JP7232179B2 - 中空糸膜束の透過特性を決定する方法 - Google Patents
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Description
・第1の端部及び第2の端部を有する複数の中空糸膜を含む中空糸膜束を設けるステップであって、中空糸膜のルーメンは、中空糸膜束の第1の端部では末端が開口され、より詳細には透液性であり、中空糸膜束の第2の端部では末端が閉鎖され、より詳細には液密であるように、中空糸膜束を設けるステップと、
・第1の端部及び第2の端部を有して中空糸膜束を受けるためのハウジングを設けるステップであって、第1の端部が少なくとも1つの液体入口を有するように上記ハウジングを設けるステップと、
・中空糸膜の末端が開口したルーメンを有する中空繊維束の第1の端部が、ハウジングの第1の端部にて少なくとも1つの液体入口に向かって配向されるように、中空繊維束をハウジングに導入するステップと、
・中空糸膜束の透過特性を決定するステップと、
を含む。
・第1の端部及び第2の端部を有する複数の中空糸膜を含む中空糸膜束を設けるステップであって、中空糸膜のルーメンは、中空糸膜束の第1の端部では末端が開口され、より詳細には透液性であり、中空糸膜束の第2の端部では末端が閉鎖され、より詳細には液密であるように、中空糸膜束を設けるステップと、
・第1の端部及び第2の端部を有して中空糸膜束を受けるためのハウジングを設けるステップであって、第1の端部が少なくとも1つの液体入口を有するように上記ハウジングを設けるステップと、
・中空糸膜の末端が開口したルーメンを有する中空繊維束の第1の端部は、ハウジングの第1の端部にて少なくとも1つの液体入口に向かって配向されるように、中空繊維束をハウジングに導入するステップと、
・中空糸膜束の少なくとも小領域(222、322)内の中空糸膜束を圧縮する、より詳細には中空糸膜束の第1の端部に隣接する中空糸膜束の小領域を圧縮するための少なくとも1つの圧縮装置(204、340、450、451、460、461)を設けるステップと、
・少なくとも1つの液体出口(204、340、440)を設けるステップと、
・少なくとも1つの試験液を供給するステップと、
・ハウジング(101、201、301、401)の第1の端部にて少なくとも1つの液体入口(212、312、412)を通ってハウジング及び/又は中空糸膜束及び/又は中空糸膜(420、421)の内部に少なくとも1つの試験液を流入させるステップと、
・中空糸膜束(222、322)の少なくとも小領域内の中空糸膜束を圧縮する、より詳細には中空糸膜束の第1の端部に隣接する中空糸膜束の小領域を少なくとも1つの圧縮装置(203、340、450、451、460、461)によって圧縮するステップと、
・少なくとも1つの測定値を記録することによって、より詳細には少なくとも1つの液体出口にて少なくとも1つの試験液の出現量を測定することによって中空糸膜の限外濾過率及び/又は限外濾過係数を決定するステップと、
を含む。
・第1の端部及び第2の端部を有する複数の中空糸膜を含む中空糸膜束を設けるステップであって、中空糸膜のルーメンは、中空糸膜束の第1の端部では末端が開口され、より詳細には透液性であり、中空糸膜束の第2の端部では末端が閉鎖され、より詳細には液密であるように、中空糸膜束を設けるステップと、
・第1の端部及び第2の端部を有して中空糸膜束を受けるためのハウジングを設けるステップであって、第1の端部が少なくとも1つの液体入口を有するように上記ハウジングを設けるステップと、
・中空糸膜の末端が開口したルーメンを有する中空繊維束の第1の端部は、ハウジングの第1の端部にて少なくとも1つの液体入口に向かって配向されるように、中空繊維束をハウジングに導入するステップと、
・中空糸膜束の少なくとも小領域(222、322)内の中空糸膜束を圧縮する、より詳細には中空糸膜束の第1の端部に隣接する中空糸膜束の小領域を圧縮するための少なくとも1つの圧縮装置(204、340、450、451、460、461)を設けるステップと、
・少なくとも1つの液体出口(204、340、440)を設けるステップと、
・少なくとも1つの試験液を供給するステップと、
・ハウジング(101、201、301、401)の第1の端部にて少なくとも1つの液体入口(212、312、412)を通ってハウジング及び/又は中空糸膜束及び/又は中空糸膜(420、421)の内部に少なくとも1つの試験液を流入させるステップと、
・中空糸膜束(222、322)の少なくとも小領域内の中空糸膜束を圧縮する、より詳細には中空糸膜束の第1の端部に隣接する中空糸膜束の小領域を少なくとも1つの圧縮装置(203、340、450、451、460、461)によって圧縮するステップと、
・少なくとも1つの測定値を記録することによって、より詳細には少なくとも1つの液体出口にて少なくとも1つの試験液の出現量を測定することによって中空糸膜の限外濾過率及び/又は限外濾過係数を決定するステップと、
から成る。
d(fibre)は、応力を受けない中空糸膜の平均外径であり、
