KR20170047249A

KR20170047249A - 중공사막 모듈 및 중공사막 모듈의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170047249A
Application number: KR1020177005477A
Authority: KR
Inventors: ? 시무라; 시무라; 아츠시 고바야시; 노리히로 다케우치; 요시키 오카모토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2017-05-04
Also published as: JPWO2016035798A1; JP6607038B2; CN111514759B; EP3189886A4; US20170291145A1; EP3189886A1; CN106794427A; CN111514759A; KR102332901B1; US10350549B2; WO2016035798A1

Abstract

본 발명의 중공사막 모듈은, 높이 방향에 있어서 제1 단과 제2 단을 갖는 통 형상 케이스와, 통 형상 케이스 내에 수용되고, 제1 단측의 단부가 폐색되고, 제2 단측의 단부가 개구한 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발과, 중공사막의 제1 단측의 단부를 결속하는 제1 결속부와, 제1 결속부의 제1 단측으로부터 제2 단측을 향하여 상기 제1 결속부를 통과하도록 유체를 유도하는 제1 유로와, 제1 유로의 제2 단측의 종단부에서, 제1 유로의 제2 단측의 종단부로부터 유출한 상기 유체의 적어도 일부의 흐름을, 통 형상 케이스의 높이 방향과 교차하는 방향으로 향하게 하는 유로 부재를 구비한다.

Description

중공사막 모듈 및 중공사막 모듈의 제조 방법{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE}

본 발명은 수 처리 분야, 발효 공업 분야, 의약·의료 분야, 식품 공업 분야 등에서 사용하는 중공사막 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 중공사막 모듈의 결속부 부근으로의 현탁 물질의 퇴적을 억제하는 중공사막 모듈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 중공사막 모듈은, 약 몇백 내지 몇만 개의 중공사막이 묶인 중공사막 다발을 통 형상 케이스 내에 수용하고, 해당 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 결속하여, 통 형상 케이스 내에 수용한 구성으로 되어 있다.

예를 들어 특허문헌 1에, 중공사막 다발의 양단이 접착 결속되고, 한쪽의 결속부에 복수개의 관통 구멍이 설치된 모듈이 개시되어 있지만, 이 관통 구멍은 피여과액이나 세정액의 공급구, 세정 시의 공기의 공급구 그리고 현탁 물질의 배출구 등의 역할을 한다.

일본 특허 공개 평9-220446호 공보

그러나, 결속부 상면에 있어서, 각 관통 구멍의 사이에는, 아래에서부터 유체가 흘러 오는 경우에 있어서도, 위에서 유체가 흘러 오는 경우에 있어서도, 유속이 작은 체류부가 되기 쉽다. 체류부에는 피여과액 중에 포함되는 현탁 물질 등이 퇴적되기 쉽고, 현탁 물질의 퇴적이 반복되면, 현탁 물질이 중공사막 표면을 넓게 덮음과 동시에, 고화하여 큰 덩어리가 되어, 용이하게 제거할 수 없게 되어 버린다. 결과로서, 중공사막의 여과 면적의 감소에 의한 막간 차압의 상승이나, 고화한 현탁 물질이 일부의 관통 구멍에 막혀, 피여과액, 세정액, 공기의 공급이 치우치는 등 중공사막 모듈의 성능 저하로 이어진다.

또한, 발효 공업이나 의약·의료 분야에 있어서는 피여과액, 또는 여과액으로의 잡균 혼입(콘타미네이션)을 방지할 필요가 있고, 그러한 분야에 있어서 중공사막 모듈을 사용할 때에는, 사용 전에 중공사막 모듈 내를 살균, 또는 멸균 조작을 행한다. 일반적인 살균, 멸균의 방법으로서는 온수 살균, 건열 멸균, 자비(煮沸) 멸균, 증기 멸균, 자외선 멸균, 감마선 멸균, 가스 멸균 등의 방법을 들 수 있다. 특히 대형의 조(槽)나, 조에 연결된 배관, 분리막 모듈의 살균 또는 멸균을 행하는 경우에는, 온수 살균(통상은 80℃, 1시간) 또는 증기 멸균(통상은 121℃, 20분간)이 가장 유효한 방법이다. 그러나 살균 또는 멸균 조작은, 현탁 물질의 퇴적 등에 의해 조작 전의 균수가 많은 경우에는, 조작 후의 잔균수가 많아져, 잡균 오염으로 이어질 가능성이 있다. 또한, 특히 증기 멸균을 행할 때에는, 관통 구멍은 증기 드레인의 배출구 역할을 하지만, 결속부 상방의 각 관통 구멍 사이의 체류부에 증기 드레인이 고이면, 충분히 승온되지 않고 잡균 오염으로 이어진다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 결속부 상의 흐름의 체류를 저감하고, 탁질 퇴적이 일어나기 어려운 중공사막 모듈 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 (1) 내지 (11)의 기술을 제공한다.

(1) 높이 방향에 있어서 제1 단과 제2 단을 갖는 통 형상 케이스와, 상기 통 형상 케이스 내에 수용되고, 상기 제1 단측의 단부가 폐색되고, 상기 제2 단측의 단부가 개구한 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발과, 상기 중공사막의 상기 제1 단측의 단부를 결속하는 제1 결속부와, 상기 제1 결속부의 상기 제1 단측으로부터 상기 제2 단측을 향하여 상기 제1 결속부를 통과하도록 유체를 유도하는 제1 유로와, 상기 제1 유로의 제2 단측의 종단부에서, 상기 제1 유로의 상기 제2 단측의 종단부로부터 유출한 상기 유체의 적어도 일부의 흐름을, 상기 통 형상 케이스의 높이 방향과 교차하는 방향으로 향하게 하는 유로 부재를 구비하는 중공사막 모듈.

(2) 적어도 하나의 상기 유로 부재는, 상기 제1 결속부의 상기 제2 단측의 단부면으로부터 돌출되도록 설치되고, 상기 제1 결속부의 상기 제2 단측의 면과 접하는 개구부를 구비하는 (1)에 기재된 중공사막 모듈.

(3) 적어도 하나의 상기 유로 부재의 상기 높이 방향에 있어서의 상기 개구부의 길이는 1mm 이상 30mm 이하인 (2)에 기재된 중공사막 모듈.

(4) 상기 제1 결속부의 외경 R과, 상기 유로 부재의 상기 개구부의 총 면적 S가 0.004≤S/R²≤1.2를 만족하는 (2) 또는 (3)에 기재된 중공사막 모듈.

(5) 상기 중공사막의 파단 강력 F가 F≥4.9N을 만족하는 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈.

(6) 상기 제1 결속부의, 상기 제2 단측 단부면에 있어서의 A 경도가 10 이상, 또한 D 경도가 85 미만인 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈.

(7) 상기 제1 결속부의 제2 단측 단부면 중, 가장 낮은 부위로부터 높이 3mm 이내의 범위의 영역에, 적어도 1개의 상기 제1 유로의 종단부가 배치되어 있는 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈.

(8) 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 제1 유로의 총 면적이, 상기 제1 결속부를 포함하는, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 통 형상 케이스 내측의 면적에 대하여, 2％ 이상 35％ 이하인 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈.

(9) 상기 중공사막 모듈은 복수의 상기 제1 유로를 구비하고, 상기 유로 부재는, 복수의 상기 제1 유로 중 일부의 유로로부터의 유출 방향을 변경하도록 배치되어 있고, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 제1 유로 중, 상기 유로 부재에 의해 방향이 변경되는 흐름을 공급하는 유로의 면적은, 상기 제1 유로의 총 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하인 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈.

(10) (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈의 제조 방법이며,

하기 공정 (a) 내지 (e):

(a) 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부에, 상기 유로 부재를 배치하는 스텝과,

(b) 상기 유로 부재의 유로가 되는 부분에 유로 형성 지그를 배치하는 스텝과,

(c) 상기 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 상기 유로 부재를 배치한 단부를 둘러싸도록 포팅 지그를 배치하는 스텝과,

(d) 상기 포팅 지그 내에서 포팅제를 경화함으로써, 상기 중공사막 사이와, 상기 유로 부재를 접착 고정한 결속부를 성형하는 스텝과,

(e) 상기 유로 형성 지그 및 상기 포팅 지그를 제거하는 스텝을 구비하는, 중공사막 모듈의 제조 방법.

(11) (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈의 제조 방법이며,

하기 공정 (a) 내지 (d):

(a) 상기 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 둘러싸도록 포팅 지그를 배치하는 스텝과,

(b) 상기 포팅 지그 내에서 포팅제를 경화함으로써, 상기 중공사막 사이를 접착 고정한 결속부를 성형하는 스텝과,

(c) 상기 포팅 지그를 제거하는 스텝과,

(d) 상기 결속부에, 상기 유로 부재를 고정하는 스텝을 구비하는, 중공사막 모듈의 제조 방법.

