JP2002306931A - 付着によって大きな障害を受ける工程に用いるための特殊な中空糸膜モジュールおよびその製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて多様な膜材料分離法において浸漬モジ
ュールとして用いるのに適した中空糸膜モジュールを提
供することを課題とする。 【解決手段】 本発明は、濾過法および／または透析法
において、特に汚染した液体または付着物につながる液
体の使用に基づいて付着効果（fouling effect）に起因
する障害が予想される場合に、「浸漬モジュール」と称
するものとして用いるための中空糸膜モジュール、さら
にはこのような中空糸膜モジュールを製造するための方
法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、濾過法および／ま
たは透析法において、特に汚染した液体または付着物
（deposit）につながる液体の使用に基づいて付着効果
（fouling effect）に起因する障害が予想される場合
に、「浸漬モジュール（immersion module）」と称する
ものとして用いるための中空糸膜モジュール（hollow f
iber membranemodule）、さらにはこのような中空糸膜
モジュールを製造するための方法に関する。

【０００２】本発明による中空糸膜モジュールは、中空
糸の間の空間、すなわち中空糸の外部空間における流れ
の状態に影響を及ぼすが、中空糸の内腔における流れに
は影響を及ぼさない。

【０００３】

【従来の技術】産業界、例えば、下水処理またはバイオ
テクノロジーではここ数年、材料を分離するために合成
膜を用いている。この場合には、特に、水性系の処理に
より、さらには気体または有機液体の混合物の分離によ
り、役割が果たされる。主として有機材料により製造さ
れた膜、例えばポリスルホンに加えて、400℃もの温度
に耐えられる、例えば酸化アルミニウム、炭素繊維、お
よび酸化ジルコニウムなどの無機材料からなる膜もあ
る。

【０００４】圧力またはアンダープレッシャー（underp
ressure）を用いることにより、膜濾過法を連続的およ
び不連続的に限外濾過法として適用すること、または濃
度差と組み合わせて透析濾過法として適用することがで
きる。濾過容積が1000ml未満の場合には、フィルター・
セルに膜平面フィルターを装備することがしばしばであ
るが、それよりも大容積の場合には毛細管系または中空
糸系が用いられる。毛細管またはチューブ膜という用語
は管状膜の直径が1mmを上回る場合に用いられ、中空糸
膜という用語は直径が1mm未満である場合に用いられ、
透析膜の直径は一般に0.2〜0.5mmである。

【０００５】濾過法または透析法のための膜は、薄膜様
の「高密度性（dense）」または多孔性の分離層を構成
する。多孔性の分離層は孔径に応じて、特定の分子また
は粒径のみに対する透過性を有し、一方、「高密度性」
の分離層は、分離層の物質中で分離させようとする材料
の可溶性および拡散率に応じて物質の透過を早めたり遅
くしたりし、それによって分離に至らしめる。膜はしば
しば、中空空間の60％〜80％を占める発泡体様の支持構
造を有し、これが実際の分離層を支持する。支持構造の
内腔径が実際の分離層を支持する側に向かって小さくな
る場合には、非対称的に構成された膜は多孔性の支持構
造からなる。

【０００６】比較的大容量の溶液を処理するためには、
膜表面が大きいためにより多くの溶液を通過させうる中
空糸または毛細管膜から構成される管状膜の束を、浸漬
モジュールと称するものとして、処理しようとする溶液
中に直接導入する。液体の流れのために生じる力などに
よって引き起こされる可能性のある機械的損傷から膜束
を保護するために、膜束はしばしば、中空糸膜に外部に
対しての十分な保護および安定性を与えるハウジング内
に収容される。この場合には、ハウジングは、ハウジン
グ内部すなわち中空糸膜と、中空糸膜モジュールを浸漬
した媒体との間の溶液の交換を可能とするための開口部
を有する。

【０００７】膜モジュール用に通常用いられ、浸漬モジ
ュールとは称することのできない設計では、保護ハウジ
ングの壁に開口部はなく、すなわちそれらは非透過性で
あり、この代わりにハウジングには2つの連結部、詳細
には、処理しようとする媒体を中空糸の外表面から供給
した後に再び排出させるための供給経路および取出経路
がある。

【０００８】このような一般的に用いられるモジュール
の場合、その目的は充填密度をできるだけ高めることで
あり、このことはできるだけ多くの中空糸膜を並列にハ
ウジング内部に収容し、このためにハウジングの充填密
度が高くなることを意味する。「充填密度」という用語
は、壁体積を含む中空糸膜全体の体積と中空糸を配置す
るハウジングの体積との比を表した比率のことを指す。
このため、高い充填密度とは、ハウジング内部で管状膜
繊維の間に形成される中空部または自由空間の体積が少
ないことを意味する。充填密度の通常の上限が100％未
満であることは、ハウジングの規定容積の内部に並行に
配置しうるのは所定の容積を使い果たさない数の膜状膜
のみであるという事実による。この制限は、最も理想的
な配置がなされた場合にも、管状膜が接した際には管状
でない形態のインタースペース（interspace）が形成さ
れ、このために空隙が残ることによって生じる。しか
し、充填密度はさらに別の2つの重要な要因によっても
制限される。その一方は、中空糸の末端を注封する際に
は、中空糸の間に封止材料を導入する必要があることで
あり、もう一方は、モジュールの作動形態に応じて、濾
過しようとする液体が膜と接触させること、または代わ
りに濾液を先導することが可能となるように、用いる溶
液も中空糸の外表面の周囲を流れる必要があるためであ
る。中空糸束の両端は注封材料と称するものの中に包埋
され、このようにして各末端に、シェル・イン・チュー
ブ（shell-in-tube）式熱交換器の場合とちょうど同じ
ように、以下では「注封物（potting）」と表現するチ
ューブシートが形成されるようにする必要がある。この
結果、束が内部に導入されたハウジングとともに、膜に
よって隔てられた2つの空間が形成される。続いて、こ
のようにして形成された分離された空間のそれぞれに
は、処理しようとする供給物を一方の空間に供給し、そ
れをそこから保持物質として誘導し、供給物から得られ
た濾液を他方の空間から取り出すことを目的として、供
給経路および取出経路を備え付けることができる。

【０００９】このため、通常用いられる従来の中空糸膜
モジュールの充填密度は約25％〜30％である。

【００１０】従来の中空糸膜モジュールは主として、粒
子を含まない溶液、すなわち、汚染されていない、また
は付着物を生じる傾向のない溶液または媒体における使
用を目的として設計されている。しかし、孔の開いた
（perforated）モジュールハウジングを有するこのよう
な従来の高密度充填型（densely packed）膜モジュール
は、粒子を含む媒体、例えば、下水処理における汚染液
体に関する技術工程にも同様にしばしば用いられる。特
にこのような粒子含有媒体の場合には、濾過工程の過程
で付着（fouling）と呼ばれるものが起こり、すなわち
時間の経過に伴い、分離しようとする材料に対する膜の
透過性を非常に大きく低下させる付着物が膜表面に次第
に形成されるようになる。これは最終的には、中空糸膜
モジュールの内部、すなわち中空繊維の間の対流輸送を
完全に停止させ、モジュール内に収容された全膜表面積
のうち材料の分離に役立つものがごく低い割合になるた
めに、モジュール全体の輸送能力が数桁低下することを
招くおそれがある。例えば、中空糸の束を用いる場合に
は、特に束の外周に配置された中空糸のみを外部の対流
輸送に関与させることが可能である。中空糸がモジュー
ルの内側に配置される場合、最も例外的な場合には、依
然として起こるのは拡散過程のみであるが、それらも同
じく付着物のために大きく障害される。

【００１１】付着過程による付着物を除去するために
は、力学的振動、超音波法などの化学的または力学的な
洗浄法を適用することが一般的である。これらの洗浄法
には、エネルギー消費量が多いことは別としても、中空
糸膜への機械的損傷のリスクを常に伴っている。これら
の慣例的な対策を講じられない場合、残る唯一の対策
は、供給溶液による膜表面への適した付随流（incident
flow）である。

