本發(fā)明涉及在水處理、發(fā)酵工業(yè)、藥物/醫(yī)療、食品工業(yè)等領(lǐng)域中使用的中空纖維膜模塊。更具體地，本發(fā)明涉及能夠抑制懸浮物質(zhì)在中空纖維膜模塊的結(jié)合部附近堆積的中空纖維膜模塊、和其制造方法。

背景技術(shù)：

通常，中空纖維膜模塊具有下述構(gòu)造，其中，將通過捆扎大約數(shù)百至數(shù)萬根中空纖維膜而得到的中空纖維膜束容納在筒狀殼體中，并且將容納在筒狀殼體中的中空纖維膜束的至少一端結(jié)合。

例如，專利文獻(xiàn)1公開了模塊，其中，將中空纖維膜束在兩端粘合并結(jié)合，并且在一個結(jié)合部中提供多個通孔，并且該通孔起到例如待過濾液或洗滌液的供應(yīng)口、用于在洗滌時供應(yīng)空氣的端口、和懸浮物質(zhì)的排出口的作用。

背景技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP-A-9-220446。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題

然而，在結(jié)合部的頂表面上，在流體從底部流動的情況和流體從頂部流動的情況兩者中，各通孔之間的空間很可能在低流速下產(chǎn)生停滯區(qū)。待過濾液中所包含的懸浮物質(zhì)等容易在停滯區(qū)中堆積，并且在懸浮物質(zhì)的堆積反復(fù)進(jìn)行時，懸浮物質(zhì)不僅廣泛地覆蓋中空纖維膜表面，而且還固化成大塊且無法容易地除去。其結(jié)果是，由于中空纖維膜的過濾面積減小而導(dǎo)致跨膜壓差升高，或一部分固化的懸浮物質(zhì)堵塞通孔造成例如待過濾液、洗滌液或空氣的不均衡的供應(yīng)，導(dǎo)致中空纖維膜模塊的性能降低。

進(jìn)一步，在發(fā)酵工業(yè)和藥物/醫(yī)療的領(lǐng)域中，必須防止待過濾液或?yàn)V液被污染，并且在這樣的領(lǐng)域中使用中空纖維膜模塊的情況下，在使用之前對中空纖維膜模塊的內(nèi)部進(jìn)行消毒或滅菌的操作。通常的消毒或滅菌方法包括熱水消毒、干熱滅菌、煮沸滅菌、蒸汽滅菌、紫外線滅菌、γ射線滅菌、氣體滅菌和其它方法。具體地，在對大型槽、連接于槽的管線、或分離膜模塊進(jìn)行消毒或滅菌的情況下，熱水消毒(通常在80℃下1小時)或蒸汽滅菌(通常在121℃下20分鐘)是最有效的方法。然而，在消毒或滅菌操作中，在由于懸浮物質(zhì)的堆積等而導(dǎo)致操作前的細(xì)菌的數(shù)量大時，操作后的殘留細(xì)菌的數(shù)量可能增加，導(dǎo)致污染。此外，在進(jìn)行蒸氣滅菌時，通孔可以實(shí)現(xiàn)蒸汽排水排出口的作用，但是如果蒸氣排水在結(jié)合部上方的各通孔之間的停滯區(qū)中堆積，則不能實(shí)現(xiàn)充分的加熱并且造成污染。

本發(fā)明已經(jīng)考慮到這些問題，并且目標(biāo)在于提供結(jié)合部上方的流動停滯減少、并且不太可能發(fā)生懸浮物質(zhì)的堆積的中空纖維膜模塊，以及提供其制造方法。

解決問題的手段

為了解決上述問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)(1)至(11)。

(1)中空纖維膜模塊，其包括：筒狀殼體，其具有在其高度方向上的第一端和第二端；中空纖維膜束，其容納于筒狀殼體中，并且具有多個中空纖維膜，所述中空纖維膜每個在第一端側(cè)的端部處閉合并且在第二端側(cè)的端部處開口；第一結(jié)合部，其結(jié)合中空纖維膜的第一端側(cè)的端部；第一流動通道，其引導(dǎo)流體從第一結(jié)合部的第一端側(cè)向第二端側(cè)穿過第一結(jié)合部；和通道部件，其在第一流動通道的第二端側(cè)的末端處，將從第一流動通道的第二端側(cè)的末端流出的流體中至少一部分的流動導(dǎo)向與筒狀殼體的高度方向相交的方向。

(2)根據(jù)(1)所述的中空纖維膜模塊，其中：至少一個通道部件被提供為從第一結(jié)合部的第二端側(cè)的端面突出，并且具有與第一結(jié)合部的第二端側(cè)的表面相接觸的開口部。

(3)根據(jù)(2)所述的中空纖維膜模塊，其中：至少一個通道部件的高度方向上的開口部的長度為1 mm至30 mm。

(4)根據(jù)(2)或(3)所述的中空纖維膜模塊，其中：第一結(jié)合部的外徑R和通道部件的開口部的總面積S滿足0.004≤S/R²≤1.2。

(5)根據(jù)(1)至(4)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊，其中：中空纖維膜的斷裂強(qiáng)力F滿足F≥4.9 N。

(6)根據(jù)(1)至(5)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊，其中：第一結(jié)合部的第二端側(cè)的端面具有10或更大的A硬度和小于85的D硬度。

(7)根據(jù)(1)至(6)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊，其中：將至少一個第一流動通道的末端布置在從第一結(jié)合部的第二端側(cè)的端面中的最低部位起算3 mm的高度內(nèi)的區(qū)域中。

(8)根據(jù)(1)至(7)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊，其中：垂直于高度方向的截面中的第一流動通道的總面積相對于包括第一結(jié)合部在內(nèi)的垂直于高度方向的截面中的筒狀殼體的內(nèi)側(cè)的面積為2至35%。

(9)根據(jù)(1)至(8)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊，其中：中空纖維膜模塊具有多個第一流動通道，通道部件被布置為改變從多個第一流動通道當(dāng)中的部分流動通道流出的流體的流動方向，并且在垂直于高度方向的截面中，第一流動通道當(dāng)中以被通道部件改變的方向供應(yīng)流動的流動通道的面積相對于第一流動通道的總面積為30至90%。

(10)用于制造根據(jù)(1)至(9)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊的方法，所述方法包括以下步驟(a)至(e)：

(a) 將通道部件配置在具有多個中空纖維膜的中空纖維膜束的至少一個端部上的步驟；

(b) 將流動通道形成夾具配置在待成為通道部件的流動通道的部分中的步驟；

(c) 將灌封夾具配置為至少環(huán)繞具有多個中空纖維膜的中空纖維膜束中在其上配置有通道部件的端部的步驟；

(d) 固化灌封夾具中的灌封劑以形成結(jié)合部的步驟，所述結(jié)合部中，已完成中空纖維膜之間以及通道部件的粘合/固定；和

(e) 移除流動通道形成夾具和灌封夾具的步驟。

(11)用于制造根據(jù)(1)至(9)任一項(xiàng)所述的中空纖維膜模塊的方法，所述方法包括以下步驟(a)至(d)：

(a) 將灌封夾具配置為環(huán)繞具有多個中空纖維膜的中空纖維膜束中至少一個端部的步驟；

(b) 固化灌封夾具中的灌封劑以形成結(jié)合部的步驟，所述結(jié)合部中，已完成中空纖維膜之間的粘合/固定；

(c) 移除灌封夾具的步驟；和

(d) 將通道部件固定于結(jié)合部的步驟。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明的中空纖維膜模塊包括：中空纖維膜；其中中空纖維膜的第一端側(cè)閉合并結(jié)合的第一結(jié)合部；引導(dǎo)流體從第一端側(cè)向第二端側(cè)穿過第一結(jié)合部的第一流動通道；和，將從第一流動通道的第二端側(cè)的末端流出的流體中至少一部分的流動導(dǎo)向與容納中空纖維膜束的筒狀殼體的高度方向相交的方向的通道部件?？梢酝ㄟ^通道部件改變在第一流動通道中固定的流動的方向，從而可以減少第一結(jié)合部上方的各第一流動通道之間的停滯區(qū)。

