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WO2016035798A1 - 中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールの製造方法 Download PDF

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WO2016035798A1
WO2016035798A1 PCT/JP2015/074894 JP2015074894W WO2016035798A1 WO 2016035798 A1 WO2016035798 A1 WO 2016035798A1 JP 2015074894 W JP2015074894 W JP 2015074894W WO 2016035798 A1 WO2016035798 A1 WO 2016035798A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hollow fiber
fiber membrane
flow path
membrane module
path member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/074894
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊 志村
小林　敦
紀浩 武内
宜記 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to EP15837714.3A priority Critical patent/EP3189886A4/en
Priority to US15/507,522 priority patent/US10350549B2/en
Priority to JP2015547580A priority patent/JP6607038B2/ja
Priority to CN202010406983.4A priority patent/CN111514759B/zh
Priority to CN201580046910.6A priority patent/CN106794427A/zh
Priority to KR1020177005477A priority patent/KR102332901B1/ko
Publication of WO2016035798A1 publication Critical patent/WO2016035798A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D63/02—Hollow fibre modules
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    • B01D63/022—Encapsulating hollow fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/032—More than two tube sheets for one bundle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B01D65/022—Membrane sterilisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/08—Flow guidance means within the module or the apparatus
    • B01D2313/086—Meandering flow path over the membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2313/19—Specific flow restrictors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/44—Cartridge types

Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module used in the water treatment field, the fermentation industry field, the pharmaceutical / medical field, the food industry field, and the like, and more specifically, deposits of suspended substances near the binding portion of the hollow fiber membrane module.
  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module to be suppressed and a manufacturing method thereof.
  • a hollow fiber membrane module contains a hollow fiber membrane bundle in which approximately several hundred to several tens of thousands of hollow fiber membranes are bundled in a cylindrical case, and binds at least one end of the hollow fiber membrane bundle, It is the structure accommodated in the cylindrical case.
  • Patent Document 1 discloses a module in which both ends of a hollow fiber membrane bundle are bonded and bonded, and a plurality of through holes are provided in one of the binding portions. It functions as a mouth, an air supply port for washing, and a suspended matter discharge port.
  • the inside of the hollow fiber membrane module is sterilized or sterilized.
  • general sterilization and sterilization methods include hot water sterilization, dry heat sterilization, boiling sterilization, steam sterilization, ultraviolet sterilization, gamma ray sterilization, and gas sterilization.
  • hot water sterilization usually 80 ° C, 1 hour
  • steam sterilization usually 121 ° C, 20 minutes
  • the through hole serves as a steam drain outlet.
  • steam drain accumulates in the staying part between the through holes above the bundling part, the temperature is not sufficiently increased. Lead to contamination with bacteria.
  • This invention is made
  • the present invention provides the following techniques (1) to (11).
  • a cylindrical case having a first end and a second end in the height direction, and accommodated in the cylindrical case, the end on the first end side being closed, and an end on the second end side
  • a hollow fiber membrane bundle having a plurality of hollow fiber membranes, the first bundling portion for bundling the end portion on the first end side of the hollow fiber membrane, and the first end side of the first bundling portion
  • a hollow fiber membrane module comprising: a flow path member that directs at least a part of the fluid flowing out from the end on the end side in a direction intersecting a height direction of the cylindrical case.
  • the at least one flow path member is provided so as to protrude from the end surface on the second end side of the first bundling portion, and is in contact with the surface on the second end side of the first bundling portion.
  • the outer diameter R of the first bundling portion and the total area S of the openings of the flow path member satisfy 0.004 ⁇ S / R 2 ⁇ 1.2 (2) or (3) Hollow fiber membrane module.
  • At least one terminal end of the first flow path is disposed in an area within a range of 3 mm in height from the lowest part of the second end side end face of the first bundling portion.
  • the hollow fiber membrane module according to any one of (6).
  • the total area of the first flow path in the cross section perpendicular to the height direction includes the first binding portion, and the area inside the cylindrical case in the cross section perpendicular to the height direction,
  • the hollow fiber membrane module according to any one of (1) to (7), which is 2% or more and 35% or less.
  • the hollow fiber membrane module includes a plurality of the first flow paths, and the flow path member changes an outflow direction from a part of the plurality of the first flow paths. In the cross section perpendicular to the height direction, of the first flow paths, the area of the flow path that supplies the flow whose direction is changed by the flow path member is the total of the first flow paths.
  • the hollow fiber membrane module according to any one of (1) to (8), which is 30% or more and 90% or less with respect to the area.
  • a method for producing a hollow fiber membrane module according to any one of (1) to (9), The following steps (a) to (d): (A) disposing a potting jig so as to surround at least one end of the hollow fiber membrane bundle having the plurality of hollow fiber membranes; (B) a step of forming a bundling portion in which the hollow fiber membranes are bonded and fixed by curing a potting agent in the potting jig; (C) removing the potting jig; (D) A method of manufacturing a hollow fiber membrane module, comprising: fixing the flow path member to the binding portion.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention includes a hollow fiber membrane, a first bundle side of the hollow fiber membrane that is closed and bundled, and a first bundle side from the first end side toward the second end side.
  • the first flow path for guiding the fluid through the bundling portion and the flow of at least a part of the fluid that has flowed out from the end on the second end side of the first flow path is the height of the cylindrical case that accommodates the hollow fiber membrane bundle.
  • a flow path member directed in a direction intersecting the vertical direction is provided. Since the flow direction determined in the first flow path can be changed by the flow path member, the staying portion between the first flow paths can be reduced on the first bundling portion.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane module 100A according to the prior art and a schematic view showing the flow from the bottom to the top of the fluid inside the module.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane module 100A according to the prior art and a diagram schematically showing the flow from above to below the fluid inside.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the first binding portion of the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention, and a diagram schematically showing how the fluid flows from the bottom to the top in the first flow path. .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane module 100A according to the prior art and a schematic view showing the flow from the bottom to the top of the fluid inside the module.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane module 100A
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the shape of the flow path member of the present invention, where (a) is a baffle plate-shaped flow path member, (b) is a spherical flow path member, and (c) is a planar tip. (D) shows a channel member having a dome-shaped tip.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the first binding portion of the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention, and a diagram schematically showing how the fluid flows from the top to the bottom in the first flow path. .
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the shape of the opening of the flow path member of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an example of the arrangement of the flow path member of the present invention
  • (a) is a schematic cross-sectional view of the flow path member and the first binding part
  • (b) is the flow path member and the first binding.
  • It is a schematic top view of a part
  • (c) is an enlarged view of a flow-path member
  • FIG. 9 is a schematic top view of the flow path member and the first binding portion showing an example of the arrangement of the flow path member of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention.
  • the hollow fiber membrane module configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • “upper” and “lower” are based on the state shown in the figure and are for convenience.
  • the side where the filtrate flows out is the “up” direction.
  • the direction from “down” to “up” is expressed as “height direction” for convenience.
  • the vertical direction coincides with the vertical direction in the figure.
  • the direction of the flow path does not necessarily coincide with the height direction (direction perpendicular to the radial direction of the cylindrical case).
  • the opening of the flow path only needs to be provided on the surface on the first end side and the surface on the second end side of the binding portion. That is, the flow path may be provided obliquely with respect to the height direction.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the hollow fiber membrane module 100B according to the first embodiment of the present invention.
  • the hollow fiber membrane module 100B includes a cylindrical case 1 having a first end 1a and a second end 1b in the height direction, and is accommodated in the cylindrical case 1, and is disposed on the first end 1a side.
  • the hollow fiber membrane bundle 12 having a plurality of hollow fiber membranes 2 with the end portion (first end portion) closed and the end portion (second end portion) on the second end 1b side opened,
  • a first bundling portion 3 for bundling the end portion on the first end 1a side
  • a first flow path 4 for guiding fluid through the first bundling portion 3 from the first end 1a side toward the second end 1b side
  • a flow path member 5 that directs at least a part of the fluid flowing out from the end of the first flow path 4 on the second end 1 b side in the radial direction of the cylindrical case 1.
  • the rod-shaped cylindrical case 1 includes a hollow cylindrical case 1 and an upper cap 6 and a lower cap 7 provided at both ends of the cylindrical case 1.
  • an upper cap 6 having a filtrate outlet 8 is provided at the upper part of the cylindrical case 1
  • a lower cap 7 having a filtrate inlet 9 is provided at the lower part of the cylindrical case 1.
  • the upper cap 6 and the lower cap 7 use, for example, a gasket 10 as shown in FIG. 3, and are fixed to the cylindrical case 1 with a clamp or the like.
  • the saddle-shaped cylindrical case 1 has flanges 1D and 1E over the entire circumference of the cylindrical case 1 at its upper and lower ends. Further, a filtrate outlet 11 as a nozzle for discharging fluid (filtrate) is provided on the side of the cylindrical case 1 near the filtrate outlet 8, that is, near the second end 1b.
  • the upper cap 6 has an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the cylindrical case 1, and the upper end side is reduced in diameter to form the filtrate outlet 8.
  • a step portion 6 ⁇ / b> A for forming a groove when connected to the cylindrical case 1 is formed over the entire circumference of the upper cap 6.
  • the lower cap 7 has an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the cylindrical case 1, and the lower end side of the lower cap 7 is reduced in diameter to form the filtrate inlet 9.
  • the hollow fiber membrane module 100B includes a hollow fiber membrane bundle 12 including a plurality of hollow fiber membranes 2 and a bundling portion that binds the hollow fiber membranes 2 at the end of the hollow fiber membrane bundle 12.
  • the bundling portion has a first bundling portion 3 disposed on the filtrate inlet 9 side of the cylindrical case 1 and a second bundling portion 13 disposed on the filtrate outlet 8 side of the cylindrical case 1.
  • the hollow fiber membrane module 100B is disposed between the tubular case 1 and the hollow fiber membrane bundle 12 so as to be aligned in the radial direction of the filtrate outlet 11 and the cylindrical case 1, and has a plurality of side surfaces.
  • a rectifying cylinder 15 having a rectifying hole 14, and the second bundling portion 13 is accommodated in the rectifying cylinder 15.
  • the 1st binding part 3 arrange
  • the fluid (arrow A) flowing out from the flow path member 5 is in the radial direction of the cylindrical case 1 with respect to the hollow fiber membrane 2. It acts as a force, and the hollow fiber membrane 2 is easily broken at this portion.
  • a material having a certain degree of hardness is provided as a cushioning material around the hollow fiber membrane 2 on the end surface on the second end 1b side of the first binding unit 3, and the cushioning material (the second end 1b of the first binding unit 3).
  • the hardness of the portion at the side end face is preferably less than D hardness 85, more preferably less than 60 D hardness. If the hardness is too low, there is a high possibility of breakage during handling of the hollow fiber membrane module 100B, preferably A hardness 10 or more, more preferably A hardness 30 or more.
  • the hardness can be measured using a commercially available hardness meter based on JIS K 6253.
  • the cushioning material may be used individually. In that case, the cushioning material may be used in the vicinity of the end surface on the second end 1b side of the first binding portion 3.
  • the bundling method is not particularly limited as long as the mechanical strength, chemical durability, thermal durability, and the like of the bundling portion are satisfied, but the outer periphery of the hollow fiber membrane bundle 12 is covered with a heat shrinkable tube or the like, and heated and bundled And a method of arranging hollow fiber membranes on a sheet and bundling them together, and a method of bonding using a potting agent.
  • the potting agent can contain a silicone resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, or the like as a main component. Further, the potting agent may contain additives such as silica, glass and rubber other than the adhesive.
  • the first binding part 3 is accommodated in a cylindrical first binding part case 16 having a bottom part below.
  • the outer diameter of the first binding portion case 16 is configured to be smaller than the inner diameter of the cylindrical case 1.
  • the first binding part case 16 is not necessarily required, it is used for protecting the first binding part 3, and the material is not particularly limited as long as it satisfies mechanical strength, chemical durability, thermal durability, etc.
  • fluorine resin such as vinyl chloride resin, polypropylene resin, polysulfone resin, polytetrafluoroethylene, perfluoroalkoxy fluorine resin, polycarbonate, polypropylene, polymethylpentene, polyphenylene sulfide, polyether ketone, stainless steel, aluminum, etc. be able to.
  • the first binding part 3 may be fixed to the cylindrical case 1, and the fixing method is not related to the present invention. Moreover, the shape of the 1st binding part case 16, and the presence or absence of the 1st binding part case 16 have nothing to do with this invention.
  • the 1st binding part 3 has the 1st flow path 4 used as fluid flow paths, such as to-be-filtered liquid.
  • the first flow path 4 includes a through hole 4 ⁇ / b> A provided in the first binding portion 3, a clearance 4 ⁇ / b> B between the cylindrical case 1 and the first binding portion 3, and the like.
