專利名稱:中空絲膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于利用中空絲膜處理液體的中空絲膜組件。詳細(xì)地講,本發(fā)明涉及可在血液的透析中使用、或在污水、廢水等水的凈化中使用的中空絲膜組件。
背景技術(shù):
如平常所知道的,例如,在血液的透析中,使用了中空絲膜(半透膜)的中空絲膜組件被廣泛使用。這種中空絲膜組件具有,在一端部具備處理液的入口孔、而在另一端具備處理液的出口孔的套筒,被內(nèi)裝在該套筒中的中空絲膜束,以及將該中空絲膜束在各端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層(potting layers);且在使透析液從入口孔向出口孔在套筒內(nèi)流通的同時(shí),使血液從出口孔側(cè)向入口孔側(cè)在中空絲膜內(nèi)流通,以進(jìn)行血液的透析(參照日本實(shí)公平7-37700號(hào)公報(bào))。
但是,如上述的中空絲膜組件,是通過(guò)在由聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、或者ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)等塑料構(gòu)成的套筒內(nèi)貫穿比該套筒的長(zhǎng)度略長(zhǎng)的中空絲膜束,將所貫穿的中空絲膜束的兩端部用聚氨酯或硅樹脂等高分子材料注封固定,然后用鋒利的刃具將其注封端部切斷,在注封端面使中空絲膜開口,并覆蓋包圍開口部整體的端蓋而得到的。在該中空絲膜組件中,注封部形成注封層,但在切斷注封端部時(shí),會(huì)對(duì)注封層附加使其自套筒剝離的力,在套筒是由上述塑料中的聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等接合性不強(qiáng)的塑料構(gòu)成的情況下,有時(shí)注封層會(huì)從套筒剝離、或脫落等。
還提出了在中空絲膜束的兩端部設(shè)置由套筒之外的筒體構(gòu)成的中空絲膜束保持體,將該中空絲膜束保持體接合到套筒的內(nèi)壁上的方案,但因?yàn)樵摫3煮w是用于支撐中空絲膜束以免紊亂的,所以對(duì)于注封層的剝離、脫落效果不充分。并且,當(dāng)注封層從套筒剝離但還未到脫落時(shí),例如在用于血液的透析的情況下,透析液和血液會(huì)混合,致使不能進(jìn)行正常的透析操作,只好作為不良品廢棄。另外,因?yàn)楸仨氈谱魈淄仓獾闹锌战z膜束保持體,并預(yù)先配設(shè)在殼體內(nèi),所以,會(huì)由于部件數(shù)量的增加、組裝工時(shí)的增加導(dǎo)致中空絲膜組件的制造成本高漲。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種特別是能夠防止在注封端部的切斷之際注封層從套筒剝離、脫落等情況的廉價(jià)的中空絲膜組件。
本發(fā)明是為實(shí)現(xiàn)上述目的而提出的,本發(fā)明的中空絲膜組件,具有套筒、內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層(potting layer),并且使具有沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒(baffle cylinder)內(nèi)嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。
更具體地講,本發(fā)明的中空絲膜組件的優(yōu)選的一個(gè)方案,是具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒,內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束,將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定于套筒的內(nèi)壁上的注封層,設(shè)置在上述套筒的一端部、具有被處理液的出口孔的端蓋,設(shè)置在上述套筒的另一端部、具有被處理液的入口孔的端蓋;并且使具有沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。這種情況下,也可以將設(shè)在套筒的一端部的端蓋上的被處理液的出口孔作為被處理液的入口孔,將設(shè)在另一端部的端蓋上的被處理液的入口孔作為被處理液的出口孔。
