JP2007017171A - 中空糸膜モジュールのリーク検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リークが発生している中空糸膜の位置を精度良く特定できるようにした中空糸膜モジュールのリーク検出方法および装置を提供する。
【解決手段】中空糸膜モジュールの中空糸膜外側に接する気体に圧力を印加する加圧手段と、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、撮像手段で得られた画像を処理する処理手段とを有し、加圧手段で圧力を印加しつつ、撮像手段によって液体中に存在する中空糸膜モジュールの端面の画像を撮像し、得られた画像を処理手段にて処理し中空糸膜から発生する気泡を検知してリークを検出することを特徴とする、中空糸膜モジュールのリーク検出方法、およびリーク検出装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空糸膜モジュールのリーク検出方法および装置に関し、とくにリークが発生している中空糸膜を精度良く特定しその修正を容易に可能ならしめる中空糸膜モジュールのリーク検出方法および装置に関する。

排水処理、純水の製造、海水の淡水化や、人工腎臓などの分野に、中空糸膜を組み込んだ中空糸膜モジュールが広く用いられている。これらの中空糸膜モジュールは、中空糸膜により隔絶した原液室と濾液室とから構成されている。この様なモジュールを製造する過程で、中空糸膜にピンホールや亀裂などの損傷が生じたり、装置本体と中空糸膜とのシール不良などによって、中空糸膜で隔絶した原液室と濾液室との間で漏洩（リーク）を起こすことがある。一箇所でもこの様な漏洩欠陥が存在すると分離装置として機能しないため、確実に漏洩欠陥の有無を検出する必要がある。

この漏洩欠陥を検知する方法として、特許文献１には、中空糸膜に気体を圧入して気泡の発生を観察する方法が開示されている。この方法は、中空糸膜モジュールにおいて、モジュールの中空糸膜外側空間と連通する配管に空気を供給する手段を設けるとともに、モジュール端末に透明なキャップを設け、中空糸膜内側の圧力を開放するとともに、中空糸膜外側へ空気を送り、中空糸膜外側が中空糸膜内側よりも圧力が高い状態を維持して、リークのある中空糸膜の端末から漏出してくる空気の泡（気泡）を透明キャップを通して検出するというものである。
特開昭６２−１４０６０７号公報

ところが、上記特許文献１に記載の方法には、リークしている中空糸膜の特定ができないか、極めて困難であるという問題がある。すなわち、この方法は、目視を前提とした検査方法であり、リークしている中空糸膜の位置が正確に特定できない。特に複数箇所リークしている場合、本数等を計数することができない。このため、リークが発生している場合にあっても、結局修正を行うことができず、その中空糸膜モジュールを不良品として廃棄することとなっていた。

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、リークが発生している中空糸膜の位置を精度良く特定できるようにした中空糸膜モジュールのリーク検出方法および装置を提供し、特定したリーク中空糸膜を封止して、その中空糸膜モジュールを使用可能とすることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る中空糸膜モジュールのリーク検出方法は、中空糸膜モジュールの中空糸膜外側に接する気体に圧力を印加する加圧手段と、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、撮像手段で得られた画像を処理する処理手段とを有し、加圧手段で圧力を印加しつつ、撮像手段によって液体中に存在する中空糸膜モジュールの端面の画像を撮像し、得られた画像を処理手段にて処理し中空糸膜から発生する気泡を検知してリークを検出することを特徴とする方法からなる。

この中空糸膜モジュールのリーク検出方法においては、加圧手段で圧力を印加していない状態で撮像した画像から処理手段にて中空糸膜の位置を認識し、得られた中空糸膜の位置から設定した特定領域の明暗変化により、それぞれの中空糸膜の気泡発生頻度を測定することができる。

また、加圧手段により印加する圧力を変化させつつ、処理手段で中空糸膜毎に気泡発生頻度を測定し、印加圧力−気泡発生頻度の関係から中空糸膜毎の良否を判定するようにすることもできる。

本発明に係る中空糸膜モジュールのリーク検出装置は、中空糸膜モジュールの中空糸膜外側に接する気体に圧力を印加する加圧手段と、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、撮像手段で得られた画像を処理する処理手段と、処理手段で処理された画像から、中空糸膜から発生する気泡を検知してリークを検出、判断するリーク検出・判断手段とを有することを特徴とする装置からなる。

また、本発明は、上記のようなリーク検出方法によりリーク中空糸膜の位置情報を取得し、修正手段によりリーク中空糸膜を封止することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法も提供する。

