werden geöffnet, um eine chemische Flüssigkeit in den Puffertank 70 einzuleiten.
ii) Nach Schließen der Ventile V21 und V23 werden die Ventile V17 und V19 geöffnet, um das Wasser oder das heiße Wasser bis zu einem geeigneten Pegel zuzuführen, um die chemische Flüssigkeit zu verdünnen.
iii) Die Ventile V17 und Vig werden geschlossen, und die Ventile V16, V2-1 bis V2-N, V4-1 bis V4-N und V15 werden geöffnet. Wenn die Temperatur auf einem hohen Pegel gehalten werden soll, dann werden die Ventile V10 und V11 geöffnet. Ansonsten wird das Ventil V9 geöffnet.
iv) Die Druckpumpe P wird betätigt, und dadurch wird der Puffertank als Puffer wirksam, um eine Zirkulation während einer vorbestimmten Zeitdauer zu ermöglichen.
v) Nach der Zirkulation wird die Druckpumpe P stillgesetzt, und es wird ein Gesamtdurchblasen bewirkt, oder das Ventil V12 wird geschlossen, und die Ventile V17, V19 und V13 werden geöffnet, um eine Extrusionswaschung mit Wasser oder heißem Wasser durchzuführen.
vi) Die vorstehenden Schritte werden mit einer Kombination der vorbestimmten Art chemischer Flüssigkeiten durchgeführt, die eine vorbestimmte Konzentration besitzen. Die Beispiele hierfür sind nachstehend genannt:
0,5 bis 5 % NaOH, 60 bis 95 ºC, 30 Minuten
0,5 bis 3 % HNO&sub3;, Raumtemperatur bis 85 ºC, 30 Minuten.

(3) Waschverfahren - 2

Dieser Schritt wird durchgeführt, um den Schwamm mit heißem Wasser, mit Chemikalien und Dampf zu sterilisieren.
1) Es wird eine Sterilisation mit heißem Wasser durchgeführt. Dieser Schritt entspricht dem Fall von Schritt (2)-4), aber es werden keine Chemikalien benutzt (beispielsweise 80 bis 95 ºC, 30 Minuten, nur mit heißem Wasser).
2) Es wird eine chemische Sterilisierung durchgeführt (NaClO oder dergleichen). Der Schritt entspricht dem Fall (2)-4), aber als Sterilisator wird eine chemische Flüssigkeit benutzt (beispielsweise 20 bis 50 ppm NaClO, bei Raumtemperatur, 30 Minuten). Die Chemikalie zirkuliert, oder man läßt sie im Filter absetzen, je nach den Erfordernissen.
3) Die Sterilisation wird mit Dampf durchgeführt.
Die Arbeitsweise der Filtervorrichtung gemäß Fig. 1 wurde oben beschrieben.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Filtereinheit F der Filtervorrichtung durch eine Filtereinheit F&sub0; ersetzt, die einen anderen, in Fig. 3 dargestellten Aufbau besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Filtervorrichtung eine Mehrzahl von Hauptfiltern 30-1 bis 30-N parallel zu dem Rohrsystem.
Unter diesen Filtern wird der Hauptfilter 30-1 im einzelnen im folgenden beschrieben. Ein Einführungsrohr 91 für die ursprüngliche Flüssigkeit, das mit einer Druckpumpe P1 versehen ist, um die ursprüngliche Flüssigkeit (Bier) einzuführen, ein Waschrohr 92 mit einer Umwälzpumpe, das an eine Wascheinheit angeschlossen ist, und ein Abzugsrohr 93 zweigen von einer ersten Verbindungsöffnung (an der Unterseite) an einem Ende des Hauptfilters 30-1 ab. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das ursprüngliche Flüssigkeitseinführungsrohr 91 mit Ventilen V90 und V88-1 versehen. Das Waschrohr 92 ist mit Ventilen V82 und V86-1 versehen, und das Abzugsrohr 93 ist mit einem Ventil V87-1 versehen. Diese Rohre, d. h. ein erstes Rohr 95, ein zweites Rohr 96 und ein drittes Rohr 97 zweigen von einer zweiten Verbindungsöffnung (an der Oberseite) am anderen Ende des Hauptfilters 30-1 ab. Diese Rohre sind mit Ventilen V83-1, V84-1 und V85-1 in der Nähe des Filters 30-1 versehen.
Das Rohr 95 ist mit dem Rohr 46 (Fig. 1) an der Wascheinheit über ein Ventil V80 angeschlossen, und das Rohr 96 ist mit dem Rohr 61 (Fig. 1) an der Wascheinheit seitlich über ein Ventil V81 angeschlossen, und das Rohr 97 ist mit dem Rohr für die futrierte Flüssigkeit über ein Ventil V89 verbunden.
Die Rohre sind parallel zueinander in der gleichen Weise gegenüber den anderen Hauptfiltern 30-2 bis 30-N angeordnet, wie in Fig. 3 dargestellt. Demgemäß können der Filtrationsvorgang und der Waschvorgang der Filter gleichzeitig durchgeführt werden. Die Arbeitsschritte sind die folgenden.
1) Die Ventile V85-X und V88-X werden für die Hauptfilter geöffnet, um die Filtration durchzuführen (gleichzeitig wird eine Anzahl der Hauptfilter N-1 benutzt), und die Ventile V89 und V90 werden geöffnet. Unter dieser Betriebsbedingung wird die Druckpumpe P1 eingeschaltet.
2) Im Falle der Filtration 1) werden gleichzeitig mit dem Waschvorgang die Ventile V85-i und V88-i für einen vorbestimmten Hauptfilter (Nr. i) geschlossen, die Ventile V83-i, V84-i und V86-i werden geöffnet, und die Ventile V80, V81 und V82 werden in einer bestimmten Weise geöffnet und geschlossen, um die oben beschriebenen Schritte (2) und (3) durchzuführen.
Die folgenden speziellen experimentellen Versuche wurden ausgeführt, um die Wirkung der Erfindung glaubhaft zu machen.

