JP2013017990A - 小型膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型膜モジュールの使用期限を延ばす。
【解決手段】小型膜モジュール１は、中空糸膜Ａが長手方向に向けて収容される膜収容部１０と、膜収容部１０の長手方向の端面に接続され、中空糸膜Ａの一次側に通じる第１のノズル２０と、膜収容部１０の側面に接続され、中空糸膜Ａの二次側に通じる第２のノズル２１と、第２のノズル２１に取り付け自在な伸縮性のキャップ４０と、を有している。キャップ４０が取り付けられる部分のノズル軸方向の全ての位置において、キャップ４０の内側寸法Ｄ１と第２のノズル２１の外側寸法Ｄ２が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、小型膜モジュールに関する。

例えば、血液浄化療法、血漿交換療法などの医療分野、水の浄化や水質の調整などの水処理分野、血漿分画製剤やバイオ医薬品などの製造工程におけるウィルス除去などの濾過処理には、内部に分離膜を内蔵した膜モジュールが用いられている。この種の膜モジュールは、例えば中空糸膜が収容された筒状の膜収容部を有し、当該膜収容部の長手方向の端部には、中空糸膜の一次側に通じるノズルが設けられ、膜収容部の側面には、中空糸膜の二次側に通じるノズルが設けられているものがある。

そして、処理時には、膜モジュールの所定のノズルと処理用回路を接続し、被処理物である液体を特定のノズルから膜モジュール内に流入させ、中空糸膜を通過させ、他のノズルから流出させている。

また、処理に使用される前の膜モジュールは、中空糸膜を無菌のウェット状態に維持する場合がある。このため、膜モジュールは、出荷時に内部に清浄な充填液が充填され、ノズルはキャップなどにより閉鎖されている（特許文献１参照）。

しかしながら、膜モジュールでは、ノズルがキャップにより閉鎖されていても、内部の充填液が揮発してノズルとキャップの隙間から徐々に漏れる。このため、膜モジュール内の充填液は、時間が経つと次第に減っていく。かかる事情も下、膜モジュールの使用期限は、充填液が当初の量からフィルター性能を損なわない量に減少する時間を基準に定められている場合がある。

特開２０１０−２５９９９２号公報

ところで、上述の膜モジュールには、小型のものがある。例えば膜モジュールの性能を確認するための試用品は、性能試験時に用いられる高価な試験液の使用量を減らすため、通常使用される市販の膜モジュール（通常品）よりもサイズが小さく、分離膜を含まない空間の内容積が１００ｍＬ以下である。

この小型膜モジュールは、内容積が小さく充填液の絶対量が少ないため、少量でも充填液が減ると、内部の中空糸膜が外気に曝されたり乾燥状態となって使用できなくなる。また、ノズルのサイズが小さいため、キャップも簡易なものが用いられている。よって、小型膜モジュールの使用期限は通常の膜モジュールに比べて非常に短く設定されている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小型膜モジュールの使用期限を延ばすことをその目的とする。

上記目的を達成する本発明は、小型膜モジュールであって、分離膜が長手方向に向けて収容される膜収容部と、前記膜収容部の長手方向の端面に接続され、前記分離膜の一次側に通じる第１のノズルと、前記膜収容部の側面に接続され、前記分離膜の二次側に通じる第２のノズルと、前記第１のノズルと前記第２のノズルの少なくとも一つのノズルに取り付け自在な伸縮性のキャップと、を有し、前記キャップが取り付けられる部分のノズル軸方向の全ての位置において、前記キャップの内側寸法Ｄ１と前記ノズルの外側寸法Ｄ２が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たしている。

本発明によれば、キャップの内側寸法Ｄ１とノズルの外側寸法Ｄ２が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たし、キャップがノズルの形状に追従しているので、ノズルに対するキャップの気密性が高くなる。したがって、小型膜モジュール内の充填液が揮発して外部に漏れることが抑制され、小型膜モジュールの使用期限を延ばすことができる。

前記小型膜モジュールにおいて、前記キャップが取り付けられるノズルの外側面は、前記膜収容部の壁面に接続される円柱面と、当該円柱面に接続され、径方向外側に延びる第１のリング面と、前記第１のリング面に接続され、径が次第に小さくなる傾斜面と、前記傾斜面に接続され、径方向内側に延びる第２のリング面と、を有していてもよい。

