JPWO2013146821A1 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

食品、医薬品の分離、精製および連続発酵プロセスにも好適に用いることができる、優良な蒸気滅菌性を有する中空糸膜モジュールを提供すること。筒状をなし、壁面に壁面通液口を有する筒状ケースと、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、中空糸膜束を保持するとともに、筒状ケースの内部で保持される集束部材と、筒状をなし、筒状ケースと中空糸膜束との間に設けられて集束部材と連結し、外周面が壁面通液口に対向する整流筒と、を備え、集束部材、筒状ケース、整流筒で囲まれてなる第１の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たす。

Description

本発明は医薬品、食品の精製、連続発酵プロセスなどに用いられる、蒸気滅菌処理が可能な中空糸膜モジュールに関するものである。

従来、液体の精製などに用いられる中空糸膜は、平膜などの他の様式の膜と比較して、単位体積あたりの濾過面積を広くとれることで知られており、水処理用途のみならず、人工腎臓や食品、医薬品の分離、精製など、さまざまな分野において広く濾過手段として用いられている。中空糸膜は通常、容器内に収められて集束、固定された中空糸膜モジュールとして用いられる。

ここで、原液が医薬品、食品、連続発酵プロセスなどの溶液の場合、濾過・精製により得られる有価物はより高純度であることが要求される。そのため、使用される中空糸膜モジュール内には雑菌がいない状態での使用が開始されることが望まれる。殺菌であれば温水殺菌などの手段でよいが、有価物がより高純度であることを要求されるのであれば滅菌が必要であり、中空糸膜モジュールの滅菌方法としては、通常γ線滅菌処理などが行われてきた。しかしながら大量の液処理を行いたい場合、つまり大きな中空糸膜モジュールが用いられる場合においては、蒸気滅菌が好適に用いられる。

蒸気滅菌は、中空糸膜モジュール内に加圧した水蒸気を導入して行われる。このとき肝要なのは、滅菌すべき箇所に蒸気がきちんと接触することである。さらに、蒸気滅菌を行う際には、通常１２１℃以上まで中空糸膜モジュールが加熱されるため、蒸気滅菌の対象である中空糸膜モジュールそのものの耐熱性を十分に確保することも重要である。特許文献１は、耐熱性向上を意図したカートリッジ式の中空糸膜モジュールに関する公知例である。特許文献１が開示する中空糸膜モジュールは、熱による破損が特におきやすい集束部材をわざとケースと接着させないようにして、熱膨張、収縮で生じる応力を集束部材の外に逃がし、破損を抑制したものである。

また、原液が医薬品、食品、連続発酵プロセスなどの溶液の場合は、通常の水処理用途と比較して、原液中の濁質が多く含まれる場合も考慮すべきである。濁質を多く含む原液の濾過には、クロスフロー運転が可能な形式の中空糸膜モジュールを用いることが好ましいが、このとき中空糸膜モジュール内に整流筒と呼ばれる部材を設けると、中空糸膜モジュール内での偏流がおきにくくなる、膜切れを防止できる（例えば、特許文献２を参照）。

特許第４８０８２６１号公報 特公平７−７９９５３号公報

ここで、特許文献１が開示する中空糸膜モジュールは、前述の整流筒が設けられていないため、濁質が多く含まれる原液を長期的に通液し続けると、中空糸膜モジュール内で偏流が発生しやすくなり、濁質がモジュール内に体積しやすくなる懸念があるため好ましくない。

また、特許文献１が開示する中空糸膜モジュール内に整流筒を設けた場合や、特許文献２の場合、整流筒の整流作用が発現するように整流筒を設けると、中空糸膜モジュール内には、容器の内部壁面と整流筒との間に狭い隙間が形成される。中空糸膜モジュール内に狭い隙間、特に入り口が狭く奥行きのある袋路が形成されると、蒸気滅菌時に袋路内に空気が滞留し、蒸気が袋路の最深部まで行き渡りにくくなってしまう。これにより、蒸気が行き渡りにくくなることで蒸気滅菌不良の懸念が高まることから、このような構造の中空糸膜モジュールは好ましくない。

本発明は、上述の種々の課題を解決し、食品、医薬品の分離、精製および連続発酵プロセスにも好適に用いることができる、繰り返しの蒸気滅菌処理への耐久性、優良な蒸気滅菌性を有する中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる中空糸膜モジュールは、筒状をなし、壁面に壁面通液口を有する筒状ケースと、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束を保持するとともに、前記筒状ケースの内部で保持される集束部材と、筒状をなし、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に設けられて前記集束部材と連結し、外周面が前記壁面通液口に対向する整流筒と、を備え、前記集束部材、前記筒状ケース、前記整流筒で囲まれてなる第１の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする。

また、本発明にかかる中空糸膜モジュールは、筒状をなし、壁面に壁面通液口を有する筒状ケースと、少なくとも複数の中空糸膜からなる中空糸膜束、前記中空糸膜束を保持する集束部材、および前記集束部材の外周を保持する筒状カートリッジヘッドを有する中空糸膜カートリッジと、筒状をなし、前記筒状ケースの内部で保持されるとともに、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に位置し、外周面が前記壁面通液口に対向する整流筒と、を備え、前記筒状ケースおよび前記整流筒で囲まれてなる第１の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする。

また、本発明にかかる中空糸膜モジュールは、上記の発明において、前記筒状ケースおよび前記整流筒の間に配設されるシール部材をさらに備え、前記シール部材、前記筒状ケースおよび前記整流筒によって形成される第２の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする。

また、本発明にかかる中空糸膜モジュールは、上記の発明において、前記集束部材の前記奥行きをなす側の端面は、前記壁面通液口の上端を通過する平面より下方に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、クロスフロー運転を行い、蒸気滅菌処理を伴う中空糸有機膜モジュールにおいて、蒸気滅菌不良の懸念を抑制した中空糸膜モジュールを得ることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる中空糸膜モジュールの一態様を示す部分断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる中空糸膜モジュールを構成する一部材である、整流筒の一態様を示す上面図および側面図である。 図３は、図１に示す中空糸膜モジュールの要部を拡大表記した図である。 図４は、本発明の実施の形態１の変形例１−１にかかる中空糸膜モジュールを示す部分断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例１−２にかかる中空糸膜モジュールの要部を拡大表記した図である。 図６は、本発明の実施の形態１の変形例１−３にかかる中空糸膜モジュールの要部を拡大表記した図である。 図７は、本発明の実施の形態２にかかる中空糸膜モジュールの構成を示した部分断面図である。 図８は、本発明の実施の形態２にかかる中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜カートリッジの一例を示した模式図である。 図９は、本発明の実施の形態２の変形例２−１にかかる中空糸膜モジュールを示す部分断面図である。 図１０は、本発明の実施例の指標菌含有糸の設置箇所を説明するための図である。 図１１は、本発明の実施例にかかる中空糸膜モジュールを作製する方法を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

（実施の形態１）
（中空糸膜モジュールの構成要件について）
図１は、本実施の形態１にかかる中空糸膜モジュール１の一態様を示す部分断面図である。図２は、本実施の形態１にかかる中空糸膜モジュール１を構成する一部材である、整流筒の一態様を示す上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。図３は、図１に示す中空糸膜モジュール１の要部を拡大表記した図である。本発明の中空糸膜モジュール１は、図１に示すように、筒状ケース１０と、筒状ケース１０の内部に配設される複数の中空糸膜（中空糸膜束２０）および整流筒３０を備えている。筒状ケース１０は、膜面に対して原液を平行に流すための通液口１１ａおよび濾過液を中空糸膜モジュール系外に排出するための通液口１１ｂと、筒状ケースの側面（壁面）に設けられた筒状ケース壁面通液口１２と、を有している。また、中空糸膜モジュール１は、中空糸膜の束（中空糸膜束２０）の外周に整流筒３０が、さらに整流筒３０の外周に筒状ケース１０の筒状ケース壁面通液口１２が位置する、すなわち、整流筒３０の外周面が筒状ケース壁面通液口１２に対向するように中空糸膜モジュール１が成型される。さらに、中空糸膜束２０は、中空糸膜束端部が閉塞するように設けられる閉塞端集束部材４０ａおよび中空糸膜束端部が開口するように設けられる開口端集束部材４０ｂからなる集束部材４０によって筒状ケース１０内に集束、保持される。