d(filter)は、ハウジングの内径であり、
nは、ハウジング内の中空糸膜の数である。「応力を受けない中空糸膜」という用語は、個々の自由な中空糸膜を指す。ハウジングにおいて、中空糸膜は、変形することができ、すなわち、圧縮作用によって課せられた応力を受けて変形断面を呈する場合がある。より詳細には、その結果として100%よりも大きい充填密度が得られる場合がある。しかしながら、充填密度は、応力を受けない中空糸膜の直径に基づいて常に計算される。
・試験液を受けるための少なくとも1つのリザーバと、
・第1の端部と中空糸膜束を受けるための第2の端部とを有するハウジングであって、ハウジングの第1の端部が少なくとも1つの液体入口を有する、ハウジングと、
・少なくとも1つの試験液を少なくとも1つのリザーバからハウジング及び/又は中空糸膜束及び/又は中空糸膜の内部に供給するための少なくとも1つの連通装置、より詳細にはポンプ送給手段と、
・中空糸膜束の少なくとも小領域を圧縮するための少なくとも1つ圧縮装置と、
・少なくとも1つの液体出口と、
・1又は2以上の液体出口にて透過特性、より詳細には限外濾過率及び/又は限外濾過係数を時間依存的に測定する手段と、
を備える。
(a)中空糸膜フィルタモジュールを形成するように想定された中空糸膜の少なくとも1つの透過特性、より詳細には限外濾過率及び/又は限外濾過係数についての1又は2以上の値の範囲を定めるステップと、
(b)ステップ(a)において定められた値の範囲を使用して、少なくとも1つの透過特性又は2又は3以上の透過特性を有する中空糸膜を形成するための1又は2以上の製造パラメータを選択するステップと、
(c)ステップ(b)において選択された1又は2以上の製造パラメータに従って紡糸プロセスによって中空糸膜を形成するステップと、
(d)結果として得られた中空糸膜を中空糸膜束に結束するステップと、
(e)1又は2以上の透過特性、より詳細には
本発明の第1の態様の実施形態に従って中空糸膜の限外濾過率及び/又は限外濾過係数を決定する本発明の第1の態様の実施形態による方法を実施するステップと、
(f)1又は2以上の透過特性がステップ(a)において定められた値の範囲内にあることが確定されると中空糸膜束を用いてフィルタモジュールを作製するステップと、
を含む。
図1は、中空糸膜又は中空糸膜束の限外濾過率及び/又は限外濾過係数を決定するための発明装置の概略図である。測定装置(100)は、測定チャンバ(101)、試験液として使用するため37℃の温度調整蒸留水を収容する水槽(102)、測定チャンバ(101)に水をポンプ送給するポンプ(103)、流量計(104)及び圧力センサー(105)を有する。ポンプは、装置(100)に流入する水が200mbarの一定の進入圧力を有するように閉ループ制御される。供給される水の量は、流量計(104)を使用して常時定量化される。
・ハウジング(201)
・ハウジングスリーブ(202)
・受け部(203)
・液体出口(204)
・マンドレル(205)
・シール(206)
・ガス出口(207)
・孔円(208)として設計されたガス入口
・更なる液体出口(209)
・受け部(210)の床部
・中空糸膜束(220)
・中空糸膜束(221)の非圧縮部分
・中空糸膜束(222)の圧縮部分
・液体入口(212)
・ハウジング(301)
・ハウジングスリーブ(302)
・受け部(303)
・液体出口(340)
・液体出口(341)の第1の端部
・液体出口(342)の第2の端部
・シール(306)
・ガス出口(307)
・ガス入口(308)
・更なる液体出口(309)
・受け部(310)の床部
・中空糸膜束(320)
・中空糸膜束(321)の非圧縮部分
・中空糸膜束(322)の圧縮部分
・液体入口(312)
・ハウジング(401)
・液体出口(440)
・更なる液体出口(409)
・液体入口(412)
・中空糸膜(420、421)
・中空糸膜(422)の液密閉鎖端
・第1の圧縮装置(450)
・第2の圧縮装置(451)
・第3の圧縮装置(460)
・第4の圧縮装置(461)
ここで、実施例を参照して本発明の方法を説明するが、但し、この実施例に限定されるものではない。水槽(102)を蒸留水で満たし、温度を37°Cに調整した。試験される繊維束を、約300°Cでホットプレート上のアルミ箔によって片側で溶融閉鎖する。このように処理した中空糸膜束(220、320)をハウジングスリーブ(201、301)に押し込める。次に、ハウジングスリーブ(201、301)を受け部(202、303)に導入する。マンドレルを取り囲むスリーブ(204、340)と共に、マンドレル(205)は、進む限りは繊維束(220、320)内に押し込む。その後、マンドレル(205)を引き抜き、スリーブ(340)が束の内側に残る。