前記ノズルの円柱面または／及び傾斜面に対応する部分のキャップの外径寸法Ｄ３と内径寸法Ｄ１とは、１．８≦Ｄ３／Ｄ１≦４．０の関係を満たしていてもよい。

前記キャップの内側面は、前記ノズルの円柱面に対向するキャップ円柱面と、前記第１のリング面に対向するキャップリング面と、前記傾斜面に対向するキャップ傾斜面を有し、前記キャップ円柱面と前記キャップリング面により角部が形成されていてもよい。

前記キャップは、前記ノズル内に差し込まれる内栓を有していてもよい。

前記内栓の外周面と前記キャップ傾斜面が鋭角に接続されていてもよい。

前記内栓の外周面と前記キャップ傾斜面のなす角度は、前記ノズルの傾斜面と前記ノズルの内側面のなす角度よりも小さくてもよい。

前記内栓は、先端に近づくにつれて次第に径が小さくなっていてもよい。

前記内栓の外周面と先端面との接続部に丸みが形成されていてもよい。

前記内栓の外周面には、当該外周面から外側に突出する環状の突条部が形成されていてもよい。

本発明によれば、膜モジュールの使用期限を延ばすことができる。

膜モジュールの構成の概略を示す断面図である。 第２のノズルの形状を示す断面図である。 キャップの形状を示す断面図である。 第２のノズルにキャップを取り付けた状態を示す断面図である。 内栓の外周面に突条部を形成したキャップの形状を示す断面図である。 内栓の外周面に突条部を形成したキャップを第２のノズルに取り付けた状態を示す断面図である。 充填液の残量率の実験結果を示すグラフである。 実験結果を示す表である。 従来のキャップ形状を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる膜モジュール１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

膜モジュール１は、例えば図１に示すように中空糸膜Ａを長手方向に向けて収容する円筒状の膜収容部１０を有している。中空糸膜Ａの両端部は、膜収容部１０の内壁にポッティング剤Ｂによって固定されている。膜収容部１０は、例えば筒状部１０ａの両側の開口を蓋部１０ｂで閉鎖するように構成されている。

膜収容部１０の長手方向の両端部（蓋部１０ｂ）の壁面には、中空糸膜Ａの一次側（膜の内側）に通じる第１のノズル２０が形成されている。また、膜収容部１０の筒状部１０ａの側壁面には、中空糸膜Ａの二次側（膜の外側）に通じる２つの第２のノズル２１が形成されている。例えば第２のノズル２１は、膜収容部１０の両端部の近傍にそれぞれ一つずつ設けられている。

第２のノズル２１は、膜収容部１０の側壁面から突出し厚みのある略円筒状に形成されている。図２に示すように第２のノズル２１の外側面は、膜収容部１０の側壁面に接続される円柱面３０と、円柱面３０に接続され、径方向外側に向かって平坦に延びる第１のリング面３１と、第１のリング面３１に接続され、径が次第に小さくなる傾斜面３２と、傾斜面３２に接続され、径方向内側に延びる第２のリング面３３を有している。第２のノズル２１の内側面３４は、通液流路を形成し、例えば一定の径を有する円柱面状、もしくは膜収容部１０の側壁面に近づくにつれ径が増大していくテーパー状に形成されている。

図１に示すように第２のノズル２１には、着脱自在なキャップ４０が取り付けられている。キャップ４０は、例えばゴム製であり、伸縮性を有している。

図３に示すようにキャップ４０は、底面に挿入穴がある円柱状に形成されている。キャップ４０の内側面は、第２のノズル２１の円柱面３０に対向するキャップ円柱面５０と、第１のリング面３１に対向するキャップリング面５１と、傾斜面３２に対向するキャップ傾斜面５２を有し、第２のノズル２１の外周面の形状に追従している。