附圖說明

[圖1]圖1是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的中空纖維膜模塊100A的概略截面圖，其示意性地示出模塊內(nèi)部的流體從底部到頂部的流動。

[圖2]圖2是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的中空纖維膜模塊100A的概略截面圖，其示意性地示出模塊內(nèi)部的流體從頂部到底部的流動。

[圖3]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的概略截面圖。

[圖4]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的第一結(jié)合部的放大圖，其示意性地示出流體如何在第一流動通道中從底部流動到頂部。

[圖5]圖5是示出本發(fā)明的通道部件形狀的實(shí)例的圖；圖5(a)示出擋板狀通道部件，圖5(b)示出球狀通道部件，圖5(c)示出具有平面狀頂端的通道部件，并且圖5(d)示出具有圓頂狀頂端的通道部件。

[圖6]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的第一結(jié)合部的放大圖，其示意性地示出流體如何在第一流動通道中從頂部流動到底部。

[圖7]圖7是示出本發(fā)明的通道部件的開口部形狀的一個實(shí)例的圖。

[圖8]圖8是示出本發(fā)明的通道部件的布置的一個實(shí)例的圖；圖8(a)是通道部件和第一結(jié)合部的概略截面圖，圖8(b)是通道部件和第一結(jié)合部的示意性頂視圖，并且圖8(c)是通道部件的放大圖。

[圖9]圖9是通道部件和第一結(jié)合部的示意性頂視圖，其示出本發(fā)明的通道部件的布置的一個實(shí)例。

[圖10]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的制造方法的一個實(shí)例的流程圖。

[圖11]圖11是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的制造方法的一個實(shí)例的圖。

具體實(shí)施方式

下文基于附圖詳細(xì)地描述了本發(fā)明的中空纖維膜模塊的方式。在此，在本發(fā)明的中空纖維膜模塊中，術(shù)語“頂部”和“底部”基于附圖中示出的狀態(tài)，并且以方便的方式來使用；待過濾液流入的一側(cè)被稱作“底部”方向；并且濾液流出的一側(cè)被稱作“頂部”方向。為方便起見，從“底部”向“頂部”的方向被表述為“高度方向”。通常，中空纖維膜模塊的使用時的姿態(tài)中，頂部到底部方向與附圖中的頂部到底部方向一致。在本發(fā)明中，流動通道的方向不一定與高度方向(垂直于筒狀殼體的徑向的方向)一致。只要在結(jié)合部的第一端側(cè)的表面中和第二端側(cè)的表面中提供流動通道的開口部即為充分。換言之，可以相對于高度方向傾斜地提供流動通道。

I. 實(shí)施方案

I-1. 中空纖維膜模塊

(1) 模塊構(gòu)造概述

通過參照附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊的構(gòu)造。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B的概略縱向截面圖。

根據(jù)第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100B包括：筒狀殼體1，其具有在高度方向上的第一端1a和第二端1b；中空纖維膜束12，其容納在筒狀殼體1中，并具有多個中空纖維膜2，所述中空纖維膜每個在第一端1a側(cè)的端部(第一端部)處閉合并且在第二端1b側(cè)的端部(第二端部)處開口；第一結(jié)合部3，其結(jié)合中空纖維膜2的第一端1a側(cè)的端部；第一流動通道4，其引導(dǎo)流體從第一端1a側(cè)向第二端1b側(cè)穿過第一結(jié)合部3；和，通道部件5，其將從第一流動通道4的第二端1b側(cè)的末端流出的流體中至少一部分的流動導(dǎo)向筒狀殼體1的徑向。

筒狀殼體1由中空筒狀殼體1、以及提供于所述筒狀殼體1的兩個端部的上蓋6和下蓋7構(gòu)成。

如圖3中所示，具有濾液出口8的上蓋6和具有待過濾液流入口9的下蓋7分別與筒狀殼體1的上部和筒狀殼體1的下部液密且氣密地連接。上蓋6和下蓋7例如如圖3中所示，通過使用墊片10而用夾緊器等固定至筒狀殼體1。

筒狀殼體1在上端和下端具有遍及筒狀殼體1的整個圓周的凸緣1D和1E。在筒狀殼體1的更靠近濾液出口8、即更靠近第二端1b的側(cè)表面上，提供有作為用于排出流體(待過濾液)的噴嘴的待過濾液出口11。

上蓋6具有基本等于筒狀殼體1的內(nèi)徑的內(nèi)徑，并且其上端側(cè)逐漸變細(xì)以形成濾液出口8。上蓋6在其下端側(cè)具有階梯部6A，所述階梯部6A遍及上蓋6的整個圓周形成從而在連接于筒狀殼體1時形成槽。

下蓋7具有基本等于筒狀殼體1的內(nèi)徑的內(nèi)徑，并且其下端側(cè)逐漸變細(xì)以形成待過濾液流入口9。

此外，中空纖維膜模塊100B包括含有多個中空纖維膜2的中空纖維膜束12、以及在中空纖維膜束12的端部將中空纖維膜2彼此結(jié)合的結(jié)合部。結(jié)合部具有布置在筒狀殼體1的待過濾液流入口9側(cè)上的第一結(jié)合部3、以及布置在筒狀殼體1的濾液出口8側(cè)上的第二結(jié)合部13。

進(jìn)一步，中空纖維膜模塊100B包括整流筒15，所述整流筒15被布置在筒狀殼體1和中空纖維膜束12之間從而在筒狀殼體1的徑向上與待過濾液出口11排成一列、且在側(cè)表面上具有多個整流孔14，并且第二結(jié)合部13容納在整流筒15中。

(2) 第一結(jié)合部

在筒狀殼體1的待過濾液流入口9側(cè)上、即在中空纖維膜模塊100B的下端側(cè)上的第一結(jié)合部3中，在閉合中空部的狀態(tài)下結(jié)合中空纖維膜2的第一端部。如圖4中所示，在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面附近，從通道部件5流出的流體(箭頭A)充當(dāng)在筒狀殼體1的徑向上作用于中空纖維膜2上的力，并且在該部分很可能發(fā)生中空纖維膜2的破裂。因此，在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面中，具有低至一定程度的硬度的材料優(yōu)選作為緩沖材料而存在于中空纖維膜2周圍，并且緩沖材料(第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面中的部分)的硬度優(yōu)選為小于85的D硬度、更優(yōu)選為小于60的D硬度。如果硬度過低，則很可能在處理中空纖維膜模塊100B的過程中發(fā)生破損等，并且硬度優(yōu)選為10或更大的A硬度、更優(yōu)選為30或更大的A硬度。硬度可以基于JIS K 6253而使用市售的硬度計(jì)進(jìn)行測量。緩沖材料可以分別使用，并且在該情況中，僅需要在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面附近使用。

還可以通過選擇結(jié)合部的材料，從而使結(jié)合部起到緩沖材料的作用。只要滿足結(jié)合部的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)耐久性、熱耐久性等，則不對結(jié)合方法加以特別限制，但所述方法包括例如用可熱收縮的管等覆蓋中空纖維膜束12的外周并對其加熱以完成結(jié)合的方法、將中空纖維膜并排鋪設(shè)在片材上并將中空纖維膜卷取在片材中的方法、和通過使用灌封劑將中空纖維膜粘合的方法。灌封劑可以含有硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等作為主要成分。此外，所述灌封劑可以包含除粘接劑之外的添加劑材料，例如二氧化硅、玻璃和橡膠。

