(57)【要約】  封止された透過収集チューブ内に加圧ガスを導入すること及び当該モジュールのスクロール面の少なくとも１つから出るガスを検出することを含む渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験する方法。スクロール面から出るガスの位置をモジュール内の欠陥に関連付けることができる。好ましい実施態様において、当該試験方法は非破壊的であり、乾燥又は湿潤条件でモジュールに適用することができる。
2013508142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相環境中で実施される渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験する方法であって、前記モジュールは、２つの互いに反対側に位置する端部間に延在し、かつ、その長手方向に沿って複数の開口部を備える透過収集チューブと、透過収集チューブの周りに巻回されていて２つの互いに反対側に位置するスクロール面を形成している少なくとも１つの膜エンベロープとを含み、前記膜エンベロープは透過収集チューブに沿う開口部と流体連通しており、
透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部を気相環境から封止する工程；
透過収集チューブに加圧ガスを導入する工程；及び
渦巻状巻回型モジュールの少なくとも１つのスクロール面から出る試験ガスを検出する工程；
を含む、気相環境中で実施される渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験する方法。
【請求項２】
前記検出工程が、渦巻状巻回モジュールのスクロール面から出る試験ガスの画像を得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
渦巻状巻回型モジュールのスクロール面から出る試験ガスの画像がカメラにより記録される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記画像が参照基準と比較される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記試験ガスが、以下の範囲：ｉ）３．５〜４．６ミクロン及びｉｉ）８〜１２ミクロンのうちの少なくとも１つの範囲内にある波長の光を感じるカメラにより検出される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記検出工程が、試験ガスにより少なくとも部分的に吸収される波長を有する光を、かかる波長に感じるカメラ（４０）により渦巻状巻回型モジュールのスクロール面から出る試験ガスの画像を記録しながら、スクロール面に照射することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
透過収集チューブに加圧試験ガスを導入する工程が、透過収集チューブの１つのセクションに試験ガスを導入すると同時に透過収集チューブの残りの部分に非試験ガスを導入することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記膜エンベロープが逆浸透又はナノ濾過膜を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記検出工程が、渦巻状巻回型モジュールの１つのスクロール面から出る試験ガスを検出すると同時に渦巻状巻回型モジュールの反対側のスクロール面に掃引ガスを導入することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記渦巻状巻回モジュールが乾燥状態で用意される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
クロスレファレンスの記述
本願は２００９年１０月１９日に出願された米国仮出願第６１／２５２，７４６号の利益を主張する。米国仮出願第６１／２５２，７４６号の内容全体を引用により本明細書に援用する。
技術分野：
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験するための手段および方法に関する。本発明は、モジュールの封止された透過収集チューブ内に加圧された試験ガスを導入することと、モジュールの少なくとも１つのスクロール面から出る試験ガスを検出することを含む方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
渦巻状に巻回されたタイプの構成、チューブ状タイプの構成、中空繊維タイプの構成及び板枠（plate-and-frame）タイプの構成などの様々な膜ベースのモジュールが当該技術分野で知られている。各タイプのモジュールは、様々な構成部品における欠陥のため漏れ、又はモジュールを構築するために使用された製造方法における欠陥の結果として、漏れがあることがある。例えば、渦巻状巻回型モジュールにおける漏れは典型的には、膜シートにおける欠陥（例えばピンホール、引っ掻き傷又は他の欠陥）、又はモジュール組立て時に起こりうる膜シートのずれ及びグルーラインの機能不全が原因で発生する。それらの巻回構成のために、かかる欠陥は、渦巻状巻回型モジュールにおいて検出して位置を突き止めることが特に困難である。
【０００３】
米国特許出願公開第２００８／０１０５０３８号には、モジュールからの液体フィード流れ中に試験粒子を導入することを含む渦巻状巻回型モジュールの試験方法が記載されている。粒子は膜の公称カットオフよりも大きなサイズを有するものであり、透過中の粒子の検出を漏れに関連付けることができる。効果的である一方、かかる技術は、モジュールが動作中、すなわち「オンライン」で試験される必要がある。
【０００４】
日本国特開２００７−００７５３９号公報には、フィード液中に加圧ガスを導入し、その後、透過液体中の気泡を検出することを含む、別のタイプのオンライン試験方法が記載されている。
【０００５】