キャップ円柱面５０は、径が一定で、キャップ底面から上方に向かって形成されている。キャップリング面５１は、キャップ円柱面５０の上端に接続され、径方向外側に向かって平坦に形成されている。キャップ傾斜面５２は、キャップリング面５１の外周端に接続され、上方に向かって次第に径が小さくなるように形成されている。キャップ円柱面５０とキャップリング面５１の接続部には、略直角の角部５３が形成されている。

キャップ４０は、当該キャップ４０が取り付けられる部分のノズル軸方向の全ての位置において、キャップ４０の径方向の内側寸法Ｄ１（図３に示す）と第２のノズル２１の径方向の外側寸法Ｄ２（図２に示す）が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たすように形成されている。よって、キャップ４０の内側寸法Ｄ１は、第２のノズル２１の外側寸法Ｄ２よりも小さくなっている。

また、図３に示すように第２のノズル２１の円柱面３０及び傾斜面３２に対応するキャップ部分、つまりキャップ４０のキャップ円柱面５０及びキャップ傾斜面５２の外径寸法Ｄ３と内径寸法Ｄ１とは、１．８≦Ｄ３／Ｄ１≦４．０の関係を満たしている。よって、キャップ４０のキャップ円柱面５０及びキャップ傾斜面５２は、十分な厚みを有している。

また、キャップ４０は、第２のノズル２１内に差し込まれる円柱状の内栓６０を有している。内栓６０は、キャップ傾斜面５２の先端に接続され、キャップ傾斜面５２の内側を下方に向けて形成されている。内栓６０の外周面６１とキャップ傾斜面５２は、鋭角に接続されている。この内栓６０の外周面６１とキャップ傾斜面５２のなす角度θ１は、第２のノズル２１の傾斜面３２と第２のノズル２１の内側面３４のなす角度θ２（図２に示す）よりも小さくなっている。

図３に示すように内栓６０は、先端に近づくにつれて次第に径が小さくなっている。内栓６０の外周面６１と先端面６２との接続部には、丸み６３が形成されている。

図１に示すように第１のノズル２０は、例えば膜収容部１０の長手方向の端面から外側に突出する略円筒状に形成されている。第１のノズル２０には、着脱自在なキャップ８０が取り付けられている。第１のノズル２０とキャップ８０は、例えば第１のノズル２０にキャップ８０を挿入し回転して接続するクイックツイスト式の接続機構により着脱自在になっている。例えば第１のノズル２０には、環状の嵌め込み溝９０が形成され、嵌め込み溝９０内には、螺旋状のガイド部９１が形成されている。キャップ８０には、ガイド部９１に係合する螺旋状の係合部９２が形成されている。第１のノズル２０の嵌め込み９０内にキャップ８０の係合部９２を差し込み、キャップ８０を１周以下で回転させることで、ガイド部９１と係合部９２が係合し、キャップ８０が第１のノズル２０に気密に接続される。

以上の膜モジュール１は、例えば試用品の小型膜モジュールである。膜モジュール１は、通常品の膜モジュールとほぼ相似形状を有し、サイズが小さく、分離膜を含まない空間の内容積が１００ｍＬ以下である。

膜モジュール１は、膜収容部１０内に充填液が充填され、図４に示すようにキャップ４０、８０が第２のノズル２１と第１のノズル２０に取り付けられた状態で出荷される。そして、使用時に、第２のノズル２１及び第１のノズル２０から所定のキャップ８０、９０が外され、そのノズルが処理用回路に接続される。

本実施の形態によれば、キャップ４０の内側寸法Ｄ１と第２のノズル２１の外側寸法Ｄ２が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たし、キャップ４０が第２のノズル２１の形状に追従しているので、第２のノズル２１に対するキャップ４０の気密性が高くなる。したがって、小型膜モジュール１内の充填液が揮発して外部に漏れることが抑制され、小型膜モジュール１の使用期限を延ばすことができる。なお、Ｄ１／Ｄ２が０．７５未満の場合、キャップ４０の嵌め込みに力を要するため、キャップ４０の気密性が安定せず、Ｄ１／Ｄ２が０．９５を超える場合、十分な気密性が得られない。

