JPH09501605A - 熱作用で殺菌可能な巻回体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、有機ポリマー製濾過膜を有し、熱作用によって殺菌できクロス・フロー原理に基づき作動する巻回体モジュールに関する。この巻回体モジュールは、通液可能なコアパイプ（７）と、外側の保護スリーブ（１）とからなり、上記コアパイプと保護スリーブとの間には濾過膜（１０）及び補助要素（５、６）が設けてある。巻回体モジュールの材料（２、５、６、７及び１０）は、予収縮加工されている。保護スリーブ（１）は、熱可塑性第２ポリマー（４）を被覆した耐熱性で高強度の第１ポリマー（３）からなる。殺菌可能な巻回体モジュールは、微生物の分離または被濾過流体の再汚染の回避が対象である濾過プロセスのために、飲料分野、食品分野、薬品分野、実験分野及びバイオテクノロジーにおいて使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 熱作用で殺菌可能な巻回体モジュール 本発明は、有機ポリマー製濾過膜を有し、熱作用で殺菌可能で、クロス・フロ ー原理にもとづき使用される巻回体モジュールに関する。この巻回体モジュール は、中心の通液可能なコアパイプと、外側の支持スリーブとからなり、上記コア パイプと支持スリーブとの間に濾過膜および補助要素（例えば、スペーサ）が巻 回体として設けてある。 殺菌可能な濾過モジュールは、微生物の分離および被濾過流体の汚染回避が重 要である飲料分野、食品分野、薬品分野、実験分野およびバイオテクノロジィに おいて、濾過プロセスに必要である。濾過装置および濾過モジュールは、化学品 の作用によってまたは熱によって殺菌できる。化学品の使用には、一連の欠点（ 例えば、余分な濯ぎ操作、環境を破壊しないような残渣除去、化学作用による膜 および他のモジュール要素の損傷）が伴う。熱作用による殺菌の場合は、使用し た化学品を濾過装置およびモジュールから適切に洗流す必要はなく、残渣の問題 が避けられる。熱殺菌は、少なくとも８０℃の熱水を少なくとも３０分にわたっ て装置に供給することによってまたは１２１〜１４０℃の温度の過熱蒸気によっ て行う。過熱蒸気殺菌は、加圧下で、バッチ・オートクレーブにおいてまたはイ ン・ライン蒸気注入によって行う。熱水殺菌の場合は、概ね植物性のバクテリア 、酵母および真菌が死 滅されるが、確実な殺菌は達成されない。オートクレーブ内の殺菌の場合は、モ ジュールを取出して殺菌ずみの別の装置部材に接続する際に汚染の危険性があり 、従って、イン・ライン過熱蒸気殺菌が、好ましい殺菌法をなす。 クロス・フロー原理にもとづき使用されるすでに市販の巻回体モジュールは、 熱的に殺菌できない。この種の巻回体モジュールは、その構造および使用材料に もとづき、熱負荷および圧力負荷に耐えない。オートクレーブ処理、特に、イン ・ライン過熱蒸気殺菌において現れる最高１４０℃の温度および最大約４・１０⁵ Ｐａの圧力によって、有機ポリマーからなる巻回体の一連の構造材料に、部分 的に１０％を越える強い収縮が誘起され、他方では、巻回体モジュールの局部的 な半径方向伸びが誘起され、かくして、巻回体の非可逆の弛緩が誘起される。機 械的安定性のこのロスによって、巻回体のテレスコピックなずれが誘起される。 巻回体の半径方向伸びおよびテレスコピックなずれによって、モジュールのバイ パス形成、閉塞またはモジュール構造および膜の損傷が誘起される。 従って、本発明の課題は、有機ポリマー製濾過膜を有し、環境に負荷を与える ことなく殺菌でき、機械的に安定で、クロス・フロー原理にもとづき使用される 巻回体モジュールを創成することにある。 この課題は、１４０℃以下の温度の熱作用によって巻回体モジュールを殺菌し 、収縮が所定値を越えない有機ポ リマー材料を巻回体モジュールの構成のために使用し、強度および抵抗力の大き い保護スリーブを巻回体モジュールに設けることによって、解決される。殺菌温 度の作用時に、巻回体モジュールの構成材料の長さ方向、巾方向または厚さ方向 の収縮が４％を越える場合は、巻回体モジュールに組込む前に上記構成材料を熱 処理する。