ＡＳＴＭ  Ｄ  ６９０８−０３（水濾過膜システムの完全性試験）は、圧力および真空の崩壊試験を含む膜システムの完全性を試験するための様々な方法を説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１０５０３８号明細書
【特許文献２】特開２００７−００７５３９号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験するための手段及び方法に関する。一実施態様において、当該試験方法は、モジュールの透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部を封止する工程、透過収集チューブ内に加圧試験ガスを導入する工程、及び渦巻状巻回型モジュールの少なくとも１つのスクロール面から出る試験ガスを検出する工程を含む。多くの更なる実施態様を開示する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、渦巻状巻回型モジュールの部分切取透視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、試験中のモジュールのスクロール面を示す欠陥のない渦巻状巻回型モジュールの理想化された立面（端面）図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、試験中のモジュールのスクロール面を示す欠陥のある渦巻状巻回型モジュールの理想化された立面（端面）図である。
【図３】図３は、本発明の一実施態様を実施するための理想化された構成の概略図である。
【図４】図４は、その長手方向に沿って複数の開口部を含み、チューブ内の様々なセクションに複数の加圧ガスを導入するためのガス分配プローブを含む透過収集チューブの理想化された部分切取断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
気体相分離及び液体相分離の両方を含む様々な流体分離に使用するための渦巻状巻回型モジュール（「エレメント」とも呼ばれる）が公知である。それらの渦巻状構成のために、比較的大きな膜表面積を個々のモジュールに詰め込むことができる。使用される特定の膜に応じて、渦巻状巻回型モジュールを、例えば、逆浸透（ＲＯ）、ナノ濾過（ＮＦ）、限外濾過（ＵＦ）及びマイクロ濾過（ＭＦ）などの様々な用途で使用できるが、本発明の目的上、ＲＯ及びＮＦが好ましい。一般的な液体分離の例としては、液体フィードの処理、例えば食品、乳製品及び甘味料フィードにおける濃縮及び又は塩の除去、水の脱塩、二価イオン性化学種、例えばカルシウム及びバリウムイオンなどの除去、並びにより大きな構成成分、例えば嚢胞、ウイルス及び農薬などの除去が挙げられる。典型的なモジュールは、透過収集チューブと、少なくとも１つ、好ましくは多くの膜エンベロープと、外側ハウジングとを含む。モジュールは、様々なサイズで入手できるが、より一般的な工業用ＲＯモジュールのうちの１つは標準的な８インチ（２０．３ｃｍ）の直径及び４０インチ（１０１．６ｃｍ）の長さで入手できる。典型的な直径８インチのモジュールの場合、２０〜３１個の膜エンベロープが透過収集チューブの周りに巻回される（これは約１〜３インチ（２．５〜７．６ｃｍ）の外径を有する透過収集チューブの場合）。モジュールの外側ハウジングはＨｕｓｃｈｋｅ他への米国特許第６，２９９，７７２号及び第６，０６６，２５４号に記載されているように圧力容器内にシールを提供するための一体的な流体シールを含んでもよい。市販の渦巻状巻回モジュールの具体例としては、ＦｉｌｍＴｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＢＷ３０−４４０ｉ汽水モジュール、ＳＷ３０−ＸＬＥ−４００ｉ海水淡水化モジュール及びＮＦ−４００ナノ濾過モジュールが挙げられる。実施の際、４〜８個のモジュールが、典型的には、共通の圧力容器内に連続的に接続される。容器内の個々のモジュールは、典型的には、同じタイプのものであるが、Ｍｉｃｋｏｌｓ他の米国特許出願公開第２００７／０２７２６２８号明細書に記載されているように異なるタイプのモジュールを使用できる。
【００１０】
本発明での使用に適する渦巻状巻回モジュールが図１に２で一般的に示されている。モジュール（２）は、透過収集チューブ（８）の周りに１又は２個以上の膜エンベロープ（４）と任意選択的に使用されるフィードチャネルスペーサーシート（「フィードスペーサー」）（６）とを巻回することにより形成される。各膜エンベロープ（４）は、好ましくは、透過チャネルスペーサーシート（「透過スペーサー」）（１２）を取り囲む二つの実質的に矩形の膜シート（１０）を含む。このサンドイッチ型の構造は３つの端部（１６，１８，２０）に沿って、例えばシーラント（１４）により固定されてエンベロープを形成する一方、第４の端部（２２）が透過収集チューブ（８）と隣接しており、エンベロープ（及び任意選択的に使用される透過スペーサー（１２））の内側部分が透過収集チューブ（８）の長手方向に沿って延在する複数の開口部（２４）と流体連通する状態にある。好ましい一実施態様において、モジュール（２）は、複数のフィードスペーサーシート（６）により分離された複数の膜エンベロープ（４）を含む。膜エンベロープ（４）は、一般的に、隣接して配置された膜リーフパケットの裏側表面同士を結合することにより形成される。各リーフパケットは実質的に矩形の膜シート（１０）を含み、この実質的に矩形の膜シートは折り畳まれていて２枚の膜「リーフ」を規定しており、各リーフの表側（３４）は、互いに向かい合っており、折り目は、膜エンベロープ（４）の第４の端部と軸方向に揃っている（すなわち透過収集チューブ（８）と平行である）。折り畳まれた膜シート（１０）の向かい合う表側面（３４）の間に位置するフィードスペーサーシート（６）が示されている。この実施態様において、膜エンベロープ（４）は、２つの隣接して配置された膜リーフの裏側を結合させることによって形成される。図示されていないが、この集成体にさらなる中間層が含まれてもよい。
【００１１】
