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WO2013094533A1 - 中空糸膜モジュールおよびこれに用いられるケーシング筒 - Google Patents

中空糸膜モジュールおよびこれに用いられるケーシング筒 Download PDF

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WO2013094533A1
WO2013094533A1 PCT/JP2012/082510 JP2012082510W WO2013094533A1 WO 2013094533 A1 WO2013094533 A1 WO 2013094533A1 JP 2012082510 W JP2012082510 W JP 2012082510W WO 2013094533 A1 WO2013094533 A1 WO 2013094533A1
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WO
WIPO (PCT)
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baffle plate
hollow fiber
fiber membrane
nozzle
casing cylinder
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/082510
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English (en)
French (fr)
Inventor
中野良徳
中松修
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
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Priority to EP12861033.4A priority patent/EP2796185A4/en
Priority to CN201280062492.6A priority patent/CN103998116A/zh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • A61M1/16—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
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Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module used for artificial blood dialysis, a blood treatment device necessary for blood filtration, a water purifier, a gas separation membrane and the like, and a casing cylinder used therefor.
  • Hollow fiber membrane modules that perform filtration and dialysis of substances using treatment liquid and liquid to be treated can have a large effective membrane area per unit volume, so far water treatment related to microfiltration, ultrafiltration, nitrogen, oxygen, It is used in many fields such as gas separation such as hydrogen, chemicals, and biotechnology, and is particularly preferably used as a blood treatment device (hereinafter referred to as dialyzer) such as hemodialysis and blood filtration.
  • dialyzer a blood treatment device
  • the dialyzer includes a casing cylinder 10 having a processing liquid inlet nozzle 11 at one end and a processing liquid outlet nozzle 12 at the other end, and a hollow fiber membrane bundle housed in the casing cylinder 10. 5 and partition walls 3 and 6 that fix the hollow fiber membrane bundle 5 to the inner wall of the casing cylinder 10 at each end, and header members 1 and 8 are formed on the outer surfaces of the partition walls 3 and 6.
  • the hollow fiber membrane bundle 5 is attached to both ends of the casing cylinder 10 so as to surround the entire hollow opening surfaces 4 and 7.
  • the header members 1 and 8 are provided with a liquid inlet nozzle 2 and a liquid outlet nozzle 9.
  • the dialyzer as described above allows blood to flow inside the hollow fiber membrane and flow dialysate to the outside of the hollow fiber, thereby allowing blood to pass through the hollow fiber membrane by filtration due to pressure difference or diffusion due to concentration difference.
  • Substances to be removed such as uremic toxins and ⁇ 2 microglobulin can be moved to the dialysate side to purify the blood. That is, the blood that has flowed from the liquid inlet nozzle 2 of the header member 1 flows into the hollow fiber membrane from the hollow opening surface 4 of the partition wall 3, flows inside the hollow fiber membrane, and reaches the partition wall 6 at the other end. Out of the hollow opening surface 7 and out of the liquid outlet nozzle 9 to be processed provided in the header member 8.
  • the dialysate flowing from the treatment liquid inlet nozzle 11 of the casing cylinder 10 flows outside the hollow fiber membrane and flows out from the treatment liquid outlet nozzle 12.
  • FIG. 6 it is common to use a so-called counter flow in which the flow direction of the liquid to be treated and the treatment liquid are opposed to each other. By doing so, the material exchange through the hollow fiber membrane is favorably performed.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving the flow of a processing liquid by devising a gap between one side portion of a baffle plate provided at a processing liquid inflow portion and a case inner peripheral surface.
  • the treatment liquid that has collided with the baffle plate directly under the nozzle is guided in one direction to the inner circumference of the casing cylinder, and then circulates around the inner circumferential surface of the casing cross section, and finally collides with the wall of the closed baffle plate.
  • Patent Document 2 a plurality of baffle plates are arranged over the entire circumference near the end of the casing cylinder, and slits extending in a direction oblique to the cylinder axis of the casing cylinder are provided between the baffle plates.
  • An object of the present invention is to provide an industrially employable hollow fiber membrane module and a casing cylinder used therefor, which can make the treatment liquid flow rate more uniform in view of the above-mentioned problems of the prior art. is there.
  • the present invention is intended to achieve the above object, and is characterized by one of the following configurations.
  • a casing cylinder provided with a treatment liquid inlet and outlet nozzle, a hollow fiber membrane bundle that is arranged in one direction in a casing cylinder, and both ends of the hollow fiber membrane bundle are hollow fibers on the inner wall of the casing cylinder.
  • a partition member that is fixed so that the hollow portion of the membrane is open, a header member that surrounds the open end face of the hollow fiber membrane bundle and is attached to both ends of the casing cylinder, and includes a liquid inlet nozzle and an outlet nozzle to be processed;
  • a hollow fiber membrane module having an upper baffle plate provided directly below a processing liquid inlet nozzle in the casing cylinder, with a predetermined gap from an inner opening of the processing liquid inlet nozzle of the casing cylinder, and A lower baffle plate provided at a position which is line-symmetric with respect to the axis line of the upper baffle plate and the cylinder axis, and between the upper baffle plate and the lower baffle plate on the inner periphery of the casing cylinder
  • the hollow fiber membrane module wherein a baffle plate is not present.
  • a casing cylinder provided with a processing liquid inlet nozzle and an outlet nozzle on the side of the body part, which is used for a hollow fiber membrane module, and is disposed immediately below the processing liquid inlet nozzle inside the casing cylinder.