熱処理は、乾燥器またはオートクレーブ内で、８０〜１２０℃の温度 において、所定の最大収縮の達成に十分な期間にわたって行う。期間は、一般に 、４〜８時間である。この操作の場合、巻回体モジュールの組込時に、熱殺菌時 の温度において巻回体モジュールの破壊を招く大きい収縮を受けることのないよ う、材料を予収縮させる。 材料の最大収縮は、４％（好ましくは、２％）を越えてはならない。材料組成 に依存して、中心のコアパイプ、スペーサ、保護スリーブを構成するヤーン、織 物または偏平材料を熱処理する。保護スリーブは、ヤーン巻回体、巻いた織物ま たは巻いた偏平材料として構成され、この場合、ヤーン、織物および偏平材料は 、熱可塑性第２ポリマーを被覆した耐熱性で高強度の第１ポリマーからなる。耐 熱性で高強度の第１ポリマーにもとづき、巻回体モジュールは、殺菌時に現れる 高温および高運転圧の作用時にも形状不変であり、巻回体の半径方向伸びおよび テレスコピックなずれが阻止される。第１ポリマーを被覆する熱可塑性第２ポリ マーは、その化学的安定性にもとづき、浸食性媒体（特に、酸およびアルカリ） と機械的強度の担体で ある第１ポリマーとの接触を阻止することを意図する。他方、巻回体モジュール の使用時間は、高強度の第１ポリマーの早期の老化・分解現象によって著しく減 少されることになる。更に、熱可塑性第２ポリマーにもとづき、熱可塑性第２ポ リマーを熔融することによって、接着剤を使用することなく、外側の保護スリー ブを巻回体モジュールに溶接できる。外側の保護スリーブの固定のために接着剤 を回避することによって、被濾過流体が接着剤の分解に帰因する異物で汚染され るのが排除される。 保護スリーブを構成する材料において、第２ポリマー被覆層を含む第１ポリマ ーの材料厚と第１ポリマー厚との比は２：１〜５：１とする。耐熱性で高強度の 第１ポリマーからなる芯を含むヤーン巻回体または織物の場合、芯の径と全ヤー ンの径との比は１：２〜１：５とするのが好ましい。耐熱性で高強度の第１ポリ マーは、ポリエステル、好ましくは、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブ チレンテレフチレートであってよく、耐熱性第２ポリマーは、ポリアルケン、好 ましくは、ポリプロピレンまたはポリ（４−メチル−１−ペンテン）であってよ い。 本発明に係る巻回体モジュールは、オートクレーブまたはイン・ラインにおい て過熱蒸気によって殺菌される。上記巻回体モジュールは、１２１℃または１３ ４℃において３０分間の３０回以上の殺菌サイクル後にも、機械的に安定で緻密 であり、完全に機能でき、更に使用できる。１２１℃を越える温度におけるイン ・ライン過熱蒸気殺菌が必 要な場合は、化学的に安定で熱可塑性の第２ポリマーとして、ポリプロピレンま たはポリ（４−メチル−１−ペンテン)、好ましくはポリ（４−メチル−１−ペ ンテン）を使用する。 溶接は、全表面にわたって環状にまたは巻回体モジュールに沿って横方向シー ムの形で行うことができる。ヤーン巻回体の場合、モジュール構造および運転中 の負荷に依存して、巻回体端部にヤーンを溶接すれば十分である。 巻回体は、巻回操作中、一定の力作用によって巻かれるので、全モジュールに わたって、ほぼ一定巾の濾液流路およびオーバフロー間隙が生ずる。ヤーン巻回 体の設置時に力作用を変更することによって、巻回体モジュールの所定の範囲に おいても、巻回体モジュールに対する外側保護スリーブの押圧力を変化させるこ とができる。かくして、周期的に僅かに狭搾または拡大するオーバフロー間隙を 有し、閉塞傾向が減少されるので巻回体モジュールの濾過能および寿命にプラス に作用する部分を形成できる。更に、形状安定性の確保のために、巻回体モジュ ールのうち半径方向伸び力が特に大きいような範囲にヤーン巻回体を設置する際 にヤーン・プレストレスを増大するおよび／または上記巻回体を多重に巻くこと ができる。巻回体モジュールの外側保護スリーブを形成する設置材料に対する力 作用を変更することによってまたは複数の材料層を設置することによって、巻回 体モジュールの周面の公差および円に対する周面の誤差を補償できる。こ のような公差は、実際に、巻回体モジュールの構成のために厚さの異なる出発材 料を使用する場合に特に現れる。