筒式中空纤维膜组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在水处理领域、发酵工业领域、医药品制造领域、食品工业领域等 中使用的筒式中空纤维膜组件。
【背景技术】
[0002] 发酵法是涉及微生物、培养细胞的培养的物质生产方法，可以大体分类为（1)分 批发酵法（Batch发酵法）及流加发酵法（Fed-Batch发酵法）和（2)连续发酵法。
[0003] 关于上述（2)连续发酵法，提出了下述方法：用分离膜过滤微生物、培养细胞，从 滤液中回收化学品，同时使浓缩液中的微生物、培养细胞被保持或回流于发酵培养液，从而 保持发酵培养液中的微生物、培养细胞的高浓度。
[0004] 例如，提出了在使用由有机高分子形成的平膜作为分离膜的连续发酵装置中进行 连续发酵的技术（参见专利文献1)。专利文献1的技术可以有效地进行连续发酵，但由于 相对于平膜单元的设置容积而言的有效膜面积小，因此，用该技术制造目标化学品的成本 优势不足，在效率化方面有探讨的余地。
[0005]为解决上述课题，提出了将由有机高分子形成的中空纤维膜作为用于连续发酵装 置的分离膜的连续发酵技术（参见专利文献2)。该技术由于膜单元中每单位体积的膜面积 大，因此，与以往的连续发酵相比，发酵生产效率显著提高。
[0006] 此外，作为使用了中空纤维膜的分离膜组件，己知下述一体型组件：复数个中空纤 维膜束收纳于筒状外壳，该中空纤维膜束的两个端部被用粘合剂固定于该筒状外壳，至少 一个端部的中空纤维膜的端面为开口的状态。另外，在发酵领域等需要蒸汽灭菌的领域，为 了减少组件成本，通常使用在筒状外壳内安装筒的进行使用的筒式组件。作为筒式中空纤 维膜组件的形态，例如，提出了将中空纤维膜的一个端部保持于筒状外壳内，另一个端部不 保持于筒状外壳的状态的形态（参见专利文献3)。
[0007] 专利文献
[0008]专利文献1 :日本特开2007 - 252367号公报[0009]专利文献2 :日本特开2008 - 237101号公报 [0010]专利文献3 :日本特开2012 - 161288号公报
【发明内容】
[0011] 但是，在这种结构的中空纤维膜组件中，存在在交叉流过滤时、空气洗涤时流体的 流动导致中空纤维膜浮起、膜弯曲并损伤的情况。在交叉流过滤、空气洗涤中，通常使流体 从组件的下方向朝向上方向流动。因此，流动导致产生应力，将组件下部的灌封部、中空纤 维膜推向上方向的力发挥作用。此时，如果中空纤维膜的下方的端部处于未保持于筒状外 壳的状态，则会有中空纤维膜浮起、膜弯曲并损伤的情况。
[0012] 另一方面，在中空纤维膜组件用于发酵等用途时，为了防止杂菌导致的污染，需要 蒸汽灭菌。蒸汽灭菌的标准条件为121 °C、20分钟，如果温度降低，则确保灭菌性所需要的 时间变得非常长，因此，确保温度为121°C以上是重要的。蒸汽灭菌时如果在组件内发生空 气的滞留、蒸汽排水（steamdrain)的滞留，则有时会导致升温不良，无法确保灭菌性。由 于空气容易滞留于上行的死区（dead-endspaces)，而蒸汽排水容易滞留于下行的死区，因 此，优选尽量减少这样的滞留部。
[0013] 本发明乃鉴于上述情况完成，课题在于提供一种抑制交叉流过滤时、空气洗涤时 的中空纤维膜的浮起，并确保了蒸汽灭菌性的筒式中空纤维膜组件。
[0014] 为解决上述课题，本发明具有以下⑴~（1〇)的构成。
[0015] (1) 一种筒式中空纤维膜组件，具有：壳体；复数个中空纤维膜，收容于前述壳体 内；第1灌封部，其将前述中空纤维膜的第1端部在开口状态下捆扎；第 2灌封部，其将前述 中空纤维膜的第2端部在密封状态下捆扎；固定部，其将前述第1灌封部可装拆地固定于前 述壳体；密封部，其将前述第1灌封部和前述壳体之间液密地密封；保持部，其保持前述第 2 灌封部，使前述第2灌封部可以相对于前述壳体装拆，且使液体可以从前述第2灌封部和前 述壳体之间通过，前述第2灌封部和前述壳体之间设有间隙，前述第2灌封部可以在前述壳 体的径向及轴向上移动，前述保持部限制前述第2灌封部在前述壳体的轴向上的移动。
[0016] (2)如前述（1)所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述壳体在与前述第2灌封部 的外周面相对的位置设有至少1个第1保持槽，在前述第2灌封部的外周面上在与前述第 1保持槽相对的位置设有至少1个第2保持槽，前述保持部为销，前述销被插入前述第1保 持槽和前述第2保持槽。