  • An upper baffle plate provided at a predetermined gap from the inner opening of the nozzle, and a lower baffle plate provided at a position that is line-symmetric with respect to the axis of the upper baffle plate and the cylinder axis, and the upper baffle plate Covers a nozzle inner opening when the nozzle is viewed from below, and there is no baffle plate between the upper baffle plate and the lower baffle plate on the inner periphery of the casing tube.
  • the upper baffle plate is provided at the same position as the upper baffle plate existing in the conventional dialyzer according to FIG.
  • the lower baffle plate is provided at a position that is line-symmetric with respect to the axis line of the upper baffle plate and the cylinder axis.
  • the position that is line-symmetric with respect to the axis of the cylinder axis will be described in detail later, but is not limited to the case where the upper baffle plate and the lower baffle plate are accurately in a line-symmetrical positional relationship,
  • the shape and size of the lower baffle plate are not limited to the same as the upper baffle plate.
  • the predetermined gap is not limited to a certain range, and may vary depending on the size of the module.
  • the gap S defined as described below is a distance that does not block the inner opening of the processing liquid nozzle. It is sufficient that minutes are provided.
  • the gap S ′ with the inner peripheral surface of the casing cylinder described later has the same distance as the gap S. It is good to provide. Therefore, in the case of a general dialyzer, S and S ′ are preferably 2 mm or more, and more preferably 3 mm or more. Further, S and S ′ are preferably 6 mm or less, and more preferably 5 mm or less.
  • the upper baffle plate covers the nozzle inner opening when the processing liquid inlet nozzle is viewed from below so that the processing liquid collides and flows in the inner peripheral direction of the casing cylinder.
  • baffle plate there is no baffle plate between the upper baffle plate and the lower baffle plate in the inner periphery of the casing cylinder. That is, as shown in FIG. 3, there is no baffle plate other than one upper baffle plate and one lower baffle plate in the cross section immediately under the treatment liquid nozzle inlet.
  • the lower baffle plate is preferably disposed below both the treatment liquid inlet and the outlet nozzle together with the upper baffle plate.
  • the inner diameter of the treatment liquid inlet nozzle is di and the lengths in the longitudinal direction of the upper baffle plate and the lower baffle plate below the treatment liquid inlet nozzle when viewed from the module cross-sectional direction are Wi1 and Wi2, respectively, di ⁇ Wi1 ⁇ It is preferable that the relationship of 3di, di ⁇ Wi2 ⁇ 3di holds. If the inner diameter of the outlet nozzle is do, Similarly, when the inner diameter of the treatment liquid outlet nozzle is do, and the lengths of the upper baffle plate and the lower baffle plate below the treatment liquid outlet nozzle corresponding to the Wi1 and Wi2 are Wo1 and Wo2, respectively, do ⁇ Wo1 ⁇ 3do. , Do ⁇ Wo2 ⁇ 3do is preferably satisfied.
  • the upper baffle plate is disposed directly below the processing liquid nozzle in the casing cylinder from the inner opening of the processing liquid inlet nozzle, and the upper baffle plate is aligned with the axis of the cylinder axis. Since the lower baffle plate is arranged at a symmetrical position, when the processing liquid is introduced from the processing liquid inlet nozzle, the processing liquid is dispersed in the circumferential direction by the upper baffle plate directly below the processing liquid inlet nozzle, and the inner circumference of the casing cylinder After being guided to the surface, it merges at a position facing the processing liquid inlet nozzle, but the processing liquid diffuses to the surroundings by colliding with the lower baffle plate, so the flow velocity does not increase. As a result, the flow of the processing liquid becomes more uniform. And the performance improvement can be aimed at because the flow of the processing liquid in the hollow fiber membrane module becomes uniform.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic partial longitudinal sectional view showing an end portion having a dialysate inlet nozzle in the hollow fiber membrane module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 2 at the end where the treatment liquid inlet nozzle is present, taken along the line AA.
  • FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 1, cut along the circumference of the casing cylinder at the end where the treatment liquid inlet and outlet nozzles are provided, and the hollow fiber membrane bundle 5 is removed. is there.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic partial longitudinal sectional view showing an end portion having a dialysate inlet nozzle in the hollow fiber membrane module shown in FIG.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 5 is a schematic partial longitudinal sectional view showing one end of the casing cylinder from which the yarn bundle 5, the partition wall 6, and the header 8 are removed in the hollow fiber membrane module shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a conventional hollow fiber membrane module.
  • FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 6 at the end where the treatment liquid inlet nozzle is located along the circumference of the casing cylinder.
  • FIG. 1 shows an example of the hollow fiber membrane module of the present invention.
  • a hollow fiber membrane module includes a casing tube 10, a hollow fiber membrane bundle 5 housed in the casing tube 10, and both ends of the hollow fiber membrane bundle 5 on the inner wall of the casing tube 10. From the partition walls 3 and 6 that are fixed so as to open, the header member 1 attached to one end of the casing cylinder 10, the header member 8 attached to the other end of the casing cylinder 10 and the like It is configured.
  • the casing cylinder 10 is a cylindrical member in which the hollow fiber membrane bundle 5 is housed, and includes a processing liquid inlet nozzle 11 at a location near one end on the side of the body portion, and a processing liquid at a location near the other end.
  • An outlet nozzle 12 is provided.
  • a casing cylinder made of plastic such as polypropylene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, polyester, polycarbonate, or ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) is preferably used.
  • the hollow fiber membrane bundle 5 is built in the casing cylinder 10 in a state where a plurality of hollow fiber membranes (semi-permeable membranes) are aligned in one direction (the cylinder axis direction of the casing cylinder 10). It is being fixed to the inner wall of the casing cylinder 10 so that a hollow part may open by the partition 3 and 6.
  • the hollow fiber membrane is not particularly limited, but a hollow fiber membrane made of a material such as acrylic, polysulfone, polyethersulfone, cellulose, triacetate, polyethylene and polypropylene is preferably used.