中空糸膜束を最初にポッティングしてフィルタモジュールに組み込むことを必要とせずに、限外濾過率を、試験される中空糸繊維膜束(220、320)上で直接測定する。フィルタモジュールに存在するポッティング式カプセル化に対する代替形態により、極めて強力な流れ抵抗が、中空糸膜間の隙間に生成される。これによって、ハウジング(222、322)内の中空糸膜束の圧縮部分に対応するこの流れ抵抗の領域において流れが大部分は停止する。このように生成された流れ抵抗は、中空糸膜間の液体の流れを停止することによって、そうでない場合の通常のポッティング式カプセル化と同じ効果をもたらすが、末端が開口した中空糸膜を流入液体がアクセス可能にして残し、これにより液体は、中空糸膜束のルーメンに流入することができるようになる。
Claims (21)
- 中空糸膜の限外濾過率および/又は限外濾過係数を決定する方法であって、
(a)第1の端部及び第2の端部を有する複数の中空糸膜(420、421)を含む中空糸膜束(220、320)を設けるステップであって、前記中空糸膜のルーメンは、前記中空糸膜束の第1の端部では末端が開口され、前記中空糸膜束の第2の端部では末端が閉鎖されるように、前記中空糸膜束(220、320)を設けるステップと、
(b)第1の端部及び第2の端部を有して前記中空糸膜束を受けるためのハウジング(101、201、301、401)を設けるステップであって、前記第1の端部が少なくとも1つの液体入口(212、312)を有するように、前記ハウジング(101、201、301、401)を設けるステップと、
(c)前記中空糸膜(420、421)の末端が開口した前記ルーメンを有する前記中空糸膜束(220、320)の前記第1の端部は、前記ハウジング(101、201、301、401)の前記第1の端部にて、前記少なくとも1つの液体入口(212、312)に向かって配向されるように、前記中空糸膜束(220、320)を前記ハウジング(101、201、301、401)に導入するステップと、
(d)前記中空糸膜(420、421)の透過特性を決定するステップと、
(e)前記中空糸膜束の少なくとも小領域(222、322)内の前記中空糸膜束を圧縮するための少なくとも1つの圧縮装置(450、451、460、461)を設けるステップと、
(f)少なくとも1つの液体出口(204、340、440)を設けるステップと、
(g)少なくとも1つの試験液を供給するステップと、
(h)前記ハウジング(101、201、301、401)の前記第1の端部にて前記少なくとも1つの液体入口(212、312、412)を通って前記ハウジング及び/又は前記中空糸膜束及び/又は前記中空糸膜(420、421)の内部に前記少なくとも1つの試験液を流入させるステップと、
(i)前記中空糸膜束の少なくとも小領域(222、322)内の前記中空糸膜束を圧縮するステップと、を含み、
前記ステップ(d)において
前記中空糸膜の前記限外濾過率及び/又は前記限外濾過係数は、少なくとも1つの測定値を記録することによって決定される、
ことを特徴とする方法。 - (j)前記ハウジングの少なくとも1つの液体入口(212、312、412)を通って前記ハウジング(101、210、301、401)に前記少なくとも1つの試験液を流入させる前記ステップ中に、1又は2以上の液体出口(204、340、440)にて測定値を繰り返し記録するか又は測定値軌跡を連続的に記録するステップによって特徴付けられる、
請求項1に記載の方法。 - 前記中空糸膜束の前記圧縮小領域(222、322)は、前記中空糸膜間の流入する前記試験液の液体流が本質的に妨げられるように圧縮状態にある、
請求項1または2に記載の方法。 - 前記中空糸膜束の前記圧縮小領域(222、322)内の前記中空糸膜の充填密度は、80%を超えて150%までである、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記中空糸膜束の圧縮は、前記少なくとも1つの圧縮装置(460、461)を前記中空糸膜束の内部に導入することによって、及び/又は前記少なくとも1つの圧縮装置による前記中空糸膜束の外側への力の印加によって行われる、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記中空糸膜束の非圧縮小領域(221、321)内の前記中空糸膜の充填密度は、70%未満である、
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記中空糸膜束の圧縮された部分における漏液は、前記ハウジング上の少なくとも1つの更なる液体出口(209、309、409)を通って前記ハウジングの外に排出される、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの液体出口(204、340、440)は、前記ハウジングの構成要素であるか、又は前記少なくとも1つの圧縮装置の構成要素である、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。 - 前記圧縮小領域内の前記中空糸膜束の圧縮は、少なくとも2つの圧縮装置(450、451、460、461)によって行われる、