モジュールの製造の際に、透過スペーサーシートの間に膜リーフパケットを挟んで透過スペーサーシート（１２）を透過収集チューブ（８）の周囲に取り付けることができる。隣接して配置された膜リーフの裏側をそれらの縁（１６，１８，２０）の部分で封止して透過スペーサーシート（１２）を封じ込めることにより膜エンベロープ（４）を形成する。膜エンベロープ（４）及びフィードスペーサー（６）を透過収集チューブ（８）の周りに巻回又は「巻き」、互いに反対側に位置する端部にある２つの互いに反対側に位置するスクロール面（３０，３２）を形成し、そして、得られた渦巻状の束を、例えば外側ハウジングを部分的に構築されたモジュール（２）の周りに固定することができるようになるまで例えば円周方向に巻かれたテープ又は他の手段によって、所定の位置に固定する。膜エンベロープ（４）の端部（１６，１８，２０）を封止するために使用されるシーラント（１４）は、好ましくは、巻回プロセス中の各種シート材料の相対的移動の余地を残す。すなわち、硬化速度、すなわちシーラント（１４）が粘着性になる前の時間は、好ましくは、透過収集チューブ（８）の周りに膜エンベロープ（４）を集成し巻回するのに必要なものよりも長い。
【００１２】
図１に示されている矢印は、運転中のフィード及び透過のおおよその流れ方向（２６，２８）を表す。フィード流体は入口スクロール面（３０）からモジュール（２）に入り、膜シート（１０）の表側３４を流れて、反対側のスクロール面（３２）でモジュール（２）から出る。透過流体は、矢印（２８）により示されているフィード流にほぼ垂直な方向に、透過スペーサーシート（１２）に沿って流れる。実際の流体の流路は、構造体及び運転条件の詳細により変わる。
【００１３】
渦巻状巻回モジュールの様々なコンポーネントを製造するための材料は当該技術分野でよく知られている。膜エンベロープを封止するのに好適なシーラントとしては、ウレタン類、エポキシ類、シリコーン類、アクリレート類、ホットメルト接着剤及びＵＶ硬化性接着剤が挙げられる。あまり一般的でないが、例えば熱、超音波溶接及びテープの適用などの他のシーリング手段も使用できる。透過収集チューブは、典型的にはプラスチック材料、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリ（フェニレンオキシド）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどから製造される。トリコットポリエステル材料が、透過スペーサーとして一般的に使用されている。代表的なフィードスペーサーは、Ｊｏｈｎｓｏｎへの米国特許第６，８８１，３３６号に詳しく記載されている。フィードスペーサーの代表例としては、ポリエチレン、ポリエステル及びポリプロピレンのメッシュ材料、例えばＣｏｎｗｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓから商品名ＶＥＸＡＲ（登録商標）で市販されているものなどが挙げられる。モジュールの製造の際に、部分的に構築されたモジュールに長いガラス繊維を巻き、樹脂（例えば液体エポキシ）を適用し、硬化させてもよい。モジュールの入口スクロール端部と出口スクロール端部の間の圧力差のもとで膜エンベロープが移動するのを防止するように設計されたテレスコーピング防止（ａｎｔｉ−ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ）装置又はエンドキャップ（図示せず）がしばしばモジュールの両端部に装着される。エンドキャップには、通常、弾性シール（図示せず）が取り付けられており、モジュールと圧力容器（図示せず）との間に緊密な流体接続を形成する。エンドキャップのデザインの例は、例えばＦｉｌｍＴｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のｉＬＥＣ（登録商標）インターロッキングエンドキャップなど、Ｈａｌｌａｎの米国特許第６，６３２，３５６号に記載されている。渦巻状巻回型モジュールの様々な構成部品及び構造に関するさらなる詳細は例えば下記の文献に記載されている：透過収集チューブに透過スペーサーを取り付ける方法を記載したＳｏｌｉｅの米国特許第５，５３８，６４２号、トリミング操作及びインサーションポイントシールを形成するためのＵＶ接着剤の使用を記載したＪｏｎｓ他の国際公開第２００７／０６７７５１号、気体分離に特に適する様々な実施態様、構成部品及び構造を記載したＲｅｄｄｙ他の米国特許第５，０９６，５８４号。
【００１４】
本発明の目的上、膜シートのタイプは特に限定されない。膜シートの選択は、具体的な用途、フィード供給源、溶質及びファウラント（ｆｏｕｌａｎｔ）に基づく。ＲＯ及びＮＦのフラットシート膜は多くの様々な材料（例えば酢酸セルロース材料、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン）から形成されているが、最も商業的に成功した膜は薄膜コンポジット膜である。市販の薄膜コンポジット膜は典型的には不織ポリエステル材料ウェブ（例えばＰＥＴスクリム）の底層（裏側）、マイクロポーラスポリマー、例えば厚さ約２５〜１２５ミクロンのポリスルホンなどの中間層、及び約１ミクロン未満、より一般的には約０．０１０〜０．１ミクロンの薄膜ポリアミド層を含むトップ層（表側）を含む。ポリアミド層は、好ましくは、Ｃａｄｏｔｔｅ他の米国特許第４，２７７，３４４号及び５，６５８，４６０号並びにＭｉｃｋｏｌｓの米国特許第６，８７８，２７８号に記載されているようにマイクロポーラスポリスルホンの表面での多官能性アミンモノマーと多官能性アシルハライドモノマーとの界面重縮合反応により生成する。かかるポリアミド膜の修飾方法が、Ｊｏｎｓ他の米国特許第５，８７６，６０２号；Ｍｉｃｋｏｌｓの米国特許第５，７５５，９６４号、米国特許第６，２８０，８５３号及び米国特許出願公開第２００９／０１５９５２７号；Ｃａｄｏｔｔｅ他の米国特許第４，８８８，１１６号、米国特許第４，７６５，８９７号；米国特許第４，９６４，９９８号並びにＮｉｕ他の米国特許出願公開第２００７／０２５１８８３号及び米国特許出願公開第２００８／０１８５３３２号に記載されている。前述のように、ＲＯ及びＮＦ型の膜シートとそれに対応する渦巻状巻回型モジュールが本発明に関して好ましい。
【００１５】
