中空纤维膜模块的制作方法
【专利摘要】中空纤维膜模块（101）的壳体（30）配置为具有小径部（3B），小径部（3B）具有比面向壳体（30）的设置有喷嘴（8）的部分的整流筒（9）的内径小的内径，并且在中空纤维膜模块（101）的轴向方向上设置在比整流筒（9）的下端低的一侧；或者整流筒（9）配置为具有小径部（9G），小径部（9G）具有比面向壳体（30）的设置有喷嘴（8）的部分的整流筒（9）的内径小的内径，并且在中空纤维膜模块（101）的轴向方向上设置在比整流孔（10）的存在区域低的一侧。
【专利说明】
中空纤维膜模块
技术领域
[0001]本发明涉及一种在水处理、发酵工业、药品生产、食品工业等领域中使用的中空纤维膜模块。
【背景技术】
[0002]可以将作为涉及微生物或者待培养细胞的培养的物质生产方法的发酵方法大致分为:在每个发酵步骤中准备微生物或者待培养细胞及原始材料的分批发酵方法、以及将原始材料顺序地添加至微生物或者待培养细胞、从而维持发酵的连续发酵方法。
[0003]关于连续发酵方法，已经提出一种方法，在该方法中，通过分离膜来过滤发酵培养液以回收来自滤液的化学物质，并且同时，使包含微生物或者培养细胞的浓缩的发酵培养液回流以将发酵培养液中的微生物浓度或者培养细胞浓度保持得较高。
[0004]特别地对于分离膜，与迄今为止已经使用过的平板膜相比较，已经更多地采用使用能够有效增加膜面积的中空纤维膜的方法，并且通常在操作期间或者在操作一段预定时间之后，对膜进行清洁以恢复中空纤维膜的过滤性能，从而更有效地增加发酵生产效率更长一段时间。
[0005]在中空纤维膜模块中，对大量中空纤维膜进行了集束和固定，并且因此用树脂将中空纤维膜束的两端固定。在容纳中空纤维膜束的壳体的上侧面上，设置有上喷嘴以用于清洁液的循环或者排出。另外，在中空纤维膜束的上部周围，可以设置圆柱形整流筒，并且在整流筒的侧壁中，形成有与喷嘴连通的整流孔。
[0006]迄今为止，当期望通过将中空纤维膜束密集地装入壳体中来增加每个壳体容量的有效膜面积时，在壳体与整流筒之间形成的环形通道变狭窄，并且在这种情况下，当排出浓缩液体或者清洁液时，可能发生高压损失的现象。在这种情况下，必须增加过滤操作所需的驱动力和在清洁期间的清洁液供给压力，因此引起在过滤操作中成本增加的问题。
[0007]为了解决有关壳体、喷嘴和中空纤维膜的位置的问题，例如，如在专利文件I中所示，下述这样的锥形配置据说是有效的:在面向整流筒的部分中，壳体的内径越靠近其中心部分的区域变得越小。在专利文件2中，提出了一种用于在模块清洁之后有效排出气液混合物的配置。
[0008]专利文件1:日本特公平7-79953号公报。
[0009]专利文件2:日本特开2010-234200号公报。
[0010]专利文件3:国际公开第2008/035593号。
【发明内容】
[0011]鉴于生产中空纤维膜模块的可操作性并且鉴于中空纤维膜在模块清洁中的可清洁性，以经由树脂将其两端固定到壳体的这种方式来将中空纤维膜束设置在壳体内，同时使中空纤维膜束在壳体中保持松弛。“松弛”意思是从上树脂11的下端延伸到下树脂12的上端的中空纤维膜的长度比从上树脂11的下端到下树脂12的上端的位置直线距离L(参见图21)长。
[0012]作为过滤前的原液的发酵培养液以及清洁液体在通过在整流筒9上形成的整流孔10之后，流出至在整流筒周围的环形通道35，但是如图11和图12所示，经常产生如下现象:中空纤维膜I可能跟随待排出的滤液或清洁液的流动，从而堵塞整流孔10。同样地，也产生过滤操作中的操作驱动力的增加或者清洁液的供给压力的增加的问题。另外，当中空纤维膜I跟随以堵塞整流孔10时，还产生损坏中空纤维膜I本身的问题。
[0013]为了解决该问题，在整流筒的内壁上形成凹槽以防止整流筒被中空纤维膜堵塞，如在专利文件3中所示。然而，在发酵培养液或者清洁液以高流速流动的苛刻条件下使用时，可能发生如下风险:在中空纤维膜束的外周部处的中空纤维膜将与在整流筒的侧周表面上形成的凹槽接触，使得中空纤维膜被磨损和损坏。
[0014]进一步地，中空纤维膜束2跟随作为过滤前的原液的发酵培养液的流动，或者跟随待提升的清洁液的流动，从而增加中空纤维膜I的松弛，并且因此可能产生中空纤维膜I将堵塞整流孔10的又一风险。
[0015]本发明的目的是提供一种中空纤维膜模块，该中空纤维膜模块在以高流速将过滤前的原液引入中空纤维膜模块中并且使该原液在中空纤维膜模块中循环的情况下，或者在排出膜清洁液并且使该膜清洁液在中空纤维膜模块中循环的情况下，能够防止通过中空纤维膜到孔的粘贴而造成的压力损失的增加，并且能够防止中空纤维膜免受损坏。
