JP4338403B2 - ガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置および検査方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス透過性中空糸膜のリークを検査するガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置および検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液体中に含まれるガスを脱気する際あるいは液体中にガスを給気する際に、多数本のガス透過性中空糸膜がハウジング内に収納された中空糸膜モジュールを使用することがある。このとき使用されるガス透過性中空糸膜としては、例えば、図3に示すような、ガスを選択的に透過する非多孔質の均質薄膜31と、この均質薄膜31を挟む多孔質層32,32とを有するガス透過性中空糸膜33が挙げられる(例えば特許文献1参照)。
均質薄膜31は、ガス透過性が高い素材で形成されており、水などの液体は透過させず、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、水素ガスなどガス成分だけを透過させる機能を持っている。また、この均質薄膜31の厚みは非常に薄く、約0.5μmの厚みになっている。そのために、非多孔質であるにも拘らず、ガス透過性が非常に高く、ガス相/液相間のガス交換の透過抵抗としてほぼ無視できる膜となっている。
また、均質薄膜31を挟んでいる多孔質層32の内層、外層は、機械的強度の強い結晶性ポリエチレンで形成されているため、均質薄膜31の強度を支持し、さらに表面を保護する構造になっている。
【0003】
このようなガス透過性中空糸膜は、溶解・拡散機構により非多孔質の膜によってガス分子のみが透過する特徴を有しているため、液体中に溶存するガスは、ガス透過性中空糸膜の内外間のガス濃度差をドライビング・フォースとして非多孔質膜を透過し、除去される。
そして、このようなガス透過性中空糸膜33を用いて液体中のガスを脱気する際には、ガス透過性中空糸膜33を液体中に浸漬し、中空部34を負圧にして、液体中のガスのみを中空部34内に引き抜くか、中空部34に液体を流し、ガス透過性中空糸膜33の外表面側を負圧にして、液体中のガスのみを外表面側に引き抜く。
ところで、このようなガス透過性中空糸膜においては、製造の過程で均質薄膜にピンホールが形成することがあった。均質薄膜にピンホールが形成されてしまうと、そのピンホールを通して液体がリークしてしまうことがあった。したがって、リークするものは製品として使用することができないため、中空糸膜モジュール製造後にはリークの有無を検査し、リークするものを製品から除いていた。
【0004】
従来、ガス透過性中空糸膜のリークの有無を検査するには、例えば、中空糸膜の中空部34に水を圧入し、その状態で数十分間放置して、中空部34からガス透過性中空糸膜33外への水漏れの有無を目視で調べていた。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−342934号公報(図1,図2)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の検査方法は検査に要する時間が長い上に、検査後、出荷するためには、水で濡れたガス透過性中空糸膜を乾燥しなければならなかった。しかも、ガス透過性中空糸膜は高温で乾燥できないため、低温で長時間(例えば1日)乾燥しなければならず、極めて非効率的であった。また、水漏れの有無を目視で判定するため、作業者の判断に負うところが大きく、特に微量の水漏れの目視判定は難しく、高精度で検査しているとはいえなかった。さらに、目視により水漏れを調べるためには、透明なハウジングあるいは水の排出口が形成されたハウジングを使用する必要があり、ハウジングの形状・色が制限されていた。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、ハウジングの形状・色の制限をなくし、高精度でかつ効率的にガス透過性中空糸膜のリークの有無を調べることができるガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置および検査方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス透過性中空糸膜モジュールのリーク検査装置は、ガス透過性中空糸膜を収納したガス透過性中空糸膜モジュールおよび基準圧力用容器に同一圧力の検査用ガスを導入させる送気手段と、該送気手段に接続されたガス導入管と、該ガス導入管と前記ガス透過性中空糸膜モジュールを接続する第1の接続管と、前記ガス導入管と前記基準圧力用容器を接続する第2の接続管と、第1の接続管および第2の接続管に接続された圧力測定手段と、 第1の接続管および第2の接続管に各々設置された開閉用バルブとを有し、圧力測定手段は、該圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとの差圧を測定することを特徴とする。
また、本発明のガス透過性中空糸膜モジュールのリーク検査方法は、差圧を測定する圧力測定手段が接続されたガス透過性中空糸膜モジュールおよび基準圧力用容器に同一圧力の検査用ガスを、開閉バルブが設置された接続管を介して導入させる工程と、前記開閉バルブを閉じて、前記圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとを隔離する工程と、前記圧力測定手段によって、該圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとの差圧を測定する工程とを有し、ガス透過性中空糸膜モジュールに収納されたガス透過性中空糸膜のリークの有無を検査することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置(以下、検査装置と略す)およびガス透過性中空糸膜モジュールの検査方法(以下、検査方法と略す)の一実施形態例について図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態例の検査装置の模式図を示す。この検査装置10は、検査用ガスを送気するポンプなどの送気手段11と、送気手段11に接続されたガス導入管12と、検査用ガスを収容可能な基準圧力用容器13と、ガス導入管12と中空糸膜モジュール14とを接続する第1の接続管15と、ガス導入管12と基準圧力用容器13とを接続する第2の接続管16と、第1の接続管15と第2の接続管16とに接続し、基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスの差圧を測定する圧力測定手段17とを有している。
