(57)【要約】【課題】滅菌不良部分の発生しにくい中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】外部ケースと、出し入れ可能に外部ケースの第一端側に収容された内部ケースと、直線状に延びてその一端が開口した状態で内部ケース内に固定され、その他端が接着封止されて外部ケースの第二端側に収容された中空糸膜束と、外部ケースと内部ケースとの間に配置されるシール材と、を備えたカートリッジ式中空糸膜モジュールにおいて、外部ケースの内面上および内部ケースの外面上の少なくとも一方に、シール材が外部ケースの第一端側および第二端側へ移動することを制限するシール材保持部をシール材を挟んで第一端側および第二端側にそれぞれ備え、かつ、第二端側のシール材保持部はシール材の第二端側の面を、第一端側のシール材保持部が露出させているシール材の第一端側の面よりも多く露出させた。【選択図】図２
2014208317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部ケースと、
出し入れ可能に前記外部ケースの第一端側に収容された内部ケースと、
直線状に延びる中空糸膜束であって、その一端が開口した状態で前記内部ケース内に固定され、その他端が接着封止されて前記外部ケースの第二端側に収容された中空糸膜束と、
前記外部ケースと前記内部ケースとの間に配置されるシール材と、
を備えたカートリッジ式中空糸膜モジュールにおいて、
前記外部ケースの内面上および前記内部ケースの外面上の少なくとも一方に、前記シール材が前記外部ケースの第一端側および第二端側へ移動することを制限するシール材保持部を前記シール材を挟んで前記第一端側および前記第二端側にそれぞれ備え、
かつ、前記第二端側のシール材保持部は前記シール材の前記第二端側の面を、前記第一端側のシール材保持部が露出させている前記シール材の前記第一端側の面よりも多く露出させていることを特徴とするカートリッジ式中空糸膜モジュール。
【請求項２】
外部ケースと、
出し入れ可能に前記外部ケースの第一端側に収容された内部ケースと、
Ｕ字状に折り曲げられた中空糸膜束であって、折り曲げられたその両端の一方又は両方が開口した状態で共に前記内部ケース内に固定され、折り曲げられたその折り曲げ部が前記外部ケースの第二端側に収容された中空糸膜束と、
前記外部ケースと前記内部ケースとの間に配置されるシール材と、
を備えたカートリッジ式中空糸膜モジュールにおいて、
前記外部ケースの内面上および前記内部ケースの外面上の少なくとも一方に、前記シール材が前記外部ケースの第一端側および第二端側へ移動することを制限するシール材保持部を前記シール材を挟んで前記第一端側および前記第二端側にそれぞれ備え、
かつ、前記第二端側のシール材保持部は前記シール材の前記第二端側の面を、前記第一端側のシール材保持部が露出させている前記シール材の前記第一端側の面よりも多く露出させていることを特徴とするカートリッジ式中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記外部ケースおよび内部ケースは円筒状であり、
前記シール材は平面視において円形環状であり、
前記シール材保持部は、前記内部ケースの外面および前記外部ケースの内面のいずれかの前記第二端側に設けられた突出部であり、
前記突出部の長さＨは式（１）を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
Ｇ−１．０  ≧  Ｈ  ≧  ０．３５Ｗ  ・・・・・式（１）
ただし、Ｈ（ｍｍ）：シール材保持部の径方向における突出部の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材の非圧縮時の径方向の長さ、
Ｇ（ｍｍ）：円筒状外部ケースと円筒状内部ケースとの間の間隔で、
Ｇ＝（円筒状外部ケースの内径−円筒状内部ケースの外径）／２  である。
【請求項４】
前記シール材保持部は、前記内部ケースの外面および前記外部ケースの内面のいずれかの前記第二端側に周方向に設けられた突出部であり、
前記突出部には、式（２）および（３）を満たす長さＬを有する切り欠きが周方向に設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のカートリッジ式中空糸膜モジュール。
７．０  ≧  Ｌ／Ｗ                ・・・・・式（２）
Ｌ  ≧  １．０                    ・・・・・式（３）
ただし、Ｌ（ｍｍ）：周方向に設けられた切り欠きの周方向の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材の非圧縮時の径方向の長さ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理分野、発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野などで使用する中空糸膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
〈２つの発酵法〉
微生物や培養細胞の培養を伴う物質生産方法である発酵法は、大きく２つに分類することができる。
１つは、（イ）回分発酵法（Ｂａｔｃｈ発酵法）、および（ロ）流加発酵法（Ｆｅｄ−Ｂａｔｃｈ発酵法）であり、