  • the total area of the first flow paths 4 in the cross section perpendicular to the height direction is the first binding portion. It is preferable that they are 2% or more and 35% or less with respect to the area inside the said cylindrical case in the cross section perpendicular
  • the area of the first flow path 4 is small, the space between the through holes 4A that can be a staying location is widened, and even if the flow path member 5 is provided, it is difficult to obtain the effect of reducing the staying. Further, the pressure loss when the fluid passes through the first flow path 4 is large, and when the fluid flows from the bottom to the top, the pump power cost becomes large. Furthermore, when the fluid flows from the top to the bottom, the flow is unlikely to occur, and turbidity may block the first flow path.
  • the area of the first flow path 4 is large, the cross-sectional area of the portion other than the hollow fiber membrane 2 in the first bundling portion 3 is small, so that the hollow fiber membranes 2 are closely packed and the first end of the hollow fiber membrane 2 is There is a possibility that problems such as poor sealing occur on the 1a side or turbidity deposited between the hollow fiber membranes 2 becomes difficult to be discharged.
  • the pressure loss of the fluid is not sufficient and the flow flowing into the flow path member 5 is biased. Arise. If the flow flowing into the flow path member 5 is biased, the radial flow flowing out from the flow path member 5 is biased, the residence portion becomes large, and turbidity tends to accumulate.
  • the first flow path 4 preferably includes a plurality of through-holes 4A, and the arrangement of each through-hole 4A is such that the positions of the vertices of many equilateral triangles, the positions of intersections of radiation and concentric circles, and the intersections on the lattice
  • the position is arbitrary, but if there is a deviation in the interval between adjacent through-holes, the portion where the interval is larger than others tends to stay. Therefore, it is preferable to make the interval equal so that there is no great difference in the interval.
  • At least one terminal end of the first flow path 4 is arranged in a region within a height of 3 mm from the lowest part of the end surface on the second end 1b side of the first binding portion 3.
  • the end surface on the second end 1b side of the first binding unit 3 can be horizontal, but when potting is performed with the first binding unit case 16 tilted from the vertical direction, A slope is formed on the end surface on the second end 1b side.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the height direction of the through hole 4A is arbitrary such as a circle, an ellipse, a polygon, and a star.
  • the flow path member 5 is disposed so as to change the direction of the flow that has flowed out from a part of the first flow paths 4, and the first flow path 4 in a cross section perpendicular to the height direction.
  • the area of the flow path that supplies the flow whose direction is changed by the flow path member 5 is preferably 30% or more and 90% or less with respect to the total area of the first flow path 4.
  • the pressure loss may be excessive when the fluid flows through the flow path member 5 from below, Further, when the fluid flows through the flow path member 5 from the top to the bottom, the flow is difficult to occur, and there is a possibility that the water is not sufficiently drained.
  • the area of the flow path that supplies the flow whose direction is changed by the flow path member 5 is too small, the flow that passes through other than the flow path member 5 when the fluid flows through the first flow path 4 from the bottom to the top Becomes preferential, and the effect of reducing the staying portion by the flow path member 5 is not sufficiently obtained.
  • the shape of the flow path member 5 is not particularly limited as long as the flow direction of the fluid flowing out from the first flow path 4 can be changed.
  • the baffle plate-shaped flow path member 5A shown in FIG. (B) a spherical channel member 5B, (c) a channel member 5C having a planar tip, and (d) a channel member 5D having a dome-shaped tip.
  • the fixing method of the flow path member 5 is not particularly limited as long as the mechanical strength is sufficient, a method of fixing to the first binding part 3, a method of fixing the scaffold of the flow path member 5 to the wall part of the through hole 4A, A method of fixing to the first binding part case 16, a method of fixing to the inner wall of the cylindrical case 1, and the like can be mentioned.
  • the flow path member 5 and the first binding unit case 16 may be manufactured in advance as one member. Further, if the outer wall of the flow path member 5 has a sharp portion, a burr or the like, the hollow fiber membrane 2 may be damaged, and the filtrate to be filtered may leak to the filtrate side. Is preferably smooth. Taking these into consideration, in this embodiment, the flow path member 5 (5D) having a dome-shaped tip is shown in each drawing, but the shape of the flow path member 5 of the present invention is not limited to this.
  • the driving force that causes the fluid to flow down may be only its own weight. Therefore, it is preferable to make the space that can be a staying portion as small as possible.
  • the flow path member 5 serves as both a flow path for fluid flowing from the first end 1a side to the second end 1b side and a flow path for fluid flowing from the second end 1b side to the first end 1a side. It has an opening 5E.
  • the opening 5E5 is preferably in contact with the surface of the first binding unit 3 on the second end 1b side.
  • the opening 5E is in contact with the surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 so that a fluid flow is generated in the vicinity of the surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 where the suspended matter is easily deposited. be able to.
  • the width of the portion in contact with the surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 is preferably 1 mm or more. If it is less than 1 mm, it takes time for drainage, or sufficient drainage cannot be performed, for example, the opening is blocked by turbidity contained in the liquid.
  • the length of the opening 5E in the height direction of the soot channel member 5 is preferably 1 mm or more and 30 mm or less, and more preferably 5 mm or more and 20 mm or less.
  • the length in the height direction of the opening 5E is 1 mm or more so that the pressure loss can be suppressed, so that a module operation that does not require a large pump power cost is possible. It becomes.
  • blockage due to turbidity, etc., and blockage due to manufacturing errors are unlikely to occur.
  • the proportion of the radial component in the flow flowing out from the flow path member 5 can be kept relatively large, so that suspended substances and the like are deposited.
  • the effect of reducing the location (retention part) that is easy to do becomes higher.
  • the width of the opening 5 ⁇ / b> E of the flow path member 5 is larger as it is positioned lower in the height direction, and can be gradually decreased upward.
  • the vicinity of the surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 is a place where suspended substances are most easily deposited, but the opening has such a shape, so that the radial component of the flow at this place is Since it becomes large, the amount of suspended matter deposited can be reduced.
  • the arrangement (that is, the number, position, and orientation) of the flow path member 5 is not particularly limited.
  • the hollow fiber membranes 2 positioned in a space within a height of 30 mm from the end surface on the second end 1b side of the first binding unit 3 are in contact with the fluid flowing out from the opening 5E of at least one flow path member 5, respectively.
  • the arrangement of the flow path member 5 is preferably set.
  • FIGS. 8A and 8B are examples of such a configuration.
  • the flow path member 5 is opened from the upper end surface of the bundling portion 3 to a height of 30 mm.
  • each flow path member 5 is arrange
  • the opening 5E of a certain flow path member 5 faces a non-opening (that is, a portion other than the opening 5E) of the flow path member 5 in the vicinity thereof. ing.
  • the total area S of the openings 5E of the flow path member 5 and the outer diameter R on the second end 1b side of the first bundling portion 3 satisfy 0.004 ⁇ S / R 2 ⁇ 1.2.
  • the S / R 2 value is 0.004 or more, the flow flowing out from the opening 5E of the flow path member 5 can be made uniform. Thereby, the flow that flows out from the opening 5E of the flow path member 5 reaches most of the hollow fiber membranes 2 in the vicinity of the end surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 and cleans the membrane surface. Furthermore, since the generation of a locally excessively strong flow from the opening 5E of the flow path member 5 is suppressed, a failure such as the hollow fiber membrane 2 being damaged by receiving a force higher than its own strength occurs. Hateful.
  • the S / R 2 value is 1.2 or less, so that the flow velocity of the flow flowing out from the opening 5E of the flow path member 5 can be sufficiently increased, and the suspended matter or the like is likely to accumulate (retention portion). Can be reduced.
  • each flow path member 5 may be provided uniformly on a surface perpendicular to the height direction of the flow path member 5, but may be unevenly distributed in an arbitrary direction.
  • the flow in the hollow fiber membrane module 100 ⁇ / b> B is controlled by unevenly distributing the openings 5 ⁇ / b> E and changing the direction in which the area of the openings 5 ⁇ / b> E is large depending on each flow path member 5.
  • a swirling flow can be generated.
  • the flow path member 5 is a flow path member 5 (5D) having a dome-shaped tip as shown in FIG. 8C
  • the flow path member 5 is located above the uppermost opening 5E.
  • the depth L of the bag path surrounded by the inner wall of the flow path member 5 and the circle equivalent equivalent diameter D of the bag path satisfy L / D ⁇ 5.0.
  • the equivalent circle diameter refers to the diameter of a circle when the shape of a cross section perpendicular to the height direction is replaced with a circle having the same area.
  • the confined bag space in the flow path member 5 becomes a stagnant part, and turbidity is likely to accumulate, and sterilization and sterilization are likely to occur during hot water sterilization and steam sterilization.
  • L / D ⁇ 5.0 the shape of the flow path member 5 can be made into a small shape with a recessed bag space, and the efficiency of sterilization and sterilization can be improved.
  • the hollow fiber membrane module 100B of this embodiment includes a hollow fiber membrane 2 as a separation membrane. Hundreds to tens of thousands of hollow fiber membranes 2 are bundled to form a hollow fiber membrane bundle 12.
  • the hollow fiber membrane 2 is advantageous because it generally has a specific surface area larger than that of a flat membrane, and the amount of liquid that can be filtered per unit time is large.
  • the structure of the hollow fiber membrane 2 is a symmetrical membrane having a uniform pore diameter as a whole, an asymmetric membrane whose pore diameter changes in the thickness direction of the membrane, and a separation for separating the support layer and the target substance for maintaining strength. There are composite films having a functional layer.
  • the average pore diameter of the hollow fiber membrane 2 may be appropriately selected depending on the separation target, but is preferably 10 nm or more and 220 nm or less for the purpose of separation of microorganisms such as bacteria and fungi and animal cells. If the average pore size is less than 10 nm, the water permeability becomes low, and if it exceeds 220 nm, microorganisms and the like may leak.
  • the average pore size in the present invention is the pore size of the dense layer having the smallest pore size.
  • the material of the separation membrane is not particularly limited.
  • the separation membrane include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, ethylene tetrafluoride / hexafluoropropylene copolymer, and ethylene / tetrafluoroethylene copolymer.
  • Fluorine resins such as cellulose acetate, cellulose acetate propionate, cellulose esters such as cellulose acetate butyrate, polysulfone resins such as polysulfone and polyethersulfone, resins such as polyacrylonitrile, polyimide, and polypropylene can be contained. .
  • separation membranes made of fluororesins and polysulfone resins have high heat resistance, physical strength, and chemical durability. Therefore, fermentation industry, pharmaceutical production, food industry, It can be suitably used for a hollow fiber membrane module in the treatment field and the like.
  • the total area S of the openings 5E of the flow path member 5 and the outer diameter R on the second end 1b side of the first binding portion 3 satisfy 0.004 ⁇ S / R 2 ⁇ 1.2. It is preferable that 0.01 ⁇ S / R 2 ⁇ 0.86 is satisfied.
  • the total area S and the outer diameter R satisfy this range, the flow that reduces the portion (retention part) where the suspended solids easily accumulate in the hollow fiber membrane module 100B is generated effectively and without large deviation. be able to.
  • the hollow fiber membrane may be damaged by the flow from the opening 5E.
  • the hollow fiber membrane 2 is preferably high in strength.
  • the strength (breaking strength) per film is preferably 4.9 N or more, more preferably 5.9 N or more, and further preferably 7.8 N or more.
  • Tensile strength (N) was measured using a tensile tester (TENSILON (registered trademark) / RTM-100 manufactured by Toyo Baldwin Co., Ltd.), and the separation membrane wetted with water was crossheaded with a test length of 50 mm and a full scale load of 5 kg. The measurement was performed at a speed of 50 mm / min, and the strength (N) was obtained by averaging the results of 10 measurements performed by changing the sample.
  • the hollow fiber membrane 2 may further contain a hydrophilic resin in addition to the fluorine-based resin or the polysulfone-based resin.
  • a hydrophilic resin in addition to the fluorine-based resin or the polysulfone-based resin.
  • the hydrophilic resin may be any resin that can impart hydrophilicity to the separation membrane, and is not limited to a specific compound.
  • cellulose ester, fatty acid vinyl ester, vinyl pyrrolidone, ethylene oxide, Propylene oxide, polymethacrylic acid ester resin, polyacrylic acid ester resin and the like are preferably used.
  • a potting agent may be used for binding the hollow fiber membranes 2 in some cases.
  • the hollow fiber membrane is filled in the potting part forming jig and fixed with a potting agent, but the hollow fiber membrane 2 is dried in advance for handling and adhesion problems.
  • many of the hollow fiber membranes 2 are shrunk by drying and have a problem that the water permeability is lowered, those that are dried after being immersed in a glycerin aqueous solution are used.
  • glycerin When dried after immersing in an aqueous glycerin solution, glycerin remains in the pores, so that shrinkage due to drying can be prevented, and water permeability can be restored by performing immersion treatment with a solvent such as ethanol after that. .