Beispiel i

(Nominelle Filtrationsbemessung und Bierfiltrationsdurchführungstest)
Fünf Teststücke von Filterelementen mit einer nominellen Filtrationsbemessung von 0,3 µm, 0,6 µm, 1,0 µm, 1,5 µm und 2,0 µm wurden wie in der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich erzeugt (Filterelementbeispiele 1 bis 5). Die Filterfläche der Teststücke betrug 10 cm². Tabelle 1
Diese Filterelementproben Nr. 1 bis 5 wurden in einer Vorrichtung experimenteller Größe installiert, und die Schwammentfernungs- oder Sterilisationsversuche und die Recyclingseigenschaftsversuche wurden wiederholt durchgeführt.
Die Fähigkeit der Entfernung des Schwamms wurde durch Messung der Konzentration des Schwamms bestimmt, der in der behandelten Bierflüssigkeit enthalten war, die durch die Filterelementproben geschickt wurde. Die Konzentration des Schwamms, der in der Bierflüssigkeit vor der Filtration enthalten war, betrug 5 x 10&sup4; Zellen/ml. Es wurde festgestellt, ob die Filterelemente durch Waschen in Umkehrrichtung (Spülen) in bezug auf die betriebsmäßige Recyclingseigenschaft recycled werden konnten.
Die experimentellen Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle 2: Tabelle 2
Die folgende Tatsache wird aus den Ergebnissen der Tabelle 2 ersichtlich, daß nämlich das Filterelement mit einer nominellen Filtrationsbemessung von 0,3 µm bezüglich seiner Fähigkeit der Abscheidung des Schwamms hervorragend ist, es aber schwierig ist, ein betriebsmäßiges Recycling durchzuführen. Bei dem Filterelement mit einer nominellen Filtrationsbemessung von 2,0 µm ist die Fähigkeit eines betriebsmäßigen Recyclingvorgangs ausgezeichnet, aber die Fähigkeit der Abscheidung des Schwamms ist unzureichend, so daß ein Bierschwamm in der filtrierten Bierflüssigkeit festgestellt wird. In dem Filterelement mit einer nominellen Filtrationsbemessung von 0,6 bis 1,5 µm sind sowohl die Fähigkeit der Abscheidung des Schwamms als auch die Eigenschaft des betriebsmäßigen Recyclingvorgangs extrem gut.

Beispiel 2 (Bierschwammfiltrationstest)

Es wurden drei verschiedene Bierschwamm-Flüssigkeitsfiltrationstests durchgeführt, indem drei Teststücke (mit einer Filterfläche von 10 cm²) der Filterelementprobe Nr. 3 (nominelle Filtrationsbemessung von 1,0 µm) gemäß Tabelle 1 benutzt wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgelistet. Tabelle 3
Die Ergebnisse bestätigen, daß das Filterelement eine genügend große Fähigkeit zur Schwammabscheidung für eine Vielzahl von Bierschwämmen aufweist.