もう１つは、連続発酵法である。
【０００３】
〈連続発酵法：分離膜の使用〉
そのうち、後者の連続発酵法において、微生物や培養細胞を分離膜で濾過（ろか）し、濾液（ろえき）から化学品を回収すると同時に濃縮液中の微生物や培養細胞を発酵培養液に保持または還流させることにより、発酵培養液中の微生物や培養細胞濃度を高く維持する方法が提案されている。
【０００４】
〈分離膜として平膜の使用〉
例えば、分離膜として有機高分子からなる平膜を用いた連続発酵装置において、連続発酵する技術が提案されている。（特許文献１参照）。
しかしながら、提案された技術は、平膜ユニットの設置容積に対する有効膜面積が小さく、目的化学品をこの技術で製造することに対するコストメリットが十分でない等、非効率的な技術であった。
【０００５】
〈分離膜として中空糸膜の使用〉
上記課題の解決のために、連続発酵装置に用いる分離膜を有機高分子からなる中空糸膜とした、連続発酵技術が提案されている（特許文献２参照）。
この技術では、膜ユニットにおいて単位体積あたりの膜面積が大きくとれるため、従来の連続発酵と比べて発酵生産効率は格段に高くなった。
【０００６】
〈中空糸膜を用いた分離膜モジュール〉
中空糸膜を用いかつ蒸気滅菌可能な分離膜モジュールとしては、多数本の中空糸膜束が内部筒状ケース内に収容されており、該内部筒状ケースが外部筒状ケース内部にシール材を用いて設置されているモジュール技術が開示されている（特許文献３参照）。
また、多数の中空糸膜束外周が内部筒状ケース内面で規制されており、該内部筒状ケース端部に鍔部が形成されており、該鍔部と外部筒状ケース内面がシール材を介さずに締めつけにより固定されている血液処理装置が開示されている（特許文献４参照）。
また、多数の中空糸膜束をブロック体により結束し、該ブロック体が内部筒状ケースを介さずに外部筒状ケースにシール材を用いて設置されているモジュール技術が開示されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５２３６７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３７１０１号公報
【特許文献３】特開平８−２２９３５９号公報
【特許文献４】特開２００４−１０５４１９号公報
【特許文献５】特開平４−１２２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
〈雑菌混入の防止〉
発酵による化学品の生産では、基本的に雑菌混入（コンタミネーション）を防いだ状態で培養を行う必要がある。例えば、発酵培養液を濾過する際に分離膜モジュールから雑菌が混入すると、発酵効率の低下、発酵槽内での発泡等により化学品の製造が効率的に行えなくなるため、雑菌混入を防ぐために、分離膜モジュール毎に滅菌することが必要となる。一般的な滅菌の方法としては、乾熱滅菌、煮沸滅菌、蒸気滅菌、紫外線滅菌、ガンマ線滅菌、ガス滅菌等の方法が挙げられる。特に、分離膜中の水分を損なうことなく滅菌する方法として、蒸気滅菌（通常は１２１℃、２０分間）が知られている。
《滅菌不良の原因１：蒸気供給不十分》
蒸気滅菌を中空糸膜モジュールの滅菌に適用する際、モジュール内部で蒸気が十分に行き渡らず昇温しない部分があると、滅菌不良となり、コンタミネーションの原因となることがある。
《滅菌不良の原因２：スチームドレンの滞留》
また蒸気滅菌時はスチームドレンが発生するが、モジュール内にスチームドレンが滞留する部位があると、十分に昇温せず、滅菌不良となることがある。特に、シール材に接する部分はスチームドレンが滞留しやすく、滅菌不良が発生しやすい。
【０００９】
〈特許文献１〜５記載の発明の滅菌対策〉
しかし、特許文献１〜５記載の発明は、いずれも分離膜モジュールの滅菌不良の低減を図ることについては記載も示唆もなく、したがって、シール材が接する部位の構造について改良を加えることは行っていない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、滅菌不良部分の発生しにくい中空糸膜モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するカートリッジ式中空糸膜モジュールとしては、次のような本願発明（１）〜（４）によって達成される。
（１）  外部ケースと、
出し入れ可能に前記外部ケースの第一端側に収容された内部ケースと、
直線状に延びる中空糸膜束であって、その一端が開口した状態で前記内部ケース内に固定され、その他端が接着封止されて前記外部ケースの第二端側に収容された中空糸膜束と、
前記外部ケースと前記内部ケースとの間に配置されるシール材と、
を備えたカートリッジ式中空糸膜モジュールにおいて、
前記外部ケースの内面上および前記内部ケースの外面上の少なくとも一方に、前記シール材が前記外部ケースの第一端側および第二端側へ移動することを制限するシール材保持部を前記シール材を挟んで前記第一端側および前記第二端側にそれぞれ備え、
かつ、前記第二端側のシール材保持部は前記シール材の前記第二端側の面を、前記第一端側のシール材保持部が露出させている前記シール材の前記第一端側の面よりも多く露出させていること。
【００１１】
（２）  上記発明（１）において、
外部ケースと、
出し入れ可能に前記外部ケースの第一端側に収容された内部ケースと、