  • the partition walls 3 and 6 fix the hollow fiber membrane bundle at both ends of the casing cylinder, and separate the treatment liquid and the region where the treatment liquid flows when used as a hollow fiber membrane module.
  • a polymer material such as polyurethane, silicone, or epoxy (in other words, a two-component mixed curing type polymer adhesive) is cast.
  • the header member 1 is attached to one end of the casing cylinder, and the header member 8 is attached to the other end.
  • the header member 1 includes a liquid inlet nozzle 2 and is attached to one end of the casing cylinder 10 so as to surround the hollow opening end surface 4 of the hollow fiber membrane.
  • the header member 8 includes a liquid outlet nozzle 9 to be treated, and is attached to the other end so as to surround the hollow opening end surface 7 of the hollow fiber membrane.
  • the header members 1 and 8 are preferably liquid-tightly attached to both ends of the casing cylinder 10.
  • the header members 1 and 8 can be made of the same material as the casing cylinder 10.
  • an upper baffle plate 13 is provided immediately below the processing liquid inlet nozzle 11
  • an upper baffle plate 14 is provided immediately below the processing liquid outlet nozzle 12.
  • the lower baffle plate 15 is provided at a position that is line-symmetric with respect to the upper baffle plate 13 and the axis of the cylinder axis just below the treatment liquid inlet nozzle.
  • the lower baffle plate 16 is provided at a position that is line-symmetric with respect to the upper baffle plate 14 and the axis of the cylinder axis immediately below the processing liquid outlet nozzle.
  • the cylinder axis is an axis that passes through the center point of the cross section perpendicular to the direction in which the hollow fiber membrane bundles are aligned in the casing cylinder, and that the axis is symmetrical with respect to the axis of the cylinder axis.
  • the baffle plate and the lower baffle plate are in exactly line-symmetrical positional relationship with respect to the axis of the cylinder axis, but 70% or more of the range of positions in which the baffle plate is accurately line-symmetrical with respect to one baffle plate It suffices if the baffle plate occupies, preferably 80% or more of the other baffle plate, more preferably 90% or more.
  • the shape and size may be different between the two. As shown in FIG.
  • the upper baffle plates 13 and 14 are provided with a predetermined gap S from the inner opening 17 of the treatment liquid nozzle of the casing cylinder.
  • the gap S indicates the shortest distance from the position on the casing end side of the inner opening of the treatment liquid nozzle to the upper baffle plate.
  • the gap S ′ in the lower baffle plate indicates the shortest distance from the casing cylinder inner peripheral surface to the lower baffle plate in the same casing cross section as the position on the casing end side of the inner opening of the processing liquid nozzle. .
  • S and S ′ are preferably 2 mm or more, and more preferably 3 mm or more.
  • S and S ′ are preferably 6 mm or less, and more preferably 5 mm or less.
  • the treatment liquid nozzle is disposed in the vicinity of both end portions where the inner diameter of the casing expands, and the upper and lower baffles have the casing inner peripheral surface where the diameter starts increasing as the base end portion, and the tip thereof The part extends toward the casing end.
  • the inner circumference of the casing cylinder referred to herein is the circumference inside the casing cylinder where there is an upper and lower baffle provided with a predetermined gap S from the inner circumferential surface as shown as an inner circumference 18 in FIG. It refers to the range including the vicinity of the vicinity.
  • the upper baffle plates 13 and 14 are preferably formed in a size that covers the inner openings of the respective nozzles when the treatment liquid inlet and outlet nozzles are viewed from below.
  • looking at the nozzle from below means that the nozzle tip is in the upward direction and the nozzle inner opening is seen from directly below, and when the hollow fiber membrane is inserted in the module, the casing is not transparent, etc. If it is difficult to see the nozzle from below, it can be confirmed from the top that the upper baffle plate covers the inner opening of the nozzle.
  • the processing liquid collides with the upper baffle plate and has a function of being dispersed in the inner peripheral direction of the casing cylinder.
  • tip of the upper baffle plates 13 and 14 and the lower baffle plates 15 and 16 is extended toward a partition.
  • the lengths of the upper baffle plate and the lower baffle plate in the direction perpendicular to the axis of the treatment liquid nozzle are W1 and W2, respectively.
  • D, and the length of the baffle plate under the processing liquid inlet nozzle is Wi1 and Wi2, respectively.
  • Wi1 guides the processing liquid flowing into the inner peripheral surface of the casing cylinder, and the processing liquid flow is uniform. Therefore, it is preferable that di ⁇ Wi1 ⁇ 3di with respect to the inner diameter di of the casing inner peripheral surface of the treatment liquid inlet nozzle.
  • the width Wi2 of the lower baffle plates 15 and 16 includes variations in the processing liquid merging position at a position facing directly below the processing liquid nozzle due to uneven flow velocity in the processing liquid inlet nozzle, and makes the processing liquid flow uniform. Therefore, it is preferable that di ⁇ Wi2 ⁇ 3di with respect to the inner diameter di.
  • the casing cylinder becomes symmetrical, so the direction of the case in the manufacturing process
  • the lengths of the upper baffle plate and the lower baffle plate in the direction perpendicular to the axis of the processing liquid nozzle are Wo1 and Wo2, respectively.
  • W2 need not be equal to W1.
  • a casing cylinder made of polycarbonate and a polysulfone hollow fiber membrane disclosed in Example 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-170172 were prepared.
  • the hollow fiber membrane bundle was loaded into the casing cylinder from the cylinder axis direction. Thereafter, a casting cap is put on, and the hollow portion at the end of the hollow fiber membrane bundle is sealed with a resin by a centrifugal potting method (under a centrifugal force of about 80 G), a partition is formed, and both ends of the hollow fiber membrane bundle are formed.
