CN111514759B - 中空纤维膜模块和用于制造中空纤维膜模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的中空纤维膜模块包括：筒状壳体，其具有在其高度方向上的第一端和第二端；中空纤维膜束，其容纳于筒状壳体中，并且具有多个中空纤维膜，所述中空纤维膜每个在第一端侧的端部处闭合并且在第二端侧的端部处开口；第一结合部，其结合中空纤维膜的第一端侧的端部；第一流动通道，其引导流体从第一结合部的第一端侧向第二端侧穿过第一结合部；和通道部件，其在第一流动通道的第二端侧的末端处，将从第一流动通道的第二端侧的末端流出的流体中至少一部分的流动导向与筒状壳体的高度方向相交的方向。

Description

中空纤维膜模块和用于制造中空纤维膜模块的方法

技术领域

本发明涉及在水处理、发酵工业、药物/医疗、食品工业等领域中使用的中空纤维膜模块。更具体地，本发明涉及能够抑制悬浮物质在中空纤维膜模块的结合部附近堆积的中空纤维膜模块、和其制造方法。

背景技术

通常，中空纤维膜模块具有下述构造，其中，将通过捆扎大约数百至数万根中空纤维膜而得到的中空纤维膜束容纳在筒状壳体中，并且将容纳在筒状壳体中的中空纤维膜束的至少一端结合。

例如，专利文献1公开了模块，其中，将中空纤维膜束在两端粘合并结合，并且在一个结合部中提供多个通孔，并且该通孔起到例如待过滤液或洗涤液的供应口、用于在洗涤时供应空气的端口、和悬浮物质的排出口的作用。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：JP-A-9-220446。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在结合部的顶表面上，在流体从底部流动的情况和流体从顶部流动的情况两者中，各通孔之间的空间很可能在低流速下产生停滞区。待过滤液中所包含的悬浮物质等容易在停滞区中堆积，并且在悬浮物质的堆积反复进行时，悬浮物质不仅广泛地覆盖中空纤维膜表面，而且还固化成大块且无法容易地除去。其结果是，由于中空纤维膜的过滤面积减小而导致跨膜压差升高，或一部分固化的悬浮物质堵塞通孔造成例如待过滤液、洗涤液或空气的不均衡的供应，导致中空纤维膜模块的性能降低。

进一步，在发酵工业和药物/医疗的领域中，必须防止待过滤液或滤液被污染，并且在这样的领域中使用中空纤维膜模块的情况下，在使用之前对中空纤维膜模块的内部进行消毒或灭菌的操作。通常的消毒或灭菌方法包括热水消毒、干热灭菌、煮沸灭菌、蒸汽灭菌、紫外线灭菌、γ射线灭菌、气体灭菌和其它方法。具体地，在对大型槽、连接于槽的管线、或分离膜模块进行消毒或灭菌的情况下，热水消毒(通常在80℃下1小时)或蒸汽灭菌(通常在121℃下20分钟)是最有效的方法。然而，在消毒或灭菌操作中，在由于悬浮物质的堆积等而导致操作前的细菌的数量大时，操作后的残留细菌的数量可能增加，导致污染。此外，在进行蒸气灭菌时，通孔可以实现蒸汽排水排出口的作用，但是如果蒸气排水在结合部上方的各通孔之间的停滞区中堆积，则不能实现充分的加热并且造成污染。

本发明已经考虑到这些问题，并且目标在于提供结合部上方的流动停滞减少、并且不太可能发生悬浮物质的堆积的中空纤维膜模块，以及提供其制造方法。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供以下技术(1)至(11)。

(1)中空纤维膜模块，其包括：筒状壳体，其具有在其高度方向上的第一端和第二端；中空纤维膜束，其容纳于筒状壳体中，并且具有多个中空纤维膜，所述中空纤维膜每个在第一端侧的端部处闭合并且在第二端侧的端部处开口；第一结合部，其结合中空纤维膜的第一端侧的端部；第一流动通道，其引导流体从第一结合部的第一端侧向第二端侧穿过第一结合部；和通道部件，其在第一流动通道的第二端侧的末端处，将从第一流动通道的第二端侧的末端流出的流体中至少一部分的流动导向与筒状壳体的高度方向相交的方向。

(2)根据(1)所述的中空纤维膜模块，其中：至少一个通道部件被提供为从第一结合部的第二端侧的端面突出，并且具有与第一结合部的第二端侧的表面相接触的开口部。

(3)根据(2)所述的中空纤维膜模块，其中：至少一个通道部件的高度方向上的开口部的长度为1 mm至30 mm。

(4)根据(2)或(3)所述的中空纤维膜模块，其中：第一结合部的外径R和通道部件的开口部的总面积S满足0.004≤S/R²≤1.2。

(5)根据(1)至(4)任一项所述的中空纤维膜模块，其中：中空纤维膜的断裂强力F满足F≥4.9 N。

(6)根据(1)至(5)任一项所述的中空纤维膜模块，其中：第一结合部的第二端侧的端面具有10或更大的A硬度和小于85的D硬度。

(7)根据(1)至(6)任一项所述的中空纤维膜模块，其中：将至少一个第一流动通道的末端布置在从第一结合部的第二端侧的端面中的最低部位起算3 mm的高度内的区域中。

(8)根据(1)至(7)任一项所述的中空纤维膜模块，其中：垂直于高度方向的截面中的第一流动通道的总面积相对于包括第一结合部在内的垂直于高度方向的截面中的筒状壳体的内侧的面积为2至35%。

(9)根据(1)至(8)任一项所述的中空纤维膜模块，其中：中空纤维膜模块具有多个第一流动通道，通道部件被布置为改变从多个第一流动通道当中的部分流动通道流出的流体的流动方向，并且在垂直于高度方向的截面中，第一流动通道当中以被通道部件改变的方向供应流动的流动通道的面积相对于第一流动通道的总面积为30至90%。

(10)用于制造根据(1)至(9)任一项所述的中空纤维膜模块的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(e)：

(a) 将通道部件配置在具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束的至少一个端部上的步骤；

(b) 将流动通道形成夹具配置在待成为通道部件的流动通道的部分中的步骤；

(c) 将灌封夹具配置为至少环绕具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束中在其上配置有通道部件的端部的步骤；

(d) 固化灌封夹具中的灌封剂以形成结合部的步骤，所述结合部中，已完成中空纤维膜之间以及通道部件的粘合/固定；和

(e) 移除流动通道形成夹具和灌封夹具的步骤。

(11)用于制造根据(1)至(9)任一项所述的中空纤维膜模块的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(d)：

(a) 将灌封夹具配置为环绕具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束中至少一个端部的步骤；

(b) 固化灌封夹具中的灌封剂以形成结合部的步骤，所述结合部中，已完成中空纤维膜之间的粘合/固定；

(c) 移除灌封夹具的步骤；和

(d) 将通道部件固定于结合部的步骤。

本发明的优点

本发明的中空纤维膜模块包括：中空纤维膜；其中中空纤维膜的第一端侧闭合并结合的第一结合部；引导流体从第一端侧向第二端侧穿过第一结合部的第一流动通道；和，将从第一流动通道的第二端侧的末端流出的流体中至少一部分的流动导向与容纳中空纤维膜束的筒状壳体的高度方向相交的方向的通道部件。可以通过通道部件改变在第一流动通道中固定的流动的方向，从而可以减少第一结合部上方的各第一流动通道之间的停滞区。