본 발명의 중공사막 모듈은, 중공사막과, 중공사막 중 그의 제1 단측이 폐색되어, 결속된 제1 결속부와, 제1 단측으로부터 제2 단측을 향하여 제1 결속부를 통과하도록 유체를 유도하는 제1 유로와, 제1 유로의 제2 단측의 종단부로부터 유출된 유체의 적어도 일부의 흐름을, 중공사막 다발을 수용하는 통 형상 케이스의 높이 방향과 교차하는 방향으로 향하게 하는 유로 부재를 구비한다. 유로 부재에 의해, 제1 유로 내에서 정해진 흐름의 방향을 바꿀 수 있으므로, 제1 결속부 상에 있어서, 각 제1 유로의 사이에서의 체류부를 작게 할 수 있다.

도 1은, 종래 기술에 의한 중공사막 모듈(100A)의 개략 단면도와, 그 내부의 유체의 아래에서부터 위의 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는, 종래 기술에 의한 중공사막 모듈(100A)의 개략 단면도와, 그 내부의 유체의 위로부터 아래의 흐름을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 개략 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 제1 결속부의 확대도와, 유체가 제1 유로를 아래에서부터 위로 흐르는 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 유로 부재의 형상의 예를 도시한 도면이고, (a)는 방해판 형상의 유로 부재, (b)는 구 형상의 유로 부재, (c)는 평면 형상 선단을 갖는 유로 부재, (d)는 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재를 나타낸다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 제1 결속부의 확대도와, 유체가 제1 유로를 위로부터 아래로 흐르는 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 유로 부재의 개구부 형상의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 유로 부재의 배치 예를 도시한 도면이고, (a)는 유로 부재와 제1 결속부의 개략 단면도이고, (b)는 유로 부재와 제1 결속부의 개략 상면도이고, (c)는 유로 부재의 확대도이다.
도 9는, 본 발명의 유로 부재의 배치 예를 도시한 유로 부재와 제1 결속부의 개략 상면도이다.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 제조 방법의 일례를 설명하는 도면이다.

이하에, 본 발명의 중공사막 모듈 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명의 중공사막 모듈에 있어서, 「위」, 「아래」는 도면에 나타내는 상태에 기초하고 있고, 편의적인 것이며, 피여과액이 유입하는 측을 「아래」 방향, 여과액이 유출하는 측을 「위」 방향으로 한다. 또한, 「아래」에서부터 「위」를 향하는 방향을 「높이 방향」이라고 편의적으로 표현한다. 통상, 중공사막 모듈의 사용 시의 자세에 있어서, 상하 방향은 도면에 있어서의 상하 방향과 일치한다. 또한, 본 발명에 있어서, 유로의 방향은 높이 방향(통 형상 케이스의 직경 방향에 수직인 방향)과 일치하는 것으로 한정하지 않는다. 유로의 개구가 결속부의 제1 단측의 면과, 제2 단측의 면에 설치되어 있으면 된다. 즉, 유로가 높이 방향에 대하여 비스듬히 설치되는 것도 있을 수 있다.

I. 실시 형태

I-1. 중공사막 모듈

(1) 모듈 구성 개요

본 발명의 실시 형태에 따른 중공사막 모듈의 구성에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)의 개략 종단면도이다.

제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100B)은, 높이 방향에 있어서 제1 단(1a)과 제2 단(1b)을 갖는 통 형상 케이스(1)와, 통 형상 케이스(1) 내에 수용되고, 제1 단(1a)측의 단부(제1 단부)가 폐색되고, 제2 단(1b)측의 단부(제2 단부)가 개구한 복수의 중공사막(2)을 갖는 중공사막 다발(12)과, 중공사막(2)의 제1 단(1a)측의 단부를 결속하는 제1 결속부(3)와, 제1 단(1a)측으로부터 제2 단(1b)측을 향하여 제1 결속부(3)를 통과하도록 유체를 유도하는 제1 유로(4)와, 제1 유로(4)의 제2 단(1b)측의 종단부로부터 유출한 유체의 적어도 일부의 흐름을, 통 형상 케이스(1)의 직경 방향으로 향하게 하는 유로 부재(5)를 구비하고 있다.

통 형상 케이스(1)는, 중공 형상의 통 형상 케이스(1)와, 해당 통 형상 케이스(1)의 양단부에 설치된 상부 캡(6)과 하부 캡(7)으로 구성되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 통 형상 케이스(1)의 상부에는, 여과액 출구(8)를 갖는 상부 캡(6)이, 통 형상 케이스(1)의 하부에는, 피여과액 유입구(9)를 갖는 하부 캡(7)이 각각, 액밀하게 또한 기밀하게 접속되어 있다. 상부 캡(6) 및 하부 캡(7)은, 예를 들어 도 3에 도시한 것과 같이 개스킷(10)을 사용하여, 클램프 등으로 통 형상 케이스(1)에 고정된다.

통 형상 케이스(1)는, 그의 상단부 및 하단부에 통 형상 케이스(1)의 전체 둘레에 걸쳐서 플랜지부(1D, 1E)를 갖고 있다. 또한, 통 형상 케이스(1)의 여과액 출구(8) 근처, 즉 제2 단(1b) 근처의 측면에는, 유체(피여과액)를 배출하는 노즐로서의 피여과액 출구(11)가 설치되어 있다.

상부 캡(6)은 통 형상 케이스(1)의 내경과 대략 동등한 내경을 갖고, 그의 상단부측이 직경 축소되어 여과액 출구(8)를 성형하고 있다. 상부 캡(6)의 하단부측에는, 통 형상 케이스(1)와 접속했을 때에 홈을 성형하기 위한 단차부(6A)가 상부 캡(6)의 전체 둘레에 걸쳐서 성형되어 있다.

하부 캡(7)은 통 형상 케이스(1)의 내경과 대략 동등한 내경을 갖고, 그의 하단부측이 직경 축소되어 피여과액 유입구(9)를 성형하고 있다.

또한, 중공사막 모듈(100B)은, 복수의 중공사막(2)을 포함하는 중공사막 다발(12)과, 중공사막 다발(12)의 단부에서 중공사막(2) 사이를 결속하는 결속부를 구비한다. 결속부는, 통 형상 케이스(1)의 피여과액 유입구(9)측에 배치되는 제1 결속부(3)와, 통 형상 케이스(1)의 여과액 출구(8)측에 배치되는 제2 결속부(13)를 갖는다.

또한, 중공사막 모듈(100B)은 피여과액 출구(11)와, 통 형상 케이스(1)의 직경 방향에 있어서 배열되도록, 통 형상 케이스(1)와 중공사막 다발(12) 사이에 배치되고, 또한 측면에 복수의 정류 구멍(14)을 갖는 정류 통(15)을 구비하고, 정류 통(15) 내에, 제2 결속부(13)를 수용하고 있다.

(2) 제1 결속부

통 형상 케이스(1)의 피여과액 유입구(9)측, 즉 중공사막 모듈(100B)의 하단부측에 배치되는 제1 결속부(3)는, 중공사막(2)을 제1 단부에 있어서, 중공부를 폐색한 상태로 결속하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 근방에 있어서, 유로 부재(5)로부터 유출한 유체(화살표 A)는 중공사막(2)에 대하여 통 형상 케이스(1)의 직경 방향의 힘으로서 작용하여, 이 부분에서 중공사막(2)의 파단이 발생하기 쉽다. 그로 인해, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면에 있어서, 어느 정도 경도가 낮은 재료가 중공사막(2)의 주위에 완충재로서 있는 것이 바람직하고, 완충재(제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면에 있어서의 부분)의 경도는 바람직하게는 D 경도 85 미만, 더욱 바람직하게는 D 경도 60 미만이다. 또한, 경도가 너무 낮은 경우에는, 중공사막 모듈(100B)의 취급 중에 파손되거나 할 가능성이 높아, 바람직하게는 A 경도 10 이상, 더욱 바람직하게는 A 경도 30 이상이다. 경도의 측정은 JIS K 6253에 기초하여, 시판되고 있는 경도계를 사용하여 행할 수 있다. 완충재는 개별로 사용해도 되고, 그 경우에는, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 근방에 사용하면 된다.

또한, 결속부의 재질을 선택하면, 완충재를 겸할 수 있다. 결속 방법은, 결속부의 기계적 강도, 화학적 내구성, 열적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 열 수축 튜브 등으로 중공사막 다발(12)의 외주를 덮고, 가열하여 결속하는 방법이나, 시트에 중공사막을 배열하여 김밥 형상으로 결속하는 방법, 포팅제를 사용하여 접착하는 방법 등을 들 수 있다. 포팅제는, 실리콘 수지, 에폭시 수지 또는 폴리우레탄 수지 등을 주성분으로서 함유할 수 있다. 또한, 포팅제는 접착제 이외의 실리카, 유리, 고무 등의 첨가재를 포함해도 된다.

또한, 제1 결속부(3)는, 하방에 저부를 갖는 원통 형상의 제1 결속부 케이스(16) 내에 수용되어 있다. 제1 결속부 케이스(16)의 외경은, 통 형상 케이스(1)의 내경보다도 작게 구성되어 있다. 제1 결속부 케이스(16)는 반드시 필요하지는 않지만, 제1 결속부(3)의 보호를 위해 사용되고, 재질은 기계적 강도, 화학적 내구성, 열적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 염화비닐계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시불소 수지 등의 불소계 수지, 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 스테인리스, 알루미늄 등을 들 수 있다.