[0016]解决问题的方式
为了解决上面提及的问题，本发明提供了以下技术(I)至(10)。
[0017](I)一种中空纤维膜模块，其包括:
中空纤维膜束，所述中空纤维膜束包括多个中空纤维膜；
第一集束固定部，在所述第一集束固定部处，在所述中空纤维膜束的至少第一端部保持打开的状态下，将所述中空纤维膜束集束并固定；
壳体，所述壳体在其更接近所述第一端部的侧表面上具有至少一个喷嘴，并且将所述中空纤维膜束容纳在所述壳体中；以及
整流筒，所述整流筒具有多个整流孔并且存在于所述第一集束固定部与所述壳体之间以将所述第一集束固定部与所述壳体之间液密地固定，
其中:
(i)所述壳体配置为具有小径部，所述小径部具有比面向所述壳体上的设置有所述喷嘴的部分的所述整流筒的内径小的内径，并且所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上设置在比所述整流筒的下端更低的一侧，或者
(ii)所述整流筒配置为具有小径部，所述小径部具有比面向所述壳体上的设置有所述喷嘴的部分的所述整流筒的内径小的内径，并且所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上设置在比所述整流孔更低的一侧。
[0018](2)根据权利要求(I)所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部和所述整流筒借助第一密封件液密地固定。
[0019](3)根据(I)或者(2)所述的中空纤维膜模块，其中，所述壳体和所述整流筒借助第二密封件液密地固定。
[0020](4)根据(I)所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部与所述整流筒、以及所述壳体与所述整流筒分别通过粘结而液密地固定。
[0021](5)根据(I)至(4)中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上的下端的最外径、以及所述第一集束固定部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上的下端处的中空纤维膜存在区域的最外径满足下式，在所述中空纤维膜存在区域中存在有所述中空纤维膜的至少所述第一端部:
Df < Du其中:
Df是在所述第一集束固定部的下端处的所述中空纤维膜存在区域的最外径，并且 Du是所述第一集束固定部的下端的最外径。
[0022](6)根据(I)至(5)中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，设置在所述壳体中或者所述整流筒中的所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上从上部中的侧表面逐渐变细以具有减小的直径。
[0023](7)根据(I)至(6)中任一项所述的中空纤维膜模块，其进一步包括:
第二集束固定部，所述第二集束固定部在其第二端部密封的状态下将所述中空纤维膜集束；
固定部，所述固定部相对于所述壳体可拆卸地固定所述第一集束固定部；
密封部，所述密封部将所述第一集束固定部与所述壳体之间液密地密封;以及保持部，所述保持部保持所述第二集束固定部，使得所述第二集束固定部相对于所述壳体是可拆卸的，并且使得液体能够通过所述第二集束固定部与所述壳体之间。
[0024](8)根据(I)至(6)中任一项所述的中空纤维膜模块，其进一步包括:
第二集束固定部，所述第二集束固定部在其第二端部密封的状态下将所述中空纤维膜集束；
第一固定部，所述第一固定部相对于所述壳体可拆卸地固定所述整流筒；
第一密封部，所述第一密封部将所述整流筒与所述壳体之间液密地密封；
第二固定部，所述第二固定部相对于所述整流筒可拆卸地固定所述第一集束固定部； 第二密封部，所述第二密封部将所述第一集束固定部与所述整流筒之间液密地密封；
以及
保持部，所述保持部保持所述第二集束固定部，使得所述第二集束固定部相对于所述壳体是可拆卸的，并且使得液体能够通过所述第二集束固定部与所述壳体之间。
