Konstrukce crossflow filtrů
Pro vysokou účinnost a zároveň šetrnost crossflow filtrů jsou rozhodující dva faktory. Prvním je kvalitní soustava membránových kapilár - filtrační modul. Druhým, nicméně stejně důležitým faktorem, je vlastní řídící systém.
Filtrační moduly byly v minulosti často konstruovány z keramických materiálů, které se pro využití ve vinařství ukázaly jako ne zcela vhodné, především v důsledku nutnosti vyšších tlaků způsobujících zahřívání vína nebo obtížnější sanitace. Preferovanější využití keramických materiálů bývá spíše k filtraci termálních, popř. minerálních vod. Pro filtraci vína používá většina renomovaných výrobců nejčastěji membrány polypropylenové nebo polyetersulfonové. Polypropylenové materiály mají oproti polyetersulfonovým o 30% vyšší mechanickou odolnost, a tedy i delší životnost.
prvních kapilár. U průhledných plastových modulů (obr1) je poškození viditelné i při zpětném odstřelu kalů. U modulů s nerezovým opláštěním (obr2) je nutné provádět pravidelně testy integrity, nebo si připlatit za zákaloměr (turbidimetr). Ten dokáže filtraci zastavit v případě překročení nastavené hodnoty zákalu. Neznamená to ovšem vyřazení a výměnu celého modulu. Poškozená kapilára se pouze na obou koncích uzavře. I při odstavení více kapilár se to na výkonu filtru nijak neprojeví. Pro dokreslení - u standardního modulu s filtrační plochou 10 m² představuje 1 m² zhruba 250 kapilár. Proto vyřazení několika kapilár nepředstavuje žádné omezení výkonu filtru. U dvoumodulových (a větších) filtrů případná oprava neznamená odstavení celého filtru. Po demontáži poškozeného modulu se vstupní a výstupní otvory zaslepí šroubením a filtr může po dobu opravy pracovat polovičním výkonem. růměr kapiláry se liší podle produktu. Pro filtraci vína se nejčastěji používá průměr kapiláry 1,2 mm
, ale například pro filtraci minerálních vod průměr 0,5 mm, pro ocet 1,8 mm, pro medovinu až 3,0 mm.
Výkon nebo hodinový průtok vína se obtížně zobecňuje, protože klesá vlivem postupného zanášení membrán. Tento pokles je samozřejmě přímo úměrný obsahu kalů ve víně a nastavenému výkonu. Kapiláry jsou sice částečně čištěny při cyklickém zpětném proplachu spojeném s odstřelem kalů, k úplnému vyčištění kapilár však dojde až při proplachu vodou. A to buď po skončení filtrace, nebo pokud klesne výkon pod volitelně nastavitelnou hranici. Obecně o výkonu filtru rozhoduje kromě filtrační plochy a typu membrány také například možnost časování zpětného proplachu, způsob odvodu kalů, řízení čerpadel apod. U vína je podstatné, v jaké fázi výrobního procesu se právě nachází. Zatímco vyškolené víno filtrované před lahvováním může crossflow filtrem protékat až 2000 l/hod na 10 m², tak filtrace svatomartinských vín, popřípadě zastavování kvašení u sladších vín se pohybuje mezi 500 - 1000 l/hod na 10 m² filtrační plochy. V praxi je pak doporučen nižší výkon než je maximální možný, u různých výrobců od cca 800 do 1300 l/hod na 10 m². Nastavení nižšího výkonu totiž umožňuje dlouhodoběji udržet průchodnost membrán, kaly jsou lépe strhávány průtokem při cirkulaci a následně odváděny při odstřelu ze systému. Připravenost vína k filtraci, jeho stočení z kalů (popř. bentonitu), pak přímou úměrou ovlivňuje hodinový výkon.