附图说明

[图1]图1是根据常规技术的中空纤维膜模块100A的概略截面图，其示意性地示出模块内部的流体从底部到顶部的流动。

[图2]图2是根据常规技术的中空纤维膜模块100A的概略截面图，其示意性地示出模块内部的流体从顶部到底部的流动。

[图3]图3是根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的概略截面图。

[图4]图4是根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的第一结合部的放大图，其示意性地示出流体如何在第一流动通道中从底部流动到顶部。

[图5]图5是示出本发明的通道部件形状的实例的图；图5(a)示出挡板状通道部件，图5(b)示出球状通道部件，图5(c)示出具有平面状顶端的通道部件，并且图5(d)示出具有圆顶状顶端的通道部件。

[图6]图6是根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的第一结合部的放大图，其示意性地示出流体如何在第一流动通道中从顶部流动到底部。

[图7]图7是示出本发明的通道部件的开口部形状的一个实例的图。

[图8]图8是示出本发明的通道部件的布置的一个实例的图；图8(a)是通道部件和第一结合部的概略截面图，图8(b)是通道部件和第一结合部的示意性顶视图，并且图8(c)是通道部件的放大图。

[图9]图9是通道部件和第一结合部的示意性顶视图，其示出本发明的通道部件的布置的一个实例。

[图10]图10是示出根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的制造方法的一个实例的流程图。

[图11]图11是用于解释根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的制造方法的一个实例的图。

具体实施方式

下文基于附图详细地描述了本发明的中空纤维膜模块的方式。在此，在本发明的中空纤维膜模块中，术语“顶部”和“底部”基于附图中示出的状态，并且以方便的方式来使用；待过滤液流入的一侧被称作“底部”方向；并且滤液流出的一侧被称作“顶部”方向。为方便起见，从“底部”向“顶部”的方向被表述为“高度方向”。通常，中空纤维膜模块的使用时的姿态中，顶部到底部方向与附图中的顶部到底部方向一致。在本发明中，流动通道的方向不一定与高度方向(垂直于筒状壳体的径向的方向)一致。只要在结合部的第一端侧的表面中和第二端侧的表面中提供流动通道的开口部即为充分。换言之，可以相对于高度方向倾斜地提供流动通道。

I. 实施方案

I-1. 中空纤维膜模块

(1) 模块构造概述

通过参照附图，描述根据本发明的一个实施方案所述的中空纤维膜模块的构造。图3是根据本发明的第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B的概略纵向截面图。

根据第一实施方案所述的中空纤维膜模块100B包括：筒状壳体1，其具有在高度方向上的第一端1a和第二端1b；中空纤维膜束12，其容纳在筒状壳体1中，并具有多个中空纤维膜2，所述中空纤维膜每个在第一端1a侧的端部(第一端部)处闭合并且在第二端1b侧的端部(第二端部)处开口；第一结合部3，其结合中空纤维膜2的第一端1a侧的端部；第一流动通道4，其引导流体从第一端1a侧向第二端1b侧穿过第一结合部3；和，通道部件5，其将从第一流动通道4的第二端1b侧的末端流出的流体中至少一部分的流动导向筒状壳体1的径向。

筒状壳体1由中空筒状壳体1、以及提供于所述筒状壳体1的两个端部的上盖6和下盖7构成。

如图3中所示，具有滤液出口8的上盖6和具有待过滤液流入口9的下盖7分别与筒状壳体1的上部和筒状壳体1的下部液密且气密地连接。上盖6和下盖7例如如图3中所示，通过使用垫片10而用夹紧器等固定至筒状壳体1。

筒状壳体1在上端和下端具有遍及筒状壳体1的整个圆周的凸缘1D和1E。在筒状壳体1的更靠近滤液出口8、即更靠近第二端1b的侧表面上，提供有作为用于排出流体(待过滤液)的喷嘴的待过滤液出口11。

上盖6具有基本等于筒状壳体1的内径的内径，并且其上端侧逐渐变细以形成滤液出口8。上盖6在其下端侧具有阶梯部6A，所述阶梯部6A遍及上盖6的整个圆周形成从而在连接于筒状壳体1时形成槽。

下盖7具有基本等于筒状壳体1的内径的内径，并且其下端侧逐渐变细以形成待过滤液流入口9。

此外，中空纤维膜模块100B包括含有多个中空纤维膜2的中空纤维膜束12、以及在中空纤维膜束12的端部将中空纤维膜2彼此结合的结合部。结合部具有布置在筒状壳体1的待过滤液流入口9侧上的第一结合部3、以及布置在筒状壳体1的滤液出口8侧上的第二结合部13。

进一步，中空纤维膜模块100B包括整流筒15，所述整流筒15被布置在筒状壳体1和中空纤维膜束12之间从而在筒状壳体1的径向上与待过滤液出口11排成一列、且在侧表面上具有多个整流孔14，并且第二结合部13容纳在整流筒15中。

(2) 第一结合部

在筒状壳体1的待过滤液流入口9侧上、即在中空纤维膜模块100B的下端侧上的第一结合部3中，在闭合中空部的状态下结合中空纤维膜2的第一端部。如图4中所示，在第一结合部3的第二端1b侧的端面附近，从通道部件5流出的流体(箭头A)充当在筒状壳体1的径向上作用于中空纤维膜2上的力，并且在该部分很可能发生中空纤维膜2的破裂。因此，在第一结合部3的第二端1b侧的端面中，具有低至一定程度的硬度的材料优选作为缓冲材料而存在于中空纤维膜2周围，并且缓冲材料(第一结合部3的第二端1b侧的端面中的部分)的硬度优选为小于85的D硬度、更优选为小于60的D硬度。如果硬度过低，则很可能在处理中空纤维膜模块100B的过程中发生破损等，并且硬度优选为10或更大的A硬度、更优选为30或更大的A硬度。硬度可以基于JIS K 6253而使用市售的硬度计进行测量。缓冲材料可以分别使用，并且在该情况中，仅需要在第一结合部3的第二端1b侧的端面附近使用。

还可以通过选择结合部的材料，从而使结合部起到缓冲材料的作用。只要满足结合部的机械强度、化学耐久性、热耐久性等，则不对结合方法加以特别限制，但所述方法包括例如用可热收缩的管等覆盖中空纤维膜束12的外周并对其加热以完成结合的方法、将中空纤维膜并排铺设在片材上并将中空纤维膜卷取在片材中的方法、和通过使用灌封剂将中空纤维膜粘合的方法。灌封剂可以含有硅酮树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等作为主要成分。此外，所述灌封剂可以包含除粘接剂之外的添加剂材料，例如二氧化硅、玻璃和橡胶。

第一结合部3容纳于在下侧具有底部的圆筒状的第一结合部壳体16中。第一结合部壳体16的外径被配置为小于筒状壳体1的内径。第一结合部壳体16不一定是必需的，而是用于保护第一结合部3。只要满足机械强度、化学耐久性、热耐久性等，则对第一结合部壳体16的材料不加以特别限制，但其材料的实例包括基于氯乙烯的树脂、基于聚丙烯的树脂、基于聚砜的树脂、氟树脂例如聚四氟乙烯和全氟烷氧基氟树脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚酮、不锈钢和铝。