  • the hollow fiber membrane module 100B can be used after steam sterilization or hot water sterilization. However, depending on the type of the hollow fiber membrane 2, there is a contraction caused by steam sterilization and hot water sterilization. Therefore, if steam sterilization or hot water sterilization is performed after the module is manufactured, the hollow fiber membrane 2 may be damaged by the shrinkage of the hollow fiber membrane 2, or the hollow fiber membrane 2 may fall off from the binding portion. Therefore, it is desirable to fabricate the module by treating the hollow fiber membrane 2 with steam treatment or warm water in advance and then shrinking it before end binding. Since steam sterilization is generally performed at 121 ° C. or higher, it is desirable to perform pretreatment with steam at 121 ° C. or higher. In general, hot water sterilization is performed at about 80 ° C., but the temperature is often changed depending on the process. Therefore, it is desirable to treat the hollow fiber membrane in advance with warm water that is higher than the assumed use temperature.
  • the sum of the areas of the hollow fiber membrane 2 and the hollow part of the hollow fiber membrane 2 is the area of the end surface on the second end 1b side of the first binding part 3. On the other hand, it is preferably 35% or more and 65% or less.
  • the filtration processing amount per unit volume of the hollow fiber membrane module becomes small, and the cost per filtration amount increases.
  • the area occupied by the hollow fiber membrane 2 is large, the flow in the radial direction flowing out from the flow path member 5 is blocked, and the effect of reducing the retention cannot be sufficiently obtained, and it is difficult to install the flow path member.
  • the hollow fiber membrane bundle 12 has a cylindrical shape through the binding portions 3 and 13 at both ends in a loose state in view of workability for producing the hollow fiber membrane module 100B and cleanability of the hollow fiber membrane 2 in module cleaning. It is preferable to accommodate in the case 1.
  • the looseness means that the length of the hollow fiber membrane 2 in the portion is larger than the linear distance from the end surface on the second end 1b side of the first binding portion 3 to the end surface on the first end 1a side of the second binding portion 13. Indicates a long state.
  • the second bundling part 13 On the second end 1b side of the cylindrical case 1, the second bundling part 13 that is the upper end side of the hollow fiber membrane module 100B is disposed.
  • the second bundling portion 13 is configured by bundling a hollow fiber membrane bundle 12 composed of a large number of hollow fiber membranes 2.
  • the hollow part of the hollow fiber membrane 2 is not sealed and is open, and the filtrate is taken out from the opening to the upper cap 6 side.
  • the binding method and the material used are not particularly limited as long as the mechanical strength, chemical durability, thermal durability, and the like of the binding portion are satisfied. For example, the same method and material as those of the first binding portion 3 can be selected. .
  • the outer diameter of the second bundling portion 13 is smaller than that of the cylindrical case 1. Further, a rectifying cylinder 15 exists between the cylindrical case 1 and the second bundling part, and the second bundling part 13 is fixed to the cylindrical case 1 or the rectifying cylinder 15, and the rectifying cylinder 15 is a cylindrical case. It is fixed to. Each fixing method has nothing to do with the present invention.
  • the material of the cylindrical case 1 used in the hollow fiber membrane module 100B is not particularly limited as long as it satisfies mechanical strength, chemical durability, thermal durability, etc. Fluorine resins such as vinyl resin, polypropylene resin, polysulfone resin, polytetrafluoroethylene, perfluoroalkoxy fluorine resin, polycarbonate, polypropylene, polymethylpentene, polyphenylene sulfide, polyether ketone, stainless steel, aluminum, etc. it can.
  • the material of the flow straightening cylinder 15 used in the hollow fiber membrane module 100B is not particularly limited, but can be selected from the same material as that of the cylindrical case 1, for example.
  • the first bundling part 3 and the second bundling part 13 will be described by a method of manufacturing using a potting agent.
  • a potting method centrifugal potting method in which liquid potting agent is infiltrated between hollow fiber membranes using centrifugal force and then hardened, and liquid potting agent is fed by a metering pump or head and allowed to flow naturally. Any of the stationary potting methods in which the hollow fiber membrane 2 is allowed to penetrate and then cured can be used.
  • the centrifugal potting method allows the potting agent to easily permeate between the hollow fiber membranes by centrifugal force, and a high-viscosity potting agent can also be used.
  • a polyurethane resin as a potting agent for adhering the hollow fiber membrane 2
  • the polyurethane resin is used in the stationary potting method. Difficult to do. If the centrifugal potting method is used, pressure is generated in the direction of the end of the module due to centrifugal force, and air bubbles escape in the inner direction. Therefore, polyurethane resin can be used as a potting agent for adhering the hollow fiber membrane 2.
  • stationary potting does not require large equipment such as a centrifugal molding machine.
  • the end surface of the hollow fiber membrane 2 is opened by cutting the potting portion on the second end 1b side of the second binding portion.
  • the sealing treatment it is possible to prevent the potting agent from further entering the hollow portion, and to prevent the occurrence of thread breakage in which the hollow portion is filled with the potting agent and the permeate does not come out.
  • the inner surface of the first bundling part case 16 may be filed, plasma treatment, primer treatment, or the like may be performed.
  • plasma treatment primer treatment, or the like may be performed. The same applies to the case where the second bundling portion is bonded to the inside of the rectifying cylinder 15.
  • the hollow fiber membrane bundle 12 is installed in the centrifugal potting apparatus shown in FIG. 11 and centrifugal potting is performed to form the first binding portion and the second binding portion (step S1).
  • the hollow fiber membrane bundle 12 is housed in the cylindrical case 1, the first end of the hollow fiber membrane 2 is in the first binding portion case 16, the second end of the hollow fiber membrane 2 is in the rectifying cylinder 15, Further, the flow straightening cylinders 15 are respectively inserted into the second binding part forming jig 17. Further, a pin 18 having the flow path member 5 fitted on the outer periphery is inserted into the through hole at the bottom of the first binding portion case 16, and the first binding portion case 16 is inserted into the first binding portion forming jig 19.
  • the channel member 5 (5D) having a dome-shaped tip and the pin 18 are housed.
  • the second end portion of the hollow fiber membrane 2 is previously sealed with a silicone adhesive.
  • a potting agent feeder 20 is connected to the cylindrical case 1, and the entire bundling agent is rotated in a centrifugal molding machine so that the potting agent is fed by a centrifugal force to the first binding part case 16 and the second binding part forming jig. 17 can be supplied.
  • the potting agent can be supplied to the first bundling part case 16 and the second bundling part forming jig 17 simultaneously or separately.
  • the binding portion forming jigs 17 and 19 and the pin 18 are removed.
  • the flow path member 5 is provided with an opening extending in advance in a portion buried with the potting agent, so that the second end 1 b of the first binding portion is removed after the pin 18 is removed.
  • An opening in contact with the side end surface can be formed. Since the time and temperature required for curing vary depending on the type of potting agent, suitable conditions may be applied as appropriate.
  • the flow path member 5 is fixed to the first bundling portion 3 at the same time as the first bundling portion 3 is molded. However, after the first bundling portion 3 is formed in advance, the flow path member 5 is You may fix to the 1 binding part 3.
  • FIG. When the flow path member 5 is projected to the second end side of the first bundling portion, the length in the height direction of the flow path member 5 and the direction of the opening 5E are set to the shape of the first bundling portion. It can be adjusted in view of this.
  • the flow path member 5 is detachably fixed to the first bundling portion 3, it is possible to adjust the shape and position of the flow path member 5 after operation evaluation of the hollow fiber membrane module.
  • the CC line part of FIG. 11 is cut with the tip saw type rotary blade, and the second end of the hollow fiber membrane 2 is opened (step S2).
  • the hollow cap membrane module 100B can be manufactured by fixing the lower cap 7 to the first end 1a side and the upper cap 6 to the second end 1b side of the cylindrical case 1 (step S3).
  • the material of the binding part forming jig is not particularly limited as long as it satisfies heat resistance and chemical durability.
  • vinyl chloride resin, nylon resin, fluorine resin, polypropylene resin, polyacetal resin, polyethylene resin Silicone resins are excellent in releasability and are preferably used.
  • the potting part forming jig may be made of a single material or a combination of a plurality of materials so as to include at least one material as described above.
  • the material of the pin is not particularly limited as long as it satisfies heat resistance, chemical durability, and the like.
  • the same material as that for the binding portion forming jig can be used.
  • a fluororesin coating or the like is preferably performed in order to improve releasability.
  • the filtrate enters from the filtrate inlet 9 and enters the first flow path 4 from below from the first end 1a side of the first binding unit 3. Passing upward, the flow direction is changed by the flow path member 5 to the radial direction (flow of arrow A in FIG. 4).
  • the liquid to be filtered advances to a certain extent, and then advances in a course in the height direction.
  • the liquid to be filtered moves as a filtrate to a space surrounded by the second binding portion 13 and the upper cap 6. Thereafter, the filtrate is taken out of the module from the filtrate outlet 8.
  • the membrane surface linear velocity in cross flow filtration is 0.1 m / s or more and 7 m / s or less. It is preferable that the film surface linear velocity is 0.3 m / s or more and 3 m / s or less because long-term stable operation can be performed by maintaining higher detergency.
  • Cross-flow filtration is widely used especially in the fermentation industry field, pharmaceutical / medical field, and food industry field. Also, generally, after performing a filtration operation using a hollow fiber membrane module for a certain period of time, a step of cleaning the inside of the module is provided, and water, chemical liquid, gas, etc. are supplied from the filtrate inlet 9 Is done. In particular, hot water of about 80 ° C. or higher is supplied in a process that requires hot water sterilization.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, etc. can be made as appropriate.
  • the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
  • a hollow fiber membrane module 100A shown in FIG. 1 is accommodated in a cylindrical case 1 having a first end and a second end in the height direction, and the end portion on the first end side.
  • a hollow fiber membrane bundle 12 having a plurality of hollow fiber membranes 2 that are closed and open at an end portion on the second end side; a first binding portion 3 that binds an end portion on the first end side of the hollow fiber membrane 2; 4C of through-holes which lead a fluid toward the 1st binding part toward the 2nd end side from the 1st end side are provided.
  • the fluid (arrow A) has directionality when passing through the through-hole 4C from the bottom to the top, and after flowing out from the through-hole 4C, it depends on the flow velocity and the flow resistance of the hollow fiber membrane bundle portion. , While maintaining the directionality at the time of passing through the through hole 4C. And after progressing to some extent, the directionality is lost along with the flow path change and flow resistance in the through hole 4C, and the flow becomes uniform. Therefore, the flow velocity between the through holes 4C immediately after exiting the through holes 4C is very small, and it tends to stay. As a result, a portion (retaining portion) P where suspended substances or the like are likely to accumulate is likely to be generated.
  • the hollow fiber membrane module is subjected to a step of washing suspended substances adhering to the membrane surface after a filtration process for a certain period of time.
  • washing wastewater such as backwash water is suspended. It will be discharged
  • FIG. 2 shows how the suspended substance is discharged from the through hole 4C.
  • the washing waste water (arrow B) containing suspended solids flows from the top to the vicinity of the binding portion with a uniform flow, flows toward the through holes 4C near the binding portion, and flows down through the through holes 4C to be discharged.
  • a portion (stagnation portion) P where suspended substances or the like are likely to accumulate is easily generated between the through holes 4C.
  • This membrane forming stock solution was uniformly applied to the surface of a hollow fiber membrane having a spherical structure, and immediately solidified in a water bath to produce a hollow fiber membrane 2 having a three-dimensional stitch structure formed on the spherical structure layer.
  • the obtained hollow fiber membrane 2 had an outer diameter of 1010 ⁇ m, an inner diameter of 600 ⁇ m, and a membrane surface average pore diameter of 40 nm.
  • the strength per film was 6.4N.
  • 9000 hollow fiber membranes 2 were filled in a cylindrical case 1 (inner diameter 145 mm, outer diameter 155 mm, length 1000 mm). Furthermore, on the first end 1a side of the cylindrical case 1, the first binding part case 16 (inner diameter 138 mm, outer diameter 140 mm, length 30 mm), the pin 18, and the first binding part forming jig 19 are mounted. On the second end 1b side of the cylindrical case 1, a rectifying cylinder 15 and a second binding part forming jig 17 were mounted. Thus, the cylindrical case 1 fitted with the jig was installed in a centrifugal molding machine.
  • a pin 18 having the flow path member 5 fitted to the outer periphery is inserted into the through hole 4A at the bottom of the first binding portion case 16, and the first binding portion case 19 is provided inside the first binding portion forming jig 19. 16, the pin 18, and the flow path member 5 were accommodated.
  • the pin 18 serves as a flow path forming jig that forms a flow path in a portion that becomes a flow path of the flow path member 5.
  • a mass ratio of bisphenol F type epoxy resin (manufactured by Huntsman, LST868-R14) and aliphatic amine-based curing agent is 100: 30.
  • a total of 2000 g (1000 g per one end) was put in the potting agent feeder 20.
  • the centrifugal molding machine is rotated, and the potting agent is filled in the second binding part forming jig 17 and the first binding part case 16 at both ends to form the first binding part 3 and the second binding part 13, and potting is performed.
  • the agent was cured.
  • the temperature in the centrifugal molding machine was 35 ° C.
  • the rotation speed was 350 rpm
  • the centrifugation time was 5 hours.
  • the second bundling part forming jig 17 and the first bundling part case 16 serve as a potting jig that surrounds the end of the hollow fiber membrane bundle 12 and hardens the potting agent therein to form the bundling part. Fulfill.
