JP3364804B2 - 繊維監視装置 - Google Patents

繊維監視装置

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JP3364804B2
JP3364804B2 JP51046694A JP51046694A JP3364804B2 JP 3364804 B2 JP3364804 B2 JP 3364804B2 JP 51046694 A JP51046694 A JP 51046694A JP 51046694 A JP51046694 A JP 51046694A JP 3364804 B2 JP3364804 B2 JP 3364804B2
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ケニス アーロン フィッシャー、トッド
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
    • B01D65/102Detection of leaks in membranes

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野: 本発明は繊維膜瀘過装置において不良繊維を見つける
方法に関する。
本発明は廃水処理に関連して使用するために開発され
たものであり、以下、その用途に関連して説明するが、
本発明がこの特定の分野に限定されるものでないことは
了解されたい。
発明の背景: 繊維膜瀘過は、多数本の中空管状微孔性繊維を使用
し、各繊維が瀘過液を繊維の外部から繊維壁の微孔を経
て繊維の内部へ流動させ、瀘過液から不純物を除くよう
になっている熟成した方法である。微孔は、たとえば、
直径が約0.2ミクロメータである。
実際には、数千本から数万本の繊維を束ね、それをシ
ェルに納める。この組立体がモジュールと呼ばれる。シ
ェルは、通常は、円筒形であり、繊維はシェルの長手方
向に延びており、シェルの両端を、通常、プラグを形成
する注封材として知られる樹脂などでシールする。中空
繊維の端はこの注封プラグを貫いて延び、そこに包まれ
る。その結果、繊維の内部が両端でモジュールの外部と
連絡し、それによって、瀘過液を両端位置から取り出す
ことができる。あるいは、各繊維の両端が注封材を貫通
し、モジュールの一端で外部と連絡してもよいし、繊維
の一端が注封材を貫通し、反対端をシールしてもよい。
実際には、複数のモジュールを「バンク」状に配置す
るのが普通である(と言って必ずしもこれに限らな
い)。各バンクがマニホルドを共有するモジュール列を
含み、これらのバンクを列状に配置する。
使用にあたって、供給水または流入水を繊維外面とモ
ジュール・シェルの内面との間のスペースに導入する。
瀘過液は繊維の微孔膜を通って繊維の内部に流れ、プラ
グを貫通している繊維の全長に沿って流れ、モジュール
の外部、通常はマニホルド内へ流出する。
廃水瀘過装置は数百個のモジュールを包含することが
あり、各モジュールが数千本から数万本の繊維を含む。
このような装置での故障はまれであるが、ただ一本の繊
維の不良または破損が装置全体の完全性を損なう可能性
がある。それは不良繊維の内部へ未瀘過流入水が入り、
瀘過液を汚染するからである。
繊維は、たとえば、流入水に鋭利なあるいは硬い粒子
が存在することにより、あるいは、他の理由により破損
することがある。そんなときに、装置内の数千本から数
万本の繊維の中の不良繊維を識別するのは困難である。
不良繊維を含むモジュールを識別する公知のテストと
しては、拡散空気流テスト(DAF)がある。このテスト
では、選定したモジュール(単数または複数)の繊維、
シェル間のスペースに空気を満たし、繊維の内部に加圧
空気を供給する。繊維膜を濡らして微孔に液体を詰めて
おき、繊維の内部から繊維の外部へ空気が拡散する速度
を測定する。なんら不良繊維がない場合には、この率
は、特定の膜についての所定の圧力差での繊維内部から
繊維外部への予想拡散流量を示す基準値と相関関係があ
る。
もし或る圧力を超えたときには、微孔のところに気泡
が生じることによ:て拡散流が壊れることになることに
注目することが重要である。これは膜の気泡点として知
られており、次の等式によって定義される。
ここで、P=気泡点圧力 θ=濡れ角 B=Bechold毛細管定数 γ=湿潤液の表面張力 d=微孔直径 明らかに、不良繊維が存在する場合には、測定率は、