可以将第一结合部3固定于筒状壳体1，并且固定方法与本发明无关。此外，第一结合部壳体16的形状、还有第一结合部壳体16是否存在与本发明无关。

(3) 第一流动通道

第一结合部3具有第一流动通道4，其待成为流体的流动通道、例如待过滤液的流动通道。具体而言，第一流动通道4包括例如提供于第一结合部3中的通孔4A、以及筒状壳体1与第一结合部3之间的间隙4B。为了减少在第一结合部3的第二端1b侧的端面附近产生流动停滞区，垂直于高度方向的截面中的第一流动通道4的总面积相对于包括第一结合部在内的垂直于高度方向的截面中的筒状壳体的内侧的面积优选为2至35%。如果第一流动通道4的面积小，则能够成为停滞区的各通孔4A之间的空间变宽，并且即使提供通道部件5时，也不太可能获得减少停滞的效果。此外，流体在第一流动通道4中穿过时造成大的压力损失，并且在流体从底部流至顶部时，泵功率成本上升。进一步，在流体从顶部流至底部的情况下，流动难以发生，并且悬浮物质可能会堵塞第一流动通道。另一方面，如果第一流动通道4的面积大，则在第一结合部3中除中空纤维膜2之外的部分的截面积减小，并且中空纤维膜2因此靠近在一起，从而造成例如在中空纤维膜2的第一端1a侧上产生密封故障、或中空纤维膜2之间堆积的悬浮物质可能几乎无法排出的问题。进一步，在流体在第一流动通道4中从底部流至顶部的情况中，如果第一流动通道4的面积过大，则流体的压力损失不充分，并且流入通道部件5的流动会产生偏向。流入通道部件5的流动产生偏向时，从通道部件5流出的径向的流动会产生偏向，从而生成大的停滞区，并且悬浮物质倾向于堆积。

第一流动通道4优选包含多个通孔4A，并且可以将各通孔4A任意地布置，例如布置在多个等边三角形的顶点的位置处、在辐射状线与同心圆的交点的位置处、或在网格上的交点的位置处，但是如果彼此相邻的通孔之间的距离存在偏差，则停滞容易在距离比其它部位大的部位发生。因此，优选以等间隔进行布置以使得不会在距离方面产生大的差异。

进一步，优选将至少一个第一流动通道4的末端布置在从第一结合部3的第二端1b侧的端面中的最低部位起算3 mm的高度内的区域中。在流体从顶部流至底部的情况(图6中箭头B的流动)中，在第一结合部3的第二端1b侧的端面并非水平时，很可能在最低部位发生停滞，但由于将第一流动通道4的末端布置在这样的区域中，因此可以可靠地从低的部位进行排水。

第一结合部3的第二端1b侧的端面并非水平的情况包括例如以下情况。在使用灌封剂形成第一结合部3时，特别是在进行离心灌封法时，由于离心力的影响而在第一结合部的第二端1b侧的中心部产生凹陷(图6)。此外，由于重力的影响，在灌封时在顶部方向和底部方向之间形成倾斜。另一方面，在静态灌封法中，可以使得第一结合部3的第二端1b侧的端面为水平，但是在第一结合部壳体16从垂直方向倾斜的状态下进行灌封时，在第二端1b侧的端面上形成倾斜。

垂直于高度方向的通孔4A的截面形状可以使任意形状，例如圆、椭圆、多边形、和星形。

(4) 流动通道部件

优选的是，通道部件5被布置为改变从一部分第一流动通道4流出的流体的流动方向，并且在垂直于高度方向的截面中，第一流动通道4当中以被通道部件5改变的方向供应流动的流动通道的面积相对于第一流动通道4的总面积为30至90%。如果以被通道部件5改变的方向供应流动的第一流动通道4的面积过大，则流体在通道部件5中从底部流至顶部时，可能会造成过度的压力损失，进一步，流体在通道部件5中从顶部流至底部时，不太可能发生流动，留下排水不充分的可能性。另一方面，如果以被通道部件5改变的方向供应流动的流动通道的面积过小，则流体在第一流动通道4中从底部流至顶部时，变为优先的是不穿过通道部件5的流动，并且不能充分获得通过通道部件5减少停滞区的效果。

只要能够改变在第一流动通道4中从底部流至顶部的流体的流出方向，则不对通道部件5的形状加以特别限制，但是通道部件的实例包括图5(a)中描述的挡板状通道部件5A，图5(b)中描述的球状通道部件5B、图5(c)中描述的具有平面状顶端的通道部件5C、和图5(d)中描述的具有圆顶状顶端的通道部件5D。只要获得充分的机械强度，则不对用于固定通道部件5的方法加以特别限制，但是所述方法的实例包括：将通道部件固定于第一结合部3的方法、将通道部件5的支架固定于通孔4A的壁部的方法、将通道部件固定于第一结合部壳体16的方法、以及将通道部件固定于筒状壳体1的内壁的方法。可以将通道部件5和第一结合部壳体16作为一个构件而预先制造。如果通道部件5的外壁具有尖锐部分、毛刺等，则可能损坏中空纤维膜2，并且待过滤液可能会泄漏至滤液侧。因此，通道构件5的外壁优选是平滑的。考虑到这些因素，在本实施方案中，在各图中示出具有圆顶状顶端的通道部件5(5D)，但本发明的通道部件5的形状不限于此。

在流体从顶部流至底部的情况中，用于使流体向下流动的驱动力有时仅为流体的自重，并因此优选使可能出现停滞区的空间最小化。如图6中示意性地例示的，在模块内通过其自重从顶部到底部向下流动的许多流体的流动被第一结合部3的第二端1b侧的端面阻塞，并且流动方向被改变为朝向通道部件5或第一流动通道4。因此，通道部件5具有开口部5E，其起到使流体从第一端1a侧流至第二端1b侧的流动通道、和使流体从第二端1b侧流至第一端1a侧的流动通道两者的作用。开口部5E优选与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触。开口部5E与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触，由此可以在悬浮物质很可能堆积在其中的第一结合部3的第二端1b侧的表面附近产生流体流动。进一步，在通道部件5的开口部5E中，与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触的部分的宽度优选为1 mm或更大。如果所述宽度小于1 mm，则排水需要长时间，或者由于例如开口部被液体中所含的悬浮物质堵塞而不能进行充分的排水。

通道部件5的高度方向上的开口部5E的长度优选为1 mm至30 mm、更优选为5 mm至20 mm。在流体从底部流入通道部件5的情况中，高度方向上的开口部5E的长度为1 mm或更大时，可以抑制压力损失，并因此可以在不需要大的泵功率成本的情况下操作模块。此外，不太可能发生由悬浮物质等引起的堵塞、或由于生产误差而引起的堵塞。另一方面，高度方向上的开口部5E的长度为30 mm或更小时，可以将从通道部件5流出的流动中径向分量的比例保持为相对较大，并且进一步提高使易于堆积悬浮物质等的部位(停滞区)减少的效果。