[0025](9)根据(I)至(8)中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，存在有所述第一端部的所述中空纤维膜存在区域的最外径与所述整流筒的内表面之间的距离LI满足下式:
LI > 3 mm0
[0026](10)根据(I)至(9)中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，存在有所述第一端部的所述中空纤维膜存在区域的最外径与所述整流筒的内表面之间的距离L1、以及在设置有所述壳体的所述喷嘴的位置处的所述壳体的内表面与所述整流筒的外表面之间的距离L2满足下式:
10 > L2/L1 > 0.5。
[0027]本发明的优点
根据本发明的中空纤维膜模块，能够防止在高循环流速下的压力损失的增加，并且还能够防止通过中空纤维膜与在整流筒的内壁上形成的凹槽的接触而造成的对中空纤维膜的损坏。
【附图说明】
[0028][图1]图1是第一实施例的套筒式中空纤维膜模块的概略垂直截面视图。
[0029][图2]图2是第一实施例中的中空纤维膜套筒的概略垂直截面视图。
[0030][图3]图3是第一实施例中的壳体的概略垂直截面视图。
[0031][图4]图4是第一实施例中的整流筒的斜视图。
[0032][图5]图5是第一实施例中的整流筒的概略垂直截面视图。
[0033][图6]图6是第一实施例中的第一灌封部的概略垂直截面视图。
[0034][图7]图7是第一实施例中的横向流的循环路径图。
[0035][图8]图8是第一实施例中的滤液的流动路径图。
[0036][图9]图9是图8中的部分P的放大视图。
[0037][图10]图10是第一实施例的套筒式中空纤维膜模块的上部的概略垂直截面视图。
[0038][图11]图11是现有的套筒式中空纤维膜模块的上部的概略垂直截面视图。
[0039][图12]图12是现有的套筒式中空纤维膜模块的上部的概略垂直截面视图。
[0040][图13]图13是图10中的部分Q的放大视图。
[0041 ][图14]图14是另一实施例的壳体。
[0042][图15]图15是另一实施例的壳体。
[0043][图16]图16是另一实施例的壳体。
[0044][图17]图17是另一实施例的中空纤维膜模块。
[0045][图18]图18是另一实施例的中空纤维膜模块。
[0046][图19]图19是另一实施例的中空纤维膜模块。
[0047][图20]图20是示出了在中空纤维膜模块中的整流孔存在的范围内发生中空纤维膜的松弛的情况的概略垂直截面视图。
[0048][图21]图21是示出了中空纤维膜存在区域的最外径与整流筒的内表面之间的距离L1、在喷嘴设置在壳体的侧表面上的位置处的壳体的内表面与整流筒的外表面之间的距离L2、以及设置在壳体的侧表面上的喷嘴的内径L3的视图。
[0049][图22]图22是示出了在壳体的轴向方向上压缩密封件的结构的示例、并且示出了压缩在安装方向上彼此垂直的面的示例的概略垂直截面视图。
[0050][图23]图23是示出了在壳体的轴向方向上压缩密封件的结构的示例、并且示出了使按压密封件的整流筒的面倾斜的示例的概略垂直截面视图。
[0051][图24]图24是示出了在壳体的轴向方向上压缩密封件的结构的示例、并且示出了使按压密封件的第一集束固定部的面倾斜的示例的概略垂直截面视图。
[0052][图25]图25是示出了在壳体的轴向方向上压缩密封件的结构的示例、并且示出了使按压密封件的整流筒的面和第一集束固定部的面倾斜的示例的概略垂直截面视图。
[0053][图26]图26是密封部的放大截面视图，示出了设置在整流筒的内周表面上的凸部具有矩形形状的示例。
[0054][图27]图27是密封部的放大截面视图，示出了未在第一集束固定部中设置锥形部的示例。
[0055][图28]图28是第二实施例的套筒式中空纤维膜模块的第一集束固定部附近的概略垂直截面视图。
[0056][图29]图29是示出了第二实施例的中空纤维膜模块的视图，其中，整流筒和第一集束固定部彼此粘结在其中。
[0057][图30]图30是第三实施例的套筒式中空纤维膜模块的第一集束固定部附近的概略垂直截面视图。
[0058][图31]图31是阐释了在第三实施例的中空纤维膜模块中不存在整流筒的视图。
[0059][图32]图32是示出了通过在壳体主体的至少虚拟轴向方向上压缩第一密封件来将中空纤维膜套筒制作为具有可容易拆卸的密封结构的实施例的放大截面视图。