  • the part was bonded to the inner wall of the casing cylinder with a potting material.
  • the potting material was urethane resin.
  • the casting cap was removed, and both ends were cut with sharp blades to open and expose the center of the hollow fiber membrane on the end faces of the partition walls. Then, in order to form a manifold in the both ends of a casing cylinder, the header member was joined by ultrasonic bonding, respectively.
  • the casing cylinder was 285 mm in length in the cylinder axis direction, and the inner diameter d of the treatment liquid inlet and outlet nozzle of the casing cylinder was 8 mm.
  • the inner diameter is enlarged near both end portions of the casing, and the treatment liquid inlet and outlet nozzles are arranged in the enlarged diameter portion.
  • an upper baffle plate whose tip is extended toward the end of the casing is provided with 3 mm as a gap S from the inner opening of each nozzle, and when the treatment liquid nozzle hole is viewed from below, the inner opening of the nozzle is formed.
  • All the upper baffle plates had a width W1 of 13 mm.
  • a lower baffle plate was disposed at a position that is line-symmetric with respect to the axis line of the upper baffle plate and the cylinder axis.
  • the lower baffle plate like the upper baffle plate, has a casing inner peripheral surface where the diameter starts to be enlarged as a base end portion, and a tip end portion thereof extends toward the casing end portion.
  • the width W2 of the lower baffle plate is set to 13 mm which is the same as the width W1 of the upper baffle plate, and the clearance S ′ from the inner peripheral surface of the casing is set to 3 mm.
  • a blood purifier was obtained (Example 1).
  • the header member was made of polycarbonate, which is the same material as the casing cylinder.
  • a general dialyzer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the lower baffle plate was not disposed on both the treatment liquid inlet and outlet sides (Comparative Example 1).
  • a plurality of baffle plates are arranged on the entire circumference with a gap of 3 mm from the inner opening of the treatment liquid inlet nozzle of the casing cylinder, and a slit extending in a direction oblique to the cylinder axis of the casing cylinder between the baffle plates
  • the dialyzer which provided was also obtained (Comparative Example 2).
  • the hollow fiber membrane module according to the present invention or the casing cylinder used therein is used for blood purification as described above, and particularly preferably used as a dialyzer for artificial dialysis.
  • the present invention can also be applied to the structure of a hollow fiber membrane module or the like used in a fuel cell humidifier or the like.

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Abstract