この検査装置10においては、第1の接続管15および第2の接続管16には、開閉用バルブ18a,18bが設置されている。また、第1の接続管15と中空糸膜モジュール14とは、第1の接続管15の内部と、中空糸膜モジュール14に収納されたガス透過性中空糸膜の中空部とが連通するように取り付けられている。この中空糸膜モジュール14には、中空糸膜の中空部に連通する接続口が2つ設けられており(接続口19a,19b)、これら接続口19a,19bが第1の接続管15に取り付けられている。
【0009】
次に、この検査装置10を用いた場合の検査方法について説明する。まず、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを閉じ、第2の接続管16の開閉用バルブ18bを開けた状態で、送気手段11によってガス導入管12から基準圧力用容器13内に所定圧力の検査用ガスを導入する。次いで、第2の接続管16の開閉用バルブ18bを閉じ、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを開けて、送気手段11によってガス導入管12から中空糸膜モジュール14に所定圧力の検査用ガスを導入する。すなわち、ガス透過性中空糸膜の中空部に所定圧力の検査用ガスを導入する。
次いで、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを閉じ、基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスとに隔離して所定時間放置する。そして、所定時間経過後、圧力測定手段17によって、基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスの差圧を測定する。ここで、基準圧力用容器13は密閉されているから、基準圧力用容器13側の検査用ガスの圧力には変化がなく、導入したときの圧力のままである。一方、中空糸膜モジュール14側は中空糸膜面からガスが抜けるので、圧力低下する。したがって、基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスの差圧を測定することで、中空糸膜モジュール14内の検査用ガスの圧力変化を測定できる。そして、その圧力変化の程度によってリークの有無を判定する。この際、使用する検査用ガスとしては、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、水素ガスなどのガスを使用することができるが、通常の空気を使用することが好ましい。
【0010】
すなわち、リークの有無の判定は、ガス透過性中空糸膜にピンホールがある場合とない場合とで圧力変化が大きく異なることを利用しており、圧力変化が許容値内であれば、ピンホールはなく、リークしていないと判定し、圧力変化が許容値より大きければ、ピンホールが形成されており、リークしていると判定する。ここで、許容値は、使用するガスのガス透過性能(分離性能)、導入する検査用ガスの所定圧力、検出時間などにより決定される。
【0011】
送気手段11によって中空糸膜モジュール14に導入する検査用ガスの所定圧力は、リークの有無を容易に判定できるとともに、高圧に対応する設備が不要であることから、10〜300kPa(ゲージ圧)であることが好ましい。
中空糸膜モジュールに検査用ガスを導入した後の検出時間は、リークの有無を高精度かつ効率的に判定できることから、0.01〜300秒間であることが好ましいが、0.1〜100秒間がより好ましい。
【0012】
上述した実施形態例のように差圧を測定して圧力変化を調べる方法では、検査用ガスを導入した後の放置時間が短くてすみ、しかも、検査用ガスの圧力変化測定に要する時間も短くできるので、リークの有無を速やかに判定できる。また、本実施形態例では、水に濡らすことがないので、乾燥が不要である。さらに、基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスの差圧を測定することによって、圧力変化を直接的に測定することができるので、極めて高精度である。また、判定は目視によらないので、中空糸膜モジュール14のハウジングを透明にしたり、開口部などを設けたりする必要はなく、ハウジングの形状・色の制限がなくなる。また、中空糸膜の外部側にガスを導入して測定してもよい。
【0013】
なお、上述した実施形態例では、圧力低下していない基準圧力用容器13側の検査用ガスと中空糸膜モジュール14側の検査用ガスの差圧を測定して圧力変化を測定したが、本発明はこれに限定されず、検査用ガスの圧力を圧力計で測定し、圧力変化を求める方法であってもよい。以下に、検査用ガスの圧力を圧力計で測定する他の実施形態例について説明する。
この実施形態例では、図2に示したような、検査装置20を用いる。この検査装置20は、送気手段21と、送気手段21および開閉バルブ22が設置されたガス導入管23と、ガス導入管23と中空糸膜モジュール24とを接続する接続管25と、接続管25に設けられた圧力計26(圧力測定手段)とを有して構成される。
【0014】