如图7中所示，通道部件5的开口部5E的宽度可以被配置为位置在高度方向上越低而越大、并且朝向顶部逐渐减小。第一结合部3的第二端1b侧的表面附近是悬浮物质最可能堆积在其中的部位，但由于开口部具有这样的形状，因此在该部位的流动中径向分量的比例变大，从而可以降低悬浮物质的堆积量。

不对通道部件5的布置(即数量、位置和取向)加以特别限制。然而，优选设定通道部件5的布置以使得位于从第一结合部3的第二端1b侧的端面起算30 mm的高度内的空间中的各个中空纤维膜2与经由至少一个通道部件5的开口部5E流出的流体相接触。图8(a)和8(b)示出这样的配置的实例。

如图8(a)中所示，通道部件5在结合部3的上端表面和30 mm的高度之间开口。

在图8(b)中，布置各个通道构件5以使得来自所述通道部件5的流体到达从其它通道部件5流出的流体几乎无法到达的范围。具体而言，在从结合部3上方观察的视野中，特定通道部件5的开口部5E面向其附近的通道部件5的非开口部(即并非开口部5E的部分)。以该方式布置通道部件5，由此所有中空纤维膜2均可以接收到经由所述通道部件5的开口部5E流出的流体的流动。

通道部件5的开口部5E的总面积S和第一结合部3的第二端1b侧的外径R优选满足0.004≤S/R²≤1.2、更优选满足0.01≤S/R²≤0.86。

S/R²值为0.004或更大时，可以使经由通道部件5的开口部5E流出的流动均匀。其结果是，经由通道部件5的开口部5E流出的流动在第一结合部3的第二端1b侧的端面附近到达大部分中空纤维膜2并洗涤膜表面。进一步，抑制了来自通道部件5的开口部5E的局部过强的流动的产生，并且不太可能发生例如中空纤维膜2经受比膜自身的强度更高的力并受到损坏的故障。S/R²值为1.2或更小时，可以充分增加经由通道部件5的开口部5E流出的流动的流速，并且也可以减少很可能在其中堆积悬浮物质等的部位。

各通道部件5的开口部5E可以被均匀地提供在垂直于通道部件5的高度方向的表面上，也可以在任意方向上不均匀地分布。如图9中所示，开口部5E可以不均匀地分布，并且通过在各通道部件5当中改变具有较大的开口部5E的面积的方向来进行布置，由此控制中空纤维膜模块100B中的流动，并引发例如如图9中的箭头C所示的旋流。

在如图8(c)中所示地通道部件5是具有圆顶状顶端的通道部件5(5D)的情况中，在被配置在通道部件5中最高位置的开口部5E上方，被通道部件5的内壁包围的终端的深度L和终端的等效圆直径D优选满足L/D≤5.0。如本文中使用的等效圆直径表示将垂直于高度方向的截面形状转化成具有相同面积的圆形时的圆的直径。在通道部件5内部深处形成的终端空间变成停滞区，并且倾向于经受悬浮物质的堆积以及热水消毒或蒸汽灭菌时发生的消毒和灭菌故障。在这方面，满足L/D≤5.0时，通道部件5内部的形状可以为在通道部件内部深处形成的终端空间小的形状，并且可以提高消毒和灭菌的效率。

(5) 中空纤维膜

本实施方案的中空纤维膜模块100B包括中空纤维膜2作为分离膜。捆扎数百至数万根中空纤维膜2以形成中空纤维束12。中空纤维膜2的优点在于，所述膜通常具有比平膜更大的比表面积，并且每单位时间段内在其中能够过滤的液体的量大。关于中空纤维膜2的结构，存在例如其中孔径整体上均匀的对称膜、其中孔径在膜厚度方向上变化的非对称膜、以及具有用于保持强度的支撑层和用于分离目标物质的分离功能层的复合膜。

中空纤维膜2的平均孔径可以根据分离目标而适当地选择。在以微生物例如细菌和真菌、或动物细胞等的分离为目标的情况下，平均孔径优选为10 nm至220 nm。如果平均孔径小于10 nm，则透水性可能降低，并且如果平均孔径超过220 nm，则微生物等可能漏出。如本发明中使用的“平均孔径”表示具有最小孔径的致密层的孔径。

不对分离膜的材料加以特别限制，但是分离膜可以包含例如氟树脂、例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、和乙烯/四氟乙烯共聚物；纤维素酯、例如乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、和乙酸丁酸纤维素；基于聚砜的树脂、例如聚砜和聚醚砜；或树脂、例如聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚丙烯。具体而言，由氟树脂或基于聚砜的树脂形成的分离膜的耐热性、物理强度和化学耐久性高，并且可以因此在需要蒸汽灭菌或热水消毒的领域、例如发酵工业、药物生产、食品工业和水处理中适合地用于中空纤维膜。

如上所述，通道部件5的开口部5E的总面积S和第一结合部3的第二端1b侧的外径R优选满足0.004≤S/R²≤1.2、更优选满足0.01≤S/R²≤0.86。总面积S和外径R满足该范围时，可以在没有大的偏差的情况下在中空纤维膜模块100B中有效地产生用于减少易于堆积悬浮物质的部位(停滞区)的流动。另一方面，中空纤维膜可能被经由开口部5E的流动损坏。为了操作上述范围中的中空纤维膜模块而不损坏中空纤维膜2，中空纤维膜2优选具有高强度。具体而言，每根膜的强力(断裂强力)优选为4.9 N或更大、更优选为5.9 N或更大、还更优选为7.8 N或更大。关于断裂强力(N)，通过使用拉伸试验机(TENSILON(注册商标)/RTM-100，由Toyo Baldwin Co., Ltd.制造)，在50 mm/分钟的十字头速度下，以50 mm的测量长度和5 kg的满刻度载荷对用水润湿的分离膜进行测量。通过改变样品将测量重复10次，并且对测量值进行数量平均以测定所述强力(N)。

中空纤维膜2除包含氟树脂或基于聚砜的树脂之外，还可以包含亲水性树脂。亲水性树脂可以增加分离膜的亲水性并且提高膜的透水性。如果亲水性树脂是能够赋予分离膜亲水性的树脂，则亲水性树脂可以为充分，并且树脂不限于特定化合物，但适合使用例如纤维素酯、脂肪酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、环氧乙烷、环氧丙烷、基于聚甲基丙烯酸酯的树脂、和基于聚丙烯酸酯的树脂。

在制备中空纤维膜模块100B时，有时为结合中空纤维膜2而使用灌封剂。在这种情况下，将中空纤维膜装填在灌封部形成用夹具中并通过灌封剂固定，并且由于处理或粘接方面的问题而已使中空纤维膜2预先干燥。然而，许多中空纤维膜2具有的问题在于由于干燥而发生收缩、并且透水性降低。为此，使用已在甘油水溶液中浸渍然后干燥的中空纤维膜。在浸渍于甘油水溶液中之后干燥中空纤维膜时，甘油残留在孔中，使其能够防止由于干燥而导致的收缩，并且可以通过此后用溶剂、例如乙醇进行浸渍处理来恢复透水性。