さらに、本発明は、この製造方法によりリーク中空糸膜を封止し修正した中空糸膜モジュールについても提供する。

本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）複数本リーク中空糸膜がある場合でもリーク中空糸膜の位置が精度良く特定可能となる。
（２）処理時間が短縮できるのでサンプリング周期を短くでき、気泡の発生を見逃すことがなくなるととにも、隣接する膜の気泡を誤検知することがないので、検出精度が向上する。
（３）わずかなリークでも精度良く検出可能となる。
（４）リーク中空糸膜の位置が特定可能となるので、検出したリーク中空糸膜の位置情報を用い修正手段で当該中空糸膜を封止することで、リークのない中空糸膜モジュールとして使用可能となり、製造コストを下げることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の検査対象である中空糸膜モジュールの製造途中段階のものを示しており、この状態からケース両端にキャップを取り付けると中空糸膜モジュールの完成品となる。図１において、１００は中空糸膜モジュール全体を示しており、多数の中空糸膜１０１がケース１０２内に収容され、該中空糸膜１０１の両端部が接着剤１０３で固定されている。ケース１０２には透過液（濾過液）ノズル１０６が図１の左右の位置に設けられ、両接着剤１０３が位置する両端には、図２に示すように透明キャップ１０４が取り付けられ、これら透明キャップ１０４に原液配管１０５が接続される。

図２は、本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュールのリーク検出装置の構成例を示している。図１の中空糸膜モジュール１００に取り外し可能な透明キャップ１０４、原液配管１０５、透過液配管１０７を接続し、図示したバルブのうち、加圧気体（例えば、加圧空気）供給配管１０８に設けたバルブ１１１のみ閉め、原液配管１０５、透過液配管１０７に設けたバルブ１１２、１１３、１０９、１１０を開けて液体（例えば、水）を循環させ中空糸膜１０１を湿潤化させる。

湿潤化後、液体の循環を止め、照明手段１１４で光をモジュール端面に照射しながら、撮像手段１１５でモジュール端面全体の画像を撮像する。画像は複数枚の合計としてもよく、一枚の画像としてもよい。撮像した画像の一部を図３に示す。照明手段１１４としては、リング照明を用いると中空糸膜の部分が明るく、接着剤部分が暗く撮像されるため望ましい。

次に、この画像に対して処理手段１１６にて画像処理を行い、中空糸膜の位置を認識する。中空糸膜の認識については、例えば特開２００３−６７７２４号公報に開示されている通り、微分フィルターをかけて中空糸膜部分を強調させ、画像を中空糸の膜部分と接着剤・中空糸の中空部に分ける２値化処理を行い、ラベリング処理等を行うことにより中空糸膜毎の中心座標、面積を得ることができる。

このようにして求めた中空糸膜毎の中心座標１１７を図４に図示する。この中心座標１１７から規定角度毎に中空糸膜直径分の線分を設定し、その線分上で中心に最も近い明るさのピーク値を見ることで、中空糸膜の座標位置を得ることができる。図５に、４５度毎の線分の設定例を示し、図６にその設定方法にて各中空糸膜の座標を表した場合の例について示す。

次に、一方の透過水配管１０７のバルブ１０９を閉め、他方の透過水配管１０７のバルブ１１０と加圧気体供給配管１０８に設けたバルブ１１１を開け、加圧手段から加圧気体（例えば、加圧空気〔圧空〕）を送りモジュール内の水を排水する。

排水が終わった後に、一方の原液配管１０５のバルブ１１３を閉め、他方の原液配管１０５のバルブ１１２を開けるとともに、透過水配管バルブ１１０を閉めて、モジュール内部を加圧する。

いずれかの中空糸膜にリークがある場合には、原液配管バルブ１１３を開けた方の端面から気泡が発生する。気泡が発生したときのモジュール端面の画像例を図７に示す。図７に示すとおり、気泡１１８によるレンズ効果で中空糸膜の膜部分が小さく撮像され、元の膜の位置は暗く撮像される。また、気泡は中空糸膜の中心から同心円状に大きくなり、ある大きさに達すると中空糸膜から分離するということを繰り返す。

例えば、図７の気泡の発生している中空糸膜に注目し、その中空糸膜の膜の位置座標（図８に図示するａ１〜ａ８）での明るさの時間変化は、例えば図９のようになる。なお、気泡が発生している中空糸膜に隣接する中空糸膜の膜の位置座標（図８に図示するｂ１〜ｂ８）での明るさの時間変化は、図１０に示すように、例えばｂ５〜ｂ７位置が暗く変化するのみで（つまり、これらの部位のみ隣接する他の中空糸膜の気泡の影響を受けて変化し）、他は変化がない。つまり、全ての膜位置で明るさが所定より暗くなる場合を検出することにより気泡の発生が検知できる。このような処理とすることで、非常に高速に、かつ周辺の気泡の影響を受けない、中空糸膜毎の気泡の検知が可能である。本実施態様では、このような気泡検知によるリークの検出・判断も、上記処理手段１１６で行われ、該処理手段１１６は、リーク検出・判断を兼ねている。

