KR102164846B1 - 카트리지식 중공사막 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은, 하우징과, 하우징 내에 수용된 복수의 중공사막과, 중공사막의 제1 단부를 개구한 상태에서 묶는 제1 포팅부와, 중공사막의 제2 단부를 밀봉한 상태에서 묶는 제2 포팅부와, 제1 포팅부를 하우징에 대하여 착탈 가능하게 고정하는 고정부와, 제1 포팅부와 하우징 사이를 액밀하게 밀봉하는 시일부와, 제2 포팅부를 하우징에 대하여 착탈 가능하면서, 또한 제2 포팅부와 하우징 사이를 통액 가능하게 보유지지하는 보유지지부를 구비한다.

Description

카트리지식 중공사막 모듈{CARTRIDGE TYPE HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE}

본 발명은 수 처리 분야, 발효 공업 분야, 의약품 제조 분야, 식품 공업 분야 등에서 사용하는 카트리지식 중공사막 모듈에 관한 것이다.

미생물이나 배양 세포의 배양을 수반하는 물질 생산 방법인 발효법은, 크게 (1) 회분 발효법(Batch 발효법) 및 유가 발효법(Fed-Batch 발효법)과, (2) 연속 발효법으로 분류할 수 있다.

상기 (2)의 연속 발효법에 있어서, 미생물이나 배양 세포를 분리막으로 여과하고, 여과액으로부터 화학품을 회수하는 동시에 농축액 중의 미생물이나 배양 세포를 발효 배양액에 보유지지 또는 환류시킴으로써, 발효 배양액 중의 미생물이나 배양 세포 농도를 높게 유지하는 방법이 제안되고 있다.

예를 들어, 분리막으로서 유기 고분자를 포함하는 평막을 사용한 연속 발효 장치에 있어서, 연속 발효하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 기술은 유효하게 연속 발효할 수 있지만, 평막 유닛의 설치 용적에 대한 유효 막 면적이 작기 때문에, 목적 화학품을 이 기술로 제조하는 것에 대한 비용의 장점이 충분하지 않아, 효율화의 관점에서 검토의 여지가 있었다.

상기 과제의 해결을 위하여, 연속 발효 장치에 사용하는 분리막을 유기 고분자를 포함하는 중공사막으로 한, 연속 발효 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 이 기술에서는, 막 유닛에서 단위 부피당 막 면적이 크게 취해지기 때문에, 종래의 연속 발효와 비교하여 발효 생산 효율은 각별히 높아졌다.

또한 중공사막을 사용한 분리막 모듈로서는, 다수개의 중공사막 다발이 통 형상 케이스에 수납되고, 적어도 한쪽은 중공사막의 단부면이 개구된 상태에서, 상기 중공사막 다발의 양쪽의 단부가 접착제에 의해 상기 통 형상 케이스에 고정된 일체형 모듈이 알려져 있다. 또한 발효 분야 등 증기 멸균이 필요한 분야에서는, 모듈의 비용을 저감시키기 위하여 통 형상 케이스 내에 카트리지를 장착하여 사용하는 카트리지식 모듈이 사용되는 경우가 많다. 카트리지식 중공사막 모듈의 형태로서는 예를 들어 중공사막의 한쪽의 단부를 통 형상 케이스 내에 보유지지하고, 다른 한쪽의 단부를 통 형상 케이스에 보유지지하지 않는 상태로 한 것이 제안되어 있다(특허문헌 3 참조).

일본 특허 공개 2007-252367호 공보 일본 특허 공개 2008-237101호 공보 일본 특허 공개 2012-161288호 공보

그러나 이러한 구조의 중공사막 모듈에서는, 크로스 플로우 여과 시나, 에어 스크러빙 시에 유체의 흐름에 의해 중공사막이 부상하여, 막이 절곡되어 손상되는 경우가 있었다. 크로스 플로우 여과나 에어 스크러빙에서는, 일반적으로 모듈의 하방향으로부터 상방향을 향하여 유체를 흘린다. 그 때문에 흐름에 의한 응력이 발생하여, 모듈 하부의 포팅부나 중공사막을 상방향으로 밀어올리는 힘이 작용한다. 여기서 중공사막의 하방의 단부가 통 형상 케이스에 보유지지되어 있지 않은 상태이면, 중공사막이 부상하여, 막이 절곡되어 손상되는 경우가 있었다.

한편, 중공사막 모듈을 발효 등의 용도로 사용하는 경우, 잡균에 의한 오염을 방지하기 위하여 증기 멸균이 필요해진다. 증기 멸균의 표준적인 조건은 121℃, 20분이며, 온도가 저하되면 멸균성을 확보하는 데 필요한 시간이 매우 길어지기 때문에, 온도를 121℃ 이상으로 유지하는 것이 중요하다. 증기 멸균 시에 모듈 내에서 에어의 체류나 스팀 드레인의 체류가 발생하면, 승온 불량으로 되어, 멸균성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 에어는 상향의 대로(袋路) 공간에 체류되기 쉽고, 스팀 드레인은 하향의 대로 공간에 체류되기 쉽기 때문에, 가능한 한 이러한 체류부를 적게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시의 중공사막의 부상을 억제하고, 또한 증기 멸균성을 확보한 카트리지식 중공사막 모듈을 제공하는 것을 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 (1) 내지 (10)의 구성을 갖는다.

(1) 하우징과, 상기 하우징 내에 수용된 복수의 중공사막과, 상기 중공사막의 제1 단부를 개구한 상태에서 묶는 제1 포팅부와, 상기 중공사막의 제2 단부를 밀봉한 상태에서 묶는 제2 포팅부와, 상기 제1 포팅부를 상기 하우징에 대하여 착탈 가능하게 고정하는 고정부와, 상기 제1 포팅부와 상기 하우징 사이를 액밀하게 밀봉하는 시일부와, 상기 제2 포팅부를 상기 하우징에 대하여, 착탈 가능하면서, 또한 상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이를 통액 가능하게 보유지지하는 보유지지부를 구비하며, 상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이에 간극이 형성되고, 상기 제2 포팅부는 상기 하우징의 직경 방향 및 축 방향으로 이동 가능하고, 상기 보유지지부는, 상기 제2 포팅부의 상기 하우징에 대한 축 방향으로의 이동을 규제하는, 카트리지식 중공사막 모듈.

(2) 상기 하우징에는, 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치에 적어도 1개의 제1 보유지지 홈이 형성되고, 상기 제2 포팅부의 외주면에는 상기 제1 보유지지 홈에 대향하는 위치에 적어도 1개의 제2 보유지지 홈이 형성되고, 상기 보유지지부는 핀이며, 상기 핀은 상기 제1 보유지지 홈과 상기 제2 보유지지 홈에 삽입되는, 상기 (1)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(3) 상기 하우징에는, 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치에 제1 보유지지 홈이 형성되고, 상기 제2 포팅부의 외주면에는 상기 제1 보유지지 홈에 대향하는 위치에 제2 보유지지 홈이 형성되고, 상기 보유지지부는 적어도 1개의 절결을 갖는 링상 부재이며, 상기 링상 부재는 상기 제1 보유지지 홈과 상기 제2 보유지지 홈에 삽입되는, 상기 (1)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(4) 상기 하우징의 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치 또는 상기 제2 포팅부의 상기 하우징의 내주면에 대향하는 위치에 적어도 1개의 보유지지 홈이 형성되고, 상기 하우징이 보유지지 홈을 구비하는 경우에는 상기 제2 포팅부의 상기 보유지지 홈에 대향하는 위치에 상기 보유지지부가 설치되고, 상기 제2 포팅부가 보유지지 홈을 구비하는 경우에는 상기 하우징의 상기 보유지지 홈에 대향하는 위치에 상기 보유지지부가 설치되고, 상기 보유지지부는 핀이며, 상기 핀은 상기 보유지지 홈에 삽입되는, 상기 (1)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(5) 상기 제2 포팅부가 상기 제1 포팅부와는 반대의 방향으로 이동했을 때에, 상기 보유지지부는, 상기 제1 보유지지 홈 및 상기 제2 보유지지 홈에 선접촉함으로써 상기 제2 포팅부를 보유지지하는, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(6) 상기 제2 포팅부가 상기 제1 포팅부와는 반대의 방향으로 이동했을 때에, 상기 보유지지부는, 상기 보유지지 홈과 선접촉함으로써 상기 제2 포팅부를 보유지지하는, 상기 (4)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(7) 상기 하우징은 제1 고정구를 적어도 1개 구비하고, 상기 제2 포팅부는 제2 고정구를 적어도 1개 구비하고, 상기 보유지지부는 끈상 부재이며, 상기 끈상 부재는 상기 제1 고정구와 상기 제2 고정구를 연결하는, (1)에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(8) 상기 제2 포팅부에는 상기 제2 포팅부를 상기 하우징의 축 방향으로 관통하는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍 중 적어도 1개의 관통 구멍의 개구부가, 상기 제2 포팅부의 제1 포팅부와의 대향면에서, 상기 대향면의 가장 낮은 부위로부터 높이 3㎜ 이내의 범위의 영역에 설치되는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(9) 상기 제2 포팅부에는 상기 제2 포팅부를 상기 하우징의 축 방향으로 관통하는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍의 유로 면적과, 상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이의 간극의 유로 면적과의 합이, 하우징의 단면적의 5％ 이상 30％ 이하인, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

(10) 상기 제1 포팅부의 하방에 정류통을 구비하고, 정류통의 하단부와 상기 하우징 사이에 간극이 형성되는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 카트리지식 중공사막 모듈.