中空纤维膜模块100B可以在使其经受蒸汽灭菌或热水消毒之后使用，但取决于中空纤维膜2的种类，有时由蒸汽灭菌和热水消毒而引起收缩。因此，如果在制备模块之后进行蒸汽灭菌或热水消毒，则可能由于中空纤维膜2的收缩而损坏中空纤维膜2、或者中空纤维膜2可能从结合部脱落。因此，优选通过用蒸汽或热水进行处理来预先使中空纤维膜2收缩，然后通过结合其端部来制备模块。由于蒸汽灭菌通常在121℃或更高的温度下进行，因此优选已在121℃或更高的温度下使用蒸汽进行预处理。此外，热水消毒通常在大约80℃下进行，但是由于温度常常根据工序而变化，因此优选已在不小于假定使用温度的温度下用热水预先处理中空纤维膜。

在中空纤维膜模块100B中，在垂直于高度方向的截面中，中空纤维膜2与中空纤维膜2的中空部的面积总和相对于第一结合部3的第二端1b侧的端面的面积优选为35至65%。如果中空纤维膜2的面积比例小，则每单位体积的中空纤维膜模块的过滤通量降低，并且单位过滤容量的成本增加。如果中空纤维膜2的面积比例大，则阻塞从通道部件5流出的径向流动，并且无法充分获得减少停滞的效果、或难以布置所述通道部件。

从制备中空纤维膜模块100B时的可加工性、或模块洗涤时的中空纤维膜2的可洗涤性的观点来看，优选在保持松弛的状态下介由两侧的结合部3和13来将中空纤维膜束12容纳在筒状壳体1中。所述“松弛”表示从第一结合部3的第二端1b侧的端面起至第二结合部13的第一端1a侧的端面为止的中空纤维膜2的长度比该部分的直线距离更长的状态。

(6) 第二结合部

在筒状壳体1的第二端1b侧上，布置作为中空纤维膜模块100B的上端侧的第二结合部13。第二结合部13通过将包括多根中空纤维膜2的中空纤维膜束12进行结合而构成。在此，中空纤维膜2的中空部未被密封而是处于开口状态，并且将滤液从开口部取出至上盖6侧。只要满足结合部的机械强度、化学耐久性、热耐久性等，则不对结合方法和所使用的材料加以特别限制，但可以选择例如与用于第一结合部3的那些相同的方法和材料。

第二结合部13的外径被配置为小于筒状壳体1的内径。进一步，整流筒15存在于筒状壳体1与第二结合部之间，第二结合部13被固定于筒状壳体1或整流筒15，并且整流筒15被固定于筒状壳体。用于固定各个构件的方法与本发明无关。

(7) 筒状壳体和整流筒的材料

只要满足机械强度、化学耐久性、热耐久性等，则不对中空纤维膜模块100B中使用的筒状壳体1的材料加以特别限制，但其材料的实例包括基于氯乙烯的树脂、基于聚丙烯的树脂、基于聚砜的树脂、氟树脂例如聚四氟乙烯和全氟烷氧基氟树脂、聚碳酸酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚酮、不锈钢和铝。不对中空纤维膜模块100B中使用的整流筒15的材料加以特别限制，但可以选自例如与筒状壳体1相同的材料。

I-2. 中空纤维膜模块的制造方法

以下，描述根据本实施方案所述的中空纤维膜模块的制造方法。本文中描述的制造方法不限于第一实施方案，而是在任何后述的实施方案中，可以通过相同方法制造中空纤维膜模块。

以下，描述通过使用灌封剂来制造第一结合部3和第二结合部13的方法。作为灌封方法，可以使用离心灌封法，其中，通过利用离心力而使液体灌封剂渗透到中空纤维膜之间，然后固化；或者使用静态灌封法，其中，将液体灌封剂从计量泵或头递送并使其自然流动，从而渗透到中空纤维膜2之间，然后固化。

在离心灌封法中，灌封剂很可能通过离心力渗透到中空纤维膜之间，并且高粘度灌封剂也是可使用的。在使用聚氨酯树脂作为用于粘合中空纤维膜2的灌封剂的情况中，中空纤维膜2中所含的水与异氰酸酯反应而生成二氧化碳，从而引发气泡，并因此在静态灌封法中几乎不能使用聚氨酯树脂。在离心灌封法中，离心力在模块的端部方向上产生压力并将气泡向内排出，从而聚氨酯树脂可以用作用于粘合中空纤维膜2的灌封剂。另一方面，静态灌封法不需要大型设备、例如离心成型机。

在灌封结束并且灌封剂固化之后，切割第二结合部的第二端1b侧的灌封部以使中空纤维膜2的端面开口。在进行灌封之前，优选进行用硅酮粘接剂等密封中空纤维膜2的第二端1b侧的端部的中空部的填充处理。填充处理可以防止灌封剂进一步进入中空部，由此防止出现中空部被灌封剂填充从而阻塞滤液的不通纤维。

在进行灌封时，可以使第一结合部壳体16的内侧的表面经受锉削、等离子体处理、底漆处理等以改进粘接性。这同样应用于在整流筒15的内侧上粘合第二结合部的情况。

下文中，通过参考图10的流程图来描述根据第一实施方案所述的中空纤维膜模块100的制造方法。应该注意的是，下面描述的制造方法可以应用于任何后述的实施方案中的模块。

首先，将中空纤维膜束12放在图11所示的离心灌封装置中，并进行离心灌封以形成第一结合部和第二结合部(步骤S1)。

将中空纤维膜束12容纳在筒状壳体1中，并且将中空纤维膜2的第一端部、中空纤维膜2的第二端部和整流筒15分别***第一结合部壳体16、整流筒15和第二结合部形成用夹具17中。将使通道部件5嵌合于其外周的销18***至第一结合部壳体16的底部处的通孔中，并且将第一结合部壳体16、具有圆顶状顶端的通道部件5(5D)和销18容纳在第一结合部形成用夹具19内。使中空纤维膜2的第二端部预先经受用硅酮粘接剂进行的填充处理。

将灌封剂进料器20连接至筒状壳体1，并且使整个装置在离心成型机中旋转，由此可以通过离心力将灌封剂供应至第一结合部壳体16和第二结合部形成用夹具17。在此，可以同时或分别地将灌封剂供应至第一结合部壳体16和第二结合部形成用夹具17。

在灌封剂固化之后，移除结合部形成用夹具17和19、以及销18。此时，如图11中所示，在通道部件5中预先提供延伸至待用灌封剂填充的部分的开口部，由此可以在移除销18之后形成与第一结合部的第二端1b侧的端面相接触的开口部。固化所需的时间和温度取决于灌封剂的种类而变化，并可以因此适当地应用合适的条件。

在该方法中，尽管在形成第一结合部3的同时将通道部件5固定至第一结合部3，但也可以预先形成第一结合部3，并在此后将通道部件5固定至第一结合部3。在通道部件5朝向第一结合部的第二端侧突出的情况中，例如通道部件5所突出的高度方向上的长度和开口部5E的取向可以通过考虑第一结合部所形成的形状来进行调节。此外，将通道部件5可拆卸地固定至第一结合部3时，可以在对中空纤维膜模块进行操作评估之后调节通道部件5的形状或位置。