このような構造をとることにより、中空糸膜モジュール１内に液体が導入または排出されるとき、液体の偏流が抑制される。このとき、集束部材４０、筒状ケース１０の内周面および整流筒３０の外周面で囲まれてなる袋路Ｓ１（第１の袋路、図３参照）が、筒状ケース１０と整流筒３０の間の開口幅をＬ１［ｍｍ］、袋路Ｓ１の奥行きをＬ２［ｍｍ］としたときに、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことが本発明の中空糸膜モジュール１の特徴であり、Ｌ２／Ｌ１≦３．０とすることが好ましく、Ｌ２／Ｌ１≦１．５とすることがより好ましい。このような構造をとることにより、蒸気滅菌の際にも袋路Ｓ１の最深部まで水蒸気が行き渡るようになり、中空糸膜モジュール１内の蒸気滅菌性が良好となる。

筒状ケース１０を、クロスフロー濾過に好適に用いられる中空糸膜モジュール１の構成部材とするためには、膜面に対して原液を平行に流す（筒状の中心軸方向に原液を流す）ための、原液の供給口および排出口が必要となり、１次側は少なくとも２つ以上の通液口（通液口１１ａおよび筒状ケース壁面通液口１２）が必要となる。また、２次側は濾過液の排出が可能であればよいため、排出口（通液口１１ｂ）は少なくとも１つあればよい。よって、筒状ケース１０は合計３つ以上の通液口を有することが必須である。

クロスフロー濾過とは、膜面に対して平行流を発生させ、原液中の濁質が膜面に堆積しにくいよう制御しながら濾過を行う方法であり、平行流の発生のため運転コストが高くなるが、中空糸膜をなるべく閉塞させずに長時間運転することを目的とした運転方法である。なお、本実施の形態１における中空糸膜モジュール１は、詰まり物質を多く含む原液を濾過する際に適した運転方法であるクロスフロー濾過においてより好適に用いられるが、処理対象となる原液を全て濾過し、濃縮液を中空糸膜モジュール外に排出しない濾過方法である全量濾過にも用いることができる。

また、中空糸膜モジュール１の１次側とは、筒状ケース１０内の原液や濃縮液が通液される箇所を指し、２次側とは中空糸膜モジュールの濾過液や洗浄液が通液される箇所を指す。また、中空糸膜モジュールを接続して用いる装置系内において、中空糸膜モジュール１の１次側に連通する空間も含めて１次側と呼び、２次側に連通する空間も含めて２次側と呼ぶことがある。中空糸膜モジュール１および装置系内全体においては、１次側と２次側の間は気密かつ液密に分離するように構成されることが必要である。

筒状ケース１０は、本体部１０ａと、本体部１０ａに嵌合する蓋部１０ｂと、を備える。筒状ケース１０が本体部１０ａおよび蓋部１０ｂからなる構造を有することにより、製作時に中空糸膜束２０を充填させやすくなり、使用前後のメンテナンスも行いやすくなる。また、本体部１０ａと蓋部１０ｂとの間は、密閉可能となるように形成されていることが要求される。本体部１０ａと蓋部１０ｂの間を密閉する手段として、両者の間にシール部材４１などを配することが例示できるが、本体部１０ａと蓋部１０ｂが密閉可能であれば、他の方法を用いて密閉してもよい。なお、筒状ケース１０は、本体部１０ａおよび蓋部１０ｂが一体成形されているものであっても適用可能である。また、図１中では本体部１０ａの一端の径をしぼって通液口１１ａとしているが、本体部１０ａの両端に蓋部１０ｂを勘合させるようにして筒状ケース１０を形成してもよい。

通液口１１は、筒状ケース１０の長手方向の端部または壁面に設けることができる。筒状ケース１０に３つ以上の通液口を設けることが要求されるが、筒状ケース１０の両端部を用いて設けられる通液口は通常２つ（通液口１１ａ，１１ｂ）である。筒状ケース１０の一方の端部に仕切りを設けて２分割し、通液口を３つにする手段も考えられるが、中空糸膜モジュール１の構造が複雑化して成型が困難となる、あるいは中空糸膜モジュール１の全体に原液が行き渡らなくなる等の不都合が生じると考えられるため、この手段は好ましくない。よって、筒状ケース１０の壁面に１つ以上の通液口を設けることが好ましい。このとき、筒状ケース１０の壁面に設けられた通液口を便宜上、筒状ケース壁面通液口１２（以下、「壁面通液口１２」）と呼ぶこととする。

なお、通液口１１ａ，１１ｂおよび壁面通液口１２は、筒状ケース１０に直接外部と連通する孔を設けて通液口としてもよく、筒状ケース１０の開口している箇所に、ノズル１３などに例示されるような部品を気密、液密になるように接続して用いてもよい。このとき、ノズルの形状、長さ、筒状ケースとの接続角度、ノズル１３の先端の開口面積などは、中空糸膜モジュール１の使用状況に応じて任意に設定してよい。

壁面通液口１２は、筒状ケース１０の任意の箇所に設けてよい。中空糸膜モジュール１に原液を供給する際には、下方から上方に向かうように原液を供給することが、中空糸膜モジュール１内に気泡溜まりが出来にくくなるため好ましい。よって、筒状ケース１０の壁面の貫通孔は、中空糸膜モジュール１のなるべく下方から原液を供給し、なるべく上方から原液を排出できるように勘案して位置を決めることが好ましい。本実施の形態１の中空糸膜モジュール１について上下を論じるときは、中空糸膜モジュール１を鉛直上向き（通液口１１ｂが上向き）になるように立てた状態での上下を指すものとする。

筒状ケース１０の形状は、円筒や多角筒が例示可能である。中でも、円筒状の筒状ケース１０は、加工、成型のしやすさや、筒状ケース１０内の液体や気体の流れが均一になりやすいなどのメリットがあるため好適に用いられる。

筒状ケース１０を構成する部材は、繰り返しの蒸気滅菌処理で劣化しにくいような部材であることが好ましく、ポリスルホンに例示されるような耐熱性樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料などから適切なものを選択して使用できる。

ここで、筒状ケース１０の長さは特に限定されないが、短い方がハンドリング性が良く、長い方が中空糸膜モジュール１の１本あたりの有効膜面積が大きくなる。有効膜面積とは、中空糸膜モジュール１内に充填された中空糸膜束２０のうち、濾過に寄与する膜面の総面積を指す。なお、集束部材４０などで周囲を被覆されている箇所は、有効膜面積には計上されない。有効膜面積は中空糸膜本数と有効膜長の積であるため、有効膜長が大きい方が、有効膜面積が大きくなる。有効膜長は、濾過に寄与する中空糸膜部位の長さを指す。中空糸膜の有効膜長の適値は、大きな有効膜面積を確保するという観点からは、２０ｍｍ以上であることが好ましく、さらには３０ｍｍ以上または４０ｍｍ以上であってもよい。また、ハンドリング性を勘案すると、筒状ケース１０の長さは２０００ｍｍ以下であることが好ましく、さらには１８００ｍｍ以下または１５００ｍｍ以下であってもよい。筒状ケース１０の長さとしては、有効膜長および、後述する集束部材厚みを勘案して、適正な値が設定される。