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시의 중공사막의 부상을 억제하여, 중공사막의 손상을 억제하는 효과가 있다. 또한 본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은 증기 멸균성을 확보할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈의 개략 종단면도이다.
도 2는 중공사막 카트리지의 개략 단면도이다.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 1의 카트리지식 중공사막 모듈의 제2 포팅부의 측면도이다.
도 5는 도 1의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 6은 도 1의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 7은 도 1의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈의 개략 종단면도이다.
도 9는 도 8의 B-B선 단면도이다.
도 10은 도 8의 카트리지식 중공사막 모듈의 제2 포팅부의 측면도이다.
도 11은 도 8의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 12는 도 8의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈의 개략 종단면도이다.
도 14는 도 13의 C-C선 단면도이다.
도 15는 도 13의 카트리지식 중공사막 모듈의 제2 포팅부의 측면도이다.
도 16은 도 13의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 17은 도 13의 카트리지식 중공사막 모듈의 보유지지부 부근의 확대도이다.
도 18은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈의 개략 종단면도이다.
도 19는 카트리지식 중공사막 모듈의 제2 포팅부의 상면도이다.
도 20은 도 19의 D-D선 단면도이다.
도 21은 도 19의 E-E선 단면도이다.
도 22는 원심 포팅 방법을 설명하는 개략도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈을 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서, 「상」, 「하」는, 도면에 나타내는 상태에 기초하고 있으며, 편의적인 것으로서, 원수가 유입되는 측을 「하」 방향, 여과액이 유출되는 측을 「상」 방향으로 한다. 통상 중공사막 모듈의 사용 시의 자세에 있어서, 상하 방향은 도면에서의 상하 방향과 일치한다.

(제1 실시 형태)

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 구성에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 개략 종단면도이며, 도 2는 중공사막 카트리지(100)의 개략 단면도이다.

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101A)은, 하우징과, 상기 하우징 내에 수용된 복수의 중공사막(1)과, 상기 중공사막의 제1 단부를 개구한 상태에서 묶는 제1 포팅부(24)와, 상기 중공사막(1)의 제2 단부를 밀봉한 상태에서 묶는 제2 포팅부(25)와, 상기 제1 포팅부(24)를 상기 하우징에 대하여 착탈 가능하게 고정하는 고정부와, 상기 제1 포팅부(24)와 상기 하우징 사이를 액밀하게 밀봉하는 시일부와, 상기 제2 포팅부(25)를 상기 하우징에 대하여, 착탈 가능하면서, 또한 상기 제2 포팅부(25)와 상기 하우징 사이를 통액 가능하게 보유지지하는 보유지지부를 구비하고 있다.

여기서 제2 포팅부(25)와 하우징 사이에는, 직경 방향으로 간극(26)이 형성되어 있고, 축 방향으로 간극(27)이 형성되어 있다.

또한, 「축 방향」이란, 도 1 등에 도시하는 통 형상 케이스(3)의 높이 방향(도 1의 상하 방향)에 일치한다. 또한, 직경 방향이란, 하우징 및 포팅부(24 및 25)의 직경 방향이다. 도 9에는 하부 캡(5) 및 제2 단부 케이스(9)의 횡단면 형상을 원으로 나타내고 있다. 상기 「직경 방향」이란, 이 원의 직경 방향과 일치한다.

제2 포팅부(25)는 하우징의 직경 방향 및 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있지만, 보유지지부에 의해 제2 포팅부(25)의 하우징에 대한 축 방향으로의 이동을 규제하여, 제2 포팅부(25)의 가동 범위를 일정한 범위 내로 규제하고 있다. 즉 보유지지란 일정한 범위 내로 이동 가능한 상태에서, 제2 포팅부(25)의 이동을 규제하는 것을 의미한다. 또한, 제2 포팅부(25)의 직경 방향의 이동에 대해서는 하우징에 의해 규제되고 있다.

여기서 제2 포팅부(25)의 하우징에 대한 축 방향의 가동 범위는 0.5㎜ 이상, 중공사막의 유효 길이의 5％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기서 중공사막의 유효 길이란, 접착제로 접착되어 있지 않은, 여과 가능한 부분의 길이를 의미한다. 가동 범위가 0.5㎜ 미만이면 보유지지부와 제2 포팅부(25) 또는 보유지지부와 하우징 사이의 간극이 작아, 증기 멸균 시에 증기가 침입되기 어렵기 때문에 멸균 불량이 발생할 가능성이 있어, 바람직하지 않다. 또한 가동 범위가 5％보다 크면 중공사막이 절곡되어 손상될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.

이하, 실시 형태로서 나타내는 중공사막 모듈은, 모두 외압식이다. 여기서 외압식이란 중공사막의 외측으로부터 원수를 공급하여, 중공사막의 내측(중공부측)을 향하여 여과를 행하는 여과 방식이다.

<하우징>

하우징은 중공사막 카트리지(100)를 내부에 설치시키는 것이며, 중공상의 통 형상 케이스(3)와, 상기 통 형상 케이스(3)의 양단부에 설치된 상부 캡(4)과 하부 캡(5)으로 구성되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 통 형상 케이스(3)의 상부에는 여과액 출구(11)를 갖는 상부 캡(4)이, 통 형상 케이스(3)의 하부에는 원수 유입구(10)를 갖는 하부 캡(5)이 각각 액밀하면서 또한 기밀하게 접속되어 있다. 상부 캡(4)과 하부 캡(5)을 통 형상 케이스(3)에 접속하는 방법으로서는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 가스킷(16)을 사용하여, 클램프 등으로 고정하는 방법을 들 수 있다.

통 형상 케이스(3)는, 그 상단부 및 하단부에 통 형상 케이스(3)의 전체 둘레에 걸쳐 플랜지부(3A, 3B)를 갖고 있다. 또한, 통 형상 케이스(3)의 측부에는 상부 캡(4) 가까이에 원수 출구(12)가 형성되어 있다.

상부 캡(4)은 통 형상 케이스(3)의 내경과 대략 동등한 내경을 갖고, 그 상단부측이 직경 축소되어 여과액 출구(11)를 형성하고 있다. 상부 캡(4)의 하단부측에는 통 형상 케이스(3)와 접속했을 때에 제1 포팅부(24)의 제1 단부 케이스(7)를 고정하는 홈을 형성하기 위한 단차부(4A)가 상부 캡(4)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 통 형상 케이스(3)와 상부 캡(4)을 접속했을 때에 상부 캡(4)의 하단부가 통 형상 케이스(3)의 상단부의 플랜지부(3A)와 접촉하여 상기 홈(고정부)이 형성되고, 이 홈(고정부)에 의해 후술하는 제1 포팅부(24)의 제1 단부 케이스(7)의 플랜지부(7A)를 고정한다.

하부 캡(5)은 통 형상 케이스(3)의 내경과 대략 동등한 내경을 갖고, 그 하단부측이 직경 축소되어 원수 유입구(10)를 형성하고 있다. 하부 캡(5)의 상단부측에는, 통 형상 케이스(3)와 접속했을 때에 보유지지부를 삽입하는 오목부를 형성하기 위한 단차부(5A)가 복수 개소(제1 실시 형태에서는 4개소)에 등간격으로 형성되어 있다. 통 형상 케이스(3)와 하부 캡(5)이 접속되면, 하부 캡(5)의 상단부가 통 형상 케이스(3)의 하단부의 플랜지부(3B)와 접촉함으로써, 하부 캡(5)의 상면과 통 형상 케이스(3)의 플랜지부(3B)의 하면 사이에 제1 보유지지 홈(17)이 형성된다. 제1 실시 형태에서는, 이 제1 보유지지 홈(17)에는 핀(보유지지부)(18)이 삽입된다.

<중공사막 모듈>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈(101A)은, 그 하우징 내에 도 2에 도시하는 중공사막 카트리지(100)를 장착한다. 중공사막 카트리지(100)는 복수의 중공사막(1)을 구비하고, 하우징의 여과액 출구(11)측에 배치되는 제1 포팅부(24)와 하우징의 원수 유입구(10)측에 배치되는 제2 포팅부(25)를 갖고 있다.

<제1 포팅부>

하우징의 여과액 출구(11)측에 배치되는 중공사막 카트리지(100)의 상단부측인 제1 포팅부(24)는, 다수개의 중공사막(1)을 포함하는 중공사막 다발(2)의 제1 단부를 접착제 등으로 접착하여 제1 접착부(6)를 형성하고, 제1 접착부(6)를 제1 단부 케이스(7)에 수납하여 구성되어 있다. 여기서, 중공사막 다발(2)은 중공사막(1)의 상방의 단부면이 개구된 상태에서 묶여 있다. 제1 단부 케이스(7)는 원통 형상이며, 그 상단부에는 제1 단부 케이스(7)의 전체 둘레에 걸쳐 플랜지부(7A)를 갖고 있다. 제1 단부 케이스(7)의 플랜지부(7A)를 통 형상 케이스(3)와 상부 캡(4)을 접속시켰을 때에 형성된 홈(고정부)에 삽입함으로써, 제1 포팅부(24)는 통 형상 케이스(3)의 상단부에 액밀하면서 또한 기밀하게 고정된다.

중공사막(1)의 외측으로부터 공급된 원수는 중공사막(1)을 투과하고, 투과된 여과액은 중공사막(1)의 중공부를 통과하여 상기 중공사막(1)의 개구부로부터 배출된다.

제1 실시 형태에서는 제1 단부 케이스(7)를 사용하고 있지만, 반드시 제1 단부 케이스(7)를 사용할 필요는 없으며, 제1 접착부(6)만으로 제1 포팅부(24)를 형성시킬 수도 있다.

<정류통>

제1 단부 케이스(7)에는, 그의 하측(즉, 원수 유입구(10)측)에 축 방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 갖는 통 형상의 정류통(14)이 설치되어 있다. 정류통(14)은 슬릿 부분으로부터 통액할 수 있다. 정류통(14)은 처리 원수의 편류를 방지할 목적으로, 하우징의 원수 출구(12) 주변에 설치된다. 카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 증기 멸균하는 경우, 정류통의 하단부에 대해서도 스팀 드레인의 체류를 방지하기 위하여, 통 형상 케이스(3)와의 사이에 스팀 드레인 배출을 위한 간극(28)을 형성하는 것이 바람직하다. 스팀 드레인의 배출성을 향상시키기 위하여, 간극(28)은, 모듈의 직경 방향으로 0.5㎜ 이상 형성하는 것이 바람직하고, 1㎜ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 간극(28)이 0.5㎜ 미만이면 스팀 드레인이 배출되기 어려워, 승온 불량이 발생할 가능성이 있다. 공급되는 증기의 온도를 높이면, 스팀 드레인이 체류되어도 충분히 승온시키는 것도 가능하지만, 가능한 한 스팀 드레인의 체류를 적게 하는 것이 바람직하다. 또한 간극(28)은 통 형상 케이스(3)의 내경의 4％ 이하인 것이 바람직하고, 2％ 이하가 보다 바람직하다. 간극(28)이 통 형상 케이스(3)의 내경의 4％보다 크면, 크로스 플로우 여과 시에 간극(28)을 통과하는 유량이 많아지고, 중공사막 모듈의 직경 방향의 중앙부 부근을 통과하는 유량이 적어지기 때문에, 크로스 플로우에 의한 막의 세정 효율이 저하된다.