公差は、例えば、使用した濾過膜または補助手 段（例えば、スペーサまたは濾液捕集部）の異なる材料厚さによって惹起される 。 最適な巻回張力の測定は、発明活動を必要とせず、手工業的能力の枠内におい て実施できる。本発明に係る巻回体モジュールは、限外濾過モジュールとしても ミクロ濾過モジュールとしても作製できる。本発明に係る限外濾過用巻回体モジ ュールの場合、セルロース、セルロース誘導体、ポリスルホンおよびポリエーテ ルスルホンからなるグループから選択した材料からなる限外濾過膜を使用する。 本発明に係るミクロ濾過用巻回体モジュールの場合、セルロースエステル、水 和セルロース、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリハロゲ ン化ビニリデン、ポリテトラフルオルエチレンからなるグループから選択した材 料またはポリプロピレンからなるミクロ濾過膜を使用する。より高度の濾過確実 性および無菌性を確保するため、膜を補強された膜として使用するのが好ましい 。 添付の図面（図１）に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。 添付の図面（図１）は、外側保護スリーブとしてのヤーン巻回体を含む巻回体 モジュールの縦断面図である。 外側保護スリーブ１は、力作用可変のラセン状または十字状ヤーン巻回体とし て巻回体モジュールの巻の外側範囲に設置されている。ヤーン２は、ポリ（４− メチル−１−ペンテン）またはポリプロピレンからなるポリアルケン４を被覆し たポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートからなるポリ エステル芯３を有する。芯の径は０.４ｍｍであり、全ヤーンの径は０.８〜２ｍ ｍである。ヤーン巻回体は、熱作用によって、ヤーンのポリアルケン被覆層上に 融着され、巻回体を囲む。この巻回体は、ポリプロピレンまたはポリ（４−メチ ル−１−ペンテン）からなる織物から構成した濾液捕集部５を含み、ポリプロピ レンまたはポリ（４−メチル−１−ペンテン）からなる織物または押出加工した ネットから構成したスペーサ６によって囲まれた膜サックのユニットからなる。 上記ユニットは、例えば、ポリアルケン、好ましくは、ポリプロピレンまたはポ リ（４−メチル−１−ペンテン）からなる中心のコアパイプ７のまわりに巻かれ ている。濾液捕集部５は、濾液を排出するための濾液流路を形成し、他方、スペ ーサ６は、濾過すべき流体のオーバフロー間隙９を形成する。膜サックの膜１０ は、補強側１１が濾液流路８に向き非補強側がオーバフロー間隙９に向く補強さ れた膜から構成するのが好ましい。濾過すべき流体は、オーバフロー間隙９を介 して膜１０を越えて接線方向へ流れる。膜を透過した濾液は、濾液流路８を介し てコアパイプ７に導かれ、次いで、排出される。 実施例１ 径０.４ｍｍのポリブチレンテレフタレート製芯および巻回体の全周面にわた って溶接した径１.２ｍｍのポリ（４−メチル−１−ペンテン）製被覆層からな るヤーンを含むヤーン巻回体としての保護スリーブと、ポリプロピレン製フリー スで補強した０.２μｍのポリエーテルスルホン製膜と、濾液捕集部としての厚 さ６・１０⁴ｍ（６００μｍ）のポリプロピレン織物と、スペーサとしての厚さ １.０５・１０^-3ｍ（１０５０μｍ）の押出加工したポリプロピレン製ネットと 、孔を加工したポリプロピレン製コアパイプとからなり、ヤーン巻回体のヤーン を除いた上記材料を１１０℃において６時間にわたってオートクレーブ処理によ って予収縮させた、面積５ｍ²のミクロ濾過巻回体モジュールをオートクレーブ 内で１４０℃の温度において３０分間にわたって殺菌した。２０サイクル後、巻 回体モジュールは、変形現象を示さなかった。巻回体モジュールの性能データを 以下に示す。 実施例２ 実施例１と同様の濾過面積５ｍ²のミクロ濾過巻回体モジュールをイン・ライ ンで１３４℃の温度の加熱蒸気によって３０分の時間にわたって殺菌した。３０ サイクル後、巻回体モジュールは、変形現象を示さなかった。巻回体モジュール の性能データを以下に示す。 