第一結(jié)合部3容納于在下側(cè)具有底部的圓筒狀的第一結(jié)合部殼體16中。第一結(jié)合部殼體16的外徑被配置為小于筒狀殼體1的內(nèi)徑。第一結(jié)合部殼體16不一定是必需的，而是用于保護(hù)第一結(jié)合部3。只要滿足機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)耐久性、熱耐久性等，則對第一結(jié)合部殼體16的材料不加以特別限制，但其材料的實(shí)例包括基于氯乙烯的樹脂、基于聚丙烯的樹脂、基于聚砜的樹脂、氟樹脂例如聚四氟乙烯和全氟烷氧基氟樹脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚酮、不銹鋼和鋁。

可以將第一結(jié)合部3固定于筒狀殼體1，并且固定方法與本發(fā)明無關(guān)。此外，第一結(jié)合部殼體16的形狀、還有第一結(jié)合部殼體16是否存在與本發(fā)明無關(guān)。

(3) 第一流動通道

第一結(jié)合部3具有第一流動通道4，其待成為流體的流動通道、例如待過濾液的流動通道。具體而言，第一流動通道4包括例如提供于第一結(jié)合部3中的通孔4A、以及筒狀殼體1與第一結(jié)合部3之間的間隙4B。為了減少在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面附近產(chǎn)生流動停滯區(qū)，垂直于高度方向的截面中的第一流動通道4的總面積相對于包括第一結(jié)合部在內(nèi)的垂直于高度方向的截面中的筒狀殼體的內(nèi)側(cè)的面積優(yōu)選為2至35%。如果第一流動通道4的面積小，則能夠成為停滯區(qū)的各通孔4A之間的空間變寬，并且即使提供通道部件5時，也不太可能獲得減少停滯的效果。此外，流體在第一流動通道4中穿過時造成大的壓力損失，并且在流體從底部流至頂部時，泵功率成本上升。進(jìn)一步，在流體從頂部流至底部的情況下，流動難以發(fā)生，并且懸浮物質(zhì)可能會堵塞第一流動通道。另一方面，如果第一流動通道4的面積大，則在第一結(jié)合部3中除中空纖維膜2之外的部分的截面積減小，并且中空纖維膜2因此靠近在一起，從而造成例如在中空纖維膜2的第一端1a側(cè)上產(chǎn)生密封故障、或中空纖維膜2之間堆積的懸浮物質(zhì)可能幾乎無法排出的問題。進(jìn)一步，在流體在第一流動通道4中從底部流至頂部的情況中，如果第一流動通道4的面積過大，則流體的壓力損失不充分，并且流入通道部件5的流動會產(chǎn)生偏向。流入通道部件5的流動產(chǎn)生偏向時，從通道部件5流出的徑向的流動會產(chǎn)生偏向，從而生成大的停滯區(qū)，并且懸浮物質(zhì)傾向于堆積。

第一流動通道4優(yōu)選包含多個通孔4A，并且可以將各通孔4A任意地布置，例如布置在多個等邊三角形的頂點(diǎn)的位置處、在輻射狀線與同心圓的交點(diǎn)的位置處、或在網(wǎng)格上的交點(diǎn)的位置處，但是如果彼此相鄰的通孔之間的距離存在偏差，則停滯容易在距離比其它部位大的部位發(fā)生。因此，優(yōu)選以等間隔進(jìn)行布置以使得不會在距離方面產(chǎn)生大的差異。

進(jìn)一步，優(yōu)選將至少一個第一流動通道4的末端布置在從第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面中的最低部位起算3 mm的高度內(nèi)的區(qū)域中。在流體從頂部流至底部的情況(圖6中箭頭B的流動)中，在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面并非水平時，很可能在最低部位發(fā)生停滯，但由于將第一流動通道4的末端布置在這樣的區(qū)域中，因此可以可靠地從低的部位進(jìn)行排水。

第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面并非水平的情況包括例如以下情況。在使用灌封劑形成第一結(jié)合部3時，特別是在進(jìn)行離心灌封法時，由于離心力的影響而在第一結(jié)合部的第二端1b側(cè)的中心部產(chǎn)生凹陷(圖6)。此外，由于重力的影響，在灌封時在頂部方向和底部方向之間形成傾斜。另一方面，在靜態(tài)灌封法中，可以使得第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面為水平，但是在第一結(jié)合部殼體16從垂直方向傾斜的狀態(tài)下進(jìn)行灌封時，在第二端1b側(cè)的端面上形成傾斜。

垂直于高度方向的通孔4A的截面形狀可以使任意形狀，例如圓、橢圓、多邊形、和星形。

(4) 流動通道部件

優(yōu)選的是，通道部件5被布置為改變從一部分第一流動通道4流出的流體的流動方向，并且在垂直于高度方向的截面中，第一流動通道4當(dāng)中以被通道部件5改變的方向供應(yīng)流動的流動通道的面積相對于第一流動通道4的總面積為30至90%。如果以被通道部件5改變的方向供應(yīng)流動的第一流動通道4的面積過大，則流體在通道部件5中從底部流至頂部時，可能會造成過度的壓力損失，進(jìn)一步，流體在通道部件5中從頂部流至底部時，不太可能發(fā)生流動，留下排水不充分的可能性。另一方面，如果以被通道部件5改變的方向供應(yīng)流動的流動通道的面積過小，則流體在第一流動通道4中從底部流至頂部時，變?yōu)閮?yōu)先的是不穿過通道部件5的流動，并且不能充分獲得通過通道部件5減少停滯區(qū)的效果。

只要能夠改變在第一流動通道4中從底部流至頂部的流體的流出方向，則不對通道部件5的形狀加以特別限制，但是通道部件的實(shí)例包括圖5(a)中描述的擋板狀通道部件5A，圖5(b)中描述的球狀通道部件5B、圖5(c)中描述的具有平面狀頂端的通道部件5C、和圖5(d)中描述的具有圓頂狀頂端的通道部件5D。只要獲得充分的機(jī)械強(qiáng)度，則不對用于固定通道部件5的方法加以特別限制，但是所述方法的實(shí)例包括：將通道部件固定于第一結(jié)合部3的方法、將通道部件5的支架固定于通孔4A的壁部的方法、將通道部件固定于第一結(jié)合部殼體16的方法、以及將通道部件固定于筒狀殼體1的內(nèi)壁的方法?？梢詫⑼ǖ啦考?和第一結(jié)合部殼體16作為一個構(gòu)件而預(yù)先制造。如果通道部件5的外壁具有尖銳部分、毛刺等，則可能損壞中空纖維膜2，并且待過濾液可能會泄漏至濾液側(cè)。因此，通道構(gòu)件5的外壁優(yōu)選是平滑的?？紤]到這些因素，在本實(shí)施方案中，在各圖中示出具有圓頂狀頂端的通道部件5(5D)，但本發(fā)明的通道部件5的形狀不限于此。

在流體從頂部流至底部的情況中，用于使流體向下流動的驅(qū)動力有時僅為流體的自重，并因此優(yōu)選使可能出現(xiàn)停滯區(qū)的空間最小化。如圖6中示意性地例示的，在模塊內(nèi)通過其自重從頂部到底部向下流動的許多流體的流動被第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面阻塞，并且流動方向被改變?yōu)槌蛲ǖ啦考?或第一流動通道4。因此，通道部件5具有開口部5E，其起到使流體從第一端1a側(cè)流至第二端1b側(cè)的流動通道、和使流體從第二端1b側(cè)流至第一端1a側(cè)的流動通道兩者的作用。開口部5E5優(yōu)選與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸。開口部5E與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸，由此可以在懸浮物質(zhì)很可能堆積在其中的第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面附近產(chǎn)生流體流動。進(jìn)一步，在通道部件5的開口部5E中，與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸的部分的寬度優(yōu)選為1 mm或更大。如果所述寬度小于1 mm，則排水需要長時間，或者由于例如開口部被液體中所含的懸浮物質(zhì)堵塞而不能進(jìn)行充分的排水。

