JP2000342938A - 中空糸膜モジュール内の気泡検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中空糸膜モジュールのハウジング外部から、モ
ジュール内に溜まった目視可能若しくは不可能な気泡を
検出する方法を提供する。 【解決手段】磁気共鳴診断装置を用いて中空糸膜内の気
泡を検出する。濾過液流路、並びに少なくとも１方の開
口端から中空糸内流路に液体を送給した状態で、中空糸
膜モジュールを静磁場に配置し、高周波信号を照射して
モジュール内部の原子核の核磁気共鳴より放出される高
周波信号を画像処理して中空糸膜モジュールの像を得る
ことにより中空糸膜モジュール内の気泡を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュール内
に貯留した気泡を検出する方法に関する。より詳細に
は、本発明は中空糸膜モジュールのハウジング外部か
ら、モジュール内に溜まった目視可能若しくは不可能な
気泡を、磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ装置）を利用して検
出する方法に関する。

【０００２】中空糸膜モジュール内に装填された中空糸
の一部が何らかの原因で閉塞していると、閉塞部以降に
は水が通過できず、その結果中空糸内に気体が貯留す
る。このため、本発明の気泡検出方法によれば、中空糸
膜モジュールの外部から、中空糸膜の閉塞欠陥の有無を
その部位の特定とともに簡便に検出することが可能であ
る。

【０００３】

【従来の技術】中空糸膜モジュールは、一般に、多数本
の中空糸膜がその両端部が開口された状態で、環状若し
くは筒状のハウジング内に装填、固定された構成を有し
ており、従来からさまざまな液体の分離において広く利
用されている。

【０００４】中空糸膜モジュールの利用にあたっては、
目的とする分離特性に適した膜面積のモジュールを使用
することが好ましい。一般に、膜面積は膜モジュールが
備える中空糸の長さと本数に比例するため、中空糸膜モ
ジュールの製造工程において、使用目的に応じて膜面積
が所定の値になる様にハウジング内に装填する中空糸の
本数が決定される。

【０００５】しかしながら、中空糸の製造工程におい
て、時々中空糸の一部が潰れたり異物が中空糸内に混入
するなどによって、中空糸内部が閉塞する場合がある。
中空糸内部に閉塞部があると、中空糸膜モジュールの有
効膜面積は所定の値に達せず、期待する膜分離能を得る
ことができない。また膜潰れ部位は、使用時の内圧変動
によって疲労を受けやすく最終的に破断に至ってしまう
危険性を有している。

【０００６】このため中空糸膜モジュール製品の出荷に
あたって、予め潰れや異物の混入によって一部の中空糸
が閉塞した中空糸膜モジュールを選別し、除く必要があ
る。

【０００７】このような要求に対して、従来は中空糸膜
モジュール製造の最終工程で不通過確認試験を行うこと
により、中空糸内部の閉塞欠陥の有無が確認されてい
る。かかる方法は、中空糸膜モジュールの内部（中空糸
内流路および濾過液流路）に液体を充填し、その状態で
モジュール外部から光を当てモジュール内を透過させて
反対面から現れる透過像を確認するものである。すなわ
ち、この方法によれば、中空糸膜モジュール内部に気泡
が貯留していると、その部分を透過して得られる光の像
は液体で満たされた部分を透過した光の像とは異なる色
(色度)となるため、色度の違いによる模様形成により閉
塞部を検出することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
不通過確認試験法は、前述するように気体部分と液体部
分との光透過性の違いを利用したものであるため、光の
吸収が大きいいわゆる不透明な中空糸から構成される中
空糸膜モジュールの場合、気泡部分の透過像と液体部分
の透過像間に差異が得られず、中空糸膜の閉塞欠陥を検
出することができない。

【０００９】本発明の目的は、中空糸の素材、例えば透
明及び不透明の別を問わず、あらゆる中空糸膜を利用し
た中空糸膜モジュールに対して適用可能な、中空糸膜モ
ジュール内の気泡検出方法を提供することである。

【００１０】また本発明の他の目的は、中空糸膜の閉塞
欠陥の検出並びに閉塞部位特定方法を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記中空
糸膜モジュールに関する従来の問題を解消すべく、日夜
鋭意研究を重ねていたところ、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現
象を利用したＭＲＩ装置を用いることにより、内部に貯
留した気泡が液体で満たされた部分と有意に差別化・識
別でき、モジュールの素材に関わらず、モジュール・ハ
ウジングの外側から簡便にしかも精度よく検出できるこ
とを見いだした。本発明は、かかる知見に基づくもので
ある。

【００１２】すなわち本発明は、磁気共鳴診断装置を用
いることを特徴とする中空糸膜モジュール内の気泡検出
方法である。より詳細には、被検体内に生起される核磁
気共鳴現象に基づいて被検体の診断像を得る磁気共鳴診
断装置を利用して、中空糸膜モジュール内に貯留した気
泡を検出する方法である。

