JP2554333B2 - シリコ−ンゴム製の中空糸ガス分離膜モジユ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は布帛状体に編織したシリコーンゴム製の中空
糸の両端にガス入口およびガス出口を備えたシリコーン
ゴム製の集合通気管を取付けた編織型シリコーンゴム製
の中空糸ガス分離膜モジュールに関する。このモジュー
ルは酸素供給のための要素として好気性微生物および好
気性細胞の培養のための培養槽に随時組込み、また取り
外すことができる。

〔従来の技術〕

シリコーンゴム膜はガス通過性に優れ、またガスの選
択通過に特異性を有することは公知である。このシリコ
ーンゴム膜は均質な非多孔質膜であって、分離材料とし
て知られている他の多孔質膜とは異なり穴はないがシリ
コーンゴムとガスの化学的親和力の差でガスを分離しよ
うとするものであって、ガスはシリコーンゴム中に溶解
しゴム中を移動して通過する機構によってガスの分離を
実現するものであって、多孔質膜のように長時間の使用
による目詰まりや性能劣化が見られないガスの分離材料
である。

そしてこのシリコーンゴム膜をガス分離膜として実用
に供するためには大きなガス透過性が要求され、この要
求の実現のためにシリコーンゴムを中空糸に成型するこ
とが行なわれている。

そして上記したようにシリコーンゴム膜はガスの選択
透過に特異性を有し、例えば酸素分子を窒素分子の約２
倍の速度で通過させるので、このシリコーンゴム膜を用
いて空気中の酸素分子の富化を行なうことが可能であ
る。

本発明者はさきにシリコーンゴム製の中空糸を束ねて
その両端部を固着し、端部に一方をガス入口用パイプ
に、他の一方をガス出口用パイプに結合したガス分離モ
ジュールと、このモジュールを酸素供給のための要素と
して組込んだ微生物または細胞の培養槽を発明した（特
公昭58−20261号公報）。このモジュールを組込んだ培
養槽にあっては空気を中空糸中に通ずることによって酸
素が富化された状態で培養液に供給されると共に有害な
空気中の微生物はシリコーンゴム膜によって遮断され培
養液は有害菌によるコンタミネーションから完全に守ら
れるという著しい効果があった。そしてこの効果は従来
型のエアレーションを必要とする培養槽には見られない
特色となすものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この本発明者がさきに提案したシリコーンゴム製のガ
ス分離膜モジュールにあっては、シリコーンゴム製の中
空糸は両端で束ねられて固定されているだけであるの
で、この中空糸の固定されていない中間部分は自由に動
くことができ、このモジュールをガス分離に用いる場合
には分離されたガス流の影響をうけてゆれ動くことがあ
りうる。しかしてこのモジュールを酸素の富化と酸素の
供給のための要素として培養槽に組込んだ場合には、中
空糸の中間部分が固定されていないことに起因して培養
液に攪拌液に攪拌力を及ぼすことがあり、攪拌力が働く
ことが好ましくない微生物または細胞の培養には必ずし
も好結果を生まない場合があった。

さらにまた上記したシリコーンゴム製のガス分離膜モ
ジュールの固有の問題点として、モジュール中には多数
のきわめて細い中空糸が束ねられており、中空糸の１本
１本はそれぞれ両端で固定されているだけであるので、
不測の力が中空糸の束のうちの１本にかかればその力を
他の中空糸に分散させることができず、場合によっては
力がかかった中空糸の切断に至る事態も起り得たのであ
る。

さらにまた上記したシリコーンゴム製のガス分離膜モ
ジュールは中空糸が束ねられパイプに固定されているた
め柔軟性にとぼしく、能力増強にあたってはモジュール
自体を複数個並列に使用することでしか対応することが
できなかった。

かかるシリコーンゴム製の中空糸を束ねてなるガス分
離膜モジュールの欠点はこの中空糸を編織して布帛状体
としたガス分離膜モジュールを使用することによって解
決しうることを見出した。

