(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのハウジング（3）、ならびに互いに並行に、該ハウジング（3）内および／または該ハウジング（3）の周囲の充填空間（18）内に配置された、同一または異なる直径を有する多数の管状中空糸膜（33）を含み、ハウジング（3）の側面が開口部（25）を備え、開口部（25）の全表面積とハウジング側面の全表面積との比が0.2〜0.9であること、および、中空糸膜（33）が束（17）の形態でモジュール内に配置され、少なくとも2つの中空糸膜束（17）が、ハウジング（3）の側面に装着された少なくとも1つの区分要素（5）によって互いに隔てられていること、および、充填空間（18）内に配置された中空糸膜（33）全体の体積と充填空間（18）の体積との比が20％未満であることを特徴とする、濾過法、透析濾過法、または透析法のための中空糸膜モジュール。
【請求項２】
ハウジング（3）がシリンダー形状を有する、請求項1記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
開口部（25）の平面上への投射が、正方形、長方形、円形またはその他の対称性もしくは非対称性の形状である、請求項1または2記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
開口部（25）の寸法が3〜20mmである、請求項3記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
中空糸膜（33）が、セラミックおよび／もしくは高分子材料からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
中空糸膜（33）が、5μm〜300μmの厚みを有する支持構造を含む、請求項5記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
中空糸膜（33）の内径が最大2mmである、請求項5または6記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
中空糸膜（33）の内径が0.15〜0.8mmである、請求項7に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
中空糸が幅広い繊維間隔で、マットの形態にある束として巻き上げられ、該繊維が、従来のスペーサー材料の包埋によって注封領域内の充填密度に適合した間隔で配置される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１０】
中空糸が1センチメートル当たり10本未満の繊維という幅広い繊維間隔で、マットの形態にある束として巻き上げられる請求項9に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１１】
少なくとも1つの区分要素（5）が、フレーム部（7）によって囲まれた自由通過面（9）を備えたフレーム部（7）を含む、請求項1〜10記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１２】
フレーム部（7）の自由通過面（9）が安定化要素（11）によって細分される、請求項11記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１３】
安定化要素（11）の全表面積が、フレーム部（7）によって囲まれる自由通過面（9）を基準として2％〜20％である、請求項11または12記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１４】
少なくとも1つの区分要素（5）がハウジング（3）の内面に装着され、該ハウジングの内部（18）が複数の区画（21）に細分される、請求項11〜13のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１５】
少なくとも1つの区分要素（5）がハウジング（3）の外面に装着され、側面の外面上に位置する空間（18）が複数の区画（21）に細分される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１６】
側面の外面に装着された少なくとも1つの区分要素（5）を有するハウジング（3）が第2のかご様ハウジングに収容される、請求項15記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１７】
区分要素の長さがハウジングの長さに対応する、請求項1〜16のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１８】
区分要素がハウジングよりも短く、該ハウジングの全長にわたって適切な軸方向インタースペース（axial interspace）を保って分布し、これらの軸方向インタースペースの内部にハウジング内部の全方位角にわたって区分要素が配置されない、請求項1〜16のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１９】
区分要素が、ハウジングの末端に設けられる注封物と同じ長さであり、これらの注封物が区分されるようにハウジング末端に配置される、請求項1〜16のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２０】
中空糸膜（33）が、少なくとも1つの区分要素（5）によって形成される区画（21）内に配置される、請求項9〜15のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２１】
区画（21）内に配置される中空糸膜（33）が少なくとも1つの区分要素（5）上に固定される、請求項20記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２２】
すべての中空糸膜（33）の充填密度が20％未満である、請求項21記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２３】
中空糸膜（33）の繊維内部に液体を供給するためのハウジング連結部、および繊維内部から液体を取り出すためのハウジング連結部を有する、請求項1〜22のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２４】
すべての構成要素を121℃の水蒸気によって滅菌することができる、請求項1〜23のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項２５】
造形片を巻き上げてハウジングの形状を作成し、中空糸膜を20％未満の充填密度でハウジングの内部および／または周囲に配置する、請求項1〜24のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを製造するための方法。
【請求項２６】
造形片に開口部が備えられている、請求項25に記載の中空糸膜モジュールを製造するための方法。
【請求項２７】
造形片を巻き上げてシリンダー形状を作成する、請求項25または26に記載の中空糸膜モジュールを製造するための方法。
【請求項２８】
造形片の巻き上げの前もしくは後に、区分要素が造形片上に間隔をおいて装着される、または区分要素が巻き上げ可能な造形片の固定された構成要素である、請求項25〜27のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
造形片を巻き上げた後に、区分要素がその内面に位置するように平坦材料を巻き上げる、請求項25〜28のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
シリンダーに巻き上げた後に、区分要素がその外面に位置するように造形片を巻き上げる、請求項25〜28のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
造形片を巻き上げる前に、少なくとも1つの中空糸膜束を配列する、請求項25〜30のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
1つの中空糸膜束を配列し、造形片上に固定する、請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
2つの隣接した区分要素の間の区画内に、1つの中空糸膜束を配列し、造形片上に固定する、請求項31または32に記載の方法。