筒状ケース１０の内径は特に限定されないが、小さい場合はハンドリング性がよく、大きい場合は充填できる中空糸膜の本数が多くなるため、中空糸膜モジュール１の１本あたりの有効膜面積が大きくなる。筒状ケース１０の内径は、中空糸膜の充填本数確保する観点からは、１０ｍｍ以上であることが好ましく、さらには２０ｍｍ以上または３０ｍｍ以上であってもよい。また、筒状ケース１０の内径は、良好なハンドリング性を実現するためには、４００ｍｍ以下が好ましく、さらには３００ｍｍ以下または２００ｍｍ以下であってもよい。

中空糸膜束２０は、例えば中空糸膜を所定本数単位の小束を１つ以上形成し、筒状ケース１０内壁に、集束部材４０により集束、接着されて用いられる。中空糸膜束２０を集束部材４０で接着する方法として、中空糸膜束２０の両端を筒状ケース１０内に接着する両端保持と、中空糸膜束２０の片端（開口端集束部材４０ｂ側）のみを筒状ケース１０内に接着し、もう片端（閉塞端集束部材４０ａ側）は端部を塞いで自由端とする片端保持が挙げられる。ここで、本実施の形態１では、中空糸膜モジュール１が、片端保持であるものとして説明する。両端保持は一般的な中空糸膜モジュールの形状としてよく見受けられるものであり、中空糸膜の両端を保持しているため、中空糸膜モジュールを強固に保持できる。一方、両端保持の中空糸膜モジュールを蒸気滅菌したとき、中空糸膜モジュールの各部材が熱によって寸法変化し、各部材は単純な寸法変化による破壊や、繰り返しの寸法変化による残留応力の蓄積に起因する破壊を起こす懸念が高くなる。一方、片端保持の中空糸膜モジュールは、蒸気滅菌の熱に伴う寸法変化が生じても、自由端において蓄積される応力の一部が緩和されるため好ましいといえる。

中空糸膜モジュールを片端保持として形成する場合、中空糸膜束の自由端を封止する方法としては、以下の方法が例示できる。所定の中空糸膜長さの倍程度の長さを有する中空糸膜を用意し、半分に折り曲げて用いる、中空糸膜束の自由端となる側の端面を、集束部材などで塞ぎ、原液が流入しないようにする、などが挙げられる。

中空糸膜束の自由端を集束部材で塞ぐ際には、複数の小束に分割すると膜揺れ効果の向上が期待され好ましい。このとき、小束の数は多いほうが、膜揺れ効果が向上しやすくなり好ましいが、多すぎると製造工程の煩雑化、小束同士が絡みやすくなり、中空糸膜同士が擦れて損傷する等の懸念も考えられる。以上のことを勘案して、小束の束は任意に決定してよい。

なお、中空糸膜モジュール１を片端保持として形成する場合、中空糸膜束２０を固定する箇所は筒状ケース１０の上方の端部であると、中空糸膜束２０の自由端が中空糸膜モジュール１内において懸垂された状態で保持されるため好ましい。このとき、壁面通液口１２を設ける位置は、筒状ケース１０においてなるべく上方に、かつ、集束部材４０を、後述する要求厚みどおりに設けた場合に、集束部材４０によって壁面通液口１２が閉塞されないように懸案した位置とすることが好ましい。

中空糸膜束２０を構成する中空糸膜は、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂およびセルローストリアセテート系樹脂などに例示されるような有機高分子化合物を含んだ中空糸膜であることが、コストおよび耐蒸気滅菌性の観点から好ましい。とりわけ、溶液による製膜が容易で物理的耐久性や耐薬品性にも優れているポリ塩化ビニル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂およびポリアクリロニトリル系樹脂が好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂またはそれを主成分とする樹脂が最も好ましく用いられる。ここで主成分とは、その成分が５０重量％以上、好ましくは６０重量％以上含有することをいう。

さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体が好ましく用いられる。さらに、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体との共重合体も好ましく用いられる。フッ化ビニリデンと共重合可能なビニル系単量体としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよび三塩化フッ化エチレンなどが例示される。

なお、中空糸膜束２０を構成する中空糸膜は外圧式、内圧式の２種類の膜に分類することが可能である。外圧式は中空糸膜の外表が１次側となり、内圧式は中空糸膜の内表が１次側となる。外圧式中空糸膜を用いた中空糸膜モジュール１は、１次側の流路が広いため中空糸膜どうしの間に濁質が堆積しにくいというメリットがあり、一方、内圧式中空糸膜を用いた中空糸膜モジュール１は１次側の流路が狭いため、ある膜面線速度を得るためのクロスフローの流量が、外圧式の中空糸膜モジュールよりも少なくてよいというメリットがある。よって、用いる原液の性状、特に原液中の濁質濃度によって中空糸膜も外圧式、内圧式から選択することが可能である。ここで、原液中の濁質濃度が高すぎると、内圧式中空糸膜の場合は濁質により流路が閉塞されてしまう懸念があることから、本発明の中空糸膜モジュールは原液の濁質濃度が高くても適応可能な外圧式中空糸膜のほうがより好適に用いられる。また、中空糸膜モジュールが片端保持の状態で形成される場合は、中空糸膜を内圧式にすると中空糸膜内の濁質が排除できなくなってしまうため、外圧式の中空糸膜を用いることが好ましい。

中空糸膜モジュール１内に充填する中空糸膜の本数は特に限定されないが、中空糸膜モジュール１の充填率が３０％以上５０％以下、好ましくは３５％以上４８％以下となるように中空糸膜の本数を定めるとよい。外圧式中空糸膜を用いた中空糸膜モジュール１の場合は、充填率が３０％未満とすると、中空糸膜モジュール１の１本あたりの膜面積が過少となるため好ましくなく、充填率が５０％以上の場合は、各中空糸膜が密集しすぎて中空糸膜モジュールの蒸気滅菌がうまくいかない懸念が高まる。なお、中空糸膜モジュール１の充填率は、以下に示す式１により算出される。

ここで、φ：中空糸膜モジュールの充填率（％）、ｄｏ：中空糸膜の外径（ｍｍ）、Ｎ：中空糸膜の総本数、Ｓ：筒状ケース内側の断面積（ｍｍ^２）である。

集束部材４０は、中空糸膜束２０をまとめ、中空糸膜の内側と外側の間が気密かつ液密に分断され、かつ中空糸膜束２０を少なくとも片端（開口端集束部材４０ｂ側）が開口した状態で筒状ケース１０の内壁に接着、固定する部材である。また、集束部材も中空糸膜モジュールの構造部材となるため、接着対象部材との親和性のみならず、耐熱性、硬度、強度などが要求される。これらの点を考慮し、例えばポリウレタンやエポキシ、フッ素樹脂などの熱可塑性または熱硬化性樹脂などから選択することが可能である。

なお、集束部材４０（開口端集束部材４０ｂ）を用いて中空糸膜束２０を筒状ケース１０に接着、固定する際、中空糸膜の中空部の少なくとも一端側が塞がらないようにすることが肝要である。中空糸膜の中空部が塞がれていない状態を、中空糸膜が開口状態にあるといい、開口状態である中空糸膜の端部を開口端、開口端が形成されている集束部材４０の端面を開口端面と呼ぶこととする。なお、中空糸膜モジュール１が片端保持である場合には、自由端（閉塞端集束部材４０ａ側）を封止しておくことが、中空糸膜モジュール１の１次側と２次側を気密かつ液密に分断するためには必須である。

開口端面を形成する方法としては、ポリプロピレンなどの離型性のよい素材からなる平板の上に、中空糸膜の開口した端部を密着するように当て、集束部材を中空糸膜の周囲に形成した後に平板を取り外す方法や、集束部材を中空糸膜束の端面が埋没するように形成し、後から中空糸膜束２０の端面が表面に出るように集束部材を切る方法が例示できる。