Ｕ字状に折り曲げられた中空糸膜束であって、折り曲げられたその両端の一方又は両方が開口した状態で共に前記内部ケース内に固定され、折り曲げられたその折り曲げ部が前記外部ケースの第二端側に収容された中空糸膜束と、
前記外部ケースと前記内部ケースとの間に配置されるシール材と、
を備えたカートリッジ式中空糸膜モジュールにおいて、
前記外部ケースの内面上および前記内部ケースの外面上の少なくとも一方に、前記シール材が前記外部ケースの第一端側および第二端側へ移動することを制限するシール材保持部を前記シール材を挟んで前記第一端側および前記第二端側にそれぞれ備え、
かつ、前記第二端側のシール材保持部は前記シール材の前記第二端側の面を、前記第一端側のシール材保持部が露出させている前記シール材の前記第一端側の面よりも多く露出させていること。
【００１２】
（３）  上記発明（１）または（２）において、
前記外部ケースおよび内部ケースは円筒状であり、
前記シール材は平面視において円形環状であり、
前記シール材保持部は、前記内部ケースの外面および前記外部ケースの内面のいずれかの前記第二端側に設けられた突出部であり、
前記突出部の径方向の長さＨは式（１）を満たすこと。
Ｇ−１．０  ≧  Ｈ  ≧  ０．３５Ｗ  ・・・・・式（１）
ただし、Ｈ（ｍｍ）：シール材保持部の径方向における突出部の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材の非圧縮時の径方向の長さ、
Ｇ（ｍｍ）：円筒状外部ケースと円筒状内部ケースとの間の間隔で、
Ｇ＝（円筒状外部ケースの内径−円筒状内部ケースの外径）／２である。
【００１３】
〈式１の意味〉
式（１）のうち、Ｇ−１．０≧Ｈの式を満たすこと、すなわち、シール材が圧縮された際に、シール材下の外部筒状ケースと内部筒状ケースの間隙が１．０ｍｍ以上あることによって、蒸気および蒸気ドレンの流路が確保される。
また、式（１）のうち、Ｈ≧０．３５Ｗの式を満たすこと、すなわち、径方向における突出部の長さＨが、非圧縮時のシール材の径方向の長さＷの０．３５倍以上にすることにより、径方向における突出部の長さＨが０．３５Ｗよりも大きくなり、シール材の位置ずれを防ぐことができる。
【００１４】
（４）  上記発明（１）〜（３）のいずれかにおいて、
前記シール材保持部は、前記内部ケースの外面および前記外部ケースの内面のいずれかの前記第二端側に周方向に設けられた突出部であり、
前記突出部には、式（２）および（３）を満たす長さＬを有する切り欠きが周方向に設けられたこと。
７．０  ≧  Ｌ／Ｗ    ・・・・・式（２）
Ｌ  ≧  １．０        ・・・・・式（３）
ただし、Ｌ（ｍｍ）：周方向に設けられた切り欠きの周方向の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材の非圧縮時の径方向の長さ。
【００１５】
〈式２の意味〉
また、式（２）の７．０≧Ｌ／Ｗが満たされない場合は、Ｌ＞７．０Ｗとなり、切り欠きの周方向の長さＬは７．０Ｗより大きくなるので、中空糸膜モジュールをクロスフロー運転、さらには空気などによるスクラビング運転や逆洗運転をする際に中空糸膜モジュール内の流れにより、シール材の位置が切欠き部分を起点としてずれる可能性が高い。
【００１６】
〈式３の意味〉
また、式（３）のＬ≧１．０が満たされない場合は、Ｌ＜１．０（ｍｍ）となり、蒸気および蒸気ドレンの流路が十分に確保されず、滅菌不良を起こす可能性が高い。
【００１７】
〈各数値Ｈ、Ｗ、Ｌ、Ｇの求め方〉
ここで、Ｈ、Ｗ、Ｌの長さは例えばノギスで計測して求めることができ、３回以上、繰り返し測定した平均の値より求めることが好ましい。Ｇの長さは、シール材が接触する部分の外部筒状ケースの内径と内部筒状ケースの外径の差の半分の値として、次のように求めることができる。
Ｇ＝（円筒状外部ケースの内径−円筒状内部ケースの外径）／２  
【発明の効果】
【００１８】
本発明の中空糸膜モジュールは、内部筒状ケースと外部筒状ケースをシールするシール材の上下にシール材保持部を設け、確実にシール材の位置を保持すると共に、シール材を保持する下方の第２シール材保持部と、内部筒状ケースあるいは外部筒状ケースとの間に大きな間隙を有するようにしたので、蒸気滅菌時に蒸気および蒸気ドレンの流路が確保され、滅菌不良を低減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１〜６にかかる中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。
【図２】図２は、図１の中空糸膜モジュールのＡ部について本発明の実施の形態１にかかるＡ部拡大図である。
【図３】図３は、図１の中空糸膜モジュールのＡ部について本発明の実施の形態２にかかるＡ部拡大図である。
【図４】図４は、図１の中空糸膜モジュールのＡ部について本発明の実施の形態３にかかるＡ部拡大図である。
【図５】図５は、図１の中空糸膜モジュールのＡ部について本発明の実施の形態４にかかるＡ部拡大図である。
【図６】図６は、図１の中空糸膜モジュールの本発明の実施の形態５にかかるＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図７】図７は、図１の中空糸膜モジュールの本発明の実施の形態６にかかるＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態７にかかる中空糸膜モジュールの変形例で、図１の直線状の中空糸膜束に代えてＵ字状に曲折した中空糸膜束を使用した中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。