[0060][图33]图33是示出了改变容纳第一密封件的面相对于水平方向的倾斜度α和容纳第二密封件的面相对于水平方向的倾斜度的实施例的放大横截面视图。
[0061][图34]图34是第四实施例的套筒式中空纤维膜模块的概略垂直截面视图。
[0062][图35]图35是第四实施例的中空纤维膜模块的概略垂直截面视图。
[0063][图36]图36是图34的A-A线截面视图。
[0064][图37]图37是图34的套筒式中空纤维膜模块的保持部的侧视图。
[0065][图38]图38是图34的套筒式中空纤维膜模块的保持部附近的放大视图。
[0066][图39]图39是图34的套筒式中空纤维膜模块的保持部附近的放大视图。
[0067][图40]图40是图34的套筒式中空纤维膜模块的保持部附近的放大视图。
[0068][图41]图41是套筒式中空纤维膜模块的保持部附近的另一实施例的放大视图。
[0069][图42]图42是套筒式中空纤维膜模块的保持部附近的又一实施例的放大视图。
【具体实施方式】
[0070]下面基于附图详细阐释根据本发明的实施例的中空纤维膜模块。在本发明中，“上侦Γ和“下侧”是以附图所示的状态为基础的为了方便的原因而使用的术语;原水流入的一侧称为“下侧”方向，并且流出滤液的一侧称为“上侧”方向。通常，在使用期间的位置中的中空纤维膜模块的上侧方向和下侧方向与附图所示的上侧方向和下侧方向相同；然而，在使用时水平放置的模块的情况下，“上侧”与第一端部侧对应，并且“下端”和“下侧”各自指的是每个部件的另一端。
[0071](第一实施例)
参照附图来阐释本发明的第一实施例的中空纤维膜模块的配置。图1是本发明的实施例的套筒式中空纤维膜模块的概略垂直截面视图。此处以壳体能够与中空纤维膜束分离的套筒式为例进行描述;然而，本发明的实施例并不限于这种情况，还可能是其它任何情况，其中，第一集束固定部与整流筒、以及壳体与整流筒可以通过粘结而液密地固定。
[0072]在未通过粘结来固定整流筒的情况下，可以容易地重复使用整流筒，并且，另外，其不具有粘合面而由密封件保持，并且因此具有另一优点:没有在粘合面处剥离的风险。
[0073]该实施例的套筒式中空纤维膜模块101包括:壳体30(参见图3);整流筒9;中空纤维膜束2，在该中空纤维膜束2中，将多个中空纤维膜(参见图2)集束并容纳在整流筒9中；第一集束固定部U，该第一集束固定部11将中空纤维膜束2在保持其第一端部打开的状态下集束;第二集束固定部12，该第二集束固定部12将中空纤维膜束2在密封其第二端部的状态下集束;第一密封件15，该第一密封件15将壳体30与整流筒9之间液密地密封；以及第二密封件16，该第二密封件16将整流筒9与第一集束固定部11之间液密地密封。
[0074]〈模块结构〉
在图1中示出了套筒式中空纤维膜模块101的结构。
[0075]套筒式中空纤维膜模块101包括:壳体30、整流筒9、以及图2所示的容纳在整流筒9中的中空纤维膜套筒100。
[0076]〈壳体〉
参照图3描述壳体30。
[0077]壳体30包括:阶梯式、大体上圆柱形的壳体主体3，该壳体主体3具有多个直径；上盖4，该上盖4设置在壳体主体3的上端侧以覆盖开口；以及下盖5，该下盖5设置在壳体主体3的下端侧以从下侧覆盖开口。上盖4与壳体主体3、以及壳体主体3与下盖5分别通过垫圈和夹子(下文称为密封件)彼此液密地连接。
[0078]壳体主体3设计为具有多个直径，包括上部的大径部3A和下部的小径部3B。大径部3A和小径部3B配置为具有在壳体的纵向方向上的公共轴线，并且大径部3A的内周面和小径部3B的内周面彼此锥状地连接。
[0079]在大径部3A的侧表面上形成有原液流出口8(喷嘴)。在壳体主体3的上端处，设置有凸缘3C，并且在其下端处，设置有凸缘3D，两个凸缘都覆盖壳体主体3的整个圆周。
[0080]上盖4在其下部处具有凸缘4C，该凸缘4C具有与壳体主体3的上端的内径基本上相同的内径，并且具有与在壳体主体3的上端处的凸缘3C的横截面形状相同的横截面形状。上盖4的直径朝上端侧减小，从而在盖的上端处形成滤液流出口 7。在上盖4的下端侧的内周中，延伸遍及其整个圆周地形成有阶梯部4A。在阶梯部4A中，延伸遍及其整个圆周地形成有与壳体主体3的纵向方向的轴线垂直的平面4F。在组装中空纤维膜套筒100时，平面4F按压在第一集束固定部11的上端处的垫圈18(下面将描述)，如图1所示。
[0081 ]下盖5在其下部处具有凸缘该凸缘5D具有与壳体主体3的下端的内径基本上相同的内径，并且具有与在壳体主体3的下端处的凸缘3D的形状相同的形状。下盖5的直径朝下端侧减小，从而形成原液流入口 6。