なお、集束部材４０に要求される厚みについては、以下に示す式２により算出可能である。式２はＪＩＳ規格「ＪＩＳ Ｂ ８２７４」（２００８年）に記載されており、用いる集束部材４０の硬化物と中空糸膜束２０の外径、本数などから要求厚みの値は変化する。

ここで、ｔ：集束部材の要求厚み（ｍｍ）、Ｆ：１．２５（定数）、Ｇ：中空糸膜束外径（ｍｍ）、Ｐ：使用圧力（Ｎ／ｍｍ^２）、η：効率（中空糸膜の外径、本数のパラメータ）、σ_ａ：許容応力（集束部材強度のパラメータ）である。

本実施の形態１の中空糸膜モジュールは、整流部材を備えてなり、整流部材の一態様としては、図２に示す整流筒３０が例示できる。整流筒３０は筒状ケース１０内部の偏流を抑制するためだけでなく、筒状ケース１０の壁面通液口１２に中空糸膜が吸い込まれることに起因する膜折れの抑制効果もある。

整流筒３０は、筒状部材の壁面に貫通孔３０ａを設けたものである。貫通孔３０ａの形状は円形、楕円形、多角形、星型等が例示できるが、特に限定されない。例えば貫通孔が多角形の場合は、それぞれの頂点における角度が９０°以上、好ましくは１２０°以上であること、および１８０°未満であることが好ましい。この範囲外になる頂点を有する多角形の貫通孔においては、貫通孔の頂点に中空糸膜が引っかかり、外力によって膜切れを起こす懸念等が考えられるためである。また、多角形よりも円形や楕円形のほうが好ましい。また、多角形の縁を丸める、貫通孔３０ａの外縁を面取りする等の手段により、膜切れの懸念を抑制してもよい。面取りは、Ｃ面取り、Ｒ面取りとすることがさらに好ましい。

整流筒３０に設けられる貫通孔３０ａの数、および貫通孔３０ａの１つあたりの大きさについては特に限定されない。ただし、貫通孔３０ａが小さすぎると通液抵抗の増大、濁質閉塞などが懸念され、大きすぎると整流筒３０の強度低下が懸念されるため、これらの要因を考慮して適切な大きさを決定することが好ましい。

また、蒸気滅菌のために、壁面通液口１２から水蒸気を供給する場合、整流筒３０の外表かつ、壁面通液口１２から一番遠い箇所の滅菌が不十分になってしまう場合がある。これは主に、前述の当該箇所まで水蒸気が到達するよりも早く、水蒸気が整流筒３０を通過して中空糸膜モジュール１の下部のほうに抜けてしまうためと考えられる。よって整流筒３０は、水蒸気が壁面通液口１２から供給されたときでも、前述の滅菌不良懸念箇所まで十分に水蒸気が行き渡るような構造を有していることが好ましい。整流筒３０の表面のうち、壁面通液口１２から供給された水蒸気が最初に当たる箇所には、貫通孔３０ａを設けないなどの方法が、整流筒３０ａの好ましい構造の例として挙げられる。

整流筒３０ａを形成する部材については、筒状ケース１０と同様に繰り返しの蒸気滅菌処理で劣化しにくいような部材を用いればよく、耐熱性樹脂、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料などから適切なものを選択して使用できる。さらに、整流筒３０は独立した部材として筒状ケース１０内に収めてもよく、筒状ケース１０と一体となるように成型してもよい。また、整流筒３０の一部が集束部材４０に埋まるようにして中空糸膜モジュール１を形成し、整流筒３０を保持するようにしてもよい。

ここで、整流筒３０の機能を効果的に発揮せしめるための部材配置について、図３を用いて説明する。図３は図１を拡大したものである。前述の通り、整流筒３０は筒状ケース１０内に収められ、中空糸膜束２０を囲繞するように配される。さらに、整流筒３０の外周に壁面通液口１２が配されるようにすることで、原液が中空糸膜モジュール１の下部から導入される場合には、筒状ケース１０内に導入された原液は整流筒３０に設けられた貫通孔３０ａを一度透過し、整流筒３０の外周と筒状ケース１０内周の間に形成される空間を流れて、壁面通液口１２から排出されるようになり、偏流の抑制が可能となる。

ここで、図３に示したとおり整流筒３０と筒状ケース１０の間には原液が通液されるための流路を確保する必要があるため、整流筒３０と筒状ケース１０の間には隙間が設けられていることが必須となる。しかし、筒状ケース１０の内周面、整流筒３０の外周面および集束部材４０（開口端集束部材４０ｂ）により囲まれる空間は、蒸気の供給口である壁面通液口１２よりもさらに上方を向いており、なおかつこの空間は袋路Ｓ１となっている。このような袋路Ｓ１が形成されていると、壁面通液口１２から蒸気を供給した際に、該袋路Ｓ１には蒸気が十分に行き渡らず、滅菌不良が生じる懸念がある。このような袋路Ｓ１は、入り口が狭く、奥行きが長いほど滅菌不良の懸念が強くなる。

図３に示すように、Ｌ２／Ｌ１≦５．０である中空糸膜モジュール１の構造が滅菌不良抑制の観点から好ましいことを、本発明の発明者は検討の末に見出した。より好ましい値の範囲はＬ２／Ｌ１≦３．０であり、さらに好ましい値の範囲はＬ２／Ｌ１≦１．５である。

上述した本実施の形態１によれば、クロスフロー運転を行い、蒸気滅菌処理を伴う中空糸膜モジュール１において、筒状ケース１０の内周面、整流筒３０の外周面および集束部材４０（開口端集束部材４０ｂ）により囲まれる空間がＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすようにしたので、蒸気滅菌不良の懸念を抑制した中空糸膜モジュールを得ることができる。

図４は、本実施の形態１の変形例１−１にかかる中空糸膜モジュール１ａを示す部分断面図である。上述した中空糸膜モジュール１の袋路Ｓ１の奥行きをさらに短くするための策として、図４に示すように、筒状ケース１０と整流筒３０の間かつ、壁面通液口１２よりもさらに上方（開口端集束部材４０ｂ側）に、シール部材４２を配設してもよい。シール部材４２によって袋路Ｓ２（第２の袋路）を形成して、上述した袋路Ｓ１の奥を封止することにより、滅菌不良の懸念をさらに抑制することが可能となる。

なお、シール部材４１，４２を配設する際は、シール部材４１，４２と筒状ケース１０または整流筒３０とのそれぞれ接する箇所に溝などのシール部材保持機構を設け、シール部材４１，４２の位置がずれないようにして配設する。シール部材保持機構は、本発明の効果が損なわれないものであれば形状は問われない。本発明の実施の形態を例示する図面においては、該シール部材保持機構の図示を省略しており、これ以降の図面においてもシール部材を配設するものは、同様にシール部材保持機構の図示を省略している。

図５は、本実施の形態１の変形例１−２にかかる中空糸膜モジュール１ｂの要部を拡大表記した図である。上述した中空糸膜モジュール１の袋路Ｓ１の奥行きをさらに短くするための他の態様として、袋路Ｓ１が形成されないようにしてもよい。変形例１−２にかかる開口端集束部材４０ｃは、本体部１０ａの内部に位置する側の端部（開口端集束部材４０ｃの本体部１０ａの内部に面する側の端面）が、壁面通液口１２の上端を通過し、かつ筒状ケース１０（本体部１０ａ）の長手方向と直交する平面Ｎよりも下方に位置している。このとき、開口端集束部材４０ｃは、本体部１０ａの内径に応じて延びている。