微孔を通る拡散流と異なって不良繊維を通る空気流によ
る成分を含むことになるので、高くなる。
この方法は不良繊維を含むモジュールを識別するのに
は有用であるが、いくつかの欠点を有し、個々の不良繊
維を識別するのはできない。
本発明の目的は、少なくとも従来技術の欠点のいくつ
かを解決することにある。
発明の開示: 最初の特徴によれば、発明は、繊維膜瀘過装置におけ
る不良繊維を見つける方法であって、多数本の中空微孔
性繊維を取り囲むシェルを包含し、これらの繊維が瀘過
中に繊維膜を通して瀘過液を流動させ、瀘過液から不純
物を除くようになっており、各繊維の内部がマニホルド
と連通しており、繊維とシェルの間のスペースがマニホ
ルドから隔離されている方法において、 繊維、シェル間のスペースへ圧力ガスを供給し、繊維
の端を濡らす段階と、 繊維の端を不良繊維を示す気泡が生じるかどうかにつ
いて監視する段階と、 不良繊維をシールする段階と からなることを特徴とする方法にある。
第2の特徴によれば、発明は、1セットのモジュール
の中から不良品を有するモジュールを含むサブセットの
モジュールを識別する方法であり、各モジュールが多数
本の中空微孔性繊維を取り囲むシェルを包含し、これら
の繊維が瀘過中に瀘過液が繊維膜を通って流れるのを許
し、瀘過液から不純物を除くようになっており、各繊維
の内部がマニホルドと連通しており、繊維、シェル間の
スペースがマニホルドから隔離されている方法におい
て、 サブセットの繊維、シェル(単数または複数)の間の
スペースに液体を満たす段階と、 膜の基準気泡点より低い圧力でガスをサブセットの繊
維の内部へ供給する段階と、 繊維の内部から外部へのガスの移動によって生じた、
サブセットの繊維、シェル(単数または複数)間のスペ
ースからの排液率を測定する段階と、 測定した排液率を基準排液率と比較する段階と、 比較値を利用して不良繊維がサブセット内に存在する
かどうかを評価する段階と を包含することを特徴とする方法にある。
サブセットは、たとえば、或る配列からなる1セット
から選定した1バンクのモジュールであってもよいし、
また、たとえば、1バンクのモジュールからなる1セッ
トにおいて識別された不良部を有する単一のモジュール
からなるサブセットであってもよい。不良部は、たとえ
ば、不良繊維であるかも知れないし、注封部の漏れ、
「O」リングの漏れなどであるかも知れない。
ここで、本発明の第2特徴の諸段階を逆にして、繊維
の内部を液体で満たし、ガスをサブセットの繊維、シェ
ル(単数または複数)間のスペースに供給し、繊維内部
からの液体の排液率を測定し、基準率の比較してもよい
ことは了解されたい。
第3の特徴によれば、発明は、1セットのモジュール
の中から不良部のあるモジュールを含むサブセットのモ
ジュールを識別する方法であって、 1セットのモジュールの繊維、シェル(単数または複
数)間のスペースを液体で満たす段階と、 膜の基準気泡点より低い圧力でガスを1セットのモジ
ュールの繊維の内部に供給する段階と、 トランスジューサ手段を用いて1セットのモジュール
のうちのサブセットのモジュールで気泡が形成されつつ
あるかどうかを評価する段階と からなることを特徴とする方法にある。
ここで、1セットのモジュールとは、たとえば、一配
列のモジュールであってもよいし、サブセットとは1バ
ンクのモジュールであってもよいし、トランスジューサ
を用いて不良繊維が存在することを表わす、バンクでの
気泡形成を示す信号を発生させてもよい。あるいは、1
セットのモジュールが1バンクのモジュールであっても
よい。この場合、サブセットは単一のモジュールであ
り、トランスジューサ信号はこのモジュールにおける不
良繊維のような不良部の有無を示す。
トランスジューサは、たとえば、適当な信号検出回
路、たとえば、音響テスタと一緒に用いる加速計、マイ
クロフォンその他のトランスジューサであってもよい。
トランスジューサはモジュールのシェルと接触してお
り、不良繊維、シェル壁間での液体における気泡の形成
を検知するのに用いてもよい。
トランスジューサ手段は、さらに、モジュール内の不
良繊維の位置を近似的に見つけるのにも用い得る。
図面の簡単な説明: 本発明の好ましい実施例を、以下、添付図面を参照し
ながら説明する。添付図面において: 第1図は、本発明によってテストされるタイプの瀘過
モジュールの斜視図である。
第2図は、第1図によるモジュールの展開図である。