【請求項３４】
シリンダーに巻き上げた後に、少なくとも1つの中空糸膜束を配列する、請求項25〜33のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
1つの中空糸膜束を配列し、ハウジング内に固定する、請求項34に記載の方法。
【請求項３６】
2つの隣接した区分要素の間の区画内に、1つの中空糸膜束を配列し、ハウジング内に固定する、請求項34または35に記載の方法。
【請求項３７】
中空糸膜の末端を注封し、ハウジングをその両端で封止する、請求項31〜36のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
ハウジングを第2のハウジングの中に挿入する、請求項25〜37のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
第2のハウジングがかご様のハウジングである、請求項38に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濾過法および／または透析法において、特に汚染した液体または付着物（deposit）につながる液体の使用に基づいて付着効果（fouling effect）に起因する障害が予想される場合に、「浸漬モジュール（immersion module）」と称するものとして用いるための中空糸膜モジュール（hollow fiber membrane module）、さらにはこのような中空糸膜モジュールを製造するための方法に関する。
【０００２】
本発明による中空糸膜モジュールは、中空糸の間の空間、すなわち中空糸の外部空間における流れの状態に影響を及ぼすが、中空糸の内腔における流れには影響を及ぼさない。
【０００３】
【従来の技術】
産業界、例えば、下水処理またはバイオテクノロジーではここ数年、材料を分離するために合成膜を用いている。この場合には、特に、水性系の処理により、さらには気体または有機液体の混合物の分離により、役割が果たされる。主として有機材料により製造された膜、例えばポリスルホンに加えて、400℃もの温度に耐えられる、例えば酸化アルミニウム、炭素繊維、および酸化ジルコニウムなどの無機材料からなる膜もある。
【０００４】
圧力またはアンダープレッシャー（underpressure）を用いることにより、膜濾過法を連続的および不連続的に限外濾過法として適用すること、または濃度差と組み合わせて透析濾過法として適用することができる。濾過容積が1000ml未満の場合には、フィルター・セルに膜平面フィルターを装備することがしばしばであるが、それよりも大容積の場合には毛細管系または中空糸系が用いられる。毛細管またはチューブ膜という用語は管状膜の直径が1mmを上回る場合に用いられ、中空糸膜という用語は直径が1mm未満である場合に用いられ、透析膜の直径は一般に0.2〜0.5mmである。
【０００５】
濾過法または透析法のための膜は、薄膜様の「高密度性（dense）」または多孔性の分離層を構成する。多孔性の分離層は孔径に応じて、特定の分子または粒径のみに対する透過性を有し、一方、「高密度性」の分離層は、分離層の物質中で分離させようとする材料の可溶性および拡散率に応じて物質の透過を早めたり遅くしたりし、それによって分離に至らしめる。膜はしばしば、中空空間の60％〜80％を占める発泡体様の支持構造を有し、これが実際の分離層を支持する。支持構造の内腔径が実際の分離層を支持する側に向かって小さくなる場合には、非対称的に構成された膜は多孔性の支持構造からなる。
【０００６】
比較的大容量の溶液を処理するためには、膜表面が大きいためにより多くの溶液を通過させうる中空糸または毛細管膜から構成される管状膜の束を、浸漬モジュールと称するものとして、処理しようとする溶液中に直接導入する。液体の流れのために生じる力などによって引き起こされる可能性のある機械的損傷から膜束を保護するために、膜束はしばしば、中空糸膜に外部に対しての十分な保護および安定性を与えるハウジング内に収容される。この場合には、ハウジングは、ハウジング内部すなわち中空糸膜と、中空糸膜モジュールを浸漬した媒体との間の溶液の交換を可能とするための開口部を有する。
【０００７】
膜モジュール用に通常用いられ、浸漬モジュールとは称することのできない設計では、保護ハウジングの壁に開口部はなく、すなわちそれらは非透過性であり、この代わりにハウジングには2つの連結部、詳細には、処理しようとする媒体を中空糸の外表面から供給した後に再び排出させるための供給経路および取出経路がある。
【０００８】
このような一般的に用いられるモジュールの場合、その目的は充填密度をできるだけ高めることであり、このことはできるだけ多くの中空糸膜を並列にハウジング内部に収容し、このためにハウジングの充填密度が高くなることを意味する。「充填密度」という用語は、壁体積を含む中空糸膜全体の体積と中空糸を配置するハウジングの体積との比を表した比率のことを指す。このため、高い充填密度とは、ハウジング内部で管状膜繊維の間に形成される中空部または自由空間の体積が少ないことを意味する。充填密度の通常の上限が100％未満であることは、ハウジングの規定容積の内部に並行に配置しうるのは所定の容積を使い果たさない数の膜状膜のみであるという事実による。この制限は、最も理想的な配置がなされた場合にも、管状膜が接した際には管状でない形態のインタースペース（interspace）が形成され、このために空隙が残ることによって生じる。しかし、充填密度はさらに別の2つの重要な要因によっても制限される。その一方は、中空糸の末端を注封する際には、中空糸の間に封止材料を導入する必要があることであり、もう一方は、モジュールの作動形態に応じて、濾過しようとする液体が膜と接触させること、または代わりに濾液を先導することが可能となるように、用いる溶液も中空糸の外表面の周囲を流れる必要があるためである。中空糸束の両端は注封材料と称するものの中に包埋され、このようにして各末端に、シェル・イン・チューブ（shell-in-tube）式熱交換器の場合とちょうど同じように、以下では「注封物（potting）」と表現するチューブシートが形成されるようにする必要がある。この結果、束が内部に導入されたハウジングとともに、膜によって隔てられた2つの空間が形成される。続いて、このようにして形成された分離された空間のそれぞれには、処理しようとする供給物を一方の空間に供給し、それをそこから保持物質として誘導し、供給物から得られた濾液を他方の空間から取り出すことを目的として、供給経路および取出経路を備え付けることができる。
【０００９】
このため、通常用いられる従来の中空糸膜モジュールの充填密度は約25％〜30％である。
【００１０】
従来の中空糸膜モジュールは主として、粒子を含まない溶液、すなわち、汚染されていない、または付着物を生じる傾向のない溶液または媒体における使用を目的として設計されている。しかし、孔の開いた（perforated）モジュールハウジングを有するこのような従来の高密度充填型（densely packed）膜モジュールは、粒子を含む媒体、例えば、下水処理における汚染液体に関する技術工程にも同様にしばしば用いられる。特にこのような粒子含有媒体の場合には、濾過工程の過程で付着（fouling）と呼ばれるものが起こり、すなわち時間の経過に伴い、分離しようとする材料に対する膜の透過性を非常に大きく低下させる付着物が膜表面に次第に形成されるようになる。これは最終的には、中空糸膜モジュールの内部、すなわち中空繊維の間の対流輸送を完全に停止させ、モジュール内に収容された全膜表面積のうち材料の分離に役立つものがごく低い割合になるために、モジュール全体の輸送能力が数桁低下することを招くおそれがある。例えば、中空糸の束を用いる場合には、特に束の外周に配置された中空糸のみを外部の対流輸送に関与させることが可能である。中空糸がモジュールの内側に配置される場合、最も例外的な場合には、依然として起こるのは拡散過程のみであるが、それらも同じく付着物のために大きく障害される。
【００１１】
付着過程による付着物を除去するためには、力学的振動、超音波法などの化学的または力学的な洗浄法を適用することが一般的である。これらの洗浄法には、エネルギー消費量が多いことは別としても、中空糸膜への機械的損傷のリスクを常に伴っている。これらの慣例的な対策を講じられない場合、残る唯一の対策は、供給溶液による膜表面への適した付随流（incident flow）である。
【００１２】