  • the binding portion forming jigs 17 and 19 and the pin 18 are removed and cured at room temperature for 24 hours, and then the end portion (the CC surface shown in FIG. 11) of the second binding portion 13 is cut with a tip saw type rotary blade. Then, the end face of the hollow fiber membrane 2 was opened.
  • all the flow path members 5 are flow path members having a dome-shaped tip, and the width of the portion where the opening 5E is in contact with the surface on the second end 1b side of the first binding section 3 is 5 mm.
  • the height of the opening 5E was 1 mm.
  • an EPDM gasket 10 is attached to the flanges 1D and 1E (see FIG. 3) of the cylindrical case 1, and an upper cap 6 and a lower cap 7 are attached to obtain a hollow fiber membrane module 100B as shown in FIG. .
  • ethanol was fed to the hollow fiber membrane module 100B and filtered, and the pores of the hollow fiber membrane 2 were filled with ethanol.
  • RO water was fed and filtered, and ethanol was replaced with RO water.
  • the liquid in the hollow fiber membrane module 100B is discharged from the filtrate inlet 9, the filtrate outlet 8 and the filtrate outlet 11 are opened for one week, and the filtrate inlet is opened.
  • the hot air of 80 ° C. was supplied from 9 to the hollow fiber membrane module 100B and dried.
  • the weight W0 of the dried hollow fiber membrane module 100B before supplying activated sludge and the weight W1 of the hollow fiber membrane module 100B dried after supplying activated sludge were measured.
  • the difference in weight (W1 ⁇ W0) of the hollow fiber membrane module before and after supplying activated sludge was calculated.
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 15 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 1 can increase drainage from the filtrate inlet 9 and increase the efficiency of steam sterilization.
  • the increase in the weight of the hollow fiber membrane module 100B by supplying activated sludge was as small as 3 g (Table 1).
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 15 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 2 can increase drainage from the filtrate inlet 9 and increase the efficiency of steam sterilization.
  • Example 3 A hollow fiber membrane module 100B was produced in the same manner as in Example 1 except that the openings 5E of all the flow path members 5 were provided 10 mm above the end surface on the second end 1b side of the first binding unit 3. .
  • the weight increase of the hollow fiber membrane module was 18 g (Table 1). When the hollow fiber membrane module was disassembled and the vicinity of the first binding portion 3 was observed, accumulation of turbidity was observed.
  • the opening 5E of the flow path member 5 is provided 10 mm above the end surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3, and therefore near the end surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3. It is thought that stagnation occurred and turbidity accumulated. Further, no damage or the like was observed in the hollow fiber membrane 2 when observed.
  • Example 3 when a steam sterilization test was performed in the same manner as in Example 1, the minimum temperature of the end surface on the second end 1b side of the first bundling portion 3 was 100 ° C. even 60 minutes after the start of steam supply. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 3 impairs drainage from the filtrate inlet 9 and the efficiency of steam sterilization is low.
  • the increase in the weight of the hollow fiber membrane module 100B due to the supply of activated sludge was 12 g (Table 1). Moreover, when the hollow fiber membrane module 100B was disassembled thereafter and the vicinity of the first binding portion 3 was observed, accumulation of turbidity was observed almost uniformly.
  • the first bundling portion 3 and the opening 5E of the flow path member 5 do not have an effective shape for reducing the staying portion, and the flow rate of the fluid flowing out of the flow path member 5 is reduced. It is believed that there is. Further, no damage or the like was observed in the hollow fiber membrane 2 when observed.
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 15 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 4 can enhance drainage from the filtrate inlet 9 and increase the efficiency of steam sterilization.
  • the hollow fiber membrane module 100B was disassembled thereafter and the vicinity of the first binding portion 3 was observed, it was unevenly distributed in part and accumulation of turbidity was observed.
  • the increase in weight is due to the accumulation of turbidity, which indicates that the first binding portion 3 and the opening 5E of the flow path member 5 were not in an effective shape for the reduction of the retention portion, It became clear that the residence by the drift in the hollow fiber membrane module 100A was large. Further, when observed, about 12 hollow fiber membranes 2 were damaged.
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 25 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 5 can slightly enhance drainage from the filtrate inlet 9 but has relatively low steam sterilization efficiency.
  • Example 6> The same hollow fiber membrane 2 was obtained except that the hollow fiber membrane 2 was manufactured with an outer diameter of 790 ⁇ m and an inner diameter of 470 ⁇ m. At this time, the strength per film was 3.9 N.
  • the increase in the weight of the hollow fiber membrane module 100B by supplying activated sludge was as small as 3 g (Table 1). Further, when the hollow fiber membrane module 100B was subsequently disassembled and the vicinity of the first binding portion 3 was observed, no accumulation of turbidity was observed. However, when observed, damage was observed in 34 of the hollow fiber membranes 2.
  • the shape of the opening part 5E of the 1st binding part 3 and the flow-path member 5 is an effective shape in order to suppress accumulation of turbidity, on the other hand, it is suitable with respect to the strength of the hollow fiber membrane 2 Indicates that it is not in range.
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 15 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes.
  • the minimum temperature at the five measurement points reached 121 ° C. within 15 minutes from the start of steam supply, and then maintained at 121 ° C. for 20 minutes. From this result, it can be said that the shape of the flow path member 5 of Example 2 can increase drainage from the filtrate inlet 9 and increase the efficiency of steam sterilization.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention can be used in the fields of fermentation industry, pharmaceutical production, food industry, water treatment and the like.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention is used to filter a liquid with a large amount of turbidity, the amount of accumulated turbidity is suppressed, and the filtration can be performed stably over a long period of time.
  • contamination by bacteria can be effectively suppressed, it is preferably applied to the fermentation industry field, pharmaceutical production field, food industry field, water treatment field and the like.

Landscapes

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Abstract

　本発明の中空糸膜モジュールは、高さ方向における第１端と第２端とを有する筒状ケースと、筒状ケース内に収容され、第１端側の端部が閉塞され、第２端側の端部が開口する複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、中空糸膜の第１端側の端部を結束する第１結束部と、第１結束部の第１端側から第２端側に向けて前記第１結束部を通るように流体を導く第１流路と、第１流路の第２端側の終端で、第１流路の第２端側の終端から流出した前記流体の少なくとも一部の流れを、筒状ケースの高さ方向と交差する方向に向ける流路部材と、を備える。