另外,本發(fā)明的中空絲膜組件的優(yōu)選的另一個(gè)方案,是具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒,內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定于套筒的內(nèi)壁上的注封層、設(shè)置在上述套筒的一端部并具有處理液的出口孔的端蓋、設(shè)置在上述套筒的另一端部并具有處理液的入口孔的端蓋;并且使具有沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。這種情況下,也可以將設(shè)在套筒的一端部的端蓋上的處理液的出口孔作為處理液的入口孔,將設(shè)在另一端部的端蓋上的處理液的入口孔作為處理液的出口孔。
在上述的中空絲膜組件中,可以使障筒的狹縫以形成以套筒的筒軸為旋轉(zhuǎn)軸的螺旋的一部分的方式延伸。另外,還可以將狹縫在障筒的周向方向上設(shè)置多個(gè)、或?qū)⒃摱鄠€(gè)狹縫平均分配在障筒的周向方向上。
在本發(fā)明的中空絲膜組件中,因?yàn)槭咕邆溲叵鄬?duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在將中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層中,例如,在套筒內(nèi)貫穿比該套筒的長(zhǎng)度略長(zhǎng)的中空絲膜束,在用高分子材料將貫穿后的中空絲膜束的兩端注封形成注封層后,用鋒利的刃具將注封端部切斷,使中空絲膜在注封端面開口時(shí),即使在注封層上附加有使其從套筒剝離的力也能夠使該力分散在周向方向,從而能夠防止注封層從套筒剝離、脫落等。
本發(fā)明的中空絲膜組件,由于上述原因,除了可如上所述用作血液的透析之外,還能夠用于廢水的凈化、飲料水的制造、燃料電池的加濕裝置等廣泛的用途中。
圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方案的中空絲膜組件的圖,是表示作為血液透析使用的情況下的中空絲膜組件的概略縱剖面圖。
圖2是表示在圖1中所示的中空絲膜組件中、處理液出口孔側(cè)的一端部的概略局部縱剖面圖。
圖3是表示在圖2所示的中空絲膜組件的處理液出口孔側(cè)的一端部中、除去注封層及中空絲膜束后的狀態(tài)的端部的概略局部縱剖面圖。
圖4是圖3所示的障筒的展開圖。
具體實(shí)施例方式
首先,根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的中空絲膜組件進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是對(duì)將本發(fā)明的中空絲膜組件使用在血液的透析中的情況的一例進(jìn)行表示的圖。在圖1中,中空絲膜組件具備在一端部具有處理液的入口孔1、而在另一端部具有處理液的出口孔2、由聚丙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯等塑料構(gòu)成的套筒3,內(nèi)裝于該套筒3、將多個(gè)中空絲膜(半透膜)沿一個(gè)方向(套筒3的筒軸方向)拉齊而成的中空絲膜束4,以及將該中空絲膜束4在各端部固定于套筒3的內(nèi)壁上、由聚氨酯、硅樹脂、或環(huán)氧樹脂等高分子材料(換言之,2液混合型的高分子粘結(jié)劑)注封而成的注封層5、6。另外,在圖1中,在套筒3的另一端部上,嵌設(shè)有具備作為被處理液的血液的入口孔7的端蓋8,在其相反側(cè)的一端部上嵌設(shè)有具備血液的出口孔9的端蓋10。這些端蓋8、10也可以用與套筒3相同的材料構(gòu)成。
圖2是表示圖1所示的中空絲膜組件中處理液的出口孔2側(cè)的一端部的圖。在圖2中,在注封層6中內(nèi)嵌有具備沿相對(duì)于套筒3的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫11的障筒12。這種情況下,也可以將障筒作為套筒3的一部分一體成型并使其內(nèi)嵌。
該障筒12,在注封聚氨酯、硅樹脂或環(huán)氧樹脂等高分子材料時(shí)被內(nèi)嵌在注封層6內(nèi),而在該例中,是障筒12的端蓋8側(cè)的一部分被內(nèi)嵌在注封層6中,在該內(nèi)嵌的部分中,在狹縫11中填充有注封材料。
圖3是為了該障筒12的結(jié)構(gòu)的理解,對(duì)圖2所示的套筒3的出口孔2側(cè)的端部除去注封層6及中空絲膜束4后進(jìn)行圖示的圖。雖然在圖2和圖3中,是對(duì)處理液的出口孔2側(cè)顯示套筒3的端部,但套筒3的入口孔1側(cè)的端部也是完全同樣地構(gòu)成的。
在這種中空絲膜組件中,血液的透析如下所述地進(jìn)行。即,可以通過(guò)使作為處理液的透析液從入口孔1向出口孔2在套筒3內(nèi)流通,同時(shí)使作為被處理液的血液從端蓋8的入口孔7向端蓋10的出口孔9流過(guò)中空絲膜內(nèi)以進(jìn)行血液的透析。