第3図は、第2図の3−3線に沿った概略断面図であ
る。
発明の好ましい実施例: 図面を参照して、ここには、両端にマニホルド6、8
を有するシェル4を包含するモジュール2が示してあ
る。
第2図を参照して、ここには、モジュール2の一端の
展開図が示してある。シェル4は多数本の長手方向に延
びる管状の微孔性繊維10を収容している。
第3図を参照して、ここには、少数の繊維と共に第2
図を通る横断面が概略的に示してある。中空繊維10の端
は樹脂などで作った注封プラグ12を貫通し、その中に収
容されている。注封プラグ2は、スリーブ14内に収容さ
れており、マニホルド6と繊維10とシェル4の内面との
間のスペースの液体連絡を阻止している。しかしなが
ら、繊維10は注封プラグ12を貫いて延びており、繊維10
の内部とマニホルド6との連通を容易にしている。
実際には、通常、普通のDAFテストが保守プログラム
の一部として組み込まれている。
あるいは、圧力減衰テストを正規に用いてもよい。こ
のテストでは、加圧空気が膜を通して散逸する際の時間
長を不良繊維の有無を示すものとして用いる。このシス
テム・テストが不良繊維の存在を検出し損なった場合に
は、瀘過液の品質を監視することによって不良を検出す
ることになろう。
システム内における不良繊維の存在が検出されるかそ
の疑いがある場合には、不良繊維を含むモジュールは本
発明の第2または第3の特徴あるいはこれら両方の特徴
に従って識別され得る。識別されたモジュールは、たと
えば、弁によって隔離し、引き続いて交換するか、ある
いは、発明の第1特徴に従って修理することができる。
本発明の第2特徴によれば、選定したモジュールが繊
維10、シェル4間の水を満たしたスペースを有し、空気
を基準気泡点より低い圧力で繊維の内部に送り込む。繊
維内部から外部への空気の拡散は水の排出を生じさせ、
この排水率を測定することができる。好ましい実施例で
は、排水率は、繊維、シェルの間のスペースから垂直方
向に延び、繊維、シェルの間のスペースと連通するチュ
ーブを用意することによって測定される。水が排出され
るにつれて、垂直チューブ内の水面が上昇することにな
る。水面が2つの所定点間で上昇する時間を測定するこ
とによって、たとえば、チューブ上に間隔を置いて設け
た水面検出用トランスジューサによってこの測定を行う
ことによって、排水率を容易に測定することができる。
たとえば、80−100Paの空気圧を60個のモジュール(1
20平方メートルの膜面積)の繊維内部へ付与する。代表
的には、このサイズの一体システムにおける排水率は約
1mL/sである。壊れたのがただ一本の繊維である場合
(約160,000本の繊維のうちの一本)、流量は2.5mL/sま
で増加し得る。これは完全性問題の早期警告を与える。
排水率が基準値を超えた場合、不良繊維を含むモジュ
ールが識別され、発明の第1特徴に従って、繊維、シェ
ルの間のスペース内の水を加圧空気と交換し、繊維の端
を湿潤させる。気泡についてこれら繊維端を監視するこ
とによって、不良繊維を識別し、引き続いてシールする
ことができる。好ましくは、繊維は、不良繊維の端内へ
軸線方向にピンを打ち込むか、あるいは、繊維を溶融さ
せるか、接着するか、かしめるか、繊維を化学的に処理
するか、あるいは他のシール手段を用いるかすることに
よってシールできる。
複数のモジュールの中からの、本発明の第2特徴によ
る不良繊維を含む個々のモジュールの識別は、繊維、シ
ェル内部間のスペースが空気ではなくて液体で満たされ
るという点で従来のDAFテストと異なる。このことは多
数の利点を持つ: 液体の超飽和により拡散空気背景流が低減する。
拡散流の測定がないことにより膜寸法に対する感度が
低下する。
膜の乾燥する傾向をなくしたことにより漏洩による流
量の測定値の反復性、信頼性が増大する。
低空気流量を測定する難しさをより容易に測定される
液体流量に変換することにより現場での流量測定を簡単
かつ正確にする。
配列上方で通気を行い、膜前後の空気流量測定値およ
び弁前後の水流量測定値を用いることにより弁漏洩に対
する感度を低下させることができる(水の粘性は空気の
約55倍であり、弁漏洩はそれ相応に低い)。
ここで、不良繊維を見つける方法を1バンク内のただ
1つのモジュールあるいは1配列内の1バンクのモジュ
ールあるいは1セットのモジュールの任意に選んだサブ
セットに等しく適用できることは了解されたい。繊維の