제1 결속부(3)는 통 형상 케이스(1)에 고정되어 있어도 되고, 그의 고정 방법은 본 발명과는 전혀 관계없다. 또한, 제1 결속부 케이스(16)의 형상, 나아가 제1 결속부 케이스(16)의 유무는 본 발명과는 전혀 관계없다.

(3) 제1 유로

제1 결속부(3)는 피여과액 등의 유체 유로가 되는 제1 유로(4)를 갖고 있다. 구체적으로는, 제1 유로(4)는, 제1 결속부(3) 중에 설치된 관통 구멍(4A), 및 통 형상 케이스(1)와 제1 결속부(3)의 클리어런스(4B) 등을 포함한다. 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 근방에 있어서 흐름의 체류부의 발생을 저감하기 위해서는, 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 제1 유로(4)의 총 면적이, 상기 제1 결속부를 포함하는, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 통 형상 케이스 내측의 면적에 대하여, 2％ 이상 35％ 이하인 것이 바람직하다. 제1 유로(4)의 면적이 작으면, 체류 개소가 될 수 있는 각 관통 구멍(4A) 사이의 공간이 넓어져, 유로 부재(5)를 설치해도 체류를 저감하는 효과가 얻어지기 어렵다. 또한, 제1 유로(4)를 유체가 통과할 때의 압력 손실이 커, 아래에서부터 위로 유체가 흐르는 경우에는 펌프 동력 비용이 커진다. 또한, 위로부터 아래로 유체가 흐르는 경우에는 흐름이 일어나기 어렵고, 탁질이 제1 유로를 막을 가능성이 있다. 한편, 제1 유로(4)의 면적이 크면, 제1 결속부(3)에 있어서의 중공사막(2) 이외의 부분의 단면적이 작아지기 때문에, 중공사막(2)이 밀집하여 중공사막(2)의 제1 단(1a)측에 밀봉 불량이 발생하거나, 또는 중공사막(2) 사이에 퇴적한 탁질을 배출하기 어려워지는 등의 문제가 일어날 가능성이 있다. 또한, 제1 유로(4)를 유체가 아래에서부터 위로 흐르는 경우에, 제1 유로(4)의 면적이 너무 크면, 유체의 압력 손실이 충분하지 않고, 유로 부재(5)에 유입하는 흐름에 치우침이 발생한다. 유로 부재(5)에 유입하는 흐름에 치우침이 있으면, 유로 부재(5)로부터 유출하는 직경 방향의 흐름에 치우침이 발생하고, 체류부가 커지고, 탁질이 퇴적하기 쉽다.

제1 유로(4)는, 복수의 관통 구멍(4A)을 포함하는 것이 바람직하고, 각 관통 구멍(4A)의 배치는, 다수의 정삼각형의 정점의 위치나, 방사선과 동심원과의 교점의 위치, 격자 위의 교점의 위치 등 임의이지만, 인접하는 관통 구멍끼리의 간격에 치우침이 있으면, 해당 간격이 다른 곳보다 큰 개소는 체류하기 쉬우므로, 해당 간격에 큰 차이가 없도록 등간격으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 중, 가장 낮은 부위로부터 높이 3mm 이내의 범위의 영역에, 적어도 1개의 제1 유로(4)의 종단부가 배치되어 있으면 보다 바람직하다. 유체가 위로부터 아래로 흘러내리는 경우에 있어서(도 6의 화살표 B의 흐름), 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면이 수평하지 않은 경우에는 가장 낮은 부위에 체류가 발생하기 쉽지만, 제1 유로(4)의 종단부가 이러한 영역에 배치되어 있음으로써, 낮은 부위로부터의 배수를 확실하게 행할 수 있다.

제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면이 수평하지 않은 경우는, 예를 들어 이하와 같은 경우를 들 수 있다. 제1 결속부(3)를 포팅제에 의해 성형하고, 특히 원심 포팅법을 행한 경우에는, 원심력의 영향으로 제1 결속부의 제2 단(1b)측 중앙부에 패임이 생긴다(도 6). 또한 중력의 영향으로 포팅 시의 상측 방향과 하측 방향으로 경사가 형성된다. 한편, 정치 포팅법에서는, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면을 수평하게 할 수도 있지만, 제1 결속부 케이스(16)를 연직 방향으로부터 경사진 상태로 포팅을 행한 경우에는, 제2 단(1b)측 단부면에 경사가 형성된다.

또한, 관통 구멍(4A)의 높이 방향에 수직인 단면 형상은 원형, 타원형, 다각형, 별형 등 임의이다.

(4) 유로 부재

유로 부재(5)는, 일부의 제1 유로(4)로부터 유출한 흐름의 방향을 변경하도록 배치되어 있고, 높이 방향에 수직인 단면에 있어서, 제1 유로(4) 중, 유로 부재(5)에 의해 방향이 변경되는 흐름을 공급하는 유로의 면적은, 제1 유로(4)의 총 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하인 것이 바람직하다. 유로 부재(5)에 의해 방향이 변경되는 흐름을 공급하는 제1 유로(4)의 면적이 너무 크면, 유로 부재(5)를 아래에서부터 위로 유체가 흐르는 경우에 압력 손실이 과대해지는 경우가 있고, 또한 유로 부재(5)를 위로부터 아래로 유체가 흐르는 경우에 흐름이 일어나기 어려워, 충분히 배수되지 않을 가능성이 있다. 한편, 유로 부재(5)에 의해 방향이 변경되는 흐름을 공급하는 유로의 면적이 너무 작으면, 유체가 제1 유로(4)를 아래에서부터 위로 흐르는 경우에, 유로 부재(5) 이외를 통과하는 흐름이 우선적이 되어, 유로 부재(5)에 의한 체류부를 작게 하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

유로 부재(5)의 형상은, 제1 유로(4)를 아래에서부터 위로 흘러나오는 유체의 유출 방향을 바꿀 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 5의 (a)에 나타내는 방해판 형상의 유로 부재(5A), (b)에 나타내는 구 형상의 유로 부재(5B), (c)에 나타내는 평면 형상 선단을 갖는 유로 부재(5C), (d)에 나타내는 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재(5D) 등을 들 수 있다. 유로 부재(5)의 고정 방법은, 기계적 강도가 충분하면 특별히 한정되지 않지만, 제1 결속부(3)에 고정하는 방법, 관통 구멍(4A)의 벽부에 유로 부재(5)의 발판을 고정하는 방법, 제1 결속부 케이스(16)에 고정하는 방법, 통 형상 케이스(1)의 내벽에 고정하는 방법 등을 들 수 있다. 유로 부재(5)와 제1 결속부 케이스(16)는 1개의 부재로서, 미리 제조해도 된다. 또한, 유로 부재(5)의 외벽은 뾰족해진 부분이나, 버(burr) 등이 있으면, 중공사막(2)을 흠집내어, 피여과액이 여과액 측으로 누설할 가능성이 있기 때문에, 유로 부재(5)의 외벽은 원활한 것이 바람직하다. 이들을 감안하여, 본 실시 형태에서는 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재(5)(5D)를 각 도면에 나타내고 있지만, 본 발명의 유로 부재(5)의 형상은 이것으로 제한되지 않는다.

유체가 위로부터 아래로 흐르는 경우에 있어서는, 유체가 흘러내리는 구동력이 자중만이 되는 경우가 있기 때문에, 체류부가 될 수 있는 공간을 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 도 6에 모식적으로 도시한 것과 같이, 모듈 내를 자중으로 위로부터 아래로 흘러내린 유체의 대부분은, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면에서 흐름이 차단되어, 유로 부재(5) 또는 제1 유로(4)를 향하여 흐름의 방향을 바꾼다. 그로 인해, 유로 부재(5)는, 제1 단(1a)측으로부터 제2 단(1b)측으로 흐르는 유체의 유로와, 제2 단(1b)측으로부터 제1 단(1a)측으로 흐르는 유체의 유로를 겸하게 되는 개구부(5E)를 가진다. 그리고, 개구부(5E5)는, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접하는 것이 바람직하다. 개구부(5E)가 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접함으로써, 현탁 물질이 퇴적하기 쉬운 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면 근방에 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다. 또한, 유로 부재(5)의 개구부(5E)에 있어서, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접하는 부분의 폭이 1mm 이상인 것이 바람직하다. 1mm 미만이면 배수에 시간이 걸리거나, 또는 액 중에 포함되는 탁질로 개구부가 폐색되는 등, 충분한 배수를 행할 수 없다.

유로 부재(5)의 높이 방향에 있어서의 개구부(5E)의 길이는, 1mm 이상 30mm 이하인 것이 바람직하고, 5mm 이상 20mm 이하인 것이 보다 바람직하다. 유로 부재(5)에 유체가 아래에서부터 유입하는 경우, 개구부(5E)의 높이 방향에 있어서의 길이가 1mm 이상임으로써, 압력 손실을 억제할 수 있으므로, 큰 펌프 동력 비용을 필요로 하지 않는 모듈 운전이 가능하게 된다. 또한, 탁질 등에 의한 폐색, 제작 오차에 의한 폐색도 일어나기 어렵다. 한편, 개구부(5E)의 높이 방향에 있어서의 길이가 30mm 이하임으로써, 유로 부재(5)로부터 유출하는 흐름 중, 직경 방향 성분이 차지하는 비율을 비교적 크게 유지할 수 있으므로, 현탁 물질 등이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)를 작게 하는 효과가 보다 높아진다.