　処理液入口、出口ノズルを備えたケーシング筒と、一方向に引き揃えられた状態でケーシング筒に内装されている中空糸膜束と、中空糸膜束の両端部をケーシング筒の内壁に中空糸膜の中空部が開口するように固定している隔壁と、中空糸膜束の開口端面を包囲し、ケーシング筒の両端部に取り付けられる、被処理液入口ノズル、出口ノズルを備えたヘッダー部材とを有する中空 糸膜モジュールであって、ケーシング筒の内部における処理液入口ノズル直下に、ケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を隔てて設けられた上バッフル板と、前記上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられた下バッフル板を備えており、ケーシング筒の内周において上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しないことを 特徴とする、処理液流速をより均一化することができる、工業的に採用可能な中空糸膜モジュールを提供する。

Description

中空糸膜モジュールおよびこれに用いられるケーシング筒
　本発明は、人工透析、血液濾過に必要な血液処理器、浄水器、ガス分離膜等に用いられる中空糸膜モジュールおよびこれに用いられるケーシング筒に関するものである。
　処理液と被処理液により物質の濾過、透析等を行う中空糸膜モジュールは単位容積当たりの有効膜面積が大きくとれるため、これまで精密濾過、限外濾過等の水処理関係、窒素、酸素、水素等のガス分離関係、薬品関係、バイオ関係等多くの分野で使用されており、とりわけ血液透析、血液濾過等の血液処理器（以下、ダイアライザーと称する）として好適に利用されている。以下、ダイアライザーを中心に詳しく説明する。
　ダイアライザーは、例えば図６に示すように、一端部に処理液入口ノズル１１を、他端部に処理液出口ノズル１２を備えたケーシング筒１０と、このケーシング筒１０に内装された中空糸膜束５と、この中空糸膜束５を各端部においてケーシング筒１０の内壁に固定している隔壁３、６とを有し、ヘッダー部材１、８が、隔壁３、６の外側表面に形成された中空糸膜束５の中空部開口面４、７の全体を包囲するように、ケーシング筒１０の両端に取り付けられている。該ヘッダー部材１、８には被処理液入口ノズル２、被処理液出口ノズル９が備えられている。中空糸膜モジュールをダイアライザーとして用いる場合は、被処理液は血液であり、処理液は透析液である。
　上記のようなダイアライザーは、例えば中空糸膜の内側に血液を流し、中空糸の外側に透析液を流すことで、その圧力差による濾過や、濃度差による拡散によって、中空糸膜を介して血液中の尿毒素やβ２ミクログロブリンなどの除去したい物質を透析液側に移動させ、血液を浄化することができる。すなわち、ヘッダー部材１の被処理液入口ノズル２から流入した血液は、隔壁３の中空部開口面４から中空糸膜の内部に流入し、中空糸膜の内側を流れて、他端の隔壁６の中空部開口面７から流出し、ヘッダー部材８に備えられた被処理液出口ノズル９から流出する。一方、ケーシング筒１０の処理液入口ノズル１１から流入した透析液は、中空糸膜の外側を流れて処理液出口ノズル１２から流出する。図６に示すように、被処理液と処理液の流れ方向を対向させる、いわゆるカウンターフローで使用するのが一般的である。こうすることで中空糸膜を介しての物質交換が良好に行われるようにするためである。
　このようなダイアライザーの中空糸膜で物質交換を良好に行うためには、中空糸膜１本１本の外側に均等に透析液を流すことが有効である。透析液の流れに偏りがあると、血液浄化器全体でみたとき、浄化性能が低くなってしまうためである。従来のダイアライザーでは、ケーシング筒の横断面における透析液入口と対向する側の透析液流速が大きくなり、透析液の流れにムラが生じている。それは図７に示すように、透析液が処理液入口ノズル１１直下の上バッフル板１３に衝突、分散し、ケーシング筒内周に誘導され、再び合流して流速が大きくなるためである。
　透析液の流れを均等にするための試みとしては、ケーシング筒形状の工夫による透析液流れの改善策が数多く特許出願にて提案されている。例えば、特許文献１には、処理液流入部に設けるバッフル板の一方の側部とケース内周面との間を閉塞する工夫により処理液流れを改善する技術が開示されている。しかしながら、ノズル直下のバッフル板に衝突した処理液がケーシング筒内周に一方向に誘導されて、ケーシング横断面における内周面を周回して、最終的には閉塞されたバッフル板の壁に衝突して、局所的に処理液流速ムラができやすいという課題を残している。
　また、特許文献２には、複数枚のバッフル板をケーシング筒端部付近の全周にわたって配置して、バッフル板間にはケーシング筒の筒軸に対して斜交する方向に延在するスリットを設ける技術が記載されているが、バッフル板の一部が逆に処理液の流れを阻害し得るという課題がある。
特開２００５－２９６２６５号公報 特開２００４－１５４７７２号公報
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を鑑み、処理液流速をより均一にすることができる、工業的に採用可能な中空糸膜モジュールおよびこれに用いられるケーシング筒を提供することにある。
　本発明は、上記目的を達成せんとするものであり、以下のいずれかの構成を特徴とするものである。
１．処理液入口、出口ノズルを備えたケーシング筒と、一方向に引き揃えられた状態でケーシング筒に内装されている中空糸膜束と、中空糸膜束の両端部をケーシング筒の内壁に中空糸膜の中空部が開口するように固定している隔壁と、中空糸膜束の開口端面を包囲し、ケーシング筒の両端部に取り付けられる、被処理液入口ノズル、出口ノズルを備えたヘッダー部材とを有する中空糸膜モジュールであって、前記ケーシング筒の内部における処理液入口ノズル直下に、前記ケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を隔てて設けられた上バッフル板と、前記上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられた下バッフル板を備えており、前記ケーシング筒の内周において前記上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しないことを特徴とする中空糸膜モジュール。
２．中空糸膜モジュールに用いられる、胴体部側方に処理液入口ノズル、出口ノズルを備えたケーシング筒であって、前記ケーシング筒の内部における処理液入口ノズルの直下に、前記ケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を隔てて設けられた上バッフル板と、前記上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられた下バッフル板を備えており、前記上バッフル板はノズルを下から見たときにノズル内側開口を覆っており、前記ケーシング筒の内周において前記上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しないことを特徴とするケーシング筒。
　上記上バッフル板は、前述の背景技術にて挙げた図７に係る従来のダイアライザーに存在する上バッフル板と同様の位置に設けられることが好ましい。本発明は、上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に下バッフル板を設けることを大きな特徴の一つとする。