[0082]〈整流筒〉
参照图4和图5描述整流筒9。
[0083]整流筒9具有圆柱形并且在侧周表面上具有多个整流孔10。在其上端处，设置有凸缘9C，并且将凸缘9C插入在壳体主体3的上端面与上盖4的下端面之间来安装。凸缘9C、壳体主体3的上端面和上盖4的下端面作为相对于壳体30(壳体主体3)可拆卸地固定整流筒9的第一固定部发挥功能。在安装之后，将整流筒9b的下端定位为比壳体主体3的原液流出口8低。在比中心靠上的上侧的外周侧表面中，设置有用于将第一密封件15(密封剂部件)嵌入其中的O形圈凹槽31。在比O形圈凹槽31靠下的下侧形成有整流孔10。在已经将第一密封件
15嵌入O形圈凹槽31中的情况下，将整流筒9插入壳体主体3中，由此壳体主体3的内周面和整流筒9的外周面被第一密封件15密封。遍及在比整流筒9的中心靠上的上侧的整个内周面，设置有具有大体上直角三角形的横截面形状的凸部9E。凸部9E的横截面具有大体上直角三角形的形状，具有两个侧边，其中，一个侧边与在壳体主体3的纵向方向上的轴线平行，并且另一个侧边延伸通过在壳体主体3的纵向方向上的轴线并且与在其纵向方向上的轴线垂直，并且还具有朝在壳体主体3的径向方向上的中心轴线向下倾斜的又一侧边。
[0084]只要设置在整流筒上的整流孔具有对在模块内的流动进行整流的效果，它们的形状就不会受到特别限制，并且可以优选使用圆形的、椭圆的、多边形的或者缝隙状的形状。这里可以将具有不同形状的孔结合在一起使用。
[0085]整流孔的配置也不会受到特别限制。可以将孔均匀地设置在整流筒的内表面上，或者在期望在壳体的侧表面上的喷嘴周围从模块排出的液体量很大的情况下，可以减少在壳体的侧表面上的喷嘴周围的整流孔的开口的数量。
[0086]〈套筒〉
如图2所示，中空纤维膜套筒100包括:中空纤维膜束2，该中空纤维膜束2包括多个中空纤维膜I;第一集束固定部11，该第一集束固定部11在中空纤维膜束2的上端侧将中空纤维膜束2粘结并固定；以及第二集束固定部12，该第二集束固定部12在中空纤维膜束2的下端侧将中空纤维膜束2粘结并固定。
[0087]〈第一集束固定部〉
参照图6描述第一集束固定部11。
[0088]在中空纤维膜束2的上端侧，通过使用树脂粘结并固定在组成中空纤维膜束2的多个中空纤维膜I之间的间隙，形成设置在中空纤维膜套筒100的上端侧的第一集束固定部U。在其上端处，在保持中空纤维膜I打开时，对中空纤维膜束2进行集束。第一集束固定部11呈阶梯状并且大体上柱状，并且在比第一集束固定部的中心低的侧表面上，延伸遍及其整周地设置有阶梯部He。如此设计为，比阶梯部IlE更靠上的部分的外径比阶梯部IlE更靠下的部分的外径大。
[0089]中空纤维膜束2形成为位于更靠近在第一集束固定部11的径向方向上的中心。使中空纤维膜束2所在的区域32的最外径Df比第一集束固定部11的最外径Du小，并且比第一集束固定部11的下侧小径部的外径Dd小。因此，能够使在第一集束固定部11的下端处的中空纤维膜束2存在的区域等于或者小于第一集束固定部11的下侧小径部的外径Dd，并且因此能够增强防止中空纤维膜束2粘贴到整流孔10的效果。在注入用于形成第一集束固定部的框架中的树脂的控制下，将中空纤维膜束2定位在中心位置，但是也可以采用通过将中空纤维膜束2用可拆卸带粘结来使它们聚集在中心的方法。
[0090]根据下面所提及的方法来形成第一集束固定部，在该第一集束固定部中，中空纤维膜束2在具有开口端的同时用树脂粘结并固定。在已经使用少量树脂密封中空纤维膜束2中的中空部之后，将中空纤维膜束2设置在框架中，并且将形成第一集束固定部11的树脂浇注至其中以粘结并集束中空纤维膜I。于是集束，将中空纤维膜束2和在其周围形成的框架形树脂从框架中取出，并且连同树脂一起切割密封的中空纤维膜束2的尖端以形成第一集束固定部。
[0091]〈第二集束固定部〉
如图1和图2所示，在壳体主体3的下侧的原液流入口 6的一侧，设置有作为中空纤维膜套筒100的下端的第二集束固定部12。通过将树脂引入到第二集束固定部箱13中并且掩埋各自由大量中空纤维膜I形成的中空纤维膜束2的第二端部，同时关闭中空纤维膜I的中空部33(参见图8和图9)，来形成第二集束固定部12。第二集束固定部箱13具有圆柱形状，该圆柱形状具有作为其下部的底部，并且设计为，其外径比壳体主体3的内径小。第二集束固定部12具有多个通孔14，该多个通孔14与中空纤维膜束2基本上平行并且穿过第二集束固定部箱13并且穿过填充在其内部的树脂。