【００１２】特に下水処理プラントのリバイバルプール
（revivl pool）への適用に際して付着過程を抑制する
ためには、保護ハウジングを伴わずに毛細管膜を曝気タ
ンク内に直接導入する濾過法（国際公開公報第99／2940
1号；Zenon Environmental,Inc.、Burlington、Ontari
o、CA）が開発されている。繊維に付着物がつかないよ
うに、それらは槽内で気泡の均一な流れの下に置かれ
る。しかし、これらの繊維は、通常用いられる直径1mm
未満の繊維よりも一部の直径がかなり大きい。また、そ
れらは厚い支持構造も有する。さらに、これらの中空糸
を用いうるのは、曝気タンク内の、流れによって誘発さ
れる機械力が極めて小さい場所または極めて小さく保つ
ことができる場所のみである。この具体的な応用におい
て、個々の毛細管膜の間の空間は最大で数ミリメートル
である。

【００１３】同じく先行技術において知られたものに、
いくつかの個別の密に充填されたモジュールが、例え
ば、充填密度20〜35％で並行に相互接続された状態でハ
ウジング内に収容された、市販の中空糸系がある。この
結果、原理的には、個々のストランドにより良い付随流
または貫流（throughflow）を確保し、付着過程を最小
限にとどめるのに十分な空間がそれぞれの間にある分離
されたストランドが得られる。しかし、このような系
は、技術的に極めて複雑であってそれに応じて製造に費
用がかかるハウジングを必要とする。

【００１４】さらに、平膜を取り囲むスパイラル型モジ
ュール（wound module）または電気透析スタック（elec
trodialysis stack）の場合には、スペーサーと呼ばれ
るものの使用も知られている。スペーサーは例えば、個
々の膜の間に均一な間隔を確保しつつ、その一方で同時
に、溶液の流れを膜モジュールの供給側または透過物側
の区画内に分配させ、それによって膜全体にわたる流れ
を生じさせることを意図している。用いられるスペーサ
ー材料は、さまざまな大きさのメッシュサイズを有する
網状構造である。しかし、これらの従来のスペーサー材
料は、液体流のさらなる圧力低下を招き、これは追加的
なエネルギー消費によってのみ均等化することができ
る。このため、スペーサーを有する従来のモジュールに
は外部からの強制的な流れが必要である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、極めて多様な膜材料分離法において浸漬モジュ
ールとして用いるのに適した中空糸膜モジュールを提供
することであり、この場合には、膜への付随流が不十分
なことによって生じる膜表面上の付着物の形成がこの分
離法の間に可能な限りまたは完全に解消され、このモジ
ュールの場合に、束を形成するように配置された中空糸
膜の周囲に有効な流れまたはそれへの付随流があり、こ
のモジュールの場合には、供給空間から透過物空間への
材料の輸送が材料分離工程の全体を通じて事実上一定に
保たれ、さらに、粒子を含まない媒体または溶液および
粒子を含む媒体または溶液のいずれにおいても、特に汚
染した媒体または付着物を生じる傾向のある媒体中で、
中空糸膜モジュールを用いることが可能である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、特にバイオテ
クノロジー工程のための浸漬モジュールとして設計さ
れ、以下の本質的な特徴によって規定される、独立クレ
ームによる中空糸膜モジュールを提供することにより、
この技術的課題を解決する。

【００１７】本中空糸モジュールは、好ましくは側面に
開口部を備え、ハウジングの内部または表面にある充填
空間内に収容された同一または異なる断面を有する互い
に並行に配置された多数の中空糸膜を備えた少なくとも
1つの好ましくはシリンダー形状のハウジングであっ
て、特に自由空間の形成を伴い、壁を含む充填空間内に
配置された中空糸膜全体の体積と充填空間の体積との比
が20％未満であるようなハウジングを含む。

【００１８】本発明に関連して、充填空間という用語
は、モジュールのハウジングによって囲まれたハウジン
グ内部（中空糸膜が前記内部に配置される範囲内で）と
解釈される。中空糸膜がハウジングの外側に配置される
場合には、充填空間という用語は、中空糸膜が配置され
るハウジングの外側に位置し、ハウジングの外面によっ
て内側が形成され、膜中空糸を含む空間を囲む外側に放
射状に位置する第2のハウジングの内側面または対応す
る仮想的な囲い（envelope）もしくは側面によって外側
が形成される空間と解釈される。1つの好ましい設計に
おいて、この囲いは本態様に存在する区分要素の周辺部
と接触する。この側面または囲いは、断面で見ると環状
となっている流路の内面である。特に、流路は円形の断
片を有する。1つの好ましい設計において、内向きに位
置するハウジングは円形の断面を有し、このハウジング
を囲む外部ハウジングの環状流路または仮想的な側面は
ハウジングに対して同心円状に配置される。膜中空糸が
内部ハウジングの内側および外側の両方に配置される場
合には、充填空間は内部ハウジングの内側および外側の
両方の空間から構成され、このためモジュールの全体的
空間の外部囲み、すなわち環状流路の内面によって包囲
される空間から構成される。

【００１９】本発明に関連して、充填密度という用語
は、「充填密度」という用語は、充填空間内に配置され
た壁体積を含む中空糸膜全体の体積と充填空間の体積と
の比を百分率で表したものと解釈される。

【００２０】すなわち、本発明によれば、本発明による
中空糸膜モジュールの充填密度は低く、20％よりも低
く、好ましくは20％よりもはるかに低い。

【００２１】1つの好ましい態様においては、充填密度
を、充填空間における中空糸の断面積の合計と充填空間
の断面積との比として表すことも可能である。このた
め、本発明による中空糸膜モジュールの充填密度は、充
填密度が25％〜30％である先行技術において知られた中
空糸膜モジュールよりもかなり低い。本発明によれば、
モジュールにおける自由空間、すなわちモジュールの全
長にわたり中空糸膜が全く配置されていない充填空間の
割合は高い。さらに、モジュールハウジングの側面に
は、ハウジングの側面の安定性を損なうことなく、ハウ
ジング内部に配置された中空糸とモジュールが収容され
る液体または媒体との間で液体の妨げられない交換が行
われるように、極めて大きな開口部が設けられる。充填
密度の低さ、およびハウジングの側面の全表面積に基づ
いて側面における開口部の面積が極めて大きいことによ
って決定される通り、液体または媒体の流れはモジュー
ルをより効率的に通過することができ、このために個々
の中空糸の表面上での付着物の形成を積極的に防止する
ことができる。

【００２２】本発明に関連して、中空糸束または中空糸
膜束という用語は、区分要素によって区切られた区画内
にそれぞれ配置された中空糸または中空糸膜と解釈され
る。この場合、中空糸は連結構造によって、例えば束の
周囲に放射状に走行する要素によって配置内に互いにま
とめることができ、または本発明に従って、緩やかでは
あるが繊維周囲の効率的な流れを許容するような間隔で
互いに配置することもできる。

【００２３】中空糸束は、モジュールハウジングの全長
に及ぶことが好ましい。

【００２４】本発明のさらに好ましい態様においては、
いくつかの空間的に隔たった中空糸束が、開口部を備え
たハウジングの内部または表面に比較的に低い充填密度
で配置され、個々の中空糸束はハウジングに装着した区
分要素によって互いに空間的に隔てられる。区分要素の
長軸はハウジングの長軸と並行しており、好ましくはハ
ウジングの全長に及ぶ。

【００２５】1つの態様において、区分要素は、開口部
を備えたハウジングの側面の内面に装着され、このため
にハウジングの内部に向かって投射し、これにより、中
空糸を装着可能な区画がハウジングの内部に形成され
る。このため、この改良では中空糸束はハウジングの内
部に配置される。