通道部件5的高度方向上的開口部5E的長度優(yōu)選為1 mm至30 mm、更優(yōu)選為5 mm至20 mm。在流體從底部流入通道部件5的情況中，高度方向上的開口部5E的長度為1 mm或更大時，可以抑制壓力損失，并因此可以在不需要大的泵功率成本的情況下操作模塊。此外，不太可能發(fā)生由懸浮物質(zhì)等引起的堵塞、或由于生產(chǎn)誤差而引起的堵塞。另一方面，高度方向上的開口部5E的長度為30 mm或更小時，可以將從通道部件5流出的流動中徑向分量的比例保持為相對較大，并且進(jìn)一步提高使易于堆積懸浮物質(zhì)等的部位(停滯區(qū))減少的效果。

如圖7中所示，通道部件5的開口部5E的寬度可以被配置為位置在高度方向上越低而越大、并且朝向頂部逐漸減小。第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面附近是懸浮物質(zhì)最可能堆積在其中的部位，但由于開口部具有這樣的形狀，因此在該部位的流動中徑向分量的比例變大，從而可以降低懸浮物質(zhì)的堆積量。

不對通道部件5的布置(即數(shù)量、位置和取向)加以特別限制。然而，優(yōu)選設(shè)定通道部件5的布置以使得位于從第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面起算30 mm的高度內(nèi)的空間中的各個中空纖維膜2與經(jīng)由至少一個通道部件5的開口部5E流出的流體相接觸。圖8(a)和8(b)示出這樣的配置的實(shí)例。

如圖8(a)中所示，通道部件5在結(jié)合部3的上端表面和30 mm的高度之間開口。

在圖8(b)中，布置各個通道構(gòu)件5以使得來自所述通道部件5的流體到達(dá)從其它通道部件5流出的流體幾乎無法到達(dá)的范圍。具體而言，在從結(jié)合部3上方觀察的視野中，特定通道部件5的開口部5E面向其附近的通道部件5的非開口部(即并非開口部5E的部分)。以該方式布置通道部件5，由此所有中空纖維膜2均可以接收到經(jīng)由所述通道部件5的開口部5E流出的流體的流動。

通道部件5的開口部5E的總面積S和第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R優(yōu)選滿足0.004≤S/R²≤1.2、更優(yōu)選滿足0.01≤S/R²≤0.86。

S/R²值為0.004或更大時，可以使經(jīng)由通道部件5的開口部5E流出的流動均勻。其結(jié)果是，經(jīng)由通道部件5的開口部5E流出的流動在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面附近到達(dá)大部分中空纖維膜2并洗滌膜表面。進(jìn)一步，抑制了來自通道部件5的開口部5E的局部過強(qiáng)的流動的產(chǎn)生，并且不太可能發(fā)生例如中空纖維膜2經(jīng)受比膜自身的強(qiáng)度更高的力并受到損壞的故障。S/R²值為1.2或更小時，可以充分增加經(jīng)由通道部件5的開口部5E流出的流動的流速，并且也可以減少很可能在其中堆積懸浮物質(zhì)等的部位。

各通道部件5的開口部5E可以被均勻地提供在垂直于通道部件5的高度方向的表面上，也可以在任意方向上不均勻地分布。如圖9中所示，開口部5E可以不均勻地分布，并且通過在各通道部件5當(dāng)中改變具有較大的開口部5E的面積的方向來進(jìn)行布置，由此控制中空纖維膜模塊100B中的流動，并引發(fā)例如如圖9中的箭頭C所示的旋流。

在如圖8(c)中所示地通道部件5是具有圓頂狀頂端的通道部件5(5D)的情況中，在被配置在通道部件5中最高位置的開口部5E上方，被通道部件5的內(nèi)壁包圍的終端的深度L和終端的等效圓直徑D優(yōu)選滿足L/D≤5.0。如本文中使用的等效圓直徑表示將垂直于高度方向的截面形狀轉(zhuǎn)化成具有相同面積的圓形時的圓的直徑。在通道部件5內(nèi)部深處形成的終端空間變成停滯區(qū)，并且傾向于經(jīng)受懸浮物質(zhì)的堆積以及熱水消毒或蒸汽滅菌時發(fā)生的消毒和滅菌故障。在這方面，滿足L/D≤5.0時，通道部件5內(nèi)部的形狀可以為在通道部件內(nèi)部深處形成的終端空間小的形狀，并且可以提高消毒和滅菌的效率。

(5) 中空纖維膜

本實(shí)施方案的中空纖維膜模塊100B包括中空纖維膜2作為分離膜。捆扎數(shù)百至數(shù)萬根中空纖維膜2以形成中空纖維束12。中空纖維膜2的優(yōu)點(diǎn)在于，所述膜通常具有比平膜更大的比表面積，并且每單位時間段內(nèi)在其中能夠過濾的液體的量大。關(guān)于中空纖維膜2的結(jié)構(gòu)，存在例如其中孔徑整體上均勻的對稱膜、其中孔徑在膜厚度方向上變化的非對稱膜、以及具有用于保持強(qiáng)度的支撐層和用于分離目標(biāo)物質(zhì)的分離功能層的復(fù)合膜。

中空纖維膜2的平均孔徑可以根據(jù)分離目標(biāo)而適當(dāng)?shù)剡x擇。在以微生物例如細(xì)菌和真菌、或動物細(xì)胞等的分離為目標(biāo)的情況下，平均孔徑優(yōu)選為10 nm至220 nm。如果平均孔徑小于10 nm，則透水性可能降低，并且如果平均孔徑超過220 nm，則微生物等可能漏出。如本發(fā)明中使用的“平均孔徑”表示具有最小孔徑的致密層的孔徑。

不對分離膜的材料加以特別限制，但是分離膜可以包含例如氟樹脂、例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、和乙烯/四氟乙烯共聚物；纖維素酯、例如乙酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、和乙酸丁酸纖維素；基于聚砜的樹脂、例如聚砜和聚醚砜；或樹脂、例如聚丙烯腈、聚酰亞胺和聚丙烯。具體而言，由氟樹脂或基于聚砜的樹脂形成的分離膜的耐熱性、物理強(qiáng)度和化學(xué)耐久性高，并且可以因此在需要蒸汽滅菌或熱水消毒的領(lǐng)域、例如發(fā)酵工業(yè)、藥物生產(chǎn)、食品工業(yè)和水處理中適合地用于中空纖維膜。

如上所述，通道部件5的開口部5E的總面積S和第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R優(yōu)選滿足0.004≤S/R²≤1.2、更優(yōu)選滿足0.01≤S/R²≤0.86。總面積S和外徑R滿足該范圍時，可以在沒有大的偏差的情況下在中空纖維膜模塊100B中有效地產(chǎn)生用于減少易于堆積懸浮物質(zhì)的部位(停滯區(qū))的流動。另一方面，中空纖維膜可能被經(jīng)由開口部5E的流動損壞。為了操作上述范圍中的中空纖維膜模塊而不損壞中空纖維膜2，中空纖維膜2優(yōu)選具有高強(qiáng)度。具體而言，每根膜的強(qiáng)力(斷裂強(qiáng)力)優(yōu)選為4.9 N或更大、更優(yōu)選為5.9 N或更大、還更優(yōu)選為7.8 N或更大。關(guān)于斷裂強(qiáng)力(N)，通過使用拉伸試驗(yàn)機(jī)(TENSILON(注冊商標(biāo))/RTM-100，由Toyo Baldwin Co., Ltd.制造)，在50 mm/分鐘的十字頭速度下，以50 mm的測量長度和5 kg的滿刻度載荷對用水潤濕的分離膜進(jìn)行測量。通過改變樣品將測量重復(fù)10次，并且對測量值進(jìn)行數(shù)量平均以測定所述強(qiáng)力(N)。