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験する方法を含む。後述するように、この方法は、定性的、定量的、又はその両方であることができる。この方法は、好ましくは、気相環境中で実施される。すなわち、例えば水などの液体中に沈められることも、モジュールに液体を流通させる「オンライン（ｏｎ−ｌｉｎｅ）」で運転されることもない。すなわち、モジュールは、好ましくは、モジュールに加圧フィード液を流通させずに「オフライン（ｏｆｆ−ｌｉｎｅ）」時に試験される。好ましい一実施態様において、気相環境は、周囲空気、例えば大気圧及び温度（例えば１０〜３５℃）の空気を含む。しかしながら、他のガス環境、例えば、密閉もしくはフード付きチャンバー内に供給された窒素ガス又は大気よりも高い又は低い圧力の空気を使用してもよい。当該方法は、透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部を封止する工程、及び透過収集チューブ内に加圧試験ガスを導入する工程、及び渦巻状巻回型モジュールの少なくとも１つのスクロール面から出る試験ガスを検出する工程を含む。透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部を気相環境から封止する工程は特に限定されず、例えば透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部にシール材、ストッパー又はプラグを装着すること、又は透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部に液密カバーもしくはバリアーを設置するなどの様々な手段により達成できる。透過収集チューブに加圧ガスを導入する工程も同様に特に限定されず、好ましくは、約２００ｋＰａ未満、約１００ｋＰａ未満の気相環境よりも高い圧力で実施される。例えば、透過収集チューブの互いに反対側に位置する両端部と封止係合しており、かつ、加圧ガスの供給源と流体連通している管またはホースにより加圧試験ガスを透過収集チューブに導入することができる。
【００１６】
検出工程は特に限定されないが、好ましくは、物理的構造、例えば気泡などの形成を確認するというよりも、特定の試験ガス分子がモジュールのスクロール面から出て周囲の気相環境に入る際の特定の試験ガス分子の存在を確認することを含む。すなわち、検出工程は、好ましくは、気液界面、例えば気泡などの不在下で行われる。任意の入射光源及びフィルターを備えた検出器は、試験ガス分子とスクロール面の周囲の気相環境中の分子の混合物とを区別することができる。検出工程は、好ましくは、検出器がスクロール面における気相環境中の他の分子の混合物と比べて試験ガスに対してより高感度であるように試験ガス及び検出器を選択することにより達成される。検出器は、好ましくは、スクロール面におけるものに対応する気相環境中で、モル分率１０パーセント（％）未満、より好ましくはモル分率１％未満の試験ガス分子を検出することができる。
【００１７】
圧力及び真空崩壊試験（例えばＡＳＴＭ  Ｄ  ６９０８−０３に記載されているもの）の感度は、典型的には、欠陥のないモジュール内に「良好」な膜を空気が通過する速度の変動性により制限される。すなわち、バックグラウンド空気通過はモジュールごとにかなり変わる。本発明の好ましい実施態様は、スクロール面の別々の領域を空間的に分ける能力を有することにより同じモジュール内での典型的なバックグラウンドガス通過により高感度で漏れを比較することができるため、先行技術の改良がなされている。かかる改良は、乾燥状態（例えば、モジュール集成後であるが、液体フィード流をモジュールに導入するかモジュールを液体に浸漬する前、或いは、かかる液体にさらされた場合にはモジュールの強制通風乾燥後）又は湿潤状態（すなわち、予め「オンライン」で浸漬もしくは動作され、液体充填細孔を有するモジュール）でモジュールを試験して達成できる。湿潤状態で用意されたモジュールを試験する場合、静止した水は欠陥を潜在的にマスクするため、試験前にモジュールをドレインすることが好ましい。さらに、上記検出工程は、好ましくは、要素又はスクロール面内に静止した水を存在せずに実施され、例えばスクロール面上の基液界面が好ましくは防止される。
【００１８】
検出工程は、スクロール面全体又は選択した位置に集中して行うことができる。例えば、試験ガスは、試験ガスがモジュールのスクロール面から出る際に肉眼で視覚的に識別できるものであってもよい。別の実施態様において、試験ガスの分子が吸収し、蛍光を発し、又は燐光を発する光の特定の波長を感じる検出器により試験ガスを検出することができる。例えば、試験ガスにより吸収又は放出された光の波長を感じるカメラにより記録された画像から視覚的に識別することができる。かかる試験方法の感度は、カメラに到達する光を制限すること（例えばバンドパス又はカットオフフィルターを使用する）によって、又は検出中に試験ガスにより吸収された光を渦巻状巻回型モジュールのスクロール面に照射すること（図３に関連して後述する）によって、さらに高めることができる。例えば、渦巻状巻回型モジュールの封止された透過収集チューブに加圧二酸化炭素を導入してもよい。スクロール面から出る二酸化炭素の検出は、約４．１〜４．５ミクロンの波長を感じる赤外線デジタルカメラを使用してスクロール面の画像を得ることにより達成される。試験ガスとしての二酸化炭素の使用は、３．５〜４．６ミクロンの範囲内に波長を比較的吸収しない水の存在と関連する潜在的な干渉を防止する。別の実施態様において、スクロールの表面にわたって光を走査（ラスター型）し、反射光の得られた強度を位置の関数として記録する。さらに他の実施態様において、スクロール面から出る試験ガスは、非光学的手段により、例えば可燃性ガス検出器、例えば触媒ビーズセンサー、電気化学的センサー及び紙テープ検出器により検出できる。例えば、試験ガス分子の存在を検出するために、スクロール面に近い特定の位置に１又は２以上の触媒ビーズセンサーを配置することができる。スクロール面に近い特定の位置から、例えば適切な検出器に試験ガスを案内するその表面付近に配置されたチューブによって、試験ガスを交互に採取できる。スクロール面に近い複数の場所から試験ガスを順次検出することにより検出を達成できるが、スクロール面に近い複数の場所で試験ガスを同時に検出することが好ましい。しかしながら、いずれの場合でも、スクロール面の画像又はフローパターンを、検出データから構築することができ、次に、その検出データをモジュールの完全性を評価するのに使用できる。