実施例３ 実施例１と同様であるが、ポリプロピレン製フリースで補強したカット・オフ が３０００００Ｄａｌｔｏｎのポリエーテルスルホン製膜と第２ポリマーとして のポリプロピレンとを含む濾過面積５ｍ²の限外濾過巻回体モジュールをイン・ ラインで１２１℃の加熱蒸気によって３０分の時間にわたって殺菌した。３０サ イクル後、巻回体モジュールは、変形現象を示さなかった。巻回体モジュールの 性能データを 以下に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中心の通液可能なコアパイプと、外側の支持スリーブとからなり、上記コア パイプと支持スリーブとの間に有機ポリマー製濾過膜および補助要素を設けた形 式のクロス・フロー原理にもとづき使用される巻回体モジュールにおいて、巻回 体モジュールが、熱作用によって殺菌でき、巻回体モジュールの材料が、殺菌時 に、４％以下の収縮を示し、保護スリーブが、熱可塑性第２ポリマーを被覆した 耐熱性で高強度の第１ポリマーからなることを特徴とする巻回体モジュール。 ２．巻回体モジュールが、オートクレーブで１４０℃以下の温度において殺菌で きることを特徴とする請求のは第１項記載の巻回体モジュール。 ３．巻回体モジュールが、イン・ラインで１４０℃以下の温度の加熱蒸気によっ て殺菌できることを特徴とする請求の範囲第１項記載の巻回体モジュール。 ４．巻回体モジュールの材料が、殺菌温度において４％を越える収縮を示す場合 は、上記材料を予収縮処理することを特徴とする請求の範囲第１項記載の巻回体 モジュール。 ５．巻回体モジュールが、セルロースエステル、水和セルロース、ポリアミド、 ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリハロゲン化ビニリデンからなるグル ープから選択した材料またはポリテトラフルオルエチレンからなるミクロ濾過膜 を有するミクロ濾過用巻回体 モジュールであることを特徴とする請求の範囲第１〜４項記載の巻回体モジュー ル。 ６．巻回体モジュールが、セルロース、セルロース誘導体、ポリスルホンおよび ポリエーテルスルホンからなるグループから選択した材料からなる限外濾過膜を 有する限外濾過用巻回体モジュールであることを特徴とする請求の範囲第１〜４ 項記載の巻回体モジュール。 ７．ミクロ濾過膜が、ポリプロピレンからなり、巻回体モジュールが、オートク レーブ内でまたはイン・ラインで１２１℃以下の温度の加熱蒸気によって殺菌で きることを特徴とする請求の範囲第１項記載の巻回体モジュール。 ８．保護スリーブが、ヤーン巻回体、織物または偏平な材料として構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の巻回体モジュール。 ９．第１ポリマーが、ポリエステルであり、第２ポリマーが、ポリアルケンであ ることを特徴とする請求の範囲第１項および第８項記載の巻回体モジュール。 １０．第１ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリ２ブチレンテレ フタレートであり、第２ポリマーが、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）である ことを特徴とする請求の範囲第９項記載の巻回体モジュール。 １１．第１ポリマーが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフ タレートであり、第２ポリマーが、ポリプロピレンであることを特徴とする請求 の範囲第 １項、第７項、第８項および第９項記載の巻回体モジュール。 １２．保護スリーブが、ヤーン巻回体であり、オーバフロー間隙を周期的に狭搾 または拡張するため、ヤーンが、所定範囲において、異なる力作用によって巻回 体のまわりに巻かれていることを特徴とする請求の範囲第１〜１１項記載の巻回 体モジュール。 １３．保護スリーブが、ヤーン巻回体であり、半径方向伸びが大きい範囲におい ても巻回体モジュールの形状安定性を確保するため、ヤーンが、所定範囲におい て巻回体のまわりにより大きい力作用によっておよび／または多重に巻かれてい ることを特徴とする請求の範囲第１〜１１項記載の巻回体モジュール。