【図９】図９は先行発明の中空糸膜モジュールを示す図で、図９（Ａ）は組み付け前、図９（Ｂ）は組み付け状態、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）のＣ部位の拡大横断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）はＯリングを保持するシール材保持部を備えていない中空糸膜モジュール、図１０（Ｂ）はＯリングを保持するシール材保持部を設けた中空糸膜モジュールである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態１〜７にかかる中空糸膜モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は本実施の形態１〜７により限定されるものではない。
中空糸膜を収容する内部筒状ケースの外周にＯリングを使用した本発明の実施の形態１〜６を説明する前に、その前提となる本願発明の先行発明にあたる中空糸膜モジュールについて、図９を基に説明する。
【００２１】
〈内部筒状ケースにＯリングを使用した先行発明の中空糸膜モジュール〉
図９は先行発明の中空糸膜モジュール１００’を示す図で、図９（Ａ）は組み付け前、図９（Ｂ）は組み付け状態、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）のＣ部位の拡大横断面図である。
図９（Ａ）に示す中空糸膜モジュール１００’は、中空糸膜束１０と、中空糸膜束１０を収容する外部筒状ケース２００と、外部筒状ケース２００の上方と下方をそれぞれ塞ぐ上部キャップ２００ｕおよび下部キャップ２００ｄと、外部筒状ケース２００内に収容され、かつ中空糸膜束１０の上端を収容する内部筒状ケース３００と、中空糸膜束１０の両端を固定する接着剤（上端は接着剤４１、下端は接着剤４２）と、外部筒状ケース２００と内部筒状ケース３００との間を封止するＯリング５０と、を備えて成る。
図９（Ａ）に示す各部材を組み付けた図９（Ｂ）に示す中空糸膜モジュール１００’は、両端が開口した外部筒状ケース２００内に多数本（図９では判り易くするため６本で描いているが、実際はもっと多い）の中空糸膜１１、１１、１１、・・・からなる中空糸膜束１０の上端部分で、各中空糸膜１１の上方の端面が開口された状態で互いに接着剤４１で封止され、内部筒状ケース３００に液密かつ気密に収容されている。中空糸膜１１の下方の端面は中空部も接着剤４２で封止されており、中空糸膜１１は下方端部付近で接着剤により結束されている。
内部筒状ケース３００は外部筒状ケース２００内にＯリング５０を用いて液密かつ気密に設置され、外部筒状ケース２００は濾過液出口２００ｔ（図９（Ｂ））を有する上部キャップ２００ｕと、原水入口２００ｉｎ（図９（Ｂ））を有する下部キャップ２００ｄと液密かつ気密に接続している。外部筒状ケース２００の上部近傍の側面に濃縮された原水が排出される原水出口２００ｏｕｔが設けられている。
【００２２】
〈中空糸膜モジュール１００’の作用〉
図９（Ｂ）において、外部筒状ケース２００の側面にある原水出口２００ｏｕｔ側に吸引ポンプを付けて外部筒状ケース２００の内部の原水を吸引すると、外部筒状ケース２００の外部から下部キャップ２００ｄの原水入口２００ｉｎを通って原水Ｗが外部筒状ケース２００の中に入り込み、外部筒状ケース２００と接着剤４２との隙間を通って原水Ｗ１が接着剤４２の反対側に移り、中空糸膜束１０の各中空糸膜１１、１１、１１、・・・の間を流れながら上昇していく（原水Ｗ２）。また、接着剤４２自体に上下方向の貫通孔が設けられていても良く、その場合には接着剤４２の貫通孔を通って原水Ｗ１が接着剤４２の反対側に移ることもできる。このようにして接着剤４２の反対側に移った原水Ｗ１は中空糸膜束１０の各中空糸膜１１、１１、１１、・・・の間を流れながら上昇していく（原水Ｗ２）。
その間に、Ｃ部位では図９（Ｃ）に示すように、中空糸膜１１の外側を流れる原水Ｗは中空糸膜１１の内外圧力差によって中空糸膜１１の内側に浸透し、このとき原水Ｗは濾過されて、透過水Ｗｔとなる。各中空糸膜１１の内側に浸透した透過水Ｗｔはそれぞれ上方に押し出されて上昇し、上部キャップ２００ｕの濾過液出口２００ｔから出て行く。中空糸膜１１を透過しなかった原水Ｗ３は濃い濃度の原水となって原水流出口２００ｏｕｔから出て行く。また、原水の一部Ｗ４は内部筒状ケース３００およびＯリング５０に進行を阻止されてＵターンし、最終的に原水出口２００ｏｕｔから出て行く。
【００２３】
〈先行発明において滅菌不良が生じる原因〉
先行発明において滅菌不良が生じる原因について、図１０を用いて説明する。
図１０は外部筒状ケース２００の内側と内部筒状ケース３００の外側との空隙をＯリング５０で塞いだ図で、Ｏリング５０は両ケースの間で圧縮されて５０ａとして描かれている。
図１０（Ａ）はＯリングを保持するシール材保持部を備えていない中空糸膜モジュール１００’、図１０（Ｂ）はＯリングを保持するシール材保持部を設けた中空糸膜モジュール１００”である。  
【００２４】