【００１９】
好ましい一実施態様において、渦巻状巻回型モジュールの片方又は両方のスクロール面から出る試験ガスを検出する工程は、試験ガスがスクロール面（片方又は両方）から出る際の試験ガスの画像を得る工程を含む。好ましい実施態様は、カメラによりスクロール面から出る試験ガスの画像を記録又は撮影することを含む。本発明の目的上、用語「カメラ」は、例えばビデオカメラ、スチルカメラ、デジタルカメラ、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）タイプのカメラ、可視光カメラ、赤外線カメラ、赤外線検出器又は検出アレイなどのいかなる画像取り込み装置も広く包含することを意図する。例としては、例えば、赤外線カメラ、例えば、ＦＬＩＲ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．から入手可能なＴｈｅｒｍａＣａｍ（登録商標）及びＰｒｉｓｍ  ＤＳラインのサーマルイメージングカメラ、Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．から入手可能なＴＶＳ−１００シリーズＴｈｅｒｍａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、並びにＡｇｅｍａ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なＴｈｅｒｍｏｖｉｓｉｏｎ  ５５０（登録商標）などが挙げられる。画像としては、例えば、スチル、一連のスチル、又はある時間にわたる連続記録が挙げられる。さらに、画像は空間的に分解されたスペクトルグラフであってもよい。画像を適切な媒体に記録又は記憶でき、適切な媒体としては、光学、磁気又は電子媒体、例えば写真フィルム、フロッピーディスク（登録商標）、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ディスクドライバー、ＲＡＭマイクロチップ、（フラッシュ）メモリーカード、又は他のコンピュータにより読み取り可能な媒体などが挙げられるが、これらに限定されない。記憶媒体は、カメラにローカルに接続されていてもよく、あるいは、例えばカメラも取り付けられた又はカメラとも通信しているインターネット、ローカルエリアネットワーク又はワイドエリアネットワークなどの通信ネットワークに遠隔接続されていてもよい。例えば、画像をカメラにより電子的に取り込み、ワイヤレス又は有線通信回線を使用して中央サーバーに伝送することができる。画像を、例えば、別個のモニター又は一体型スクリーンへの出力により、例えばデジタルカメラの一部として、表示することもできる。同様に、例えばプリンター又はＸ−Ｙプロットへの出力により画像を表示することができる。画像又は一連の画像を、いったん取り込んだら、参照基準、例えば欠陥のない渦巻状巻回型モジュールの同様な試験条件下で撮影された相当する画像と比較することができ、また、回転対称性又は局所的な不均一さの欠如について評価することができる。比較又は評価は定性的又は定量的であることができる。
【００２０】
図２Ａ及び２Ｂに示されているように、スクロール面からの試験ガスの不均一な又は非対称的な流れ（すなわち漏れ）によって、渦巻状巻回型モジュールのスクロール面から出る試験ガスの検出によって明らかになる、モジュールの欠陥の確認が可能となる。図２Ａは、本発明の試験方法にかけられている間の透過収集チューブ（図示せず）を封止するプラグ（３５）が装着された欠陥のない渦巻状巻回型モジュールのスクロール面（３０）からの試験ガスの対称的流れの理想化像を示す。スクロール面（３０）の全体にわたって均一であることは必要でないが、それにもかかわらず、排出試験ガスの分布は、不均衡な又は孤立したガス流領域が無いことにより示されるように、一般的に対称的である。この実施態様において、試験ガスは、膜を自然に透過してフィードチャネルスペーサー中に入り、スクロール面全体にわたって比較的対称的な様式で出る。対称的に、図２Ｂは、試験ガスが膜エンベロープ内の別の渦巻状経路から逃げて（すなわち漏れて）欠陥に隣接又は並行する領域（３６，３８）においてスクロール面から不均衡に出ることを可能にする２つの欠陥を含む渦巻状巻回型モジュールのスクロール面（３０°）から試験ガスの非対称的又は不均一な流れの理想化像を示す。例えば、膜又はグルーラインにおける欠陥は、通常の透過と比べてフィードチャネルスペーサーに入る試験ガスの量を著しく増加させることができる。欠陥の位置を確認することに加えて、所定の位置においてスクロール面から出る試験ガスの体積は欠陥の特質及び大きさに関する情報を提供することもある。例えば、適切なバンドパスフィルターを備えたデジタルカメラにより取り込まれた画像において示されるように、スクロール面の所定の位置から反射された試験分子により吸収された特定の波長の光の強度は、スクロール面からである試験ガスの濃度に関係することがあり、漏れの大きさと互いに関連があることがある。かかる評価は、データベースに保存された参照画像との比較など、周知の信号処理法により容易にすることができる。かかる比較は、スチル画像（ある瞬間）又はある時間にわたってまとめられた一連の画像に基づくことができる。かかる画像の分析を促進するために、電子信号分析器及び汎用デジタルコンピュータを使用することができる。かかる装置及び適用可能な方法の使用が、米国特許第５，６４０，２３６号、米国特許第５，７６３，７６５号、米国特許第６，７６６，２５９号、米国特許第６，６８０，７７８号、米国特許出願公開第２００２／０１７６６１７号に記載されており、これらの全内容は引用により本明細書に援用する。このように、カメラにより取り込まれたスクロール面から出る試験ガスの非対称又は不均一な流れパターンは、位置と互いに関連があることがあるモジュール内の漏れを表す。様々な試験ガス、バンド幅フィルター及び照明光は、所定の用途についての各種要件と適合するように選択することができる。