〔発明の構成〕

本発明は好気性微生物または好気性細胞の培養のため
の培養槽に組込み、また取り外しすることが可能な中空
糸ガス分離膜モジュールに関する。より詳しくは、本発
明の布帛状体に編織された中空糸（１）と、編織された
中空糸の一端が開口接続されているガス入口を具備する
集合通気管（２）と、編織された中空糸の他端が開口接
続されているガス出口を具備する集合通気管（３）とか
らなり、かつ前記中空糸および集合通気管のいずれもが
シリコーンゴム製とした中空糸ガス分離膜モジュールに
関する。そしてこの中空糸ガス分離膜モジュールは培養
槽に随時組込みまた取り外すことができる。

この発明の培養槽で用いられる編織型のシリコーンゴ
ム製中空糸ガス分離膜モジュールを構成する部材のシリ
コーン製の中空糸を編織して得られる布帛状体とは、シ
リコーンゴム製中空糸を緯糸とし、通常の天然繊維また
は合成繊維製の糸を経糸とする平織の布帛状体またはし
ゅす織の布帛状体、複数本のシリコーンゴム製の中空糸
を撚りまたは編んで結節を作ることによって作成した
網、およびシリコーンゴム製の中空糸を緯メリヤスまた
は経メリヤスに編成してなる布帛状体を含むものであ
る。

この布帛状体調製のために用いるシリコーンゴム製の
中空糸は、高重合度のオルガノポリシロキサンに必要な
充てん剤および硬化剤を混和して中空糸状に押出し成型
し、加熱して加硫、硬化させて得られたものである。こ
こで用いる高重合度のオルガノポリシロキサンの主成分
はジメチルポリシロキサンであるが、必要によってメチ
ル基の一部に代えて他の有機基例えばプロピル、ブチル
などを導入すること、または無機基を導入することによ
ってガスの透過性を調節することができる。

このシリコーンゴム製の中空糸は、その口径が約0.05
〜1mmで、膜厚が約0.01〜0.20mmのものが使用しうる。

上記のようにして編成してなるシリコーンゴム製の中
空糸の布帛状体にはその一辺において中空糸の一端が開
口する集合通気管が設けられ、そしてこの集合通気管は
ガス入口に連結されるものとし、そして布帛状体の他の
一辺においても同様に中空糸の他端が開口する別の集合
通気管が設けられ、この集合通気管はガス出口に連結さ
れて培養槽に着脱自在の中空糸ガス分離膜モジュールが
構成されるのである。この場合、布帛状体を複数枚重ね
合わせることも可能である。

本発明の中空糸分離膜モジュールの別の態様のものと
しては、中空糸の布帛状体を円型に切断し、中空糸の長
手方向が向い合う辺にそって半円形の集合通気管を設け
これに中空糸の一端を開口させ、中空糸の他端を同様に
構成した半円形の集合通気管に開口させ、そしてこの集
合通気管の各々は夫々ガス入口およびガス出口に連結し
て構成したものが挙げられる。この場合も上記と同様に
布帛状体を複数枚重ね合わせることが可能である。

更に別の態様としては上記した中空糸の布帛の２枚ま
たはそれ以上を中空糸の長手方向を直交させて重ね合わ
せ、隣接する二つの辺において中空糸の一端が開口する
集合通気管が、また他の隣接する二つの辺において中空
糸の他の一端が開口する別の集合通気管が設けられ、こ
の集合通気管の各々は夫々ガス入口およびガス出口に連
結して構成したものが挙げられる。

また別の態様としては、中空糸の布帛を円筒形に一重
または二重以上に巻き、円筒形の上下に集合通気管を夫
々設け、これらのガス入口および出口を連結して構成し
たものが挙げられる。

