JP2013208608A

JP2013208608A - 膜モジュール

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Publication number: JP2013208608A
Application number: JP2013039493A
Authority: JP
Inventors: Shosaku Aramaki; 昌作荒牧; Tomohiro Saotome; 智洋早乙女
Original assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP6018949B2

Abstract

【課題】膜モジュール内に高い圧力が付加された場合にも筒状体と蓋体との間のシール性を維持する。
【解決手段】膜モジュール１は、中空糸膜Ａが収容される両端が開口した筒状体１０と、筒状体１０の開口部の外周に嵌め込まれ当該開口を閉鎖する蓋体１１とを有している。筒状体１０の開口部の端面１０ａと蓋体１１の第２の内面５１と間には、断面Ｕ字状のシールリング８０が設けられている。シールリング８０のＵ字開口は、筒状体１０の中心軸Ｐ側に向けられている。シールリング８０の外周面９０のＵ字開口側の端には、角部９１が形成されている。シールリング８０のＵ字開口の内面９２は、互いに対向する平坦面９３を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、膜モジュールに関する。

例えば、血液浄化療法、血漿交換療法などの医療分野、水の浄化や水質の調整などの水処理分野、血漿分画製剤やバイオ医薬品などの製造工程におけるウィルス除去などの濾過処理には、内部に分離膜を内蔵した膜モジュールが用いられている。

この種の膜モジュールには、例えば中空糸膜が収容される筒状体と、筒状体の開口部の外周に嵌め込まれ当該開口を閉鎖する蓋体を有しているものがある。筒状体と蓋体には、液体の流入出を行うためのノズルがそれぞれ設けられている。また、筒状体の端面と蓋体の内面の間には、液体の漏れを防止するためのシール部材が設けられている（特許文献１参照）。なお、この特許文献１に記載されているＵリングは、そのＵ字の開口面が外側に向けられているものである。

そして、上記膜モジュールを用いた処理時には、液体をノズルから膜モジュール内に流入させ、中空糸膜を通過させ、他のノズルから排出している。

特開平２−５９０２６号公報

ところで、上記濾過処理などの処理時には、膜モジュール内の液体圧力が上昇し、膜モジュールの内面に大きな圧力が付加される。このとき、膜モジュールの蓋体が外側に撓んで変形する。特に、大型の膜モジュールの場合には、内部の受圧面積が大きいため大きな力がかかり、膜モジュールの蓋体の変形の程度が大きい。また、膜モジュールの筒状体及び蓋体が合成樹脂からなる場合、加圧により形状が変形しやすい。

膜モジュールの蓋体部分に大きな力がかかると、蓋体が外側に撓んで変形して浮き上がる。このとき、シール部材と膜モジュールの筒状体の端面或いは蓋体の内面との間に隙間ができ、筒状体と蓋体との間のシール性が低下する。特に大型のモジュールの場合、蓋体の撓み量が大きく、筒状体と蓋体の間のシール性が著しく低下する。また、膜モジュールの筒状体及び蓋体が合成樹脂からなる場合、筒状体および蓋体の形状が相互に変形し、シール部材と筒状体の端面或いは蓋体の内面との間に隙間ができやすく、シール性が低下しやすい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、膜モジュール内に高い圧力が付加された場合にも、筒状体と蓋体との間のシール性を維持することをその目的とする。

上記目的を達成する本発明は、膜が収容される一方もしくは両端が開口した筒状体と、前記筒状体の開口部の外周に嵌め込まれ前記開口を閉鎖する蓋体とを有する、膜モジュールであって、前記筒状体の開口部の端面と前記蓋体の内面との間に、断面Ｕ字状のシールリングが設けられ、前記シールリングのＵ字開口が前記筒状体の中心軸側に向けられているものである。

本発明によれば、シールリングのＵ字開口が筒状体の中心軸側に向けられているので、膜モジュール内の圧力が上がった場合、シールリングのＵ字開口側に圧力がかかり、シールリングのＵ字開口が開く方向に変形する。したがって、シールリングは、収容された空間の変形に合わせて形状を変化させることで、筒状体の開口部の端面、及び、蓋体の内面との接触を維持できる。このとき、シールリングのＵ字開口が筒状体の中心軸側に向けられている形状によって、加圧によって受けている力を利用して密着性をより強固にできる。この結果、膜モジュール内に大きな圧力がかかっても、シールリングと筒状体の端面及び蓋体の内面との接触を維持でき、筒状体と蓋体との間の高いシール性を維持できる。