【００１３】また本発明は、濾過液流路及び少なくとも
１方の開口端から中空糸内流路に液体を送給した状態
で、中空糸膜モジュールを静磁場に配置し、高周波信号
を照射してモジュール内部の核磁気共鳴より放出される
高周波信号を画像処理して中空糸膜モジュールの像を得
ることを特徴とする中空糸膜モジュール内の気泡検出方
法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】プロトンなどのスピン(回転)して
いる荷電粒子は、磁気双極子を形成し磁気モーメントを
持っているが、外部磁気がない状態では、この磁気モー
メントはランダムな方向を向いているために、総合的
(巨視的)な磁化ベクトルは零である。しかし、プロトン
を強い磁場の中におくと、半分より少し多い磁気モーメ
ントが磁場の方向を向き、半分より少ない磁気モーメン
トが磁場と反対方向を向く。この様子を図１に示す。

【００１５】さらに、このように強い磁場の中においた
磁気双極子は、周波数ｆで磁場の方向を向きながら回転
する。この運動はラーモア歳差運動と呼ばれ、この周波
数ｆはラーモアの方程式 ｆ＝γＢ₀／２π で決ま
る。ここでＢ₀は静磁場の強さ、γは磁気回転比と呼ば
れる値で原子核の種類に特有の値である。個々のスピン
の回転位相は同じではないので、これらのスピンのベク
トル和は非常に小さな値であるが、これを巨視的な磁化
または磁化ベクトルと呼んでいる。このときに、この周
波数をもったラジオ波（ＲＦ）パルスを、これらの磁気
双極子に加えると相互作用で共鳴を起こし、原子核は、
ＲＦ場からエネルギーを吸収して原子核の状態が変化す
る。この現象が核磁気共鳴（ＮＭＲ）である。このＮＭ
Ｒを利用して断面画像を生成することができる。つま
り、特定の断面を励起し、そこからデータを収集して、
二次元フーリエ変換法を施すことで断面画像を生成する
ことが可能である。

【００１６】本発明は、かかる核磁気共鳴現象を利用し
て中空糸膜モジュールの像を作成し、かかる像を用いて
中空糸膜モジュール内の気泡の有無を検出する方法であ
る。

【００１７】以下に、本発明による中空糸膜モジュール
内の気泡検出方法並びにそれに用いられる装置を、一具
体的態様として添付図面を利用して説明する。なお、図
面は本発明を説明するために用いるものであり、本発明
はこれらの図面によって何ら制限を受けるものではな
い。

【００１８】図２は本発明の実施に用いるＭＲＩ装置を
一態様を示すブロック図である。ＭＲＩ装置は被検体内
部に生起される核磁気共鳴現象を利用して該被検体診断
部位の断層像を得るものであり、通常、静磁場発生用磁
石装置、傾斜磁場発生手段、プローブ（以上の構成は、
図中「ガントリ（磁石）」に含まれる）、静磁場電源、
傾斜磁場電源、高周波送受信部、画像処理部、システム
制御部、及びコンピュータ等から構成することができ
る。また、必要に応じてコンソール及び画像データ保存
装置を備えることもできる。

【００１９】静磁場発生用磁石装置は、台に置かれた中
空糸膜モジュール（被検体）の周りにその体軸方向また
は体軸と直交する方向に均一な静磁場を発生させるもの
で、被検体たる膜モジュールの周りに一定の間隔を開け
て配置される。この静磁場発生用磁石装置は、超電導磁
石、常電導磁石または永久磁石を磁場発生源とした各種
の方式のものが用いられる。また静磁場電源は、かかる
静磁場発生用磁石装置を駆動するものである。

【００２０】傾斜磁場発生手段は、計測空間において静
磁場へ重畳するように、被検体たる中空糸膜モジュール
にＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向に傾斜磁場Ｇx、Ｇy、Ｇzを与
えるためのものであり、膜モジュールの周りに一定の間
隔を開けて配置される。システム制御部Ｆからの命令に
従って傾斜磁場電源を駆動することにより、被検体の三
軸方向に傾斜磁場を印加するようになっている。

【００２１】プローブは中空糸膜モジュールの診断部に
高周波磁場を照射するとともに、膜モジュール内部の原
子核の核磁気共鳴により放出される高周波信号を受信す
るもので、内部に照射コイルと受信コイルを有してい
る。高周波送受信部は当該プローブを駆動して高周波信
号の照射及び受信を行うものである。

【００２２】画像処理部は、コンソール及びコンピュー
ターと連動して、高周波送受信部からの信号を用いてフ
ーリエ変換や補正係数計算像再構成等の各種の処理を行
ない、得られた信号分布を画像化してディスプレイに像
として表示するようになっている。