特に下水処理プラントのリバイバルプール（revivl pool）への適用に際して付着過程を抑制するためには、保護ハウジングを伴わずに毛細管膜を曝気タンク内に直接導入する濾過法（国際公開公報第99／29401号；Zenon Environmental, Inc.、Burlington、Ontario、CA）が開発されている。繊維に付着物がつかないように、それらは槽内で気泡の均一な流れの下に置かれる。しかし、これらの繊維は、通常用いられる直径1mm未満の繊維よりも一部の直径がかなり大きい。また、それらは厚い支持構造も有する。さらに、これらの中空糸を用いうるのは、曝気タンク内の、流れによって誘発される機械力が極めて小さい場所または極めて小さく保つことができる場所のみである。この具体的な応用において、個々の毛細管膜の間の空間は最大で数ミリメートルである。
【００１３】
同じく先行技術において知られたものに、いくつかの個別の密に充填されたモジュールが、例えば、充填密度20〜35％で並行に相互接続された状態でハウジング内に収容された、市販の中空糸系がある。この結果、原理的には、個々のストランドにより良い付随流または貫流（throughflow）を確保し、付着過程を最小限にとどめるのに十分な空間がそれぞれの間にある分離されたストランドが得られる。しかし、このような系は、技術的に極めて複雑であってそれに応じて製造に費用がかかるハウジングを必要とする。
【００１４】
さらに、平膜を取り囲むスパイラル型モジュール（wound module）または電気透析スタック（electrodialysis stack）の場合には、スペーサーと呼ばれるものの使用も知られている。スペーサーは例えば、個々の膜の間に均一な間隔を確保しつつ、その一方で同時に、溶液の流れを膜モジュールの供給側または透過物側の区画内に分配させ、それによって膜全体にわたる流れを生じさせることを意図している。用いられるスペーサー材料は、さまざまな大きさのメッシュサイズを有する網状構造である。しかし、これらの従来のスペーサー材料は、液体流のさらなる圧力低下を招き、これは追加的なエネルギー消費によってのみ均等化することができる。このため、スペーサーを有する従来のモジュールには外部からの強制的な流れが必要である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、極めて多様な膜材料分離法において浸漬モジュールとして用いるのに適した中空糸膜モジュールを提供することであり、この場合には、膜への付随流が不十分なことによって生じる膜表面上の付着物の形成がこの分離法の間に可能な限りまたは完全に解消され、このモジュールの場合に、束を形成するように配置された中空糸膜の周囲に有効な流れまたはそれへの付随流があり、このモジュールの場合には、供給空間から透過物空間への材料の輸送が材料分離工程の全体を通じて事実上一定に保たれ、さらに、粒子を含まない媒体または溶液および粒子を含む媒体または溶液のいずれにおいても、特に汚染した媒体または付着物を生じる傾向のある媒体中で、中空糸膜モジュールを用いることが可能である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特にバイオテクノロジー工程のための浸漬モジュールとして設計され、以下の本質的な特徴によって規定される、独立クレームによる中空糸膜モジュールを提供することにより、この技術的課題を解決する。
【００１７】
本中空糸モジュールは、好ましくは側面に開口部を備え、ハウジングの内部または表面にある充填空間内に収容された同一または異なる断面を有する互いに並行に配置された多数の中空糸膜を備えた少なくとも1つの好ましくはシリンダー形状のハウジングであって、特に自由空間の形成を伴い、壁を含む充填空間内に配置された中空糸膜全体の体積と充填空間の体積との比が20％未満であるようなハウジングを含む。
【００１８】
本発明に関連して、充填空間という用語は、モジュールのハウジングによって囲まれたハウジング内部（中空糸膜が前記内部に配置される範囲内で）と解釈される。中空糸膜がハウジングの外側に配置される場合には、充填空間という用語は、中空糸膜が配置されるハウジングの外側に位置し、ハウジングの外面によって内側が形成され、膜中空糸を含む空間を囲む外側に放射状に位置する第2のハウジングの内側面または対応する仮想的な囲い（envelope）もしくは側面によって外側が形成される空間と解釈される。1つの好ましい設計において、この囲いは本態様に存在する区分要素の周辺部と接触する。この側面または囲いは、断面で見ると環状となっている流路の内面である。特に、流路は円形の断片を有する。1つの好ましい設計において、内向きに位置するハウジングは円形の断面を有し、このハウジングを囲む外部ハウジングの環状流路または仮想的な側面はハウジングに対して同心円状に配置される。膜中空糸が内部ハウジングの内側および外側の両方に配置される場合には、充填空間は内部ハウジングの内側および外側の両方の空間から構成され、このためモジュールの全体的空間の外部囲み、すなわち環状流路の内面によって包囲される空間から構成される。
【００１９】
本発明に関連して、充填密度という用語は、「充填密度」という用語は、充填空間内に配置された壁体積を含む中空糸膜全体の体積と充填空間の体積との比を百分率で表したものと解釈される。
【００２０】
すなわち、本発明によれば、本発明による中空糸膜モジュールの充填密度は低く、20％よりも低く、好ましくは20％よりもはるかに低い。
【００２１】
1つの好ましい態様においては、充填密度を、充填空間における中空糸の断面積の合計と充填空間の断面積との比として表すことも可能である。このため、本発明による中空糸膜モジュールの充填密度は、充填密度が25％〜30％である先行技術において知られた中空糸膜モジュールよりもかなり低い。本発明によれば、モジュールにおける自由空間、すなわちモジュールの全長にわたり中空糸膜が全く配置されていない充填空間の割合は高い。さらに、モジュールハウジングの側面には、ハウジングの側面の安定性を損なうことなく、ハウジング内部に配置された中空糸とモジュールが収容される液体または媒体との間で液体の妨げられない交換が行われるように、極めて大きな開口部が設けられる。充填密度の低さ、およびハウジングの側面の全表面積に基づいて側面における開口部の面積が極めて大きいことによって決定される通り、液体または媒体の流れはモジュールをより効率的に通過することができ、このために個々の中空糸の表面上での付着物の形成を積極的に防止することができる。
【００２２】
本発明に関連して、中空糸束または中空糸膜束という用語は、区分要素によって区切られた区画内にそれぞれ配置された中空糸または中空糸膜と解釈される。この場合、中空糸は連結構造によって、例えば束の周囲に放射状に走行する要素によって配置内に互いにまとめることができ、または本発明に従って、緩やかではあるが繊維周囲の効率的な流れを許容するような間隔で互いに配置することもできる。
【００２３】
中空糸束は、モジュールハウジングの全長に及ぶことが好ましい。
【００２４】
本発明のさらに好ましい態様においては、いくつかの空間的に隔たった中空糸束が、開口部を備えたハウジングの内部または表面に比較的に低い充填密度で配置され、個々の中空糸束はハウジングに装着した区分要素によって互いに空間的に隔てられる。区分要素の長軸はハウジングの長軸と並行しており、好ましくはハウジングの全長に及ぶ。
【００２５】
1つの態様において、区分要素は、開口部を備えたハウジングの側面の内面に装着され、このためにハウジングの内部に向かって投射し、これにより、中空糸を装着可能な区画がハウジングの内部に形成される。このため、この改良では中空糸束はハウジングの内部に配置される。
【００２６】
本発明の1つのさらなる改良において、区分要素は、特に側面に開口部を有する第1のハウジングシリンダーの外面上に締結される。このため、区分要素上に好ましくは固定される中空糸膜束は、第1のハウジングシリンダーの外側の側面上に配置される。この改良では、本発明の1つのさらに好ましい態様における安定性の理由から、モジュール全体を、断面で見ると円形の設計であってもよい第2のシリンダーハウジングの中に導入する。第2のハウジングはいわば、内部ハウジングの外側に位置する充填空間の囲いを形成し、例えばかご（cage）の構造をとることができる。好ましくは、内部および外部のシリンダーは区分要素とともに、区分された環状流路を形成する。
【００２７】
