JP3943953B2 - 中空糸膜型モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中空糸膜型モジュールに関し、例えば、中空糸膜型の人工透析器、血液濾過器、血漿分離器などとして用いられる中空糸膜型モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、中空糸膜型モジュールとして、中空糸膜型の人工透析器、血液濾過器、血漿分離器などが知られている。例えば、中空糸膜型人工透析器では、中空糸膜の内腔に血液（被処理液）を流通させ、中空糸膜外面側に透析液（浄化処理液）を流通させ、血液中の不要物を膜を介した透析により除去するようになっている。
【０００３】
その一般的構造は、両端をウレタンのような樹脂組成物（ポッティング剤）で固定した樹脂層部を持つ中空糸膜束を収容した筒型ケーシングと、筒型ケーシングの両端部に取り付けられた被処理液（例えば、血液）の供給口または排出口となる接続口を備える閉塞蓋と、筒型ケーシングの両端部付近の外周面に形成した浄化処理液（例えば、透析液）の入口および出口となる接続口と、筒型ケーシングの内周面における浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応する位置に、内周面から隙間をおいて内周面にほぼ沿った曲率で形成された舌片状の入口側邪魔板と出口側邪魔板とを少なくとも備えている（特開２０００−４２１００号公報、特開２０００−３５０７８１号公報など参照）。
【０００４】
中空糸膜型モジュールにおいて中空糸膜の破損はリークを招くので回避しなければならない。そのために従来から種々の技術手段が提案されており、例えば、前記特開２０００−４２１００号公報に記載のものでは、浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応して配置される舌片状の邪魔板の頂部近傍での中空糸膜束の側面との間の隙間を大きくとるようにして、邪魔板と中空糸膜束とが直接接触するのを回避することにより、破断の発生を防止しようとしている。また、特開２０００−３５０７８１号公報に記載のものでは、製造時、すなわちポッティング工程において邪魔板に中空糸膜が固着して破損の一因となるのを防止するために、邪魔板の先端を中空糸膜束の両端に形成した樹脂層部に届く長さとしている。いずれにおいても、筒型ケーシングの内周面における浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応する位置に、内周面から隙間をおいて内周面にほぼ沿った曲率で形成される舌片状の邪魔板の形状と大きさは、入口側および出口側とも同じとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載されるような手段を講じることにより、中空糸膜型モジュールにおける中空糸膜破損の問題は徐々に解決されつつある。しかし、まだ十分とはいえず、予期しない過酷な使用条件に曝されたときに、破断が生じる可能性を残している。従って、本発明は、中空糸膜が破損する可能性を大きく低減することのできるさらに改良された中空糸膜型モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために、種々の実験とコンピュータによる解析とを行うことにより、浄化処理液出口での舌片状の邪魔板の先端と中空糸膜束を固定する樹脂層部との間に隙間があることは必須であるが、その隙間は狭い方がよく、特に、隙間が０ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、０ｍｍ〜２ｍｍの範囲のときに、中空糸膜の破損率を大きく低減できることを見い出した。
【０００７】
その場合に、筒型ケーシングの浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応する位置に配置される舌片状の邪魔板の形状と大きさは同じであってもよいが、非対称のものとする、すなわち、入口側と出口側とで異ならせることにより、中空糸膜の破損率をさらに低減できることを見い出した。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づくものであり、基本的に、両端を樹脂組成物で固定した樹脂層部を持つ中空糸膜束を収容した筒型ケーシングと、筒型ケーシングの両端部に取り付けられた被処理液の供給口または排出口となる接続口を備える閉塞蓋と、筒型ケーシングの両端部付近の外周面に形成した浄化処理液の入口および出口となる接続口と、筒型ケーシングの内周面における浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応する位置に、内周面から隙間をおいて内周面にほぼ沿った曲率で形成された舌片状の入口側邪魔板と出口側邪魔板とを少なくとも備えた中空糸膜型モジュールにおいて、入口側邪魔板の先端および出口側邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との間には隙間が設けてあり、少なくとも出口側邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍ、好ましくは、０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍであることを特徴とする。隙間Ｘが上記の範囲内であれば、入口側邪魔板および出口側邪魔板の双方が同じ値の隙間Ｘを持つように設計してもよい。いずれの場合も、隙間Ｘは邪魔板の先端が対応する樹脂層部の裏面と接触が全くないことを条件に微少な隙間があればよい。