　ここで、筒軸の軸線に関して線対称となる位置とは、詳細は後述するが、上バッフル板と下バッフル板とが正確に線対称の位置関係に有る場合に限られるものではなく、また、下バッフル板の形状、大きさは上バッフル板と同一のものに限られるものではない。
　上記所定の隙間は、ある範囲に限定されるものではなく、モジュールの大きさによって変わり得るものであり、後述の通り定義される隙間Ｓは処理液ノズルの内側開口を塞ぐことのない程度の距離分が設けられていればよい。また、下バッフル板においても、上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられることから、後述ケーシング筒の内周面との隙間Ｓ’としては、隙間Ｓと同様の距離を設けることがよい。したがって、一般的なダイアライザーの場合、ＳおよびＳ’は２ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましい。また、ＳおよびＳ’を６ｍｍ以下とすることが好ましく、５ｍｍ以下とすることがより好ましい。
　一方で、処理液が衝突してケーシング筒の内周方向に流れるよう、処理液入口ノズルを下から見たときに上バッフル板はノズル内側開口を覆っていることが好ましい。
　上記の通り、本発明では、ケーシング筒の内周において前記上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しない。すなわち、図３にその一態様を示すように、処理液ノズル入口直下の断面には１つの上バッフル板、１つの下バッフル板以外のバッフル板は存在しない。
　上記下バッフル板は、上バッフル板と共に、処理液入口、出口ノズルの両方の下方に配置されることが好ましい。
　また、処理液入口ノズル内径をｄｉとして、モジュール断面方向から見たときの処理液入口ノズル下方の上バッフル板、下バッフル板における長手方向の長さをそれぞれＷｉ１、Ｗｉ２とすると、ｄｉ≦Ｗｉ１≦３ｄｉ、ｄｉ≦Ｗｉ２≦３ｄｉの関係が成り立つことが好ましい。
出口ノズル内径をｄｏとすると、
　同様に、処理液出口ノズルの内径をｄｏ、上記Ｗｉ１、Ｗｉ２に対応する処理液出口ノズル下方の上バッフル板、下バッフル板の長さをそれぞれＷｏ１、Ｗｏ２とすると、ｄｏ≦Ｗｏ１≦３ｄｏであり、ｄｏ≦Ｗｏ２≦３ｄｏの関係が成り立つことが好ましい。
　本発明によれば、ケーシング筒の内部における処理液ノズル直下に、処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を設けて、上バッフル板を配置し、該上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に下バッフル板を配置しているので、処理液入口ノズルから処理液を導入すると、処理液入口ノズル直下の上バッフル板により、処理液が周方向に分散されてケーシング筒内周面に誘導された後、処理液入口ノズルと対向した位置で合流するが、下バッフル板に衝突することにより処理液は周囲に拡散するため、流速は大きくならない。その結果、処理液の流れがより均等になる。そして、中空糸膜モジュール内の処理液の流れが均一となることにより、性能向上を図ることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。 図２は、図１に示した中空糸膜モジュールにおいて、透析液入口ノズルのある端部を示す概略部分縦断面図である。 図３は、図２に示した中空糸膜モジュールの処理液入口ノズルのある端部において、Ａ－Ａ断面で切断したとき概略部分断面図である。 図４は、図１に示した中空糸膜モジュールの処理液入口、出口ノズルのある端部において、ケーシング筒の円周に沿って切断し、中空糸膜束５を取り除いた概略部分断面図である。 図５は、図１に示した中空糸膜モジュールにおいて、糸束５、隔壁６、ヘッダー８を取り除いたケーシング筒の一端を示す概略部分縦断面図である。 図６は、従来の中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。 図７は、図６に示した中空糸膜モジュールの処理液入口ノズルのある端部において、ケーシング筒の円周に沿って切断したときの概略部分断面図である。
　まず、図面に基づいて、本発明の中空糸膜モジュールを説明する。
　図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例について示すものである。図１において、中空糸膜モジュールは、ケーシング筒１０と、ケーシング筒１０に内装されている中空糸膜束５と、中空糸膜束５の両端部をケーシング筒１０の内壁に中空糸膜の中空部が開口するように固定している隔壁３、６と、ケーシング筒１０の一方の端部に装着されたヘッダー部材１と、ケーシング筒１０の他方の端部に装着されたヘッダー部材８などから構成されている。
　ケーシング筒１０は、中空糸膜束５を内装する円筒形部材であって、その胴体部側方の一端部に近い箇所に処理液入口ノズル１１を備え、他端部に近い箇所には処理液出口ノズル１２を備えている。材質は特に限定されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、あるいはＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン）等のプラスチックからなるケーシング筒が好適に用いられる。
　中空糸膜束５は、複数本の中空糸膜（半透膜）が一方向（ケーシング筒１０の筒軸方向）に引き揃えられた状態でケーシング筒１０に内装されてなり、各端部が隔壁３、６により中空部が開口するようにケーシング筒１０の内壁に固定されている。中空糸膜は特に限定されるものではないが、アクリル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、セルロース、トリアセテート、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の素材からなる中空糸膜が好適に用いられる。
　隔壁３、６は、中空糸膜束をケーシング筒の両端部で固定し、中空糸膜モジュールとして用いる場合は、被処理液と処理液が流れる領域を分離する。基本的に、ポリウレタン、シリコーン、またはエポキシ等の高分子材料（換言すれば、２液混合硬化型の高分子接着剤）を注型してなる。
　また、ケーシング筒の一端にはヘッダー部材１、他端にはヘッダー部材８が装着されている。ヘッダー部材１は、被処理液入口ノズル２を備え、中空糸膜の中空部開口端面４を包囲するように、ケーシング筒１０の一方の端部に装着されている。ヘッダー部材８は、被処理液出口ノズル９を備え、中空糸膜の中空部開口端面７を包囲するように、他方の端部に装着されている。ヘッダー部材１、８は好ましくはケーシング筒１０の両端部に液密に装着されている。なお、これらヘッダー部材１、８は、ケーシング筒１０と同様の材料で構成することができる。