これらの2つの態様で用いる本発明による区分要素は、形状の点でもハウジングの内部または表面における配置の点でも、先行技術に記載されているスペーサー要素とは異なる。区分要素は、大きな自由通過面を取り囲むフレーム部分を含む。先行技術に記載されているモジュールと比較して、本発明によるモジュールの内側の自由空間はかなり大きく、このため本発明によるモジュールにおける充填密度はかなり低いが、これは通過面の大きさ、およびハウジングの内部または表面における中空糸膜束の特定の配置を必要とするモジュール内のこれらの要素の特定の配置による。本発明によるモジュール内の充填密度は10％未満、特に5％未満であり、これは中空糸膜本発明によるモジュールのすべての束の中空糸の総数を指す。本発明による区分要素の特定の構造も同じく、溶液または媒体の流れ抵抗をかなり低下させて、モジュール内に配置された中空糸の周囲を流れが効率的に流れるようにし、これによって個々の中空糸の表面での付着物の形成を積極的に防止することができる。
【００２８】
中空糸モジュール内の本発明による中空糸モジュールの充填密度が低いこと、好ましい態様における極めて大きな通過面を備えた本発明に係る区分要素の使用、および極めて大きな開口部を備えたモジュールハウジングの使用のおかげで、供給溶液はモジュール内の個々の中空糸膜を越えて乱流として流れることができる。一方、先行技術に以前に記載された中空糸モジュールではこのようにして大きな膜表面積を実現することができないが、本発明によれば、分離工程全体を通じて輸送係数の変動は極めてわずかであって、従来の中空糸膜モジュールとは対照的に、材料の交換に関して決定的な変数、具体的には膜表面積と輸送係数との積が、工程全体を通じて事実上一定に保たれることも事実である。このため、従来の膜モジュールと比較して、本発明による中空糸モジュールにおける材料の輸送速度は、濾過工程の開始時には低いが、時間の経過に伴って重大な付着が起こる従来の装置の場合よりも、経時的にみた平均ではかなり高い。
【００２９】
本発明に関連して、中空糸膜または管状中空糸膜は工業技術的な膜と解釈され、薄いフィルム様の多孔性分離層が特に好ましい。このような多孔性膜は、特にそれが特別に薄い場合には、発泡体型の設計による均質な支持層を有することもできる。本発明によれば、均質に設計された支持層の使用は、非対称な支持層を備えた膜の使用が可能なのと全く同じ程度に可能である。本発明による膜モジュールは、その膜を好ましい方法で、例えばセラミック、または例えばセルロース誘導体、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホンおよび／もしくはテフロンなどの高分子材料から製造することができ、それからなる、またはそれを実質的な部分、特に重量比で50％を超えて含む、膜フィルターであることが好ましい。膜を製造するために用いる材料は、特に好ましい方法で、過熱蒸気によって滅菌することができる。膜の厚さは50〜250μmであることが好ましい。本発明に従って用いる膜は、チューブ膜または管状膜として設計することが好ましい。
【００３０】
1つの特に好ましい態様において、本発明は、高分子材料を含むチューブ膜を提供する。当然ながら、特定の粒子、例えば細菌、ウイルス、ヒト、動物もしくは植物由来の細胞、それらの部分、および／または高分子物質が保持される一方で、他の低分子量の粒子が妨げられずに膜を通過しうるように、実質的に管状の形態を有し、それぞれの応用分野に従った適切な選択限界すなわち分離限界を孔径が有する限り、他のチューブ膜、例えばセラミックチューブ膜を用いることも可能である。また、濾過用中空糸、特に精密濾過用（microfiltration）中空糸を用いることもできる。本発明の特に好ましい態様において、管状膜の内径は0.2〜2mmの範囲にある。
【００３１】
個々の中空糸膜は、流れの中にある個々の中空糸の運動の自由度が中空糸の切断または引裂が起こらない程度に制限される限り、モジュールハウジングの内側に任意の望ましい配置で存在しうる。配置は実質的には、中空糸を製造するために用いる材料の材料特性、および／または完成したモジュールの具体的な使用目的によって決まる。例えば、中空糸が比較的柔軟な材料からなり、中空糸モジュールを媒体中で比較的強い流れと組み合わせて用いようとする場合には、中空糸を組み合わせて束またはストランドを形成させた後に、それらを開口部を備えたハウジング内に組み込み、繊維のさらなる固定および／または安定化が得られるようにすることが有利である。
【００３２】
本発明に関連して、「同一または異なる断面」という用語は、個々の中空糸膜の断面、すなわち管状中空糸の長軸に対して垂直な平面切断によって得られる中空糸の交点の表面が、形状またはサイズの点で同一である、または異なることを意味する。例えば、断面は円形であってもよく、楕円形または円と楕円との移行形態であってもよい。
【００３３】
本発明に関連して、「自由空間の形成を伴って互いに並行に配置される中空糸」という表現は、モジュールハウジングの内側および／または外側に位置する中空糸が、規定容積の大きなハウジング内に所定のシリンダー体が理論的に可能な限り高密度で充填された場合、すなわちこれらのシリンダー体の間に通常生じる充填空間の場合に形成される自由空間が得られるだけでなく、例えば中空糸の間の充填空間にさらに追加的な自由空間が存在するような形式で、互いに並行に配置されることを意味する。また、特に高分子材料によって構成される中空糸は、剛性のある理想的な円筒状繊維ではなく、細部の点では円筒形とはしばしば大きく異なる柔軟な構造であることも考慮に入れる必要がある。この点で、並行な配置とは、中空糸のそれぞれの平均的な方向に関する並行な配列のことを意味する。
【００３４】
本発明によれば、モジュールの第1および／または第2のハウジングは、シリンダーまたは濾過管と呼ばれる形態を有することが好ましい。シリンダーハウジングには多くの点で利点がある。その一点として、中空糸はハウジング内に、その機能のために、特に材料の溶液からの分離のために最適な条件が得られるように配置することができる。もう一点として、これは機械的損傷に対する、特に、場合によっては極めて損傷を受けやすい繊維が通常ならば切断または引裂を来すと考えられる液体流による著しく強い機械的負荷に対する、特別な保護手段を管状中空糸に提供する。シリンダーハウジングの断面は、例えば、円形、楕円形または正多角形、例えば六角形もしくは八角形の形態をとりうる。
【００３５】
十分な液体が周囲から第1および／または第2のハウジングを通ってハウジング内部に流れることも可能となるように、ハウジングシリンダーの側面には十分に大きな開口部を設けることが好ましい。本発明によれば、特に、個々の開口部は数ミリメートルの特徴的な寸法を有する。例えば、これらの開口部が平面状の正方形である場合には、ハウジングシリンダーの直径の関数としてのその辺の長さは好ましくは3mm〜20mm、特に5mm〜15mmであり、好ましくは7mm〜12mmである。開口部の全表面積とシリンダーの側面積との比は0.7を上回らないことが好ましい。これにより、十分な液体がハウジングを通ってその内部に流れることが確保される。その一方で、開口部の全表面積とシリンダーの側面積との比は0.2を下回らないことが好ましく、これによってハウジングの十分な機械的安定性が確保される。これは、モジュールハウジングの製造に通常用いられるプラスチックが分離工程の間の温度上昇のために軟化する場合に特に重要である。ハウジングシリンダーの壁厚は必要な機械的強度によって決定され、材料に応じて0.7〜10mmの間、好ましくは1〜4mmの間でありうる。
【００３６】
第1または第2のモジュールハウジングには、その材料がモジュールに十分な安定性を付与するという条件で任意の望ましい材料を用いることができる。この場合、物理的特性に関しては、これらの材料は柔軟なものでもよく、例えばステンレス鋼などの剛体でもよい。モジュールハウジングの製造に用いる材料は過熱蒸気によって滅菌可能であることが特に好ましい。本発明によれば、プラスチック、特にポリプロピレンの使用が特に好ましいが、これは一面では、それを熱可塑性プラスチックとして効率的に加工できるためであり、もう一方の面では、過熱蒸気による滅菌の場合に通常用いられる温度である121℃でも十分な機械的安定性があるためである。本発明によれば、モジュールハウジングの側面は1つの小片として製造しうる。しかし、これは、例えばヒンジまたは他の連結要素を介して互いに連結した多数の個々の部分からなってもよい。モジュールハウジングがいくつかの個々の部分を含む場合には、これらは同じ材料からなってもよく、または異なる材料からなってもよい。1つの好ましい態様において、個々の部分は同じ材料からなり、寸法も同じである。
【００３７】