【００２６】本発明の1つのさらなる改良において、区
分要素は、特に側面に開口部を有する第1のハウジング
シリンダーの外面上に締結される。このため、区分要素
上に好ましくは固定される中空糸膜束は、第1のハウジ
ングシリンダーの外側の側面上に配置される。この改良
では、本発明の1つのさらに好ましい態様における安定
性の理由から、モジュール全体を、断面で見ると円形の
設計であってもよい第2のシリンダーハウジングの中に
導入する。第2のハウジングはいわば、内部ハウジング
の外側に位置する充填空間の囲いを形成し、例えばかご
（cage）の構造をとることができる。好ましくは、内部
および外部のシリンダーは区分要素とともに、区分され
た環状流路を形成する。

【００２７】これらの2つの態様で用いる本発明による
区分要素は、形状の点でもハウジングの内部または表面
における配置の点でも、先行技術に記載されているスペ
ーサー要素とは異なる。区分要素は、大きな自由通過面
を取り囲むフレーム部分を含む。先行技術に記載されて
いるモジュールと比較して、本発明によるモジュールの
内側の自由空間はかなり大きく、このため本発明による
モジュールにおける充填密度はかなり低いが、これは通
過面の大きさ、およびハウジングの内部または表面にお
ける中空糸膜束の特定の配置を必要とするモジュール内
のこれらの要素の特定の配置による。本発明によるモジ
ュール内の充填密度は10％未満、特に5％未満であり、
これは中空糸膜本発明によるモジュールのすべての束の
中空糸の総数を指す。本発明による区分要素の特定の構
造も同じく、溶液または媒体の流れ抵抗をかなり低下さ
せて、モジュール内に配置された中空糸の周囲を流れが
効率的に流れるようにし、これによって個々の中空糸の
表面での付着物の形成を積極的に防止することができ
る。

【００２８】中空糸モジュール内の本発明による中空糸
モジュールの充填密度が低いこと、好ましい態様におけ
る極めて大きな通過面を備えた本発明に係る区分要素の
使用、および極めて大きな開口部を備えたモジュールハ
ウジングの使用のおかげで、供給溶液はモジュール内の
個々の中空糸膜を越えて乱流として流れることができ
る。一方、先行技術に以前に記載された中空糸モジュー
ルではこのようにして大きな膜表面積を実現することが
できないが、本発明によれば、分離工程全体を通じて輸
送係数の変動は極めてわずかであって、従来の中空糸膜
モジュールとは対照的に、材料の交換に関して決定的な
変数、具体的には膜表面積と輸送係数との積が、工程全
体を通じて事実上一定に保たれることも事実である。こ
のため、従来の膜モジュールと比較して、本発明による
中空糸モジュールにおける材料の輸送速度は、濾過工程
の開始時には低いが、時間の経過に伴って重大な付着が
起こる従来の装置の場合よりも、経時的にみた平均では
かなり高い。

【００２９】本発明に関連して、中空糸膜または管状中
空糸膜は工業技術的な膜と解釈され、薄いフィルム様の
多孔性分離層が特に好ましい。このような多孔性膜は、
特にそれが特別に薄い場合には、発泡体型の設計による
均質な支持層を有することもできる。本発明によれば、
均質に設計された支持層の使用は、非対称な支持層を備
えた膜の使用が可能なのと全く同じ程度に可能である。
本発明による膜モジュールは、その膜を好ましい方法
で、例えばセラミック、または例えばセルロース誘導
体、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホンおよび
／もしくはテフロン（登録商標）などの高分子材料から
製造することができ、それからなる、またはそれを実質
的な部分、特に重量比で50％を超えて含む、膜フィルタ
ーであることが好ましい。膜を製造するために用いる材
料は、特に好ましい方法で、過熱蒸気によって滅菌する
ことができる。膜の厚さは50〜250μmであることが好ま
しい。本発明に従って用いる膜は、チューブ膜または管
状膜として設計することが好ましい。

【００３０】1つの特に好ましい態様において、本発明
は、高分子材料を含むチューブ膜を提供する。当然なが
ら、特定の粒子、例えば細菌、ウイルス、ヒト、動物も
しくは植物由来の細胞、それらの部分、および／または
高分子物質が保持される一方で、他の低分子量の粒子が
妨げられずに膜を通過しうるように、実質的に管状の形
態を有し、それぞれの応用分野に従った適切な選択限界
すなわち分離限界を孔径が有する限り、他のチューブ
膜、例えばセラミックチューブ膜を用いることも可能で
ある。また、濾過用中空糸、特に精密濾過用（microfil
tration）中空糸を用いることもできる。本発明の特に
好ましい態様において、管状膜の内径は0.2〜2mmの範囲
にある。

【００３１】個々の中空糸膜は、流れの中にある個々の
中空糸の運動の自由度が中空糸の切断または引裂が起こ
らない程度に制限される限り、モジュールハウジングの
内側に任意の望ましい配置で存在しうる。配置は実質的
には、中空糸を製造するために用いる材料の材料特性、
および／または完成したモジュールの具体的な使用目的
によって決まる。例えば、中空糸が比較的柔軟な材料か
らなり、中空糸モジュールを媒体中で比較的強い流れと
組み合わせて用いようとする場合には、中空糸を組み合
わせて束またはストランドを形成させた後に、それらを
開口部を備えたハウジング内に組み込み、繊維のさらな
る固定および／または安定化が得られるようにすること
が有利である。

【００３２】本発明に関連して、「同一または異なる断
面」という用語は、個々の中空糸膜の断面、すなわち管
状中空糸の長軸に対して垂直な平面切断によって得られ
る中空糸の交点の表面が、形状またはサイズの点で同一
である、または異なることを意味する。例えば、断面は
円形であってもよく、楕円形または円と楕円との移行形
態であってもよい。

【００３３】本発明に関連して、「自由空間の形成を伴
って互いに並行に配置される中空糸」という表現は、モ
ジュールハウジングの内側および／または外側に位置す
る中空糸が、規定容積の大きなハウジング内に所定のシ
リンダー体が理論的に可能な限り高密度で充填された場
合、すなわちこれらのシリンダー体の間に通常生じる充
填空間の場合に形成される自由空間が得られるだけでな
く、例えば中空糸の間の充填空間にさらに追加的な自由
空間が存在するような形式で、互いに並行に配置される
ことを意味する。また、特に高分子材料によって構成さ
れる中空糸は、剛性のある理想的な円筒状繊維ではな
く、細部の点では円筒形とはしばしば大きく異なる柔軟
な構造であることも考慮に入れる必要がある。この点
で、並行な配置とは、中空糸のそれぞれの平均的な方向
に関する並行な配列のことを意味する。

【００３４】本発明によれば、モジュールの第1および
／または第2のハウジングは、シリンダーまたは濾過管
と呼ばれる形態を有することが好ましい。シリンダーハ
ウジングには多くの点で利点がある。その一点として、
中空糸はハウジング内に、その機能のために、特に材料
の溶液からの分離のために最適な条件が得られるように
配置することができる。もう一点として、これは機械的
損傷に対する、特に、場合によっては極めて損傷を受け
やすい繊維が通常ならば切断または引裂を来すと考えら
れる液体流による著しく強い機械的負荷に対する、特別
な保護手段を管状中空糸に提供する。シリンダーハウジ
ングの断面は、例えば、円形、楕円形または正多角形、
例えば六角形もしくは八角形の形態をとりうる。

【００３５】十分な液体が周囲から第1および／または
第2のハウジングを通ってハウジング内部に流れること
も可能となるように、ハウジングシリンダーの側面には
十分に大きな開口部を設けることが好ましい。本発明に
よれば、特に、個々の開口部は数ミリメートルの特徴的
な寸法を有する。例えば、これらの開口部が平面状の正
方形である場合には、ハウジングシリンダーの直径の関
数としてのその辺の長さは好ましくは3mm〜20mm、特に5
mm〜15mmであり、好ましくは7mm〜12mmである。開口部
の全表面積とシリンダーの側面積との比は0.7を上回ら
ないことが好ましい。これにより、十分な液体がハウジ
ングを通ってその内部に流れることが確保される。その
一方で、開口部の全表面積とシリンダーの側面積との比
は0.2を下回らないことが好ましく、これによってハウ
ジングの十分な機械的安定性が確保される。これは、モ
ジュールハウジングの製造に通常用いられるプラスチッ
クが分離工程の間の温度上昇のために軟化する場合に特
に重要である。ハウジングシリンダーの壁厚は必要な機
械的強度によって決定され、材料に応じて0.7〜10mmの
間、好ましくは1〜4mmの間でありうる。