유로 부재(5)의 개구부(5E)의 폭은 도 7에 나타낸 바와 같이, 높이 방향에 있어서 아래에 위치할수록 크게, 위를 향하여 점차 작게 할 수도 있다. 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면 부근은, 현탁 물질이 가장 퇴적하기 쉬운 개소이지만, 개구부가 이러한 형상임으로써, 이 개소에 있어서의 흐름의 직경 방향 성분이 커지므로, 현탁 물질의 퇴적량을 저감할 수 있다.

유로 부재(5)의 배치(즉 수, 위치 및 방향)는 특별히 한정되지 않는다. 단, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면으로부터 높이 30mm 이내의 공간에 위치하는 중공사막(2)이, 각각 적어도 1개의 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터 유출하는 유체에 접촉하도록, 유로 부재(5)의 배치가 설정되어 있는 것이 바람직하다. 도 8의 (a), (b)는 그러한 구성의 예이다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 유로 부재(5)는 결속부(3)의 상단부면으로부터 30mm의 높이까지 개구하고 있다.

또한, 도 8의 (b)에서는, 각각의 유로 부재(5)가, 그 유로 부재(5)로부터의 유체가, 다른 유로 부재(5)로부터 유출하는 유체가 도착하기 어려운 범위에 도착하도록, 배치되어 있다. 구체적으로는, 결속부(3)의 상방으로부터의 시야에서는, 어떤 유로 부재(5)의 개구부(5E)는, 그 근방의 유로 부재(5)의 비개구부(즉 개구부(5E)가 아닌 부분)를 향하도록 되어 있다. 유로 부재(5)가 이렇게 배치됨으로써, 어떤 중공사막(2)도, 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터 유출하는 유체의 흐름을 받을 수 있다.

또한, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R이 0.004≤S/R²≤1.2를 만족하는 것이 바람직하고, 0.01≤S/R²≤0.86을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

S/R² 값이 0.004 이상임으로써, 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터 유출하는 흐름을 균일화할 수 있다. 그것에 의하여, 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터 유출하는 흐름은, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 근방에 있어서, 대부분의 중공사막(2)에 도달하여 막면을 세정한다. 또한, 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터의, 국소적인 과잉으로 강한 흐름의 발생이 억제되기 때문에, 중공사막(2)이 자신의 강도 이상의 힘을 받아서 손상되는 등의 고장이 발생하기 어렵다. S/R² 값이 1.2 이하임으로써, 유로 부재(5)의 개구부(5E)로부터 유출하는 흐름의 유속을 충분히 높일 수 있고, 현탁 물질 등이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)를 작게 할 수 있다.

각 유로 부재(5)의 개구부(5E)는, 유로 부재(5)의 높이 방향과 수직인 면에 있어서 균일하게 설치해도 되지만, 임의의 방향에 대하여 편재시켜도 된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 개구부(5E)를 편재시켜, 개구부(5E)의 면적이 큰 방향을 각 유로 부재(5)에 의해 바꾸어서 배치함으로써, 중공사막 모듈(100B) 내의 흐름을 제어하고, 도 9 중의 화살표 C에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 선회류를 일으킬 수도 있다.

또한, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이 유로 부재(5)가 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재(5)(5D)인 경우에 있어서, 유로 부재(5)에 있어서 가장 위에 배치된 개구부(5E)보다도 위에서, 유로 부재(5)의 내벽에 둘러싸인 막힌 길의 깊이 L과, 막힌 길의 원 등가 상당 직경 D가, L/D≤5.0을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 원 등가 상당 직경이란, 높이 방향에 수직인 단면의 형상을 동일 면적의 원형으로 치환했을 때의 원 직경을 가리킨다. 유로 부재(5) 내의 쑥 들어간 막힌 길의 공간은 체류부가 되어, 탁질이 퇴적하기 쉽고, 온수 살균이나 증기 멸균 시에 살균 및 멸균 불량이 되기 쉽다. 이에 비해, L/D≤5.0을 만족함으로써, 유로 부재(5) 내의 형상을 쑥 들어간 막힌 길의 공간이 작은 형상으로 하여, 살균 및 멸균의 효율을 향상할 수 있다.

(5) 중공사막

본 실시 형태의 중공사막 모듈(100B)은, 분리막으로서 중공사막(2)을 구비한다. 몇백 내지 몇만 개의 중공사막(2)은 묶여서, 중공사막 다발(12)을 형성한다. 중공사막(2)은 일반적으로 평막보다 비표면적이 커, 단위 시간당 여과할 수 있는 액량이 많기 때문에 유리하다. 중공사막(2)의 구조로서는 전체적으로 구멍 직경이 균일한 대칭막이나, 막의 두께 방향으로 구멍 직경이 변화하는 비대칭막, 강도를 유지하기 위한 지지층과 대상 물질의 분리를 행하기 위한 분리 기능층을 갖는 복합막 등이 존재한다.

중공사막(2)의 평균 구멍 직경은 분리 대상에 따라 적절히 선택하면 되지만, 세균류나 진균류 등의 미생물이나, 동물 세포의 분리 등을 목적으로 하는 경우, 10nm 이상, 220nm 이하인 것이 바람직하다. 평균 구멍 직경이 10nm 미만이면 투수성이 낮아지고, 220nm를 초과하면 미생물 등이 누설할 가능성이 있다. 본 발명에서의 평균 구멍 직경이란 가장 구멍 직경이 작은 치밀층의 구멍 직경으로 한다.

분리막의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 분리막은, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐, 사불화에틸렌·육불화프로필렌 공중합체, 에틸렌·사불화에틸렌 공중합체 등의 불소계 수지, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트, 셀룰로오스아세테이트부티레이트 등의 셀룰로오스에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 폴리술폰계 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리프로필렌 등의 수지를 함유할 수 있다. 특히 불소계 수지나 폴리술폰계 수지를 포함하는 분리막은 내열성, 물리적 강도, 화학적 내구성이 높은 점에서, 증기 멸균이나 온수 살균이 필요한 발효 공업 분야, 의약품 제조 분야, 식품 공업 분야, 수 처리 분야 등에서 중공사막 모듈에 적합하게 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 0.004≤S/R²≤1.2를 만족하는 것이 바람직하고, 0.01≤S/R²≤0.86을 만족하는 것이 보다 바람직하다. 총 면적 S와 외경 R이 이 범위를 만족함으로써, 중공사막 모듈(100B) 내에 현탁 물질이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)를 저감하는 흐름을 효과적으로, 또한 큰 치우침 없이 발생시킬 수 있다. 한편, 개구부(5E)로부터의 흐름에 의해 중공사막이 손상을 받을 가능성이 있다. 이 범위의 중공사막 모듈(100B)에 있어서, 중공사막(2)의 손상 없이 운전하기 위해서는, 중공사막(2)은 고강도인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 막 1개당의 강력(파단 강력)이 4.9N 이상인 것이 바람직하고, 5.9N 이상인 것이 보다 바람직하고, 7.8N 이상인 것이 더욱 바람직하다. 파단 강력(N)은 인장 시험기((주)도요 볼드윈제 TENSILON(등록 상표)/RTM-100을 사용하여, 물로 습윤시킨 분리막을 시험 길이 50mm, 풀스케일 5kg의 하중으로 크로스 헤드 속도 50mm/분으로 측정하였다. 샘플을 바꾸어서 10회 측정을 실시한 결과를 수 평균하여 강력(N)을 구할 수 있다.

또한, 중공사막(2)은 불소계 수지나 폴리술폰계 수지 외에, 친수성 수지를 더 함유해도 된다. 친수성 수지에 의해, 분리막의 친수성을 높이고, 막의 투수성을 향상시킬 수 있다. 친수성 수지는, 분리막에 친수성을 부여할 수 있는 수지이면 되고, 구체적인 화합물로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 셀룰로오스에스테르, 지방산 비닐에스테르, 비닐피롤리돈, 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드, 폴리메타크릴산에스테르계 수지 및 폴리아크릴산에스테르계 수지 등이 적합하게 사용된다.

중공사막 모듈(100B)을 제조할 때는, 중공사막(2)의 결속에 포팅제를 사용하는 경우가 있다. 그 경우, 포팅부 성형용 지그에 중공사막을 충전하고, 포팅제로 고정하지만, 취급이나 접착의 문제로부터 미리 중공사막(2)을 건조시켜 둔다. 그러나 중공사막(2)의 대부분은 건조에 의해 수축이 일어나고, 투수성이 저하된다는 문제가 있기 때문에, 글리세린 수용액에 침지한 후에 건조시킨 것을 사용한다. 글리세린 수용액에 침지한 후에 건조시키면, 글리세린이 세공 내에 잔류함으로써 건조에 의한 수축을 방지할 수 있고, 그 후 에탄올 등의 용매로 침지 처리를 행함으로써 투수성을 회복시킬 수 있다.