図６は、本実施の形態１の変形例１−３にかかる中空糸膜モジュール１ｃの要部を拡大表記した図である。変形例１−３にかかる開口端集束部材４０ｄは、図５に示す開口端集束部材４０ｃと同様、本体部１０ａの内部に位置する側の端部（開口端集束部材４０ｄの本体部１０ａの内部に面する側の端面）が、壁面通液口１２の上端を通過し、かつ筒状ケース１０（本体部１０ａ）の長手方向と直交する平面Ｎよりも下方に位置している。ここで、開口端集束部材４０ｄは、本体部１０ａの内径に応じて延びるとともに、ノズル１３の内壁面に沿って設けられている。

変形例１−２，１−３にかかる開口端集束部材４０ｃ，４０ｄのように、袋路Ｓ１が形成されないようにして、蒸気滅菌不良の懸念を抑制するものであってもよい。ただし、平面Ｎよりも下方まで開口端集束部材４０ｃ，４０ｄを形成させる場合、開口端集束部材４０ｃ，４０ｄにより壁面通液口１２の流路が一部閉塞され、流路抵抗が大きくなる場合がある。これに対し、壁面通液口１２の流路が十分確保されるように開口端集束部材４０ｃ，４０ｄを形成させることが好ましい。壁面通液口１２の流路面積は、その中空糸膜モジュールに通液する液体の流量に応じて適宜設定すればよい。なお、変形例１−２，１−３において、本体部１０ａの内部に位置する側の端部は、本体部１０ａの内部に面する側の端面であって、奥行きＬ２をなす側の端面をさす。すなわち、変形例１−２，１−３では、上述した奥行きＬ２はマイナスの値となる。

（実施の形態２）
（カートリッジ式中空糸膜モジュールの構成要件について）
図７は、本実施の形態２にかかる中空糸膜モジュール２の構成を示した部分断面図である。図８は、本実施の形態２にかかる中空糸膜モジュール２に用いられる中空糸膜カートリッジの一例を示した模式図である。なお、図１等で上述した中空糸膜モジュール１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。中空糸膜モジュール２は、図７に例示されるようにカートリッジ式中空糸膜モジュールの態様をとることも好ましい。カートリッジ式の中空糸膜モジュール２は、中空糸膜が集束部材４００を介して筒状ケース１０の内壁に接着されない状態となるので、蒸気滅菌時の熱による寸法変化、およびこれに伴い部材に蓄積される応力が緩和されやすくなり、中空糸膜モジュール２全体の耐熱性が向上するためである。また、筒状ケース１０に対して劣化の早い中空糸膜部分をカートリッジ化することにより、筒状ケース１０の使い回しが可能となり、中空糸膜モジュール２の１本あたりの単価を下げることも可能となる。

カートリッジ式の中空糸膜モジュール２を構成する部材は、前述の中空糸膜モジュール１と概ね同じである。ここでは、カートリッジ式の中空糸膜モジュール２の特徴となる部材および構造についてのみ述べるものとする。

中空糸膜モジュール２は、中空糸膜カートリッジ５０を筒状ケース１０内に保持して用いる中空糸膜モジュールである。中空糸膜カートリッジ５０は、集束部材４００を用いて中空糸膜束２０を集束、固定する対象が筒状ケース１０ではなく、筒状をなす筒状カートリッジヘッド４３の内壁となる。筒状ケース１０は、両端が開口した略筒状をなし、一端側に通液口１１ａが設けられた本体部１０ａと、両端が開口し、一端側で本体部１０ａの通液口１１ａと反対側の開口を覆うとともに、他端側に通液口１１ｂが設けられた蓋部１０ｂと、からなる。

集束部材４００は、中空糸膜束端部が閉塞するように設けられる閉塞端集束部材４０ａおよび中空糸膜束端部が開口するように設けられる開口端集束部材４０ｅからなる。開口端集束部材４０ｅは、後述する筒状カートリッジヘッド４３と嵌合して、本体部１０ａに取り付けられる。

筒状カートリッジヘッド４３は、筒状ケース１０に収めて用いることが可能であればその形状は特に限定されないが、中空糸膜カートリッジおよびシール部材によって中空糸膜モジュールの１次側と２次側が気密かつ液密に分断されることが要求されるため、中空糸膜カートリッジ５０と筒状ケース１０の間にはなるべく隙間が出来ないことが好ましい。ただし、中空糸膜カートリッジ５０は筒状ケース１０の本体部１０ａから取り出し可能であることも要求されるため、数ｍｍ程度の隙間を設けることで、筒状ケース１０の破損を抑制しながら中空糸膜カートリッジ５０が取り出せるようになるため好ましい。なお、筒状ケース１０内にて中空糸膜カートリッジ５０を保持することを考慮すると、筒状カートリッジヘッド４３と筒状ケース１０との保持部分の断面形状が相似形であることが好ましい。

筒状カートリッジヘッド４３の素材については、筒状ケース１０等と同様に、ポリスルホンに例示されるような耐熱性樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料などから適切なものを選択して使用できる。

カートリッジ式中空糸膜モジュール用の筒状ケース１０は、内部に保持する中空糸膜カートリッジ５０が交換可能となるような構造を有していることが要求される。これは、図７に示すように、本体部１０ａの通液口１１ａと異なる側の開口部から中空糸膜カートリッジ５０を導入し、その上方に通液口１１ｂを設けたキャップなどの部品を嵌合させる構造や、筒状ケース１０が２つ以上の部品に分けられ、カートリッジが筒状ケース１０内に収まるように組み立てたのち、筒状ケース１０を構成する各部品間を液密に封止する構造（図示なし）などが例示できる。中でも、筒状ケース１０の本体部１０ａの開口部から中空糸膜カートリッジ５０を導入し、その上方に通液口１１ｂを設けた蓋部１０ｂなどの部品を嵌合させる構造が、単純なため好ましく用いられる。

中空糸膜束２０については、前述の中空糸膜モジュール１に準じたものを用いて中空糸膜カートリッジ５０を形成することができる。また、整流筒３１は、筒状ケース１０（本体部１０ａ）の内部で保持されるとともに、筒状ケース１０と中空糸膜束２０との間に位置する。また、整流筒３１には、上述した貫通孔３０ａと同様の貫通孔３１ａが形成され、中空糸膜カートリッジ５０の筒状カートリッジヘッド４３と係止するような形状をなす。例えば、図７に示すように、筒状カートリッジヘッド４３と係止する側の端部が、筒状の長手方向に対して屈曲するような形状をなすことが好ましく、屈曲する方向が筒状ケース１０の内壁面に向かっていることが特に好ましい。

カートリッジ式中空糸膜モジュール２において、整流筒３１は、独立した部材として筒状ケース１０内に収められてもよく、筒状ケース１０と一体となるように成型されてもよい。ただし、中空糸膜モジュール２において、整流筒３１が集束部材４００（開口端集束部材４０ｅ）に埋設されないように形成されると、整流筒３１が繰り返し使用できるため好ましい。

これらの部材によりカートリッジ式の中空糸膜モジュール２を形成する際にも、整流筒３１は筒状ケース１０内において中空糸膜束２０を囲繞するように配され、整流筒３１の外周に壁面通液口１２が配されるようにすることも同様である。このとき、中空糸膜カートリッジ２は、図７のようにカートリッジヘッド４３が整流筒３１上方に乗るように配されることが、中空糸膜カートリッジ５０の取り出しやすさを考慮すると好ましい。無論、中空糸膜、整流筒、壁面通液口の位置関係が前述の通りとなり、カートリッジ式の中空糸膜モジュール内において１次側と２次側が気密かつ液密に分断可能であれば、中空糸膜カートリッジの保持位置は図７の位置に限定されない。