シェル側に液体を用い、繊維内部を加圧するのが好まし
いが、本方法はシェル側を加圧し、繊維内部と連通する
液体を用いることによって実施してもよい。
本発明の第3特徴によれば、選定したモジュールは水
で満たした繊維10、シェル4間のスペースを有し、空気
を基準気泡点より低い圧力で繊維の内部に送り込む。不
良繊維が存在する場合には、通常は、気泡が発生するの
で、気泡形成に伴う音波を音響分析器または加速計ある
いはこれら両方によってシェル外側から検出することが
できる。音響分析器は、許容できる完全性状態を有する
微孔性膜を含むと思われる領域を囲むスペクトル境界を
有する所定の音響スペクトルを発生した音響スペクトル
と比較することによって実施できるので便利である。
所定のスペクトル境界内に発生したエネルギが基準値
よりも大きい場合には、繊維、シェルの間のスペース内
の水を加圧空気と交換し、繊維の端を湿潤させる。気泡
について繊維端を監視することによって、不良繊維を識
別し、引き続き前述したようにシールすることができ
る。
先に指摘したように、この方法は、繊維内部側に液体
を維持しながら繊維のシェル側を加圧することによって
も実施できる。この場合、トランスジューサを用いて、
たとえば、マニホルド内の気泡を検出する。本発明のさ
らに別の実施例(図示せず)では、ソナービームをトラ
ンスジューサからマニホルドの長手方向に送り出す。検
出手段が反対端でビームの強さを測定するようになって
いる。検出手段は、気泡によるビームの乱れに応答して
信号を発生するようになっている。反射信号を検出する
ようになっている検出器の場合には、気泡から反射して
きた信号は検出器からの気泡の距離を示し、それ故に、
このモジュールからマニホルド気泡が発していることを
識別することになる。同様に、気泡が発しているマニホ
ルドを配列内で検出することになる。
本発明の第2、第3の特徴は、もちろん、組み合わせ
て使用することができる。
ここで、気泡を検出する方法が音響式である必要はな
く、たとえば、気泡を検出するのに導電率、キャパシタ
ンス、密度、光伝達率、光反射率その他の物理的変化を
用い得る。気泡検出に適した光学的、電気的その他のト
ランスジューサ、回路が公知である。マニホルドが透明
である場合、気泡の視覚による検出も使用できる。
本発明を主として1つまたはそれ以上の不良繊維を持
つモジュールの検出について説明してきたが、モジュー
ル不良は「O」リング不良からの注封部における漏洩ま
たは他の漏洩でも生じ得る。本発明はこのような不良モ
ジュールあるいはモジュール・サブセットの識別にも適
用できる。
本教示から当業者であれば明らかなように、本発明は
他の形態でも使用でき、また、他の用途にも応用でき
る。
フロントページの続き (72)発明者 フィッシャー、トッド ケニス アーロ ン アメリカ合衆国 フロリダ州 32169 ニュー スマーナ ビーチ、ノース ペ ニンシュラ ドライブ 214/2100 (72)発明者 セルビー、マイケル ロバート ロイド オーストラリア国 ニューサウスウェー ルズ 2060 マクマーンズ ポイント、 マンロウ ストリート 2/8 (56)参考文献 特開 昭59−87005(JP,A) 特開 平2−284035(JP,A) 特開 平3−18373(JP,A) 特開 昭63−249569(JP,A) 特開 昭63−88018(JP,A) 特開 昭62−140607(JP,A) 特開 昭61−97006(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 65/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも60のモジュールからなる一組の
    モジュールから不良繊維を有するモジュールを識別する
    方法であり、各モジュールが、少なくとも1000本の中空
    微孔性繊維を取り囲む円筒形シェルを包含し、各モジュ
    ールが、約2平方メートルの膜表面積を有し、繊維が、
    約0.2ミクロンの平均直径を有する細孔を包含し、繊維
    が、濾過中に繊維膜を通して濾過液を流れさせて濾過液
    から不純物を除くようになっており、各繊維の内部がマ
    ニホルドと連通し、繊維、シェル間のスペースがマニホ
    ルドから隔離されており、各モジュールが、繊維、シェ
    ル間のスペースから垂直方向に延び、このスペースと連