本発明の1つの有利な態様において、中空糸膜モジュールはさらに、溶液または媒体を中空糸膜束の繊維内部に供給するのに役立ち、好ましくはハウジングシリンダーの一端に装着された、第1のハウジング連結部を有する。しかし、1つの有利な改良において、中空糸膜モジュールは、溶液もしくは媒体、またはその材料組成がモジュール内で起こる分離工程によってすでに変化した濾過された溶液を繊維の内部から取り出すのに役立ち、好ましくはハウジングシリンダーのもう一方の端に装着された、第2のハウジング連結部を備える。この態様においては、モジュールが浸漬された周囲の流れによって繊維の外側に対流性材料輸送が生じる。本発明によれば、2つのハウジング連結部を備えた中空糸膜モジュールの本発明によるこの態様が、特に攪拌式タンク型反応器内で用いられる。
【００３８】
本発明の1つの特に好ましい態様においては、多数の空間的に隔たった中空糸束が、好ましくはシリンダー形状のハウジング内に低い充填密度で配置され、中空糸束はシリンダーの側面上に締結された区分要素によって互いに空間的に隔てられる。このため、本発明による区分要素はハウジングシリンダーの内部へと投射してハウジング内部の区画化をもたらし、中空糸束はそれによって生じた区画内に配置される。区分要素の設置によって中空糸膜モジュールにはさらに安定性が与えられる。
【００３９】
本発明による区分要素は、区分要素の外寸を固定する、好ましくは長方形のフレーム部を形成する。本フレーム部は自由通過面を囲む。本発明に関連して、「フレーム部の通過面」という用語は、区分要素によって互いに隔てられた2つの隣接した区画間の液体の双方向的な妨げられない通過を許容するフレーム部によって囲まれた、材料を含まない表面に関する。この通過面は適宜、フレーム部を安定化し、このため区分要素を安定化するのに役立つ横断支柱（transverse strut）または格子構造などの、フレーム部の内側に配置された安定化要素によって分断することができる。中空糸モジュールに関して想定される使用の分野に応じて、これらの安定化要素はフレーム部または通過面の寸法と称するさまざまな幅を有しうるが、安定化要素は比較的細いことが好ましい。同様に、安定化要素の間の間隔はさまざまでありうるが、本発明によれば比較的広い間隔が好ましい。
【００４０】
本発明によれば、安定化要素すなわち横断支柱または格子構造の全表面を基準として、フレーム部によって包囲される通過面は20％未満、好ましくは10％未満であり、特に好ましくは2％である。
【００４１】
本発明によれば、個々の中空糸膜束の間の間隔が長い期間にわたって確保され、中空糸膜モジュールにさらに安定性が付与されるような十分な安定性を有する限り、区分断片は任意の望ましい材料からなる。区分要素を製造するためには過熱蒸気によって滅菌しうる材料を用いることが好ましい。区分要素をシリンダーを形成するのに用いる材料と同じ材料から製造することもできるが、これは他の材料からなってもよい。
【００４２】
モジュール内に用いる個々の区分要素の寸法は同じでも異なっていてもよい。1つの好ましい態様において、すべての区分要素はハウジングシリンダーの長さと同じ長さを有し、例えばハウジングシリンダーの断面の半径と等しい高さまたは前記半径よりも低い高さを有する。1つのさらに好ましい態様において、区分要素はハウジングよりも短く、ハウジングの全長にわたり適切な軸方向インタースペース（axial interspace）を保って分布し、これらの軸方向インタースペースの内部にはハウジング内部の全方位角にわたってこれ以外に区分要素は配置されない。さらにもう1つの好ましい態様において、区分要素はハウジングの末端に設けられる注封物と同じ長さであり、これらの注封物が区分されるようにハウジング末端に配置される。1つの好ましい態様において、区分要素の高さは断面の半径よりも小さく、区分断片はハウジングシリンダーの内側から分流した側にさらに別の要素、特にスペーサーを有する。これらのスペーサーは例えば、フレーム部の長軸端の片側または両側に、ハウジング壁を避けて、区分要素のフレーム部に対して直角に装着された細片である。すべての区分要素のスペーサーはハウジングシリンダーの長軸の周囲に内部シリンダーを形成し、区分要素のさらなる固定をもたらす。1つの好ましい態様において、スペーサーは開口部を有しうる。
【００４３】
本発明によるモジュール内の特定の配置と同様に、本発明による区分要素の特定の構造には、中空糸の間の自由空間の全容積をさらに実質的に拡大し、これによって先行技術に記載されたモジュールの場合よりもはるかに大きくする効果がある。すなわち、本発明によるこのようなモジュールにおける充填密度は、本発明による区分要素の設置によってさらに実質的に低下する。区分要素を含む本発明による中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の充填密度は、本発明による中空糸膜モジュールの束のすべての中空糸を基準とする場合、最大20％、好ましくは最大10％であり、すべての束のすべての中空糸の総数を基準とすると、充填密度は10％未満、好ましくは5％未満である。
【００４４】
従来用いられているスペーサー材料と比較して、本発明による区分要素を中空糸モジュール内、特にフレーム部によって包囲される比較的大きな通過面に設置することにより、モジュールの個々の区画の間、さらには個々の中空糸束の間での液体の事実上妨げられない交換が確保される。溶液または媒体の流れとの比較によるこの通過面に基づいてモジュールの抵抗はかなり低下するため、流れはモジュールをさらに効率的に通過することができ、このために個々の中空糸の表面での付着物の形成をより効果的に防止することができる。流れの圧力損失も同時に軽減されるため、従来のスペーサーを用いる先行技術において知られたモジュールの場合に必要となる、モジュールを通過する流れに対する追加的なエネルギー消費の必要性はない。
【００４５】
本発明の1つのさらに特に好ましい態様において、区分要素は、側面に好ましくは開口部を有する第1のハウジングシリンダーの外面に締結される。この場合、中空糸膜束は、空間的に隔たった区分要素によって規定されるインタースペース内、または第1のハウジングシリンダーの側面の外側にある区画に、好ましくは例えば据付リング（holding ring）によってさらに固定される。1つの好ましい態様においては、モジュール全体が、好ましくは充填空間の外周を形成するかご（cage）として設計された、主として中空糸膜モジュールの安定化に役立つ第2のシリンダーハウジングの内側に位置する。
【００４６】
当然ながら、本発明による膜モジュールは、第1すなわち内部のハウジングの内側および外側にも区分要素を有しうる。
【００４７】
本発明の1つの特に好ましい態様において、本発明による中空糸膜モジュールのすべての区画、すなわちハウジング、中空糸および区分要素は、過熱蒸気によって滅菌しうる材料からなる。
【００４８】
モジュール内にどの膜を挿入するか、すなわち精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜または透析膜のいずれを用いるかに応じて、本発明による中空糸膜モジュールは特に、強力な付着効果を有する媒体の濾過または透析における使用に好都合となる。例えば、本発明による中空糸膜モジュールは、発酵細胞のの代謝産物を除去するため、および／または栄養分を供給するために、発酵槽内でリアクター透析膜モジュールと称するものとして用いることができる。さらに別の用途としては、産物を含む液体をリアクターから採取することを目的とした、供給モードおよびガス抜きモードにあるバイオリアクターにおけるものが考えられる。
【００４９】
本発明は、上記に命名した中空糸膜モジュール、特に区分要素を用いたためにいくつかの中空糸膜束を有するモジュールを製造するための方法にも関する。1つの好ましい態様では、空間的に平坦であって、後に第1または唯一の好ましくはシリンダー形のハウジングを形成することを意図した平滑材料または造形片を、この場合には区分要素とともに提供する。区分要素は例えば、特にこのために提供される要素、例えばノブを用いて側面の平坦材料に装着または留置することができる。その結果として、側面の材料はまとめられて、または巻き上げられて、円形または他の形状、例えば長方形の断面を有するシリンダーを形成する。この場合には、区分要素がシリンダーの内面に位置するように側面の材料を巻き上げることができる。さらに、区分要素がシリンダーの外面に位置するように側面の材料を巻き上げることも可能である。1つの態様では、ハウジングシリンダーを巻き上げる前に、中空糸を、締結された区分要素によって提供されるインタースペース内または区画内に、望ましい配置で、与えられた充填密度に従って挿入して、巻き上げの前に適宜、中空糸を固定することが可能である。この場合には、巻き上げの後に、ハウジングシリンダーを通常の方法でシリンダーの末端で閉鎖して封止する。しかし、もう1つの態様では、ハウジングシリンダーを巻き上げた後に、中空糸を区分断片によって規定される区画内に挿入することもできる。モジュールを、好ましい形態ではかごとして設計される第2のハウジングシリンダー内に挿入することが好ましくは可能である。