前記蓋体の内面と前記筒状体の端面に接する前記シールリングの外周面におけるＵ字開口側の端には、角部が形成されていてもよい。

また、前記シールリングのＵ字開口の内面は、互いに対向する平坦面を有していてもよい。

前記シールリングは、無荷重時において、前記筒状体の端面と前記蓋体の内面の距離の１．５倍以上の高さを有していてもよい。

前記シールリングのつぶし率が１０％〜３３％であってもよい。

以上の膜モジュールは、前記シールリングが１００ｍｍ以上の内径を有するものであってもよい。また、以上の膜モジュールは、前記筒状体と前記蓋体の少なくとも一方が合成樹脂からなるものであってもよい。

本発明によれば、膜モジュール内に高い圧力が付加された場合にも、筒状体と蓋体との間のシール性を維持することができるので、膜モジュールの信頼性を向上できる。

膜モジュールの構成の概略を示す断面図である。シールリング周辺部分の拡大図である。シールリングの断面図である。蓋体がヘッダーと固定用ナットを有する場合の膜モジュールの断面図である。外周面に角部があるシールリングの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる膜モジュール１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

膜モジュール１は、例えば図１に示すように中空糸膜Ａを軸方向に向けて収容する円筒状体１０と、筒状体１０の開口部の外周に嵌め込まれ当該開口を閉鎖する蓋体１１を有している。

中空糸膜Ａの両端部は、筒状体１０の両端部の内周面にポッティング剤Ｂによって固定されている。

蓋体１１の中心部には、筒状体１０の中空糸膜Ａの一次側（膜の内側）に通じる第１のノズル２０が設けられている。また、筒状体１０の側壁には、中空糸膜Ａの二次側（膜の外側）に通じる２つの第２のノズル２１が設けられている。例えば第２のノズル２１は、筒状体１０の両端部の近傍にそれぞれ一つずつ設けられている。

筒状体１０の両端部の外周面には、後述の蓋体１１の螺子部６０と螺合する螺旋状の螺子部４０が設けられている。

蓋体１１の内面は、例えば筒状体１０の端部の外周面に対向して接する第１の内面５０と、筒状体１０の開口部の端面１０ａに対向する第２の内面５１と、筒状体１０の端面１０ａから離れて第１のノズル２０の内周面に接続される第３の内面５２を、蓋体１１の開口側から第１のノズル２０側に向けてこの順で備えている。

第１の内面５０には、筒状体１０の螺子部４０と螺合する螺子部６０が形成されている。蓋体１１の螺子部６０と筒状体１０の螺子部４０を螺合することにより、蓋体１１を筒状体１０に回転させて嵌め込み固定できる。第２の内面５１は、例えば図２に示すように筒状体１０の端面１０ａに接触する接触部７０を外側に有し、その内側に後述のシールリング８０を収容する、環状で断面が凹状のシール収容部７１を有している。

第３の内面５２は、図１に示すように第１のノズル２０と中空糸膜Ａの一次側を連通させる内部空間Ｃを形成している。

図２に示すように蓋体１１の第２の内面５１のシール収容部７１には、弾性を有する断面Ｕ字状のシールリング８０が設けられている。シールリング８０は、Ｕ字開口が筒状体１０の中心軸Ｐ側に向けられている。

シールリング８０の外周面９０のＵ字開口側の端には角部９１が形成されている。また、シールリング８０のＵ字開口の内面９２には、互いに対向し鋭角に交わる２つの平坦面９３が形成されている。シールリング８０のＵ字開口と反対側の外周面９０は、Ｏリングと同様に円弧状に形成されている。

シールリング８０は、図３に示すように無荷重時において、筒状体１０の端面１０ａと蓋体１１の第２の内面５１との距離Ｄ（図２に示す）の１．５倍以上の高さＨを有している。また、シール収容部７１に収容された時のシールリング８０のつぶし率は、１０％〜３３％になっている。ここでつぶし率とは、シールリング８０がつぶされた長さ（Ｈ−Ｄ）をシールリング８０の高さＨで除した百分率（％）である。