【００３６】第1または第2のモジュールハウジングに
は、その材料がモジュールに十分な安定性を付与すると
いう条件で任意の望ましい材料を用いることができる。
この場合、物理的特性に関しては、これらの材料は柔軟
なものでもよく、例えばステンレス鋼などの剛体でもよ
い。モジュールハウジングの製造に用いる材料は過熱蒸
気によって滅菌可能であることが特に好ましい。本発明
によれば、プラスチック、特にポリプロピレンの使用が
特に好ましいが、これは一面では、それを熱可塑性プラ
スチックとして効率的に加工できるためであり、もう一
方の面では、過熱蒸気による滅菌の場合に通常用いられ
る温度である121℃でも十分な機械的安定性があるため
である。本発明によれば、モジュールハウジングの側面
は1つの小片として製造しうる。しかし、これは、例え
ばヒンジまたは他の連結要素を介して互いに連結した多
数の個々の部分からなってもよい。モジュールハウジン
グがいくつかの個々の部分を含む場合には、これらは同
じ材料からなってもよく、または異なる材料からなって
もよい。1つの好ましい態様において、個々の部分は同
じ材料からなり、寸法も同じである。

【００３７】本発明の1つの有利な態様において、中空
糸膜モジュールはさらに、溶液または媒体を中空糸膜束
の繊維内部に供給するのに役立ち、好ましくはハウジン
グシリンダーの一端に装着された、第1のハウジング連
結部を有する。しかし、1つの有利な改良において、中
空糸膜モジュールは、溶液もしくは媒体、またはその材
料組成がモジュール内で起こる分離工程によってすでに
変化した濾過された溶液を繊維の内部から取り出すのに
役立ち、好ましくはハウジングシリンダーのもう一方の
端に装着された、第2のハウジング連結部を備える。こ
の態様においては、モジュールが浸漬された周囲の流れ
によって繊維の外側に対流性材料輸送が生じる。本発明
によれば、2つのハウジング連結部を備えた中空糸膜モ
ジュールの本発明によるこの態様が、特に攪拌式タンク
型反応器内で用いられる。

【００３８】本発明の1つの特に好ましい態様において
は、多数の空間的に隔たった中空糸束が、好ましくはシ
リンダー形状のハウジング内に低い充填密度で配置さ
れ、中空糸束はシリンダーの側面上に締結された区分要
素によって互いに空間的に隔てられる。このため、本発
明による区分要素はハウジングシリンダーの内部へと投
射してハウジング内部の区画化をもたらし、中空糸束は
それによって生じた区画内に配置される。区分要素の設
置によって中空糸膜モジュールにはさらに安定性が与え
られる。

【００３９】本発明による区分要素は、区分要素の外寸
を固定する、好ましくは長方形のフレーム部を形成す
る。本フレーム部は自由通過面を囲む。本発明に関連し
て、「フレーム部の通過面」という用語は、区分要素に
よって互いに隔てられた2つの隣接した区画間の液体の
双方向的な妨げられない通過を許容するフレーム部によ
って囲まれた、材料を含まない表面に関する。この通過
面は適宜、フレーム部を安定化し、このため区分要素を
安定化するのに役立つ横断支柱（transverse strut）ま
たは格子構造などの、フレーム部の内側に配置された安
定化要素によって分断することができる。中空糸モジュ
ールに関して想定される使用の分野に応じて、これらの
安定化要素はフレーム部または通過面の寸法と称するさ
まざまな幅を有しうるが、安定化要素は比較的細いこと
が好ましい。同様に、安定化要素の間の間隔はさまざま
でありうるが、本発明によれば比較的広い間隔が好まし
い。

【００４０】本発明によれば、安定化要素すなわち横断
支柱または格子構造の全表面を基準として、フレーム部
によって包囲される通過面は20％未満、好ましくは10％
未満であり、特に好ましくは2％である。

【００４１】本発明によれば、個々の中空糸膜束の間の
間隔が長い期間にわたって確保され、中空糸膜モジュー
ルにさらに安定性が付与されるような十分な安定性を有
する限り、区分断片は任意の望ましい材料からなる。区
分要素を製造するためには過熱蒸気によって滅菌しうる
材料を用いることが好ましい。区分要素をシリンダーを
形成するのに用いる材料と同じ材料から製造することも
できるが、これは他の材料からなってもよい。

【００４２】モジュール内に用いる個々の区分要素の寸
法は同じでも異なっていてもよい。1つの好ましい態様
において、すべての区分要素はハウジングシリンダーの
長さと同じ長さを有し、例えばハウジングシリンダーの
断面の半径と等しい高さまたは前記半径よりも低い高さ
を有する。1つのさらに好ましい態様において、区分要
素はハウジングよりも短く、ハウジングの全長にわたり
適切な軸方向インタースペース（axial interspace）を
保って分布し、これらの軸方向インタースペースの内部
にはハウジング内部の全方位角にわたってこれ以外に区
分要素は配置されない。さらにもう1つの好ましい態様
において、区分要素はハウジングの末端に設けられる注
封物と同じ長さであり、これらの注封物が区分されるよ
うにハウジング末端に配置される。1つの好ましい態様
において、区分要素の高さは断面の半径よりも小さく、
区分断片はハウジングシリンダーの内側から分流した側
にさらに別の要素、特にスペーサーを有する。これらの
スペーサーは例えば、フレーム部の長軸端の片側または
両側に、ハウジング壁を避けて、区分要素のフレーム部
に対して直角に装着された細片である。すべての区分要
素のスペーサーはハウジングシリンダーの長軸の周囲に
内部シリンダーを形成し、区分要素のさらなる固定をも
たらす。1つの好ましい態様において、スペーサーは開
口部を有しうる。

【００４３】本発明によるモジュール内の特定の配置と
同様に、本発明による区分要素の特定の構造には、中空
糸の間の自由空間の全容積をさらに実質的に拡大し、こ
れによって先行技術に記載されたモジュールの場合より
もはるかに大きくする効果がある。すなわち、本発明に
よるこのようなモジュールにおける充填密度は、本発明
による区分要素の設置によってさらに実質的に低下す
る。区分要素を含む本発明による中空糸膜モジュールに
おいて、中空糸膜の充填密度は、本発明による中空糸膜
モジュールの束のすべての中空糸を基準とする場合、最
大20％、好ましくは最大10％であり、すべての束のすべ
ての中空糸の総数を基準とすると、充填密度は10％未
満、好ましくは5％未満である。

【００４４】従来用いられているスペーサー材料と比較
して、本発明による区分要素を中空糸モジュール内、特
にフレーム部によって包囲される比較的大きな通過面に
設置することにより、モジュールの個々の区画の間、さ
らには個々の中空糸束の間での液体の事実上妨げられな
い交換が確保される。溶液または媒体の流れとの比較に
よるこの通過面に基づいてモジュールの抵抗はかなり低
下するため、流れはモジュールをさらに効率的に通過す
ることができ、このために個々の中空糸の表面での付着
物の形成をより効果的に防止することができる。流れの
圧力損失も同時に軽減されるため、従来のスペーサーを
用いる先行技術において知られたモジュールの場合に必
要となる、モジュールを通過する流れに対する追加的な
エネルギー消費の必要性はない。

【００４５】本発明の1つのさらに特に好ましい態様に
おいて、区分要素は、側面に好ましくは開口部を有する
第1のハウジングシリンダーの外面に締結される。この
場合、中空糸膜束は、空間的に隔たった区分要素によっ
て規定されるインタースペース内、または第1のハウジ
ングシリンダーの側面の外側にある区画に、好ましくは
例えば据付リング（holding ring）によってさらに固定
される。1つの好ましい態様においては、モジュール全
体が、好ましくは充填空間の外周を形成するかご（cag
e）として設計された、主として中空糸膜モジュールの
安定化に役立つ第2のシリンダーハウジングの内側に位
置する。