<제2 포팅부>

하우징의 원수 유입구(10)측에는, 중공사막 카트리지(100)의 하단부측인 제2 포팅부(25)가 배치되어 있다. 중공사막(1)의 제2 단부가 위치하는 제2 포팅부(25)는 후술하는 <제2 포팅부의 제작 방법>에 의해 제작되고, 다수개의 중공사막(1)을 포함하는 중공사막 다발(2)을 접착제 등으로 접착하여 제2 접착부(8)를 형성하고, 제2 접착부(8)를 제2 단부 케이스(9)에 수납하여 구성되어 있다. 여기서, 중공사막(1)의 중공부는 접착제로 밀봉되어 개구되지 않는 상태로 되어 있다. 제2 단부 케이스(9)는 하방에 저부를 갖는 원통 형상이며, 그 외경은 하우징의 내경보다도 작게 구성되어 있다.

또한, 제2 포팅부(25)는 하우징의 축 방향으로 관통하는 관통 구멍(13)을 갖고 있으며, 원수의 유로 역할을 담당하고 있다. 제2 포팅부(25)의 직경 방향에서의 원수의 유로는 관통 구멍(13)과 간극(26)이며, 관통 구멍(13)의 유로 면적과, 제2 포팅부(25)와 하우징 사이의 간극(26)의 유로 면적과의 합이, 하우징(구체적으로는, 통 형상 케이스(3))의 단면적의 5％ 이상 30％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 간극(26)에 보유지지부가 존재하는 경우, 유로 면적은 관통 구멍(13)의 단면적과 간극(26)의 단면적의 합으로부터, 간극(26) 중에서 보유지지부가 존재하는 면적을 차감한 면적으로 된다.

이 유로 면적(단면적)의 합계가 통 형상 케이스(3)의 단면적의 5％ 미만이면 유로 면적이 적기 때문에 크로스 플로우 여과의 원수 통액 시의 압력 손실이 커진다. 압력 손실이 크면 제2 포팅부(25)를 상방향으로 밀어올리는 힘이 커지기 때문에, 보유지지부에의 부하가 커져, 보유지지부가 파손될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한 유로 면적이 적으면, 원수의 흐름에 치우침이 발생하기 쉬워져, 원수의 흐름에 의한 중공사막 다발의 세정 효과가 저하된다. 한편, 단면적의 합계가 30％보다 크면, 제2 포팅부(25) 내에서, 중공사막을 충전 가능한 면적이 적어진다. 중공사막을 충전 가능한 면적이 적어지면, 중공사막의 충전율(충전 밀도)이 커져, 중공사막 사이에 증기가 침입하기 어려워져, 멸균 불량이 발생할 가능성이 있기 때문에, 바람직하지 않다.

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은, 보유지지부에 의해 제2 포팅부(25)를 보유지지하고, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 중공사막의 부상을 억제할 수 있는 것이 특징이다.

제2 단부 케이스(9)에는 그 외주면에, 하우징에 형성된 제1 보유지지 홈(17)에 대향하는 위치에 오목 형상의 제2 보유지지 홈(19)이 형성되어 있다(도 4 참조). 하우징에는 제1 보유지지 홈(17)이 형성되어 있으므로, 제2 보유지지 홈(19)을 제1 보유지지 홈(17)과 대향시켰을 때에 형성되는 공간에 보유지지부로서 핀(18)을 삽입할 수 있다(도 5 참조). 즉, 핀(18)은 제1 보유지지 홈(17) 및 제2 보유지지 홈(19) 양쪽에 삽입된다. 이와 같이 구성함으로써, 핀(18)이 제2 단부 케이스(9)의 위치를 일정한 범위 내에 보유지지하기 위하여, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 중공사막의 부상을 억제할 수 있다.

또한 핀(18)으로 제2 포팅부(25)를 보유지지하는 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 제2 포팅부(25)와 하우징 사이의 간극(26)에 대하여, 통액 가능한 유로를 확보할 수 있어, 증기 멸균 시에 스팀 드레인을 배출할 수 있다.

제1 실시 형태에서는 제2 단부 케이스(9)를 사용하고 있지만, 반드시 제2 단부 케이스(9)를 사용할 필요는 없으며, 제2 접착부(8)만으로 제2 포팅부(25)를 형성시킬 수도 있다. 이 경우, 제2 접착부(8)의 외주면에 제2 보유지지 홈(19)을 형성시킨다.

<핀의 구성>

제1 실시 형태에 사용하는 핀(18)은, 도 5에 도시한 바와 같이 중공사막 카트리지(100)측에 배치되는 핀 내측 상면(18A)과 핀 내측 하면(18B)과, 하우징측에 배치되는 핀 외측 상면(18C)과 핀 외측 하면(18D)을 갖고 있다.

핀 내측 상면(18A)은, 선단부를 향하여 하강하는 경사면을 갖고 있다. 핀 내측 하면(18B)과 핀 외측 상면(18C)은 제2 보유지지 홈(19)의 저면(저부)(19B)과 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(천장부)(17A)과 각각 평행한 평탄면을 갖고 있다. 그리고, 핀 외측 하면(18D)은, 선단이 직경 축소된 예각상으로 형성되어 있다.

<중공사막 카트리지(100)의 하우징에의 설치>

중공사막 카트리지(100)를 하우징에 장착할 때는, 먼저 중공사막 카트리지(100)를 통 형상 케이스(3)에 삽입하여, 통 형상 케이스(3)의 플랜지부(3A)의 상면에 제1 포팅부(24)의 제1 단부 케이스(7)의 플랜지부(7A)를 보유지지시킨다. 이어서, 상부 캡(4)의 하단부를, 가스킷(16)을 개재하여 통 형상 케이스(3)의 플랜지부(3A)에 접촉시켜, 클램프 등으로 고정한다.

계속하여 중공사막 카트리지(100)의 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)에 핀(18)을 삽입하여, 하부 캡(5)을 접속한다. 접속 방법은 상부 캡(4)과 마찬가지이며, 하부 캡(5)의 상단부를, 가스킷(16)을 개재하여 통 형상 케이스(3)의 플랜지부(3B)에 접촉시켜, 클램프 등으로 고정한다.

이와 같이 하여 조립된 카트리지식 중공사막 모듈(101A)은, 핀(18)이 하우징의 제1 보유지지 홈(17)과 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)으로 형성한 공간에 삽입되기 때문에, 제2 포팅부(25)를 보유지지할 수 있다(도 5 참조). 보유지지 개소가 1개소뿐이면, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시의 수압에 의해 핀(18)이 탈락되기 쉬워지기 때문에, 핀(18)은 2개소 이상 형성되는 것이 바람직하다(제1 실시 형태에서는 4개소).

<시일부>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈(101A)에서는, 제1 포팅부(24)와 하우징 사이에 시일부가 설치되어 있음으로써, 원수측과 여과액측이 액밀하면서 또한 기밀하게 분리된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 포팅부(24)와 통 형상 케이스(3) 사이에 O링(15) 또는 가스킷 등의 시일재를 설치함으로써 원수측과 여과액측을 액밀하면서 또한 기밀하게 분리할 수 있다. O링이나 가스킷의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 내열성이 우수하고, 산, 알칼리, 염소 등에의 내성도 강한 재료이면 보다 바람직하게 사용된다. 재료의 예로서는, 불소 고무, 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM) 등을 들 수 있다.

또한 카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 증기 멸균하는 경우, 원수 출구(12)로부터 증기가 공급되어, 발생된 스팀 드레인은 원수 유입구(10)로부터 배출되지만, 모듈 상부에 상향의 공간이 있으면, 공기가 체류되어 충분히 승온되지 않아, 멸균 불량으로 되는 경우가 있다. 그 때문에 도면에 도시한 바와 같이 제1 포팅부(24)와 통 형상 케이스(3) 사이에 O링(15)을 설치하고, 증기의 공급부보다도 상향의 공간을 적게 하는 것이 바람직하다.

<제2 포팅부와 하우징의 간극>

도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.

카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 증기 멸균하는 경우, 도 1, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 포팅부(25)와 하우징(즉, 통 형상 케이스(3)와 하부 캡(5)) 사이에 간극(26)을 형성하는 것이 바람직하다. 간극(26)을 형성함으로써 제2 포팅부(25)와 하우징 사이를 통액 가능하게 할 수 있어, 증기 멸균 시에 발생한 스팀 드레인은 이 간극(26)으로부터 배출할 수 있다. 간극(26)은, 제2 단부 케이스(9)의 외경과 하우징의 내경을 조정함으로써 원하는 간격으로 할 수 있다. 스팀 드레인의 배출성을 향상시키기 위하여, 간극(26)은, 모듈의 직경 방향으로 0.5㎜ 이상 형성하는 것이 바람직하고, 1㎜ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 간극(26)이 0.5㎜ 미만이면 스팀 드레인이 배출되기 어려워, 승온 불량이 발생할 가능성이 있다. 공급되는 증기의 온도를 높이면, 스팀 드레인이 체류되어도 충분히 승온시키는 것도 가능하지만, 가능한 한 스팀 드레인의 체류를 적게 하는 것이 바람직하다. 또한 간극(26)은 통 형상 케이스(3)의 내경의 4％ 이하인 것이 바람직하고, 2％ 이하가 보다 바람직하다. 간극(26)이 통 형상 케이스(3)의 내경의 4％보다 크면, 크로스 플로우 여과 시에 간극(26)을 통과하는 유량이 많아지고, 중공사막 모듈의 직경 방향의 중앙부 부근을 통과하는 유량이 적어지기 때문에, 크로스 플로우에 의한 막의 세정 효율이 저하된다.