Description

中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールの製造方法
  本発明は、水処理分野、発酵工業分野、医薬・医療分野、食品工業分野などで使用する中空糸膜モジュールに関し、さらに詳しくは、中空糸膜モジュールの結束部付近への懸濁物質の堆積を抑制する中空糸膜モジュールおよびその製造方法に関する。
　一般に中空糸膜モジュールは、およそ数百～数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を筒状ケース内に収容し、該中空糸膜束の少なくとも一方の端部を結束し、筒状ケース内に収容した構成になっている。
  例えば特許文献１に、中空糸膜束の両端が接着結束され、一方の結束部に複数個の貫通孔が設けられたモジュールが開示されているが、この貫通孔は被ろ過液や洗浄液の供給口、洗浄時の空気の供給口そして懸濁物質の排出口などの役割を果たす。
日本国特開平９－２２０４４６号公報
  しかし、結束部上面において、各貫通孔の間は、下から流体が流れてくる場合においても、上から流体が流れてくる場合においても、流速の小さい滞留部になり易い。滞留部には被ろ過液中に含まれる懸濁物質などが堆積しやすく、懸濁物質の堆積が繰り返されると、懸濁物質が中空糸膜表面を広く覆うと共に、固化して大きな塊になり、容易に除去できなくなってしまう。結果として、中空糸膜のろ過面積の減少による膜間差圧の上昇や、固化した懸濁物質が一部の貫通孔に詰まり、被ろ過液、洗浄液、空気の供給が偏るなど中空糸膜モジュールの性能低下につながる。
  さらに、発酵工業や医薬・医療分野においては被ろ過液、或いはろ液への雑菌混入（コンタミネーション）を防ぐ必要があり、そのような分野において中空糸膜モジュールを使用する際には、使用前に中空糸膜モジュール内を殺菌、或いは滅菌操作を行う。一般的な殺菌、滅菌の方法としては、温水殺菌、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられる。特に大型の槽や、槽に連結された配管、分離膜モジュールの殺菌または滅菌を行う場合は、温水殺菌（通常は８０℃、１時間）、または蒸気滅菌（通常は１２１℃、２０分間）が最も有効な方法である。しかしながら殺菌或いは滅菌操作は、懸濁物質の堆積などによって操作前の菌数が多い場合には、操作後の残菌数が多くなり、雑菌汚染につながる可能性がある。また、特に蒸気滅菌を行う際には、貫通孔は蒸気ドレンの排出口の役割を果たすが、結束部上方の各貫通孔の間の滞留部に蒸気ドレンが溜まると、十分に昇温されずに雑菌汚染につながる。
  本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結束部上の流れの滞留を低減し、濁質堆積が起こりにくい中空糸膜モジュールおよびその製造方法を提供することを課題とする。
  上述した課題を解決するために、本発明は以下の（１）～（１１）の技術を提供する。
（１）高さ方向における第１端と第２端とを有する筒状ケースと、前記筒状ケース内に収容され、前記第１端側の端部が閉塞され、前記第２端側の端部が開口する複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、前記中空糸膜の前記第１端側の端部を結束する第１結束部と、前記第１結束部の前記第１端側から前記第２端側に向けて前記第１結束部を通るように流体を導く第１流路と、前記第１流路の第２端側の終端で、前記第１流路の前記第２端側の終端から流出した前記流体の少なくとも一部の流れを、前記筒状ケースの高さ方向と交差する方向に向ける流路部材と、を備える中空糸膜モジュール。
（２）少なくとも一つの前記流路部材は、前記第１結束部の前記第２端側の端面から突出するように設けられ、前記第１結束部の前記第２端側の面と接する開口部を備える（１）に記載の中空糸膜モジュール。
（３）少なくとも一つの前記流路部材の前記高さ方向における前記開口部の長さは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下である（２）に記載の中空糸膜モジュール。
（４）前記第１結束部の外径Ｒと、前記流路部材の前記開口部の総面積Ｓが０．００４≦Ｓ／Ｒ２≦１．２を満たす（２）または（３）に記載の中空糸膜モジュール。
（５）前記中空糸膜の破断強力ＦがＦ≧４．９Ｎを満たす（１）～（４）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
（６）前記第１結束部の、前記第２端側端面におけるＡ硬度が１０以上、かつＤ硬度が８５未満である（１）～（５）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
（７）前記第１結束部の第２端側端面のうち、最も低い部位から高さ３ｍｍ以内の範囲の領域に、少なくとも１つの前記第１流路の終端が配置されている（１）～（６）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
（８）前記高さ方向に垂直な断面における前記第１流路の総面積が、前記第１結束部を含む、前記高さ方向に垂直な断面における前記筒状ケース内側の面積に対して、２％以上３５％以下である（１）～（７）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
（９）前記中空糸膜モジュールは、複数の前記第１流路を備え、前記流路部材は、複数の前記第１流路のうち、一部の流路からの流出方向を変更するように配置されており、  前記高さ方向に垂直な断面において、前記第１流路のうち、前記流路部材により方向が変更される流れを供給する流路の面積は、前記第１流路の総面積に対して３０％以上９０％以下である（１）～（８）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
（１０）（１）～（９）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
　下記工程（ａ）～（ｅ）：
　（ａ）複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも一方の端部に、前記流路部材を配置するステップと、
　（ｂ）前記流路部材の流路となる部分に流路形成治具を配置するステップと、
　（ｃ）前記複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも前記流路部材を配置した端部を囲むようにポッティング治具を配置するステップと、
　（ｄ）前記ポッティング治具内でポッティング剤を硬化することで、前記中空糸膜間と、前記流路部材を接着固定した結束部を成形するステップと、
　（ｅ）前記流路形成治具および前記ポッティング治具を取り外すステップと、を備える、中空糸膜モジュールの製造方法。
（１１）（１）～（９）のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
　下記工程（ａ）～（ｄ）：
　（ａ）前記複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも一方の端部を囲むようにポッティング治具を配置するステップと、
　（ｂ）前記ポッティング治具内でポッティング剤を硬化することで、前記中空糸膜間を接着固定した結束部を成形するステップと、
　（ｃ）前記ポッティング治具を取り外すステップと、
　（ｄ）前記結束部に、前記流路部材を固定するステップと、を備える、中空糸膜モジュールの製造方法。
  本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜と、中空糸膜のうちその第１端側が閉塞され、結束された第１結束部と、第１端側から第２端側に向けて第１結束部を通るように流体を導く第１流路と、第１流路の第２端側の終端から流出した流体の少なくとも一部の流れを、中空糸膜束を収容する筒状ケースの高さ方向と交差する方向に向ける流路部材を備える。流路部材により、第１流路内で定まった流れの方向を変えることができるので、第１結束部上において、各第１流路の間での滞留部を小さくすることができる。
図１は、従来技術による中空糸膜モジュールの１００Ａ概略断面図と、その内部の流体の下から上の流れを模式的に示した図である。 図２は、従来技術による中空糸膜モジュール１００Ａの概略断面図と、その内部の流体の上から下の流れを模式的に示した図である。 図３は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの概略断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの第１結束部の拡大図と、流体が第１流路を下から上に流れる様子を模式的に示した図である。 図５は、本発明の流路部材の形状例を示した図であり、（ａ）は邪魔板状の流路部材、（ｂ）は球状の流路部材、（ｃ）は平面状先端を持つ流路部材、（ｄ）はドーム状先端を持つ流路部材を示す。 図６は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの第１結束部の拡大図と、流体が第１流路を上から下に流れる様子を模式的に示した図である。 図７は、本発明の流路部材の開口部形状の一例を示す図である。 図８は、本発明の流路部材の配置例を示した図であり、（ａ）は流路部材と第１結束部の概略断面図であり、（ｂ）は流路部材と第１結束部の概略上面図であり、（ｃ）は流路部材の拡大図である。 図９は、本発明の流路部材の配置例を示した流路部材と第１結束部の概略上面図である。 図１０は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの製造方法の一例を示すフローチャートである。 図１１は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの製造方法の一例を説明する図である。
  以下に、本発明の中空糸膜モジュール形態を図に基づいて詳細に説明する。尚、本発明の中空糸膜モジュールにおいて、「上」、「下」は、図に示す状態に基づいており、便宜的なものであって、被ろ過液が流入する側を「下」方向、ろ過液が流出する側を「上」方向とする。また、「下」から「上」に向かう方向を「高さ方向」と便宜的に表現する。通常、中空糸膜モジュールの使用時の姿勢において、上下方向は、図における上下方向と一致する。また、本発明において、流路の方向は高さ方向（筒状ケースの径方向に垂直な方向）と一致するとは限らない。流路の開口が結束部の第１端側の面と、第２端側の面とに設けられていればよい。つまり、流路が、高さ方向に対して斜めに設けられるようなこともあり得る。
　Ｉ．実施形態
　Ｉ－１．中空糸膜モジュール
　（１）モジュール構成概要
  本発明の実施形態にかかる中空糸膜モジュールの構成について、図を参照しながら説明する。図３は、本発明の第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂの概略縦断面図である。
  第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００Ｂは、高さ方向における第１端１ａと第２端１ｂとを有する筒状ケース１と、筒状ケース１内に収容され、第１端１ａ側の端部（第１端部）が閉塞され、第２端１ｂ側の端部（第２端部）が開口する複数の中空糸膜２を有する中空糸膜束１２と、中空糸膜２の第１端１ａ側の端部を結束する第１結束部３と、第１端１ａ側から第２端１ｂ側に向けて第１結束部３を通るように流体を導く第１流路４と、第１流路４の第２端１ｂ側の終端から流出した流体の少なくとも一部の流れを、筒状ケース１の径方向に向ける流路部材５と、を備えている。
  筒状ケース１は、中空状の筒状ケース１と、該筒状ケース１の両端部に設けられた上部キャップ６と下部キャップ７とで構成されている。
  図３に示したように、筒状ケース１の上部には、ろ過液出口８を有する上部キャップ６が、筒状ケース１の下部には、被ろ過液流入口９を有する下部キャップ７がそれぞれ、液密かつ気密に接続されている。上部キャップ６および下部キャップ７は、例えば図３に示したようにガスケット１０を使用し、クランプ等で筒状ケース１に固定される。
  筒状ケース１は、その上端および下端に筒状ケース１の全周に亘って鍔部１Ｄ，１Ｅを有している。また、筒状ケース１のろ過液出口８寄り、すなわち第２端１ｂ寄りの側面には、流体（被ろ過液）を排出するノズルとしての被ろ過液出口１１が設けられている。
  上部キャップ６は筒状ケース１の内径と略等しい内径を有し、その上端側が縮径してろ過液出口８を成形している。上部キャップ６の下端側には、筒状ケース１と接続したときに溝を成形するための段部６Ａが上部キャップ６の全周に亘って成形されている。
  下部キャップ７は筒状ケース１の内径と略等しい内径を有し、その下端側が縮径して被ろ過液流入口９を成形している。
  さらに、中空糸膜モジュール１００Ｂは、複数の中空糸膜２を含む中空糸膜束１２と、中空糸膜束１２の端部で中空糸膜２間を結束する結束部とを備える。結束部は、筒状ケース１の被ろ過液流入口９側に配置される第１結束部３と、筒状ケース１のろ過液出口８側に配置される第２結束部１３とを有する。
  さらに、中空糸膜モジュール１００Ｂは、被ろ過液出口１１と、筒状ケース１の径方向において並ぶように、筒状ケース１と中空糸膜束１２との間に配置され、かつ側面に複数の整流孔１４を有する整流筒１５と、を備え、整流筒１５内に、第２結束部１３を収容している。
  （２）第１結束部
  筒状ケース１の被ろ過液流入口９側、つまり中空糸膜モジュール１００Ｂの下端側に配置される第１結束部３は、中空糸膜２を第１端部において、中空部を閉塞した状態で結束している。図４に示すように、第１結束部３の第２端１ｂ側端面近傍において、流路部材５から流出した流体（矢印Ａ）は、中空糸膜２に対し筒状ケース１の径方向の力として作用し、この部分で中空糸膜２の破断が発生しやすい。そのため、第１結束部３の第２端１ｂ側端面において、ある程度硬度が低い材料が中空糸膜２の周囲に緩衝材としてあることが好ましく、緩衝材（第１結束部３の第２端１ｂ側端面における部分）の硬度は好ましくはＤ硬度８５未満、さらに好ましくはＤ硬度６０未満である。また、硬度が低すぎる場合には、中空糸膜モジュール１００Ｂの取り扱い中に破損等する可能性が高く、好ましくはＡ硬度１０以上、さらに好ましくはＡ硬度３０以上である。硬度の測定はＪＩＳ  Ｋ  ６２５３に基づいて、市販の硬度計を用いて行うことができる。緩衝材は個別に用いてもよく、その場合には、第１結束部３の第２端１ｂ側端面近傍に用いればよい。
　また、結束部の材質を選べば、緩衝材を兼ねることができる。結束方法は、結束部の機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、熱収縮チューブ等で中空糸膜束１２の外周を覆い、加熱して結束する方法や、シートに中空糸膜を並べてのり巻き状に結束する方法、ポッティング剤を用いて接着する方法などが挙げられる。ポッティング剤は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはポリウレタン樹脂などを主成分として含有することができる。また、ポッティング剤は、接着剤以外のシリカ、ガラス、ゴム等の添加材を含んでもよい。
  また、第１結束部３は、下方に底部を有する円筒状の第１結束部ケース１６内に収容されている。第１結束部ケース１６の外径は、筒状ケース１の内径よりも小さく構成されている。第１結束部ケース１６は必ずしも必要ではないが、第１結束部３の保護のために用いられ、材質は機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などのフッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ステンレス、アルミニウムなどを挙げることができる。
  第１結束部３は、筒状ケース１に固定されていてもよく、その固定方法は本発明とは何ら関わりない。また、第１結束部ケース１６の形状、さらには第１結束部ケース１６の有無は本発明とは何ら関わりない。
　（３）第１流路