【００４６】当然ながら、本発明による膜モジュール
は、第1すなわち内部のハウジングの内側および外側に
も区分要素を有しうる。

【００４７】本発明の1つの特に好ましい態様におい
て、本発明による中空糸膜モジュールのすべての区画、
すなわちハウジング、中空糸および区分要素は、過熱蒸
気によって滅菌しうる材料からなる。

【００４８】モジュール内にどの膜を挿入するか、すな
わち精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜または透析膜
のいずれを用いるかに応じて、本発明による中空糸膜モ
ジュールは特に、強力な付着効果を有する媒体の濾過ま
たは透析における使用に好都合となる。例えば、本発明
による中空糸膜モジュールは、発酵細胞のの代謝産物を
除去するため、および／または栄養分を供給するため
に、発酵槽内でリアクター透析膜モジュールと称するも
のとして用いることができる。さらに別の用途として
は、産物を含む液体をリアクターから採取することを目
的とした、供給モードおよびガス抜きモードにあるバイ
オリアクターにおけるものが考えられる。

【００４９】本発明は、上記に命名した中空糸膜モジュ
ール、特に区分要素を用いたためにいくつかの中空糸膜
束を有するモジュールを製造するための方法にも関す
る。1つの好ましい態様では、空間的に平坦であって、
後に第1または唯一の好ましくはシリンダー形のハウジ
ングを形成することを意図した平滑材料または造形片
を、この場合には区分要素とともに提供する。区分要素
は例えば、特にこのために提供される要素、例えばノブ
を用いて側面の平坦材料に装着または留置することがで
きる。その結果として、側面の材料はまとめられて、ま
たは巻き上げられて、円形または他の形状、例えば長方
形の断面を有するシリンダーを形成する。この場合に
は、区分要素がシリンダーの内面に位置するように側面
の材料を巻き上げることができる。さらに、区分要素が
シリンダーの外面に位置するように側面の材料を巻き上
げることも可能である。1つの態様では、ハウジングシ
リンダーを巻き上げる前に、中空糸を、締結された区分
要素によって提供されるインタースペース内または区画
内に、望ましい配置で、与えられた充填密度に従って挿
入して、巻き上げの前に適宜、中空糸を固定することが
可能である。この場合には、巻き上げの後に、ハウジン
グシリンダーを通常の方法でシリンダーの末端で閉鎖し
て封止する。しかし、もう1つの態様では、ハウジング
シリンダーを巻き上げた後に、中空糸を区分断片によっ
て規定される区画内に挿入することもできる。モジュー
ルを、好ましい形態ではかごとして設計される第2のハ
ウジングシリンダー内に挿入することが好ましくは可能
である。

【００５０】本発明は、中空糸膜モジュールの製造を目
的とする、容易かつ高い費用効果で行われる方法にも関
する。本方法は特に、開口部を備え、後にシリンダーハ
ウジングの側面を形成させることを意図した平坦な形の
小片を巻き上げることによってシリンダー形態とし、中
空糸膜をハウジングの内部および／または周囲に配置す
るという事実によって規定される。巻き上げる材料が空
間的に示す特性、例えばそれが柔軟であるかそれとも比
較的剛性であるか、それが1つの小片として設計された
か否か、例えば、材料をその箇所で曲げることが可能な
刻み目（notch）を含むか否か、またはヒンジもしくは
類似の要素を介して互いに連結された例えば同じ寸法の
いくつかの部分を含むか否かに応じて、好ましくは、そ
れによって得られるシリンダーの断片は円形でも多角形
でもありうる。ハウジング材料は、柔軟なマット、柔軟
な格子、ヒンジ様部分を備えたマットなどとして設計す
ることができる。また、その後に、得られた中空糸をこ
のようにして得られたハウジングシリンダー内に、望ま
しい配置および望ましい充填密度で導入することもでき
る。

【００５１】本発明の1つのさらに好ましい態様におい
ては、さらに別の部分、特に区分要素が、ハウジングシ
リンダーを形成するために用いる平坦な形の小片上に
（すでに）装着され、前記要素は空間的に隔たった個々
の中空糸束を後にハウジングシリンダー内で互いに分離
するため、および／またはハウジングシリンダーにさら
に安定性を付与するために適する。これらの区分要素
は、例えば、ハウジングシリンダーを形成するために用
いる材料とともに1回の操作で、例えば射出成形または
鋳造法を用いて一緒に製造されたものでよい。すなわ
ち、シリンダー形態を形成するために巻き上げる予定
の、区分要素を備えた材料を1つの小片として設計する
ことができる。しかし、区分要素を別々に製造し、その
後に、その目的のために設けられた例えばノブなどの要
素の箇所でハウジングの側面上または内部に装着もしく
は留置すること、または同様の方法で締結することも可
能である。

【００５２】側面の材料は、シリンダーを形成するため
に後に巻き上げる。この場合、側面の材料は、ハウジン
グ内部が区分要素によって複数の区画に細分された本発
明による中空糸膜モジュールを製造するために、区分要
素がシリンダーの内面に位置するように巻き上げること
ができる。しかし、区分要素がシリンダーの外面に位置
するように側面の材料を巻き上げることも可能である。
この場合には、しかし、特に材料のシリンダーを最初に
ともに巻き上げた後に、このようにして形成されたシリ
ンダーの外側面に区分要素を留置すること、またはそれ
らを適した方法で締結するという可能性もある。

【００５３】本発明による方法の1つの態様では、ハウ
ジングシリンダーを巻き上げる前に、中空糸を、締結さ
れた区分要素によって規定されるインタースペース内ま
たは区画内に望ましい順序および規定の充填密度に従っ
て挿入する。ハウジングシリンダーを巻き上げる前に、
中空糸を、特に細い格子、ケーブルタイ（cable tie）
または類似の要素を用いて、区分要素上に固定すること
が好ましい。この場合には、巻き上げの後に、繊維の末
端を通常の方法で注封することによってハウジングシリ
ンダーを閉鎖して密封する。しかし、もう1つの態様で
は、ハウジングシリンダーを巻き上げた後に、中空糸を
区分断片によって規定される区画内に挿入することもで
きる。このようにして得られたモジュールに中空糸束を
充填した後に、繊維の末端を通常の方法で注封すること
によってハウジングシリンダーを閉鎖して密封する。そ
の後に、中空糸束が装填されたモジュールを、好ましく
はかごとして設計された第2のハウジングシリンダー内
に挿入し、それによって安定化させる。

【００５４】本発明のさらなる有利な態様は、従属クレ
ームから導き出される。

【００５５】図面および実施例により、本発明をさらに
詳細に説明する。

【００５６】同一の参照番号は、設計および／または機
能が同一な装置もしくはその要素を指す。

【００５７】本発明に係る中空糸膜モジュールにおいて
は、（１）少なくとも1つのハウジング、ならびに互い
に並行に、および／または該ハウジングの周囲の充填空
間内に配置された、同一または異なる直径を有する多数
の中空糸膜を含み、充填空間18内に配置された中空糸膜
33全体の体積と充填空間18の体積との比が20％未満であ
ることを特徴とする、濾過法、透析濾過法、および透析
法のための中空糸膜モジュールであることを特徴とす
る。

【００５８】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２）ハウジング3がシリンダー形状を有す
る、上記(1)記載の中空糸膜モジュールであることを特
徴とする。

【００５９】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（３）ハウジング3の側面に開口部25を備え
る、上記(1)または(2)記載の中空糸膜モジュールである
ことを特徴とする。

【００６０】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（４）開口部25の平面上への投射が、正方
形、長方形、円形またはその他の対称性もしくは非対称
性の形状である、上記(3)記載の中空糸膜モジュールで
あることを特徴とする。