Beispiel 3 (Bierschwammfiltrationstest)

Ein Filterelement Probe Nr. 3, welches das gleiche war wie jene, die bei den vorhergehenden Tests benutzt wurden, war in zylindrischer Form hergestellt, wie in Fig. 2 dargestellt (mit einer Nennfiltrationspräzision von 1,0 µm). Sieben Proben wurden im Gehäuse installiert, um einen Hauptfilter zu bilden (mit einer Filterfläche von 1 m²). Bier, das Bierschwamm enthielt, wurde unter Bedingungen, die der tatsächlichen Filtrationsbedingung sehr nahe kommen, unter Benutzung der Vorrichtung gemaß Fig. 1 hindurchgeschickt. Die Schwammkonzentrationen der ursprünglichen Flüssigkeit und der gefilterten Flüssigkeit wurden gemessen. Um die relative Fähigkeit des Filters festzustellen, wurde das Bier durch einen Patronenfilter geschickt, der eine nominelle Filtrationsbemessung von 1,2 µm besaß und aus Polypropylen bestand und kürzlich benutzt wurde für eine Schwammabscheidungsfiltration unter den gleichen Bedingungen. Dann wurde ein Vergleich gemacht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 dargestellt: Tabelle 4
Experimentelle Bedingung: Jeder Test wurde kontinuierlich während vier Stunden durchgeführt, und es wurde. Bierschwamm gefiltert (der gleiche Bierschwamm gemäß Type C in Tabelle 3), der eine konstante Konzentration hatte.
Jeder Test wurde mit einer kontinuierlichen Bemusterung durchgeführt (2 Liter x 7mal).
Die Ergebnisse bestätigen, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung die gleiche Abscheidefähigkeit für Bier hat wie herkömmliche Patronenfilter unter tatsächlichen Arbeitsbedingungen.

Beispiel 4

(Versuch der Recyclingmöglichkeit der Bierschwammfiltration)
Die Bierschwammfiltration und wiederholte Recyclingtests wurden durchgeführt unter Benutzung der Filtervorrichtung gemäß Fig. 1. Weiter wurden die Ergebnisse mit den Ergebnissen des oben erwähnten Patronenfilters verglichen, der aus Kunstharz besteht.
Als Ergebnis wurden im Fall der Filtervorrichtung gemäß der Erfindung ein Spülen und ein alkalisches Auswaschen (2 % NaOH) nach der Filtration von 940 kl/m² durchgeführt (ein Spülen immer etwa nach 67 kl/m²), und der Differenzfilterdruck wurde anfänglich von 1,0 kg/cm² auf 1,6 kg/cm² erhöht, jedoch wieder auf 1,2 kg/cm² herabgesetzt. Im Gegensatz zu dem Kunstharzpatronenfilter ergab sich fast keine Regenerierung nach dem Auswaschen.
Da das Filterelement gemäß der Erfindung recyclebar während des Waschvorgangs benutzt wurde, ist es möglich, die Filtereinheit während einer langen Zeitdauer mit Filterelementen zu benutzen, die in der Filtereinheit eingebaut sind. Ein detaillierter numerischer Vergleich wurde zwischen dem erfindungsgemäßen Filter und dem herkömmlichen aus Kunstharz bestehenden Patronenfilter durchgeführt. Die Filterspezifikationen und die Ergebnisse der Filterlebensdauer sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5
Um die Filterlebensdauer so weit als möglich zu verlängern, war der aus Kunstharz bestehende Patronenfilter von der Bauart des Doppelfiltersystems, wobei der Vorfilter und der Endfilter in Reihe geschaltet waren. Der Recyclingschritt der Spülung (umgekehrter Waschvorgang) wurde bei dem Filter gemäß der Erfindung angewandt, wobei der Kunstharzfilter in üblicher Weise (nicht im Umkehrstrom) mit heißem Wasser gewaschen wurde.
Gemäß den in Tabelle 5 dargestellten Ergebnissen betrug die Filterlebensdauer pro Einheitsfläche bei dem aus Kunstharz bestehenden Patronenfilter 11,9 bis 47,2 kl/m², während der erfindungsgemäße Filter immer noch benutzbar war, nachdem er eine Lebensdauer von 6030 kl/m² überschritten hatte.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Schwammabscheidungsfiltration von Bierschwamm während des Bierproduktionsprozesses beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, daß die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und Anwendung finden kann zur Filtration irgendwelcher anderer Flüssigkeiten.
Wie vorstehend beschrieben, bestehen bei der Filtervorrichtung gemäß der Erfindung die Filtereinheit und die Flüssigkeitswascheinheit zur Durchführung der Flüssigkeitsauswaschung und dergleichen, die vereinigt sind, sowie die Filterelemente für den Hauptfilter aus gesintertem Material, das metallische Fasern mit einer nominellen Filtrationsbemessung größer als 0,3 µm, aber kleiner als 2 µm enthält. Daher ist es möglich, eine durchgängige Filtration von Bierschwamm durchzuführen, ohne daß es notwendig wäre, die Filter zu ändern. Es ist daher möglich, die Vorrichtung ökonomisch so zu betreiben, daß die Filtrationskosten vermindert und Raumkosten eingespart werden. Es ist auch möglich, eine chemische Auswaschung und eine Hitzesterilisation durchzuführen. Außerdem ist es möglich, gleichzeitig eine Filtration und Auswaschung des Filters vorzunehmen.