〈図１０（Ａ）の中空糸膜モジュールの欠点〉
Ｏリングを保持するシール材保持部を備えていない図１０（Ａ）の中空糸膜モジュール１００’においては、クロスフロー中にＯリング５０ａが流れに引っ張られて、移動することが起きた。これでは、気密・液密を保つことは難しい。
【００２５】
〈図１０（Ｂ）の中空糸膜モジュールの長所〉
そこで、図１０（Ｂ）のように、Ｏリング５０ａを保持するＪＩＳ規格に沿った径方向長さのシール材保持部をＯリング５０ａを挟んで、それぞれ上下に上部シール材保持部（第１シール材保持部）３０１と、下部シール材保持部（第２シール材保持部）３０２とを設けている。
これにより、クロスフロー中にＯリング５０ａが流れに引っ張られても、Ｏリング５０ａは上部シール材保持部３０１と、下部シール材保持部３０２とによって移動できないため、気密・液密を保つことができる。
【００２６】
〈図１０（Ｂ）の中空糸膜モジュールの欠点〉
ところで、中空糸膜モジュール１００”の蒸気滅菌の際はスチームドレンを下方に排出するため、モジュール上方の原水出口２００ｏｕｔ（図９）から蒸気を供給し、発生したスチームドレンはモジュール下方の原水入口２００ｉｎ（図９）から排出される。モジュール１００’内に蒸気が十分に供給されない、或いはスチームドレンが滞留する部位があると、その部位が十分に昇温せず、滅菌不良となることがある。ところが、図１０（Ｂ）の中空糸膜モジュール１００”においては、Ｏリング５０ａとＯリング５０ａの位置を保持する第２シール材保持部３０２との接触界面は、図１０（Ａ）の中空糸膜モジュール１００’と比べて蒸気が供給されにくく、スチームドレンが滞留しやすいことが判明した。その原因を調べたところ、第２シール材保持部３０２と外部筒状ケース２００との間隙が狭いため、蒸気およびスチームドレンの流路が確保されにくいことにあった。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明は先行発明の構成を踏襲しつつ、蒸気およびスチームドレンの流路を確保できるようにしたものである。
以下に実施の形態１にかかる中空糸膜モジュール１００の構成について、図面を参照しながら説明する。
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１００を示す概略縦断面図である。
【００２８】
〈中空糸膜束１０の上下端部〉
図１に示す中空糸膜モジュール１００は、多数本の中空糸膜１１からなる中空糸膜束１０の上端部分が、両端が開口した内部筒状ケース３０内に中空糸膜１１の上方の端面が開口された状態で接着剤（上部ポッティング）４１で液密かつ気密にして収容されている。中空糸膜１１の下方の端面は中空部も接着剤で封止されており、中空糸膜１１は下方端部付近で接着剤（下部ポッティング）４２により結束されている。
【００２９】
〈中空糸膜１１の孔径〉
本発明の中空糸膜モジュール１００で使用する中空糸膜１１の平均孔径は分離対象によって適宜選択すれば良いが、細菌類や真菌類などの微生物や、動物細胞の分離などを目的とする場合、１０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。平均孔径が１０ｎｍ未満だと透水性が低くなり、２００ｎｍを超えると微生物等が漏洩する可能性がある。本発明での平均孔径とは最も孔径の小さい緻密層の孔径とする。
【００３０】
〈中空糸膜１１の原料〉
本発明で使用する中空糸膜の材質は蒸気滅菌可能なものであれば特に限定されないが、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体などのフッ素系樹脂、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのポリスルホン系樹脂などの樹脂を含有することができる。特にフッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂からなる分離膜は耐熱性、物理的強度、化学的耐久性が高いことから、本発明の中空糸膜モジュール１００に好適に用いることができる。
また、本発明で使用する中空糸膜は、フッ素系樹脂やポリスルホン系樹脂に加えて、親水性樹脂をさらに含有してもよい。親水性樹脂によって、分離膜の親水性を高め、膜の透水性を向上させることができる。親水性樹脂は、分離膜に親水性を付与することができる樹脂であればよく、具体的な化合物に限定されるものではないが、例えば、セルロースエステル、脂肪酸ビニルエステル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ポリメタクリル酸エステル系樹脂、及びポリアクリル酸エステル系樹脂などが好適に用いられる。
【００３１】
〈ポッティング〉
本発明で中空糸膜束１０を結束し、中空糸膜束１０の下部では中空部を封止している接着剤は繰り返しの蒸気滅菌を行っても劣化しにくいものがよく、例えば、エポキシ樹脂やウレンタン樹脂の中で耐熱性を持つものなどが好適に用いられる。
【００３２】
〈外部筒状ケース２０と内部筒状ケース３０〉
内部筒状ケース３０は外部筒状ケース２０内にＯリング５０を用いて液密かつ気密に設置され、外部筒状ケース２０は透過水出口２０ｔを有する上部キャップ２０ｕと、原水入口２０ｉｎを有する下部キャップ２０ｄと液密かつ気密に接続している。