このように、加圧手段で圧力を印加する前の画像から中空糸膜毎の膜の座標を算出し、圧力を印加しつつ連続で撮像、処理を繰り返すことで、どの中空糸膜からどれだけの周期で気泡が発生しているかを算出することが可能となる。

気泡の発生周期はリークの程度と印加圧力に関係するものであり、例えば大きなピンホールのある中空糸膜であれば、低い圧力から気泡が発生し、印加圧力を高くしていくと発生周期が短くなる。なお、気泡が発生する印加圧力は各中空糸膜に存在する最も大きな孔のバブルポイント圧となる

このため、圧力を徐々に上げつつ各中空糸膜の気泡の発生を検知していくと、各中空糸膜に存在する孔の最大値を評価できるので、微少なリークも検出可能である。

このような処理を両側のモジュール端面について実施し、検出したリーク中空糸膜の位置情報を用い修正手段で当該中空糸を封止することで、リークのない中空糸膜モジュールとして使用可能となる。修正手段としては、ディスペンサ方式で接着剤を付着させる方式が好ましい。

このように、本発明によれば、複数本のリーク中空糸膜がある場合でも、それぞれの位置を精度良く特定でき、一度の修正作業で全てのリーク中空糸膜を封止可能になる。このため低コストで修正が可能となり、これまで廃棄していた複数本のリーク中空糸膜があるモジュールも修正して製品として使用することが可能になる。

本発明における検査対象である中空糸膜モジュールの概略構成図である。 本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュールのリーク検出装置の概略構成図である。 撮像した中空糸膜モジュール端面画像の一部を示す図である。 図３の画像から各中空糸膜の中心座標を求めた例を示す図である。 中空糸膜の中心座標から規定角度毎に中空糸膜直径分の線分を設定する例を示す説明図である。 各中空糸膜について図５に示した方法にて線分を設定した場合の各中空糸膜の座標を表す図である。 気泡の発生例を示す中空糸膜モジュール端面画像の一部を示す図である。 気泡発生中空糸膜と隣接中空糸膜の座標位置を示す図である。 気泡発生中空糸膜における各膜座標位置での明るさの経時変化特性図である。 気泡発生中空糸膜に隣接する中空糸膜における各膜座標位置での明るさの経時変化特性図である。

符号の説明

１００ 中空糸膜モジュール
１０１ 中空糸膜
１０２ ケース
１０３ 接着剤
１０４ 透明キャップ
１０５ 原液配管
１０６ 透過液ノズル
１０７ 透過液配管
１０８ 加圧気体供給配管
１０９、１１０、１１１、１１２、１１３ バルブ
１１４ 照明手段
１１５ 撮像手段
１１６ 処理手段（リーク検出・判断手段）
１１７ 中心座標
１１８ 気泡

Claims (6)

1. 中空糸膜モジュールの中空糸膜外側に接する気体に圧力を印加する加圧手段と、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、撮像手段で得られた画像を処理する処理手段とを有し、加圧手段で圧力を印加しつつ、撮像手段によって液体中に存在する中空糸膜モジュールの端面の画像を撮像し、得られた画像を処理手段にて処理し中空糸膜から発生する気泡を検知してリークを検出することを特徴とする、中空糸膜モジュールのリーク検出方法。
2. 加圧手段で圧力を印加していない状態で撮像した画像から処理手段にて中空糸膜の位置を認識し、得られた中空糸膜の位置から設定した特定領域の明暗変化により、それぞれの中空糸膜の気泡発生頻度を測定することを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜モジュールのリーク検出方法。
3. 加圧手段により印加する圧力を変化させつつ、処理手段で中空糸膜毎に気泡発生頻度を測定し、印加圧力−気泡発生頻度の関係から中空糸膜毎の良否を判定することを特徴とする、請求項２に記載の中空糸膜モジュールのリーク検出方法。
4. 中空糸膜モジュールの中空糸膜外側に接する気体に圧力を印加する加圧手段と、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、撮像手段で得られた画像を処理する処理手段と、処理手段で処理された画像から、中空糸膜から発生する気泡を検知してリークを検出、判断するリーク検出・判断手段とを有することを特徴とする、中空糸膜モジュールのリーク検出装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のリーク検出方法によりリーク中空糸膜の位置情報を取得し、修正手段によりリーク中空糸膜を封止することを特徴とする、中空糸膜モジュールの製造方法。
6. 請求項５に記載の方法によりリーク中空糸膜を封止し修正した中空糸膜モジュール。

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