【０００９】
上記の中空糸膜型モジュールにおいて、入口側邪魔板と出口側邪魔板の周方向の開き角度は同じであってもよいが、好ましくは、出口側邪魔板の周方向の開き角度は入口側邪魔板の周方向の開き角度よりも小さくされており、さらに好ましくは、入口側邪魔板の周方向の開き角度が１００〜３６０度、また、出口側邪魔板の周方向の開き角度が４８〜１００度とされる。なお、出口邪魔板の最少の開き角度は浄化処理液出口の口径を覆うことのできる横幅（通常の中空糸膜型モジュールにおいて、それは開き角度４８度である）である。入口側邪魔板と出口側邪魔板の周方向の開き角度を同じものとする場合には、共に、１００〜１５０度の範囲とすることで、中空糸膜の破損率を充分に低減できる中空糸膜型モジュールが得られることも実験的に確認された。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る中空糸膜型モジュール１の断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図、図３は筒型ケーシング２の左側面図、図４は筒型ケーシング２の右側面図である。図５は本発明に係る中空糸膜型モジュールの他の形態を示す図２に相当する断面図であり、図６は、図５に示す中空糸膜型モジュールにおける筒型ケーシングの図３に相当する左側面図である。また、図７はリークテストの方法を説明する図である。
【００１１】
図１〜図４に示す中空糸膜型モジュール１は、筒型ケーシング２の内部に中空糸膜束４を装填し、筒型ケーシング２の一方の端部に、被処理液、例えば血液を注入する血液供給口５を突設した閉塞蓋６を装着し、処理された血液が流出する血液排出口７を突設した閉塞蓋８を他方の端部に装着している。筒型ケーシング２内の両端部には、中空糸膜束４の端部をポリウレタン樹脂などの樹脂組成物により接着固定する樹脂層部９がそれぞれ設けられている。なお、上記中空糸膜束４の各中空糸膜１０は、中空孔の開口端が封止されることなく樹脂層部９の外側の面で開口している。また、上記血液供給口５と血液排出口７は、本発明における浄化処理液の接続口として機能するものである。
【００１２】
上記中空糸膜１０としては、セルロースアセテート、銅アンモニアセルロース、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアミド、ポリエステル系ポリマーアロイ等、セルロース系中空繊維や合成高分子中空繊維等、適宜な材質の中空繊維を用いることができる。
【００１３】
本発明に係る中空糸膜型モジュール１においては、浄化処理液である透析液の入口１１および出口１２に対応する位置に、使用時に注入される透析液を分散して案内する入口側邪魔板３０と、出口１２に中空糸膜が引き込まれるのを防止するための出口側邪魔板４０を設ける。入口側邪魔板３０と出口側邪魔板４０は、図２に示すように、筒型ケーシング２の内周面から所定の隙間をおいて、かつ、内周面にほぼ沿った曲率で形成されており、上記透析液の入口１１および出口１２の基端側開口部分を所定の間隔を開けて覆うことができる面積を少なくとも有している。また、入口側邪魔板３０と出口側邪魔板４０は、ともに、基端部がケーシング２の内周面に固定される共に、先端部がケーシング２の開口部に向かって延出した舌片状であり、基端部から先端部に向けて縮幅している。
【００１４】
入口側邪魔板３０は、この図示の実施形態では、基端部における幅を、入口１１の中心に対して各５０〜１８０度、すなわち１００〜３６０度の範囲、好ましくは１２０度程度の開き角度αとしている。また、入口側邪魔板３０の先端部と樹脂層部９の裏面との間の距離Ｙは、その先端が透析液の入口１１よりも高いことを条件に、特に制限はないが、好ましくは０．５〜５ｍｍ程度である。一方、出口側邪魔板４０は、基端部における幅を、出口１２の中心に対して各２４〜５０度、すなわち、入口側邪魔板３０よりも小さいことを条件に４８〜１００度の範囲、より好ましくは４８度程度の開き角度βとしている。すなわち、出口邪魔板４０の最少の開き角度は出口１２の口径を覆うことのできる横幅（通常の中空糸膜型モジュールにおいて、それは開き角度４８度である）であればよい。また、出口側邪魔板４０の先端部と樹脂層部９の裏面との間の距離Ｘは好ましくは０〜２ｍｍである。すなわち、隙間Ｘは出口側邪魔板４０の先端が対応する樹脂層部９の裏面と接触が全くないことを条件に微少な隙間があればよく、距離Ｘは０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍの範囲であれば、所期の目的が達成されることは実験的に確認されている。
【００１５】