このように構成された中空糸ガス分離膜モジュールは
本発明に従って好気性微生物および好気性細胞の培養の
ための培養槽に組込むことができる。

上記のシリコーンゴム製の中空糸ガス分離膜モジュー
ルは攪拌器を備えているか備えていない培養槽に組込ま
れ、この培養槽において好気性微生物または好気性細胞
の培養が行なわれる。この場合空気を空気入口より送入
するとシリコーンゴム膜は選択的に酸素を窒素の約２倍
の速度で通過させるので、培養槽中へは酸素濃度が約30
％の空気を供給することができる。そしてこの酸素の供
給は中空糸ガス分離膜を通して行なわれるので従来のガ
ス吸込型の培養槽におけるのとは異なりきわめて温和な
供給の仕方になり、ガス吸込みによる攪拌などによるせ
ん断力が菌体或いは細胞に働くことがないので、このよ
うなせん断力に弱い微生物または細胞の培養に好適して
いる。また外来微生物によるコンタミネーションの危険
は全くない。

更に本発明のシリコーンゴム製の中空糸ガス分離膜モ
ジュールには中空糸上にこの中空糸と経糸との結節点又
は中空糸と中空糸との撚りにもとづく結節点が布帛状体
の全面にわたって存在しており、微生物又は細胞はこの
結節点に着生しやすく、しかも中空糸を通じて酸素が供
給されるので微生物又は細胞の付着培養がきわめて効果
的に行われる。また本発明のモジュールは分離膜部分お
よび集合通気管共にシリコーンゴム製であるため、柔軟
性に富み、容易に取り外しすることができ、培養槽外で
洗浄することができ、また膜の一部に破損があればそれ
を修理することもできる。

本発明の中空糸ガス分離膜モジュールは、培養槽の形
状に応じては様々な形状、および配置で使用することが
できる。使用態様としては、平膜型として培養槽に設置
する単純なものから、筒形状としたり、積層型とした
り、スパイラル状として設置する態様が挙げられる。

平膜型で形状が四辺形をなしたモジュールは、水平置
き又は垂直置きで６面体の槽型の培養槽に組み込んで使
用できる。このモジュールは１個だけ用いても良いが、
能力向上のために複数個を互に適当な間隔例えばモジュ
ール間の距離が1mm〜20mmまたはそれ以上になるように
して設置することができる。この場合、培養液の攪拌、
または補給のための培養槽に培養液の入口と出口とを設
け、培養液を送給するようにしても良い。また培養槽に
設置する１個または複数個のモジュールは枠体に固定す
ることができ、枠体を培養槽から取り出すことによって
モジュールを培養槽から引き出しうる構造とすることが
できる。

この平膜型で四辺形をなしたモジュールは１個または
複数個をスパイラル状に巻き円筒形状の培養槽に設置し
て用いることもできる。この場合にも、モジュールは枠
体に固定した構造のものとすることができる。

中空糸の布帛状体を円型に裁断し、中空糸の一端を半
円形の集中通気管に開口させた円型の平膜型モジュール
は、同モジュールと同径の円筒体にはさみ込んで使用す
ることができる。この場合多数のモジュールを多数の円
筒体ではさみ込んだ形にして培養槽に組み込むことがで
き、培養液を筒状をなした培養槽の一方から他方に流す
仕方で培養する場合に有利である。

また中空糸の布帛状体を円筒状のモジュールにしたも
のを用いた培養槽では、普通円筒状の形状をなし、コー
ナー部分が出来ないようにすることが望ましい。この円
筒状のモジュールは１個または複数個で用いうるが、多
数のモジュールを併用するときは、モジュールの径を外
側から順次小さくなるようなモジュールの組み合わせで
用いられる。このようなモジュールを用いた培養槽では
モジュールの中心の空間部分に攪拌機、加熱器または冷
却器などの温度制御のための機器用のスペースの確保が
容易となる。

これらのモジュールが組み込まれた培養槽はいずれの
形式のものにあっても、培養槽には、ガス取出口、冷却
器、加熱器、攪拌器、培養液の供給と取出しのための入
口および出口が備えうるものとし、またモジュール固定
と取扱いの容易化のためにモジュールは枠体に取りつけ
うるものとすることが便利である。