本発明で使用する内部および外部筒状ケース２０は繰り返し蒸気滅菌を行っても劣化しにくいものであればよく、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ステンレス、アルミなどが挙げられる。
【００３３】
〈Ｏリングなどのシール材５０の材料〉
本発明で使用するＯリングなどのシール材は繰り返しの蒸気滅菌で劣化しない材料を用いることができ、二トリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フロロシリコーンゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴムなどが好適に用いられる。
また、シール材にはシール材の内部と外部で異なる材料を使用する二重構造のものや、内部に空間を有する中空構造のシール材を使用してもよい。
また、シール材は所定の割合で圧縮して使用する。そのため、シール材自体はある程度の硬度を有することが必要である。硬度が過度に大きいと内部筒状ケース３０および外部筒状ケース２０への負担が過大となり破損する懸念があり、硬度が過度に小さいとシールに必要な強度が不足するなどの課題があり、硬度は、好ましくは５０〜１００（デュロメータＡタイプ）である。
また、シールする際にシール材の圧縮率は、過度に大きいと、シール材の疲労による永久変形が起こりやすい、シール材が上下のシール材保持部の間から一部はみだす等の課題があり、過度に小さいとシールに必要なシール材の反発力が得られず、漏れが発生する等の課題が挙げられる。圧縮率は、好ましくは５％〜４０％であり、より好ましくは８％〜３０％である。
【００３４】
〈バックアップリングの使用〉
また、シール材とシール材保持部との間にバックアップリングを使用する際には、蒸気および蒸気ドレンの流路を確保する観点から、シール材とシール材上方の第１シール材保持部の間のみに使用する。
【００３５】
〈シール材５０の形状〉
また、シール材の形状は内部筒状ケース３０の外周を周ることが必要であり、Ｏリング以外にも角リング、Ｄリング、Ｘリングなどが挙げられるが、角リングは好ましくは平面固定用に用いられ、円筒面の固定用には好適には用いられない。Ｄリングは往復運動用に好ましく用いられるため、モジュール１０の固定には好適には用いられず、Ｘリングはシール材のねじれが防げる利点を有するが、蒸気滅菌用モジュール１０の固定ではＸリングとシール材保持部との隙間に蒸気や蒸気ドレンの溜まりが発生することが懸念され、好適には用いられない。本発明の提供する蒸気滅菌用モジュール１０の固定に用いるシール材としては、Ｏリングなどが好ましい。
また、シール材はバリや欠け、異物などが無く、表面が円滑であることが好ましい。
【００３６】
〈原水Ｗの流れ〉
原水Ｗは下部キャップ２２の原水入口２０ｉｎより中空糸膜モジュール１００内に流入し（Ｗ１）、中空糸膜１１を透過しなかった原水（Ｗ２）は、原水出口２０ｏｕｔより中空糸膜モジュール１００の外部に排出される。一方、中空糸膜１１を透過した透過液Ｗ５は、上部キャップ２０ｕの透過液出口２０ｔより中空糸膜モジュール１００の外部に排出される。
このように膜面に対して原水を平行に流しながら濾過する方式をクロスフロー濾過と呼び、原水中の懸濁物質等が膜面に堆積するのを抑制する効果がある。また、原水出口２０ｏｕｔを閉止すれば、原水Ｗを全て濾過する全量濾過を行うこともできる。
中空糸膜モジュール１００の蒸気滅菌の際はスチームドレンを下方に排出するため、モジュール上方の原水出口２０ｏｕｔから蒸気を供給し、発生したスチームドレンはモジュール下方の原水入口１０から排出される。
なお、検証の結果、モジュール内にスチームドレンが滞留する部位があると、その部位が十分に昇温せず、滅菌不良となることが判明した。
【００３７】
（実施の形態１において滅菌不良が生じない理由）
図２は図１の中空糸膜モジュールのＡ部について本発明の実施の形態１にかかるＡ部拡大図である。図２では使用前の非圧縮のＯリングを５０、圧縮したＯリングを５０ａで示している。また、Ｏリング５０の径方向の長さをＷで示している。
シール材の圧縮率を一定にした場合はＷが大きい方が圧縮永久歪が小さくなるため、安定した密閉性を得るためには径方向長さＷが大きいシール材が好ましい。
Ｏリング５０は外部筒状ケース２０と内部筒状ケース３０の間で圧縮されて、圧縮Ｏリング５０ａとなって、かつ、内部筒状ケース３０が有する上方の第１シール材保持部３１と、下方の第２シール材保持部３２によってその位置が保持されている。実施の形態１では第２シール材保持部３２と外部筒状ケース２０との間隔を、ＪＩＳ規格に沿った径方向長さの上方の第１シール材保持部３１と外部筒状ケース２０との間隙よりも大きくしているのが特徴である。これにより、蒸気およびスチームドレンの流路が確保される。
また、Ｏリング５０の下方の第２シール材保持部３２の径方向の長さをＨｍｍで、圧縮時のＯリング５０ａの径方向の最大の長さをＧｍｍとすると、径方向の長さＨは次の式（１）を満たす。
Ｇ−１．０  ≧  Ｈ  ≧  ０．３５Ｗ  ・・・・・式（１）
なお、Ｇの長さは、シール材が接触する部分の外部筒状ケースの内径と内部筒状ケースの外径の差の半分の値として、次のように求めることができる。
Ｇ＝（円筒状外部ケースの内径−円筒状内部ケースの外径）／２
式（１）のＧ−１．０≧Ｈの式を満たすこと、すなわち、シール材が圧縮された際に、シール材下の外部筒状ケースと内部筒状ケースの間隙が１．０ｍｍ以上あることによって、蒸気および蒸気ドレンの流路が確保される。