在上述中,障筒也可以使其所有的部分都內(nèi)嵌在注封層中。只是在如上所述的例子中,若預(yù)先使端蓋側(cè)的一部分內(nèi)嵌在注封層中,使余下的部分在套筒內(nèi)露出,則可通過(guò)對(duì)狹縫的形狀、配置等加以研究而獲得流經(jīng)套筒內(nèi)的處理液的整流作用。另外,從降低制造成本的觀點(diǎn)出發(fā),更優(yōu)選障筒與套筒一體成型。但是,如果將與套筒分開地形成的障筒通過(guò)焊接等牢固地固接在套筒上,雖然制造成本提高,但也能夠獲得同樣的效果。
設(shè)在障筒上的狹縫的形狀,只要沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸,任意形狀均可。如圖2和圖3所示,如果預(yù)先使內(nèi)嵌在注封層中的部分比其他部分形成得更寬,增大填充的注封材料的量,則在提高剝離強(qiáng)度方面更為有利,但也可以作為同樣寬度來(lái)形成。另外,也可以形成以套筒的筒軸為螺旋軸的螺旋的一部分而使其延伸。
另外,狹縫的數(shù)量沒有特別的限定,但從套筒的成形性或機(jī)械強(qiáng)度、及處理液的整流作用等考慮,更優(yōu)選為6個(gè)到12個(gè)左右。在上述的例子中,使多個(gè)狹縫分散配置在障筒的周向方向,但也可以設(shè)置以套筒的筒軸為軸螺旋狀地延伸的1個(gè)狹縫。在設(shè)置多個(gè)狹縫的情況下,這些狹縫既可以平均分配在障筒的周向方向,也可以以任意的間隔非平均地配置。重要的是,只要狹縫沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸即可。但是,優(yōu)選為在入口孔1的正下方處沒有狹縫。這是出于以免從入口孔1流入的處理液直接沖擊到中空絲膜上的考慮,這在中空絲膜型透析器中是眾所周知的結(jié)構(gòu)。
另外,相對(duì)于套筒的筒軸平行的狹縫,在射出成型模具的構(gòu)造上,與套筒一體成型非常困難,會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生將障筒作為分離的部件進(jìn)行制造的必要而導(dǎo)致制造成本的上升,因此不是本發(fā)明意義上的沿傾斜方向延伸的狹縫。
圖4是表示將圖3所示的障筒12展開后的圖像的圖。在圖4中,狹縫11的傾斜角度θ,為了在與套筒3筒軸方向拉齊的中空絲膜和中空絲膜之間,使作為處理液的透析液在套筒3的周向方向無(wú)遺漏地浸入套筒3內(nèi)部,優(yōu)選設(shè)置θ=15~60°左右,從套筒的成型性或機(jī)械強(qiáng)度、以及處理液的整流作用等考慮,進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置θ=30~45°。另外,作為與筒軸傾斜相交的方向,無(wú)論左旋還是右旋沒有太大差別。另外,通過(guò)使處于障筒12的蔭處部分的中空絲膜的根數(shù)、即未面對(duì)狹縫11的中空絲膜的根數(shù)減少,能夠有助于處理液向套筒3內(nèi)部浸入。
另外,為了能夠?qū)娜肟诳?流入的處理液整流,大致均等地分配于中空絲膜束,優(yōu)選通過(guò)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行的流體解析等,將各個(gè)狹縫的寬度尺寸W分別地設(shè)定在0.5mm~3mm的范圍內(nèi)。
若使具有上述那樣的狹縫的障筒內(nèi)嵌在注封層中,當(dāng)在注封層上施加使其自套筒剝離的力時(shí),該力會(huì)被向周向方向分散,除了能夠防止注封層從套筒剝離、脫落等以外,還能夠獲得處理液的整流效果。
在上述的例子中,處理液流和被處理液流被設(shè)為相向流動(dòng),但也可以設(shè)為同一方向。具體地講,在圖1中的中空絲膜組件中,也可以將設(shè)在套筒3的一端部的端蓋10上的被處理液的出口孔9設(shè)為被處理液的入口孔,反之將設(shè)在另一端部的端蓋8上的被處理液的入口孔7設(shè)為被處理液的出口孔。
另外,也可以使被處理液在中空絲膜的外側(cè)流通,使處理液流通于中空絲膜內(nèi)。具體地講,在圖1的中空絲膜組件中,也可以在使被處理液從入口孔1向出口孔2流通在套筒內(nèi)的同時(shí),使處理液從端蓋8的入口孔7向端蓋10的出口孔9流通經(jīng)過(guò)中空絲膜內(nèi)。
本發(fā)明的中空絲膜組件中所使用的中空絲膜沒有特別限定,但最好使用由丙烯酸、聚砜、聚醚砜、纖維素、三醋酸酯、聚乙烯、聚丙烯等材料構(gòu)成的中空絲膜。