中空纖維膜2除包含氟樹脂或基于聚砜的樹脂之外，還可以包含親水性樹脂。親水性樹脂可以增加分離膜的親水性并且提高膜的透水性。如果親水性樹脂是能夠賦予分離膜親水性的樹脂，則親水性樹脂可以為充分，并且樹脂不限于特定化合物，但適合使用例如纖維素酯、脂肪酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、基于聚甲基丙烯酸酯的樹脂、和基于聚丙烯酸酯的樹脂。

在制備中空纖維膜模塊100B時，有時為結(jié)合中空纖維膜2而使用灌封劑。在這種情況下，將中空纖維膜裝填在灌封部形成用夾具中并通過灌封劑固定，并且由于處理或粘接方面的問題而已使中空纖維膜2預(yù)先干燥。然而，許多中空纖維膜2具有的問題在于由于干燥而發(fā)生收縮、并且透水性降低。為此，使用已在甘油水溶液中浸漬然后干燥的中空纖維膜。在浸漬于甘油水溶液中之后干燥中空纖維膜時，甘油殘留在孔中，使其能夠防止由于干燥而導(dǎo)致的收縮，并且可以通過此后用溶劑、例如乙醇進(jìn)行浸漬處理來恢復(fù)透水性。

中空纖維膜模塊100B可以在使其經(jīng)受蒸汽滅菌或熱水消毒之后使用，但取決于中空纖維膜2的種類，有時由蒸汽滅菌和熱水消毒而引起收縮。因此，如果在制備模塊之后進(jìn)行蒸汽滅菌或熱水消毒，則可能由于中空纖維膜2的收縮而損壞中空纖維膜2、或者中空纖維膜2可能從結(jié)合部脫落。因此，優(yōu)選通過用蒸汽或熱水進(jìn)行處理來預(yù)先使中空纖維膜2收縮，然后通過結(jié)合其端部來制備模塊。由于蒸汽滅菌通常在121℃或更高的溫度下進(jìn)行，因此優(yōu)選已在121℃或更高的溫度下使用蒸汽進(jìn)行預(yù)處理。此外，熱水消毒通常在大約80℃下進(jìn)行，但是由于溫度常常根據(jù)工序而變化，因此優(yōu)選已在不小于假定使用溫度的溫度下用熱水預(yù)先處理中空纖維膜。

在中空纖維膜模塊100B中，在垂直于高度方向的截面中，中空纖維膜2與中空纖維膜2的中空部的面積總和相對于第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面的面積優(yōu)選為35至65%。如果中空纖維膜2的面積比例小，則每單位體積的中空纖維膜模塊的過濾通量降低，并且單位過濾容量的成本增加。如果中空纖維膜2的面積比例大，則阻塞從通道部件5流出的徑向流動，并且無法充分獲得減少停滯的效果、或難以布置所述通道部件。

從制備中空纖維膜模塊100B時的可加工性、或模塊洗滌時的中空纖維膜2的可洗滌性的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選在保持松弛的狀態(tài)下介由兩側(cè)的結(jié)合部3和13來將中空纖維膜束12容納在筒狀殼體1中。所述“松弛”表示從第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面起至第二結(jié)合部13的第一端1a側(cè)的端面為止的中空纖維膜2的長度比該部分的直線距離更長的狀態(tài)。

(6) 第二結(jié)合部

在筒狀殼體1的第二端1b側(cè)上，布置作為中空纖維膜模塊100B的上端側(cè)的第二結(jié)合部13。第二結(jié)合部13通過將包括多根中空纖維膜2的中空纖維膜束12進(jìn)行結(jié)合而構(gòu)成。在此，中空纖維膜2的中空部未被密封而是處于開口狀態(tài)，并且將濾液從開口部取出至上蓋6側(cè)。只要滿足結(jié)合部的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)耐久性、熱耐久性等，則不對結(jié)合方法和所使用的材料加以特別限制，但可以選擇例如與用于第一結(jié)合部3的那些相同的方法和材料。

第二結(jié)合部13的外徑被配置為小于筒狀殼體1的內(nèi)徑。進(jìn)一步，整流筒15存在于筒狀殼體1與第二結(jié)合部之間，第二結(jié)合部13被固定于筒狀殼體1或整流筒15，并且整流筒15被固定于筒狀殼體。用于固定各個構(gòu)件的方法與本發(fā)明無關(guān)。

(7) 筒狀殼體和整流筒的材料

只要滿足機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)耐久性、熱耐久性等，則不對中空纖維膜模塊100B中使用的筒狀殼體1的材料加以特別限制，但其材料的實(shí)例包括基于氯乙烯的樹脂、基于聚丙烯的樹脂、基于聚砜的樹脂、氟樹脂例如聚四氟乙烯和全氟烷氧基氟樹脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚酮、不銹鋼和鋁。不對中空纖維膜模塊100B中使用的整流筒15的材料加以特別限制，但可以選自例如與筒狀殼體1相同的材料。

I-2. 中空纖維膜模塊的制造方法

以下，描述根據(jù)本實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊的制造方法。本文中描述的制造方法不限于第一實(shí)施方案，而是在任何后述的實(shí)施方案中，可以通過相同方法制造中空纖維膜模塊。

以下，描述通過使用灌封劑來制造第一結(jié)合部3和第二結(jié)合部13的方法。作為灌封方法，可以使用離心灌封法，其中，通過利用離心力而使液體灌封劑滲透到中空纖維膜之間，然后固化；或者使用靜態(tài)灌封法，其中，將液體灌封劑從計(jì)量泵或頭遞送并使其自然流動，從而滲透到中空纖維膜2之間，然后固化。

在離心灌封法中，灌封劑很可能通過離心力滲透到中空纖維膜之間，并且高粘度灌封劑也是可使用的。在使用聚氨酯樹脂作為用于粘合中空纖維膜2的灌封劑的情況中，中空纖維膜2中所含的水與異氰酸酯反應(yīng)而生成二氧化碳，從而引發(fā)氣泡，并因此在靜態(tài)灌封法中幾乎不能使用聚氨酯樹脂。在離心灌封法中，離心力在模塊的端部方向上產(chǎn)生壓力并將氣泡向內(nèi)排出，從而聚氨酯樹脂可以用作用于粘合中空纖維膜2的灌封劑。另一方面，靜態(tài)灌封法不需要大型設(shè)備、例如離心成型機(jī)。

在灌封結(jié)束并且灌封劑固化之后，切割第二結(jié)合部的第二端1b側(cè)的灌封部以使中空纖維膜2的端面開口。在進(jìn)行灌封之前，優(yōu)選進(jìn)行用硅酮粘接劑等密封中空纖維膜2的第二端1b側(cè)的端部的中空部的填充處理。填充處理可以防止灌封劑進(jìn)一步進(jìn)入中空部，由此防止出現(xiàn)中空部被灌封劑填充從而阻塞濾液的不通纖維。

在進(jìn)行灌封時，可以使第一結(jié)合部殼體16的內(nèi)側(cè)的表面經(jīng)受銼削、等離子體處理、底漆處理等以改進(jìn)粘接性。這同樣應(yīng)用于在整流筒15的內(nèi)側(cè)上粘合第二結(jié)合部的情況。

下文中，通過參考圖10的流程圖來描述根據(jù)第一實(shí)施方案所述的中空纖維膜模塊100的制造方法。應(yīng)該注意的是，下面描述的制造方法可以應(yīng)用于任何后述的實(shí)施方案中的模塊。