Správně nastavený řídící systém upravuje výkon čerpadel v závislosti na tlaku a minimalizuje tak hydraulickou zátěž vína. Například u crossflow filtru Romfil s filtrační plochou 30 m² představuje maximální energie nutná k činnosti filtru pouze 0,07 kW na 1 m² membrány, zatímco běžně se tato hodnota u řady výrobců pohybuje ve dvoj-trojnásobných hodnotách od 0,15 kW/m2 a výše. To má vliv na kondici vína po filtraci. Proto sofistikované crossflow filtry zdaleka nepředstavují jen sestavu filtračního modulu s čerpadlem a vypínačem, ale obsahují např. tlaková a teplotní čidla, pneumaticky ovládané ventily, odstřel kalů s možností zkrácení intervalů, frekvenční měnič, automatický odvzdušňovací systém, ochranu proti chodu naprázdno apod.
Rozdíly v technologii najdeme i ve způsobu odstřelu kalů a čištění membrán během filtrace. To má vliv jak na celkový výkon filtru, náročnost čištění po skončení filtrace, tak i opět na míru hydraulické zátěže na víno.
Kaly (koncentrát) jsou ze systému odváděny do samostatné nádrže. Někteří výrobci volí odtok kontinuálně během filtrace, někteří odvádí koncentrát při zpětném proplachu membrán. Po skončení filtrace z hlavního tanku se tento koncentrát dofiltruje. Jiným řešením může být vracení koncentrátu zpět na vstup filtru, kde je ředěn přimícháváním do nevyfiltrovaného vína. Bližší popis kladů nebo záporů jednotlivých způsobů překračuje cíl tohoto článku.
Čištění membrán během filtrace je nezbytné při filtraci větších objemů na dvou a více modulových filtrech. Na vnitřních stěnách kapilár se sice masivně neusazují separované částice, protože jsou díky tangenciálnímu průtoku strhávány proudící kapalinou, ale přesto dochází k postupnému zanášení kapilár v modulu a snižování výkonu filtru. Nejčastějším řešením čištění kapilár během filtrace bývá zpětný proplach. Jde o krátkodobý zpětný chod vyfiltrovaného vína, který uvolní zanesené membrány. To však jednak zvyšuje objem vína vraceného znovu k filtraci, ale ani to „nepropláchne" modul v celé délce. Důvodem je různá míra zanešení pórů kapiláry v horní a dolní části modulu v důsledku rozdílných pracovních tlaků. Průtok vína v modulech probíhá zdola nahoru, takže více exponovaný je dolní úsek. Pokud na vstupu modulu - tedy spodní části - je tlak 1,8 baru, pak na výstupu nahoře dosahuje tlak cca 0,8 baru. Vyšší tlak = vyšší průtok = větší zanešení kapiláry v dolní části. Při zpětném proplachu však kapalina hledá nejsnadnější cestu nejmenšího odporu, proto je větší průtok tedy v horní části, zatímco dolní část modulu zůstává zanešená.
Vyjímečné řešení je použito u crossflow filtru ROMFIL. Ke zpětnému čištění je využit tlakový plyn (vzduch, N2 nebo CO2) a podstatně menší objem vína. Plyn je veden shora na sloupec vyfiltrovaného vína v modulu, které krátce protláčí méně zanešenou horní část modulu a dál stlačuje víno směrem dolů. Víno je pak nuceno postupně proplachovat dolní, více zanešenou část modulu. Toto řešení účinněji obnovuje filtrační kapacitu modulů, prodlužuje dobu po kterou je filtr schopen pracovat a zkracuje čas potřebný k čištění po skončení filtrace. Další výhoda tohoto řešení se ukáže při skončení filtrace. Plynem totiž vytlačíte i víno zůstávájící v modulech a hadicích až do tanku. Ztráty jsou tedy minimální, což má význam především při filtraci malých objemů. Otázka co s vínem ve filtru tak odpadá.
Proces sanitace a čištění crossflow filtrů je pro obsluhu časově nenáročný a především nesrovnatelně snadnější ve srovnání s jakýmkoliv jiným typem filtru. Polypropylenové symetrické materiály mají vysokou regenerační schopnost. Proto mezi filtracemi bílých vín stačí krátký oplach vodou, po úplném skončení filtrace proplach 3-5% roztokem kyseliny citronové. Závisí opět na materiálu modulů a na úrovni automatizace systému. Chemická sanitace následuje až po přefiltrování většího objemu vína (cca po 100 tis. litrech u modulů Romfil Hyflux), nebo po filtraci červeného vína z důvodu zabarvení.