キャップ４０が取り付けられる第２のノズル２１の外側面は、膜収容部１０の側面に接続される円柱面３０と、円柱面３０に接続され、径方向外側に延びる第１のリング面３１と、第１のリング面３１に接続され、径が次第に小さくなる傾斜面３２と、傾斜面３２に接続され、径方向内側に延びる第２のリング面３３と、を有している。かかる構成の第２のノズル２１に対しキャップ４０の気密性が著しく向上する。

第２のノズル２１の円柱面３０及び傾斜面３２に対応するキャップ部分、つまりキャップ４０のキャップ円柱面５０及びキャップ傾斜面５２の外径寸法Ｄ３と内径寸法Ｄ１とは、１．８≦Ｄ３／Ｄ１≦４．０の関係を満たしている。これにより、キャップ４０のキャップ円柱面５０及びキャップ傾斜面５２は、十分な厚みを有している。このため、この部分においてキャップ４０が第２のノズル２１の外周面に強い力で押しつけられ、キャップ４０の気密性がさらに向上する。なお、Ｄ３／Ｄ１が１．８未満の場合、キャップ４０のキャップ円柱面５０及びキャップ傾斜面５２の厚みが十分でなく、キャップ４０の気密性が下がる。また、Ｄ３／Ｄ１が４．０を超える場合は、厚みに従って気密性が増大することはなく、もはや厚みを増す必要はない。

キャップ４０の内側面は、第２のノズル２１の円柱面３０に対向するキャップ円柱面５０と、第１のリング面３１に対向するキャップリング面５１と、傾斜面３２に対向するキャップ傾斜面５２を有し、キャップ円柱面５０とキャップリング面５１により角部５３が形成されている。これにより、キャップ４０と第２のノズル２１の間からガスが漏れることが一層抑制される。

キャップ４０は、第２のノズル２１内に差し込まれる内栓６０を有しているので、第２のノズル２１に対するキャップ４０の気密性がさらに向上する。

また、内栓６０の外周面６１とキャップ傾斜面５２が鋭角に接続されているので、図４に示すようにその間に挿入される第２のノズル２１に対するキャップ４０の押圧力が増し、キャップ４０の気密性をさらに向上している。

さらに、内栓６０の外周面６１とキャップ傾斜面５２のなす角度θ１は、第２のノズル２１の傾斜面３２と内側面３４のなす角度θ２よりも小さいので、キャップ４０を第２のノズル２１に嵌め込んだ際のキャップ傾斜面５２による傾斜面３２への圧力が増し、キャップ４０の気密性をさらに向上できる。

内栓６０は、先端に近づくにつれて次第に径が小さくなっているので、内栓６０を第２のノズル２１に差し込みやすくなり、また内栓６０の気密性も向上する。

内栓６０の外周面６１と先端面６２との接続部に丸み７３が形成されているので、内栓６０の差し込みやすさと、内栓６０の気密性をさらに向上できる。

以上の実施の形態におけるキャップ４０において、図５に示すように内栓６０の外周面に当該外周面から外側に突出する環状の突条部８０が形成されていてもよい。突状部８０は、一つ形成されていてもよいし、複数形成されていてもよい。突条部８０の高さは、突条部８０があるその位置の内栓６０の径の１％〜１５％が好ましい。かかる場合、図６に示すように内栓６０をノズル２１に差し込んだ際、内栓６０の気密性をさらに向上できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態では、第２のノズル２１に、ノズル形状に追従するキャップ４０を適用したが、第１のノズル２０のキャップに適用してもよいし、第２のノズル２１と第１のノズル２０の両方のキャップに適用してもよい。第１のノズル２０のキャップに適用する場合、第１のノズル２０の形状は、第２のノズル２１のように形成されていてもよい。また、キャップ４０が適用されるノズルは、２つの第２のノズル２１の一方だけであってもよいし、第１のノズル２０の一方だけであってもよい。さらに、第２及び第１のノズルの形状は、以上の実施の形態のものに限られず、他の形状のものであってもよい。また、キャップ４０の形状も、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たせばよく、ノズルの形状に応じて適宜選択できる。また、キャップ４０は、内栓６０を備えないものであってもよい。