[0092]〈横向流〉
本发明的套筒式中空纤维膜模块101也可以用于横向流过滤操作。参照图7描述在本实施例中的横向流的流动模式(循环路径)。
[0093]在横向流中，过滤之前的原液通过在壳体主体3的下侧的原液流入口6，然后穿过第二集束固定部12的通孔14和在第二集束固定部12与壳体主体3之间的空间中的任何一个，并且进入中空纤维膜的过滤部110。过滤部110指存在于第二集束固定部12的上端上方的上部中并且存在于第一集束固定部11下方的下部中的空间。原液在过滤部110中穿过中空纤维膜束2的一侧，并且在第一集束固定部11下方，其从整流筒9的内周侧穿过设置在整流筒9的侧表面上的整流孔10，并且流出至整流筒9的外周侧，或者穿过整流筒9的下端与壳体主体3之间的空间。随后，液体朝原液流出口 8流过整流筒9的外周与壳体主体3的内周之间的环形通道35，并且经由原液流出口 8流出套筒式中空纤维膜模块101。已经经由原液流出口8流出的原液经由连接至管线的栗等再次从原液流入口 6流进壳体主体3中。使原液以上述方式与膜表面平行地流动的过滤系统称为横向流过滤，并且其流动称为横向流。在这种情况下，原液在与其平行的膜表面上流动并且因此将附着到膜表面的悬浮物质用原液的流动隔开并且将其排出套筒式中空纤维膜模块101，并且因此，系统有效地防止原液中的悬浮物质和其它物质沉积在膜表面上。
[0094]〈滤液的流动〉
参照图8和图9描述该实施例中的滤液的流动。
[0095]将已经进入过滤部110的原液分为:“浓缩液”，该“浓缩液”已经穿过中空纤维膜束2的一侧；以及“滤液”，该“滤液”在外部压力的作用下被引入到构成中空纤维膜束2的中空纤维膜I中的中空部33中时已经被过滤。如在图8和图9中的箭头所示，滤液朝上流过中空纤维膜I中的中空部33，然后穿过第一集束固定部11的内部，并且经由在第一集束固定部11的上端处打开的中空纤维膜I的开口进入储液部34。储液部34是由第一集束固定部11的上端和上盖4的内表面围成的空间，并且已经流进储液部34中的滤液然后经由在上盖4的上端处的滤液流出口 7从套筒式中空纤维膜模块1I流出。
[0096]〈组装套筒式中空纤维膜模块的方法〉
从壳体主体3的上端的开口，将整流筒9(图4、图5)设置在壳体主体3内(图3)，并且从整流筒9的上端的开口，插入中空纤维膜套筒100。此时，将第一密封件15保持安装至整流筒9，并且将第二密封件16和垫圈18保持安装至第一集束固定部U。将位于插入的中空纤维膜套筒100的下端上的第二集束固定部箱13与下盖5卡合，并且经由密封件将在壳体主体3的下端上的凸缘3D和下盖5的凸缘5D夹紧并且因此将其密封。由于将中空纤维膜束2保持松弛，所以中空纤维膜套筒100的下端从壳体主体3的下端突出，这因此带来提高安装下盖5的可工作性的优点。在下盖5已经通过密封而固定之后，经由密封件将在壳体主体3的上端上的凸缘3C和上盖4的凸缘4C夹紧并且因此将其密封。此时，在壳体主体3与整流筒9之间压缩第一密封件15，并且同时在整流筒9与第一集束固定部11之间压缩第二密封件16。通过夹紧，同时对壳体主体3与整流筒9以及整流筒9与第一集束固定部11进行密封，并且因此完成组装套筒式中空纤维膜模块101。
[0097]〈套筒式中空纤维膜模块的组装状态〉
根据上面提及的组装方法，将整流筒9设置在壳体主体3内。壳体主体3在其上侧具有大径部3A并且在大径部3A下方具有小径部3B，其中，大径部3A和小径部3B在壳体主体3的纵向方向上是同轴的，并且优选地，大径部3A和小径部3B经由锥形侧表面而连接。整流筒9设置为容纳在比大径部3A和小径部3B的锥形连接部靠上的区域中，并且在整流筒9下方，定位有壳体主体3的小径部3B。在压力下将整流筒9的凸缘9C夹在并且固定在壳体主体3的凸缘3C与上盖4的下端处的凸缘4C之间。
[0098]在图10所示的该实施例中，小径部3B的内径Di比在整流孔所在的部分中的整流筒9的内径Dl小，并且与中空纤维膜束2所在的区域32的外径Df基本上相同。
[0099]如关于【背景技术】而描述的，经由第一集束固定部11和第二集束固定部12将中空纤维膜束2在保持松弛的同时安装在壳体主体3中。
[0100]松弛的中空纤维膜I容易跟随原液的流动而堵塞整流孔10，从而导致原液的横向流的压力损失的增加以及在过滤操作中用于栗和其它的驱动力的增加。另外，可能存在另一问题:可能将中空纤维膜I按压抵靠在整流孔10的边沿上，从而将其损坏。