通过尖锯(tip saw)型旋转刀片切割图11的C-C部分，从而使中空纤维膜2的第二端部开口(步骤S2)。

最后，将下盖7和上盖6分别固定至筒状壳体1的第一端1a侧和第二端1b侧，由此可以制造中空纤维膜模块100B(步骤S3)。

只要满足耐热性、化学耐久性等，则不对结合部形成用夹具的材料加以特别限制，但例如基于氯乙烯的树脂、基于尼龙的树脂、氟树脂、基于聚丙烯的树脂、基于聚缩醛的树脂、基于聚乙烯的树脂、和基于硅酮的树脂具有优异的脱模特性并适合使用。对于灌封部形成用夹具，可以使用单一材料、或可以使用进行组合从而包含至少一种上述材料的多种材料。只要满足耐热性、化学耐久性等，则也不对销的材料加以特别限制，但例如可以使用与结合部形成用夹具相同的材料。在使用金属的情况下，优选施用例如氟树脂涂层以提高脱模特性。

I-3. 用于操作模块的方法

在使用中空纤维膜模块100B的过滤操作过程中，待过滤液经由待过滤液流入口9而进入，由第一结合部3的第一端1a侧从底部向顶部穿过第一流动通道4，并且在通过通道部件5而将流动方向改变为径向之后流出(图4中的箭头A的流动)。待过滤液在前进至一定程度之后，通过将路线改变为高度方向而继续前进。在穿过中空纤维膜2之后，待过滤液以滤液的形式移动至被第二结合部13和上盖6所包围的空间。其后，经由滤液出口8而将滤液从模块取出。

在进行死端过滤的情况中，闭合待过滤液出口11。

另一方面，在进行交叉流过滤的情况中，从待过滤液出口11取出导入至筒状壳体1中的待过滤液的一部分。将取出的待过滤液经由待过滤液流入口9再次导入至模块中。在交叉流过滤中，由于在模块中产生流动，因此获得通过膜表面附近的流动来洗涤膜表面的效果，并且减少了悬浮物质的堆积。在交叉流过滤操作中，通过增加膜表面线速度，可以对附着于膜表面的悬浮物质等施加更高的剪切力。

通常，交叉流过滤中的膜表面线速度为0.1至7 m/s。膜表面线速度优选为0.3至3m/s，这是由于保持了更高的可洗涤性，并由此可以长时间进行稳定的操作。

交叉流过滤特别是被广泛地用于发酵工业、药物/医疗和食品工业的领域中。此外，通常在使用中空纤维膜模块进行预定时间的过滤操作之后，提供洗涤模块内部的步骤，并且经由待过滤液流入口9供应水、化学品、气体等。具体而言，在需要热水消毒的步骤中，供应处于大约80℃或更高的温度下的热水。

另一方面，在洗涤步骤中，可以使用经由滤液出口8导入滤液、水或洗涤液、并通过中空纤维膜2的中空部排出至外侧的方法，或者在例如对模块内部进行蒸汽灭菌时，在通道部件5和第一流动通道4中，废水从顶部流动至底部，并经由待过滤液流入口9排出至外部。

本发明不限于上述的实施方案，并且可以任意在其中适当进行修改、改进等。此外，只要可以实现本发明，则上述的实施方案中各构成要素的材料、形状、尺寸、数值、方式、数量、布置位置等是任意的，并且不受限制。

II. 对比方式

图1中所示的中空纤维膜模块100A包括：筒状壳体1，其具有在高度方向上的第一端和第二端；中空纤维膜束12，其容纳于筒状壳体1中，并具有多个中空纤维膜2，所述中空纤维膜2每个在第一端侧的端部处闭合并且在第二端侧的端部处开口；第一结合部3，其结合中空纤维膜2的第一端侧的端部；和，通孔4C，其引导流体从第一端侧向第二端侧穿过第一结合部。

流体(箭头A)在从底部向顶部穿过通孔4C时以带有方向性的方式进行流动，并在完全离开通孔4C后，仍在保持穿过通孔4C时所产生的方向性的同时前进，尽管这取决于流速和中空纤维膜束部分中的流动阻力。流体进一步前进至一定程度，然后随着由通孔4C中起始的流动通道的变化、或者流动阻力而失去方向性，从而变成均匀流。因此，紧接离开通孔4C之后各通孔4C之间的流速非常小，并且倾向于发生停滞。其结果是，很可能产生易于堆积悬浮物质等的部位(停滞区)P。

在预定时间的过滤步骤之后，使中空纤维膜模块经受洗涤附着于膜表面的悬浮物质等的步骤，并在此时，将洗涤排水、例如反冲洗水与悬浮物质一起从通孔4C排出。图2示出悬浮物质如何从通孔4C排出。包含悬浮物质的洗涤排水(箭头B)以均匀流的方式从顶部流动至结合部附近，在结合部附近流向各通孔4C，并在通孔4C中流至底部之后被排出。此时，很可能在各通孔4C之间产生易于堆积悬浮物质等的部位(停滞区)P。

(实施例)

通过参考实施例来更具体地描述本发明，但本发明不限于这些实施例。

<实施例1>

(a) 中空纤维膜的制造

将38质量份具有417,000的重均分子量的偏二氟乙烯均聚物、和62质量份γ-丁内酯混合，并在160℃下溶解。将该聚合物溶液连同作为用于形成中空部的液体的85质量%γ-丁内酯水溶液通过双管喷丝头排出，并在设置于喷丝头下方30 mm且含有处于20℃的温度下的85质量% γ-丁内酯水溶液的冷却浴中固化，从而产生具有球状结构的中空纤维膜。接着，将14质量份具有284,000的重均分子量的偏二氟乙烯均聚物、1质量份乙酸丙酸纤维素(CAP482-0.5，由Eastman Chemical Company制造)、77质量份N-甲基-2-吡咯烷酮、5质量份聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯(Ionet(注册商标)T-20C，由Sanyo ChemicalIndustries, Ltd.制造)、和3质量份水混合，并在95℃下溶解，从而制备聚合物溶液。将该成膜原液均匀地施用于具有球状结构的中空纤维膜的表面上，并立刻在水浴中固化，从而制备中空纤维膜2，所述中空纤维膜2中，在球状结构层上形成有三维网状结构。所得中空纤维膜2具有1,010 μm的外径、600 μm的内径、和40 nm的膜表面平均孔径。每根膜的强力为6.4 N。

(b) 模块的制造

将上述(a)中得到的中空纤维膜2切割成1,800 mm的长度，并在30质量%甘油水溶液中浸渍1小时，然后空气干燥。将该中空纤维膜2用处于125℃下的水蒸气热处理1小时、空气干燥、并切割成1,200 mm的长度。然后用硅酮粘接剂(SH850A/B，由Dow Corning TorayCo., Ltd.制造，以50:50的质量比混合两种组分而得到的混合物)填充中空纤维膜2的第二端侧。

其后，如图11中所例示，将上述得到的9,000根中空纤维膜2装填在筒状壳体1(内径：145 mm，外径：155 mm，长度：1,000 mm)中。进一步，将第一结合部壳体16(内径：138 mm，外径：140 mm，长度：30 mm)、销18、和第一结合部形成用夹具19安装在筒状壳体1的第一端1a侧上，并且将整流筒15和第二结合部形成用夹具17安装在筒状壳体1的第二端1b侧上。将以这样方式而连接有夹具的筒状壳体1放置在离心成型机中。将使通道部件5嵌合于其外周的销18***至第一结合部壳体16的底部处的通孔4A中，并且将第一结合部壳体16、销18和通道部件5容纳在第一结合部形成用夹具19内。销18起到用于在待成为通道部件5的流动通道的部分中形成流动通道的流动通道形成夹具的作用。