【００６１】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（５）開口部25の寸法が3〜20mmである、上
記(4)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とす
る。

【００６２】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（６）開口部25の全表面積とハウジング側面
の全表面積との比が約0.2〜約0.9である、上記(3)記載
の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００６３】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（７）中空糸膜33が、セラミックおよび／も
しくは高分子材料からなる、またはそれを実質的な割合
で含む、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュー
ルであることを特徴とする。

【００６４】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（８）中空糸膜33が、約5μm〜約300μmの厚
みを有する支持構造を含む、上記(7)記載の中空糸膜モ
ジュールであることを特徴とする。

【００６５】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（９）中空糸膜33の内径が最大2mm、特に0.1
5〜0.8mmである、上記(7)または(8)記載の中空糸膜モジ
ュールであることを特徴とする。

【００６６】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１０）中空糸膜33が、少なくとも1つの束1
7の形態としてモジュール内に配置される、上記のいず
れか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴
とする。

【００６７】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１１）中空糸が、好ましくは1センチメー
トル当たり10本未満の繊維という幅広い繊維間隔で、マ
ットの形態にある束として巻き上げられ、該繊維が、従
来のスペーサー材料の包埋によって注封領域内の充填密
度に適合した間隔で配置される、上記のいずれか一項に
記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００６８】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１２）少なくとも2つの中空糸膜束が、ハ
ウジング3の側面に装着された少なくとも1つの区分要素
5によって互いに隔てられる、上記のいずれか一項に記
載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００６９】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１３）少なくとも1つの区分要素5が、フレ
ーム部7によって囲まれた自由通過面9を備えたフレーム
部7を含む、上記(12)記載の中空糸膜モジュールである
ことを特徴とする。

【００７０】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１４）フレーム部7の自由通過面9が安定化
要素11によって細分される、上記(13)記載の中空糸膜モ
ジュールであることを特徴とする。

【００７１】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１５）安定化要素11の全表面積が、フレー
ム部7によって囲まれる自由通過面9を基準として約2％
〜約20％である、上記(13)または(14)記載の中空糸膜モ
ジュールであることを特徴とする。

【００７２】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１６）少なくとも1つの区分要素5がハウジ
ング3の内面に装着され、該ハウジングの内部18が複数
の区画21に細分される、上記(13)〜(15)のいずれか一項
に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００７３】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１７）少なくとも1つの区分要素5がハウジ
ング3の外面に装着され、側面の外面上に位置する空間1
8が複数の区画21に細分される、上記(12)〜(16)のいず
れか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴
とする。

【００７４】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１８）側面の外面に装着された少なくとも
1つの区分要素5を有するハウジング3が第2のかご様ハウ
ジングに収容される、上記(17)記載の中空糸膜モジュー
ルであることを特徴とする。

【００７５】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（１９）区分要素の長さがハウジングの長さ
に対応する、上記(12)〜(18)のいずれか一項に記載の中
空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００７６】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２０）区分要素がハウジングよりも短く、
該ハウジングの全長にわたって適切な軸方向インタース
ペース(axial interspace)を保って分布し、これらの軸
方向インタースペースの内部にハウジング内部の全方位
角にわたってこれ以外には区分要素が配置されない、上
記(12)〜(18)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュー
ルであることを特徴とする。

【００７７】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２１）区分要素が、ハウジングの末端に設
けられる注封物と同じ長さであり、これらの注封物が区
分されるようにハウジング末端に配置される、上記(12)
〜(18)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであ
ることを特徴とする。

【００７８】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２２）中空糸膜33が、少なくとも1つの区
分要素5によって形成される区画21内に配置される、上
記(11)〜(17)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュー
ルであることを特徴とする。

【００７９】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２３）区画21内に配置される中空糸膜33が
少なくとも1つの区分要素5上に固定される、上記(22)記
載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００８０】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２４）すべての中空糸膜33の充填密度が20
％未満である、上記(23)記載の中空糸膜モジュールであ
ることを特徴とする。

【００８１】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２５）中空糸膜33の繊維内部に液体を供給
するためのハウジング連結部、および繊維内部から液体
を取り出すためのハウジング連結部を有する、上記のい
ずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特
徴とする。

【００８２】また、本発明に係る中空糸膜モジュールに
おいては、（２６）すべての構成要素を121℃の水蒸気
によって滅菌することができる、上記のいずれか一項に
記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。

【００８３】また、本発明に係る方法においては、（２
７）好ましくは開口部を備えた造形片をともに巻き上げ
てハウジングの形状、特にシリンダー形状を作成し、中
空糸膜を20％未満の充填密度でハウジングの内部および
／または周囲に配置する、上記のいずれか一項に記載の
中空糸膜モジュールを製造するための方法であることを
特徴とする。

【００８４】また、本発明に係る方法においては、（２
８）造形片の巻き上げの前もしくは後に、区分要素が造
形片上に間隔をおいて装着される、または区分要素が巻
き上げ可能な造形片の固定された構成要素である、上記
(27)記載の方法であることを特徴とする。

【００８５】また、本発明に係る方法においては、（２
９）造形片をともに巻き上げた後に、区分要素がその内
面に位置するように平坦材料を巻き上げる、上記(27)ま
たは(28)に記載の方法であることを特徴とする。

【００８６】また、本発明に係る方法においては、（３
０）シリンダーをともに巻き上げた後に、区分要素がそ
の外面に位置するように造形片を巻き上げる、上記(27)
または(28)に記載の方法であることを特徴とする。

【００８７】また、本発明に係る方法においては、（３
１）造形片をともに巻き上げる前に、適宜、2つの隣接
した区分要素の間の区画内に、少なくとも1つの中空糸
膜束を配列し、造形片上に適宜固定する、上記(27)〜(3
0)のいずれか一項に記載の方法であることを特徴とす
る。

【００８８】また、本発明に係る方法においては、（３
２）シリンダーをともに巻き上げた後に、適宜、2つの
隣接した区分要素によって区分された区画内に、少なく
とも1つの中空糸膜束を配列し、ハウジング内に適宜固
定する、上記(27)〜(31)のいずれか一項に記載の方法で
あることを特徴とする。

【００８９】また、本発明に係る方法においては、（３
３）中空糸膜の末端を注封し、ハウジングをその両端で
封止する、上記(31)または(32)に記載の方法であること
を特徴とする。

【００９０】また、本発明に係る方法においては、（３
４）ハウジングを第2の、特にかご様のハウジングの中
に挿入する、上記(27)〜(33)のいずれか一項に記載の方
法であることを特徴とする。

【００９１】

【発明の実施の形態】図1a）は、本発明による中空糸膜
モジュール100のハウジング側面または壁1を模式化した
ものを示しており、この壁は図2a）の断面図の例によっ
て示されたハウジング3の六角形へと巻き上げることが
できる。壁1には、空間的に均一に隔たった長さL_Ｓおよ
び高さH_Ｓの長方形の区分要素5が装着されている。区分
要素の長さL_Ｓはハウジング3の長さL_Ｍに対応する。高
さH_Ｓは、ハウジング3の高さの半分のほぼ90〜95％に対
応する。ハウジング側面1には均一に隔たっていて区分
要素5と交互に存在する細い線39が作成されており、こ
れはハウジング側面1を折り曲げてハウジング3の最終形
態にすること、および最終形態において六角形の断面で
ある図2のハウジング3の辺縁を形成することを容易にす
る。

【００９２】図1b）、c）およびd）には区分要素5のさ
まざまな態様が示されている。区分要素5はそれぞれ、
通過面9を取り囲む長方形のフレーム部7を含む。通過面
9は、連結棒または格子として設計される安定化要素11
によってさらに小さな個々の面へと細分される。さら
に、区分要素5はその末端のそれぞれに、拡張部（exten
tion）に類似していて、壁1上の区分要素5を締結するた
めに役立つ2つの締結要素13を有する。締結要素13に
は、直角をなす2つの突起部分35および37がある。突起
部分35は区分要素5の長軸側に設置され、第2の突起部分
37は区分要素5から離れるように向く。