　そして、図１に示す中空糸膜モジュールにおいては、処理液入口ノズル１１の直下に上バッフル板１３、ならびに処理液出口ノズル１２の直下には、上バッフル板１４が備えられている。さらに、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、処理液入口ノズル直下の上バッフル板１３と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に下バッフル板１５が設けられている。また、好ましい態様として示される図１に示す態様においては、処理液出口ノズル直下の上バッフル板１４と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に下バッフル板１６が設けられている。ここで、筒軸とは、ケーシング筒において中空糸膜束が引き揃えられている方向と垂直の断面の中心点を通る軸であり、また、筒軸の軸線に関して線対称であるとは、上バッフル板と下バッフル板とが筒軸の軸線に関して正確に線対称の位置関係に有る場合のみならず、一方のバッフル板に関し正確に線対称の関係にある位置の範囲の７０％以上を他方のバッフル板が占めていればよく、好ましくは８０％以上を他方のバッフル板が占めていればよく、より好ましくは９０％以上であればよい。また、両者間で形状、大きさが異なっていてもよい。図４に示すように、上バッフル板１３、１４は、ケーシング筒の処理液ノズルの内側開口１７から所定の隙間Ｓを隔てて設けられている。ここで、隙間Ｓは、処理液ノズルの内側開口のケーシング端部側の位置から上バッフル板までの最短距離を示すものである。また、下バッフル板における隙間Ｓ’は、上記処理液ノズルの内側開口のケーシング端部側の位置と同一のケーシング横断面におけるケーシング筒内周面から下バッフル板までの最短距離を示すものである。両者ともに中空糸膜モジュールの種類や大きさにより適宜定めればよいが、ダイアライザーにおいては、ＳおよびＳ’は２ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であることがより好ましい。また、ＳおよびＳ’を６ｍｍ以下とすることが好ましく、５ｍｍ以下とすることがより好ましい。
　ここで、図５において、処理液ノズルはケーシングの内径が拡径する両端部付近の部分に配置されており、上下バッフルは拡径し始めるところのケーシング内周面を基端部として、その先端部がケーシング端部に向けて延びている。本発明において、ケーシング筒の内周において上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しない。ここでいう上記ケーシング筒の内周とは、図３に内周１８として示す如く、内周面から所定の隙間Ｓを隔てて設けられる上下バッフルが存在するところのケーシング筒内部の周、好ましくはその近傍の周を含んだ範囲を指すものである。もしかかる範囲に他のバッフル板が存在した場合は、処理液の流れが阻害され、不均一になるという結果を最近の研究で得ている。上バッフル板１３、１４は処理液入口、出口ノズルを下から見たときにそれぞれのノズルの内側開口を覆う大きさで形成されることが好ましい。ここで、上記ノズルを下から見るとは、ノズル先端を上方向として、ノズル内側開口を真下からみることであり、モジュールに中空糸膜が挿入されている場合や、ケーシングが透明でない場合等、ノズルを下から見ることが難しい場合は、ノズルを上から見て、上バッフル板がノズルの内側開口を覆っているか確認することもできる。いずれにしても、処理液が上バッフル板に衝突して、ケーシング筒の内周方向に分散される機能を有することがよい。また、上バッフル板１３、１４および下バッフル板１５、１６のそれぞれの先端は隔壁に向けて延設されることが好ましい。ここで、図４に示すように、モジュール断面方向から見たとき、上バッフル板、下バッフル板における処理液ノズルの軸に対し垂直な方向の長さをそれぞれＷ１、Ｗ２として、処理液ノズル内径をｄとし、さらに処理液入口ノズル下における上記バッフル板の長さをそれぞれＷｉ１、Ｗｉ２とすると、Ｗｉ１は、流入した処理液をケーシング筒の内周面に誘導し、かつ、処理液流れを均一にする目的から、処理液入口ノズルのケーシング内周面における内径ｄｉに対して、ｄｉ≦Ｗｉ１≦３ｄｉとすることが好ましい。下バッフル板１５、１６の幅Ｗｉ２は、処理液入口ノズル内の流速のムラによる処理液ノズル直下と対向する位置での処理液合流位置のばらつきを包含し、かつ、処理液流れを均一にするため、上記内径ｄｉに対して、ｄｉ≦Ｗｉ２≦３ｄｉが好ましい。また、本発明においては、上バッフル板、下バッフル板が処理液入口ノズルのみでなく、出口ノズルの下方に配置されていれば、ケーシング筒が左右対称になるため、製造工程でのケースの方向性を考えなくてよいことから好ましいが、その場合においても、モジュール断面方向から見たとき、上バッフル板、下バッフル板における処理液ノズルの軸に対し垂直な方向の長さをそれぞれＷｏ１、Ｗｏ２として、処理液入口ノズルのケーシング内周面における内径ｄｏとすると、ｄｏ≦Ｗｏ１≦３ｄｏとして、またｄｏ≦Ｗｏ２≦３ｄｏの関係が成り立つよう設計することが好ましい。なお、Ｗ２はＷ１と等しくある必要はない。
　図１に示す血液透析用の中空糸膜モジュールを製作するため、ポリカーボネートからなるケーシング筒と、日本特開２００１－１７０１７２号公報の実施例１に開示されているポリサルホン中空糸膜を用意した。
　中空糸膜は約１万本を束ねて一方向に引き揃えて中空糸膜束とし、該中空糸膜束をケーシンング筒の内部に筒軸方向から装填した。
その後、注型キャップを被せ、遠心ポッティング方法（約８０Ｇの遠心力下）で中空糸膜束の端部の中空部を樹脂で封止してから、隔壁を形成し、中空糸膜束の両端部をケーシング筒の内壁にポッティング材で接着した。ポッティング材は、ウレタン樹脂を使用した。隔壁が固化した後に注型キャップを取り外し、両端部を鋭利な刃物で切断して隔壁の端面に中空糸膜の中央部を開口、露出させた。その後、ケーシング筒の両端部にマニホールドを形成するために、ヘッダー部材をそれぞれ超音波接着で接合した。このとき、ケーシング筒は、筒軸方向長さ２８５ｍｍとし、ケーシング筒の処理液入口、出口ノズルの内径ｄは８ｍｍとした。また、ケーシングの両端部付近では内径が拡径しており、かかる拡径部に処理液入口、出口ノズルが配置され、それぞれの直下には、拡径し始めるところのケーシング内周面を基端部として、その先端部がケーシング端部に向けて延びる上バッフル板を、それぞれのノズルの内側開口からの隙間Ｓとして３ｍｍを設け、処理液ノズル孔を下から見たときにノズルの内側開口を覆うように配置した。いずれの上バッフル板も幅Ｗ１が１３ｍｍであった。さらに、該上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に、下バッフル板を配置した。下バッフル板は、上バッフル板と同様、拡径し始めるところのケーシング内周面を基端部として、その先端部がケーシング端部に向けて延びるものとした。また、ケーシング筒の樹脂成形を容易にするため、下バッフル板の幅Ｗ２は、上バッフル板の幅Ｗ１と同じ１３ｍｍとして、さらに、ケーシング内周面からの隙間Ｓ’は３ｍｍとして、本発明の血液浄化器を得た（実施例１）。なお、ヘッダー部材の材質は、ケーシング筒と同じ材質のポリカーボネートを使用した。