以下に本発明のシリコーンゴム製の中空糸ガス分離膜
モジュールの具体例と、それを組み込んだ培養槽の具体
例とを図面によって説明する。

第１図は平膜型のモジュールを示すもので１は中空糸
は緯糸とし普通糸を経糸とした平織の中空糸の布帛状体
であって中空糸の一端は集合通気管２に開口し、中空糸
の他端は集合通気管３に開口している。そして集合通気
管２および３は夫々ガス入口４およびガス出口５に連結
されている。この形状のモジュールにおいて、モジュー
ルの一辺の有効長を100mmとし、中空糸数を330本とした
ところ、膜面積176cm²のモジュールが得られた。

第２図は中空糸の布帛状体を２枚重ねにしてなるモジ
ュールを示す。このモジュールでは布帛体１は２枚が直
交して重ねられ、第１の布帛状体の中空糸の一端は集中
通気管２に開口し、第２の布帛状体の中空糸の一端は集
中通気管２（図面の２′）に開口しており、そして集中
通気管２と同２′とは連通している。他方第１の布帛状
体の中空糸の他の一端は集中通気管３に開口しまた第２
の布帛状体の中空糸の他の一端は集中通気管（図面の
３′）に開口しており、そして集中通気管３と集中通気
管３′とは連通している。そしてこの集中通気管２およ
び３は夫々ガス入口４およびガス出口５に連結されてい
る。この形状のモジュールにおいてモジュールの一辺の
有効長を100mmとし中空糸数を合計660本としたところ、
膜面積352cm²のモジュールが得られた。

第３図は平織りの中空糸の布帛状体を円形に裁断し、
中空糸の一端を半円形の集中通気管に開口させてなるパ
ッキン型のモジュールを示す。図中、１は布帛状体、２
および３は集通通気管、４はガス入口、および５はガス
出口を示す。この形状のモジュールにおいてモジュール
の有効直径を90mmとし、中空糸数を300本としたとこ
ろ、膜面積110.6cm²のモジュールが得られた。

第４図は中空糸の布帛状体１を円筒形にして集中通気
管２および３、並びにガス入口４、ガス出口５を設けて
なるモジュールを示す。この形状のモジュールにおいて
中空糸数を1650本とし、有効長を135mmとし、モジュー
ル内径160mm、モジュール外径175mmとしたところ、膜面
積1200cm²のモジュールが得られた。

第５図は第４図のモジュールを設置してなる例を示
す。培養槽６には資料出入口７、攪拌器８が備えられて
いる。なお、第５図には攪拌器が備えられているがこの
ものは培養する微生物または細胞によっては不要である
かまたは有害である場合もあることから、攪拌器は常に
必要とするものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の平膜型の中空糸ガス分離膜モジュール
を、第２図は中空糸の布帛状体を２枚重ねにして構成し
た中空糸ガス分離膜モジュールを、第３図は布帛状体を
円型に裁断して構成したパッキン型の中空糸ガス分離膜
モジュールを、第４図は中空糸の布帛状体を円筒型に構
成した中空糸ガス分離膜モジュールを、そして第５図は
第４図の円筒型のモジュールを組み込んだ培養槽の例を
示すものである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−25476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−230079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−98382（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−125183（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−20261（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】布帛状体に編織された中空糸（１）と、そ
   の編織された中空糸の一端が開口接続されているガス入
   口を具備する集合通気管（２）と、その編織された中空
   糸の他端が開口接続されているガス出口を具備する集合
   通気管（３）とからなり、かつ前記中空糸と集合通気管
   のいずれもがシリコーンゴム製である好気性微生物また
   は好気性細胞の培養槽に着脱自在の布帛状体に編織され
   たシリコーンゴム製中空糸ガス分離膜モジュール。