  第１結束部３は被ろ過液等の流体流路となる第１流路４を有している。具体的には、第１流路４は、第１結束部３中に設けられた貫通孔４Ａ、および筒状ケース１と第１結束部３のクリアランス４Ｂなどを含む。第１結束部３の第２端１ｂ側端面近傍における流れの滞留部の発生を低減するためには、高さ方向に垂直な断面における第１流路４の総面積が、前記第１結束部を含む、前記高さ方向に垂直な断面における前記筒状ケース内側の面積に対して、２％以上３５％以下であることが好ましい。第１流路４の面積が小さいと、滞留箇所になり得る各貫通孔４Ａの間の空間が広くなり、流路部材５を設けても滞留を低減する効果が得られにくい。また、第１流路４を流体が通過するときの圧力損失が大きく、下から上に流体が流れる場合にはポンプ動力費が大きくなる。さらに、上から下に流体が流れる場合には流れが起こりにくく、濁質が第１流路を塞ぐ可能性がある。一方、第１流路４の面積が大きいと、第１結束部３における中空糸膜２以外の部分の断面積が小さくなるため、中空糸膜２が密集して中空糸膜２の第１端１ａ側に封止不良が生じる、或いは中空糸膜２間に堆積した濁質を排出しにくくなるなどの不具合が起こる可能性がある。さらに、第１流路４を流体が下から上に流れる場合に、第１流路４の面積が大きすぎると、流体の圧力損失が十分でなく、流路部材５に流入する流れに偏りが生じる。流路部材５に流入する流れに偏りがあると、流路部材５から流出する径方向の流れに偏りが生じ、滞留部が大きくなり、濁質が堆積しやすい。
  第１流路４は、複数の貫通孔４Ａを含むことが好ましく、各貫通孔４Ａの配置は、多数の正三角形の頂点の位置や、放射線と同心円との交点の位置、格子上の交点の位置など任意であるが、隣り合う貫通孔どうしの間隔に偏りがあると、該間隔が他より大きい箇所は滞留しやすいので、該間隔に大差がないように等間隔にすることが好ましい。
  さらに、第１結束部３の第２端１ｂ側端面のうち、最も低い部位から高さ３ｍｍ以内の範囲の領域に、少なくとも１つの第１流路４の終端が配置されているとより好ましい。流体が上から下に流れ落ちる場合において（図６の矢印Ｂの流れ）、第１結束部３の第２端１ｂ側端面が水平でない場合には最も低い部位に滞留が発生しやすいが、第１流路４の終端がこのような領域に配置されていることで、低い部位からの排水を確実に行うことができる。
　第１結束部３の第２端１ｂ側端面が水平でない場合は、例えば以下の様な場合が挙げられる。第１結束部３をポッティング剤によって成形し、特に遠心ポッティング法を行った場合には、遠心力の影響で第１結束部の第２端１ｂ側中央部に凹みができる（図６）。また重力の影響でポッティング時の上方向と下方向で傾斜が形成される。一方、静置ポッティング法では、第１結束部３の第２端１ｂ側端面を水平にすることもできるが、第１結束部ケース１６を鉛直方向から傾けた状態でポッティングを行った場合には、第２端１ｂ側端面に傾斜が形成される。
  また、貫通孔４Ａの高さ方向に垂直な断面形状は円形、楕円形、多角形、星型など任意である。
　（４）流路部材
  流路部材５は、一部の第１流路４から流出した流れの方向を変更するように配置されており、高さ方向に垂直な断面において、第１流路４のうち、流路部材５により方向が変更される流れを供給する流路の面積は、第１流路４の総面積に対して３０％以上９０％以下であることが好ましい。流路部材５により方向が変更される流れを供給する第１流路４の面積が大きすぎると、流路部材５を下から上に流体が流れる場合に圧力損失が過大になる場合があり、さらに流路部材５を上から下に流体が流れる場合に流れが起こりにくく、十分に排水されない可能性がある。一方、流路部材５により方向が変更される流れを供給する流路の面積が小さすぎると、流体が第１流路４を下から上に流れる場合に、流路部材５以外を通過する流れが優先的になり、流路部材５による滞留部を小さくする効果が十分に得られない。
  流路部材５の形状は、第１流路４を下から上に流れ出る流体の流出方向を変えることができれば特に限定されないが、例えば図５の（ａ）に示す邪魔板状の流路部材５Ａ、（ｂ）に示す球状の流路部材５Ｂ、（ｃ）に示す平面状先端を持つ流路部材５Ｃ、（ｄ）に示すドーム状先端を持つ流路部材５Ｄなどが挙げられる。流路部材５の固定方法は、機械的強度が十分であれば特に限定されないが、第１結束部３に固定する方法、貫通孔４Ａの壁部に流路部材５の足場を固定する方法、第１結束部ケース１６に固定する方法、筒状ケース１の内壁に固定する方法などが挙げられる。流路部材５と第１結束部ケース１６は１つの部材として、予め製作してもよい。また、流路部材５の外壁は、尖った部分や、バリ等があると、中空糸膜２を傷つけ、被ろ過液がろ過液側にリークする可能性があるため、流路部材５の外壁は円滑であることが好ましい。これらを勘案して、本実施形態ではドーム状先端を持つ流路部材５（５Ｄ）を各図に示しているが、本発明の流路部材５の形状はこれに限らない。
  流体が上から下に流れる場合においては、流体が流れ落ちる駆動力が自重のみとなることがあるために、滞留部となり得る空間を可能な限り小さくすることが好ましい。図６に模式的に示したように、モジュール内を自重で上から下に流れ落ちた流体の多くは、第１結束部３の第２端１ｂ側端面に流れを遮られ、流路部材５または第１流路４に向かって流れの方向を変える。そのため、流路部材５は、第１端１ａ側から第２端１ｂ側へ流れる流体の流路と、第２端１ｂ側から第１端１ａ側へ流れる流体の流路とを兼ねることになる開口部５Ｅを有する。そして、開口部５Ｅ５は、第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接することが好ましい。開口部５Ｅが第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接することにより、懸濁物質が堆積しやすい第１結束部３の第２端１ｂ側の面近傍に流体の流れを発生させることができる。さらに、流路部材５の開口部５Ｅにおいて、第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接する部分の幅が１ｍｍ以上であることが好ましい。１ｍｍ未満であると、排水に時間がかかる、または液中に含まれる濁質で開口部が閉塞するなど、十分な排水を行うことができない。
  流路部材５の高さ方向における開口部５Ｅの長さは、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることがより好ましい。流路部材５に流体が下から流入する場合、開口部５Ｅの高さ方向における長さが１ｍｍ以上であることで、圧力損失を抑制できるので、大きなポンプ動力費を要さないモジュール運転が可能となる。また、濁質等による閉塞、製作誤差による閉塞も起きにくい。一方、開口部５Ｅの高さ方向における長さが３０ｍｍ以下であることで、流路部材５から流出する流れのうち、径方向成分が占める割合を比較的大きく保てるので、懸濁物質等が堆積しやすい箇所（滞留部）を小さくする効果がより高くなる。
　流路部材５の開口部５Ｅの幅は図７に示す様に、高さ方向において下に位置するほど大きく、上へ向かって次第に小さくすることもできる。第１結束部３の第２端１ｂ側の面付近は、懸濁物質が最も堆積しやすい箇所であるが、開口部がこのような形状であることで、この箇所における流れの径方向成分が大きくなるので、懸濁物質の堆積量を低減することができる。
　流路部材５の配置（つまり数、位置および向き）は特に限定されない。ただし、第１結束部３の第２端１ｂ側端面から高さ３０ｍｍ以内の空間に位置する中空糸膜２が、それぞれ少なくとも１つの流路部材５の開口部５Ｅから流出する流体に接触するように、流路部材５の配置が設定されていることが好ましい。図８（ａ）、（ｂ）は、そのような構成の例である。
　図８（ａ）に示すように、流路部材５は、結束部３の上端面から、３０ｍｍの高さまで、開口している。
　また、図８（ｂ）では、それぞれの流路部材５が、その流路部材５からの流体が、他の流路部材５から流出する流体が届きにくい範囲に届くように、配置されている。具体的には、結束部３の上方からの視野では、ある流路部材５の開口部５Ｅは、その近傍の流路部材５の非開口部（つまり開口部５Ｅでない部分）を向くようになっている。流路部材５がこのように配置されることにより、いずれの中空糸膜２も、流路部材５の開口部５Ｅから流出する流体の流れを受けることができる。
　また、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとが、０．００４≦Ｓ／Ｒ２≦１．２を満たすことが好ましく、０．０１≦Ｓ／Ｒ２≦０．８６を満たすことがより好ましい。
　Ｓ／Ｒ２値が０．００４以上であることで、流路部材５の開口部５Ｅから流出する流れを均一化することができる。それにより、流路部材５の開口部５Ｅから流出する流れは、第１結束部３の第２端１ｂ側端面近傍において、大部分の中空糸膜２に到達して膜面を洗浄する。さらに、流路部材５の開口部５Ｅからの、局所的な過剰に強い流れの発生が抑制されるため、中空糸膜２が自身の強度以上の力を受けて損傷する等の故障が発生しにくい。Ｓ／Ｒ２値が１．２以下であることで、流路部材５の開口部５Ｅから流出する流れの流速を十分に高めることができ、懸濁物質等が堆積しやすい箇所（滞留部）を小さくすることができる。
　各流路部材５の開口部５Ｅは、流路部材５の高さ方向と垂直な面において均一に設けてもよいが、任意の方向に対して偏在させてもよい。図９に示す様に、開口部５Ｅを偏在させ、開口部５Ｅの面積が大きい方向を各流路部材５によって変えて配置することにより、中空糸膜モジュール１００Ｂ内の流れを制御し、図９中の矢印Ｃに示す様に、例えば旋回流を起こすこともできる。
  また、図８（ｃ）に示すように流路部材５がドーム状先端を持つ流路部材５（５Ｄ）である場合において、流路部材５において最も上に配置された開口部５Ｅよりも上で、流路部材５の内壁に囲まれた袋路の奥行きＬと、袋路の円等価相当直径Ｄとが、Ｌ／Ｄ≦５．０を満たすことが好ましい。ここで、円等価相当直径とは、高さ方向に垂直な断面の形状を同一面積の円形に置き換えたときの円の直径のことを指す。流路部材５内の奥まった袋路空間は、滞留部となり、濁質が堆積しやすく、温水殺菌や蒸気滅菌時に殺菌および滅菌不良となり易い。これに対して、Ｌ／Ｄ≦５．０を満たすことで、流路部材５内の形状を奥まった袋路空間が小さい形状とし、殺菌および滅菌の効率を向上することができる。
  （５）中空糸膜
  本実施形態の中空糸膜モジュール１００Ｂは、分離膜として、中空糸膜２を備える。数百～数万本の中空糸膜２は、束ねられて、中空糸膜束１２を形成する。中空糸膜２は一般的に平膜よりも比表面積が大きく、単位時間当たりにろ過できる液量が多いため有利である。中空糸膜２の構造としては全体的に孔径が一様な対称膜や、膜の厚み方向で孔径が変化する非対称膜、強度を保持するための支持層と対象物質の分離を行うための分離機能層を有する複合膜などが存在する。
  中空糸膜２の平均孔径は分離対象によって適宜選択すれば良いが、細菌類や真菌類などの微生物や、動物細胞の分離などを目的とする場合、１０ｎｍ以上、２２０ｎｍ以下であることが好ましい。平均孔径が１０ｎｍ未満だと透水性が低くなり、２２０ｎｍを超えると微生物等が漏洩する可能性がある。本発明での平均孔径とは最も孔径の小さい緻密層の孔径とする。
  分離膜の材質は特に限定されないが、分離膜は、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体などのフッ素系樹脂、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリプロピレンなどの樹脂を含有することができる。特にフッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂からなる分離膜は耐熱性、物理的強度、化学的耐久性が高いことから、蒸気滅菌や温水殺菌が必要な発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで中空糸膜モジュールに好適に用いることができる。
　前述の通り、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、０．００４≦Ｓ／Ｒ２≦１．２を満たすことが好ましく、０．０１≦Ｓ／Ｒ２≦０．８６を満たすことがより好ましい。総面積Ｓと外径Ｒとがこの範囲を満たすことで、中空糸膜モジュール１００Ｂ内に懸濁物質が堆積しやすい箇所（滞留部）を低減する流れを効果的に、かつ大きな偏りなく発生させることができる。その一方で、開口部５Ｅからの流れによって中空糸膜が損傷を受ける可能性がある。この範囲の中空糸膜モジュール１００Ｂにおいて、中空糸膜２の損傷なく運転するためには、中空糸膜２は高強度であることが好ましい。具体的には、膜１本当たりの強力（破断強力）が４．９Ｎ以上であることが好ましく、５．９Ｎ以上であることがより好ましく、７．８Ｎ以上であることがさらに好ましい。破断強力（Ｎ）は、引張試験機（（株）東洋ボールドウィン製ＴＥＮＳＩＬＯＮ（登録商標）／ＲＴＭ－１００を用いて、水で湿潤させた分離膜を試験長５０ｍｍ、フルスケール５ｋｇの荷重でクロスヘッドスピード５０ｍｍ／分にて測定した。サンプルを変えて１０回測定を実施した結果を数平均して強力（Ｎ）を求められる。
  また、中空糸膜２は、フッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂に加えて、親水性樹脂をさらに含有してもよい。親水性樹脂によって、分離膜の親水性を高め、膜の透水性を向上させることができる。親水性樹脂は、分離膜に親水性を付与することができる樹脂であればよく、具体的な化合物に限定されるものではないが、例えば、セルロースエステル、脂肪酸ビニルエステル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ポリメタクリル酸エステル系樹脂、及びポリアクリル酸エステル系樹脂などが好適に用いられる。
  中空糸膜モジュール１００Ｂを作製する際は、中空糸膜２の結束にポッティング剤を用いる場合がある。その場合、ポッティング部成形用治具に中空糸膜を充填し、ポッティング剤で固定するが、ハンドリングや接着の問題から予め中空糸膜２を乾燥させておく。しかし中空糸膜２の多くは乾燥により収縮が起こり、透水性が低下するという問題があるため、グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥させたものを用いる。グリセリン水溶液に浸漬した後で乾燥すると、グリセリンが細孔内に残留することで乾燥による収縮を防止することができ、その後エタノールなどの溶媒で浸漬処理を行うことで透水性を回復させることができる。
  中空糸膜モジュール１００Ｂは、蒸気滅菌や温水殺菌してから使用することも可能だが、中空糸膜２の種類によっては蒸気滅菌および温水殺菌により収縮が起こるものがある。そのためモジュール作製後に蒸気滅菌或いは温水殺菌を行うと中空糸膜２の収縮により中空糸膜２が損傷したり、中空糸膜２が結束部から脱落したりする可能性がある。従って予め中空糸膜２を蒸気処理或いは温水で処理し、収縮させてから端部結束を行ってモジュールを製作することが望ましい。一般的に蒸気滅菌は１２１℃以上で実施するため、１２１℃以上の蒸気で前処理を実施しておくことが望ましい。また、温水殺菌は約８０℃程度で実施することが一般的であるが、工程により温度を変えることがしばしばある。そのため、想定される使用温度以上の温水で予め中空糸膜を処理しておくことが望ましい。
  中空糸膜モジュール１００Ｂは、前記高さ方向に垂直な断面において、中空糸膜２と、中空糸膜２の中空部の面積の和が、第１結束部３の第２端１ｂ側端面の面積に対して、３５％以上６５％以下であることが好ましい。中空糸膜２の占める該面積が小さいと、中空糸膜モジュールの単位体積当たりのろ過処理量が小さくなり、ろ過量当たりのコストが増加する。中空糸膜２の占める該面積が大きいと、流路部材５から流出する径方向の流れが遮られ、滞留を低減する効果が十分に得られず、また流路部材を設置することが難しい。
  また、中空糸膜束１２は、中空糸膜モジュール１００Ｂを作製する作業性やモジュール洗浄における中空糸膜２の洗浄性を鑑み、緩みを持つ状態で両端の結束部３、１３を介して筒状ケース１内に収容することが好ましい。緩みがあるとは、第１結束部３の第２端１ｂ側端面から第２結束部１３の第１端１ａ側端面までの直線距離よりも、該部分の中空糸膜２の長さの方が長い状態を指す。
  （６）第２結束部
  筒状ケース１の第２端１ｂ側には、中空糸膜モジュール１００Ｂの上端側である第２結束部１３が配置されている。第２結束部１３は、多数本の中空糸膜２からなる中空糸膜束１２を結束して構成される。ここで、中空糸膜２の中空部が封止されておらず、開口している状態となっており、開口部からろ過液を上部キャップ６側に取り出す。結束方法および用いる材質は、結束部の機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば第１結束部３と同様の方法、材質を選択することができる。
  また、第２結束部１３の外径は筒状ケース１よりも小さい構成となっている。さらに筒状ケース１と、第２結束部の間に整流筒１５が存在し、第２結束部１３は、筒状ケース１或いは整流筒１５に固定されており、整流筒１５は、筒状ケースに固定されている。各々の固定方法は本発明とは何ら関わりない。
  （７）筒状ケース、整流筒の材質