【００５０】
本発明は、中空糸膜モジュールの製造を目的とする、容易かつ高い費用効果で行われる方法にも関する。本方法は特に、開口部を備え、後にシリンダーハウジングの側面を形成させることを意図した平坦な形の小片を巻き上げることによってシリンダー形態とし、中空糸膜をハウジングの内部および／または周囲に配置するという事実によって規定される。巻き上げる材料が空間的に示す特性、例えばそれが柔軟であるかそれとも比較的剛性であるか、それが1つの小片として設計されたか否か、例えば、材料をその箇所で曲げることが可能な刻み目（notch）を含むか否か、またはヒンジもしくは類似の要素を介して互いに連結された例えば同じ寸法のいくつかの部分を含むか否かに応じて、好ましくは、それによって得られるシリンダーの断片は円形でも多角形でもありうる。ハウジング材料は、柔軟なマット、柔軟な格子、ヒンジ様部分を備えたマットなどとして設計することができる。また、その後に、得られた中空糸をこのようにして得られたハウジングシリンダー内に、望ましい配置および望ましい充填密度で導入することもできる。
【００５１】
本発明の1つのさらに好ましい態様においては、さらに別の部分、特に区分要素が、ハウジングシリンダーを形成するために用いる平坦な形の小片上に（すでに）装着され、前記要素は空間的に隔たった個々の中空糸束を後にハウジングシリンダー内で互いに分離するため、および／またはハウジングシリンダーにさらに安定性を付与するために適する。これらの区分要素は、例えば、ハウジングシリンダーを形成するために用いる材料とともに1回の操作で、例えば射出成形または鋳造法を用いて一緒に製造されたものでよい。すなわち、シリンダー形態を形成するために巻き上げる予定の、区分要素を備えた材料を1つの小片として設計することができる。しかし、区分要素を別々に製造し、その後に、その目的のために設けられた例えばノブなどの要素の箇所でハウジングの側面上または内部に装着もしくは留置すること、または同様の方法で締結することも可能である。
【００５２】
側面の材料は、シリンダーを形成するために後に巻き上げる。この場合、側面の材料は、ハウジング内部が区分要素によって複数の区画に細分された本発明による中空糸膜モジュールを製造するために、区分要素がシリンダーの内面に位置するように巻き上げることができる。しかし、区分要素がシリンダーの外面に位置するように側面の材料を巻き上げることも可能である。この場合には、しかし、特に材料のシリンダーを最初にともに巻き上げた後に、このようにして形成されたシリンダーの外側面に区分要素を留置すること、またはそれらを適した方法で締結するという可能性もある。
【００５３】
本発明による方法の1つの態様では、ハウジングシリンダーを巻き上げる前に、中空糸を、締結された区分要素によって規定されるインタースペース内または区画内に望ましい順序および規定の充填密度に従って挿入する。ハウジングシリンダーを巻き上げる前に、中空糸を、特に細い格子、ケーブルタイ（cable tie）または類似の要素を用いて、区分要素上に固定することが好ましい。この場合には、巻き上げの後に、繊維の末端を通常の方法で注封することによってハウジングシリンダーを閉鎖して密封する。しかし、もう1つの態様では、ハウジングシリンダーを巻き上げた後に、中空糸を区分断片によって規定される区画内に挿入することもできる。このようにして得られたモジュールに中空糸束を充填した後に、繊維の末端を通常の方法で注封することによってハウジングシリンダーを閉鎖して密封する。その後に、中空糸束が装填されたモジュールを、好ましくはかごとして設計された第2のハウジングシリンダー内に挿入し、それによって安定化させる。
【００５４】
本発明のさらなる有利な態様は、従属クレームから導き出される。
【００５５】
図面および実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００５６】
同一の参照番号は、設計および／または機能が同一な装置もしくはその要素を指す。
【００５７】
本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１）少なくとも1つのハウジング、ならびに互いに並行に、および／または該ハウジングの周囲の充填空間内に配置された、同一または異なる直径を有する多数の中空糸膜を含み、充填空間18内に配置された中空糸膜33全体の体積と充填空間18の体積との比が20％未満であることを特徴とする、濾過法、透析濾過法、および透析法のための中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００５８】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２）ハウジング3がシリンダー形状を有する、上記(1)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００５９】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（３）ハウジング3の側面に開口部25を備える、上記(1)または(2)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６０】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（４）開口部25の平面上への投射が、正方形、長方形、円形またはその他の対称性もしくは非対称性の形状である、上記(3)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６１】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（５）開口部25の寸法が3〜20mmである、上記(4)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６２】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（６）開口部25の全表面積とハウジング側面の全表面積との比が約0.2〜約0.9である、上記(3)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６３】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（７）中空糸膜33が、セラミックおよび／もしくは高分子材料からなる、またはそれを実質的な割合で含む、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６４】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（８）中空糸膜33が、約5μm〜約300μmの厚みを有する支持構造を含む、上記(7)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６５】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（９）中空糸膜33の内径が最大2mm、特に0.15〜0.8mmである、上記(7)または(8)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６６】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１０）中空糸膜33が、少なくとも1つの束17の形態としてモジュール内に配置される、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６７】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１１）中空糸が、好ましくは1センチメートル当たり10本未満の繊維という幅広い繊維間隔で、マットの形態にある束として巻き上げられ、該繊維が、従来のスペーサー材料の包埋によって注封領域内の充填密度に適合した間隔で配置される、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