[0101]在本发明中的套筒式中空纤维膜模块101中，将中空纤维膜束2定位在上侧的第一集束固定部11的中心处，并且因此，如图10所示，能够在中空纤维膜I所在的区域32的外径Df与整流筒9的内壁之间设置空间，并且，结果，能够防止整流孔10被中空纤维膜I堵塞。当在设置有喷嘴8的部分中的壳体主体3的内径(即，大径部3A的内径Do)、在设置有喷嘴8的部分中的整流筒9的内径(S卩，在整流孔所在的范围中的整流筒的内径D1)、以及小径部3B的内径Di满足Di < Dl < Do的关系时，能够避免整流孔10被中空纤维膜I堵塞。
[0102]具体地，期望中空纤维膜I所在的区域32的外径Df与整流筒9的内壁之间的空间比中空纤维膜I的松弛长度大，以确实地防止整流孔10被中空纤维膜I堵塞。具体地，期望整流筒9的内径D1、中空纤维膜I所在的区域32的外径Df、从第一集束固定部11的下端到第二集束固定部12的上端的直线距离L、以及从第一集束固定部11的下端到第二集束固定部12的上端的中空纤维膜I的平均长度Lm之间的关系满足Dl-Df>(Lm-L)/2。发现上述关系式是对与本实施例的结构相似的其它结构进行的刻苦调查的结果。作为更加优选的结构，整流筒9的内径D1、中空纤维膜I所在的区域32的外径Df、从第一集束固定部11的下端到第二集束固定部12的上端的直线距离L、以及从第一集束固定部11的下端到第二集束固定部12的上端的中空纤维膜I的平均距离Lm之间的关系满足Dl-Df > Lm-L。这是因为满足上面提及的关系式的结构能够确实地满足如下关系:即使当中空纤维膜I的松弛仅在整流孔10所在的范围中不规则并且通过整流孔10将膜局部地往下吸时，仍然能够防止中空纤维膜I与整流筒9的内壁接触，如图20所示。
[0103]进一步地，在套筒式中空纤维膜模块101中，将壳体主体3的小径部3B的内径Di和中空纤维膜I所在的区域32的外径Df做成与第二集束固定部箱13的大小基本上相同。该配置有效地使下述区域最小化，在该区域中，在能够将具有固定到其下侧的第二集束固定部箱13的中空纤维膜套筒100从在壳体主体3的上端上的开口插入到在其下端上的开口的范围内，中空纤维膜I可以跟随液体流动。进一步地，在该配置中，通过整流筒9的上侧和整流筒9的下侧，并且也通过第二集束固定部箱13，来约束中空纤维膜2，并且因此保持中空纤维膜束2的最外径，并且因此，与壳体主体3仅仅具有大径部3A并且其内径因此是恒定的现有的配置(图11)相比，提高了对于在该实施例中的中空纤维膜束2的外径约束效果，并且可以更加有效地防止中空纤维膜I跟随原液流动。另一方面，众所周知，在壳体主体3仅仅具有小径部3B并且其内径是恒定的、而使得壳体主体3的内表面与整流筒9的外表面之间的环形通道35很小的情况的【背景技术】中，如图12所示，在环形通道35中的横向流的压力损失增加，并且从而过滤性能降低，并且因此该情况是不利的。
[0104]在整流筒9具有多级结构并且因此具有不同的内径的情况下，整流筒9的内径指在第一集束固定部11下方的部分中的最小内径。
[0105]大径部3A和小径部3B彼此锥状地连接，例如，这因此对下述情况是有效的:例如，使由过滤部110的蒸汽杀菌而产生的蒸汽流在不保持保留在壳体主体3中的情况下向下流动。
[0106]不需要将大径部3A和小径部3B—体成形，但是可以根据操作或者工作方法将其适当地分为不同的部件，因此，能够增强壳体主体3的生产效率以及套筒式中空纤维膜模块101的可操作性。
[0107]〈密封部的组装状态〉
参照图13描述使用第一密封件15和第二密封件16进行的密封。
[0108]首先，将整流筒9从壳体主体3的上侧插入到壳体主体3中，并且安装在其中。保持设置在整流筒9的下侧外周处的凹槽中的第一密封件15与壳体主体3的内周侧表面接触并且与整流筒9的外周侧表面接触，以便从而密封壳体主体3和整流筒9。第一密封件15作为将整流筒9和壳体30(壳体主体3)液密地密封的第一密封部发挥功能。
[0109]其次，将第二密封件16安装在中空纤维膜套筒100的第一集束固定部11的阶梯部IlE下方，并且将这种中空纤维膜套筒100从固定到壳体主体3的整流筒9的上开口插入。当从上方插入中空纤维膜套筒100时，保持应用于第一集束固定部11的第二密封件16与贯穿整流筒9的整个内周地设置的凸部9E接触，并且因此在轴向方向上(在图1中的垂直方向上)将第二密封件16压缩抵靠在壳体主体3上，从而密封整流筒9和第一集束固定部11 ο第二密封件16作为将第一集束固定部11和整流筒9液密地密封的第二密封部发挥功能。第一集束固定部11的阶梯部IIE和整流筒9的凸部9E作为第二固定部发挥功能，该第二固定部相对于整流筒9可拆卸地固定第一集束固定部11。