【００２３】システム制御部は、被検体の像のデータ収
集に必要な種々の命令を高周波送受信部に送ったり、傾
斜磁場電源に指示を送るなど、傾斜磁場電源、高周波送
受信部、コンピューター及び台等をシステム的に制御す
るものである。

【００２４】なお、図に示す台は、被検体たる中空糸膜
モジュールを支持するとともに被検体の検査部位を計測
空間に移動するものである。

【００２５】図３は、検査対象となる中空糸膜モジュー
ル１の略図である。中空糸膜モジュールは、一般にハウ
ジングケース２の内部に中空糸膜３を備え、該中空糸膜
３の末端はハウジングケース２の両端部において末端を
開口した状態で固定部材４ａ、４ｂにより固定されてい
る。

【００２６】図３に示す中空糸膜モジュール１は中空糸
膜の内側から外側へ対象液体を濾過する内圧濾過式モジ
ュールである。濾過対象液体は、モジュールの両端開口
部５ａ、５ｂのいずれか一方からあるいは交互から中空
糸膜３の内径流路６に流入され、中空糸膜を透過して濾
過液流路７に透過した透過液体は該濾過液流路７から流
出口８ａ，８ｂを経て中空糸膜モジュールから流出す
る。

【００２７】このような構成を有する中空糸膜モジュー
ル１の中空糸内部に、中空糸の潰れや異物の混入などの
種々の要因によって閉塞部がある場合、本発明によれば
以下のようにして検出することができる。

【００２８】まず、中空糸膜モジュールの流出口８ａ又
は８ｂから液体を供給して、濾過液流路７を液体で満た
し、その状態でモジュールの開口部５ａ又は５ｂの少な
くとも一方から上記と同じ液体を中空糸膜内流路６に通
じる。なお、濾過液流路７及び中空糸膜内流路６への液
体の供給順序はいずれであってもよく、中空糸膜内流路
６内に液体を供給した後に、濾過液流路７内を液体で充
填してもよい。かかる液体の送給ないし充填により、中
空糸膜に閉塞等の欠陥のないモジュールの場合は、図４
に示すように、濾過液流路７及び中空糸膜内流路６はい
ずれも気泡が貯留することなく液体で満たされる。一
方、中空糸膜内流路６に閉塞部９があるモジュールの場
合は、該閉塞部には液体が通過しないため、図５に示す
ように中空糸膜内流路６内に気泡貯留部１０が形成され
る。なお、図５は閉塞部が２カ所ある場合を例示するも
のであるが、閉塞部が１カ所の場合であっても同様であ
る。すなわち、この場合モジュールの開口部の一方から
液体を送給すると閉塞部以降は液体が通過しないのでそ
れ以降が気泡貯留部となる。

【００２９】なお、中空糸膜モジュール内部に送入ない
しは充填する液体としては特に制限されず、例えば水、
油、フロン、グリセリン水溶液などをあげることができ
る。好ましくは水である。

【００３０】中空糸膜内流路６内等、膜モジュール内部
における気泡貯留の有無は、次いで、上記の中空糸膜モ
ジュールを前述するようなＭＲＩ装置に供することによ
って検出される。具体的には、被検体たる中空糸膜モジ
ュールを静磁場発生用磁石１が形成する均一な静磁場空
間におき、所定のパルスシーケンスに従って、高周波磁
場及び傾斜磁場を被検体に印加し、被検体の特定断面部
の核スピンに磁気共鳴現象を起こさせ、その結果生じる
核磁気共鳴信号をプローブ５及び高周波送受信部６で検
出し、検出信号を２次元フーリエ変換法等により画像再
構成して、中空糸膜モジュールの像を表示させ、得られ
た像に基づいて膜モジュール内に貯留した気泡を検出す
るものである。

【００３１】本発明の方法は、液体を分離対象とする中
空糸膜モジュールであれば、それを構成する中空糸膜及
びハウジング等の素材によって何ら制限を受けることな
く、いずれのモジュールに対しても適用することができ
る。例えば、中空糸膜並びにハウジングの素材として
は、高分子素材が一般的であるが、用途に応じて金属素
材や陶器素材、セラミック素材が用いられることもあ
り、本発明はこれらの素材の別を問うことなく、また各
部材の透明・不透明の別なく、いずれのモジュールに対
しても適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、中空糸膜モジュール内
に貯留した気泡をモジュール外部、すなわちハウジング
外部から簡便且つ精度よく検出することができる。特
に、本発明の気泡検出方法は、従来の光透過性を利用し
た不通過確認試験では光の吸収が大きく検出不可能であ
った不透明な中空糸からなる中空糸膜モジュールに対し
ても適用することができ、中空糸膜モジュールを構成す
る素材に関わらずいずれも中空糸膜モジュールに対して
も適用できる点で、極めて有用な方法である。