중공사막 모듈(100B)은, 증기 멸균이나 온수 살균하고 나서 사용하는 것도 가능하나, 중공사막(2)의 종류에 따라서는 증기 멸균 및 온수 살균에 의해 수축이 일어나는 경우가 있다. 그 때문에 모듈 제작 후에 증기 멸균 또는 온수 살균을 행하면 중공사막(2)의 수축에 의해 중공사막(2)이 손상되거나, 중공사막(2)이 결속부에서 탈락되거나 할 가능성이 있다. 따라서 미리 중공사막(2)을 증기 처리 또는 온수로 처리하여, 수축시키고 나서 단부 결속을 행하여 모듈을 제조하는 것이 바람직하다. 일반적으로 증기 멸균은 121℃ 이상에서 실시하기 때문에, 121℃ 이상의 증기로 전처리를 실시해 두는 것이 바람직하다. 또한, 온수 살균은 약 80℃ 정도에서 실시하는 것이 일반적이지만, 공정에 따라 온도를 바꾸는 일이 종종 있다. 그로 인해, 상정되는 사용 온도 이상의 온수로 미리 중공사막을 처리해 두는 것이 바람직하다.

중공사막 모듈(100B)은, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서, 중공사막(2)과, 중공사막(2)의 중공부의 면적의 합이, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면의 면적에 대하여, 35％ 이상 65％ 이하인 것이 바람직하다. 중공사막(2)이 차지하는 해당 면적이 작으면, 중공사막 모듈의 단위 부피당의 여과 처리량이 작아져, 여과량당의 비용이 증가한다. 중공사막(2)이 차지하는 해당 면적이 크면, 유로 부재(5)로부터 유출하는 직경 방향의 흐름이 차단되어, 체류를 저감하는 효과를 충분히 얻지 못하고, 또한 유로 부재를 설치하는 것이 어렵다.

또한, 중공사막 다발(12)은, 중공사막 모듈(100B)을 제조하는 작업성이나 모듈 세정에 있어서의 중공사막(2)의 세정성을 감안하여, 느슨함을 갖는 상태에서 양단의 결속부(3, 13)를 개재하여 통 형상 케이스(1) 내에 수용하는 것이 바람직하다. 느슨함이 있다란, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면으로부터 제2 결속부(13)의 제1 단(1a)측 단부면까지의 직선 거리보다도, 해당 부분의 중공사막(2)의 길이 쪽이 긴 상태를 가리킨다.

(6) 제2 결속부

통 형상 케이스(1)의 제2 단(1b)측에는, 중공사막 모듈(100B)의 상단부측인 제2 결속부(13)가 배치되어 있다. 제2 결속부(13)는, 다수개의 중공사막(2)으로 이루어지는 중공사막 다발(12)을 결속하여 구성된다. 여기서, 중공사막(2)의 중공부가 밀봉되어 있지 않고, 개구하고 있는 상태로 되어 있고, 개구부로부터 여과액을 상부 캡(6)측에 취출한다. 결속 방법 및 사용하는 재질은 결속부의 기계적 강도, 화학적 내구성, 열적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1 결속부(3)와 동일한 방법, 재질을 선택할 수 있다.

또한, 제2 결속부(13)의 외경은 통 형상 케이스(1)보다도 작은 구성으로 되어 있다. 또한 통 형상 케이스(1)와, 제2 결속부 사이에 정류 통(15)이 존재하고, 제2 결속부(13)는 통 형상 케이스(1) 또는 정류 통(15)에 고정되어 있고, 정류 통(15)은 통 형상 케이스에 고정되어 있다. 각각의 고정 방법은 본 발명과는 전혀 관계 없다.

(7) 통 형상 케이스, 정류 통의 재질

중공사막 모듈(100B)에서 사용하는 통 형상 케이스(1)의 재질은 기계적 강도, 화학적 내구성, 열적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 염화비닐계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 퍼플루오로알콕시불소 수지 등의 불소계 수지, 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 스테인리스, 알루미늄 등을 들 수 있다. 또한 중공사막 모듈(100B)에서 사용하는 정류 통(15)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 통 형상 케이스(1)와 동일한 재료로부터 선택할 수 있다.

I-2. 중공사막 모듈의 제조 방법

이하에, 본 실시 형태에 따른 중공사막 모듈의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에 기재하는 제조 방법은 제1 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 후술하는 어떤 실시 형태에서도 동일한 방법으로 중공사막 모듈을 제조할 수 있다.

이하에 있어서, 제1 결속부(3) 및 제2 결속부(13)를, 포팅제를 사용하여 제조하는 방법으로 설명한다. 포팅 방법으로서는, 원심력을 이용하여 액상의 포팅제를 중공사막 사이에 침투시키고 나서 경화시키는 원심 포팅법과, 액상의 포팅제를 정량 펌프나 헤드에 의해 송액하여 자연스럽게 유동시킴으로써 중공사막(2) 사이에 침투시키고 나서 경화시키는 정치 포팅법의 어느 것을 사용해도 된다.

원심 포팅법은 원심력에 의해 포팅제가 중공사막 사이에 침투하기 쉽고, 고점도의 포팅제도 사용할 수 있다. 또한 중공사막(2)을 접착하는 포팅제에 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우, 중공사막(2)에 포함되는 수분과 이소시아네이트가 반응하여 이산화탄소가 발생하여 발포하기 때문에, 정치 포팅법에서 폴리우레탄 수지를 사용하는 것은 어렵다. 원심 포팅법이라면 원심력에 의해 모듈의 단부 방향으로 압력이 발생하여, 기포가 내측 방향으로 빠지기 때문에, 중공사막(2)을 접착하는 포팅제로서 폴리우레탄 수지를 사용할 수 있다. 한편으로, 정치 포팅에서는 원심 성형기 등의 대형 설비는 불필요하다.

포팅이 종료하여 포팅제가 경화하면, 제2 결속부의 제2 단(1b)측의 포팅부를 커트함으로써 중공사막(2)의 단부면을 개구시킨다. 포팅을 행하기 전에는 중공사막(2)의 제2 단(1b)측 단부의 중공부를 실리콘 접착제 등으로 밀봉하는 눈 막음 처리를 실시해 두는 것이 바람직하다. 눈 막음 처리를 행하면, 그 이상 중공부에 포팅제가 진입하는 것을 방지하여, 중공부가 포팅제로 채워져서 투과액이 나오지 않게 되는 불통사(不通絲)의 발생을 방지할 수 있다.

또한 포팅을 행할 때는, 접착성을 향상시키기 위하여 제1 결속부 케이스(16)의 내측의 표면에 대해서 줄질, 플라즈마 처리, 프라이머 처리 등을 실시해도 된다. 또한, 정류 통(15)의 내측에 제2 결속부를 접착하는 경우도 동일하다.

이어서, 제1 실시 형태에 따른 중공사막 모듈(100)의 제조 방법에 대하여 도 10의 흐름도를 참조하여 설명한다. 단, 이하에 설명하는 제조 방법은, 후술하는 어떤 실시 형태의 모듈에도 적용 가능하다.

먼저, 중공사막 다발(12)을 도 11에 도시하는 원심 포팅 장치에 설치하여 원심 포팅을 행하여, 제1 결속부 및 제2 결속부를 성형한다(스텝 S1).

여기서, 중공사막 다발(12)은 통 형상 케이스(1)에 수용되고, 중공사막(2)의 제1 단부는 제1 결속부 케이스(16)에, 중공사막(2)의 제2 단부는 정류 통(15)에, 또한 정류 통(15)은 제2 결속부 성형용 지그(17)에, 각각 삽입되어 있다. 또한, 제1 결속부 케이스(16) 저부의 관통 구멍에, 외주에 유로 부재(5)를 감합한 핀(18)이 삽입되어 있고, 제1 결속부 성형용 지그(19)의 내부에 제1 결속부 케이스(16)와 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재(5)(5D) 및 핀(18)이 수용되어 있다. 또한, 중공사막(2)의 제2 단부는 미리 실리콘 접착제로 눈 막음 처리되어 있다.

통 형상 케이스(1)에는 포팅제 투입기(20)가 접속되어 있고, 이 장치 전체를 원심 성형기 내에서 회전시킴으로써 원심력에 의해 포팅제를 제1 결속부 케이스(16) 및 제2 결속부 성형용 지그(17)에 공급할 수 있다. 또한, 포팅제는 제1 결속부 케이스(16) 및 제2 결속부 성형용 지그(17)에 동시에 공급할 수도 있고, 따로따로 공급할 수도 있다.

포팅제가 경화한 후에, 결속부 성형용 지그(17, 19) 및 핀(18)을 제거한다. 이때, 도 11에 도시하는 바와 같이, 유로 부재(5)에는 미리 포팅제로 매립된 부분으로 연장되는 개구부를 형성해 둠으로써, 핀(18)을 제거한 후에 제1 결속부의 제2 단(1b)측 단부면과 접하는 개구부를 형성할 수 있다. 경화에 요하는 시간 및 온도는 포팅제의 종류에 따라 상이하기 때문에, 적합한 조건을 적절히 적용하면 된다.