在制造本發(fā)明的中空絲膜組件時(shí),例如,如日本特公昭63-17464號(hào)公報(bào)等所公開的,順著套筒的筒軸方向?qū)⒅锌战z膜束填裝在套筒的內(nèi)部,將中空絲膜束在套筒的兩開口部用注封材料粘結(jié)密封形成注封層。另外,因?yàn)閮?nèi)嵌在套筒的障筒的傾斜狹縫不平行于套筒的筒軸,所以在填裝中空絲膜束時(shí),中空絲膜不會(huì)從狹縫竄出來(lái),能夠順利地填裝中空絲膜束。再者,在填裝后也能夠不使中空絲膜束紊亂地支撐中空絲膜束。
如上述所形成的注封層,在其固化后,用鋒利的刃具將其外端部切斷,使中空絲膜在由注封材料構(gòu)成的注封層的端面開口,并使其在表面露出。然后,將用于形成集流腔的端蓋通過(guò)超聲波接合等分別接合在套筒的兩端部上,從而可獲得本發(fā)明的中空絲膜組件。
本發(fā)明的中空絲膜組件,除了如上所述作為血液的透析使用以外,也可以在廢水的凈化、飲料水的制造、及燃料電池的加濕裝置等中使用。
如上所述,在將本發(fā)明的中空絲膜組件用作血液的透析的情況下,被處理液為血液,且處理液為透析液。另外,在將本發(fā)明的中空絲膜組件用作廢水的凈化、飲料水的制造、或燃料電池的加濕裝置的情況下,處理液為原始的污水、或空氣,被處理液相當(dāng)于經(jīng)過(guò)凈化后的干凈水、空氣。
實(shí)施例本發(fā)明的發(fā)明者們,在制作圖1所示的血液的透析用的中空絲膜組件時(shí),將套筒的材質(zhì)選為チツソ(株)的無(wú)規(guī)聚合物系聚丙烯(商品名チツソポリプロXK4644),對(duì)中空絲膜束,使用了如日本特開2001-170172號(hào)公報(bào)的實(shí)施例所公開的聚砜。中空絲膜的絲的根數(shù)為9400根,對(duì)于注封材料使用日本ポリウレタン(株)的聚氨酯樹脂(商品名KC399/N4223),并在約80G的離心力下形成注封層,將中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上。此時(shí),設(shè)在障筒上的傾斜狹縫的規(guī)格,加入用CD-adapco JAPANCo.,LTD.制的流體解析軟件(商品名STAR-CD)進(jìn)行解析的結(jié)果,如圖4所示,設(shè)成狹縫數(shù)量n=6、θ=30°、狹縫寬W1=1.3mm、W2=1.6mm、W3=0.9mm的螺旋形狀。各狹縫平均分配在障筒的周向方向,傾斜方向設(shè)為右旋。另外,障筒采用了作為套筒的一部分一體成型的形式。即,將障筒和套筒的材質(zhì)設(shè)為相同。用鋒利的刃具將這樣形成的注封層切斷,在注封材料的端面使中空絲膜開口,并使其在表面露出。此時(shí),注封層不會(huì)脫落等,可獲得平滑且整齊的端面。然后,將用于形成集流腔的端蓋用超聲波接合等分別接合在套筒的兩端,以得到本發(fā)明的中空絲膜組件。
比較例1與上述的實(shí)施例的中空絲膜組件同樣地,將套筒的材質(zhì)選為聚丙烯,并以同樣的方式制作中空絲膜組件。但是,設(shè)在障筒上的狹縫的規(guī)格設(shè)為θ=0°、與套筒的筒軸相平行的形式。此外,狹縫數(shù)量n=6、狹縫寬度W=1.3mm、W2=1.6mm、W3=0.9mm、將各個(gè)狹縫均等地配置在障筒的周向方向等,設(shè)置得盡可能接近實(shí)施例。對(duì)該組件用與實(shí)施例相同的方法進(jìn)行注封形成注封層,用鋒利的刃具將所形成的注封層切斷,結(jié)果注封層被從套筒拉出,給中空絲膜束帶來(lái)了損傷。
比較例2與上述的實(shí)施例幾乎為相同的形狀,將套筒的材質(zhì)選為聚苯乙烯并以與實(shí)施例相同的方式進(jìn)行制作。但是,障筒的形狀選為例如日本特開昭57-22762號(hào)公報(bào)所公開的、久已公知的、僅在孔的正下方具備障板的中空絲膜組件。將其與實(shí)施例的中空絲膜組件進(jìn)行性能比較評(píng)價(jià)的結(jié)果,得到下表1的結(jié)果,可以確認(rèn)實(shí)施例的中空絲膜組件一方能夠發(fā)揮優(yōu)異的性能。
表1
另外,上述溶質(zhì)的清除率的測(cè)定方法,根據(jù)昭和57年9月發(fā)行的日本人工臟器學(xué)會(huì)編透析器性能評(píng)價(jià)基準(zhǔn)進(jìn)行。在其中測(cè)定方法有2種,而本試驗(yàn)以TMP0mmHg為基準(zhǔn)。清除率利用下式計(jì)算。
清除率[數(shù)學(xué)式1]CL(ml/min)=CBi-CBoCBi·Qs]]>在此,CBi組件入口側(cè)濃度;CBo組件出口側(cè)濃度;QB組件供給液量(ml/min)。
權(quán)利要求
1.一種中空絲膜組件,具有套筒、內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束、將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層,且使具備沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中而形成。