作为膜束粘接剂(灌封剂)，将双酚F型环氧树脂(LST868-R14，由Huntsman JapanCo., Ltd.制造)和基于脂族胺的固化剂(LST868-H14，由Huntsman Japan Co., Ltd.制造)以100:30的质量比混合，并将总计2,000 g(每端1,000 g)投入至灌封剂进料器20中。

接着，使离心成型机旋转，从而将灌封剂装填在两侧的第二结合部形成用夹具17和第一结合部壳体16中、并形成第一结合部3和第二结合部13，并且使灌封剂固化。离心成型机中的温度为35℃，转速为350 rpm，并且离心时间为5小时。第二结合部形成用夹具17和第一结合部壳体16包围中空纤维膜束12的端部，并起到用于在其内部固化灌封剂并形成结合部的灌封夹具的作用。

此后，移除结合部形成用夹具17和19、以及销18，并且在室温下固化24小时之后，通过尖锯型旋转刀片切割第二结合部13的端部(图11中所示的C-C表面)，从而使中空纤维膜2的端面开口。

特别地，在本实施方案中，所有通道部件5是具有圆顶状顶端的通道部件，开口部5E与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触的部分的宽度为5 mm，并且开口部5E的高度为1 mm。在通道部件的径向上等间隔地在三个部位上提供开口部5E。每模块布置28个通道部件5，并且此时，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.022。

接着，将由EPDM制成的垫片10安装在筒状壳体1的凸缘1D和1E上(参见图3)，并连接上盖6和下盖7，从而制造图3中所示的中空纤维膜模块100B。此后，将乙醇递送至中空纤维膜模块100B并过滤，从而用乙醇填充中空纤维膜2的孔，然后递送RO水并进行过滤，从而用RO水替换乙醇。

(c) 使用中空纤维膜模块的过滤操作

将通过处理工厂废水而得到的活性污泥用自来水进行调节，从而具有3 g/L的活性污泥量，并由此得到实验用的待处理水。

将待处理的水经由待过滤液流入口9供应至上述(b)中得到的中空纤维膜模块100B，以0.5 m/s的膜表面线速度经由待过滤液出口11排出，并由此在模块中循环。以0.1m³/m²/天的过滤流速从滤液出口8取出滤液。

在持续过滤操作4周之后，将中空纤维膜模块100B中的液体从待过滤液流入口9排出，将滤液出口8和待过滤液出口11打开1周，并且通过经由待过滤液流入口9向其中供应处于80℃下的暖空气来干燥中空纤维膜模块100B。测量供应活性污泥之前的干燥中空纤维膜模块100B的重量W0和供应活性污泥之后的干燥中空纤维膜模块100B的重量W1。计算供应活性污泥之前和之后之间的中空纤维膜模块的重量差(W1-W0)。

(d) 中空纤维膜模块的蒸汽灭菌

将处于125℃下的蒸汽经由待过滤液出口11供应至上述(b)中得到的中空纤维膜模块100B，并且通过在大气压下将待过滤液流入口9打开5分钟来排出中空纤维膜模块100B中的空气之后，将待过滤液流入口9的顶端切换为汽水分离器(steam trap)。将温度传感器固定在第一结合部3的第二端1b侧的端面的5个部位处，并测量温度变迁。

(e) 结果

作为过滤操作试验的结果，由于供应活性污泥而导致的重量增加小至2 g(表1)。其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，未发现悬浮物质的堆积。这显示出本实施例的中空纤维膜模块100B引起极少的停滞。此外，在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等，并且这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E不仅具有对减少停滞区而言有效的形状，而且处于对中空纤维膜2的强力而言适当的范围内。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。

从这些结果来看，可以说实施例1的通道部件5的形状可以提高从待过滤液流入口9的排水排出，并增加蒸汽灭菌的效率。

<实施例2>

所有通道部件5的高度方向上的开口部5E的长度为30 mm，除此以外，以与实施例1相同的方式制备中空纤维膜模块100B，并且进行过滤操作试验。此时，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.66。由于供应活性污泥而导致的中空纤维膜模块100B的重量增加小至3 g(表1)。

其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，未发现悬浮物质的堆积。这显示出该实施例的中空纤维膜模块100B引起极少的停滞。此外，在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等，并且这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E不仅具有对减少停滞区而言有效的形状，而且处于对中空纤维膜2的强力而言适当的范围内。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。从这些结果来看，可以说实施例2的通道部件5的形状可以提高从待过滤液流入口9的排水排出，并增加蒸汽灭菌的效率。

<对比例1>

使用不具有通道部件5的中空纤维膜模块100A，除此以外，以与实施例2相同的方式进行过滤操作试验。由于供应活性污泥而使中空纤维膜模块100A的重量增加大约26 g(表 1 )。拆开并观察中空纤维膜模块100A，其结果是，第一结合部3的上端靠近发现悬浮物质的堆积。由悬浮物质的堆积而造成重量增加，并且这显示出在未提供通道部件5时，在中空纤维膜模块100A中出现严重的停滞。此外，在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等。作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。

<实施例3>

所有通道部件5的开口部5E被提供为从第一结合部3的第二端1b侧的端面上方10mm起始，除此以外，以与实施例1相同的方式制备中空纤维膜模块100B。此时，类似于实施例1，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.022。

作为过滤操作试验的结果，重量增加为18 g(表1)。拆开中空纤维膜模块，并且观察第一结合部3附近，其结果是，发现悬浮物质的堆积。其原因被认为是由于通道部件5的开口部5E被提供为从第一结合部3的第二端1b侧的端面上方10 mm起始，因此在第一结合部3的第二端1b侧的端面附近发生停滞并且悬浮物质堆积。在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等。

此外，以与实施例1相同的方式进行蒸汽消毒试验，其结果是，甚至在开始蒸汽供应后60分钟时，第一结合部3的第二端1b侧的端面的最低温度为100℃。从这些结果来看，可以说实施例3的通道部件5的形状损害了从待过滤液流入口9的排水排出，并引起低效率的蒸汽灭菌。

<实施例4>

所有通道部件5的高度方向上的开口部5E的长度为40 mm，除此以外，以与实施例1相同的方式制备中空纤维膜模块100B，并且进行过滤操作试验。此时，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.88。由于供应活性污泥而导致的中空纤维膜模块100B的重量增加为12 g(表1)。其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，以几乎均匀的方式发现悬浮物质的堆积。这被认为是由于下述原因而出现：第一结合部3和通道部件5的开口部5E不具有对减少停滞区而言有效的形状，并且从通道部件5流出的流体的流速降低。在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。从这些结果来看，可以说实施例4的通道部件5的形状可以提高从待过滤液流入口9的排水排出，并增加蒸汽灭菌的效率。