【００２１】
図３は、本発明の一実施態様を実施するための理想化された構成を概略的に示す。図示されているように、カメラ（４０）が渦巻状巻回型モジュール（２）のスクロール面（３０）に向けて配置されている。カメラ（４０）は、必要に応じて、画像記憶装置及び信号プロセッサー、例えば汎用コンピュータ（４２）に接続されていてもよく、信号プロセッサーは必要に応じてカメラ（４０）により取り込まれた画像を表示するためのモニター（４４）又はプリンター（図示せず）に接続されていてもよい。前述のように、モジュール（２）のスクロール面（３０）に、必要に応じて、スクロール面（３０）から出る試験ガスにより吸収される波長を有する光を放出する光源（４６）により光を照射してもよい。プラグ３５は、透過収集チューブ（８）の片方の端部を封止し、反対側の端部は管（４８）と封止係合されている。加圧試験ガスは、加圧ガスの供給源、例えばバルブ（５２）を備えた貯蔵タンク（５０）に接続された管（４８）により透過収集チューブ（８）内に導入される。加圧試験ガスを透過収集チューブ（８）に導入したら、試験ガスは、透過チューブ（図示せず）と流体連通している膜エンベロープを通って流れる。試験ガスの一部は膜（特に膜の欠陥、例えばピンホールなど）を通過して最終的にはスクロール面（３０）においてモジュール（２）から出る。スクロール面（３０）から出る試験ガスの画像はカメラ（４０）により記録され必要に応じて記憶され、分析され、コンピュータ（４２）及びモニター（４４）を介して表示される。好ましい一実施態様において、例えば先行技術で既に記載されている公知の画像処理方法によって、画像を参照基準の画像（例えば、同様の試験条件（すなわち同じ試験ガス、圧力、画像形成の間の時間遅延など）の下で試験された欠陥のないモジュールから得られた画像）と比較する。
【００２２】
図３は、試験ガスの検出が行われるスクロール面の反対側のスクロール面（３２）から掃引ガスがモジュール（２）に導入される本発明の任意選択的な実施態様も示す。様々な方法を使用できるが、図示されている実施態様は、導管（５６）によりスクロール面（３２）に接続されたファン又は送風機（５４）の使用を含む。送風機（５４）は、スクロール面（３２）に例えば空気などの掃引ガスを押しやる。掃引ガスは、モジュールの長手方向に沿って（すなわちフィードスペーサーシートに沿って）巻回された膜エンベロープの間を進んでスクロール面（３０）から出る。掃引ガスの使用によって、スクロール面から出る試験ガスの検出を容易にすることができる。例えば、膜エンベロープの重なり合う層間でスクロール面（３０）から出るガスの各流路（矢印により示されている）を、掃引ガスによりもたらされるガス流量の増大により実質的な混合の前により長い距離及び時間維持し、それによりスクロール面上の特定の位置に関連した試験ガスの検出を容易にすることができる。一例として、掃引ガスなしでは、膜エンベロープシートの中心付近の漏れ口を通過する試験ガスは隣接する膜エンベロープ間の領域全体に広がってスクロール面上で渦巻きパターンを生じうる。この渦巻きパターンは、漏れに関する有用な情報を提供することがある。しかし、掃引ガスの存在下では、漏れ領域からの試験ガスを狭い領域に閉じ込めて試験方法の感度を高めることができる。
【００２３】
図４は、透過収集チューブ（８）への加圧ガスの導入が、透過収集チューブ（８）のセクション（５８）だけに試験ガスを導入すると同時に非試験ガス（これは試験ガスと異なるガスであり、選択した検出方法により試験ガスと区別可能なガス、例えば光の異なる波長を吸収するガス又は特定の非光学的検出器により検出されないガスである）を透過収集チューブの残りの部分に導入することを含む本発明の別の実施態様を示す。試験ガス及び非試験ガスを導入する方法は特に限定されない。図４は、エンドプラグ（６２）が透過収集チューブ（８）に挿入されている一実施態様を示す。ガスノズル（６０）は、透過収集チューブの内面と係合し、かつ、チューブ（８）の内容積の残り部分からセクション（５８）を少なくとも部分的に区分する役割を果たす突起部（６４）を含む。ガスノズル（６０）は複数のガス排出口（６６）を備え、透過収集チューブ（８）に加圧ガスを導入するために対応するガスホース（６８）が設けられている。ガスホース（６８）を、ガスの異なる供給源に選択的に接続することができる。例えば、セクション（５８）内に位置するガスホースを例えば二酸化炭素などの試験ガスの加圧供給源に接続することができ、一方、他のガスホース（６８）の全てを非試験ガスの加圧供給源に接続することができる。非試験ガスは、当該方法が実施される気相環境と同じ組成を有するものであることができる。別の実施態様において、透過収集チューブの異なるセクションへの試験ガスの導入に基づいてスクロール面から出る試験ガスの画像を記録できるように、各ガスホースに接続されたガスの加圧供給源を上記試験方法の間に変更してもよい。かかる実施態様は、モジュールの両方のスクロール面から出る試験ガスを検出するのに有用であろう。
【００２４】
別の実施態様において、試験中に膜エンベロープ上に少なくとも部分的に吸着される試験ガスが選択される。吸着の結果、モジュールを通ってスクロール面（片方又は両方）から出る試験ガスの通過が、欠陥が存在する領域を除いて、遅れる。この技術は、上記試験方法の感度を高めることができる。
【００２５】
さらに別の実施態様において、モジュール内の圧力を、例えば、先に背景技術の欄に記載したように、本発明の方法に従って加圧試験ガスを導入する前に透過収集チューブを真空に引くことによって、減少させることができる。この技術によって、透過スペーサーシート内での試験ガスのより均一な分配が可能となる。上記試験方法の前に透過収集チューブに真空を適用することによって、真空崩壊速度に基づく予備的なスクリーニングが可能となる。
【００２６】