2.一種中空絲膜組件,具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒;內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束;將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層;設(shè)置在上述套筒的一端部的具有被處理液的出口孔的端蓋;設(shè)置在上述套筒的另一端部的具有被處理液的入口孔的端蓋;且使具備沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中。
3.一種中空絲膜組件,具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒;內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束;將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層;設(shè)置在上述套筒的一端部的、具有被處理液的入口孔的端蓋;設(shè)置在上述套筒的另一端部的、具有被處理液的出口孔的端蓋;且使具備沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中。
4.一種中空絲膜組件,具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒;內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束;將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層;設(shè)置在上述套筒的一端部的具有處理液的出口孔的端蓋;設(shè)置在上述套筒的另一端部的具有處理液的入口孔的端蓋;且使具備沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中。
5.一種中空絲膜組件,具備在一端部具有被處理液的入口孔、而在另一端部具有被處理液的出口孔的套筒;內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束;將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定在套筒的內(nèi)壁上的注封層;設(shè)置在上述套筒的一端部的具有處理液的入口孔的端蓋;設(shè)置在上述套筒的另一端部的具有處理液的出口孔的端蓋;且使具備沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中。
6.如權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的中空絲膜組件,其中狹縫以形成以套筒的筒軸為螺旋軸的螺旋的一部分的方式延伸。
7.如權(quán)利要求1~6中任意一項(xiàng)所述的中空絲膜組件,其中在障筒的周向方向設(shè)置有多個(gè)狹縫。
8.如權(quán)利要求7所述的中空絲膜組件,其中多個(gè)狹縫在障筒的周向方向均等配置。
9.如權(quán)利要求1~8中任意一項(xiàng)所述的中空絲膜組件,用于血液的透析。
10.如權(quán)利要求9所述的中空絲膜組件,其中狹縫的傾斜角度θ為15~60°,狹縫的數(shù)量為6~12個(gè),且各個(gè)狹縫的寬度尺寸W被分別地設(shè)置在0.5mm~3mm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠防止注封層部件從套筒剝離、脫落等情況的廉價(jià)的中空絲膜組件。本發(fā)明的中空絲膜組件,是具備在一端部具有處理液的入口孔、而在另一端部具有處理液的出口孔的套筒,內(nèi)裝于該套筒的中空絲膜束,將該中空絲膜束在該中空絲膜束的兩端部固定于套筒的內(nèi)壁上的注封層,設(shè)置在上述套筒的一端部的具有被處理液的出口孔的端蓋,設(shè)置在上述套筒的另一端部的具有被處理液的入口孔的端蓋;并使具有沿相對(duì)于套筒的筒軸傾斜的方向延伸的狹縫的障筒內(nèi)嵌在上述注封層中而成的中空絲膜組件。
文檔編號(hào)A61M1/16GK1496754SQ20031010056
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者中松修, 大谷洋, 云一郎 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社