<实施例5>

所有通道部件5的开口部5E中，与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触的部分的宽度为2 mm，除此之外，以与实施例1相同的方式制备中空纤维膜模块100B，并且进行过滤操作试验。此时，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.0088。由于供应活性污泥而导致的中空纤维膜模块100B的重量增加为11 g(表1)。其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，以部分不均匀分布的方式发现悬浮物质的堆积。由悬浮物质的堆积而造成重量增加，并且这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E不具有对减少停滞区而言有效的形状，并且中空纤维膜模块100A中由于偏流而出现严重的停滞。此外，在观察时在大约12根中空纤维膜2中发现损坏。这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E具有的形状使得在一些位置中由于偏流而产生过大速度的流动，并且并非处于对中空纤维膜2的强力而言适当的范围内。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的25分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。从这些结果来看，可以说实施例5的通道部件5的形状可以稍微提高从待过滤液流入口9的排水排出，但引起相对低效率的蒸汽灭菌。

<实施例6>

以790 μm的外径和470 μm的内径制备中空纤维膜2，除此之外，得到相同中空纤维膜2。此时，每根膜的强力为3.9 N。此外，将上述得到的15,200根中空纤维膜2容纳在筒状壳体1中，除此之外，以与实施例1相同的方式制备中空纤维膜模块100B，并进行过滤操作试验。此时，类似于实施例1，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.022。由于供应活性污泥而导致的中空纤维膜模块100B的重量增加小至3 g(表1)。其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，未发现悬浮物质的堆积，但是在观察时在34根中空纤维膜2中发现损坏。这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E具有对减少悬浮物质的堆积而言有效的形状，但另一方面，其并非处于对中空纤维膜2的强力而言适当的范围内。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。

<实施例7>

在所有通道部件5的开口部5E中，与第一结合部3的第二端1b侧的表面相接触的部分的宽度为6.5 mm，除此以外，以与实施例2相同的方式制备中空纤维膜模块100B，并且进行过滤操作试验。此时，通道部件5的开口部5E的总面积S与第一结合部3的第二端1b侧的外径R为S/R²=0.86。由于供应活性污泥而导致的中空纤维膜模块100B的重量增加小至3 g(表1)。

其后，拆开中空纤维膜模块100B，并且观察第一结合部3附近，其结果是，未发现悬浮物质的堆积。这显示出该实施例的中空纤维膜模块100B引起极少的停滞。此外，在观察时未在中空纤维膜2中发现损坏等，并且这显示出第一结合部3和通道部件5的开口部5E不仅具有对减少停滞区而言有效的形状，而且处于对中空纤维膜2的强力而言适当的范围内。

作为蒸汽灭菌试验的结果，在开始蒸汽供应之后的15分钟内在5个测量部位处的最低温度达到121℃，并且在随后20分钟保持121℃的温度。从这些结果来看，可以说实施例7的通道部件5的形状可以提高从待过滤液流入口9的排水排出，并增加蒸汽灭菌的效率。

[表1]

本申请基于2014年9月1日提交的日本专利申请第2014-177422号，其内容通过参考的方式并入本文中。

工业实用性

根据本发明的中空纤维膜模块可以用于发酵工业、药物生产、食品工业、水处理等领域中。特别地，甚至在根据本发明的中空纤维膜模块中过滤含有许多悬浮物质的液体时，也可以减少悬浮物质的堆积量，并且可以长时间稳定地进行过滤。此外，可以防止细菌污染，并且因此，中空纤维膜模块可以适用于发酵工业、药物生产、食品工业、水处理等领域。

附图标记和符号的描述

100A 中空纤维膜模块

100B 中空纤维膜模块

1 筒状壳体

1D 凸缘

1E 凸缘

2 中空纤维膜

3 第一结合部

4 第一流动通道

4A 通孔

4B 间隙

5 通道部件

5A 挡板状通道部件

5B 球状通道部件

5C 具有平面状顶端的通道部件

5D 具有圆顶状顶端的通道部件

5E 开口部

6 上盖

7 下盖

8 滤液出口

9 待过滤液流入口

10 垫片

11 待过滤液出口(喷嘴)

12 中空纤维膜束

13 第二结合部

14 整流孔

15 整流筒

16 第一结合部壳体

17 第二结合部形成用夹具

18 销

19 第一结合部形成用夹具

P 易于堆积悬浮物质等的部位(停滞区)。

Claims (9)

1.中空纤维膜模块，其包括：

筒状壳体，其具有在其高度方向上的第一端和第二端；

中空纤维膜束，其容纳于筒状壳体中，并且具有多个中空纤维膜，所述中空纤维膜每个在第一端侧的端部处闭合并且在第二端侧的端部处开口；

第一结合部，其结合中空纤维膜的第一端侧的端部；

第一流动通道，其引导流体从第一结合部的第一端侧向第二端侧穿过第一结合部；和

通道部件，其在第一流动通道的第二端侧的末端处，将从第一流动通道的第二端侧的末端流出的流体中至少一部分的流动导向筒状壳体的径向，

至少一个通道部件被提供为从第一结合部的第二端侧的端面突出，并且具有与第一结合部的第二端侧的表面相接触的开口部，

所述中空纤维膜模块具有多个第一流动通道，通道部件被布置为改变从多个第一流动通道当中的部分流动通道流出的流体的流动方向，并且在垂直于高度方向的截面中，第一流动通道当中以被通道部件改变的方向供应流动的流动通道的面积相对于第一流动通道的总面积为30至90%。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜模块，其中：

至少一个通道部件的高度方向上的开口部的长度为1 mm至30 mm。

3.根据权利要求1所述的中空纤维膜模块，其中：

第一结合部的外径R和通道部件的开口部的总面积S满足0.004≤S/R²≤1.2。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜模块，其中：

中空纤维膜的断裂强力F满足F≥4.9 N。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜模块，其中：

第一结合部的第二端侧的端面具有10或更大的A硬度和小于85的D硬度。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜模块，其中：

将至少一个第一流动通道的末端布置在从第一结合部的第二端侧的端面中的最低部位起算3 mm的高度内的区域中。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜模块，其中：

垂直于高度方向的截面中的第一流动通道的总面积相对于包括第一结合部在内的垂直于高度方向的截面中的筒状壳体的内侧的面积为2至35%。

8.用于制造权利要求1至7中任一项所述的中空纤维膜模块的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(e)：

(a) 将通道部件配置在具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束的至少一个端部上的步骤；

(b) 将流动通道形成夹具配置在待成为通道部件的流动通道的部分中的步骤；

(c) 将灌封夹具配置为至少环绕具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束中在其上配置有通道部件的端部的步骤；

(d) 固化灌封夹具中的灌封剂以形成结合部的步骤，所述结合部中，已完成中空纤维膜之间以及通道部件的粘合/固定；和

(e) 移除流动通道形成夹具和灌封夹具的步骤。

9.用于制造权利要求1至7中任一项所述的中空纤维膜模块的方法，所述方法包括以下步骤(a)至(d)：

(a) 将灌封夹具配置为环绕具有多个中空纤维膜的中空纤维膜束中至少一个端部的步骤；

(b) 固化灌封夹具中的灌封剂以形成结合部的步骤，所述结合部中，已完成中空纤维膜之间的粘合/固定；

(c) 移除灌封夹具的步骤；和

(d) 将通道部件固定于结合部的步骤。

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