이 방법에서는, 제1 결속부(3)를 성형함과 동시에, 유로 부재(5)를 제1 결속부(3)에 고정하고 있지만, 미리 제1 결속부(3)를 성형시키고, 그 후에, 유로 부재(5)를 제1 결속부(3)에 고정해도 된다. 유로 부재(5)를 제1 결속부의 제2 단측으로 돌출시키는 경우, 유로 부재(5)를 돌출하는 높이 방향의 길이 및 개구부(5E)의 방향 등을, 제1 결속부가 성형된 형상을 감안하여 조정할 수 있다. 또한, 유로 부재(5)를 착탈 가능하도록 제1 결속부(3)에 고정하면, 중공사막 모듈을 운전 평가 후에 유로 부재(5)의 형상이나 위치를 조정하는 것도 가능하다.

팁 소우(tipped saw)식 회전 날로 도 11의 C-C선 부분을 절단하고, 중공사막(2)의 제2 단부를 개구시킨다(스텝 S2).

마지막으로, 통 형상 케이스(1)의 제1 단(1a)측에 하부 캡(7)을, 제2 단(1b)측에 상부 캡(6)을 고정하여 중공사막 모듈(100B)을 제조할 수 있다(스텝 S3).

결속부 성형용 지그의 재질은 내열성, 화학적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 염화비닐계 수지, 나일론계 수지, 불소계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 실리콘계 수지 등이 이형성도 우수하여, 적합하게 사용된다. 포팅부 성형용 지그는, 단일의 재질을 사용하거나, 상술한 바와 같은 재질을 적어도 하나 포함하도록 복수의 재질을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 핀의 재질도 내열성, 화학적 내구성 등을 만족하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 결속부 성형용 지그와 동일한 재질을 사용할 수 있다. 금속을 사용하는 경우에는, 이형성을 향상하기 위하여 불소계 수지의 코팅 등을 행하면 좋다.

I-3. 모듈 운전 방법

중공사막 모듈(100B)을 사용한 여과 운전 중에는, 피여과액은, 피여과액 유입구(9)로부터 들어가 제1 결속부(3)의 제1 단(1a)측으로부터 제1 유로(4)를 아래에서부터 위로 통과하고, 유로 부재(5)에 의해 흐름 방향이 직경 방향으로 변경되어서 흘러나온다(도 4의 화살표 A의 흐름). 피여과액은, 어느 정도 진행한 후에, 높이 방향으로 진로를 바꾸어서 진행한다. 피여과액은 중공사막(2) 내를 통과한 후, 여과액으로서, 제2 결속부(13)와 상부 캡(6)으로 둘러싸인 공간으로 이동한다. 그 후, 여과액은 여과액 출구(8)로부터 모듈 외로 취출된다.

전량 여과(dead end filtration) 방식을 행하는 경우에는, 피여과액 출구(11)는 폐지된다.

한편, 교차 흐름 여과 방식을 행하는 경우에는, 피여과액 출구(11)로부터, 통 형상 케이스(1) 내에 도입된 피여과액의 일부가 취출된다. 취출된 피여과액은, 다시 피여과액 유입구(9)로부터 모듈 내에 도입된다. 교차 흐름 여과 방식은, 모듈 내에 흐름을 일으키므로, 막면 근방의 흐름에 의한 막면 세정의 효과가 얻어지고, 탁질 퇴적이 저감된다. 교차 흐름 여과 방식 운전에 있어서, 막면 선 속도를 높게 함으로써, 막면에 부착된 탁질 등에 대하여 더욱 높은 전단력을 부여할 수 있다.

일반적으로, 교차 흐름 여과 방식에 있어서의 막면 선 속도는 0.1m/s 이상, 7m/s 이하이다. 막면 선 속도가 0.3m/s 이상, 3m/s 이하이면, 보다 높은 세정성을 유지함으로써 장기의 안정 운전을 행할 수 있으므로, 바람직하다.

교차 흐름 여과 방식은, 특히 발효 공업 분야, 의약·의료 분야, 식품 공업 분야에 있어서 널리 사용된다. 또한 일반적으로, 일정 기간 중공사막 모듈을 사용하여 여과 운전을 행한 후에는, 모듈 내를 세정하는 공정이 마련되어 있고, 피여과액 유입구(9)로부터, 물, 약액, 기체 등이 공급된다. 특히, 온수 살균이 필요한 공정에서는 약 80℃ 이상의 온수가 공급된다.

한편, 세정 공정에 있어서, 여과액 출구(8)로부터, 여과액이나, 물 또는 세정액을 도입하고, 중공사막(2)의 중공부로부터 외측으로 배출하는 방법을 취하는 경우나, 모듈 내를 증기 멸균할 때 등은 유로 부재(5), 제1 유로(4)를 위로부터 아래로 배수가 흘러, 피여과액 유입구(9)로부터 모듈 외부로 배출된다.

본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변형, 개량 등이 자유 자재이다. 기타, 상술한 실시 형태에 있어서의 각 구성 요소의 재질, 형상, 치수, 수치, 형태, 수, 배치 장소 등은 본 발명을 달성할 수 있는 것이라면 임의이고, 한정되지 않는다.

II. 비교 형태

도 1에 도시하는 중공사막 모듈(100A)은, 높이 방향에 있어서 제1 단과 제2 단을 갖는 통 형상 케이스(1)와, 통 형상 케이스(1) 내에 수용되고, 제1 단측의 단부가 폐색되고, 제2 단측의 단부가 개구한 복수의 중공사막(2)을 갖는 중공사막 다발(12)과, 중공사막(2)의 제1 단측의 단부를 결속하는 제1 결속부(3)와, 제1 결속부를 제1 단측으로부터 제2 단측을 향하여 유체를 유도하는 관통 구멍(4C)을 구비하고 있다.

유체(화살표 A)는 아래에서부터 위로 관통 구멍(4C)을 통과할 때에 흐름에 방향성을 가져, 관통 구멍(4C)으로부터 위로 나간 후에도, 유속이나 중공사막 다발 부분의 유동 저항에 따라 다르지만, 관통 구멍(4C) 통과 시에 가진 방향성을 유지하여 진행한다. 그리고, 어느 정도 진행한 후에 관통 구멍(4C) 중의 유로 변화나 유동 저항에 따라 그 방향성을 상실하여, 균일한 흐름이 된다. 따라서, 관통 구멍(4C)으로부터 나온 직후의 각 관통 구멍(4C) 사이에서는 유속이 매우 작아져, 체류하기 쉽다. 그 결과, 현탁 물질 등이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)(P)가 발생하기 쉽다.

또한, 중공사막 모듈은 일정 시간의 여과 공정 후에, 막면에 부착되어 있는 현탁 물질 등을 세정하는 공정에 제공되지만, 이때는, 역세수 등의 세정 배수가 현탁 물질과 함께 관통 구멍(4C)으로부터 배출되게 된다. 따라서, 현탁 물질이 관통 구멍(4C)으로부터 배출되는 모습을 도 2에 도시한다. 현탁 물질을 포함하는 세정 배수(화살표 B)는 위로부터 균일한 흐름으로 결속부 부근까지 흘러, 결속부 부근에서 각 관통 구멍(4C)을 향하여 흐르고, 관통 구멍(4C) 내를 아래로 흘러서 배출된다. 그때, 각 관통 구멍(4C) 사이에는, 현탁 물질 등이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)(P)가 발생하기 쉽다.

(실시예)

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

(a) 중공사막의 제조

중량 평균 분자량 41.7만의 불화비닐리덴 단독 중합체 38질량부와 γ-부티로락톤 62질량부를 혼합하고, 160℃에서 용해하였다. 이 고분자 용액을 85질량％ γ-부티로락톤 수용액을 중공부 형성 액체로서 수반시키면서 이중관의 구금으로부터 토출하고, 구금의 30mm 하방에 설치한 온도 20℃의 γ-부티로락톤 85질량％ 수용액을 포함하는 냉각욕 중에서 응고시켜서 구상 구조로 이루어지는 중공사막을 제조하였다. 계속해서, 중량 평균 분자량 28.4만의 불화비닐리덴 단독 중합체 14질량부, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(이스트만 케미컬사제, CAP482-0.5) 1질량부, N-메틸-2-피롤리돈 77질량부, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르(산요 가세이사제, 이오넷(등록 상표) T-20C) 5질량부, 물 3질량부를 혼합하고, 95℃에서 용해하여 고분자 용액을 제조하였다. 이 제막 원액을, 구상 구조로 이루어지는 중공사막의 표면에 균일하게 도포하고, 바로 수욕 중에서 응고시켜서 구상 구조층 상에 3차원 스티치 구조를 형성시킨 중공사막(2)을 제조하였다. 얻어진 중공사막(2)은, 외경 1010㎛, 내경 600㎛이고, 막 표면 평균 구멍 직경은 40nm였다. 막 1개당의 강력은 6.4N이었다.