この中空糸膜型モジュール１を使用して血液の浄化処理を行う場合、入口側邪魔板３０は広い開き角度α（例えば、１００〜３６０度）を有しているので、入口１１から注入した透析液は入口側邪魔板３０に当たって確実に左右方向に分散され、直接中空糸膜１０に当たることがない。また、入口側邪魔板３０の表と裏との間の差圧も小さくなる。それらにより、入口側邪魔板３０での中空糸膜１０に作用する応力は小さくなり、入口側での中空糸膜の破損発生は大きく抑制されることが実験的に確認された。
【００１６】
一方、出口側では、出口側邪魔板４０は入口側邪魔板３０よりも小さい開き角度β（例えば、４８〜１００度）であり、また、出口側邪魔板４０の先端部と樹脂層部９の裏面との間の距離Ｘは０〜２ｍｍときわめて狭い。実験では、出口側邪魔板４０がより大きい開き角度（例えば、１２０度）の場合よりも、また、距離Ｘがより広い（例えば、５ｍｍ）場合よりも、出口側邪魔板４０の裏と表との間の差圧が小さくなっており、また、出口側邪魔板４０の先端部と樹脂層部９の裏面との間での中空糸膜の変形量が小さくなることから、出口側での中空糸膜の破損発生は大きく抑制されることが実験的に確認された。
【００１７】
上記の形態のように、入口側邪魔板３０および出口側邪魔板４０とを非対称に設計する、すなわち、入口側邪魔板３０および出口側邪魔板４０の先端部からそれぞれの樹脂層部９の裏面までの距離を異ならせた中空糸膜型モジュール、あるいは、入口側邪魔板３０および出口側邪魔板４０の周方向の開き角度も異ならせた中空糸膜型モジュールは、使用現場において、常に使用者が中空糸膜型モジュールの方向性を認識することが必要であり、また、製造コストも高いものとなる。図５、図６に示す中空糸膜型モジュール１Ａは、それに答えるものであり、入口側邪魔板３０と出口側邪魔板４０とが、図１〜図４に示したもののように非対称なものではなく、対称型すなわち同じ大きさと形状のものとしている。この中空糸膜型モジュール１Ａは、その点でのみ、図１〜図４に示した中空糸膜型モジュール１と異なっており、他の構成は同じである。従って、同じ機能を奏する部材には同じ符号を付し、当該部材の詳細な説明は省略する。
【００１８】
この形態においても、入口側邪魔板３０ａと出口側邪魔板４０ａは、筒型ケーシング２の内周面から所定の隙間をおいて、かつ、内周面にほぼ沿った曲率で形成されており、上記透析液の入口１１および出口１２の基端側開口部分を所定の間隔を開けて覆うことができる面積を少なくとも有している。入口側邪魔板３０ａと出口側邪魔板４０ａは、この形態では、基端部における幅を共に１００〜１５０度の範囲、好ましくは１２０〜１３０度程度の開き角度α１としている。また、入口側邪魔板３０ａの先端部と樹脂層部９の裏面との間の距離、および出口側邪魔板４０ａと樹脂層部９の裏面との間の距離、すなわち、双方の邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、共に、０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍ、好ましくは、０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍとしている。後記するように、この態様の中空糸膜型モジュール１Ａであっても、所期の目的が達成されることは実験的に確認されている。
【００１９】
以下に、具体的な試験結果を以下に示す。実験は、図７に示すように、中空糸膜型モジュール１の被処理液の供給口５と浄化処理液入口１１から同時に加圧水注入（注入時間２分／回）した。圧力は、被処理液の出口７と浄化処理液出口１２からの流量の和が９．６リットル／分になるように予め調圧した。次に、注入毎に水中陽圧テスト（１．５ｋｇ／Ｇの空気を注入）を実施してリークの有無を確認することを、リークが確認できるまで繰り返し、例えば、繰り返し注入５回目でリークが確認されたものを「耐リーク性（回）５」とした。なお、繰り返し注入は最大２５回まで実施し、２５回でリークが確認されないものは「耐リーク性＞２５」とした。
【００２０】
最初に、出口側邪魔板４０の先端部から樹脂層部９の裏面までの距離Ｘについて検討した。結果表１および表２に示す。この結果から、距離Ｘが５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下であり、かつ、０ｍｍではない、すなわち出口側邪魔板の先端が樹脂層部に接触または進入していない場合が、高い耐リーク性を示すことが確認された。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
次に、入口側および出口側邪魔板の開き角度について検討した。この場合には、入口側および出口側の邪魔板が同じ角度のもの、すなちわ、４８゜、１００゜３６０゜の３種のものを用いて、入口側及び出口側での耐リーク性を調べた。結果を表３および表４に示す。この結果から、入口側邪魔板３０は開き角度が大きい方が、また、出口側邪魔板４０は開き角度が小さい方が、それぞれ耐リーク性が高いことを確認した。なお、ここでは、入口側邪魔板３０および出口側邪魔板４０の先端部からそれぞれの樹脂層部９の裏面までの距離は変化させなかった。
【００２４】
【表３】

【００２５】
【表４】

【００２６】