首先，將中空纖維膜束12放在圖11所示的離心灌封裝置中，并進(jìn)行離心灌封以形成第一結(jié)合部和第二結(jié)合部(步驟S1)。

將中空纖維膜束12容納在筒狀殼體1中，并且將中空纖維膜2的第一端部、中空纖維膜2的第二端部和整流筒15分別插入第一結(jié)合部殼體16、整流筒15和第二結(jié)合部形成用夾具17中。將使通道部件5嵌合于其外周的銷18插入至第一結(jié)合部殼體16的底部處的通孔中，并且將第一結(jié)合部殼體16、具有圓頂狀頂端的通道部件5(5D)和銷18容納在第一結(jié)合部形成用夾具19內(nèi)。使中空纖維膜2的第二端部預(yù)先經(jīng)受用硅酮粘接劑進(jìn)行的填充處理。

將灌封劑進(jìn)料器20連接至筒狀殼體1，并且使整個裝置在離心成型機(jī)中旋轉(zhuǎn)，由此可以通過離心力將灌封劑供應(yīng)至第一結(jié)合部殼體16和第二結(jié)合部形成用夾具17。在此，可以同時或分別地將灌封劑供應(yīng)至第一結(jié)合部殼體16和第二結(jié)合部形成用夾具17。

在灌封劑固化之后，移除結(jié)合部形成用夾具17和19、以及銷18。此時，如圖11中所示，在通道部件5中預(yù)先提供延伸至待用灌封劑填充的部分的開口部，由此可以在移除銷18之后形成與第一結(jié)合部的第二端1b側(cè)的端面相接觸的開口部。固化所需的時間和溫度取決于灌封劑的種類而變化，并可以因此適當(dāng)?shù)貞?yīng)用合適的條件。

在該方法中，盡管在形成第一結(jié)合部3的同時將通道部件5固定至第一結(jié)合部3，但也可以預(yù)先形成第一結(jié)合部3，并在此后將通道部件5固定至第一結(jié)合部3。在通道部件5朝向第一結(jié)合部的第二端側(cè)突出的情況中，例如通道部件5所突出的高度方向上的長度和開口部5E的取向可以通過考慮第一結(jié)合部所形成的形狀來進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，將通道部件5可拆卸地固定至第一結(jié)合部3時，可以在對中空纖維膜模塊進(jìn)行操作評估之后調(diào)節(jié)通道部件5的形狀或位置。

通過尖鋸(tip saw)型旋轉(zhuǎn)刀片切割圖11的C-C部分，從而使中空纖維膜2的第二端部開口(步驟S2)。

最后，將下蓋7和上蓋6分別固定至筒狀殼體1的第一端1a側(cè)和第二端1b側(cè)，由此可以制造中空纖維膜模塊100B(步驟S3)。

只要滿足耐熱性、化學(xué)耐久性等，則不對結(jié)合部形成用夾具的材料加以特別限制，但例如基于氯乙烯的樹脂、基于尼龍的樹脂、氟樹脂、基于聚丙烯的樹脂、基于聚縮醛的樹脂、基于聚乙烯的樹脂、和基于硅酮的樹脂具有優(yōu)異的脫模特性并適合使用。對于灌封部形成用夾具，可以使用單一材料、或可以使用進(jìn)行組合從而包含至少一種上述材料的多種材料。只要滿足耐熱性、化學(xué)耐久性等，則也不對銷的材料加以特別限制，但例如可以使用與結(jié)合部形成用夾具相同的材料。在使用金屬的情況下，優(yōu)選施用例如氟樹脂涂層以提高脫模特性。

I-3. 用于操作模塊的方法

在使用中空纖維膜模塊100B的過濾操作過程中，待過濾液經(jīng)由待過濾液流入口9而進(jìn)入，由第一結(jié)合部3的第一端1a側(cè)從底部向頂部穿過第一流動通道4，并且在通過通道部件5而將流動方向改變?yōu)閺较蛑罅鞒?圖4中的箭頭A的流動)。待過濾液在前進(jìn)至一定程度之后，通過將路線改變?yōu)楦叨确较蚨^續(xù)前進(jìn)。在穿過中空纖維膜2之后，待過濾液以濾液的形式移動至被第二結(jié)合部13和上蓋6所包圍的空間。其后，經(jīng)由濾液出口8而將濾液從模塊取出。

在進(jìn)行死端過濾的情況中，閉合待過濾液出口11。

另一方面，在進(jìn)行交叉流過濾的情況中，從待過濾液出口11取出導(dǎo)入至筒狀殼體1中的待過濾液的一部分。將取出的待過濾液經(jīng)由待過濾液流入口9再次導(dǎo)入至模塊中。在交叉流過濾中，由于在模塊中產(chǎn)生流動，因此獲得通過膜表面附近的流動來洗滌膜表面的效果，并且減少了懸浮物質(zhì)的堆積。在交叉流過濾操作中，通過增加膜表面線速度，可以對附著于膜表面的懸浮物質(zhì)等施加更高的剪切力。

通常，交叉流過濾中的膜表面線速度為0.1至7 m/s。膜表面線速度優(yōu)選為0.3至3 m/s，這是由于保持了更高的可洗滌性，并由此可以長時間進(jìn)行穩(wěn)定的操作。

交叉流過濾特別是被廣泛地用于發(fā)酵工業(yè)、藥物/醫(yī)療和食品工業(yè)的領(lǐng)域中。此外，通常在使用中空纖維膜模塊進(jìn)行預(yù)定時間的過濾操作之后，提供洗滌模塊內(nèi)部的步驟，并且經(jīng)由待過濾液流入口9供應(yīng)水、化學(xué)品、氣體等。具體而言，在需要熱水消毒的步驟中，供應(yīng)處于大約80℃或更高的溫度下的熱水。

另一方面，在洗滌步驟中，可以使用經(jīng)由濾液出口8導(dǎo)入濾液、水或洗滌液、并通過中空纖維膜2的中空部排出至外側(cè)的方法，或者在例如對模塊內(nèi)部進(jìn)行蒸汽滅菌時，在通道部件5和第一流動通道4中，廢水從頂部流動至底部，并經(jīng)由待過濾液流入口9排出至外部。

本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方案，并且可以任意在其中適當(dāng)進(jìn)行修改、改進(jìn)等。此外，只要可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，則上述的實(shí)施方案中各構(gòu)成要素的材料、形狀、尺寸、數(shù)值、方式、數(shù)量、布置位置等是任意的，并且不受限制。

II. 對比方式

圖1中所示的中空纖維膜模塊100A包括：筒狀殼體1，其具有在高度方向上的第一端和第二端；中空纖維膜束12，其容納于筒狀殼體1中，并具有多個中空纖維膜2，所述中空纖維膜2每個在第一端側(cè)的端部處閉合并且在第二端側(cè)的端部處開口；第一結(jié)合部3，其結(jié)合中空纖維膜2的第一端側(cè)的端部；和，通孔4C，其引導(dǎo)流體從第一端側(cè)向第二端側(cè)穿過第一結(jié)合部。

流體(箭頭A)在從底部向頂部穿過通孔4C時以帶有方向性的方式進(jìn)行流動，并在完全離開通孔4C后，仍在保持穿過通孔4C時所產(chǎn)生的方向性的同時前進(jìn)，盡管這取決于流速和中空纖維膜束部分中的流動阻力。流體進(jìn)一步前進(jìn)至一定程度，然后隨著由通孔4C中起始的流動通道的變化、或者流動阻力而失去方向性，從而變成均勻流。因此，緊接離開通孔4C之后各通孔4C之間的流速非常小，并且傾向于發(fā)生停滯。其結(jié)果是，很可能產(chǎn)生易于堆積懸浮物質(zhì)等的部位(停滯區(qū))P。