또한 제2 포팅부(25)와 하부 캡(5) 사이에서 축 방향에 대해서도 간극을 형성함으로써, 스팀 드레인을 배출할 수 있다. 이 간극에 대해서는 스팀 드레인의 배출성을 확보하기 위하여 0.5㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1㎜ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.

예를 들어 제2 포팅부(25)와 하부 캡(5) 사이에 O링 등의 시일재를 설치하고, 제2 포팅부(25)와 하부 캡(5) 사이를 액밀하게 시일하면, 시일재의 상부에 스팀 드레인이 체류되어 충분히 승온되지 않아, 멸균 불량으로 되는 경우가 있기 때문에, 바람직하지 않다.

<카트리지식 중공사막 모듈의 크로스 플로우 여과 방법>

원수는 하부 캡(5)의 원수 유입구(10)로부터 카트리지식 중공사막 모듈(101A) 내에 유입되고, 중공사막(1)을 투과하지 않은 원수는 원수 출구(12)로부터 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 외부로 배출된다. 중공사막(1)의 외측으로부터 내측으로 투과한 여과액은, 중공사막(1)의 중공부를 통과하여, 상부 캡(4)의 여과액 출구(11)로부터 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 외부로 배출된다.

이와 같이 막면에 대하여 원수를 평행하게 흘리면서 여과하는 방식을 크로스 플로우 여과라고 칭하고, 원수 중의 현탁 물질 등이 막면에 퇴적되는 것을 억제하는 효과가 있다. 또한, 원수 출구(12)를 폐지하면, 원수를 모두 여과하는 전량 여과를 행할 수도 있다. 또한 원수 유입구(10)로부터 에어를 공급함으로써 에어 스크러빙을 행하여, 중공사막의 세정을 행할 수도 있다. 유입된 에어는 원수 출구(12)로부터 배출된다.

이와 같이 크로스 플로우 여과나 에어 스크러빙에서는 유체가 모듈 하부의 원수 유입구(10)로부터 모듈 내에 유입되고, 모듈 상부측 측면의 원수 출구(12)로부터 배출되기 때문에, 상승류에 의해 제2 포팅부(25) 및 중공사막(1)을 상방향으로 밀어올리는 힘이 작용한다. 제2 포팅부(25)가 보유지지되어 있지 않으면 제2 포팅부 및 중공사막(1)이 밀어올려져, 중공사막이 절곡되어 손상될 가능성이 있다.

<카트리지식 중공사막 모듈의 증기 멸균 방법>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈을 발효 등의 용도로 사용하는 경우, 잡균에 의한 오염을 방지하기 위하여 증기 멸균이 필요해진다. 증기 멸균의 표준적인 조건은 121℃, 20분이며, 온도가 저하되면 멸균성을 확보하는데 필요한 시간이 매우 길어지기 때문에, 온도를 121℃ 이상으로 유지하는 것이 중요하다. 증기 멸균 시에 모듈 내에서 에어의 체류나 스팀 드레인의 체류가 발생하면, 승온 불량으로 되어, 멸균성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 에어는 상향의 대로 공간에 체류되기 쉽고, 스팀 드레인은 하향의 대로 공간에 체류되기 쉽기 때문에, 가능한 한 이러한 체류부를 적게 하는 것이 바람직하다.

증기 멸균에서는 발생하는 스팀 드레인의 배출 때문에, 통상 배관의 상방향으로부터 하방향을 향하여 증기를 공급한다. 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 원수측의 영역을 증기 멸균하는 경우, 원수 출구(12)로부터 증기를 공급하고, 원수 유입구(10)로부터 스팀 드레인을 배출하면 된다. 또한 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 여과액측의 영역을 증기 멸균하는 경우, 여과액 출구(11)로부터 증기를 공급하고, 원수 유입구(10)로부터 스팀 드레인을 배출하면 된다. 이때 제2 포팅부(25)에 형성된 관통 구멍(13)은 스팀 드레인의 배출구 역할도 행한다.

<제2 포팅부의 제작 방법>

중공사막(1)끼리 접착제로 묶는 것은, 포팅이라고 불린다. 포팅의 방법으로서는, 원심력을 이용하여 액상의 접착제를 중공사막 사이로 침투시키고 나서 경화시키는 원심 포팅법과, 액상의 접착제를 정량 펌프 또는 헤드에 의해 송액하여 자연스럽게 유동시킴으로써 중공사막 사이로 침투시키고 나서 경화시키는 정치 포팅법을 대표적인 방법으로서 들 수 있다.

원심 포팅법은 원심력에 의해 접착제가 중공사막 사이로 침투되기 쉬워, 고점도의 접착제도 사용할 수 있다. 또한 원심 포팅법을 행하면, 원심력의 영향으로 도 20과 같이 모듈의 중앙부에 오목부를 할 수 있다. 또한 중력의 영향으로, 도 21과 같이 포팅 시의 상방향과 하방향에서 경사가 형성된다. 따라서 제2 접착부 상면(8A)(제2 포팅부의 제1 포팅부와의 대향면)에서, 포팅 시의 상방향에 해당하는 부분이 경사의 하방으로 된다(도 19의 점선으로 둘러싼 영역). 따라서 모듈 내에서 발생한 스팀 드레인(29)은 포팅 시의 상방향으로 체류되어, 승온 불량이 발생할 가능성이 있다.

한편, 정치 포팅법에서는, 제2 단부 케이스(9)를 연직 방향으로 세움으로써 제2 접착부 상면(8A)을 수평하게 할 수도 있고, 제2 단부 케이스(9)를 연직 방향으로부터 경사진 상태에서 포팅을 행함으로써 제2 접착부 상면(8A)에 경사를 형성시킬 수도 있다. 제2 접착부 상면(8A)이 수평하면, 관통 구멍(13)의 개구부(13A)가 특정한 위치에 없어도 스팀 드레인(29)을 배출시킬 수 있다. 제2 접착부 상면(8A)에 경사가 형성된 경우, 경사의 하방에 스팀 드레인(29)이 체류되어, 승온 불량이 발생할 가능성이 있다.

공급되는 증기의 온도를 높이면, 스팀 드레인(29)이 체류되어도 충분히 승온시키는 것도 가능하지만, 가능한 한 스팀 드레인(29)의 체류를 적게 하는 것이 바람직하다. 그 때문에 제2 접착부 상면(8A)에서, 경사의 하방에 스팀 드레인(29) 배출을 위한 관통 구멍(13)의 개구부(13A)를 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 제2 접착부 상면(8A)의 가장 낮은 부위로부터 높이 3㎜ 이내의 범위의 영역에 관통 구멍(13)의 개구부(13A)를 형성하는 것이 바람직하고, 높이 1㎜ 이내의 범위의 영역에 관통 구멍(13)의 개구부(13A)를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 제2 접착부 상면(8A)의 가장 낮은 부위에 관통 구멍(13)의 개구부(13A)를 형성하는 것이 가장 바람직하다.

<원심 포팅 방법>

원심 포팅 방법의 예를 도 22에 도시한다. 포팅용 통 형상 케이스(31)(상하로 분할 가능)에 미리 접착제로 제1 단부측을 눈먹임한 중공사막 다발(2)을 삽입하여, 제1 단부측에 제1 단부 케이스(7)와 제1 단부용 포팅 캡(32)을 장착하고, 제2 단부측에 제2 단부 케이스(9)와 제2 단부용 포팅 캡(33)을 장착한다. 눈먹임이란 중공사막의 단부의 중공부를 접착제로 매립하여 경화시킴으로써, 원심 포팅 시에 그 이상 접착제가 중공사막의 중공부까지 침입하는 것을 방지하기 위하여 행한다. 이것은 중공부의 안측까지 접착제가 침입하여 경화되면, 포팅 후에 접착부를 절단해도 중공사막이 개구되지 않아, 통액할 수 없게 되기 때문이다. 또한 제2 단부 케이스(9)의 저면에는 구멍이 형성되고, 관통 구멍 형성 핀(34)이 삽입되어 있다.

이것을 원심 성형기 내에 설치하고, 접착제 투입기(30)와 튜브(35)를 포팅용 통 형상 케이스(31)에 접속한다. 그 후 원심 성형기를 회전시켜, 접착제 투입기에 접착제를 투입하면, 원심력으로 접착제가 제1 단부 케이스 및 제2 단부 케이스에 주입된다. 접착제가 경화되면 원심을 정지하고, 양단의 제1 단부용 포팅 캡(32), 제2 단부용 포팅 캡(33), 포팅용 통 형상 케이스를 제거한다. 여기서 관통 구멍 형성 핀(34)을 제거하면, 관통 구멍(13)이 형성된다. 그 후 제1 단부측에 대해서는 도 22의 F-F선으로, 경화된 접착제를 절단하고, 중공사막(1)을 개구시킨다. 한편 제2 단부측에 대해서는 중공사막(1)의 중공부까지 접착제가 침입되어 밀봉되어 있어, 통액할 수 없는 상태로 되어 있다.

<제2 포팅부 부상 시의 면접촉에 의한 보유지지>

도 6은 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 제2 단부 케이스(9) 부근의 확대도이다. 도 6에서는 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 제2 포팅부(25)가 부상된 경우(상방 이동한 경우)의 구조를 나타내고 있다.

크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 하우징의 원수 유입구(10)로부터 원수 또는 에어가 유입되면, 제2 포팅부(25)는, 도 6에 도시한 바와 같이 상방향(X 방향)으로 부상한다. 이때, 핀(18)의 핀 내측 하면(18B)과 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)의 저면(저부)(19B)이 서로 면접촉하고, 핀(18)의 핀 외측 상면(18C)과 하우징의 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(천장부)(17A)이 면접촉한다. 이에 의해, 제2 포팅부(25)의 상방향으로의 이동이 규제된다.