【００３３】一般に中空糸膜モジュール内の気泡は、中
空糸膜の潰れや異物の混入等の種々の要因によって中空
糸膜内流路が閉塞することによって生じる。このため本
発明の方法によれば、中空糸膜内流路の閉塞といった欠
陥部を備えた中空糸膜モジュールを、簡便に検知し選別
することができ、その結果所望の膜分離能を発揮する信
頼性の高い中空糸膜モジュールを得ることが可能であ
る。

【００３４】また、中空糸膜が疎水性素材によって形成
される膜モジュールの場合、乾燥によって膜の水透過性
が失われることを避けるため、濾過液流路内および中空
糸膜内流路内に水等の液体を充填した形態で使用者に供
給されるのが一般的である。このような中空糸膜モジュ
ールの場合、モジュール内に気泡が存在すると、気泡と
膜素材の接触部分において膜が乾燥してしまい液体を通
さなくなる。その結果、有効膜面積の減少、すなわち膜
分離能の低下を引き起こすため、疎水性中空糸膜モジュ
ールの製造においては濾過液流路内に貯留した気泡も検
出し、気泡が溜まっている場合は再度液体を充填し直す
必要がある。本発明によれば、中空糸膜内流路に貯留し
た気泡のみならず、濾過液内流路に貯留した気泡をも検
出可能であり、その結果所望の膜分離能を発揮する信頼
性の高い中空糸膜モジュールを得ることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明をより詳細に説明するために実
施例を示すが、本発明はこれらの実施例に何ら制限され
るものではない。実施例１ 中空糸膜内流路に気泡を有するモデル中空糸膜モジュー
ルとして、中空糸１０６００本を用いて作成した中空糸
膜モジュールの両開口端を樹脂で封じ、加えて濾過液流
路内に流出口から水を送給し充填することにより、中空
糸膜内流路内が空気で満たされた膜モジュールを製作し
た。これをＭＲＩ装置（島津製作所製）に供し、膜モジ
ュールのハウジング外部から高周波信号を照射し、次い
で傾斜磁場印加を行い、３軸方向から発生した３つのエ
コーをフーリエ変換によって画像処理することにより、
得られた膜モジュールの断面画像を観察及び撮影した。
結果を図６及び図７に示す。図６は、膜モジュールの長
手方向に対して平行な断面の断層像であり、図７は膜モ
ジュールの長手方向に対して垂直な断面の断層像であ
る。

【００３６】これらの図から分かるように、このように
して得られた画像には中空糸膜内流路内に空気が満たさ
れている様子が濾過液流路内の液体と区別して観察され
た。このことからＭＲＩ装置を利用した画像形成法によ
れば、中空糸膜モジュール内に貯留する気泡の検出が精
度よく可能であることが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁場の方向と磁気モーメントの関係を表したも
のである。

【図２】ＭＲＩ装置の構成例を表したものである。

【図３】本発明が対象とする中空糸膜モジュールの一例
を示す図である。

【図４】液体を充填した状態の中空糸膜モジュールを表
した図である。

【図５】閉塞した中空糸を含む中空糸膜モジュールに水
を供給ないし充填した状態を表したものである。

【図６】実施例１において、内部に気泡を含む中空糸膜
モジュールをＭＲＩ装置を利用した画像形成方法で測定
した結果を示す、中空糸膜モジュールの横断面画像であ
る。

【図７】実施例１において、内部に気泡を含む中空糸膜
モジュールをＭＲＩ装置を利用した画像形成方法で測定
した結果を示す、中空糸膜モジュールの縦断面画像であ
る。

【符号の説明】

１． 中空糸膜モジュール ２． ハウジング ３． 中空糸膜 ４ａ,４ｂ．固定部材 ５ａ,５ｂ．開口部 ６． 中空糸膜内流路 ７． 濾過液流路 ８ａ,８ｂ．流出口 ９． 閉塞部 １０．気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 洋一 滋賀県大津市堅田二丁目１番１号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 4C096 AB44 AD06 BA05 BA50 4D006 GA02 HA01 LA06 LA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気共鳴診断装置を用いることを特徴と
   する中空糸膜モジュール内の気泡検出方法。
2. 【請求項２】 濾過液流路、並びに少なくとも１方の開
   口端から中空糸内流路に液体を送給した状態で、中空糸
   膜モジュールを静磁場に配置し、高周波信号を照射して
   モジュール内部の原子核の核磁気共鳴より放出される高
   周波信号を画像処理して中空糸膜モジュールの断層像、
   投影像または透過像を得ることを特徴とする中空糸膜モ
   ジュール内の気泡検出方法。