膜モジュール１は、シールリング８０が１００ｍｍ以上の内径を有するものであり、大型の膜モジュールである。

以上のように構成された膜モジュール１を用いて、濾過処理を行う際には、例えば濾過処理用回路の濾過液供給管に第１のノズル２０が接続され、濾過液排出管に第２のノズル２１が接続される。そして、濾過原液が、第１のノズル２０から膜モジュール１内に供給され、中空糸膜Ａを通過し濾過されて、第２のノズル２１から排出される。

本実施の形態によれば、シールリング８０のＵ字開口が筒状体１０の中心軸Ｐ側に向けられているので、膜モジュール１内に濾過原液が供給され膜モジュール１内の圧力が上がった場合に、図２に示したように内部空間Ｃ側からシールリング８０のＵ字開口側に向けて圧力がかかる。この圧力が大きい場合には、シールリング８０のＵ字開口が開く方向に変形する。これにより、膜モジュール１内に大きな圧力がかかって蓋体１１が外側に変形して浮き上がり筒状体１０の端面１０ａと蓋体１１の第２の内面５１と距離が広がっても、シールリング８０と、筒状体１０の端面１０ａ及び蓋体１１の第２の内面５１との接触が維持される。この結果、筒状体１０と蓋体１１との間の高いシール性を維持できる。

また、上記実施の形態では、シールリング８０の外周面９０のＵ字開口側の端には、角部９１が形成されているので、シールリング８０と筒状体１０の端面１０ａ及び蓋体１１の第２の内面５１との間に内部空間Ｃの濾過液が流れ込み難く隙間ができにくい。それゆえ内部空間Ｃの濾過液がシーリング８０の外側に漏れるのを効果的に防止できる。

また、シールリング８０のＵ字開口の内面９２は、互いに対向する平坦面９３を有しているので、内部空間Ｃ側からかかる圧力をＵ字開口が開く方向の圧力に効果的に変えて、シーリング８０のＵ字開口を押し広げることができる。これにより、筒状体１０と蓋体１１の間のシール性がさらに向上する。

シールリング８０は、無荷重時において、筒状体１０の端面１０ａと蓋体１１の第２の内面５１の距離Ｄの１．５倍以上の高さＨを有している。この結果、蓋体１１が内圧により浮き上がっても、シールリング８０が伸びるので、シールリング８０と、筒状体１０の端面１０ａ或いは蓋体１１の第２の内面５２との間に隙間ができず、高いシール性を確保できる。

シールリング８０のつぶし率は１０％〜３３％であるので、シールリング８０と筒状体１０の端面１０ａ及び蓋体１１の第２の内面５１とが強く密着し、濾過液の漏れをより一層抑制できる。なお、シールリング８０の断面が円形で、一般的なＯリングのつぶし率は１０％〜２５％である。

シールリング８０は、１００ｍｍ以上の内径を有しており、膜モジュール１は、大型の膜モジュールである。大型の膜モジュールは、処理時の膜モジュール１の受圧面積が大きく、濾過処理時に内圧がかかった場合には、大きな力が内部にかかるため、蓋体１１の変形量、浮き上り量も大きくなる。このため、大型の膜モジュールでは、特にシール部材と筒状体の端面或いは蓋体の内面との隙間ができやすく、シール性が低下しやすい。本実施の形態によれば、かかる大型の膜モジュール１であっても、筒状体１０と蓋体１１との間の高いシール性を確保できる。

膜モジュールの筒状体１０及び蓋体１１は合成樹脂からなる。合成樹脂からなる部材は大きな圧力がかかった際に変形しやすく、部材間の隙間ができやすく、シール性は低下しやすい。本実施の形態によれば、合成樹脂からなる膜モジュールの筒状体１０及び蓋体１１を有する膜モジュールであっても、筒状体１０と蓋体１１との間の高いシール性を確保できる。

膜モジュールに、無菌性が要求される場合は、組み立て後に高温高圧の蒸気で滅菌処理が行われてから出荷される場合がある。この場合、筒状体にシール部材を挟んで蓋体を嵌め込み、その時点でシール性が確保されていても、高温に曝されることにより、シール部材の圧縮永久ひずみが大きくなり、筒状体や蓋体に対する押圧力が低下する。この結果、筒状体と蓋体との間のシール性が低下してしまう。本実施の形態によれば、圧力付加時にシールリング８０のＵ字開口が押し広がるので、高温に曝されてシール部材の圧縮永久ひずみが大きくなっていても、高いシール性を維持できる。