(b) 모듈의 제조

상기 (a)에서 얻어진 중공사막(2)을 길이 1800mm로 커트하고, 30질량％ 글리세린 수용액에 1시간 침지 후, 풍건하였다. 이 중공사막(2)을 125℃의 수증기에서 1시간 가열 처리하고 풍건시켜, 길이 1200mm로 커트하였다. 그 후 실리콘 접착제(도레이·다우코닝사제, SH850A/B, 2제를 질량비가 50:50이 되도록 혼합한 것)로 중공사막(2)의 제2 단측을 눈 막음하였다.

그 후, 도 11에 도시하는 바와 같이 통 형상 케이스(1)(내경 145mm, 외경 155mm, 길이 1000mm)에 전술한 중공사막(2)을 9000개 충전하였다. 또한, 통 형상 케이스(1)의 제1 단(1a)측에, 제1 결속부 케이스(16)(내경 138mm, 외경 140mm, 길이 30mm), 핀(18) 및 제1 결속부 성형용 지그(19)를 장착하고, 통 형상 케이스(1)의 제2 단(1b)측에 정류 통(15) 및 제2 결속부 성형용 지그(17)를 장착하였다. 이렇게 하여 지그를 장착한 통 형상 케이스(1)를 원심 성형기에 설치하였다. 제1 결속부 케이스(16) 저부의 관통 구멍(4A)에는, 외주에 유로 부재(5)를 감합한 핀(18)이 삽입되어 있고, 제1 결속부 성형용 지그(19)의 내부에는 제1 결속부 케이스(16)와 핀(18), 유로 부재(5)가 수용되어 있었다. 핀(18)은, 유로 부재(5)의 유로가 되는 부분에 유로를 형성하는 유로 형성 지그로서의 역할을 한다.

막 다발 접착제(포팅제)로서, 비스페놀 F형 에폭시 수지(헌츠맨사제, LST868-R14)와 지방족 아민계 경화제(헌츠맨사제, LST868-H14)를 질량비가 100:30이 되도록 혼합하고, 합계 2000g(한쪽 단당 1000g)을 포팅제 투입기(20)에 넣었다.

계속해서 원심 성형기를 회전시켜, 포팅제를 양단의 제2 결속부 성형용 지그(17) 및 제1 결속부 케이스(16)에 충전하여 제1 결속부(3) 및 제2 결속부(13)를 성형하고, 포팅제를 경화시켰다. 원심 성형기 내의 온도는 35℃, 회전수는 350rpm, 원심 시간은 5시간으로 하였다. 제2 결속부 성형용 지그(17) 및 제1 결속부 케이스(16)는, 중공사막 다발(12)의 단부를 둘러싸고, 그 내부에서 포팅제를 경화시켜서 결속부를 성형하는 포팅 지그로서의 역할을 한다.

그 후 결속부 성형용 지그(17, 19)와 핀(18)을 제거하고, 실온에서 24시간 경화시킨 후, 제2 결속부(13)의 단부(도 11에 도시하는 C-C면)를 팁 소우식 회전 날로 커트하고, 중공사막(2)의 단부면을 개구시켰다.

특히, 본 실시 형태에서는, 모든 유로 부재(5)가 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재이고, 그의 개구부(5E)가 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접하는 부분의 폭은 5mm이고, 개구부(5E)의 높이는 1mm였다. 또한, 개구부(5E)는, 유로 부재의 직경 방향에 있어서 등간격으로 3개소에 설치되었다. 1개의 모듈당 28개의 유로 부재(5)를 설치하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.022가 되었다.

계속해서 통 형상 케이스(1)의 플랜지부(1D, 1E)(도 3 참조)에 EPDM제의 개스킷(10)을 장착하고, 상부 캡(6) 및 하부 캡(7)을 설치하여, 도 3에 도시한 바와 같은 중공사막 모듈(100B)로 하였다. 그 후 중공사막 모듈(100B)에 에탄올을 송액하여 여과를 행하고, 중공사막(2)의 세공 내를 에탄올로 채웠다. 계속해서 RO수를 송액하여 여과를 행하여, 에탄올을 RO수로 치환하였다.

(c) 중공사막 모듈을 사용한 여과 운전

공장 배수를 처리하여 얻어진 활성 오니를 활성 오니량이 3g/L이 되도록 수돗물로 조정함으로써, 실험용의 피처리수를 얻었다.

상기 (b)에서 얻어진 중공사막 모듈(100B)에, 피여과액 유입구(9)로부터, 피처리수를 공급하고, 막면 선 속도 0.5m/s가 되도록 피여과액 출구(11)로부터 배출하여 모듈 내를 순환시켰다. 또한, 여과액 출구(8)로부터, 여과 유량 0.1㎥/㎡/day가 되도록 여과액을 취출하였다.

4주일 여과 운전을 계속한 후에, 중공사막 모듈(100B) 내의 액체를 피여과액 유입구(9)로부터 배출하고, 여과액 출구(8) 및 피여과액 출구(11)를 1주일 개방하고, 피여과액 유입구(9)로부터 중공사막 모듈(100B) 내에 80℃의 온풍을 공급하여 건조시켰다. 활성 오니의 공급 전의 건조한 중공사막 모듈(100B)의 중량 W0와, 활성 오니 공급 후에 건조한 중공사막 모듈(100B)의 중량 W1을 측정하였다. 활성 오니 공급 전후의 중공사막 모듈의 중량차(W1-W0)를 산출하였다.

(d) 중공사막 모듈의 증기 멸균

상기 (b)에서 얻어진 중공사막 모듈(100B)에, 피여과액 출구(11)로부터 125℃의 증기를 공급하고, 5분간 피여과액 유입구(9)를 대기압 개방하여 중공사막 모듈(100B) 내의 에어를 배출한 후에, 피여과액 유입구(9)의 끝을 스팀 트랩으로 전환하였다. 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면의 5군데에 온도 센서를 설치하고, 온도 추이를 측정하였다.

(e) 결과

여과 운전 시험의 결과, 활성 오니의 공급에 의한 중량 증가는 2g으로 작았다(표 1). 또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적은 확인되지 않았다. 이것은, 본 실시예의 중공사막 모듈(100B)에서의 체류가 적었던 것을 나타낸다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않고, 이것은 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 체류부의 저감에 대하여 효과적인 형상으로 되어 있었던 것뿐만 아니라, 중공사막(2)의 강력에 대하여 적절한 범위가 되어 있는 것을 나타낸다.

또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 15분 이내에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다. 이 결과로부터, 실시예 1의 유로 부재(5)의 형상은, 피여과액 유입구(9)로부터의 드레인 배출성을 높일 수 있고, 증기 멸균의 효율을 높인다고 할 수 있다.

<실시예 2>

모든 유로 부재(5)의 높이 방향에 있어서의 개구부(5E)의 길이가 30mm인 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하고, 여과 운전 시험을 행하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.66이 되었다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100B)의 중량 증가는 3g으로 작았다(표 1).

또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적은 확인되지 않았다. 이것은, 본 실시예의 중공사막 모듈(100B)에서의 체류가 적었던 것을 나타낸다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않고, 이것은 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 체류부의 저감에 대하여 효과적인 형상으로 되어 있었던 것뿐만 아니라, 중공사막(2)의 강력에 대하여 적절한 범위가 되어 있는 것을 나타낸다.

또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 15분 이내에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다. 이 결과로부터, 실시예 2의 유로 부재(5)의 형상은, 피여과액 유입구(9)로부터의 드레인 배출성을 높일 수 있고, 증기 멸균의 효율을 높인다고 할 수 있다.

<비교예 1>

유로 부재(5)를 구비하지 않은 중공사막 모듈(100A)을 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 여과 운전 시험을 행하였다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100A)의 중량은 약 26g 증가하였다(표 2). 또한, 중공사막 모듈(100A)을 해체하고, 관찰한 바, 제1 결속부(3) 상단부 부근에 탁질의 퇴적이 확인되었다. 중량 증가는 탁질의 퇴적에 의한 것이고, 이것은 유로 부재(5)를 구비하지 않은 경우에는, 중공사막 모듈(100A) 내에서의 체류가 컸던 것을 나타낸다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않았다. 또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 15분 이내에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다.

<실시예 3>

모든 유로 부재(5)의 개구부(5E)가, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면으로부터 10mm 위에 설치되어 있는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하였다. 이때, 실시예 1과 동일하게, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.022가 되었다.

여과 운전 시험의 결과, 중공사막 모듈의 중량 증가는 18g이었다(표 1). 중공사막 모듈을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적이 확인되었다. 이것은, 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면으로부터 10mm 위에 설치되어 있기 때문에, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면 부근에 있어서 체류가 발생하고, 탁질이 퇴적했다고 생각된다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않았다.

또한, 실시예 1과 동일하게 증기 멸균 시험을 행한 바, 증기 공급 개시로부터 60분 후에 있어서도, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측 단부면의 최저 온도는 100℃였다. 이 결과로부터, 실시예 3의 유로 부재(5)의 형상은, 피여과액 유입구(9)로부터의 드레인 배출성을 손상시키고 있고, 증기 멸균의 효율이 낮다고 할 수 있다.

<실시예 4>

모든 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 높이 방향에 있어서의 길이가 40mm인 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하고, 여과 운전 시험을 행하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.88이 되었다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100B)의 중량 증가는 12g이었다(표 1). 또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적이 대략 균일하게 확인되었다. 이것은, 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 체류부의 저감에 대하여 효과적인 형상으로 되어 있지 않고, 유로 부재(5)로부터 유출하는 유체의 유속이 느려졌기 때문이라고 생각된다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않았다.