在預(yù)定時間的過濾步驟之后，使中空纖維膜模塊經(jīng)受洗滌附著于膜表面的懸浮物質(zhì)等的步驟，并在此時，將洗滌排水、例如反沖洗水與懸浮物質(zhì)一起從通孔4C排出。圖2示出懸浮物質(zhì)如何從通孔4C排出。包含懸浮物質(zhì)的洗滌排水(箭頭B)以均勻流的方式從頂部流動至結(jié)合部附近，在結(jié)合部附近流向各通孔4C，并在通孔4C中流至底部之后被排出。此時，很可能在各通孔4C之間產(chǎn)生易于堆積懸浮物質(zhì)等的部位(停滯區(qū))P。

(實(shí)施例)

通過參考實(shí)施例來更具體地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。

<實(shí)施例1>

(a) 中空纖維膜的制造

將38質(zhì)量份具有417,000的重均分子量的偏二氟乙烯均聚物、和62質(zhì)量份γ-丁內(nèi)酯混合，并在160℃下溶解。將該聚合物溶液連同作為用于形成中空部的液體的85質(zhì)量% γ-丁內(nèi)酯水溶液通過雙管噴絲頭排出，并在設(shè)置于噴絲頭下方30 mm且含有處于20℃的溫度下的85質(zhì)量% γ-丁內(nèi)酯水溶液的冷卻浴中固化，從而產(chǎn)生具有球狀結(jié)構(gòu)的中空纖維膜。接著，將14質(zhì)量份具有284,000的重均分子量的偏二氟乙烯均聚物、1質(zhì)量份乙酸丙酸纖維素(CAP482-0.5，由Eastman Chemical Company制造)、77質(zhì)量份N-甲基-2-吡咯烷酮、5質(zhì)量份聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯(Ionet(注冊商標(biāo))T-20C，由Sanyo Chemical Industries, Ltd.制造)、和3質(zhì)量份水混合，并在95℃下溶解，從而制備聚合物溶液。將該成膜原液均勻地施用于具有球狀結(jié)構(gòu)的中空纖維膜的表面上，并立刻在水浴中固化，從而制備中空纖維膜2，所述中空纖維膜2中，在球狀結(jié)構(gòu)層上形成有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所得中空纖維膜2具有1,010 μm的外徑、600 μm的內(nèi)徑、和40 nm的膜表面平均孔徑。每根膜的強(qiáng)力為6.4 N。

(b) 模塊的制造

將上述(a)中得到的中空纖維膜2切割成1,800 mm的長度，并在30質(zhì)量%甘油水溶液中浸漬1小時，然后空氣干燥。將該中空纖維膜2用處于125℃下的水蒸氣熱處理1小時、空氣干燥、并切割成1,200 mm的長度。然后用硅酮粘接劑(SH850A/B，由Dow Corning Toray Co., Ltd.制造，以50:50的質(zhì)量比混合兩種組分而得到的混合物)填充中空纖維膜2的第二端側(cè)。

其后，如圖11中所例示，將上述得到的9,000根中空纖維膜2裝填在筒狀殼體1(內(nèi)徑：145 mm，外徑：155 mm，長度：1,000 mm)中。進(jìn)一步，將第一結(jié)合部殼體16(內(nèi)徑：138 mm，外徑：140 mm，長度：30 mm)、銷18、和第一結(jié)合部形成用夾具19安裝在筒狀殼體1的第一端1a側(cè)上，并且將整流筒15和第二結(jié)合部形成用夾具17安裝在筒狀殼體1的第二端1b側(cè)上。將以這樣方式而連接有夾具的筒狀殼體1放置在離心成型機(jī)中。將使通道部件5嵌合于其外周的銷18插入至第一結(jié)合部殼體16的底部處的通孔4A中，并且將第一結(jié)合部殼體16、銷18和通道部件5容納在第一結(jié)合部形成用夾具19內(nèi)。銷18起到用于在待成為通道部件5的流動通道的部分中形成流動通道的流動通道形成夾具的作用。

作為膜束粘接劑(灌封劑)，將雙酚F型環(huán)氧樹脂(LST868-R14，由Huntsman Japan Co., Ltd.制造)和基于脂族胺的固化劑(LST868-H14，由Huntsman Japan Co., Ltd.制造)以100:30的質(zhì)量比混合，并將總計(jì)2,000 g(每端1,000 g)投入至灌封劑進(jìn)料器20中。

接著，使離心成型機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而將灌封劑裝填在兩側(cè)的第二結(jié)合部形成用夾具17和第一結(jié)合部殼體16中、并形成第一結(jié)合部3和第二結(jié)合部13，并且使灌封劑固化。離心成型機(jī)中的溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為350 rpm，并且離心時間為5小時。第二結(jié)合部形成用夾具17和第一結(jié)合部殼體16包圍中空纖維膜束12的端部，并起到用于在其內(nèi)部固化灌封劑并形成結(jié)合部的灌封夾具的作用。

此后，移除結(jié)合部形成用夾具17和19、以及銷18，并且在室溫下固化24小時之后，通過尖鋸型旋轉(zhuǎn)刀片切割第二結(jié)合部13的端部(圖11中所示的C-C表面)，從而使中空纖維膜2的端面開口。

特別地，在本實(shí)施方案中，所有通道部件5是具有圓頂狀頂端的通道部件，開口部5E與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸的部分的寬度為5 mm，并且開口部5E的高度為1 mm。在通道部件的徑向上等間隔地在三個部位上提供開口部5E。每模塊布置28個通道部件5，并且此時，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.022。

接著，將由EPDM制成的墊片10安裝在筒狀殼體1的凸緣1D和1E上(參見圖3)，并連接上蓋6和下蓋7，從而制造圖3中所示的中空纖維膜模塊100B。此后，將乙醇遞送至中空纖維膜模塊100B并過濾，從而用乙醇填充中空纖維膜2的孔，然后遞送RO水并進(jìn)行過濾，從而用RO水替換乙醇。

(c) 使用中空纖維膜模塊的過濾操作

將通過處理工廠廢水而得到的活性污泥用自來水進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而具有3 g/L的活性污泥量，并由此得到實(shí)驗(yàn)用的待處理水。

將待處理的水經(jīng)由待過濾液流入口9供應(yīng)至上述(b)中得到的中空纖維膜模塊100B，以0.5 m/s的膜表面線速度經(jīng)由待過濾液出口11排出，并由此在模塊中循環(huán)。以0.1 m³/m²/天的過濾流速從濾液出口8取出濾液。

在持續(xù)過濾操作4周之后，將中空纖維膜模塊100B中的液體從待過濾液流入口9排出，將濾液出口8和待過濾液出口11打開1周，并且通過經(jīng)由待過濾液流入口9向其中供應(yīng)處于80℃下的暖空氣來干燥中空纖維膜模塊100B。測量供應(yīng)活性污泥之前的干燥中空纖維膜模塊100B的重量W0和供應(yīng)活性污泥之后的干燥中空纖維膜模塊100B的重量W1。計(jì)算供應(yīng)活性污泥之前和之后之間的中空纖維膜模塊的重量差(W1-W0)。

(d) 中空纖維膜模塊的蒸汽滅菌

將處于125℃下的蒸汽經(jīng)由待過濾液出口11供應(yīng)至上述(b)中得到的中空纖維膜模塊100B，并且通過在大氣壓下將待過濾液流入口9打開5分鐘來排出中空纖維膜模塊100B中的空氣之后，將待過濾液流入口9的頂端切換為汽水分離器(steam trap)。將溫度傳感器固定在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面的5個部位處，并測量溫度變遷。

(e) 結(jié)果

作為過濾操作試驗(yàn)的結(jié)果，由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的重量增加小至2 g(表1)。其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，未發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。這顯示出本實(shí)施例的中空纖維膜模塊100B引起極少的停滯。此外，在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等，并且這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E不僅具有對減少停滯區(qū)而言有效的形狀，而且處于對中空纖維膜2的強(qiáng)力而言適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。