この検査装置20を用いた検査方法について説明する。まず、開閉バルブ22を開けた状態で、送気手段21によって中空糸膜モジュール24に所定圧力の検査用ガスを導入した後、開閉バルブ22を閉める。次いで、圧力計26により検査用ガスの圧力(P1)を測定してから、その状態で所定時間放置し、その後、圧力計26により圧力(P2)を測定する。そして、圧力変化値(P1−P2)を求め、この圧力変化値と許容値とを比較してリークの有無を判定する。
このような他の実施形態例においても、中空糸膜モジュール内の検査用ガスの圧力変化を測定し、その結果からリークの有無を判定するので、ハウジングの形状・色の制限を緩和でき、高精度でかつ効率的にリークの有無を調べることができる。しかも、この検査方法によれば、特殊な装置が不要であり、簡便である。
【0015】
【実施例】
ガスを選択的に透過するガス透過性中空糸膜(三菱レイヨン(株)製三層複合中空糸膜MHF200TL)7872本の両端を、ウレタン樹脂で固定した状態で、透明なハウジング内に収納した中空糸膜モジュール(三菱レイヨン(株)製MHF0504MBFT)のリークの有無を以下のようにして検査した。
(比較例)
中空糸膜モジュールに収納されたガス透過性中空糸膜の中空部に圧力0.4MPaで水を圧入し、その状態で30分間放置した。そして、水が漏れているかどうかを目視によって観察してリークの有無を判定した。この検査方法では、検査時間に30分以上を要する上に、作業者が目視により判定するので、精度が低かった。また、検査後には40℃で24時間乾燥させる必要があった。
【0016】
(実施例)
上述した比較例の検査方法によってリークの有無が判定された7本の中空糸膜モジュールを以下のように検査した。なお、比較例の検査方法による判定では、7本の中空糸膜モジュールのうち、4本が合格品であり、3本が不合格品であった。
まず、中空糸膜モジュールに、送気手段であるポンプが取り付けられたエアリークテスター((株)フクダ製FL2700M)を接続して、図1に示した検査装置を構成した。ここで、エアリークテスターとは、ガス導入管12と、基準圧力用容器13と、第1の接続管15と、第2の接続管16と、圧力測定手段17とを有するものである。
そして、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを閉じ、第2の接続管16の開閉用バルブ18bを開けた状態で、ポンプを用いてガス導入管12から基準圧力用容器13内に圧力50kPa(ゲージ圧)の検査用ガスである空気を導入した。次いで、第2の接続管16の開閉用バルブ18bを閉じ、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを開けて、ポンプを用いてガス導入管12から、中空糸膜モジュール14に圧力50kPa(ゲージ圧)の空気を3秒間で導入した。このような操作により中空糸膜モジュール14内に収納された中空糸膜の中空部に空気が導入された。次いで、第1の接続管15の開閉用バルブ18aを閉じ、1秒間放置した。そして、圧力測定手段17によって、基準圧力用容器13側の空気と中空糸膜モジュール14側の空気との差圧を測定して圧力変化を求めた。その結果を表1に示す。なお、差圧の検出時間は1秒間であった。
【0017】
【表1】
【0018】
圧力変化の許容値を490Paとし、この許容値以下であればリークしていないと判定した。この方法による合格・不合格の判定は、当然のことながら比較例と同様であるが、その判定に要した時間は5秒間であり、さらに、準備作業などの他の作業を含めても2〜3分間程度であった。すなわち、検査時間が大幅に短縮されていた。また、数値によって合否を判定できるので、高精度であった。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、検査用ガスの圧力変化でガス透過性中空糸膜のリークの有無を判定するので、ハウジングの形状・色の制限を緩和でき、高精度でかつ効率的に検査できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置の一実施形態例を示す模式図である。
【図2】 本発明のガス透過性中空糸膜モジュールの検査装置の他の実施形態例を示す模式図である。
【図3】 ガス透過性中空糸膜の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
11,21 送気手段
14,24 中空糸膜モジュール
17,26 圧力測定手段
33 ガス透過性中空糸膜
Claims (2)
- ガス透過性中空糸膜を収納したガス透過性中空糸膜モジュールおよび基準圧力用容器に同一圧力の検査用ガスを導入させる送気手段と、
該送気手段に接続されたガス導入管と、
該ガス導入管と前記ガス透過性中空糸膜モジュールを接続する第1の接続管と、
前記ガス導入管と前記基準圧力用容器を接続する第2の接続管と、
第1の接続管および第2の接続管に接続された圧力測定手段と、
第1の接続管および第2の接続管に各々設置された開閉用バルブとを有し、
圧力測定手段は、該圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとの差圧を測定する、ガス透過性中空糸膜モジュールのリーク検査装置。 - 差圧を測定する圧力測定手段が接続されたガス透過性中空糸膜モジュールおよび基準圧力用容器に同一圧力の検査用ガスを、開閉バルブが設置された接続管を介して導入させる工程と、
前記開閉バルブを閉じて、前記圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとを隔離する工程と、
前記圧力測定手段によって、該圧力測定手段よりガス透過性中空糸膜モジュール側の検査用ガスと基準圧力用容器側の検査用ガスとの差圧を測定する工程とを有し、
ガス透過性中空糸膜モジュールに収納されたガス透過性中空糸膜のリークの有無を検査する、ガス透過性中空糸膜モジュールのリーク検査方法。
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