請求項7に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの更なる液体出口(409)は、前記少なくとも2つの圧縮装置間で生じる何らかの漏液が排出されるように前記ハウジング上に取り付けられる、
請求項9に記載の方法。 - 前記ハウジング及び/又は前記少なくとも1つの圧縮装置上に少なくとも1つのガス入口(208、308)及び少なくとも1つのガス出口(207、307)が更に存在する、
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。 - ガスが、前記少なくとも1つのガス入口(208、308)を通って流入し、流入した前記ガスは、前記中空糸膜束の前記中空糸膜間の隙間を通って流れ、任意選択的に前記少なくとも1つのガス出口を少なくとも部分的に通って前記中空糸膜束の前記中空糸膜間の前記隙間から再度流出することができる、
請求項11に記載の方法。 - 流入する前記少なくとも1つの試験液は、50mbar~500mbarの入口圧力で前記ハウジング(101、201、301)及び/又は前記中空糸膜束(220、320)の内部に送り込まれる、
請求項1ないし12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記中空糸膜のルーメン内の前記試験液の圧力は、前記中空糸膜の全長に沿った前記少なくとも1つの試験液の前記入口圧力に相当する、
請求項13に記載の方法。 - 少なくとも第1の液体出口(209、309、409)の下流側で前記中空糸膜束の前記中空糸膜間の隙間に存在する前記試験液は、本質的に、前記中空糸膜の前記ルーメンを出て前記中空糸膜を通過した試験液である、
請求項1ないし14のいずれか1項に記載の方法。 - 前記中空糸膜束のそれぞれが注型用樹脂の中にポッティングされていない、
請求項1ないし15のいずれか1項に記載の方法。 - 請求項1ないし16のいずれか1項に記載の方法を実行する装置であって、
(a)少なくとも1つの試験液を受けるための少なくとも1つのリザーバ(102)と、
(b)第1の端部と中空糸膜束を受けるための第2の端部とを有するハウジング(101)であって、前記ハウジングの前記第1の端部が少なくとも1つの液体入口(212、312、412)を有する、ハウジング(101)と、
(c)前記少なくとも1つの試験液を前記少なくとも1つのリザーバから前記ハウジング(101、201、301)及び/又は前記中空糸膜束(220、320)/中空糸膜の内部に供給するためのポンプ送給手段(104)を有する少なくとも1つの連通装置と、
(d)前記中空糸膜束の少なくとも小領域(222、322)を圧縮するための少なくとも1つの圧縮装置(450、451、460、461)と、
(e)少なくとも1つの液体出口(204、340、440)と、
(f)1又は2以上の液体出口(204、340、440)にて透過特性を時間依存的に測定する手段と、を備えている、
装置。 - 前記装置は、前記ハウジングの1又は2以上の液体入口における圧力を決定する手段を更に備えている、
請求項17に記載の装置。 - 前記装置は、少なくとも1つのガス入口(208、308)及び少なくとも1つのガス出口(207、307)を備える、
請求項17または18に記載の装置。 - 中空糸膜フィルタモジュールを形成する方法であって、
(a)中空糸膜フィルタモジュールを形成するように想定された中空糸膜の限外濾過率及び限外濾過係数の少なくとも1つを含む透過特性についての1又は2以上の値の範囲を定めるステップと、
(b)ステップ(a)において定められた前記値の範囲を用いて、前記少なくとも1つの透過特性又は前記2又は3以上の透過特性を有する中空糸膜を形成するための1又は2以上の製造パラメータを選択するステップと、
(c)ステップ(b)において選択された前記1又は2以上の製造パラメータに従って紡糸プロセスによって中空糸膜を形成するステップと、
(d)結果として得られた前記中空糸膜を中空糸膜束に結束するステップと、
(e)請求項1~16のうちの何れか1項に記載の中空糸膜の限外濾過率及び/又は限外濾過係数を決定する方法を実施するステップと、
(f)前記1又は2以上の透過特性がステップ(a)において定められた前記値の範囲内にあることが確定されると前記中空糸膜束を用いて中空糸膜フィルタモジュールを作製するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。 - 形成された前記中空糸膜の前記1又は2以上の透過特性が、ステップ(a)において定められた前記1又は2以上の値の範囲内に入らないことが分かった場合に、ステップ(b)からの前記少なくとも1又は2以上の選択された製造パラメータを適合させて、前記製造パラメータを適合させるステップに従って、形成された前記中空糸膜の透過特性が、ステップ(a)において定められた前記値の範囲に戻るようにするステップによって特徴付けられる、
請求項20に記載の中空糸膜フィルタモジュールを形成する方法。
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