  中空糸膜モジュール１００Ｂで使用する筒状ケース１の材質は機械的強度、化学的耐久性、熱的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂などのフッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ステンレス、アルミニウムなどを挙げることができる。また中空糸膜モジュール１００Ｂで使用する整流筒１５の材質は特に限定されないが、例えば筒状ケース１と同様の材料から選択することができる。
　Ｉ－２．中空糸膜モジュールの製造方法
  以下に、本実施形態にかかる中空糸膜モジュールの製造方法について説明する。尚、ここに記載する製造方法は第１実施形態に限定されるものではなく、後述するいずれの実施形態でも同様の方法で中空糸膜モジュールを製造できる。
  以下において、第１結束部３および第２結束部１３を、ポッティング剤を用いて製作する方法で説明する。ポッティング方法としては、遠心力を利用して液状のポッティング剤を中空糸膜間に浸透させてから硬化させる遠心ポッティング法と、液状のポッティング剤を定量ポンプやヘッドにより送液し自然に流動させることにより中空糸膜２間に浸透させてから硬化させる静置ポッティング法のいずれを用いてもよい。
  遠心ポッティング法は遠心力によりポッティング剤が中空糸膜間に浸透しやすく、高粘度のポッティング剤も使用することができる。また中空糸膜２を接着するポッティング剤にポリウレタン樹脂を使用する場合、中空糸膜２に含まれる水分とイソシアネートが反応して二酸化炭素が発生し発泡するため、静置ポッティング法でポリウレタン樹脂を使用することは難しい。遠心ポッティング法ならば遠心力によりモジュールの端部方向に圧力が生じ、気泡が内側方向に抜けるため、中空糸膜２を接着するポッティング剤としてポリウレタン樹脂を使用することができる。一方で、静置ポッティングでは遠心成形機などの大型設備は不要である。
  ポッティングが終了しポッティング剤が硬化したら、第２結束部の第２端１ｂ側のポッティング部をカットすることで中空糸膜２の端面を開口させる。ポッティングを行う前には中空糸膜２の第２端１ｂ側端部の中空部をシリコーン接着剤などで封止する目止め処理を実施しておくことが望ましい。目止め処理を行うと、それ以上中空部にポッティング剤が進入することを防ぎ、中空部がポッティング剤で満たされて透過液が出なくなる不通糸の発生を防止することができる。
  またポッティングを行う際は、接着性を向上させるため第１結束部ケース１６の内側の表面ついてヤスリがけ、プラズマ処理、プライマー処理などを実施しても良い。また、整流筒１５の内側に第２結束部を接着する場合も同様である。
  次に、第１実施形態にかかる中空糸膜モジュール１００の製造方法について図１０のフローチャートを参照して説明する。ただし、以下に説明する製造方法は、後述のいずれの実施形態のモジュールにも適用可能である。
  まず、中空糸膜束１２を図１１に示す遠心ポッティング装置に設置して遠心ポッティングを行い、第１結束部および第２結束部を成形する（ステップＳ１）。
  ここで、中空糸膜束１２は筒状ケース１に収められ、中空糸膜２の第１端部は第１結束部ケース１６に、中空糸膜２の第２端部は整流筒１５に、さらに整流筒１５は第２結束部成形用治具１７に、それぞれ挿入されている。また、第１結束部ケース１６底部の貫通孔に、外周に流路部材５を嵌め合わせたピン１８が挿入されており、第１結束部成形用治具１９の内部に第１結束部ケース１６とドーム状先端を持つ流路部材５（５Ｄ）およびピン１８が収められている。尚、中空糸膜２の第２端部は予めシリコーン接着剤で目止め処理されている。
  筒状ケース１にはポッティング剤投入器２０が接続されており、この装置全体を遠心成形機内で回転させることで遠心力によりポッティング剤を第１結束部ケース１６および第２結束部成形用治具１７に供給することができる。尚、ポッティング剤は第１結束部ケース１６および第２結束部成形用治具１７に同時に供給することもできるし、別々に供給することもできる。
  ポッティング剤が硬化した後に、結束部成形用治具１７，１９およびピン１８を取り外す。このとき、図１１に示す様に、流路部材５には予めポッティング剤で埋まる部分に延在する開口部を設けておくことで、ピン１８を取り外した後に第１結束部の第２端１ｂ側端面と接する開口部を形成することができる。硬化に要する時間および温度はポッティング剤の種類により異なるため、適した条件を適宜適用すればよい。
　この方法では、第１結束部３を成形すると同時に、流路部材５を第１結束部３に固定しているが、予め第１結束部３を成形させ、その後に、流路部材５を第１結束部３に固定してもよい。流路部材５を第１結束部の第２端側へ突出させる場合、流路部材５突出する高さ方向の長さおよび開口部５Eの向き等を、第１結束部の成形された形状に鑑みて調整することができる。また、流路部材５を着脱可能に第１結束部３に固定すれば、中空糸膜モジュールを運転評価後に流路部材５の形状や位置を調整することも可能である。
  チップソー式回転刃で図１１のＣ－Ｃ線部分を切断し、中空糸膜２の第２端部を開口させる（ステップＳ２）。
  最後に、筒状ケース１の第１端１ａ側に下部キャップ７を、第２端１ｂ側に上部キャップ６を固定して中空糸膜モジュール１００Ｂを製造できる（ステップＳ３）。
  結束部成形用治具の材質は耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば塩化ビニル系樹脂、ナイロン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエチレン系樹脂、シリコーン系樹脂等が離型性にも優れ、好適に用いられる。ポッティング部成形用治具は、単一の材質を用いても、上述したような材質を少なくともひとつ含むように複数の材質を組み合わせて用いてもよい。また、ピンの材質も耐熱性、化学的耐久性などを満たせば特に限定されないが、例えば結束部成形用治具と同様の材質を用いることができる。金属を用いる場合は、離型性を向上するためにフッ素系樹脂のコーティングなどを行うとよい。
　Ｉ－３．モジュール運転方法
  中空糸膜モジュール１００Ｂを用いたろ過運転中には、被ろ過液は、被ろ過液流入口９から入り第１結束部３の第１端１ａ側から第１流路４を下から上に通過し、流路部材５により流れ方向が径方向に変更されて流れ出る（図４の矢印Ａの流れ）。被ろ過液は、ある程度進んだ後に、高さ方向に進路を変えて進む。被ろ過液は、中空糸膜２内を通過した後、ろ過液として、第２結束部１３と上部キャップ６で囲まれた空間に移動する。その後、ろ過液は、ろ過液出口８からモジュール外に取り出される。
　デッドエンドろ過を行う場合には、被ろ過液出口１１は閉止される。
　一方、クロスフローろ過を行う場合には、被ろ過液出口１１から、筒状ケース１内に導入された被ろ過液の一部が取り出される。取り出された被ろ過液は、再び被ろ過液流入口９からモジュール内に導入される。クロスフローろ過は、モジュール内に流れを起こすので、膜面近傍の流れによる膜面洗浄の効果が得られ、濁質堆積が低減される。クロスフローろ過運転において、膜面線速度を高くすることで、膜面に付着した濁質等に対して、さらに高いせん断力を与えることができる。
　一般的に、クロスフローろ過における膜面線速度は０．１ｍ／ｓ以上、７ｍ／ｓ以下である。膜面線速度が０．３ｍ／s以上、３ｍ／ｓ以下であると、より高い洗浄性を保つことで長期の安定運転を行うことができるので、好ましい。
　クロスフローろ過は、特に発酵工業分野、医薬・医療分野、食品工業分野において広く用いられる。また一般的に、一定期間中空糸膜モジュールを用いてろ過運転を行った後には、モジュール内を洗浄する工程が設けられており、被ろ過液流入口９から、水、薬液、気体などが供給される。特に、温水殺菌が必要な工程では約８０℃以上の温水が供給される。
  一方、洗浄工程において、ろ過液出口８から、ろ過液や、水、または洗浄液を導入し、中空糸膜２の中空部から外側に排出する方法をとる場合や、モジュール内を蒸気滅菌する際等は流路部材５、第１流路４を上から下に排水が流れ、被ろ過液流入口９からモジュール外に排出される。
  本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
　ＩＩ．比較形態
  図１に示す中空糸膜モジュール１００Ａは、高さ方向における第１端と第２端とを有する筒状ケース１と、筒状ケース１内に収容され、第１端側の端部が閉塞され、第２端側の端部が開口する複数の中空糸膜２を有する中空糸膜束１２と、中空糸膜２の第１端側の端部を結束する第１結束部３と、第１結束部を第１端側から第２端側に向かって流体を導く貫通孔４Ｃと、を備えている。
  流体（矢印Ａ）は下から上へ貫通孔４Ｃを通過する際に流れに方向性を持ち、貫通孔４Ｃから上へ出た後も、流速や中空糸膜束部分の流動抵抗にもよるが、貫通孔４Ｃの通過時に有した方向性を維持して進む。そして、ある程度進んだ後に貫通孔４Ｃ中との流路変化や流動抵抗に伴ってその方向性を失い、一様な流れになる。従って、貫通孔４Ｃから出た直後の各貫通孔４Ｃの間は流速が非常に小さくなり、滞留しやすい。その結果、懸濁物質等が堆積しやすい箇所（滞留部）Ｐが発生し易い。
  また、中空糸膜モジュールは一定時間のろ過工程の後に、膜面に付着している懸濁物質等を洗浄する工程に供されるが、このときは、逆洗水などの洗浄排水が懸濁物質とともに貫通孔４Ｃから排出されることになる。そこで、懸濁物質が貫通孔４Ｃから排出される様子を図２に示す。懸濁物質を含む洗浄排水（矢印Ｂ）は、上から一様な流れで結束部付近まで流れ、結束部付近で各貫通孔４Ｃへ向かって流れ、貫通孔４Ｃ内を下に流れて排出される。その際、各貫通孔４Ｃの間には、懸濁物質等が堆積しやすい箇所（滞留部）Ｐが発生し易い。
　（実施例）
  以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　（ａ）中空糸膜の製造
  重量平均分子量４１．７万のフッ化ビニリデンホモポリマー３８質量部とγ－ブチロラクトン６２質量部を混合し、１６０℃で溶解した。この高分子溶液を８５質量％γ－ブチロラクトン水溶液を中空部形成液体として随伴させながら二重管の口金から吐出し、口金の３０ｍｍ下方に設置した温度２０℃のγ－ブチロラクトン８５質量％水溶液からなる冷却浴中で凝固させて球状構造からなる中空糸膜を作製した。次いで、重量平均分子量２８．４万のフッ化ビニリデンホモポリマー１４質量部、セルロースアセテートプロピオネート（イーストマンケミカル社製、ＣＡＰ４８２－０．５）１質量部、Ｎ－メチル－２－ピロリドン７７質量部、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（三洋化成社製、イオネット（登録商標）Ｔ－２０Ｃ）５質量部、水３質量部を混合し、９５℃で溶解して高分子溶液を作製した。この製膜原液を、球状構造からなる中空糸膜の表面に均一に塗布し、すぐに水浴中で凝固させて球状構造層の上に三次元編目構造を形成させた中空糸膜２を作製した。得られた中空糸膜２は、外径１０１０μｍ、内径６００μｍで、膜表面平均孔径は４０ｎｍであった。膜１本当たりの強力は６．４Ｎであった。
　（ｂ）モジュールの製造
  上記（ａ）で得られた中空糸膜２を長さ１８００ｍｍにカットし、３０質量％グリセリン水溶液に１時間浸漬後、風乾した。この中空糸膜２を１２５℃の水蒸気で１時間加熱処理して風乾させ、長さ１２００ｍｍにカットした。その後シリコーン接着剤（東レ・ダウコーニング社製、ＳＨ８５０Ａ／Ｂ、２剤を質量比が５０：５０となるように混合したもの）で中空糸膜２の第２端側を目止めした。
  その後、図１１に示すように筒状ケース１（内径１４５ｍｍ、外径１５５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）に前述の中空糸膜２を９０００本充填した。さらに、筒状ケース１の第１端１ａ側に、第１結束部ケース１６（内径１３８ｍｍ、外径１４０ｍｍ、長さ３０ｍｍ）、ピン１８、および第１結束部成形用治具１９を装着し、筒状ケース１の第２端１ｂ側に整流筒１５および第２結束部成形用治具１７を装着した。こうして治具を装着された筒状ケース１を遠心成型機に設置した。第１結束部ケース１６底部の貫通孔４Ａには、外周に流路部材５を嵌め合わせたピン１８が挿入されており、第１結束部成形用治具１９の内部には第１結束部ケース１６とピン１８、流路部材５が収められていた。ピン１８は、流路部材５の流路となる部分に流路を形成する流路形成治具としての役割を果たす。
  膜束接着剤（ポッティング剤）として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ハンツマン社製、ＬＳＴ８６８－Ｒ１４）と脂肪族アミン系硬化剤（ハンツマン社製、ＬＳＴ８６８－Ｈ１４）を質量比が１００：３０となるように混合し、合計２０００ｇ（片端当たり１０００ｇ）をポッティング剤投入器２０に入れた。
  続いて遠心成型機を回転させ、ポッティング剤を両端の第２結束部成形用治具１７および第１結束部ケース１６に充填して第１結束部３および第２結束部１３を成形し、ポッティング剤を硬化させた。遠心成型機内の温度は３５℃、回転数は３５０ｒｐｍ、遠心時間は５時間とした。第２結束部成形用治具１７および第１結束部ケース１６は、中空糸膜束１２の端部を囲み、その内部でポッティング剤を硬化させて結束部を成形するポッティング治具としての役割を果たす。
  その後結束部成形用治具１７、１９とピン１８を取り外し、室温で２４時間硬化させた後、第２結束部１３の端部（図１１に示すＣ－Ｃ面）をチップソー式回転刃でカットし、中空糸膜２の端面を開口させた。
  特に、本実施形態では、全ての流路部材５がドーム状先端を持つ流路部材であり、その開口部５Ｅが第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接する部分の幅は５ｍｍであり、開口部５Ｅの高さは１ｍｍであった。また、開口部５Ｅは、流路部材の径方向において等間隔に３箇所に設けられた。１つのモジュール当たり２８個の流路部材５を設置した。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．０２２となった。
  続いて筒状ケース１の鍔部１Ｄ，１Ｅ（図３参照）にＥＰＤＭ製のガスケット１０を装着し、上部キャップ６および下部キャップ７を取り付け、図３に示すような中空糸膜モジュール１００Ｂとした。その後中空糸膜モジュール１００Ｂにエタノールを送液してろ過を行い、中空糸膜２の細孔内をエタノールで満たした。続いてＲＯ水を送液してろ過を行い、エタノールをＲＯ水に置換した。
　（ｃ）中空糸膜モジュールを用いたろ過運転
  工場排水を処理して得られた活性汚泥を活性汚泥量が３ｇ／Ｌとなるように水道水で調整することで、実験用の被処理水を得た。
  上記（ｂ）で得られた中空糸膜モジュール１００Ｂに、被ろ過液流入口９から、被処理水を供給し、膜面線速度０．５ｍ／ｓとなるように被ろ過液出口１１排出してモジュール内を循環させた。さらに、ろ過液出口８から、ろ過流量０．１ｍ３／ｍ２／ｄａｙとなるようにろ過液を取り出した。
  ４週間ろ過運転を続けた後に、中空糸膜モジュール１００Ｂ内の液体を被ろ過液流入口９から排出し、ろ過液出口８および被ろ過液出口１１を１週間開放して、被ろ過液流入口９から中空糸膜モジュール１００Ｂ内に８０℃の温風を供給して乾燥させた。活性汚泥の供給前の乾燥した中空糸膜モジュール１００Ｂの重量Ｗ０と、活性汚泥供給の後に乾燥した中空糸膜モジュール１００Ｂの重量Ｗ１とを測定した。活性汚泥供給前後の中空糸膜モジュールの重量の差（Ｗ１－Ｗ０）を算出した。
　（ｄ）中空糸膜モジュールの蒸気滅菌
  上記（ｂ）で得られた中空糸膜モジュール１００Ｂに、被ろ過液出口１１から１２５℃の蒸気を供給し、５分間被ろ過液流入口９を大気圧開放して中空糸膜モジュール１００Ｂ内のエアーを排出した後に、被ろ過液流入口９の先をスチームトラップに切り替えた。第１結束部３の第２端１ｂ側端面の５箇所に温度センサをとりつけて、温度推移を測定した。
　（ｅ）結果
  ろ過運転試験の結果、活性汚泥の供給による重量増加は２ｇと小さかった（表１）。また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積は認められなかった。これは、本実施例の中空糸膜モジュール１００Ｂでの滞留が少なかったことを示す。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められず、これは、第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅが滞留部の低減に対して効果的な形状となっていたのみでなく、中空糸膜２の強力に対して適切な範囲となっていることを示す。
  また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。この結果から、実施例１の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性を高めることができ、蒸気滅菌の効率を高めると言える。
　＜実施例２＞