このとき、筒状ケース１０と、整流筒３１とによって囲まれる空間が袋路Ｓ３（第１の袋路）を形成するため、前述のとおり、筒状ケース１０と整流筒３１との間の開口幅をＬ１［ｍｍ］、袋路Ｓ３の奥行きをＬ２［ｍｍ］としたときに、Ｌ２／Ｌ１≦５．０となるようにすることが、滅菌不良抑制の観点から好ましい。より好ましい値の範囲はＬ２／Ｌ１≦３．０であり、さらに好ましい値の範囲はＬ２／Ｌ１≦１．５である。なお、筒状ケース１０、整流筒３１および筒状カートリッジヘッド４３によって袋路が形成される場合も、上述したＬ２／Ｌ１≦５．０の関係を満たすようにそれぞれが設けられる。

上述した本実施の形態２によれば、クロスフロー運転を行い、蒸気滅菌処理を伴う中空糸膜モジュール２において、筒状ケース１０の内周面、整流筒３１の外周面または筒状カートリッジヘッド４３により囲まれる空間がＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすようにしたので、蒸気滅菌不良の懸念を抑制した中空糸膜モジュールを得ることが可能となる。

図９は、本実施の形態２の変形例２−１にかかる中空糸膜モジュール２ａを示す部分断面図である。上述した中空糸膜モジュール２の袋路Ｓ２の奥行きをさらに短くするための策として、図９に示すように、筒状ケース１０と整流筒３１の間かつ、壁面通液口１２よりもさらに上方に、シール部材４４を配設してもよい。シール部材４４によって袋路Ｓ４（第２の袋路）を形成して、上述した袋路Ｓ３の奥を封止することにより、滅菌不良の懸念をさらに抑制することが可能となる。

特に、図９に示すようなカートリッジ式の中空糸膜モジュール２ａにおいて、シール部材４４を筒状ケース１０と整流筒３１の間に設けることは滅菌不良の懸念を抑制する手段として非常に有効である。図４に示すような中空糸膜モジュール１ａと異なり、カートリッジ式の中空糸膜モジュール２ａは、筒状ケース１０と整流筒３１の間に集束部材４０（開口端集束部材４０ｂ）を形成して、袋路の奥行きを短くする手法が取れないためである。

上述したシール部材４１，４２，４４の例として、Ｏ−リング、パッキン、ガスケットなどが挙げられる。これらの部材は、蒸気滅菌に対する耐性を有している素材であることが必須であり、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）や、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどが好適な素材として例示できる。また、シール部材４１，４２，４４は単純に当該箇所間に挟まれるように配してもよく、嵌合する箇所同士にネジ山を設けて、動きにくいようにして配してもよい。ネジ山を設ける場合は、一般的にシールテープと呼ばれる、シール用四フッ化エチレン樹脂未焼成テープをネジ山に多重に巻きつけるなどしてシール性を強化してもよい。

本実施の形態１，２にかかる中空糸膜モジュールは、上述した蒸気滅菌に限らず、温水による殺菌を行う場合であっても適用可能である。温水よる殺菌を行う場合、例えば、中空糸膜モジュールを構成する部材に、温水に対する耐性を有する素材を用いることが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

本発明の中空糸膜モジュールが優良な蒸気滅菌性を有する中空糸膜モジュールであるか否かを評価するための方法として、試作した中空糸膜モジュールに対して参考例１に記載の試験を実施した。

（参考例１）
中空糸膜モジュール内に耐熱指標菌を配備し、蒸気滅菌を実施したのちの滅菌レベルが６Ｄ以上であるかを評価する試験を実施した。滅菌レベル６Ｄとは中空糸膜モジュール内の生菌率を１／１０^６にすることを指す。試験条件は以下の通りである。

耐熱指標菌：Ｇｅｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ ＡＴＣＣ７９５３を含ませたポリエステル糸（レーベンジャパン株式会社製 ３−６１００ＹＴ）。以下、指標菌含有糸と略記する。指標菌含有糸は５０ｍｍのポリエステル糸に１０^６個の耐熱指標菌が含まれた糸であり、長さの調整を行わず、試験に使用している。本耐熱指標菌の熱滅菌指標はＤ１２１が１．５分である。Ｄ１２１とは、１２１℃の処理により、生菌率が１／１０になるために要する時間のことである。すなわち１２１℃における１Ｄ処理の時間は１．５分となる。よって、本試験において後述する「滅菌処理条件がｎＤ処理」とは、１２１℃、ｎ×１．５分間保持する処理のことを言う。例えば７Ｄ処理とは１２１℃、１０．５分の処理を行うことを意味し、１０Ｄ処理とは１２１℃、１５分の処理を行うことを意味する。

指標菌配備箇所：図１０に示すように、各箇所とも指標菌含有糸２１の両端に耐熱性の接着剤を塗布して、所定の箇所に貼り付けた。所定の箇所とは、以下の通りである。
・整流筒（整流筒３０または整流筒３１）の外表面かつ、中空糸膜モジュールの壁面通液口１２の上端と高さが一致する線上（図１０のＡ０，Ｂ０に相当）、およびその線よりもさらに上方に、その線と平行となるように引いた複数の線上（図１０のＡ１〜Ａ８，Ｂ１〜Ｂ８に相当）。配備箇所Ａ１〜Ａ８は、壁面通液口１２に近い側であって、配備箇所Ｂ１〜Ｂ８は、遠い箇所である。なお、上記において、例えばＡａと表記されている場合、配備箇所Ａ０との間隔がＬ１のａ倍である位置に貼り付けられた指標菌含有糸のことを指し、Ｂａと表記されている場合、配備箇所Ｂ０との間隔がＬ１のａ倍である位置に貼り付けられた指標菌含有糸のことを指している。ａは整数でなくてもよい。なお、後述する実施例、比較例において、ａが必ずしもａ＝１、２、３・・・とならないように指標菌滅菌糸が配されていないものがある。これは、中空糸膜モジュール内において、指標菌含有糸同士が接触するように配されると、蒸気滅菌性の評価結果に影響を及ぼすことが懸念されるためである。Ｌ１の値が小さい場合、指標菌含有糸同士の間隔が狭くなってしまうため、ａの値の間隔は、１よりも大きくなっている。
・袋路Ｓ２〜Ｓ４のいずれかにおける最上端。シール部材４２と、筒状ケース１０および整流筒３０とによって形成される袋路Ｓ２における最上端、もしくは、中空糸膜モジュールがカートリッジ式の場合、整流筒３１の上端またはシール部材４４の何れか１つの部材と、筒状ケース１０および整流筒３１によって形成される袋路Ｓ３，Ｓ４における最上端にも配している。この最上端は、壁面貫通口１２に近い（図１０のＡｘに相当）、および遠い（図１０のＢｘに相当）箇所に対応している。

滅菌処理条件：滅菌処理条件は、７Ｄ処理、１０Ｄ処理の２通りとした。両方とも中空糸膜モジュールの壁面通液口１２から、１２１℃の飽和水蒸気を供給し、通液口１１ａの下方に設置されているスチームトラップを有効にすることで、同じく通液口１１ａの下方に設置されている温度計が１２１℃に達した後、所定の時間（７Ｄ処理は１０．５分、１０Ｄ処理は１５分）保持した。

滅菌可否判定：中空糸膜モジュール内に配した全ての指標菌含有糸をクリーンベンチ内で中空糸膜モジュールから取り出し、指標菌含有糸を１本ずつ、滅菌した培地１０ｍｌを分注した試験管に入れて耐熱指標菌の培養を行った。培地の組成は下表１の通りであり、調製直後の培地は酸性を示すため、水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨを７．０に調製した。培養は４０℃にて振とうして行い、１週間培養後、耐熱性指標菌の生育の有無を目視にて判定した。目視で試験管内に耐熱性指標菌形成が見られなければ、耐熱性指標菌の生育が無いものとした。１０^６個の指標菌を配して７Ｄ処理を行えば、水蒸気が指標菌に対して十分に接している場合には、理論上１０回に１回の確率で滅菌不良が発生することから、本試験を７Ｄ処理、１０Ｄ処理とも１０回繰り返して実施し、滅菌可否判定を行った。なお、１０Ｄ処理は通常行われている一般的な蒸気滅菌条件を想定した蒸気滅菌であり、７Ｄ処理は通常行われている一般的な蒸気滅菌条件よりも滅菌条件が困難な場合を想定した蒸気滅菌である。