【００９３】図1a）は、2つの隣接した区分要素5の間に
ある中空糸33、および区画21内の中空糸束17の配置を模
式化したものも示している。

【００９４】図2a）は、ハウジング3の形状の透視図を
示しており、これは断面で見ると六角形である。区分要
素5がシリンダー3の内部18に向かって投射して後者を区
画21に細分するという事実により、図1a）の壁1の図か
ら始めて、壁1を巻き上げてモジュール100を作成する。
区分要素5の高さH_Ｓは、図示した形状の場合に断面で見
て六角形となり、それぞれの場合に長さの等しい2つの
対辺70が互いに並行に配置され、辺70に対して内側に垂
直に配置された区分要素5がハウジング3の中央部で互い
にほぼ接触するように、本発明によるモジュールのハウ
ジング3の高さの半分にほぼ対応する。このため、ハウ
ジング3の内部または充填空間18、すなわちハウジング3
の内部容積は事実上完全に区画化される。区分要素5を
ハウジング3の側面に締結するための締結手段13も図示
されている。図2a）におけるもののような本発明による
モジュールの断面は図2c）に図示されている。ハウジン
グ内面22から回避した区分要素5の長軸側の辺縁41は充
填空間18の中央部で互いにほぼ接触し、これにより、互
いに分離されたまたは事実上分離された区画21が形成さ
れることが明らかにみてとれる。この場合、区分要素の
寸法は、すべての辺縁が中央部で接触またはほとんど接
触し、その結果としてそれらが必要に応じてモジュール
全体の安定性を高めるための適した要素によって互いに
緩やかに固定されるようなものでありうる。断面2b）お
よび2c）は、モジュール100のさらに異なる態様を示し
ている。この2つの態様は、断面2b）では、長軸側のハ
ウジング3の内面22を避け、区分要素5の内面22を避け
て、辺縁41に配置されたスペーサー29を有する区分要素
5を用いている点で互いに異なる。スペーサー29は区分
要素5の長軸側辺縁41の補強材料として設計することが
できる。また、区分要素5の充填空間18の中央部に面す
る長軸側辺縁41は、折り曲げ部分、補強、弱化または類
似の部分をそれぞれの場合に両側に直角に有してもよ
い。この場合には、区分要素5のスペーサー29はハウジ
ング3の全長にわたって第2の内部31を取り囲む。断面図
に見てとれるように、スペーサー29は区分要素5の拡張
部としてT字型の形状を有し、Tの突起部分50、51は区分
要素5から垂直に投射して、隣接するスペーサー29の突
起部分が接触し、これによって断面で見て六角形の内部
31が形成される。スペーサー29は開口部（ここでは図示
されていない）を有しうる。いくつかの区画21には、互
いに緩やかにまとまった中空糸33が図示されている。充
填空間18内の自由空間43も図示されている。

【００９５】図3a）は、本発明による中空糸膜モジュー
ル100のさらに別の態様の透視図を示している。この図
は、側面1に多数の穿孔部または開口部25が貫通したシ
リンダーハウジング3を示している。区分要素5は、例え
ば、ハウジング3の外側に面した表面上に装着される。
区分要素5の内部に横断連結棒（transverse connecting
bar）として設計された安定化要素11も図示されてい
る。さらに、図3a）は、ハウジング3の周囲および区分
要素5の周囲に同心円状に配置されて放射状に外側を向
き、区画21に挿入しようとする中空糸膜（ここには図示
されていない）とも接触してそれを固定するのに役立
つ、据付リング27も示している。ハウジング3の外面に
よって内側が、区分要素5を取り囲む仮想的側面47によ
って外側が形成され、その外縁60と接触するとともに据
付リング27の経路に沿う、充填空間18も図示されてい
る。この仮想的側面47は、高さH_Sの間隔で内部ハウジン
グ3の周囲に同心円状に配置される。

【００９６】図3b）、3c）および3d）は、本発明に従っ
て用いられる区分要素5のさまざまな態様を示してお
り、図3b）および3c）は横断連結棒11の数、およびそれ
によって形成される個々の通過面45の数の点で異なる。
図3d）にはマトリックスまたは格子として設計された安
定化要素11が図示されている。

【００９７】図4は、図3a）のものに類似した中空糸膜
モジュールの透視図を示している。ここにはその長さが
モジュール100の長さと等しい中空糸膜束17が個々の区
画21内に配置されて示されている。同じくここには、区
分要素5を取り囲む仮想的側面47によって外側が形成さ
れ、その外縁60と接触するとともに据付リング27の経路
によってその経路が規定される、ハウジング3の外面と
仮想的側面47の内面との間に形成される容積として充填
空間18が規定されている。包囲する側面47は、区分要素
5の外向きの長軸辺縁60が、包囲側面47が内部ハウジン
グ3の周囲に同心円状に配置されるように、モジュール1
00の周囲に互いに連結した場合に生じる面である。

【００９８】図5は、ステンレス鋼を材料とする、本発
明によるモジュールのさらに別の例示的な態様を示して
いる。この態様では、1つの区分要素および側面の1つの
部分がそれぞれ、図1に従って1つの平面内で違いに重な
って展開されるように、ハトメ（eyelet）を用いて互い
に固定された永続的に相互連結した単位を形成し、これ
によって相互に対する移動が可能となる。区分要素の表
面は約45度の角度で側面に向かって傾斜している。図5a
はモジュールハウジングの展開物を示しており、図5bは
折り曲げた場合のモジュールの断面を示しており、その
いずれにも区画内に挿入する予定の中空糸は含まれてい
ない。

【００９９】図6は、図2に示した例示的な態様の変形物
を示している。この変形物において、区分要素は注封物
の長さのみに過ぎず、それらはそれぞれの場合にモジュ
ールの中央部および両端に配置される。

【０１００】

【発明の効果】本発明により、付着によって大きな障害
を受ける工程に用いるための特殊な中空糸膜モジュール
およびその製造方法が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造にお
ける中間工程の概略を示す図である。

【図２】 本発明に係る中空糸膜モジュールの1つの態
様を透視図および断面図として、さらに別の態様を断面
図として示す。

【図３】 本発明に係る中空糸膜モジュールのさらに別
の態様を、区分要素のさまざまな例示的な態様とともに
透視図として示す。

【図４】 中空糸束が充填された図3の本発明に係る中
空糸膜モジュールの態様を透視図として示す。

【図５】 ステンレス鋼線から製造された本発明に係る
中空糸膜モジュールのさらに別の例示的な態様を、展開
図および断片図として示す。

【図６】 モジュール長よりも短い区分要素を備えた図
2の例示的な態様上に構成される、本発明に係る中空糸
膜モジュールのさらに別の例示的な態様を、透視図とし
て示す。

【符号の説明】

１ 壁、３ ハウジング、５ 区分要素、７ フレーム
部、９ 自由通過面、１１ 安定化要素（横断連結
棒）、１３ 締結要素（締結手段）、１７ 中空糸束、
１８ 充填空間、２１ 区画、２２ ハウジング内面、
２７ 据付リング、２９ スペーサー、３１ 内部、３
３ 中空糸膜、３５ 突起部分、３７ 突起部分、３９
細い線、４１ 辺縁、４３ 自由空間、４５ 通過
面、４７ 仮想的側面、５０ 突起部分、５１ 突起部
分、６０ 外縁、７０ 辺、１００ モジュール、L_Ｓ
区分要素５の長さ、H_Ｓ 区分要素５の高さ、L_Ｍ ハ
ウジング３の長さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルトホールド シュペラルスキ ドイツ連邦共和国 ペンツバーグ アホル ンシュトラーセ 76 (72)発明者 ウルリッヒ ベーレンド ドイツ連邦共和国 シンデルスドルフ ウ ェイルバーグシュトラーセ 12 (72)発明者 ゲルハード ヘレス ドイツ連邦共和国 ベッキンゲン−ハンス タッド ボル ロー １ (72)発明者 フランツ−ジョセフ ゲルナー ドイツ連邦共和国 セント ウェンデル クレイン ホーヒ ４ (72)発明者 ウォルフラム ウェーバー ドイツ連邦共和国 スパイセン−エルバー スバーグ アルバート−シュウェイツァー −シュトラーセ 33 (72)発明者 レインハード ジャーゲン ドイツ連邦共和国 レヒリンゲン−シャー ズバーグ ホールウェグ １ Ｆターム(参考） 4D006 GA13 HA01 HA19 HA93 JA08A JA12A JA13A JA25A JB02 KA41 MA01 MA02 MA09 MA25 MA31 MA33 MC03 MC05 MC16 MC23 MC27 MC30 MC54 MC62