  全ての流路部材５の高さ方向における開口部５Ｅの長さが３０ｍｍであること以外は実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製し、ろ過運転試験を行った。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．６６となった。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ｂの重量増加は３ｇと小さかった（表１）。
　また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積は認められなかった。これは、本実施例の中空糸膜モジュール１００Ｂでの滞留が少なかったことを示す。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められず、これは、第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅが滞留部の低減に対して効果的な形状となっていたのみでなく、中空糸膜２の強力に対して適切な範囲となっていることを示す。
　また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。この結果から、実施例２の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性を高めることができ、蒸気滅菌の効率を高めると言える。
　＜比較例１＞
  流路部材５を備えない中空糸膜モジュール１００Ａを使用した以外は、実施例２と同様にしてろ過運転試験を行った。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ａの重量は約２６ｇ増加した（表２）。また、中空糸膜モジュール１００Ａを解体し、観察したところ、第１結束部３上端付近に濁質の堆積が認められた。重量増加は濁質の堆積によるものであり、これは流路部材５を備えない場合には、中空糸膜モジュール１００Ａ内での滞留が大きかったことを示す。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められなかった。また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。
　＜実施例３＞
  全ての流路部材５の開口部５Ｅが、第１結束部３の第２端１ｂ側端面から１０ｍｍ上から設けられていること以外は実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製した。このとき、実施例１と同様で、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．０２２となった。
  濾過運転試験の結果、中空糸膜モジュールの重量増加は１８ｇであった（表１）。中空糸膜モジュールを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積が認められた。これは、流路部材５の開口部５Ｅが、第１結束部３の第２端１ｂ側端面から１０ｍｍ上から設けられているために、第１結束部３の第２端１ｂ側端面付近において滞留が発生し、濁質が堆積したと考えられる。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められなかった。
　また、実施例１と同様に蒸気滅菌試験を行ったところ、蒸気供給開始から６０分後においても、第１結束部３の第２端１ｂ側端面の最低温度は１００℃であった。この結果から、実施例３の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性を損なっており、蒸気滅菌の効率が低いと言える。
　＜実施例４＞
  全ての流路部材５の開口部５Ｅの高さ方向における長さが４０ｍｍであること以外は実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製し、ろ過運転試験を行った。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．８８となった。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ｂの重量増加は１２ｇであった（表１）。また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積がおおよそ均一に認められた。これは、第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅが滞留部の低減に対して効果的な形状となっておらず、流路部材５から流出する流体の流速が遅くなったためであると考えられる。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められなかった。
　また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。この結果から、実施例４の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性を高めることができ、蒸気滅菌の効率を高めると言える。
　＜実施例５＞
　全ての流路部材５の開口部５Ｅの第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接する部分の幅が２ｍｍであること以外は実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製し、ろ過運転試験を行った。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．００８８となった。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ｂの重量増加は１１ｇであった（表１）。また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、一部に偏在して濁質の堆積が認められた。重量増加は濁質の堆積によるものであり、これは、第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅが滞留部の低減に対して効果的な形状となっていなかったことを示し、中空糸膜モジュール１００Ａ内での偏流による滞留が大きかったことが明らかとなった。また、観察した際に中空糸膜２はおよそ１２本に損傷が認められた。第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅの形状は、偏流によって一部の場所において過剰な速度を有する流れが発生し、中空糸膜２の強力に対して適切な範囲となっていないことを示す。
　また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から２５分に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。この結果から、実施例５の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性をやや高めることができるが、蒸気滅菌の効率が比較的低いと言える。
　＜実施例６＞
　中空糸膜２を外径７９０μｍ、内径４７０μｍで製作した以外は、同じ中空糸膜２を得た。このとき、膜１本当たりの強力は３．９Ｎであった。また、この中空糸膜２を筒状ケース１に１５２００本収容した以外は、実施例１であること以外は実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製し、ろ過運転試験を行った。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、実施例１と同様にＳ／Ｒ２＝０．０２２となった。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ｂの重量増加は３ｇと小さかった（表１）。また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積は認められなかった。しかし、観察した際に中空糸膜２の内３４本に損傷は認められた。第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅの形状は、濁質の堆積を抑制するために効果的な形状となっているが、一方で中空糸膜２の強力に対して適切な範囲となっていないことを示す。
　また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。
　＜実施例７＞
　全ての流路部材５の開口部５Ｅの第１結束部３の第２端１ｂ側の面と接する部分の幅が６．５ｍｍであること以外は実施例２と同様にして中空糸膜モジュール１００Ｂを作製し、ろ過運転試験を行った。このとき、流路部材５の開口部５Ｅの総面積Ｓと、第１結束部３の第２端１ｂ側の外径Ｒとは、Ｓ／Ｒ２＝０．８６となった。活性汚泥の供給による中空糸膜モジュール１００Ｂの重量増加は３ｇと小さかった（表１）。
　また、その後中空糸膜モジュール１００Ｂを解体し、第１結束部３付近を観察したところ、濁質の堆積は認められなかった。これは、本実施例の中空糸膜モジュール１００Ｂでの滞留が少なかったことを示す。また、観察した際に中空糸膜２に損傷等は認められず、これは、第１結束部３および流路部材５の開口部５Ｅが滞留部の低減に対して効果的な形状となっていたのみでなく、中空糸膜２の強力に対して適切な範囲となっていることを示す。
　また、蒸気滅菌試験の結果、蒸気供給開始から１５分以内に、５個の測定箇所での最低温度は１２１℃に達し、その後２０分間１２１℃を維持した。この結果から、実施例２の流路部材５の形状は、被ろ過液流入口９からのドレン排出性を高めることができ、蒸気滅菌の効率を高めると言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本出願は、２０１４年９月１日出願の日本特許出願、特願２０１４－１７７４２２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の中空糸膜モジュールは発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで使用することができる。 特に、本発明の中空糸膜モジュールは、濁質が多い液体をろ過しても、濁質の堆積量が抑制され、長時間にわたり安定してろ過を行うことが可能となる。また、菌による汚染を効果的に抑制することができるので、発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などに好ましく適用される。
１００Ａ  中空糸膜モジュール
１００Ｂ  中空糸膜モジュール
１        筒状ケース
１Ｄ      鍔部
１Ｅ      鍔部
２        中空糸膜
３        第１結束部
４        第１流路
４Ａ      貫通孔
４Ｂ      クリアランス
５        流路部材
５Ａ      邪魔板状の流路部材
５Ｂ      球状の流路部材
５Ｃ      平面状先端を持つ流路部材
５Ｄ      ドーム状先端を持つ流路部材
５Ｅ      開口部
６        上部キャップ
７        下部キャップ
８        ろ過液出口
９        被ろ過液流入口
１０      ガスケット
１１      被ろ過液出口（ノズル）
１２      中空糸膜束
１３      第２結束部
１４      整流孔
１５      整流筒
１６      第１結束部ケース
１７      第２結束部成形用治具
１８      ピン
１９      第１結束部成形用治具
Ｐ        懸濁物質等が堆積しやすい箇所（滞留部）

Claims (11)

  1.   高さ方向における第１端と第２端とを有する筒状ケースと、
      前記筒状ケース内に収容され、前記第１端側の端部が閉塞され、前記第２端側の端部が開口する複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
      前記中空糸膜の前記第１端側の端部を結束する第１結束部と、
      前記第１結束部の前記第１端側から前記第２端側に向けて前記第１結束部を通るように流体を導く第１流路と、
      前記第１流路の前記第２端側の終端で、前記第１流路の前記第２端側の終端から流出した前記流体の少なくとも一部の流れを、前記筒状ケースの高さ方向と交差する方向に向ける流路部材と、
      を備える中空糸膜モジュール。
  2.   請求項１に記載の中空糸膜モジュールであって、
      少なくとも一つの前記流路部材は、前記第１結束部の前記第２端側の端面から突出するように設けられ、前記第１結束部の前記第２端側の面と接する開口部を備える中空糸膜モジュール。
  3.   請求項２に記載の中空糸膜モジュールであって、
      少なくとも一つの前記流路部材の前記高さ方向における前記開口部の長さは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下である中空糸膜モジュール。
  4. 　請求項２または３に記載の中空糸膜モジュールであって、
    前記第１結束部の外径Ｒと、前記流路部材の前記開口部の総面積Ｓが０．００４≦Ｓ／Ｒ２≦１．２を満たす中空糸膜モジュール。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールであって、
    　前記中空糸膜の破断強力ＦがＦ≧４．９Ｎを満たす中空糸膜モジュール。
  6.   請求項１から５のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールであって、
      前記第１結束部の、前記第２端側端面におけるＡ硬度が１０以上、かつＤ硬度が８５未満である中空糸膜モジュール。
  7.   請求項１から６のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールであって、
    　前記第１結束部の第２端側端面のうち、最も低い部位から高さ３ｍｍ以内の範囲の領域に、少なくとも１つの前記第１流路の終端が配置されている中空糸膜モジュール。
  8.   請求項１から７のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールであって、
      前記高さ方向に垂直な断面における前記第１流路の総面積が、前記第１結束部を含む、前記高さ方向に垂直な断面における前記筒状ケース内側の面積に対して、２％以上３５％以下である中空糸膜モジュール。
  9.   請求項１から８のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールであって、
      前記中空糸膜モジュールは、複数の前記第１流路を備え、前記流路部材は、複数の前記第１流路のうち、一部の流路からの流出方向を変更するように配置されており、前記高さ方向に垂直な断面において、前記第１流路のうち、前記流路部材により方向が変更される流れを供給する流路の面積は、前記第１流路の総面積に対して３０％以上９０％以下である中空糸膜モジュール。
  10.   請求項１から９のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
      下記工程（ａ）～（ｅ）：
      （ａ）複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも一方の端部に、前記流路部材を配置するステップと、
      （ｂ）前記流路部材の流路となる部分に流路形成治具を配置するステップと、
      （ｃ）前記複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも前記流路部材を配置した端部を囲むようにポッティング治具を配置するステップと、
      （ｄ）前記ポッティング治具内でポッティング剤を硬化することで、前記中空糸膜間と、前記流路部材を接着固定した結束部を成形するステップと、
      （ｅ）前記流路形成治具および前記ポッティング治具を取り外すステップと、
      を備える、中空糸膜モジュールの製造方法。
  11.   請求項１から９のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
      下記工程（ａ）～（ｄ）：
      （ａ）前記複数の中空糸膜を有する中空糸膜束の少なくとも一方の端部を囲むようにポッティング治具を配置するステップと、
      （ｂ）前記ポッティング治具内でポッティング剤を硬化することで、前記中空糸膜間を接着固定した結束部を成形するステップと、
      （ｃ）前記ポッティング治具を取り外すステップと、
      （ｄ）前記結束部に、前記流路部材を固定するステップと、
      を備える、中空糸膜モジュールの製造方法。
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