上記の実験結果から、本発明による中空糸膜型モジュール、すなわち、入口側邪魔板３０の先端および出口側邪魔板４０の先端と、対応する樹脂層部９の裏面との間には隙間が設けてあり、かつ、出口側邪魔板４０の周方向の開き角度は入口側邪魔板４０の周方向の開き角度よりも小さくされている中空糸膜型モジュールは、中空糸膜の破損に対して高い安全性を示すこと、なかでも、出口側邪魔板４０の先端と樹脂層部の裏面との隙間Ｘが０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍ、より好ましくは０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍである場合に一層高い耐破損性を示すことが確認できる。
次に、図５、図６に示した、入口側邪魔板３０および出口側邪魔板４０とが対称形のものについても、同様な耐リーク性試験を行った。その結果を表５に示す。
【００２７】
【表５】

【００２８】
上記の実験結果から、本発明品１、２に示すように、入口側邪魔板の先端および出口側邪魔板とを対称型とした場合でも、隙間Ｘを５ｍｍ以下、特に、０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍとした場合に、中空糸膜の破損に対して高い安全性を示すことが示される。なお、本発明品３は、入口側邪魔板と出口側邪魔板を非対称とした図１〜図４に示した形態の本発明による中空糸膜型モジュールの結果であり、中空糸膜の破損に対してより高い安全性を示している。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、中空糸膜型モジュールにおいて中空糸膜が破損する可能性を大きく低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中空糸膜型モジュールの断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図。
【図３】筒型ケーシングの左側面図。
【図４】筒型ケーシング２の右側面図。
【図５】本発明に係る中空糸膜型モジュールの他の形態を示す図２に相当する断面図。
【図６】図５に示す中空糸膜型モジュールにおける筒型ケーシングの図３および図４に相当する側面図である。
【図７】リークテストの方法を説明する図。
【符号の説明】
１、１Ａ…中空糸膜型モジュール、２…ケーシング、４…中空糸膜束、９…樹脂層部、１０…中空糸膜、１１…浄化処理液の入口、１２…浄化処理液の出口、３０…入口側邪魔板、４０…出口側邪魔板、Ｘ…邪魔板の先端部と樹脂層部の裏面との間の距離

Claims (8)

1. 両端を樹脂組成物で固定した樹脂層部を持つ中空糸膜束を収容した筒型ケーシングと、
   筒型ケーシングの両端部に取り付けられた被処理液の供給口または排出口となる接続口を備える閉塞蓋と、筒型ケーシングの両端部付近の外周面に形成した浄化処理液の入口および出口となる接続口と、筒型ケーシングの内周面における浄化処理液入口および浄化処理液出口に対応する位置に、内周面から隙間をおいて内周面にほぼ沿った曲率で形成された舌片状の入口側邪魔板と出口側邪魔板とを少なくとも備えた中空糸膜型モジュールにおいて、
   入口側邪魔板の先端および出口側邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との間には隙間が設けてあり、少なくとも出口側邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍであることを特徴とする中空糸膜型モジュール。
2. 出口側邪魔板の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜型モジュール。
3. 入口側邪魔板および出口側邪魔板双方の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、０ｍｍ＜Ｘ＜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜型モジュール。
4. 入口側邪魔板および出口側邪魔板双方の先端と、対応する樹脂層部の裏面との隙間Ｘは、０ｍｍ＜Ｘ≦２ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の中空糸膜型モジュール。
5. 出口側邪魔板の周方向の開き角度が入口側邪魔板の周方向の開き角度よりも小さくされていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の中空糸膜型モジュール。
6. 入口側邪魔板の周方向の開き角度が１００〜３６０度である請求項１ないし５いずれか記載の中空糸膜型モジュール。
7. 出口側邪魔板の周方向の開き角度が４８〜１００度である請求項１ないし５いずれか記載の中空糸膜型モジュール。
8. 入口側邪魔板および出口側邪魔板双方の開き角度が同じ開き角度であり、１００〜１５０度の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の中空糸膜型モジュール。

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