また、式（１）のＨ≧０．３５Ｗの式を満たすこと、すなわち、径方向における突出部の長さＨが、非圧縮時のシール材の径方向の長さＷの０．３５倍以上にすることにより、径方向における突出部の長さＨが０．３５Ｗよりも大きくなり、シール材の位置ずれを防ぐことができる。
なお、上方の第１シール材保持部３１と下方の第２シール材保持部３２の距離ＫはＯリング５０の径に対してＪＩＳ規格により定められている寸法であることが好ましい。
または、外部筒状ケース２０、内部筒状ケース３０、第１シール材保持部３１および第２シール材保持部３２に囲まれた空間の体積中のＯリングの占める体積の充填率をＪとすると、充填率Ｊは式（４）となる。
Ｊ＝［（π／４×Ｗ２）／（Ｋ×Ｇ）×１００］・・・・式（４）
ただし、Ｗ＝非圧縮時のＯリングの直径
Ｋ＝第１シール材保持部３１と下方の第２シール材保持部３２の距離
Ｇ＝（円筒状外部ケースの内径−円筒状内部ケースの外径）／２
そこで、充填率Ｊが７５％を中央値、最大でも９０％以下となるように上方の第１シール材保持部３１と下方の第２シール材保持部３２の距離を設計することが好ましい。
また、Ｏリング５０の第１シール材保持部３１の径方向の長さは、上記に定めた範囲で設計されたＧよりもわずかに短いことが好ましい。第１シール材保持部３１の径方向の長さとＧとの差が大きい場合、Ｏリング５０の一部或いは全体が第１シール材保持部３１の上方にはみ出す現象が懸念されるため、好ましくない。
第２シール材保持部３２は、シール材を保持し、シール材を圧縮する応力に耐久性があることが必要であるが、一方で、蒸気滅菌の際に、蒸気が行き渡る様に厚みは短い方が好ましい。第２シール材保持部３２の材質の強度とシール材を圧縮する応力などから厚みを決定することができるが、蒸気滅菌性が確保できているか、事前に蒸気滅菌の試験を行い、中空糸膜モジュール１００の各部位について熱電対などで温度を測定して、所定の温度に昇温できているか確認することが好ましい。
また、図では示されていないが、シール材を設置する際などにシール材を傷つけないように、上方の第１シール材保持部３１や下方の第２シール材保持部３２の端部およびシール材保持部と内部筒状ケース３０の接続部は、ＪＩＳ規格で定められた範囲で丸みを持たせることが好ましい。
また、シール材が接する面の表面粗さはＪＩＳ規格により定められている範囲であることが好ましい。
また、シール材を圧縮する際には、シール材を保持するシール材下方の第２シール材保持部３２を、径方向に対して角度を設けて設置することもできる。その場合、シール材は内部筒状ケース、外部筒状ケース、シール材を保持するシール材上方の第１シール材保持部３１の三点でシール材を圧縮して使用する。
【００３８】
以上のように、シール材が圧縮された際に、シール材の下の外部筒状ケースと内部筒状ケースの突出部との間隙が１．０ｍｍ以上あることによって、蒸気および蒸気ドレンの流路が確保される。
また、圧縮されたシール材の径方向の最大の長さが０．３５×Ｗとなった場合、径方向における突出部の長さＨがそれよりも大きいことによってシール材の位置ずれを防ぐことができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は、図１の中空糸膜モジュール１００のＡ部の実施の形態２に係る拡大図である。
Ｏリング５０ａは内部筒状ケース３０が有するＯリング５０ａ上方の第１シール材保持部３１と、外部筒状ケース２０が有する下方の第２シール材保持部２２によってその位置が保持されている。実施の形態２では、第２シール材保持部２２と内部筒状ケース３０の間に、第１シール材保持部３１と外部筒状ケース２０との間よりも大きな間隙が存在するので、実施の形態１と同じ理由で、蒸気およびスチームドレンの流路が確保される。
【００４０】
（実施の形態３）
図４は、図１の中空糸膜モジュール１００のＡ部の実施の形態３に係る拡大図である。
Ｏリング５０ａは外部筒状ケース２０が有するＯリング５０ａ上方の第１シール材保持部２１と、内部筒状ケース３０が有する下方の第２シール材保持部３２によってその位置が保持されている。実施の形態３では、第２シール材保持部３２と外部筒状ケース２０の間に、第１シール材保持部２１と外部筒状ケース２０との間よりも大きな間隙が存在するので、実施の形態１と同じ理由で、蒸気およびスチームドレンの流路が確保される。
【００４１】
（実施の形態４）
図５は、図１の中空糸膜モジュール１００のＡ部の実施の形態４に係る拡大図である。
Ｏリング５０ａは外部筒状ケース２０が有するＯリング５０ａ上方の第１シール材保持部２１と、外部筒状ケース２０が有する下方の第２シール材保持部２２によってその位置が保持されている。実施の形態４では、第２シール材保持部２２と内部筒状ケース３０の間に、第１シール材保持部２１と内部筒状ケース３０との間よりも大きな間隙が存在するので、実施の形態１と同じ理由で、蒸気およびスチームドレンの流路が確保される。
【００４２】
（実施の形態５）
図６は、図１の中空糸膜モジュール１００の実施の形態５に係るＢ−Ｂ矢視断面図である。
実施の形態５では、Ｏリング５０ａは内部筒状ケース３０または外部筒状ケース２０の少なくともどちらかが有する上方の第１シール材保持部３１または２１と、内部筒状ケース３０が有する下方の第２シール材保持部３２によってその位置が保持されている。第２シール材保持部３２と外部筒状ケース２０の間に間隙つまり切り欠きが存在し、蒸気およびスチームドレンの流路が確保されている。