선접촉과 비교하면 면접촉 쪽이 부재에 가해지는 부담이 경감되기 때문에, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 제2 포팅부(25)가 부상했을 때는, 핀 내측 하면(18B)과 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B) 및 핀 외측 상면(18C)과 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(17A)을 각각 면접촉시켜 제2 포팅부(25)를 보유지지하는 것이 바람직하다. 여기서 면접촉이란, 2개의 물체의 접촉 부분이 평면으로 되는 접촉을 의미하고, 접촉 면적이 클수록, 보유지지부에의 단위 면적당 부하가 작아진다. 접촉 면적에 대해서는 제2 포팅부에 가해지는 힘을 감안하여, 충분한 강도가 확보되도록 설정하면 된다.

한편 선접촉이란, 2개의 물체의 접촉 부분이 1개의 선으로 되는 접촉을 의미한다. 여기에서는 2개의 물체의 접촉 부분에 의해 형성되는 선의 굵기가 1㎜ 이하로 되는 것을 선접촉으로 한다.

이와 같이 구성함으로써, 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(17A)에 접촉한 핀(18)이, 한쪽에서는 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B)에 걸려 지지되므로, 제2 포팅부(25)의 이동이 멈추어, 막의 부상을 억제할 수 있다.

<선접촉에 의한 증기 멸균 성 향상>

도 7은 카트리지식 중공사막 모듈(101A)의 제2 단부 케이스(9) 부근의 확대도이다. 도 7에서는, 증기 멸균 시에 제2 포팅부(25)가 하강한 경우(하방 이동한 경우)에 핀(18)으로 제2 포팅부(25)를 지지하는 경우의 구조를 나타내고 있다. 제2 포팅부(25)가 하강하면 중공사막이 인장되어 파단되는 경우가 있기 때문에, 제2 포팅부(25)를 지지하여, 하강을 방지하는 것이 바람직하다.

증기 멸균 시, 하우징의 원수 출구(12)로부터 증기를 공급하고, 원수 유입구(10)로부터 증기를 배출시키면, 제2 포팅부(25)는, 도 7에 도시한 바와 같이 하방향(Y 방향)으로 이동한다. 이때, 핀(18)의 핀 내측 상면(18A)이, 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(천장부)(19A)과 선접촉하고, 핀(18)의 핀 외측 하면(18D)이, 하우징의 제1 보유지지 홈(17)의 저면(저부)(17B)과 선접촉한다. 이에 의해, 제2 포팅부(25)의 하방향으로의 이동이 규제된다.

카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 증기 멸균할 때는 멸균성을 향상시키기 위하여 접촉면을 적게 하여, 증기가 침입하기 위한 간극을 형성하는 것이 바람직하다. 도 7과 같이 핀 내측 상면(18A)과 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A), 또한 핀 외측 하면(18D)과 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)이 선접촉 가능한 구조로 하면, 접촉면을 적게 하여, 증기가 침입하기 위한 간극을 확보할 수 있다. 선접촉 가능한 구조로 하기 위해서는, 보유지지부 또는 보유지지 홈부에 경사를 형성하는 방법이나, 접촉 부분을 예각 구조, R 구조로 하는 방법 등을 들 수 있다.

이와 같이 구성함으로써, 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 접촉한 핀(18)이, 한쪽에서는 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)에 걸려 지지되므로, 제2 포팅부(25)의 이동이 멈추어, 막의 하강을 억제할 수 있다.

도 7의 구조 외에, 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 경사를 형성함으로써 핀 내측 상면(18A)과 선접촉시킬 수도 있다. 또한 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)에 경사를 형성함으로써 핀 외측 하면(18D)과 선접촉시킬 수도 있다.

<보유지지 홈의 길이, 간극>

본 발명에 있어서, 제1 보유지지 홈(17) 및 제2 보유지지 홈(19)의 모듈 직경 방향의 길이는, 1㎜ 이상 20㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 길이가 1㎜ 미만이면 제2 포팅부의 보유지지가 곤란해진다. 또한 길이가 20㎜보다 크면, 모듈의 증기 멸균 시에 스팀 드레인이 체류되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈을 증기 멸균하는 경우, 보유지지부 부분의 구조는, 증기가 침입하기 쉽고, 스팀 드레인이 체류되기 어려운 구조로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 증기 멸균하는 경우, 핀(18)과 제2 단부 케이스(9) 사이, 핀(18)과 하부 캡(5) 사이, 또한 핀(18)과 가스킷(16) 사이에 간극을 형성하는 것이 바람직하다. 모듈의 직경 방향 및 축 방향으로 간극을 형성함으로써 증기가 침입하기 쉬워져, 멸균성을 향상시킬 수 있다.

<중공사막 만곡>

또한 모듈 내가 액체로 채워져 있지 않은 경우, 중공사막의 강도가 낮으면 제2 접착부(8)나 제2 단부 케이스(9)의 하중에 의해 중공사막(1)이 파단되는 경우가 있다. 따라서 여과 운전에 사용할 때 이외는, 보유지지부로 제2 포팅부(25)를 지지하는 것이 바람직하다.

제2 포팅부(25)를 지지하기 위해서는, 핀(18)의 핀 내측 상면(18A)이 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 접촉하고, 또한 핀(18)의 핀 외측 하면(18D)이 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)에 접촉하고 있을 필요가 있다. 미리 중공사막을 약간 길게 하여 중공사막 카트리지(100)를 제작하고, 하부 캡(5)을 접속할 때에 중공사막을 압입하여, 중공사막이 만곡된 상태에서 고정하면, 중공사막(1)의 탄성에 의해 제2 포팅부(25)가 모듈 하방향으로 눌려, 핀 내측 상면(18A)이 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 접촉하고, 또한 핀 외측 하면(18D)이 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)에 접촉하기 때문에, 제2 포팅부(25)를 지지할 수 있다. 여기서 중공사막(1)을 압입하는 길이는, 1㎜ 이상, 중공사막(1)의 유효 길이의 5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 1㎜ 미만이면 압입 길이가 부족하여, 제2 포팅부를 지지하지 못할 가능성이 있다. 또한 중공사막의 유효 길이의 5％ 이상이면 막이 절곡되어 손상될 가능성이 있다.

(제2 실시 형태)

도 8은 제2 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 개략 종단면도이며, 도 9는 도 8의 B-B선 단면도이다. 또한, 제2 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

제2 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101B)에서는 하부 캡(5)에 보유지지부로서의 핀(18)이 형성되어 있다. 핀(18)은, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 하부 캡(5)의 내측 측면으로부터 돌출되도록 하여 형성되어 있다. 또한, 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 측면에는 제2 보유지지 홈(19)이 형성되어 있고, 상기 제2 보유지지 홈(19)에 핀(18)을 삽입함으로써 제2 포팅부(25)를 보유지지할 수 있다. 핀(18)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 절삭 가공으로 형성시킬 수도 있고, 용접으로 형성시킬 수도 있다. 또한 핀(18)과 하부 캡(5)에 나사 가공을 행하여 접속할 수도 있다. 여기서 핀 내측 상면(18A)은, 선단부를 향하여 하강하는 경사면을 갖고 있다. 핀 내측 하면(18B)은, 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(천장부)(19A) 및 저면(저부)(19B)과 평행한 평탄면을 갖고 있다.

핀(18)으로 제2 포팅부(25)를 보유지지하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 제2 포팅부(25)와 하우징 사이의 간극(26)에 대하여, 통액 가능한 유로를 확보할 수 있어, 증기 멸균 시에 스팀 드레인을 배출할 수 있다.

<제2 보유지지 홈의 구성>

도 10은 도 8의 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 제2 포팅부(25)의 측면도이며, 제2 단부 케이스(9)의 측면에 형성된 제2 보유지지 홈(19)을 나타내고 있다.

제2 보유지지 홈(19)은, 핀(18)의 입구로 되는 축 방향으로 연장되는 세로 홈부(19D)와 상기 세로 홈부(19D)의 단부로부터 주위 방향으로 연장되는 가로 홈부(19E)를 갖고 있다. 가로 홈부(19E)에는, 상기 핀의 탈락 방지를 위한 단차(19C)가 형성되어 있다.

중공사막 카트리지(100)를 하우징에 장착할 때는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 먼저 중공사막 카트리지(100)를 통 형상 케이스(3)에 삽입한 후에 상부 캡(4)을 접속하여 제1 포팅부(24)를 고정한다. 계속하여 하부 캡(5)을 접속하지만, 이때 하부 캡(5)에 형성된 핀(18)을 제2 보유지지 홈(19)의 세로 홈부(19D)에 삽입하고, 주위 방향으로 슬라이드시킨다. 그 후, 하부 캡(5)을 통 형상 케이스(3)와 접속한다. 이와 같이 설치함으로써, 제2 보유지지 홈(19) 중에 핀(18)을 보유지지시킬 수 있다.

제2 실시 형태에 있어서, 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 여과 운전 시에 중공사막 카트리지(100)가 회전하면, 핀(18)이 제2 보유지지 홈(19)으로부터 탈락되는 경우가 있기 때문에, 하부 캡(5)을 30도 이상, 보다 바람직하게는 60도 이상 회전시켜 고정할 수 있도록 제2 보유지지 홈(19)의 가로 홈부(19E)의 길이를 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 가로 홈부(19E)에 단차(19C)를 형성함으로써, 중공사막 카트리지(100)의 회전에 의한 핀(18)의 탈락을 방지할 수 있다. 단차(19C)는 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 상방향과 하방향으로 홈을 확대함으로써 형성시킬 수 있다. 단차(19C)는 적어도 1개 형성되어 있으면 되며, 핀(18)의 탈락 방지를 위하여 복수 형성할 수도 있다.