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも1つのハウジング、ならびに
   互いに並行に、および／または該ハウジングの周囲の充
   填空間内に配置された、同一または異なる直径を有する
   多数の中空糸膜を含み、充填空間（18）内に配置された
   中空糸膜（33）全体の体積と充填空間（18）の体積との
   比が20％未満であることを特徴とする、濾過法、透析濾
   過法、および透析法のための中空糸膜モジュール。
2. 【請求項２】 ハウジング（3）がシリンダー形状を有
   する、請求項1記載の中空糸膜モジュール。
3. 【請求項３】 ハウジング（3）の側面に開口部（25）
   を備える、請求項1または2記載の中空糸膜モジュール。
4. 【請求項４】 開口部（25）の平面上への投射が、正方
   形、長方形、円形またはその他の対称性もしくは非対称
   性の形状である、請求項3記載の中空糸膜モジュール。
5. 【請求項５】 開口部（25）の寸法が3〜20mmである、
   請求項4記載の中空糸膜モジュール。
6. 【請求項６】 開口部（25）の全表面積とハウジング側
   面の全表面積との比が約0.2〜約0.9である、請求項3記
   載の中空糸膜モジュール。
7. 【請求項７】 中空糸膜（33）が、セラミックおよび／
   もしくは高分子材料からなる、またはそれを実質的な割
   合で含む、上記の請求項のいずれか一項に記載の中空糸
   膜モジュール。
8. 【請求項８】 中空糸膜（33）が、約5μm〜約300μmの
   厚みを有する支持構造を含む、請求項7記載の中空糸膜
   モジュール。
9. 【請求項９】 中空糸膜（33）の内径が最大2mm、特に
   0.15〜0.8mmである、請求項7または8記載の中空糸膜モ
   ジュール。
10. 【請求項１０】 中空糸膜（33）が、少なくとも1つの
    束（17）の形態としてモジュール内に配置される、上記
    の請求項のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
11. 【請求項１１】 中空糸が、好ましくは1センチメート
    ル当たり10本未満の繊維という幅広い繊維間隔で、マッ
    トの形態にある束として巻き上げられ、該繊維が、従来
    のスペーサー材料の包埋によって注封領域内の充填密度
    に適合した間隔で配置される、上記の請求項のいずれか
    一項に記載の中空糸膜モジュール。
12. 【請求項１２】 少なくとも2つの中空糸膜束が、ハウ
    ジング（3）の側面に装着された少なくとも1つの区分要
    素（5）によって互いに隔てられる、上記の請求項のい
    ずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
13. 【請求項１３】 少なくとも1つの区分要素（5）が、フ
    レーム部（7）によって囲まれた自由通過面（9）を備え
    たフレーム部（7）を含む、請求項12記載の中空糸膜モ
    ジュール。
14. 【請求項１４】 フレーム部（7）の自由通過面（9）が
    安定化要素（11）によって細分される、請求項13記載の
    中空糸膜モジュール。
15. 【請求項１５】 安定化要素（11）の全表面積が、フレ
    ーム部（7）によって囲まれる自由通過面（9）を基準と
    して約2％〜約20％である、請求項13または14記載の中
    空糸膜モジュール。
16. 【請求項１６】 少なくとも1つの区分要素（5）がハウ
    ジング（3）の内面に装着され、該ハウジングの内部（1
    8）が複数の区画（21）に細分される、請求項13〜15の
    いずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
17. 【請求項１７】 少なくとも1つの区分要素（5）がハウ
    ジング（3）の外面に装着され、側面の外面上に位置す
    る空間（18）が複数の区画（21）に細分される、請求項
    12〜16のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
18. 【請求項１８】 側面の外面に装着された少なくとも1
    つの区分要素（5）を有するハウジング（3）が第2のか
    ご様ハウジングに収容される、請求項17記載の中空糸膜
    モジュール。
19. 【請求項１９】 区分要素の長さがハウジングの長さに
    対応する、請求項12〜18のいずれか一項に記載の中空糸
    膜モジュール。
20. 【請求項２０】 区分要素がハウジングよりも短く、該
    ハウジングの全長にわたって適切な軸方向インタースペ
    ース（axial interspace）を保って分布し、これらの軸
    方向インタースペースの内部にハウジング内部の全方位
    角にわたってこれ以外には区分要素が配置されない、請
    求項12〜18のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュー
    ル。
21. 【請求項２１】 区分要素が、ハウジングの末端に設け
    られる注封物と同じ長さであり、これらの注封物が区分
    されるようにハウジング末端に配置される、請求項12〜
    18のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
22. 【請求項２２】 中空糸膜（33）が、少なくとも1つの
    区分要素（5）によって形成される区画（21）内に配置
    される、請求項11〜17のいずれか一項に記載の中空糸膜
    モジュール。
23. 【請求項２３】 区画（21）内に配置される中空糸膜
    （33）が少なくとも1つの区分要素（5）上に固定され
    る、請求項22記載の中空糸膜モジュール。
24. 【請求項２４】 すべての中空糸膜（33）の充填密度が
    20％未満である、請求項23記載の中空糸膜モジュール。
25. 【請求項２５】 中空糸膜（33）の繊維内部に液体を供
    給するためのハウジング連結部、および繊維内部から液
    体を取り出すためのハウジング連結部を有する、上記の
    請求項のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
26. 【請求項２６】 すべての構成要素を121℃の水蒸気に
    よって滅菌することができる、上記の請求項のいずれか
    一項に記載の中空糸膜モジュール。
27. 【請求項２７】 好ましくは開口部を備えた造形片をと
    もに巻き上げてハウジングの形状、特にシリンダー形状
    を作成し、中空糸膜を20％未満の充填密度でハウジング
    の内部および／または周囲に配置する、上記の請求項の
    いずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを製造するた
    めの方法。
28. 【請求項２８】 造形片の巻き上げの前もしくは後に、
    区分要素が造形片上に間隔をおいて装着される、または
    区分要素が巻き上げ可能な造形片の固定された構成要素
    である、請求項27記載の方法。
29. 【請求項２９】 造形片をともに巻き上げた後に、区分
    要素がその内面に位置するように平坦材料を巻き上げ
    る、請求項27または28に記載の方法。
30. 【請求項３０】 シリンダーをともに巻き上げた後に、
    区分要素がその外面に位置するように造形片を巻き上げ
    る、請求項27または28に記載の方法。
31. 【請求項３１】 造形片をともに巻き上げる前に、適
    宜、2つの隣接した区分要素の間の区画内に、少なくと
    も1つの中空糸膜束を配列し、造形片上に適宜固定す
    る、請求項27〜30のいずれか一項に記載の方法。
32. 【請求項３２】 シリンダーをともに巻き上げた後に、
    適宜、2つの隣接した区分要素によって区分された区画
    内に、少なくとも1つの中空糸膜束を配列し、ハウジン
    グ内に適宜固定する、請求項27〜31のいずれか一項に記
    載の方法。
33. 【請求項３３】 中空糸膜の末端を注封し、ハウジング
    をその両端で封止する、請求項31または32に記載の方
    法。
34. 【請求項３４】 ハウジングを第2の、特にかご様のハ
    ウジングの中に挿入する、請求項27〜33のいずれか一項
    に記載の方法。