[0017] (3)如前述（1)所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述壳体在与前述第2灌封部 的外周面相对的位置设有第1保持槽，在前述第 2灌封部的外周面上在与前述第1保持槽 相对的位置设有第2保持槽，前述保持部是至少具有1个切口的环状部件，前述环状部件被 插入前述第1保持槽和前述第2保持槽。
[0018] (4)如前述（1)所述的筒式中空纤维膜组件，其中，在前述壳体的与前述第2灌封 部的外周面相对的位置或在前述第2灌封部的与前述壳体的内周面相对的位置至少设有1 个保持槽，前述壳体具有保持槽时，在前述第 2灌封部的与前述保持槽相对的位置设有前 述保持部，前述第2灌封部具有保持槽时，在前述壳体的与前述保持槽相对的位置设有前 述保持部，前述保持部为销，前述销被插入前述保持槽。
[0019] (5)如前述（2)或（3)所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述第2灌封部向与前 述第1灌封部相反的方向移动时，前述保持部通过与前述第1保持槽及前述第2保持槽线 接触来保持前述第2灌封部。
[0020] (6)如前述（4)前述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述第2灌封部向与前述第1 灌封部相反的方向移动时，前述保持部通过与前述保持槽线接触来保持前述第2灌封部。
[0021] (7)如（1)所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述壳体至少具有1个第1扣件，前 述第2灌封部至少具有1个第2扣件，前述保持部为绳状部件，前述绳状部件将前述第1扣 件和前述第2扣件连接。
[0022] (8)如前述⑴~（7)中任一项所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述第2灌封 部设有至少1个贯穿孔，前述贯穿孔在前述壳体的轴向上贯穿前述第2灌封部，前述贯穿孔 中的至少1个贯穿孔的开口部设于前述第2灌封部的与第1灌封部相对的面中从前述相对 的面的最低的部位起的高度为3mm以内的范围的区域。
[0023] (9)如前述⑴~⑶中任一项所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述第2灌封 部设有至少1个贯穿孔，前述贯穿孔在前述壳体的轴向上贯穿前述第2灌封部，前述贯穿孔 的流路面积和前述第2灌封部与前述壳体之间的间隙的流路面积之和为壳体的截面积的 5%以上且30%以下。
[0024] (10)如前述⑴~（9)中任一项所述的筒式中空纤维膜组件，其中，前述第1灌封 部的下方具有整流筒，在整流筒的下端部和前述壳体之间设有间隙。
[0025] 本发明的筒式中空纤维膜组件具有抑制交叉流过滤时、空气洗涤时的中空纤维膜 的浮起、抑制中空纤维膜的损伤的效果。另外，本发明的筒式中空纤维膜组件也可以确保蒸 汽灭菌性。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的第1实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件的纵剖面简图。
[0027] 图2是中空纤维膜筒的剖面简图。
[0028] 图3是图1的A-A线剖面图。
[0029] 图4是图1的筒式中空纤维膜组件的第2灌封部的侧视图。
[0030] 图5是图1的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0031] 图6是图1的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0032] 图7是图1的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0033]图8是本发明的第2实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件的纵剖面简图。
[0034] 图9是图8的B-B线剖面图。
[0035] 图10是图8的筒式中空纤维膜组件的第2灌封部的侧视图。
[0036] 图11是图8的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0037] 图12是图8的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0038] 图13是本发明的第3实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件的纵剖面简图。