後述するように、試験ガスの選択は、具体的な検出手段により左右されるが、ほとんどの実施態様において、試験ガスは、標準温度及び圧力（ＳＴＰ）条件下で気体状態で存在する。適用可能な試験ガスのさらなる例としては、二酸化炭素、六フッ化硫黄、及びプロパンが挙げられる。さらなる例としては、検出可能な濃度でガス混合物（例えば、空気、窒素などと混合されたもの）中に同伴するのに十分な蒸気圧をＳＴＰで有する分子、例えば水蒸気又はｎ−プロパンが挙げられる。加熱リザーバに非試験ガス（例えば検出可能でないガス）を通過させて、そうでなければ検出可能な濃度で存在しないかもしれない試験ガス（例えばジフルオロベンゼン）を同伴させることも本発明の範囲内である。
【００２７】
特に限定するわけではないが、試験ガスの選択は、例えば以下のうちの１つ又は２つ以上を含む様々な基準に基づくことができる：
１）試験ガス分子と周囲の気相環境中の分子とを区別する従来のカメラ又は非光学的検出器により容易に検出される試験ガス。かかる非光学的検出器の例としては、質量分析器、ハロゲン漏れ検出器（例えば、ハロゲン化物トーチ、加熱されたダイオードからの陽イオンの放出、コロナ放電法）及び可燃性ガス検出器（例えば触媒ビーズセンサー、電気化学的センサー）が挙げられる。
２）バックグラウンド信号、例えばモジュール又は周囲のガス中に存在しうる残留物質、例えば空気及び水蒸気などに関係するものなどと容易に区別可能な試験ガス；
３）空気と反応しない試験ガス；
４）モジュールの構成要素と反応しない試験ガス；
５）試験条件下で無毒である試験ガス（例えば開放空気環境中で低濃度で使用される二酸化炭素）；及び
６）膜エンベロープをファウリングしない試験ガス。
【００２８】
適用可能な試験ガスをキャリヤガス中に希釈してもよい。適用可能な試験ガスは、当該方法で検出可能であるのに十分な濃度で空気又は他の非試験ガス中に同伴されうる分子を含んでもよい。例えば、六フッ化硫黄、無水アンモニア、二酸化塩素、酢酸及びフレオン（Ｆｒｅｏｎ）（登録商標）（クロロフルオロカーボン及びハイドロクロロフルオロカーボン）（好ましくは約１５０ダルトン未満の分子量を有する）は、約８〜１２ミクロンの波長に敏感なカメラを使用して低濃度で光学的に検出することができ、一方、二酸化炭素、アルカン、アルケン及びアルコール（好ましくは約１５０ダルトン未満の分子量を有する）は、約３〜５の波長に対して敏感なカメラを使用して光学的に検出することができる。適用可能な試験ガスのさらなる例としては、空気又は他の非試験ガス中に同伴されうるもの及び芳香族であるものが挙げられる。先に示したように、膜上に一時的に吸着されるガスが用途によっては有利であるが、如何なるかかる相互作用も一時的であることが好ましく、特に、液体フィード流れによりモジュールを使用した後に一時的であることが好ましい。
【００２９】
上記試験方法は非破壊的であり、集成されたモジュールが包装される前のモジュール製造プロセスに組み込むことができる。先に示したように、本発明の方法は、湿潤又は乾燥状態で提供される渦巻状巻回型モジュールを試験するために使用できる。さらに、当該試験方法は、通常の製造条件、例えば室温及び室圧の下で使用できる。
【００３０】
渦巻状巻回型モジュールの具体的な設計は先に記載したものと異なってもよいが、渦巻状巻回モジュールは、２つの互いに反対側に位置する端部間に延在し、かつ、その長手方向に沿って複数の開口部を備える少なくとも１つの透過収集チューブと、透過収集チューブの周りに巻回されて互いに反対側に位置する両スクロール面を形成している少なくとも１つの膜エンベロープとを好ましくは含み、膜エンベロープは透過収集チューブに沿う開口部と流体連通（及び好ましくは封止係合）している。膜エンベロープは特に限定されず、様々な設計、組成物及び構造から成ることができる。しかしながら、幾つかの好ましい実施態様において、膜エンベロープはＲＯ又はＮＦ膜として機能する構造体を含む。
【００３１】
モジュール内の膜エンベロープの数が増えるに従って、先に記載した真空試験法と比べて本発明の好ましい実施態様はますます有利になる。好ましい一実施態様において、モジュールは５０個を超える膜エンベロープを含む。
【００３２】
上記特許及び特許出願のそれぞれの全内容は引用により本明細書に援用する。
【図１】
2013508142.tif 000003
【図２Ａ】
2013508142.tif 000004
【図２Ｂ】
2013508142.tif 000005
【図３】
2013508142.tif 000006
【図４】
2013508142.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月7日(2011.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
クロスレファレンスの記述
本願は２００９年１０月１９日に出願された米国仮出願第６１／２５２，７４６号の利益を主張する。
技術分野：
本発明は、渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験するための手段および方法に関する。本発明は、モジュールの密閉された透過収集チューブ内に加圧された試験ガスの導入と、モジュールの少なくとも１つのスクロール面から出る試験ガスの検出を含む方法を含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ＡＳＴＭ  Ｄ  ６９０８−０３（水濾過膜システムの完全性試験）は、圧力および真空の崩壊試験を含む膜システムの完全性を試験するための様々な方法を説明している。日本国特開昭５６−１２４４０３号公報及び米国特許出願公開第２００４／００１９４３８号には、熱検出を使用して中空繊維膜における欠陥を特定する方法が記載されている。欧州特許第１３００１８６号には、中空繊維濾過システムを監視する方法が記載されている。欧州特許第１７７５０１５号には、多孔性材料の完全性試験が記載されている。米国特許第２００２／１７６６１７号には、材料ウェブの連続試験方法が記載されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図２Ａ及び２Ｂに示されているように、スクロール面からの試験ガスの不均一な又は非対称的な流れ（すなわち漏れ）によって、渦巻状巻回型モジュールのスクロール面から出る試験ガスの検出によって明らかになる、モジュールの欠陥の確認が可能となる。