여과 운전에 사용하지 않을 때는, 도 12와 같이 핀 내측 상면(18A)을 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 접촉시킨 상태에서 하부 캡(5)을 고정하면, 핀(18)이 단차(19C)에 걸리기 때문에, 중공사막 카트리지(100)의 회전을 방지할 수 있고, 핀(18)의 제2 보유지지 홈(19)으로부터의 탈락을 방지할 수 있다. 또한 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 제2 포팅부(25)가 부상된 경우(상방 이동한 경우), 도 11과 같이 핀 내측 하면(18B)이 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B)에 접촉하기 때문에, 핀(18)이 단차(19C)에 걸려, 중공사막 카트리지(100)의 회전을 방지할 수 있다. 또한, 단차(19C)는 도 10과 같이 복수 형성할 수도 있지만, 제2 보유지지 홈(19)의 종단부 이외의 단차(19C)의, 제2 단부 케이스(9)의 주위 방향에서의 대향면(19F)에 대해서는, 하부 캡(5)의 설치 시에 핀(18)이 슬라이드하기 쉽도록, 핀(18)의 진행 방향을 향하여 서서히 홈폭이 작아지는 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다.

<면접촉에 의한 보유지지>

도 11은 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 제2 단부 케이스(9) 부근의 확대도이다. 도 11에서는 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 제2 포팅부(25)가 부상된 경우(상방 이동한 경우)의 구조를 나타내고 있다.

크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 하우징의 원수 유입구(10)로부터 원수 또는 에어가 유입되면, 제2 포팅부(25)는, 도 11에 도시한 바와 같이 상방향(X 방향)으로 부상된다.

이때, 핀(18)의 핀 내측 하면(18B)과 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)의 저면(저부)(19B)이 면접촉된다. 이에 의해, 제2 포팅부(25)의 상방향으로의 이동이 규제된다.

선접촉과 비교하면 면접촉 쪽이 핀(18)과 제2 보유지지 홈(19)의 부재에 가해지는 부담이 경감되기 때문에, 크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 제2 포팅부(25)가 부상되었을 때는 핀 내측 하면(18B)과 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B)이 면접촉 가능한 구조로 하여 제2 포팅부(25)를 보유지지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 하부 캡(5)에 형성된 핀(18)이, 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B)에 걸려 지지되므로, 제2 포팅부(25)의 이동이 멈추어, 막의 부상을 억제할 수 있다.

<선접촉에 의한 증기 멸균 성 향상>

도 12는 카트리지식 중공사막 모듈(101B)의 제2 단부 케이스(9) 부근의 확대도이다. 도 12에서는, 증기 멸균 시에 제2 포팅부(25)가 하강한 경우(하방 이동한 경우)에, 핀(18)으로 제2 포팅부(25)를 지지하는 경우의 구조를 나타내고 있다. 제2 포팅부(25)가 하강하면 중공사막이 인장되어 파단되는 경우가 있기 때문에, 제2 포팅부(25)를 지지하여, 하강을 방지하는 것이 바람직하다.

증기 멸균 시, 하우징의 원수 출구(12)로부터 증기를 공급하고, 원수 유입구(10)로부터 증기를 배출시키면, 제2 포팅부(25)는, 도 12에 도시한 바와 같이 하방향(Y 방향)으로 이동한다. 이때, 핀(18)의 핀 내측 상면(18A)이 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(천장부)(19A)과 선접촉한다. 이에 의해, 제2 포팅부(25)의 하방향으로의 이동이 규제된다.

이와 같이 구성함으로써, 하부 캡(5)에 형성된 핀(18)이, 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A)에 걸려 지지되므로, 제2 포팅부(25)의 이동이 멈추어, 막의 하강을 억제할 수 있다.

또한, 2 실시 형태에서는, 핀(18)이 하우징의 내면에 형성된 경우에 대하여 설명했지만, 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 외주면에 핀(18)을 형성하고, 하우징에 보유지지 홈을 형성할 수도 있다.

(제3 실시 형태)

<링상 부재에 의한 보유지지>

도 13은 제3 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101C)의 개략 종단면도이며, 도 14는 도 13의 C-C선 단면도이다. 또한, 제3 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

제3 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101C)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 외주면에 대향하는 위치에 제1 보유지지 홈(17)이 형성되고, 제2 단부 케이스(9)의 외주면에는 제1 보유지지 홈(17)에 대향하는 위치에 제2 보유지지 홈(19)이 형성되어 있다. 제3 실시 형태에 있어서, 제1 보유지지 홈(17)은 하우징의 내주면에 연속하여 형성되고, 마찬가지로, 도 15에 도시한 바와 같이 제2 보유지지 홈(19)은 제2 단부 케이스(9)의 외주면에 연속하여 형성되어 있다. 이 제1 보유지지 홈(17)과 제2 보유지지 홈(19) 사이에 링(20)을 삽입함으로써, 제2 포팅부(25)를 보유지지할 수 있다.

<링상 부재의 구성>

도 14에 도시한 바와 같이, 링상 부재로서의 링(20)은 환상 부재이며, 분할 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 링(20)에는 증기 멸균 시에 스팀 드레인을 배출하기 위한 절결(20E)이 복수개 형성되어 있고, 도 14에 도시한 바와 같이 제2 포팅부(25)와 하우징 사이의 간극(26)에 대하여, 통액 가능한 유로를 확보할 수 있어, 증기 멸균 시에 스팀 드레인을 배출할 수 있다. 절결(20E)은, 스팀 드레인의 배출성을 향상시키기 위하여, 링(20)의 단부와 하부 캡(5) 사이 또는 링(20)의 단부와 제2 단부 케이스(9) 사이의 간극이 0.5㎜ 이상으로 되도록 절결을 형성하는 것이 바람직하고, 1㎜ 이상이 더욱 바람직하다.

링(20)의 단면 형상은, 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 중공사막 카트리지(100)측에 배치되는 링 내측 상면(20A)과 링 내측 하면(20B)과, 하우징측에 배치되는 링 외측 상면(20C)과 링 외측 하면(20D)을 갖고 있다. 링 내측 상면(20A)과 링 외측 하면(20D)은 선단부를 향하여 경사면을 갖고, 링 내측 하면(20B)과 링 외측 상면(20C)은 제2 보유지지 홈(19)의 저면(저부)(19B)과 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(천장부)(17A)과 각각 평행한 평탄면을 갖고 있다.

중공사막 카트리지(100)를 하우징에 장착할 때는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 먼저 중공사막 카트리지(100)를 통 형상 케이스(3)에 삽입한 후에 상부 캡(4)을 접속하여 제1 포팅부(24)를 고정한다. 계속하여 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)으로 분할한 링(20)을 삽입하여, 하부 캡(5)을 접속한다. 이와 같이 설치함으로써, 링(20)이 제1 보유지지 홈(17)과 제2 보유지지 홈(19) 사이에 삽입되어, 제2 포팅부(25)를 보유지지할 수 있다.

<면접촉에 의한 보유지지>

크로스 플로우 여과 시나 에어 스크러빙 시에 부상한 제2 포팅부(25)를 보유지지하는 경우, 즉 제2 포팅부(25)가 상방향(X 방향)으로 이동하는 경우, 도 16에 도시한 바와 같이 링(20)의 내측 하면(20B)과 제2 단부 케이스(9)의 제2 보유지지 홈(19)의 저면(저부)(19B)이 서로 면접촉하고, 링(20)의 외측 상면(20C)과 하우징의 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(천장부)(17A)이 면접촉한다.

이와 같이 구성함으로써, 제1 보유지지 홈(17)의 천장면(17A)에 접촉한 링(20)이, 한쪽에서는 제2 보유지지 홈(19)의 저면(19B)에 걸려 지지되므로, 제2 단부 케이스(9)의 상방향으로의 이동이 멈추어, 막의 부상을 억제할 수 있다.

<선접촉에 의한 증기 멸균성의 향상>

카트리지식 중공사막 모듈(101C)을 증기 멸균할 때는 접촉면을 적게 하여, 증기가 침입하기 위한 간극을 형성하는 것이 바람직하다. 제3 실시 형태에 있어서, 링(20)에는 절결(20E)이 형성되어 있기 때문에, 카트리지식 중공사막 모듈(101C)의 증기 멸균 시에는 이 절결로부터 스팀 드레인을 배출할 수 있다.

증기 멸균 시에 링(20)을 사용하여 제2 포팅부(25)를 지지하는 경우, 즉 제2 포팅부(25)가 하방향(Y 방향)으로 이동한 경우, 도 17에 도시한 바와 같이 링(20)의 내측 상면(20A)과 제2 보유지지 홈(19)의 천장면(19A), 또한 링(20)의 외측 하면(20D)과 제1 보유지지 홈(17)의 저면(17B)이 선접촉한다. 이에 의해, 제2 포팅부(25)의 하방향으로의 이동이 규제된다.

(제4 실시 형태) <끈상 부재에 의한 보유지지>

도 18은 제4 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101D)의 개략 종단면도이다. 또한, 제4 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

제4 실시 형태에 관한 카트리지식 중공사막 모듈(101D)에서는, 하우징의 하부 캡(5)의 하단부에, 제1 보유지지구로서 하부 캡 훅(23)이 설치되고, 제2 포팅부(25)의 제2 단부 케이스(9)의 저부에, 제2 보유지지구로서 제2 단부 케이스 훅(22)이 설치되어 있다. 하부 캡 훅(23)과 제2 단부 케이스 훅(22)은 각각 적어도 1개 구비하고 있으면 된다. 그리고, 하부 캡 훅(23)과 제2 단부 케이스 훅(22)을 와이어(21) 등의 끈상 부재로 걸어 지지하고 있다. 제4 실시 형태에서는 와이어를 사용하고 있지만, 끈상의 보유지지구로 고정 가능한 것이면 와이어 이외의 것을 사용할 수도 있고, 예를 들어 철사, 스프링, 결속띠 등을 사용할 수 있다.

중공사막 카트리지(100)를 하우징에 장착할 때는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 먼저 중공사막 카트리지(100)를 통 형상 케이스(3)에 삽입한 후에 상부 캡(4)을 접속하여 제1 포팅부(24)를 고정한다. 계속하여 와이어(21)의 편단부를 제2 단부 케이스 훅(22)에 접속하고, 또한 와이어(21)의 다른 일단부를 하부 캡 훅(23)에 접속하고, 그 후 하부 캡(5)을 접속한다. 이와 같이 구성함으로써, 와이어(21)에 의해 제2 포팅부(25)를 보유지지할 수 있다.