從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例1的通道部件5的形狀可以提高從待過濾液流入口9的排水排出，并增加蒸汽滅菌的效率。

<實(shí)施例2>

所有通道部件5的高度方向上的開口部5E的長度為30 mm，除此以外，以與實(shí)施例1相同的方式制備中空纖維膜模塊100B，并且進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。此時，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.66。由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的中空纖維膜模塊100B的重量增加小至3 g(表1)。

其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，未發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。這顯示出該實(shí)施例的中空纖維膜模塊100B引起極少的停滯。此外，在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等，并且這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E不僅具有對減少停滯區(qū)而言有效的形狀，而且處于對中空纖維膜2的強(qiáng)力而言適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例2的通道部件5的形狀可以提高從待過濾液流入口9的排水排出，并增加蒸汽滅菌的效率。

<對比例1>

使用不具有通道部件5的中空纖維膜模塊100A，除此以外，以與實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。由于供應(yīng)活性污泥而使中空纖維膜模塊100A的重量增加大約26 g(表2)。拆開并觀察中空纖維膜模塊100A，其結(jié)果是，第一結(jié)合部3的上端靠近發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。由懸浮物質(zhì)的堆積而造成重量增加，并且這顯示出在未提供通道部件5時，在中空纖維膜模塊100A中出現(xiàn)嚴(yán)重的停滯。此外，在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等。作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。

<實(shí)施例3>

所有通道部件5的開口部5E被提供為從第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面上方10 mm起始，除此以外，以與實(shí)施例1相同的方式制備中空纖維膜模塊100B。此時，類似于實(shí)施例1，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.022。

作為過濾操作試驗(yàn)的結(jié)果，重量增加為18 g(表1)。拆開中空纖維膜模塊，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。其原因被認(rèn)為是由于通道部件5的開口部5E被提供為從第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面上方10 mm起始，因此在第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面附近發(fā)生停滯并且懸浮物質(zhì)堆積。在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等。

此外，以與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行蒸汽消毒試驗(yàn)，其結(jié)果是，甚至在開始蒸汽供應(yīng)后60分鐘時，第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的端面的最低溫度為100℃。從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例3的通道部件5的形狀損害了從待過濾液流入口9的排水排出，并引起低效率的蒸汽滅菌。

<實(shí)施例4>

所有通道部件5的高度方向上的開口部5E的長度為40 mm，除此以外，以與實(shí)施例1相同的方式制備中空纖維膜模塊100B，并且進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。此時，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.88。由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的中空纖維膜模塊100B的重量增加為12 g(表1)。其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，以幾乎均勻的方式發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。這被認(rèn)為是由于下述原因而出現(xiàn)：第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E不具有對減少停滯區(qū)而言有效的形狀，并且從通道部件5流出的流體的流速降低。在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例4的通道部件5的形狀可以提高從待過濾液流入口9的排水排出，并增加蒸汽滅菌的效率。

<實(shí)施例5>

所有通道部件5的開口部5E中，與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸的部分的寬度為2 mm，除此之外，以與實(shí)施例1相同的方式制備中空纖維膜模塊100B，并且進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。此時，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.0088。由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的中空纖維膜模塊100B的重量增加為11 g(表1)。其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，以部分不均勻分布的方式發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。由懸浮物質(zhì)的堆積而造成重量增加，并且這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E不具有對減少停滯區(qū)而言有效的形狀，并且中空纖維膜模塊100A中由于偏流而出現(xiàn)嚴(yán)重的停滯。此外，在觀察時在大約12根中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞。這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E具有的形狀使得在一些位置中由于偏流而產(chǎn)生過大速度的流動，并且并非處于對中空纖維膜2的強(qiáng)力而言適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的25分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例5的通道部件5的形狀可以稍微提高從待過濾液流入口9的排水排出，但引起相對低效率的蒸汽滅菌。

<實(shí)施例6>

以790 μm的外徑和470 μm的內(nèi)徑制備中空纖維膜2，除此之外，得到相同中空纖維膜2。此時，每根膜的強(qiáng)力為3.9 N。此外，將上述得到的15,200根中空纖維膜2容納在筒狀殼體1中，除此之外，以與實(shí)施例1相同的方式制備中空纖維膜模塊100B，并進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。此時，類似于實(shí)施例1，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.022。由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的中空纖維膜模塊100B的重量增加小至3 g(表1)。其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，未發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積，但是在觀察時在34根中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞。這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E具有對減少懸浮物質(zhì)的堆積而言有效的形狀，但另一方面，其并非處于對中空纖維膜2的強(qiáng)力而言適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。

<實(shí)施例7>

在所有通道部件5的開口部5E中，與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的表面相接觸的部分的寬度為6.5 mm，除此以外，以與實(shí)施例2相同的方式制備中空纖維膜模塊100B，并且進(jìn)行過濾操作試驗(yàn)。此時，通道部件5的開口部5E的總面積S與第一結(jié)合部3的第二端1b側(cè)的外徑R為S/R²=0.86。由于供應(yīng)活性污泥而導(dǎo)致的中空纖維膜模塊100B的重量增加小至3 g(表1)。

其后，拆開中空纖維膜模塊100B，并且觀察第一結(jié)合部3附近，其結(jié)果是，未發(fā)現(xiàn)懸浮物質(zhì)的堆積。這顯示出該實(shí)施例的中空纖維膜模塊100B引起極少的停滯。此外，在觀察時未在中空纖維膜2中發(fā)現(xiàn)損壞等，并且這顯示出第一結(jié)合部3和通道部件5的開口部5E不僅具有對減少停滯區(qū)而言有效的形狀，而且處于對中空纖維膜2的強(qiáng)力而言適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。

作為蒸汽滅菌試驗(yàn)的結(jié)果，在開始蒸汽供應(yīng)之后的15分鐘內(nèi)在5個測量部位處的最低溫度達(dá)到121℃，并且在隨后20分鐘保持121℃的溫度。從這些結(jié)果來看，可以說實(shí)施例2的通道部件5的形狀可以提高從待過濾液流入口9的排水排出，并增加蒸汽滅菌的效率。

[表1]

本申請基于2014年9月1日提交的日本專利申請第2014-177422號，其內(nèi)容通過參考的方式并入本文中。

工業(yè)實(shí)用性

根據(jù)本發(fā)明的中空纖維膜模塊可以用于發(fā)酵工業(yè)、藥物生產(chǎn)、食品工業(yè)、水處理等領(lǐng)域中。特別地，甚至在根據(jù)本發(fā)明的中空纖維膜模塊中過濾含有許多懸浮物質(zhì)的液體時，也可以減少懸浮物質(zhì)的堆積量，并且可以長時間穩(wěn)定地進(jìn)行過濾。此外，可以防止細(xì)菌污染，并且因此，中空纖維膜模塊可以適用于發(fā)酵工業(yè)、藥物生產(chǎn)、食品工業(yè)、水處理等領(lǐng)域。

附圖標(biāo)記和符號的描述

100A 中空纖維膜模塊

100B 中空纖維膜模塊

1 筒狀殼體

1D 凸緣

1E 凸緣

2 中空纖維膜

3 第一結(jié)合部

4 第一流動通道

4A 通孔

4B 間隙

5 通道部件

5A 擋板狀通道部件

5B 球狀通道部件

5C 具有平面狀頂端的通道部件

5D 具有圓頂狀頂端的通道部件

5E 開口部

6 上蓋

7 下蓋

8 濾液出口

9 待過濾液流入口

10 墊片

11 待過濾液出口(噴嘴)

12 中空纖維膜束

13 第二結(jié)合部

14 整流孔

15 整流筒

16 第一結(jié)合部殼體

17 第二結(jié)合部形成用夾具

18 銷

19 第一結(jié)合部形成用夾具

P 易于堆積懸浮物質(zhì)等的部位(停滯區(qū))。