以上の実施の形態の膜モジュール１は、試用品のものであったが、本発明は、分離膜を含まない空間の内容積が１００ｍＬ以下の他の小型膜モジュールに適用してもよい。

図７、図８に本実施の形態におけるキャップ４０の気密性に関する実験結果を示す。実験は、膜モジュール１に充填液を充填し、第２のノズル２１をキャップ４０で密閉した状態で、長期間充填液の残量を計測することで行った。なお、第１のノズル２０のキャップには、気密性の高いクイックツイスト式のキャップを用いた。また、比較例として、図９に示すように内周面の内径がほぼ一定の従来のキャップ１００を用いて同じ実験を行った。各実験は、複数のサンプルを用いて行った。ここで、キャップ４０とキャップ１００は、デュロメータを用いた試験（ＪＩＳ Ｋ ６２５３）で硬さが４０のシリコーンゴムを使用し、製造条件が同じものを使用した。

図７に示すようにキャップ４０は、従来のキャップ１００に比べて充填液の減る速度が遅くなる。充填液の残存量が当初の２／３になるまでに要する日数は、キャップ４０が平均４０４日であるのに対し、従来のキャップ１００は、平均３１３日であった。また、複数のサンプルの充填液減少速度の標準偏差は、キャップ４０が０．００２０ｇであり、従来のキャップ１００が０．０６８７ｇであった。よって、キャップ４０は、高い気密性を安定的に発揮できる。

本発明は、小型膜モジュールの使用期限を延ばす際に有用である。

１ 膜モジュール
１０ 膜収容部
２０ 第１のノズル
２１ 第２のノズル
４０ キャップ
Ａ 中空糸膜
Ｄ１ キャップの内径寸法
Ｄ２ 第２のノズルの外径寸法

Claims (10)

1. 小型膜モジュールであって、
   分離膜が長手方向に向けて収容される膜収容部と、
   前記膜収容部の長手方向の端面に接続され、前記分離膜の一次側に通じる第１のノズルと、
   前記膜収容部の側面に接続され、前記分離膜の二次側に通じる第２のノズルと、
   前記第１のノズルと前記第２のノズルの少なくとも一つのノズルに取り付け自在な伸縮性のキャップと、を有し、
   前記キャップが取り付けられる部分のノズル軸方向の全ての位置において、前記キャップの内側寸法Ｄ１と前記ノズルの外側寸法Ｄ２が、０．７５≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５の関係を満たしている、小型膜モジュール。
2. 前記キャップが取り付けられるノズルの外側面は、前記膜収容部の壁面に接続される円柱面と、当該円柱面に接続され、径方向外側に延びる第１のリング面と、前記第１のリング面に接続され、径が次第に小さくなる傾斜面と、前記傾斜面に接続され、径方向内側に延びる第２のリング面と、を有する、請求項１に記載の小型膜モジュール。
3. 前記ノズルの円柱面または／及び傾斜面に対応する部分のキャップの外径寸法Ｄ３と内径寸法Ｄ１とは、１．８≦Ｄ３／Ｄ１≦４．０の関係を満たしている、請求項２に記載の小型膜モジュール。
4. 前記キャップの内側面は、前記ノズルの円柱面に対向するキャップ円柱面と、前記第１のリング面に対向するキャップリング面と、前記傾斜面に対向するキャップ傾斜面を有し、
   前記キャップ円柱面と前記キャップリング面により角部が形成されている、請求項２又は３に記載の小型膜モジュール。
5. 前記キャップは、前記ノズル内に差し込まれる内栓を有する、請求項４に記載の小型膜モジュール。
6. 前記内栓の外周面と前記キャップ傾斜面が鋭角に接続されている、請求項５に記載の小型膜モジュール。
7. 前記内栓の外周面と前記キャップ傾斜面のなす角度は、前記ノズルの傾斜面と前記ノズルの内側面のなす角度よりも小さい、請求項６に記載の小型膜モジュール。
8. 前記内栓は、先端に近づくにつれて次第に径が小さくなっている、請求項５〜７のいずれかに記載の小型膜モジュール。
9. 前記内栓の外周面と先端面との接続部に丸みが形成されている、請求項５〜８のいずれかに記載の小型膜モジュール。
10. 前記内栓の外周面に、当該外周面から外側に突出する環状の突条部が形成されている、請求項５〜９のいずれかに記載の小型膜モジュール。

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