도 18에 도시한 바와 같이, 제2 포팅부(25)와 하우징 사이에는, 직경 방향으로 간극(26)이 형성되어 있고, 축 방향으로 간극(27)이 형성되어 있다. 카트리지식 중공사막 모듈(101D)의 증기 멸균 시에는 이 간극(26) 및 간극(27)으로부터 스팀 드레인을 배출할 수 있다.

<중공사막>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은, 분리막으로서, 중공사막을 사용한다. 중공사막은 일반적으로 평막보다도 비표면적이 크고, 단위 시간당 여과할 수 있는 액량이 많기 때문에 유리하다. 중공사막의 구조로서는 전체적으로 구멍 직경이 균일한 대칭막이나, 막의 두께 방향에서 구멍 직경이 변화하는 비대칭막, 강도를 보유지지하기 위한 지지층과 대상 물질의 분리를 행하기 위한 분리 기능층을 갖는 복합막 등이 존재한다.

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈에서 사용하는 중공사막의 평균 구멍 직경은 분리 대상에 의해 적절히 선택하면 되지만, 세균류나 진균류 등의 미생물이나, 동물 세포의 분리 등을 목적으로 하는 경우, 10㎚ 이상 200㎚ 이하인 것이 바람직하다. 평균 구멍 직경이 10㎚ 미만이면 투수성이 낮아지고, 200㎚를 초과하면 미생물 등이 누설될 가능성이 있다. 본 발명에서의 평균 구멍 직경이란 가장 구멍 직경이 작은 치밀층의 구멍 직경으로 한다.

본 발명에서 사용하는 분리막의 재질은 내열성, 화학적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 분리막은, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐, 사불화에틸렌·육불화프로필렌 공중합체, 에틸렌·사불화에틸렌 공중합체 등의 불소계 수지, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부티레이트 등의 셀룰로오스에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 폴리술폰계 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지를 함유할 수 있다. 특히 불소계 수지나 폴리술폰계 수지를 포함하는 분리막은 내열성, 물리적 강도, 화학적 내구성이 높은 점에서, 본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈에 적절하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 중공사막은, 불소계 수지나 폴리술폰계 수지 외에, 친수성 수지를 더 함유할 수도 있다. 친수성 수지에 의해, 분리막의 친수성을 높여, 막의 투수성을 향상시킬 수 있다. 친수성 수지는, 분리막에 친수성을 부여할 수 있는 수지이면 되며, 구체적인 화합물에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 셀룰로오스에스테르, 지방산 비닐에스테르, 비닐피롤리돈, 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드, 폴리메타크릴산에스테르계 수지 및 폴리아크릴산에스테르계 수지 등이 적절하게 사용된다.

중공사막 카트리지를 제작할 때는 단부 케이스에 중공사막을 충전하고, 접착제로 고정하지만, 핸들링이나 접착의 문제로부터 미리 중공사막을 건조시켜 둔다. 그러나 중공사막의 대부분은 건조에 의해 수축이 일어나, 투수성이 저하된다는 문제가 있기 때문에, 글리세린 수용액에 침지한 후에 건조시킨 것을 사용한다. 글리세린 수용액에 침지한 후에 건조하면, 글리세린이 세공 내에 잔류됨으로써 건조에 의한 수축을 방지할 수 있고, 그 후 에탄올 등의 용매로 침지 처리를 행함으로써 투수성을 회복시킬 수 있다.

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은, 증기 멸균하고 나서 사용하는 것도 가능하지만, 중공사막의 종류에 따라서는 증기 멸균에 의해 수축이 일어나는 것이 있다. 그 때문에 모듈 제작 후에 증기 멸균을 행하면 중공사막의 수축에 의해 중공사막의 파단이 일어날 가능성이 있기 때문에, 미리 중공사막을 증기 처리하여, 수축시켜 두는 것이 바람직하다. 일반적으로 증기 멸균은 121℃ 이상에서 실시하기 때문에, 121℃ 이상의 증기로 전처리를 실시해 두는 것이 바람직하다.

<하우징, 단부 케이스, 정류통, 핀, 링 등의 재질>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈에서 사용하는 하우징의 재질은 내열성, 화학적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리술폰계 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시불소 수지 등의 불소계 수지, 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 스테인리스, 알루미늄 등을 들 수 있다. 또한 본 발명의 중공사막 모듈에서 사용하는 제1 및 제2 단부 케이스, 정류통, 핀, 링, 제2 단부 케이스 훅 및 하부 캡 훅의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 하우징과 마찬가지의 재료로부터 선택할 수 있다.

<접착제>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈에서 사용하는 접착제의 종류는, 접착 대상 부재의 접착 강도, 내열성, 화학적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 에폭시 수지나 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지 등을 사용할 수 있다.

실시예

<크로스 플로우 여과 시험>

실시예에 있어서의 카트리지식 중공사막 모듈의 크로스 플로우 여과 시험은 다음의 방법으로 실시했다.

원수 탱크로부터 펌프를 사용하여 카트리지식 중공사막 모듈의 원수 유입구에 물을 공급했다. 공급된 물은 원수 출구와 여과액 출구로부터 배출시켜, 원수 탱크로 되돌렸다. 여기서 원수 출구로부터의 유량은 20㎥/h로 되도록 조정하고(막면 선속도 0.5m/s), 여과액 출구로부터의 유량은 300L/h로 되도록 조정하여, 100시간 운전을 행했다. 그 후 중공사막 카트리지를 취출하고, 육안으로 중공사막의 절곡(좌굴)이 발생하지 않는지 확인했다.

<증기 가열 시험>

실시예에 있어서의 카트리지식 중공사막 모듈의 증기 가열 시험은 다음의 방법으로 실시했다.

카트리지식 중공사막 모듈의 제2 포팅부의 측면에 대하여, 하우징의 축 방향에서의 상부, 중앙부, 하부에 열전대를 설치하고, 폴리이미드 테이프로 고정했다.

또한 제2 접착부 상면에 대해서는 막 다발 내에 열전대를 삽입하여, 접점이 제2 접착부 상면에 접촉하도록 하여, 열전대를 폴리이미드 테이프로 고정했다. 열전대는 제2 접착부 상면의 최저부 부근에 3개소 이상 설치했다.

열전대의 설치 후에, 중공사막 모듈 상측의 원수 출구로부터 125℃의 수증기를 공급하고, 30분 후에 온도를 측정했다. 여기서 원수 유입구의 하부에 스팀 트랩을 설치하고, 증기 가열 시에 발생하는 스팀 드레인을 배출했다.

<실시예 1>

도레이사제의 PVDF 중공사막(HFS막)을 6000개 사용하여, 도 1에 도시하는 카트리지식 중공사막 모듈(101A)을 제작했다. 중공사막 카트리지(100)는 정치 포팅에 의해 제작했다. 제2 포팅부(25)는 핀(18)으로 보유지지된다. 여기서 통 형상 케이스(3)의 내경은 159.0㎜이며, 제2 포팅부(25)와 하우징의 직경 방향의 간극(26)은 0.5㎜, 제2 포팅부(25)와 하우징의 축 방향의 간극(27)은 0.5㎜로 되도록 제작했다. 또한 제2 포팅부(25)에는 도 3에 도시하는 관통 구멍(13)을 형성시켰다. 여기서 제2 접착부 상면(8A)의 최저면으로부터 높이 3.0㎜의 부분에 관통 구멍(13)의 개구부(13A)가 배치되도록, 정치 포팅 시에 제2 단부 케이스(9)의 연직 방향의 기울기를 조정하여 제작했다.

이 카트리지식 중공사막 모듈(101A)에 대하여 크로스 플로우 여과 시험을 실시한 결과, 중공사막의 절곡은 확인되지 않았다.

또한 이 카트리지식 중공사막 모듈(101A)에 대하여 증기 가열 시험을 실시한 결과, 제2 포팅부 측면의 최저 온도는 125℃이었다. 또한 제2 접착부 상면의 최저 온도는 124℃이었다.

실시예 1의 중공사막 모듈의 구조를 표 1에, 크로스 플로우 여과 시험 및 증기 가열 시험의 결과를 표 2에 각각 나타낸다.

<실시예 2>

도레이사제의 PVDF 중공사막(HFS막)을 6000개 사용하여, 도 8에 도시하는 카트리지식 중공사막 모듈(101B)을 제작했다. 중공사막 카트리지(100)는 정치 포팅에 의해 제작했다. 제2 포팅부(25)는 하부 캡(5)의 내측에 형성된 핀(18)으로 보유지지된다. 여기서 통 형상 케이스(3)의 내경은 159.0㎜이며, 제2 포팅부(25)와 하우징의 직경 방향의 간극(26)은 0.5㎜, 제2 포팅부(25)와 하우징의 축 방향의 간극(27)은 0.5㎜로 되도록 제작했다. 또한 제2 포팅부(25)에는 도 9에 도시하는 관통 구멍(13)을 형성시켰다. 여기서 제2 접착부 상면(8A)의 최저면으로부터 높이 1.0㎜의 부분에 관통 구멍(13)의 개구부(13A)가 배치되도록, 정치 포팅 시에 제2 단부 케이스(9)의 연직 방향의 기울기를 조정하여 제작했다.

이 카트리지식 중공사막 모듈(101B)에 대하여 크로스 플로우 여과 시험을 실시한 결과, 중공사막의 절곡은 확인되지 않았다.

또한 이 카트리지식 중공사막 모듈(101B)에 대하여 증기 가열 시험을 실시한 결과, 제2 포팅부 측면의 최저 온도는 125℃이었다. 또한 제2 접착부 상면의 최저 온도는 125℃이었다.

실시예 2의 중공사막 모듈의 구조를 표 1에, 크로스 플로우 여과 시험 및 증기 가열 시험의 결과를 표 2에 각각 나타낸다.