なお、滅菌処理後のリーク試験を行ったところ、筒状体１０と蓋体１１のシールリングにＯリングを用いた場合は、膜モジュールのサンプル１６本中８本に漏れが生じた。更に本発明と同様な断面Ｕ字状のシールリングで、そのＵ字開口を中心軸Ｐ側とは反対の外側に向けたシールリングを用いた場合には、筒状体１０の端面１０ａと蓋体１１の接触部７０に生じた隙間に、シールリングが外側に押されてその角部９１の一方が落ち込み、膜モジュールのサンプル１６本中６本に漏れが生じた。本発明のようにＵ字開口を中心軸Ｐ側に向けたシールリング８０を用いた場合には、膜モジュールのサンプル４０本の全てで漏れがなかった。なお、リーク試験は、まず図１に示す膜モジュール内全体を水で満たし、一方のノズル２０と二つのノズル２１を密栓し、残りのノズル２０から０．５ＭＰａの水で加圧することにより、筒状体１０と蓋体１１が螺合した螺子部から水漏れを確認することにより行った。

以上の実施の形態では、蓋体１１が一つの部材により一体的に構成されていたが、複数の部材により構成して、内圧による歪みや浮き上がりを分散させてもよい。例えば図４に示すように蓋体１１が、筒状体１０の開口部に取り付けられ当該開口を閉鎖するヘッダー１００と、ヘッダー１００の外周を囲み、ヘッダー１００を筒状体１０に固定する略円筒状の固定用ナット１０１を備えていてもよい。かかる場合、ヘッダー１００は、中央に第１のノズル２０を備えている。ヘッダー１００の内面５２には、シール収容部７１が設けられ、ヘッダー１００の内面５２と筒状体１０の端面１０ａとの間にシールリング８０が設けられる。固定用ナット１０１の内面には、筒状体１０の螺子部４０と螺合する螺子部６０が形成されている。かかる場合、固定用ナット１０１によりヘッダー１００の歪みや浮き上がりが抑制され、筒状体１０と蓋体１１の間のシール性がさらに向上する。

上記実施の形態で記載したシールリング８０は、Ｕ字開口と反対側の外周面９０が円弧状であったが、図５のようにＵ字開口と反対側の外周面９０が角部１１０を有し、当該角部１１０は直角であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以上の実施の形態における膜モジュール１の膜は中空糸膜Ａであったが、本発明の適用が可能な分離膜としては、この他、平膜型、スパイラル型、プリーツ型、管状型などが使用できる。また、以上の実施の形態における膜モジュール１は、特にその用途を限定していないが、本発明は、例えば、血液浄化療法、血漿交換療法などの医療分野、水の浄化や水質の調整などの水処理分野、血漿分画製剤やバイオ医薬品などの製造工程におけるウィルス除去などの濾過処理などを行う膜モジュールにも適用してもよい。

本発明は、膜モジュール内に高い圧力が付加された場合にも筒状体と蓋体との間のシール性を維持する際に有用である。

１膜モジュール
１０筒状体
１０ａ端面
１１蓋体
５１第２の内面
８０シールリング
Ａ中空糸膜
Ｐ中心軸

Claims

膜が収容される一方もしくは両端が開口した筒状体と、前記筒状体の開口部の外周に嵌め込まれ前記開口を閉鎖する蓋体とを有する、膜モジュールであって、
前記筒状体の開口部の端面と前記蓋体の内面との間に、断面Ｕ字状のシールリングが設けられ、
前記シールリングのＵ字開口が前記筒状体の中心軸側に向けられている、膜モジュール。
前記蓋体の内面と前記筒状体の端面に接する前記シールリングの外周面におけるＵ字開口側の端には、角部が形成されている、請求項１に記載の膜モジュール。
前記シールリングのＵ字開口の内面は、互いに対向する平坦面を有する、請求項１又は２に記載の膜モジュール。
前記シールリングは、無荷重時において、前記筒状体の端面と前記蓋体の内面の距離の１．５倍以上の高さを有している、請求項１〜３のいずれかに記載の膜モジュール。
前記シールリングのつぶし率が１０％〜３３％である、請求項１〜４のいずれかに記載の膜モジュール。
前記シールリングは、１００ｍｍ以上の内径を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の膜モジュール。
前記筒状体と前記蓋体の少なくとも一方が合成樹脂からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の膜モジュール。