なお、該切欠きのその周方向の長さをＬとして図６中に示す。
長さＬは、式（２）および式（３）を満たすようにしている。
７．０  ≧  Ｌ／Ｗ                ・・・・・式（２）
Ｌ  ≧  １．０                    ・・・・・式（３）
ただし、Ｌ（ｍｍ）：周方向に設けられた切り欠きの周方向の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材（Ｏリング）５０の非圧縮時の径方向の長さ。
式（２）の７．０≧Ｌ／Ｗが満たされない場合は、Ｌ＞７．０Ｗとなり、切り欠きの周方向の長さＬは７．０Ｗより大きくなるので、中空糸膜モジュールをクロスフロー運転、さらには空気などによるスクラビング運転や逆洗運転をする際に中空糸膜モジュール内の流れにより、シール材の位置が切欠き部分を起点としてずれる可能性が高い。
また、式（３）のＬ≧１．０が満たされない場合は、Ｌ＜１．０（ｍｍ）となり、蒸気および蒸気ドレンの流路が十分に確保されず、滅菌不良を起こす可能性が高い。
また、切欠きの配置は特に限定はしないが、シール材保持部の周上に均等に配置されていることが好ましい。さらに、切欠きはある程度の数が設けられていることが好ましい。特に、モジュール一周あたりに３個以上、または４個以上の切欠きが設けられていることが好ましい。切欠きが均等に配置されていることで、または切欠きの数がある程度大きいことで、蒸気の流入あるいは蒸気ドレンの排出が容易となり、滅菌不良の発生が抑制される。
また、シール材保持部が備える突出部の周方向の最大の長さＤｍｍ（図６、図７参照）がＤ≦１００を満たすように切り欠きの周方向の長さＬとその個数が設けられることが好ましく、
さらに、Ｄ≦５０を満たすように長さＬとその個数が設けられることが、より好ましく、
そして、Ｄ≦２０を満たすように長さＬとその個数が設けられることが、さらに好ましい。
【００４３】
（実施の形態６）
図７は、図１の中空糸膜モジュール１００の実施の形態６に係るＢ−Ｂ部断面である。
実施の形態６では、Ｏリング５０ａは内部筒状ケース３０または外部筒状ケース２０の少なくともどちらかが有する上方の第１シール材保持部３１または２１と、外部筒状ケース２０が有する下方の第２シール材保持部２２によってその位置が保持されている。第２シール材保持部２２と内部筒状ケース３０の間に間隙つまり切り欠きが存在し、蒸気およびスチームドレンの流路が確保されている。
なお、該切欠きのその周方向の長さをＬとして図７中に示す。
長さＬは、式（２）および式（３）を満たすようにしている。
７．０  ≧  Ｌ／Ｗ                ・・・・・式（２）
Ｌ  ≧  １．０                    ・・・・・式（３）
ただし、Ｌ（ｍｍ）：周方向に設けられた切り欠きの周方向の長さ、
Ｗ（ｍｍ）：シール材（Ｏリング）５０の非圧縮時の径方向の長さ。
式（２）および式（３）を満たすことにより、蒸気およびスチームドレンの流路が確保され、かつ運転時にＯリングの位置が確実に保持されている。その理由は、実施の形態５（図６）について説明したので、重複説明を割愛する。
【００４４】
（実施の形態７：Ｕ字状中空糸膜モジュール〉
実施の形態７は、本発明の変形例で、図１の直線状の中空糸膜束１０に代えて、Ｕ字状に曲折した中空糸膜束１０’を使用した点が特徴である。
本発明の変形例である図８では、多数本の中空糸膜１１からなる中空糸膜束１０’を真ん中からＵ字状に折って、中空糸膜束１０’の上端部分と下端部分を同一平面上に揃え、上端部分と下端部分の両端かあるいはどちらか一方を開口した状態で接着剤（上部ポッティング）４１で液密かつ気密にして、内部筒状ケース３０の中に接着剤で封止されて収容されている。
したがって、図１のような、中空糸膜１１の下端部分を接着剤で封止必要がない。その他の構成は、実施の形態１〜６と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の中空糸膜モジュールは蒸気滅菌が必要な発酵工業分野、医薬品製造分野、食品工業分野、水処理分野などで使用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  中空糸膜モジュール
１１  中空糸膜
１０  中空糸膜束（直線状）
１０’中空糸膜束（Ｕ字状）
２０  外部筒状ケース
２０ｉｎ    原水入口
２０ｏｕｔ  原水出口
２０ｔ  透過水出口
２０ｕ  上部キャップ
２０ｄ  下部キャップ
２１  外部筒状ケースの第１シール材保持部（上部シール材保持部）
２２  外部筒状ケースの第２シール材保持部（下部シール材保持部）
３０  内部筒状ケース
３１  内部筒状ケースの第１シール材保持部（上部シール材保持部）
３２  内部筒状ケースの第２シール材保持部（下部シール材保持部）
４１  上部ポッティング（上部接着剤）
４２  下部ポッティング（下部接着剤）
５０  Ｏリング（非圧縮状態）
５０ａ  Ｏリング（圧縮状態）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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