또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 15분 이내에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다. 이 결과로부터, 실시예 4의 유로 부재(5)의 형상은, 피여과액 유입구(9)로부터의 드레인 배출성을 높일 수 있고, 증기 멸균의 효율을 높인다고 할 수 있다.

<실시예 5>

모든 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접하는 부분의 폭이 2mm인 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하고, 여과 운전 시험을 행하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.0088이 되었다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100B)의 중량 증가는 11g이었다(표 1). 또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 일부에 편재되어서 탁질의 퇴적이 확인되었다. 중량 증가는 탁질의 퇴적에 의한 것이고, 이것은 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 체류부의 저감에 대하여 효과적인 형상으로 되어 있지 않았던 것을 나타내고, 중공사막 모듈(100A) 내에서의 편류에 의한 체류가 컸던 것이 명확해졌다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)은 약 12개에 손상이 확인되었다. 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 형상은, 편류에 의해 일부의 장소에 있어서 과잉의 속도를 갖는 흐름이 발생하고, 중공사막(2)의 강력에 대하여 적절한 범위가 되어 있지 않은 것을 나타낸다.

또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 25분에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다. 이 결과로부터, 실시예 5의 유로 부재(5)의 형상은, 피여과액 유입구(9)로부터의 드레인 배출성을 약간 높일 수 있지만, 증기 멸균의 효율이 비교적 낮다고 할 수 있다.

<실시예 6>

중공사막(2)을 외경 790㎛, 내경 470㎛로 제조한 것 이외에는, 동일한 중공사막(2)을 얻었다. 이때, 막 1개당의 강력은 3.9N이었다. 또한, 이 중공사막(2)을 통 형상 케이스(1)에 15200개 수용한 것 이외에는, 실시예 1인 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하고, 여과 운전 시험을 행하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 실시예 1과 동일하게 S/R²=0.022가 되었다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100B)의 중량 증가는 3g으로 작았다(표 1). 또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적은 확인되지 않았다. 그러나, 관찰했을 때에 중공사막(2) 내 34개에 손상은 확인되었다. 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 형상은, 탁질의 퇴적을 억제하기 위하여 효과적인 형상으로 되어 있지만, 한편으로 중공사막(2)의 강력에 대하여 적절한 범위가 되어 있지 않은 것을 나타낸다.

또한, 증기 멸균 시험의 결과, 증기 공급 개시로부터 15분 이내에, 5개의 측정 개소에서의 최저 온도는 121℃에 달하고, 그 후 20분간 121℃를 유지하였다.

<실시예 7>

모든 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 면과 접하는 부분의 폭이 6.5mm인 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 중공사막 모듈(100B)을 제조하고, 여과 운전 시험을 행하였다. 이때, 유로 부재(5)의 개구부(5E)의 총 면적 S와, 제1 결속부(3)의 제2 단(1b)측의 외경 R은 S/R²=0.86이 되었다. 활성 오니의 공급에 의한 중공사막 모듈(100B)의 중량 증가는 3g으로 작았다(표 1).

또한, 그 후 중공사막 모듈(100B)을 해체하고, 제1 결속부(3) 부근을 관찰한 바, 탁질의 퇴적은 확인되지 않았다. 이것은 본 실시예의 중공사막 모듈(100B)에서의 체류가 적었던 것을 나타낸다. 또한, 관찰했을 때에 중공사막(2)에 손상 등은 확인되지 않고, 이것은 제1 결속부(3) 및 유로 부재(5)의 개구부(5E)가 체류부의 저감에 대하여 효과적인 형상으로 되어 있었던 것뿐만 아니라, 중공사막(2)의 강력에 대하여 적절한 범위가 되어 있는 것을 나타낸다.

본 출원은, 2014년 9월 1일 출원의 일본 특허 출원 특원 제2014-177422호에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 중공사막 모듈은 발효 공업 분야, 의약품 제조 분야, 식품 공업 분야, 수 처리 분야 등에서 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 중공사막 모듈은, 탁질이 많은 액체를 여과해도, 탁질의 퇴적량이 억제되어, 장시간에 걸쳐 안정되게 여과를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 균에 의한 오염을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 발효 공업 분야, 의약품 제조 분야, 식품 공업 분야, 수 처리 분야 등에 바람직하게 적용된다.

100A 중공사막 모듈
100B 중공사막 모듈
1 통 형상 케이스
1D 플랜지부
1E 플랜지부
2 중공사막
3 제1 결속부
4 제1 유로
4A 관통 구멍
4B 클리어런스
5 유로 부재
5A 방해판 형상의 유로 부재
5B 구 형상의 유로 부재
5C 평면 형상 선단을 갖는 유로 부재
5D 돔 형상 선단을 갖는 유로 부재
5E 개구부
6 상부 캡
7 하부 캡
8 여과액 출구
9 피여과액 유입구
10 개스킷
11 피여과액 출구(노즐)
12 중공사막 다발
13 제2 결속부
14 정류 구멍
15 정류 통
16 제1 결속부 케이스
17 제2 결속부 성형용 지그
18 핀
19 제1 결속부 성형용 지그
P 현탁 물질 등이 퇴적하기 쉬운 개소(체류부)

Claims

높이 방향에 있어서 제1 단과 제2 단을 갖는 통 형상 케이스와,
상기 통 형상 케이스 내에 수용되고, 상기 제1 단측의 단부가 폐색되고, 상기 제2 단측의 단부가 개구한 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발과,
상기 중공사막의 상기 제1 단측의 단부를 결속하는 제1 결속부와,
상기 제1 결속부의 상기 제1 단측으로부터 상기 제2 단측을 향하여 상기 제1 결속부를 통과하도록 유체를 유도하는 제1 유로와,
상기 제1 유로의 상기 제2 단측의 종단부에서, 상기 제1 유로의 상기 제2 단측의 종단부로부터 유출한 상기 유체의 적어도 일부의 흐름을, 상기 통 형상 케이스의 높이 방향과 교차하는 방향으로 향하게 하는 유로 부재
를 구비하는 중공사막 모듈.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 유로 부재는, 상기 제1 결속부의 상기 제2 단측의 단부면으로부터 돌출되도록 설치되고, 상기 제1 결속부의 상기 제2 단측의 면과 접하는 개구부를 구비하는, 중공사막 모듈.
제2항에 있어서,
적어도 하나의 상기 유로 부재의 상기 높이 방향에 있어서의 상기 개구부의 길이는 1mm 이상 30mm 이하인, 중공사막 모듈.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 결속부의 외경 R과, 상기 유로 부재의 상기 개구부의 총 면적 S가 0.004≤S/R²≤1.2를 만족하는, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공사막의 파단 강력 F가 F≥4.9N을 만족하는, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 결속부의, 상기 제2 단측 단부면에 있어서의 A 경도가 10 이상, 또한 D 경도가 85 미만인, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 결속부의 제2 단측 단부면 중, 가장 낮은 부위로부터 높이 3mm 이내의 범위의 영역에, 적어도 1개의 상기 제1 유로의 종단부가 배치되어 있는, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 제1 유로의 총 면적이, 상기 제1 결속부를 포함하는, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서의 상기 통 형상 케이스 내측의 면적에 대하여, 2％ 이상 35％ 이하인, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은, 복수의 상기 제1 유로를 구비하고, 상기 유로 부재는, 복수의 상기 제1 유로 중 일부의 유로로부터의 유출 방향을 변경하도록 배치되어 있고, 상기 높이 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 제1 유로 중, 상기 유로 부재에 의해 방향이 변경되는 흐름을 공급하는 유로의 면적은, 상기 제1 유로의 총 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하인, 중공사막 모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈의 제조 방법이며,
하기 공정 (a) 내지 (e):
(a) 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부에, 상기 유로 부재를 배치하는 스텝과,
(b) 상기 유로 부재의 유로가 되는 부분에 유로 형성 지그를 배치하는 스텝과,
(c) 상기 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 상기 유로 부재를 배치한 단부를 둘러싸도록 포팅 지그를 배치하는 스텝과,
(d) 상기 포팅 지그 내에서 포팅제를 경화함으로써, 상기 중공사막 사이와, 상기 유로 부재를 접착 고정한 결속부를 성형하는 스텝과,
(e) 상기 유로 형성 지그 및 상기 포팅 지그를 제거하는 스텝
을 구비하는, 중공사막 모듈의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 중공사막 모듈의 제조 방법이며,
하기 공정 (a) 내지 (d):
(a) 상기 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 다발의 적어도 한쪽의 단부를 둘러싸도록 포팅 지그를 배치하는 스텝과,
(b) 상기 포팅 지그 내에서 포팅제를 경화함으로써, 상기 중공사막 사이를 접착 고정한 결속부를 성형하는 스텝과,
(c) 상기 포팅 지그를 제거하는 스텝과,
(d) 상기 결속부에, 상기 유로 부재를 고정하는 스텝
을 구비하는, 중공사막 모듈의 제조 방법.