（参考例２）中空糸膜モジュールの作製（１）
以下に記載のものを用いて、図１に記載の中空糸膜モジュール１を作製した。筒状ケース１０の本体部１０ａ：ＳＵＳ３１６製の円筒状容器。長さは１５００ｍｍ、内径は１５０ｍｍ。本体部１０ａの壁面上に、端部から１００ｍｍの点を中心として、直径４０ｍｍの円形の孔を１つ設け、これを壁面通液口１２とした。筒状ケース１０の蓋部１０ｂ：ＳＵＳ３１６製。筒状ケース１０の、径が大きいほうの開口端側に嵌合するような大きさのもの。中空糸膜束２０：ＰＶＤＦ製中空糸膜を４０００本使用。中空糸膜は、東レ株式会社製の中空糸膜モジュール「ＨＦＵ−２０２０」を解体し、集束部材によって集束されていない中空糸膜部分を切り出して用いた。整流筒３０：ポリスルホン製で、長さ１３０ｍｍ、整流孔を設けた面の外径は１４６ｍｍの円筒状。一端をＬ字状に曲げており、筒状ケースの本体部１０ａにおいて保持できるようにした。Ｌ字に折り曲げられた端部から５０ｍｍまでの範囲にわたり、直径４ｍｍの貫通孔３０ａ（図２参照）が設けられている。集束部材４０：２液混合型のエポキシ樹脂である、ＬＳＴ８６８ Ｒ−１４、ＬＳＴ８６８ Ｈ−１４（ともにハンツマン・ジャパン株式会社製）を用いた。硬化する前のエポキシ樹脂は、後述する製造方法（図１１）の説明において、便宜上Ｒｅという略号により表される。
作成の手順は以下の通りである。
１）中空糸膜束２０の一端を、内径１４０ｍｍの円筒状容器に入れて、２液をよく混合したエポキシ樹脂を流し込む。そのままエポキシ樹脂を硬化させて閉塞端集束部材４０ａを得た。
２）中空糸膜束２０の、閉塞端集束部材４０ａを設けていない端部に、薄く速乾性の接着剤を塗布し、中空糸膜の開口端を一時的に塞いで目止め端とする。
３）中空糸膜束２０を整流筒３０に通し、整流筒３０が中空糸膜束２０を囲繞し、かつ中空糸膜束２０の目止め端側の端部と、整流筒のＬ字に曲げられていないほうの端部（本体部１０ａと連結する側と異なる側の端部）を合わせるようにする。
４）筒状ケース１０の本体部１０ａ内に中空糸膜束２０および整流筒３０を、整流筒３０の外周面と筒状ケース１０の壁面通液口１２と対向するように収める。
５）筒状ケース１０の本体部１０ａを、図１１のように中空糸膜モジュール作製冶具６０に収めて、中空糸膜束２０のみを筒状ケース１０上部から押し出し、端面から数ｃｍはみ出すようにする。
６）２液をよく混合したエポキシ樹脂Ｒｅを、中空糸膜モジュール作製冶具６０の下部からゆっくり注入する。所定の量を注入したら、エポキシ樹脂Ｒｅの供給を止めて完全に硬化するまで静置する。
７）中空糸膜モジュール作製冶具６０を外し、筒状ケース本体部１０ａからはみ出たエポキシ樹脂を切り落とし、開口端集束部材４０ｂを得る。
８）開口端集束部材４０ｂと対向するように筒状ケース蓋部１０ｂを勘合させて、中空糸膜モジュール１を得る。

（参考例３）中空糸膜モジュールの作製（２）
図４に記載の中空糸膜モジュール１ａを作製した。作成の概略は参考例２と同様であり、相違点について述べる。
・使用する部材として、以下のものを追加する。シール部材４２：ＥＰＤＭ製のＯ−リングであり、整流筒３０の外周に勘合する大きさのもの。整流筒３０にも、シール部材４２を配設するための溝を設けている。
・作製の手順を以下の通り変更する。参考例２の工程２）の後に、整流筒３０にシール部材４２を配設したのち、工程３）以降の手順どおりに中空糸膜モジュール１ａを作製する。

（参考例４）中空糸膜モジュールの作製（３）
図７に記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール２を作製した。作成の概略は参考例２と同様であり、相違点について述べる。
・使用する部材を以下の通り変更する。整流筒３１：両端をＬ字状に折り曲げたものとし、長さを７０ｍｍとした。貫通孔の分布については変更無し（参考例２と同様）。使用する部材として、以下のものを追加する。筒状カートリッジヘッド４３：ポリスルホン製で、長さ６０ｍｍ、外径１４８ｍｍの円筒状。
・作製の手順を以下の通り変更する。参考例２の工程２の後に、中空糸膜束２０を筒状カートリッジヘッド４３に通し、筒状カートリッジヘッド４３が中空糸膜束２０を囲繞し、かつ中空糸膜束２０の目止め端側の端部と、筒状カートリッジヘッド４３の一端を合わせるようにする。これを参考例２の工程５と同様に中空糸膜モジュール作製冶具６０を用いて、開口端集束部材４０ｂを有する中空糸膜カートリッジ５０を得る。その後、筒状ケース本体部１０ａ内に整流筒３１を収めて保持させ、さらにその上から中空糸膜カートリッジ５０を収める。中空糸膜カートリッジ５０の開口端集束部材４０ｂと対向するように蓋部１０ｂを勘合させて、カートリッジ式中空糸膜モジュール２を得る。

（実施例１）
参考例２に記載の手順で図１に記載のような中空糸膜モジュール１を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。筒状ケース１０と整流筒３０との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ１の奥行きＬ２は３．７５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝１．５であった。整流筒３０の表面の４箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群２本（配備箇所Ａ０，Ａ１）と、壁面通液口１２から遠い群２本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１）となるように耐熱性指標菌を配した。

この中空糸膜モジュール１を滅菌したのち、中空糸膜モジュール１を解体して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュール１の滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２，３とも、表中に記載されている数は、ｎ＝１０で実施した試験のうち、滅菌できていた指標菌含有糸の数を表している。例えば、表２において実施例２の配備箇所Ａ０の欄に９と書かれているのは、ｎ＝１０で実施した試験のうち、１０回中９回は指標菌含有糸が滅菌できており、１０回中１回は指標菌滅菌糸が滅菌できていないことを意味している。また、表中の「−」については、中空糸膜モジュールの当該箇所に指標菌含有糸が設けられていないことを意味している。

表２および表３から、実施例１のような中空糸膜モジュール１は、理論通りに蒸気滅菌が出来ており、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸２１まで十分に滅菌できていることがわかった。よって、実施例１にかかる中空糸膜モジュール１は、蒸気滅菌に適しているといえる。

（実施例２）
参考例２に記載の手順で図１に記載のような中空糸膜モジュール１を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。筒状ケース１０と整流筒３０との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ１の奥行きＬ２は７．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝３．０であった。整流筒３０の表面の６箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群３本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２）と、壁面通液口１２から遠い群３本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２）となるように耐熱性指標菌を配した。

この中空糸膜モジュール１を滅菌したのち、中空糸膜モジュール１を解体して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュール１の滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、実施例２のような中空糸膜モジュール１は、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸２１において、通常行われている条件より厳しい条件下では理論上の確率には満たないものの、理論に近い確率で滅菌を行うことができ、表３から、一般的な蒸気滅菌条件によって十分に蒸気滅菌が可能であることがわかった。よって、実施例２にかかる中空糸膜モジュール１は、少なくとも一般的な条件下において十分な蒸気滅菌を行うことに適しているといえる。