Claims

1. Filtervorrichtung für Bier mit den folgenden Merkmalen:

- eine Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) besitzt wenigstens ein Filterelement (30b), das eine gesinterte metallische Faser zur Filterung von Bier aufweist;

- eine Nebenfiltervorrichtung (40, 60) dient der Filtrierung der Waschflüssigkeit, die der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) zugeführt wurde; und

- ein Puffertank (70) ist mit der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) verbunden, um zeitweise darin eine vorbestimmte Menge von Flüssigkeit zum Spülen der Hauptfiltervorrichtung zu speichern, wodurch ein Zusetzen der Hauptfiltervorrichtung zur Wiederbenutzung eliminiert wird, wobei eine nominelle Filtrationsbemessung des Filterelementes (30b), das die Metallfaser enthält und in der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) vorgesehen ist, größer als 0,3 µm, aber kleiner als 2,0 µm ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die nominelle Filtrationsbemessung des Filterelementes (30b), das die metallische Faser enthält und in der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) vorgesehen ist, im Bereich zwischen 0,6 und 1,5 µm liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die metallische Faser in dem Filterelement (30b) in der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) einen Durchmesser zwischen 2 und 20 µm, ein Aspektverhältnis zwischen 3 und 50 und eine Porosität von 30 bis 55 % besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die metallische Faser aus wenigstens rostfreiem Stahl, Inconel (registrierte Marke) oder Hastelloy (registrierte Marke) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Filterelernent (30b) die Form eines unten geschlossenen Zylinders hat und die Dicke des Filterelementes (30b) zwischen 1 und 3 mm liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Filterelement (30b) ein feines metallisches Pulver enthält und das Mischungsverhältnis zwischen der metallischen Faser und dem feinen metallischen Pulver im Bereich zwischen 4:1 und 1:4 liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher das feine metallische Pulver aus wenigstens einer Type eines metallischen zerstäubten Pulvers aus rostfreiem Stahl, Inconel (registrierte Marke) oder Hastelloy (registrierte Marke) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Hauptfiltervorrichtung wenigstens zwei Hauptfilter aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, und die Vorrichtung weiter eine Schaltvorrichtung für die Rohrsysteme aufweist, um einen Hauptfilter auszuwaschen, während der andere Hauptfilter eine Filtration von Bier durchführt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Hauptfilter (30-1 bis N), der Nebenfilter (40, 60) und der Puffertank (70) miteinander verbunden sind, damit das Bier nach der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) strömen kann und dadurch die gefilterte Flüssigkeit ausgetragen werden kann, um zeitweise die Waschflüssigkeit im Puffertank unterzubringen und die Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) durch die zeitweise untergebrachte Waschflüssigkeit zu spülen, um ein Zusetzen der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) zur Wiederbenutzung zu vermeiden und um zeitweise die Waschflüssigkeit in dem Puffertank unterzubringen, um kontinuierlich die zeitweise aufgenommene Flüssigkeit zwischen dem Puffertank (70) und der Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) zum Zwecke des Auswaschens zirkulieren zu lassen.

10. Filtervorrichtung für Bier nach Anspruch 1, bei welcher der Puffertank (70) direkt mit dem Nebenfilter (40, 60) in Verbindung steht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N), der Nebenfilter (40, 60) und der Puffertank (70) miteinander verbunden sind, damit das Bier nach der Hauptfiltervorrichtung strömen kann und dadurch die filtrierte Flüssigkeit ausgegeben werden kann, um zeitweilig Waschflüssigkeit in dem Puffertank (70) unterzubringen und die Hauptfiltervorrichtung (30-1 bis N) und die Nebenfiltervorrichtung (40, 60) durch die zeitweise untergebrachte Waschflüssigkeit zu spülen, damit ein Zusetzen der Hauptfiltervorrichtung und der Nebenfiltervorrichtung vermieden und eine Wiederbenutzung möglich wird, und um zeitweise die Waschflüssigkeit in dem Puffertank aufzunehmen, um kontinuierlich die zeitweise aufgenommene Flüssigkeit zwischen dem Puffertank und der Hauptfiltervorrichtung zum Zwecke des Auswaschens zirkulieren zu lassen.