図２Ａは、本発明の試験方法にかけられている間の透過収集チューブ（図示せず）を封止するプラグ（３５）が装着された欠陥のない渦巻状巻回型モジュールのスクロール面（３０）からの試験ガスの対称的流れの理想化像を示す。スクロール面（３０）の全体にわたって均一であることは必要でないが、それにもかかわらず、排出試験ガスの分布は、不均衡な又は孤立したガス流領域が無いことにより示されるように、一般的に対称的である。この実施態様において、試験ガスは、膜を自然に透過してフィードチャネルスペーサー中に入り、スクロール面全体にわたって比較的対称的な様式で出る。対称的に、図２Ｂは、試験ガスが膜エンベロープ内の別の渦巻状経路から逃げて（すなわち漏れて）欠陥に隣接又は並行する領域（３６，３８）においてスクロール面から不均衡に出ることを可能にする２つの欠陥を含む渦巻状巻回型モジュールのスクロール面（３０°）から試験ガスの非対称的又は不均一な流れの理想化像を示す。例えば、膜又はグルーラインにおける欠陥は、通常の透過と比べてフィードチャネルスペーサーに入る試験ガスの量を著しく増加させることができる。欠陥の位置を確認することに加えて、所定の位置においてスクロール面から出る試験ガスの体積は欠陥の特質及び大きさに関する情報を提供することもある。例えば、適切なバンドパスフィルターを備えたデジタルカメラにより取り込まれた画像において示されるように、スクロール面の所定の位置から反射された試験分子により吸収された特定の波長の光の強度は、スクロール面からである試験ガスの濃度に関係することがあり、漏れの大きさと互いに関連があることがある。かかる評価は、データベースに保存された参照画像との比較など、周知の信号処理法により容易にすることができる。かかる比較は、スチル画像（ある瞬間）又はある時間にわたってまとめられた一連の画像に基づくことができる。かかる画像の分析を促進するために、電子信号分析器及び汎用デジタルコンピュータを使用することができる。かかる装置及び適用可能な方法の使用が、米国特許第５，６４０，２３６号、米国特許第５，７６３，７６５号、米国特許第６，７６６，２５９号、米国特許第６，６８０，７７８号、米国特許出願公開第２００２／０１７６６１７号に記載されている。このように、カメラにより取り込まれたスクロール面から出る試験ガスの非対称又は不均一な流れパターンは、位置と互いに関連があることがあるモジュール内の漏れを表す。様々な試験ガス、バンド幅フィルター及び照明光は、所定の用途についての各種要件と適合するように選択することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相環境中で実施される渦巻状巻回型モジュール（２）の完全性を試験する方法であって、前記モジュール（２）は、２つの互いに反対側に位置する端部間に延在し、かつ、その長手方向に沿って複数の開口部（２４）を備える透過収集チューブ（８）と、透過収集チューブ（８）の周りに巻回されていて２つの互いに反対側に位置するスクロール面（３０，３２）を形成している少なくとも１つの膜エンベロープ（４）とを含み、前記膜エンベロープ（４）は透過収集チューブ（８）に沿う開口部（２４）と流体連通しており、
透過収集チューブ（８）の互いに反対側に位置する両端部を気相環境から封止する工程；
封止された端部から透過収集チューブ（８）に加圧ガスを導入する工程；
渦巻状巻回型モジュール（２）の少なくとも１つのスクロール面（３０）から出る試験ガスを検出する工程；及び
試験ガスの検出に基づいてスクロール面（３０）の別々の領域を空間的に分ける工程；
の一連の工程を含む、気相環境中で実施される渦巻状巻回型モジュールの完全性を試験する方法。
【請求項２】
前記検出工程が、渦巻状巻回モジュール（２）のスクロール面（３０）から出る試験ガスの画像を得ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
渦巻状巻回型モジュール（２）のスクロール面（３０）から出る試験ガスの画像がカメラ（４０）により記録される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記画像が参照基準と比較される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記試験ガスが、以下の範囲：ｉ）３．５〜４．６ミクロン及びｉｉ）８〜１２ミクロンのうちの少なくとも１つの範囲内にある波長の光を感じるカメラ（４０）により検出される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記検出工程が、試験ガスにより吸収される波長を有する光を、かかる波長に感じるカメラ（４０）により渦巻状巻回型モジュール（２）のスクロール面（３０）から出る試験ガスの画像を記録しながら、スクロール面（３０）に照射することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
透過収集チューブ（８）に加圧試験ガスを導入する工程が、透過収集チューブ（８）の１つのセクション（５８）に試験ガスを導入すると同時に、透過収集チューブ（８）の残りの部分に、選択した検出法により試験ガスと区別可能な異なるガスを導入することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記膜エンベロープが逆浸透又はナノ濾過膜を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記検出工程が、渦巻状巻回型モジュールの１つのスクロール面から出る試験ガスを検出すると同時に渦巻状巻回型モジュールの反対側のスクロール面に掃引ガスを導入することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記渦巻状巻回モジュールが乾燥状態で用意される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2013508142.tif 000008
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