（実施例３）
参考例２に記載の手順で図１に記載のような中空糸膜モジュール１を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。筒状ケース１０と整流筒３０との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ１の奥行きＬ２は１２．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝５．０であった。整流筒３０の表面の１０箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群５本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と、壁面通液口１２から遠い群５本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）となるように耐熱性指標菌を配した。

この中空糸膜モジュール１を滅菌したのち、中空糸膜モジュール１を解体して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュール１の滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、実施例３のような中空糸膜モジュール１は、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸２１において、通常行われている条件より厳しい条件下では理論上の確率には満たないものの、理論に近い確率で滅菌を行うことができ、表３から、一般的な蒸気滅菌条件によって十分に蒸気滅菌が可能であることがわかった。よって、実施例３にかかる中空糸膜モジュール１は、少なくとも一般的な条件下において十分な蒸気滅菌を行うことに適しているといえる。

（実施例４）
参考例３に記載の手順で図４に記載のような中空糸膜モジュール１ａを作製し、参考例１に記載の試験を実施した。筒状ケース１０と整流筒３０との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ２の奥行きＬ２は１２．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝５．０であった。整流筒３０の表面の１０箇所と、シール部材４２の表面２箇所の計１２箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群６本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａｘ）と壁面通液口１２から遠い群６本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂｘ）となるように耐熱性指標菌を配した。

この中空糸膜モジュールを滅菌したのち、中空糸膜モジュール１ａを解体して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュールの滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、実施例４のような中空糸膜モジュール１ａは、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸２１において、通常行われている条件より厳しい条件下では理論上の確率には満たないものの、理論に近い確率で滅菌を行うことができ、表３から、一般的な蒸気滅菌条件によって十分に蒸気滅菌が可能であることがわかった。よって、実施例４にかかる中空糸膜モジュール１ａは、少なくとも一般的な条件下において十分な蒸気滅菌を行うことに適しているといえる。

（実施例５）
参考例４に記載の手順で図７に示すようなカートリッジ式の中空糸膜モジュール２を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。実施例５では、図９の筒状ケース１０と整流筒３１との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ３の奥行きＬ２は１２．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝５．０であった。整流筒３１の表面の１２箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群が６本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａｘ）、壁面通液口１２から遠い群が６本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂｘ）となるように配した。

この中空糸膜モジュール２を滅菌したのち、中空糸膜モジュール２から中空糸膜カートリッジ５０、整流筒３１を取り外して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュールの滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、実施例５のような中空糸膜モジュール２は、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸２１において、通常行われている条件より厳しい条件下では理論上の確率には満たないものの、理論に近い確率で滅菌を行うことができ、表３から、一般的な蒸気滅菌条件によって十分に蒸気滅菌が可能であることがわかった。よって、実施例５にかかる中空糸膜モジュール２は、少なくとも一般的な条件下において十分な蒸気滅菌を行うことに適しているといえる。

（比較例１）
参考例２に記載の手順で図１に示すような中空糸膜モジュール１を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。比較例１では、例えば図１０の筒状ケース１０と整流筒３０との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ１の奥行きＬ２は１７．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝７．０であった。整流筒３０の表面の１４箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群が７本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６）、壁面通液口１２から遠い群が７本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６）となるように配した。

この中空糸膜モジュール１を滅菌したのち、中空糸膜モジュール１を解体して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュール１の滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、比較例１のような中空糸膜モジュールは、７Ｄ処理を行った場合、通常行われている条件より厳しい条件下では滅菌が不十分であり、表３から、一般的な蒸気滅菌条件である１０Ｄ処理を行った場合であっても、袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸（Ａ６）や、壁面通液口から遠い指標菌含有糸（Ｂ６）が滅菌できていないことがわかった。よって、比較例１にかかる中空糸膜モジュールは、蒸気滅菌に不適であるといえる。

（比較例２）
参考例４に記載の手順で図７に示すようなカートリッジ式の中空糸膜モジュール２を作製し、参考例１に記載の試験を実施した。比較例２では、図１０の筒状ケース（本体部１０ａ）と整流筒３１との間の開口幅Ｌ１は２．５ｍｍ、袋路Ｓ３の奥行きＬ２は１７．５ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝７．０であった。整流筒３１の表面の１６箇所に予め指標菌含有糸２１を配した状態で中空糸膜モジュールを作成しており、壁面通液口１２に近い群が８本（配備箇所Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａｘ）、壁面通液口１２から遠い群が８本（配備箇所Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂｘ）となるように配した。

この中空糸膜モジュール２を滅菌したのち、中空糸膜モジュール２から中空糸膜カートリッジ５０、整流筒３１を取り外して指標菌含有糸２１を全て取り出した。これらの指標菌含有糸２１から耐熱指標菌が検出されるかを調べた結果、および、中空糸膜モジュールの滅菌可否判定について、７Ｄ処理を行ったものをまとめて表２に、１０Ｄ処理を行ったものをまとめて表３に記載する。

表２から、比較例２のような中空糸膜モジュールは、７Ｄ処理を行った場合、通常行われている条件より厳しい条件下では滅菌が不十分であり、表３から、一般的な蒸気滅菌条件である１０Ｄ処理を行った場合であっても袋路の奥のほうに配した指標菌含有糸（配備箇所Ａ６，Ａｘ）や、壁面通液口から遠い指標菌含有糸（配備箇所Ｂ６，Ｂｘ）が滅菌できていないことがわかった。よって、比較例２にかかる中空糸膜モジュールは、蒸気滅菌に不適であるといえる。

本発明の中空糸膜モジュールは、クロスフロー運転が可能であり、優良な蒸気滅菌性を有することから、食品、医薬品の分離、精製および連続発酵プロセスにも好適に用いることができる。

１，１ａ，２，２ａ 中空糸膜モジュール
１０ 筒状ケース
１０ａ 本体部
１０ｂ 蓋部
１１ａ，１１ｂ 通液口
１２ 筒状ケース壁面通液口（壁面通液口）
１３ ノズル
２０ 中空糸膜束
２１ 指標菌含有糸
３０，３１ 整流筒
３０ａ，３１ａ 貫通孔
４０，４００ 集束部材
４０ａ 閉塞端集束部材
４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ 開口端集束部材
４３ 筒状カートリッジヘッド
４１，４２，４４ シール部材
５０ 中空糸膜カートリッジ
６０ 中空糸膜モジュール作製冶具
Ｓ１〜Ｓ４ 袋路

Claims (4)

1. 筒状をなし、壁面に壁面通液口を有する筒状ケースと、
   複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束を保持するとともに、前記筒状ケースの内部で保持される集束部材と、
   筒状をなし、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に設けられて前記集束部材と連結し、外周面が前記壁面通液口に対向する整流筒と、
   を備え、
   前記集束部材、前記筒状ケース、前記整流筒で囲まれてなる第１の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 筒状をなし、壁面に壁面通液口を有する筒状ケースと、
   少なくとも複数の中空糸膜からなる中空糸膜束、前記中空糸膜束を保持する集束部材、および前記集束部材の外周を保持する筒状カートリッジヘッドを有する中空糸膜カートリッジと、
   筒状をなし、前記筒状ケースの内部で保持されるとともに、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に位置し、外周面が前記壁面通液口に対向する整流筒と、
   を備え、
   前記筒状ケースおよび前記整流筒で囲まれてなる第１の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする中空糸膜モジュール。
3. 前記筒状ケースおよび前記整流筒の間に配設されるシール部材をさらに備え、
   前記シール部材、前記筒状ケースおよび前記整流筒によって形成される第２の袋路が、開口幅Ｌ１および奥行きＬ２についてＬ２／Ｌ１≦５．０を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
4. 前記集束部材の前記奥行きをなす側の端面は、前記壁面通液口の上端を通過する平面より下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。

Images