[0039] 图14是图13的C一C线剖面图。
[0040] 图15是图13的筒式中空纤维膜组件的第2灌封部的侧视图。
[0041] 图16是图13的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0042] 图17是图13的筒式中空纤维膜组件的保持部附近的放大图。
[0043] 图18是本发明的第4实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件的纵剖面简图。
[0044] 图19是筒式中空纤维膜组件的第2灌封部的俯视图。
[0045] 图20是图19的D-D线剖面图。
[0046] 图21是图19的E-E线剖面图。
[0047] 图22是说明离心灌封方法的简图。
【具体实施方式】
[0048] 以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件。需 要说明的是，本发明中"上"、"下"是基于附图表示的状态，为了方便起见，将原水流入的一 侧作为"下"方向，将滤液流出的一侧作为"上"方向。通常，在中空纤维膜组件使用时的姿 势下，上下方向与图中的上下方向一致。
[0049] (第1实施方式）
[0050] 边参见附图边对本发明的第1实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件101A的构 成进行说明。图1是本发明的第1实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件101A的纵剖面 简图，图2是中空纤维膜筒1〇〇的剖面简图。
[0051] 本发明的第1实施方式所涉及的筒式中空纤维膜组件101A具有下述构成：壳体； 复数个中空纤维膜1，收容于前述壳体内；第1灌封部24,其将前述中空纤维膜的第 1端部 在开口状态下捆扎；第2灌封部25,其将前述中空纤维膜1的第2端部在密封状态下捆扎； 固定部，其将前述第1灌封部24可装拆地固定于前述壳体；密封部，其将前述第1灌封部 24 和前述壳体之间液密地密封；保持部，其保持前述第2灌封部25,使前述第2灌封部25可 以相对于前述壳体装拆，且使液体可以从前述第2灌封部25和前述壳体之间通过。
[0052] 此处，第2灌封部25和壳体之间，在径向上设有间隙26,在轴向上设有间隙2了。
[0053] 需要说明的是，所谓"轴向"与图1等所示的筒状外壳3的高度方向（图1的上下 方向）一致。另外，所谓径向是指壳体及灌封部24及25的径向。图9中，下部盖5及第2 端部外壳9的横截面显示为圆形。上述"径向"与该圆的径向一致。
[0054] 第2灌封部25可以在壳体的径向及轴向上移动，但保持部限制了第2灌封部25 在壳体轴向上的移动，从而将第2灌封部25的可动范围限制在一定范围内。S卩，所谓保持 是指可以在一定范围内移动的状态下，限制第2灌封部25的移动。需要说明的是，第 2灌 封部25的径向移动被壳体限制。
[0055] 此处，第2灌封部25在壳体轴向上的可动范围为0? 5mm以上，优选为中空纤维膜 的有效长度的5%以下，更优选为3%以下。此处，所谓中空纤维膜的有效长度是指未被粘 合剂粘合、能够过滤的部分的长度。可动范围如果小于〇. 5mm，则保持部和第2灌封部25、或 保持部和壳体之间的间隙小，蒸汽灭菌时蒸汽不容易侵入，因此有发生灭菌不良的可能性， 不优选。另外，如果可动范围大于5%，则有中空纤维膜弯曲损伤的可能性，因此不优选。
[0056] 以下，作为实施方式公开的中空纤维膜组件全部为外压式。此处的所谓外压式是 指从中空纤维膜的外侧供给原水，在流向中空纤维膜的内侧（中空部侧）时进行过滤的过 滤方式。
[0057] < 壳体 >
[0058] 壳体在内部设置有中空纤维膜筒100,由中空状的筒状外壳3、设于该筒状外壳3 的两端部的上部盖4和下部盖5构成。
[0059] 如图1所示，筒状外壳3的上部液密且气密地连接有具有滤液出口 11的上部盖4， 筒状外壳3的下部液密且气密地连接有具有原水流入口 10的下部盖5。作为将上部盖4和 下部盖5与筒状外壳3连接的方法，例如，可以举出如图1所示的使用垫片I6并利用夹具 等固定的方法。
[0060] 筒状外壳3在其上端及下端遍及筒状外壳3整个圆周地具有凸缘部（flanges) 3A、 3B。