　また、比較例として、上記下バッフル板を処理液入口、出口側の両方に配置しなかった以外は実施例１と同様にして、一般的なダイアライザーを得た（比較例１）。複数枚のバッフル板をケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から隙間として３ｍｍを設けて全周に配置し、バッフル板間にケーシング筒の筒軸に対して斜交する方向に延在するスリットを設けたダイアライザーも得た（比較例２）。
　これら３つのダイアライザーの性能を比較評価した結果、表１の結果を得、実施例のダイアライザーの方が優れた性能を発揮していることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
なお、上記溶質のクリアランス測定は、平成２０年８月１日発行日本医療器材工業会編「ダイアライザー機能分類実施マニュアル」に基づいて行った。この中で測定方法が２種類あるが、本実験はクリアランス測定時の測定条件を基準とした。クリアランスは以下の式を用いて計算した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本発明に係る中空糸膜モジュールまたはこれに用いられるケーシング筒は、上述したように血液浄化用途に用いられ、特に人工透析用のダイアライザーとして好適に用いるが、下排水の浄化や、飲料水の製造、燃料電池の加湿装置等に用いられる中空糸膜モジュール等の構造にも応用することが出来る。
　　　　１　ヘッダー部材
　　　　２　被処理液入口ノズル
　　　　３　隔壁
　　　　４　中空部開口端面
　　　　５　中空糸膜束
　　　　６　隔壁
　　　　７　中空部開口端面
　　　　８　ヘッダー部材
　　　　９　被処理液出口ノズル
　　　１０　ケーシング筒
　　　１１　処理液入口ノズル
　　　１２　処理液出口ノズル
　　　１３　上バッフル板
　　　１４　上バッフル板
　　　１５　下バッフル板
　　　１６　下バッフル板
　　　１７　ケーシング筒の処理液ノズルの内側開口
　　　１８　ケーシング筒の内周
　　　　ｄ　処理液ノズル内径
　　　　Ｓ　ケーシング筒の処理液ノズルの内側開口のケーシング端部側の位置から上バッフル板までの最短距離
　　　　Ｓ’ケーシング筒の処理液ノズルの内側開口のケーシング端部側の位置から下バッフル板までの最短距離
　　　Ｗ１　上バッフル板の幅
　　　Ｗ２　下バッフル板の幅

Claims (12)

  1. 処理液入口、出口ノズルを備えたケーシング筒と、一方向に引き揃えられた状態でケーシング筒に内装されている中空糸膜束と、中空糸膜束の両端部をケーシング筒の内壁に中空糸膜の中空部が開口するように固定している隔壁と、中空糸膜束の開口端面を包囲し、ケーシング筒の両端部に取り付けられる、被処理液入口ノズル、出口ノズルを備えたヘッダー部材とを有する中空糸膜モジュールであって、前記ケーシング筒の内部における処理液入口ノズル直下に、前記ケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を隔てて設けられた上バッフル板と、前記上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられた下バッフル板を備えており、前記ケーシング筒の内周において前記上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しないことを特徴とする中空糸膜モジュール。
  2. 前記上バッフル板は前記ノズルを下から見たときにノズルの内側開口を覆ってい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。
  3. 前記処理液入口ノズルの内径ｄｉに対して、前記上バッフル板の幅Ｗｉ１が、ｄｉ≦Ｗｉ１≦３ｄｉであり、前記下バッフル板の幅Ｗｉ２が、ｄｉ≦Ｗｉ２≦３ｄｉであることを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
  4. 前記上バッフル板と前記下バッフル板が、前記処理液入口、出口ノズルの両方の下方に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
  5. 前記処理液出口ノズルの内径ｄｏに対して、前記上バッフル板の幅Ｗｏ１が、ｄｏ≦Ｗｏ１≦３ｄｏであり、前記下バッフル板の幅Ｗｏ２が、ｄｏ≦Ｗｏ２≦３ｄｏであることを特徴とする請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
  6. 血液処理器に用いられることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
  7. 中空糸膜モジュールに用いられる、胴体部側方に処理液入口ノズル、出口ノズルを備えたケーシング筒であって、前記ケーシング筒の内部における処理液入口ノズルの直下に、前記ケーシング筒の処理液入口ノズルの内側開口から所定の隙間を隔てて設けられた上バッフル板と、前記上バッフル板と筒軸の軸線に関して線対称となる位置に設けられた下バッフル板を備えており、前記上バッフル板はノズルを下から見たときにノズルの内側開口を覆っており、前記ケーシング筒の内周において前記上バッフル板と下バッフル板との間にバッフル板が存在しないことを特徴とするケーシング筒。
  8. 前記上バッフル板は前記ノズルを下から見たときにノズルの内側開口を覆っていることを特徴とする請求項７に記載のケーシング筒。
  9. 前記処理液入口ノズルまたは出口ノズルの内径ｄｉに対して、前記上バッフル板の幅Ｗｉ１が、ｄｉ≦Ｗｉ１≦３ｄｉであり、前記下バッフル板の幅Ｗｉ２が、ｄｉ≦Ｗｉ２≦３ｄｉであることを特徴とする請求項７または８に記載のケーシング筒。
  10. 前記上バッフル板と前記下バッフル板が、前記処理液入口、出口ノズルの両方の下方に配置されていることを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載のケーシング筒。
  11. 前記処理液入口ノズルまたは出口ノズルの内径ｄｏに対して、前記上バッフル板の幅Ｗｏ１が、ｄｏ≦Ｗｏ１≦３ｄｏであり、前記下バッフル板の幅Ｗｏ２が、ｄｏ≦Ｗｏ２≦３ｄｏであることを特徴とする請求項１０に記載のケーシング筒。
  12. 血液処理用中空糸膜モジュールに用いられることを特徴とする請求項７～１１のいずれかに記載のケーシング筒。
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