<실시예 3>

도레이사제의 PVDF 중공사막(HFS막)을 6000개 사용하여, 도 13에 도시하는 카트리지식 중공사막 모듈(101C)을 제작했다. 중공사막 카트리지(100)는 정치 포팅에 의해 제작했다. 제2 포팅부(25)는 통액 가능한 절결을 갖는 링(20)으로 보유지지된다. 여기서 통 형상 케이스(3)의 내경은 159.0㎜이며, 제2 포팅부(25)와 하우징의 직경 방향의 간극(26)은 3.0㎜, 제2 포팅부(25)와 하우징의 축 방향의 간극(27)은 3.0㎜로 되도록 제작했다. 또한 제2 포팅부(25)에는 도 9에 도시하는 관통 구멍(13)을 형성시켰다. 여기서 제2 접착부 상면(8A)이 수평해지도록, 정치 포팅 시에 제2 단부 케이스(9)를 연직 방향으로 세워 제작했다.

이 카트리지식 중공사막 모듈(101C)에 대하여 크로스 플로우 여과 시험을 실시한 결과, 중공사막의 절곡은 확인되지 않았다.

또한 이 카트리지식 중공사막 모듈(101C)에 대하여 증기 가열 시험을 실시한 결과, 제2 포팅부 측면의 최저 온도는 125℃이었다. 또한 제2 접착부 상면의 최저 온도는 125℃이었다.

실시예 3의 중공사막 모듈의 구조를 표 1에, 크로스 플로우 여과 시험 및 증기 가열 시험의 결과를 표 2에 각각 나타낸다.

<비교예 1>

핀(18)을 장착하지 않는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 카트리지식 중공사막 모듈을 제작했다.

이 카트리지식 중공사막 모듈에 대하여 크로스 플로우 여과 시험을 실시한 결과, 중공사막이 흐름으로 밀려 올라가, 중공사막의 절곡이 확인되었다.

또한 이 카트리지식 중공사막 모듈에 대하여 증기 가열 시험을 실시한 결과, 제2 포팅부 측면의 최저 온도는 125℃이었다. 또한 제2 접착부 상면의 최저 온도는 124℃이었다.

비교예 1의 중공사막 모듈의 구조를 표 1에, 크로스 플로우 여과 시험 및 증기 가열 시험의 결과를 표 2에 각각 나타낸다.

<비교예 2>

링(20) 대신에, 절결을 갖지 않는 링상 탄성 부재(실리콘 고무)로 제2 포팅부(25)와 하우징 사이를 액밀하게 시일한 것 이외는, 실시예 3과 마찬가지의 방법으로 카트리지식 중공사막 모듈을 제작했다.

이 카트리지식 중공사막 모듈에 대하여 크로스 플로우 여과 시험을 실시한 결과, 중공사막의 절곡은 확인되지 않았다.

또한 이 카트리지식 중공사막 모듈에 대하여 증기 가열 시험을 실시한 결과, 링상 탄성 부재 위에 스팀 드레인이 체류되었기 때문에, 제2 포팅부 측면의 최저 온도는 95℃이었다. 또한 제2 접착부 상면의 최저 온도는 125℃이었다.

비교예 2의 중공사막 모듈의 구조를 표 1에, 크로스 플로우 여과 시험 및 증기 가열 시험의 결과를 표 2에 각각 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 적절히 변형, 개량 등이 가능하다. 기타, 상술한 실시 형태에 있어서의 각 구성 요소의 재질, 형상, 치수, 수치, 형태, 수, 배치 장소 등은 본 발명을 달성할 수 있는 것이면 임의이며, 한정되지 않는다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 변형이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에게 있어서 명확하다. 본 출원은, 2013년 4월 25일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2013-092701)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 카트리지식 중공사막 모듈은 발효 공업 분야, 의약품 제조 분야, 식품 공업 분야, 수 처리 분야 등에서 사용할 수 있다.

100 중공사막 카트리지
101A, 101B, 101C, 101D 카트리지식 중공사막 모듈
1 중공사막
2 중공사막 다발
3 통 형상 케이스
3A, 3B 플랜지부
4 상부 캡
4A 단차부
5 하부 캡
5A 단차부
6 제1 접착부
7 제1 단부 케이스
7A 플랜지부
8 제2 접착부
8A 제2 접착부 상면
9 제2 단부 케이스
10 원수 유입구
11 여과액 출구
12 원수 출구
13 관통 구멍
13A 개구부
14 정류통
15 O링
16 가스킷
17 제1 보유지지 홈
17A 천장면(천장부)
17B 저면(저부)
18 핀(보유지지부)
18A 핀 내측 상면
18B 핀 내측 하면
18C 핀 외측 상면
18D 핀 외측 하면
19 제2 보유지지 홈
19A 천장면(천장부)
19B 저면(저부)
19C 단차
19D 세로 홈부
19E 가로 홈부
19F 대향면
20 링(보유지지부)
20A 링 내측 상면
20B 링 내측 하면
20C 링 외측 상면
20D 링 외측 하면
20E 절결
21 와이어(보유지지부)
22 제2 단부 케이스 훅
23 하부 캡 훅
24 제1 포팅부
25 제2 포팅부
26 간극(제2 포팅부 직경 방향)
27 간극(제2 포팅부 축 방향)
28 간극(정류통 직경 방향)
29 스팀 드레인
30 접착제 투입기
31 포팅용 통 형상 케이스
32 제1 단부용 포팅 캡
33 제2 단부용 포팅 캡
34 관통 구멍 형성 핀
35 튜브

Claims (10)

1. 하우징과,
   상기 하우징 내에 수용된 복수의 중공사막과,
   상기 중공사막의 제1 단부를 개구한 상태에서 묶는 제1 포팅부와,
   상기 중공사막의 제2 단부를 밀봉한 상태에서 묶는 제2 포팅부와,
   상기 제1 포팅부를 상기 하우징에 대하여 착탈 가능하게 고정하는 고정부와,
   상기 제1 포팅부와 상기 하우징 사이를 액밀하게 밀봉하는 시일부와,
   상기 제2 포팅부를 상기 하우징에 대하여, 착탈 가능하면서, 또한 상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이를 통액 가능하게 보유지지하는 보유지지부와,
   상기 제1 포팅부의 하방에 정류통을 구비하며,
   상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이에 간극이 형성되고,
   상기 제2 포팅부는 상기 하우징의 직경 방향 및 축 방향으로 이동 가능하고,
   상기 보유지지부는, 상기 제2 포팅부의 상기 하우징에 대한 축 방향으로의 이동을 규제하고,
   상기 정류통의 하단부와 상기 하우징 사이에 간극이 형성되는, 카트리지식 중공사막 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치에 적어도 1개의 제1 보유지지 홈이 형성되고,
   상기 제2 포팅부의 외주면에는 상기 제1 보유지지 홈에 대향하는 위치에 적어도 1개의 제2 보유지지 홈이 형성되고,
   상기 보유지지부는 핀이며, 상기 핀은 상기 제1 보유지지 홈과 상기 제2 보유지지 홈에 삽입되는, 카트리지식 중공사막 모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치에 제1 보유지지 홈이 형성되고,
   상기 제2 포팅부의 외주면에는 상기 제1 보유지지 홈에 대향하는 위치에 제2 보유지지 홈이 형성되고,
   상기 보유지지부는 적어도 1개의 절결을 갖는 링상 부재이며, 상기 링상 부재는 상기 제1 보유지지 홈과 상기 제2 보유지지 홈에 삽입되는, 카트리지식 중공사막 모듈.
4. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제2 포팅부의 외주면에 대향하는 위치 또는 상기 제2 포팅부의 상기 하우징의 내주면에 대향하는 위치에 적어도 1개의 보유지지 홈이 형성되고,
   상기 하우징이 보유지지 홈을 구비하는 경우에는 상기 제2 포팅부의 상기 보유지지 홈에 대향하는 위치에 상기 보유지지부가 설치되고,
   상기 제2 포팅부가 보유지지 홈을 구비하는 경우에는 상기 하우징의 상기 보유지지 홈에 대향하는 위치에 상기 보유지지부가 설치되고,
   상기 보유지지부는 핀이며, 상기 핀은 상기 보유지지 홈에 삽입되는, 카트리지식 중공사막 모듈.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 포팅부가 상기 제1 포팅부와는 반대의 방향으로 이동했을 때에, 상기 보유지지부는, 상기 제1 보유지지 홈 및 상기 제2 보유지지 홈에 선접촉함으로써 상기 제2 포팅부를 보유지지하는, 카트리지식 중공사막 모듈.
6. 제4항에 있어서, 상기 제2 포팅부가 상기 제1 포팅부와는 반대의 방향으로 이동했을 때에, 상기 보유지지부는, 상기 보유지지 홈과 선접촉함으로써 상기 제2 포팅부를 보유지지하는, 카트리지식 중공사막 모듈.
7. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 제1 고정구를 적어도 1개 구비하고,
   상기 제2 포팅부는 제2 고정구를 적어도 1개 구비하고,
   상기 보유지지부는 끈상 부재이며, 상기 끈상 부재는 상기 제1 고정구와 상기 제2 고정구를 연결하는, 카트리지식 중공사막 모듈.
8. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 포팅부에는 상기 제2 포팅부를 상기 하우징의 축 방향으로 관통하는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되고,
   상기 관통 구멍 중 적어도 1개의 관통 구멍의 개구부가, 상기 제2 포팅부의 제1 포팅부와의 대향면에서, 상기 대향면의 가장 낮은 부위로부터 높이 3㎜ 이내의 범위의 영역에 설치되는, 카트리지식 중공사막 모듈.
9. 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 포팅부에는 상기 제2 포팅부를 상기 하우징의 축 방향으로 관통하는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되고,
   상기 관통 구멍의 유로 면적과, 상기 제2 포팅부와 상기 하우징 사이의 간극의 유로 면적과의 합이 하우징의 단면적의 5％ 이상 30％ 이하인, 카트리지식 중공사막 모듈.
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