    通しているチューブを包含する方法において、繊維、シ
    ェル間のスペースを液体で満たす段階と、繊維の内部に
    80−100kPaの圧力でガスを供給する段階と、繊維の内部
    から外部へガスが移動することによって生じる、繊維、
    シェル間のスペースからの液体の排液率を、チューブ上
    に間隔を置いて設けた液面検出用トランスジューサによ
    って2つの所定部位間を液面が上昇するのにかかった時
    間を測定することによって、測定する段階と、測定した
    排液率が約1ml/sを超えたときにそれに基づいて不良繊
    維を有するモジュールを識別する段階とを包含すること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の方法による不良繊維を有す
    るモジュールを識別する段階を、不良繊維を位置付ける
    方法と組み合わせて、包含する方法であって、繊維の端
    を濡らす段階と、繊維、シェル間のスペースに加圧ガス
    を供給する段階と、不良繊維を表す気泡の形成について
    繊維の端をモニタする段階とを包含することを特徴とす
    る方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の方法において、繊維を溶融
    するか、接着するが、締め付けるか、栓で塞ぐか、また
    は、繊維を化学的に処理するかすることによって不良繊
    維をシールすることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】少なくとも60のモジュールからなる一組の
    モジュールから不良繊維を有するモジュールを識別する
    方法であって、各モジュールが、少なくとも1000本の中
    空微孔性繊維を取り囲んでいる円筒形シェルを包含し、
    各モジュールが、約2平方メートルの膜表面積を包含
    し、繊維が、約0.2ミクロンの平均直径を有する細孔を
    包含し、繊維が、濾過中に繊維膜を通して濾過液を流れ
    させて濾過液から不純物を除くようになっており、各繊
    維の内部が、マニホルドと連通しており、繊維、シェル
    間のスペースが、マニホルドから隔離されており、各モ
    ジュールが、マニホルドから垂直方向に延びており、マ
    ニホルドと連通しているチューブを包含する方法におい
    て、繊維の内部に液体を満たす段階と、繊維、シェル間
    のスペースに80〜100kPaの圧力でガスを供給する段階
    と、繊維内部からの液体の排液率を、チューブ上に間隔
    を置いて設けた液面検出用トランスジューサによって2
    つの所定部位間を液面が上昇するのにかかった時間を測
    定することによって、測定する段階と、測定した排液率
    が約1ml/sを超えたときにそれに基づいて不良繊維を有
    するモジュールを識別する段階とを包含することを特徴
    とする方法。
  5. 【請求項5】請求項4記載の方法による不良繊維を有す
    るモジュールを識別する段階を、不良繊維を位置付ける
    方法と組み合わせて、包含する方法であって、繊維の端
    を濡らす段階と、繊維、シェル間のスペースに加圧ガス
    を供給する段階と、不良繊維を表す気泡の形成について
    繊維の端をモニタする段階とを包含することを特徴とす
    る方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載の方法において、繊維を溶融
    するか、接着するか、締め付けるか、栓で塞ぐか、化学
    的に処理するかすることによって不良繊維をシールする
    ことを特徴とする方法。
JP51046694A 1992-11-02 1993-10-27 繊維監視装置 Expired - Lifetime JP3364804B2 (ja)

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AU5629 1992-11-02
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AU (1) AU663022B2 (ja)
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