U nejjednoduších crossflow filtrů je uživatel odkázán na manuální nastavení a kontrolu procesu čištění nebo sanitace.
Technicky vybavenější filtry s poloautomatickým čištěním jsou vybaveny základním čistícím programem s časovačem a automatickým zastavením, hlídáním teploty, několika pneumatickými ventily... Obsluha pouze uzavře po filtraci ventily a spustí čistící cyklus. Další výhodou je vlastní posouzení výkonu filtru a zvážení nasazení oplachu buď pouze vodou, roztokem kyseliny citronové, nebo následně i chemické sanitace. A samozřejmě výrazně nižší cena zařízení oproti plněautomatizovanému systému čištění. 
Filtrování velkých objemů usnadňují automatické systémy čištění, které umožňují téměř bezobslužný provoz. Při poklesu výkonu pod nastavený limit na průtokoměru se filtr sám vypne, automaticky nastaví ventily na cyklus čištění a spustí proces. Po jeho skončení si opět filtr sám nastaví ventily do provozní polohy a pokračuje ve filtraci. Automatizace čištění/sanitace závisí na výrobcích, kteří volí buď většinou dostačující proplach vodou, nebo i kombinaci s automatickým dávkováním chemikálie, která sebou ovšem již přináší určitá rizika v případě poruchy.
Ke špičce v daném oboru patří crossflow filtry Romfil. Ty jsou vyráběny s automatickým řízením filtrace, odstřelů a zpětného proplachu a 
ochranou proti tlakovým extrémům. Čistící cyklus má vlastní časovaný program a je spouštěn v základní verzi obsluhou. Ve vyšší verzi s automatickým čištěním je filtr vybaven 17-20 řízenými ventily (obr3), které umožňují filtraci a čištění bez přítomnosti obsluhy. Automatické nasazení chemikálií dávkovačem výrobce programově odmítá z bezpečnostních důvodů.
Základní dvoumodulový filtr RF2 je možné dodatečně jednoduše rozšířit o třetí modul (obr4) bez úpravy čerpadel, nebo naopak pomocí ventilů uzavřít jeden z modulů. Podle přání zákazníka je filtr vybaven buď mechanickým nebo elektronickým průtokoměrem. Obsluha může filtr ovládat pomocí tlačítek nebo dotykového displeje, který umožňuje pohodlně nastavovat parametry některých funkcí. K volitelné výbavě patří také zákaloměr sledující hodnotu zákalu na výstupu. Díky SMS modulu umí filtr v případě zastavení zaslat zprávu na mobilní telefon, takže uživatel má stále přehled o chodu filtru i při nepřítomnosti. Pro větší provozy je možné crossflow filtr vybavit přídavnou nádrží s řízeným čerpadlem, které umožňuje přepravu na větší vzdálenosti přesahující délku 20 m a výšku 8 m. Na přání lze vestavět kompresor, kterým jsou ovládány pneumatické ventily.
Těsně před vydáním tohoto článku výrobce uvedl na trh i očekávaný jednomodulový filtr RF1 (obr5) pro filtraci malých objemů vína. I přes jeho zjednodušené vybavení zachovává špičkové parametry crossflow filtrace. Díky tomu mohou tuto jinak finančně nákladnou technologii pořídit i menší vinařské provozy. Filtr je vybaven ochranou proti chodu naprázdno, tlakovým čidlem, teploměrem a čidlem pro vypnutí filtru při nízkém průtoku. Automaticky reguluje tlak v systému, po dofiltrování se zastaví. Odvod kalů je potřeba provádět manuálně, jeden modul umožňuje výkon 800 l/hod. Objem kalů v systému po úplném dofiltrování je pouhých 5 l.
Tomáš Macák
HM Hodonín