６８】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１２）少なくとも2つの中空糸膜束が、ハウジング3の側面に装着された少なくとも1つの区分要素5によって互いに隔てられる、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００６９】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１３）少なくとも1つの区分要素5が、フレーム部7によって囲まれた自由通過面9を備えたフレーム部7を含む、上記(12)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７０】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１４）フレーム部7の自由通過面9が安定化要素11によって細分される、上記(13)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７１】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１５）安定化要素11の全表面積が、フレーム部7によって囲まれる自由通過面9を基準として約2％〜約20％である、上記(13)または(14)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７２】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１６）少なくとも1つの区分要素5がハウジング3の内面に装着され、該ハウジングの内部18が複数の区画21に細分される、上記(13)〜(15)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７３】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１７）少なくとも1つの区分要素5がハウジング3の外面に装着され、側面の外面上に位置する空間18が複数の区画21に細分される、上記(12)〜(16)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７４】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１８）側面の外面に装着された少なくとも1つの区分要素5を有するハウジング3が第2のかご様ハウジングに収容される、上記(17)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７５】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（１９）区分要素の長さがハウジングの長さに対応する、上記(12)〜(18)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７６】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２０）区分要素がハウジングよりも短く、該ハウジングの全長にわたって適切な軸方向インタースペース(axial interspace)を保って分布し、これらの軸方向インタースペースの内部にハウジング内部の全方位角にわたってこれ以外には区分要素が配置されない、上記(12)〜(18)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７７】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２１）区分要素が、ハウジングの末端に設けられる注封物と同じ長さであり、これらの注封物が区分されるようにハウジング末端に配置される、上記(12)〜(18)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７８】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２２）中空糸膜33が、少なくとも1つの区分要素5によって形成される区画21内に配置される、上記(11)〜(17)のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００７９】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２３）区画21内に配置される中空糸膜33が少なくとも1つの区分要素5上に固定される、上記(22)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００８０】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２４）すべての中空糸膜33の充填密度が20％未満である、上記(23)記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００８１】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２５）中空糸膜33の繊維内部に液体を供給するためのハウジング連結部、および繊維内部から液体を取り出すためのハウジング連結部を有する、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００８２】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールにおいては、（２６）すべての構成要素を121℃の水蒸気によって滅菌することができる、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールであることを特徴とする。
【００８３】
また、本発明に係る方法においては、（２７）好ましくは開口部を備えた造形片をともに巻き上げてハウジングの形状、特にシリンダー形状を作成し、中空糸膜を20％未満の充填密度でハウジングの内部および／または周囲に配置する、上記のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを製造するための方法であることを特徴とする。
【００８４】
また、本発明に係る方法においては、（２８）造形片の巻き上げの前もしくは後に、区分要素が造形片上に間隔をおいて装着される、または区分要素が巻き上げ可能な造形片の固定された構成要素である、上記(27)記載の方法であることを特徴とする。
【００８５】
また、本発明に係る方法においては、（２９）造形片をともに巻き上げた後に、区分要素がその内面に位置するように平坦材料を巻き上げる、上記(27)または(28)に記載の方法であることを特徴とする。
【００８６】
また、本発明に係る方法においては、（３０）シリンダーをともに巻き上げた後に、区分要素がその外面に位置するように造形片を巻き上げる、上記(27)または(28)に記載の方法であることを特徴とする。
【００８７】
また、本発明に係る方法においては、（３１）造形片をともに巻き上げる前に、適宜、2つの隣接した区分要素の間の区画内に、少なくとも1つの中空糸膜束を配列し、造形片上に適宜固定する、上記(27)〜(30)のいずれか一項に記載の方法であることを特徴とする。
【００８８】
また、本発明に係る方法においては、（３２）シリンダーをともに巻き上げた後に、適宜、2つの隣接した区分要素によって区分された区画内に、少なくとも1つの中空糸膜束を配列し、ハウジング内に適宜固定する、上記(27)〜(31)のいずれか一項に記載の方法であることを特徴とする。
【００８９】
また、本発明に係る方法においては、（３３）中空糸膜の末端を注封し、ハウジングをその両端で封止する、上記(31)または(32)に記載の方法であることを特徴とする。
【００９０】
また、本発明に係る方法においては、（３４）ハウジングを第2の、特にかご様のハウジングの中に挿入する、上記(27)〜(33)のいずれか一項に記載の方法であることを特徴とする。
【００９１】
【発明の実施の形態】
図1a）は、本発明による中空糸膜モジュール100のハウジング側面または壁1を模式化したものを示しており、この壁は図2a）の断面図の例によって示されたハウジング3の六角形へと巻き上げることができる。壁1には、空間的に均一に隔たった長さLＳおよび高さHＳの長方形の区分要素5が装着されている。区分要素の長さLＳはハウジング3の長さLＭに対応する。高さHＳは、ハウジング3の高さの半分のほぼ90〜95％に対応する。ハウジング側面1には均一に隔たっていて区分要素5と交互に存在する細い線39が作成されており、これはハウジング側面1を折り曲げてハウジング3の最終形態にすること、および最終形態において六角形の断面である図2のハウジング3の辺縁を形成することを容易にする。
【００９２】
図1b）、c）およびd）には区分要素5のさまざまな態様が示されている。区分要素5はそれぞれ、通過面9を取り囲む長方形のフレーム部7を含む。通過面9は、連結棒または格子として設計される安定化要素11によってさらに小さな個々の面へと細分される。さらに、区分要素5はその末端のそれぞれに、拡張部（extention）に類似していて、壁1上の区分要素5を締結するために役立つ2つの締結要素13を有する。締結要素13には、直角をなす2つの突起部分35および37がある。突起部分35は区分要素5の長軸側に設置され、第2の突起部分37は区分要素5から離れるように向く。
【００９３】
図1a）は、2つの隣接した区分要素5の間にある中空糸33、および区画21内の中空糸束17の配置を模式化したものも示している。
【００９４】
図2a）は、ハウジング3の形状の透視図を示しており、これは断面で見ると六角形である。区分要素5がシリンダー3の内部18に向かって投射して後者を区画21に細分するという事実により、図1a）の壁1の図から始めて、壁1を巻き上げてモジュール100を作成する。区分要素5の高さHＳは、図示した形状の場合に断面で見て六角形となり、それぞれの場合に長さの等しい2つの対辺70が互いに並行に配置され、辺70に対して内側に垂直に配置された区分要素5がハウジング3の中央部で互いにほぼ接触するように、本発明によるモジュールのハウジング3の高さの半分にほぼ対応する。このため、ハウジング3の内部または充填空間18、すなわちハウジング3の内部容積は事実上完全に区画化される。区分要素5をハウジング3の側面に締結するための締結手段13も図示されている。図2a）におけるもののような本発明によるモジュールの断面は図2c）に図示されている。ハウジング内面22から回避した区分要素5の長軸側の辺縁41は充填空間18の中央部で互いにほぼ接触し、これにより、互いに分離されたまたは事実上分離された区画21が形成されることが明らかにみてとれる。この場合、区分要素の寸法は、すべての辺縁が中央部で接触またはほとんど接触し、その結果としてそれらが必要に応じてモジュール全体の安定性を高めるための適した要素によって互いに緩やかに固定されるようなものでありうる。断面2b）および2c）は、モジュール100のさらに異なる態様を示している。この2つの態様は、断面2b）では、長軸側のハウジング3の内面22を避け、区分要素5の内面22を避けて、辺縁41に配置されたスペーサー29を有する区分要素5を用いている点で互いに異なる。スペーサー29は区分要素5の長軸側辺縁41の補強材料として設計することができる。また、区分要素5の充填空間18の中央部に面する長軸側辺縁41は、折り曲げ部分、補強、弱化または類似の部分をそれぞれの場合に両側に直角に有してもよい。この場合には、区分要素5のスペーサー29はハウジング3の全長にわたって第2の内部31を取り囲む。断面図に見てとれるように、スペーサー29は区分要素5の拡張部としてT字型の形状を有し、Tの突起部分50、51は区分要素5から垂直に投射して、隣接するスペーサー29の突起部分が接触し、これによって断面で見て六角形の内部31が形成される。スペーサー29は開口部（ここでは図示されていない）を有しうる。いくつかの区画21には、互いに緩やかにまとまった中空糸33が図示されている。充填空間18内の自由空間43も図示されている。
【００９５】
図3a）は、本発明による中空糸膜モジュール100のさらに別の態様の透視図を示している。この図は、側面1に多数の穿孔部または開口部25が貫通したシリンダーハウジング3を示している。区分要素5は、例えば、ハウジング3の外側に面した表面上に装着される。区分要素5の内部に横断連結棒（transverse connecting bar）として設計された安定化要素11も図示されている。さらに、図3a）は、ハウジング3の周囲および区分要素5の周囲に同心円状に配置されて放射状に外側を向き、区画21に挿入しようとする中空糸膜（ここには図示されていない）とも接触してそれを固定するのに役立つ、据付リング27も示している。ハウジング3の外面によって内側が、区分要素5を取り囲む仮想的側面47によって外側が形成され、その外縁60と接触するとともに据付リング27の経路に沿う、充填空間18も図示されている。この仮想的側面47は、高さHSの間隔で内部ハウジング3の周囲に同心円状に配置される。
【００９６】
図3b）、3c）および3d）は、本発明に従って用いられる区分要素5のさまざまな態様を示しており、図3b）および3c）は横断連結棒11の数、およびそれによって形成される個々の通過面45の数の点で異なる。図3d）にはマトリックスまたは格子として設計された安定化要素11が図示されている。
【００９７】
図4は、図3a）のものに類似した中空糸膜モジュールの透視図を示している。ここにはその長さがモジュール100の長さと等しい中空糸膜束17が個々の区画21内に配置されて示されている。同じくここには、区分要素5を取り囲む仮想的側面47によって外側が形成され、その外縁60と接触するとともに据付リング27の経路によってその経路が規定される、ハウジング3の外面と仮想的側面47の内面との間に形成される容積として充填空間18が規定されている。包囲する側面47は、区分要素5の外向きの長軸辺縁60が、包囲側面47が内部ハウジング3の周囲に同心円状に配置されるように、モジュール100の周囲に互いに連結した場合に生じる面である。
【００９８】
図5は、ステンレス鋼を材料とする、本発明によるモジュールのさらに別の例示的な態様を示している。この態様では、1つの区分要素および側面の1つの部分がそれぞれ、図1に従って1つの平面内で違いに重なって展開されるように、ハトメ（eyelet）を用いて互いに固定された永続的に相互連結した単位を形成し、これによって相互に対する移動が可能となる。区分要素の表面は約45度の角度で側面に向かって傾斜している。図5aはモジュールハウジングの展開物を示しており、図5bは折り曲げた場合のモジュールの断面を示しており、そのいずれにも区画内に挿入する予定の中空糸は含まれていない。
【００９９】
図6は、図2に示した例示的な態様の変形物を示している。この変形物において、区分要素は注封物の長さのみに過ぎず、それらはそれぞれの場合にモジュールの中央部および両端に配置される。
【０１００】
【発明の効果】
本発明により、付着によって大きな障害を受ける工程に用いるための特殊な中空糸膜モジュールおよびその製造方法が提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る中空糸膜モジュールの製造における中間工程の概略を示す図である。
【図２】  本発明に係る中空糸膜モジュールの1つの態様を透視図および断面図として、さらに別の態様を断面図として示す。
【図３】  本発明に係る中空糸膜モジュールのさらに別の態様を、区分要素のさまざまな例示的な態様とともに透視図として示す。
【図４】  中空糸束が充填された図3の本発明に係る中空糸膜モジュールの態様を透視図として示す。
【図５】  ステンレス鋼線から製造された本発明に係る中空糸膜モジュールのさらに別の例示的な態様を、展開図および断片図として示す。
【図６】  モジュール長よりも短い区分要素を備えた図2の例示的な態様上に構成される、本発明に係る中空糸膜モジュールのさらに別の例示的な態様を、透視図として示す。
【符号の説明】
１  壁、３  ハウジング、５  区分要素、７  フレーム部、９  自由通過面、１１  安定化要素（横断連結棒）、１３  締結要素（締結手段）、１７  中空糸束、１８  充填空間、２１  区画、２２  ハウジング内面、２７  据付リング、２９  スペーサー、３１  内部、３３  中空糸膜、３５  突起部分、３７  突起部分、３９  細い線、４１  辺縁、４３  自由空間、４５  通過面、４７  仮想的側面、５０  突起部分、５１  突起部分、６０  外縁、７０  辺、１００  モジュール、LＳ  区分要素５の長さ、HＳ  区分要素５の高さ、LＭ  ハウジング３の長さ。
【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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