[0110]可以如该实施例这样通过在壳体30的径向方向上(在图1中的水平方向上)挤压第一密封件15( S卩，在壳体30的径向方向上压缩第一密封件15的情况下)来密封壳体主体3和整流筒9，或者可以通过在壳体30的轴向方向上(在图1中的垂直方向上)挤压密封件(S卩，在壳体30的轴线方向上至少压缩第一密封件15的情况下)来密封该壳体主体3和该整流筒9。只要能够通过任何装置对壳体主体3与整流筒9进行密封，第一密封件15的挤压方向和挤压机构就不限于上面所提及的方向和机构。只要能够通过相关部件的卡合来密封它们，第一密封件15就不一定是必要的。同样地，也可以如该实施例这样通过在整流筒9(或者壳体30)的轴向方向上挤压第二密封件16( S卩，在壳体30的轴向方向上至少压缩第二密封件16的情况下)来密封整流筒9和第一集束固定部11，或者也可以通过在整流筒9(或者壳体30)的径向方向上挤压第二密封件16(8卩，在壳体30的径向方向上压缩第二密封件16的情况下)来密封该整流筒9和该第一集束固定部11。只要能够对整流筒9与第一集束固定部11之间进行密封，第二密封件16的挤压方向和挤压机构就不限于上面所提及的方向和机构。另外，当可以将第一集束固定部粘结至整流筒9的内面时，或者当可以通过相关部件的卡合来密封该第一集束固定部和该整流筒时，第二密封件16不一定是必要的。
[0111]在套筒式中空纤维膜模块101中，通过使中空纤维膜套筒100在壳体主体3的虚拟轴向方向上移动，来将中空纤维膜套筒100附接至整流筒(圆柱形箱)9或者从该整流筒(圆柱形箱)9卸下。该示例采用下述配置:在壳体主体3的径向方向上压缩壳体主体3与整流筒9之间的第一密封件15，并且至少在壳体主体3的轴向方向上压缩整流筒9与第一集束固定部11之间的第二密封件16。因此，在将中空纤维膜套筒100在壳体主体3的轴向方向上抽出的操作中，第二密封件16基本上不接收滑动阻力，并且能够不费力地单独取出中空纤维膜套筒100。这是因为，在将中空纤维膜套筒100在壳体主体3的虚拟轴向方向上抽出时，壳体主体3与整流筒9之间的第一密封件15接收作为放置在壳体主体3与整流筒9之间的第一密封件15的滑动阻力的摩擦力，并且因此，整流筒9难以相对于壳体主体3移动，同时另一方面，整流筒9与第一集束固定部11之间的第二密封件16接收相对小的摩擦力。
[0112]在本发明中，“在壳体的径向方向上压缩”密封件(诸如，第一密封件15和第二密封件16)的现象意思是将密封件按压抵靠在中心是壳体30的虚拟轴线的圆筒的面上，并且沿圆筒的周向表面压缩并且固定至该圆筒。在壳体的轴向方向上压缩”密封件的现象意思是指除了上面提及的仅在壳体的径向方向上压缩密封件的结构之外的其它任何结构。具体地，其意思是当圆柱箱(诸如，中空纤维膜套管100和整流筒9)安装在壳体主体3中时、至少在安装方向上压缩密封件的结构，并且包括有关第二密封件16的图22至图25的情况。例如，如图22所示，该现象可以包括压缩与安装方向垂直的面。同样，如图23所示，容纳第二密封件16的整流筒9的面可以是倾斜面。同样，如图24所示，也可以是，容纳第二密封件16的整流筒9的面是平行面，并且按压抵靠第二密封件16的第一集束固定部11的面是倾斜面。同样，如图25所示，按压抵靠第二密封件16的第一集束固定部11的面和容纳第二密封件16的整流筒9的面可以都是倾斜面，并且两个倾斜面的倾斜度可以是相同的或者不同的。当壳体30具有多个轴线时，认为壳体主体3的虚拟轴线是壳体30的虚拟轴线。这种情况也将应用于第一密封件15。
[0113]在该实施例中，如图13所示，具有大体上三角形的横截面的凸部9E在整流筒9的内周面上方贯穿整周而设置，其中，凸部9E的横截面是具有约30度的锐角的大体上直角三角形(与图23对应)，该大体上直角三角形具有两个侧边;一个侧边是与壳体主体3的纵向方向的轴线平行的El，并且另一个侧边是与壳体主体3的纵向方向的轴线垂直的E2。由于凸部具有朝壳体主体3的中心轴线的一侧向下倾斜的这种三角形横截面，因此在蒸汽杀菌中产生的蒸汽流可以在凸部9E的三角形横截面上向下流动，从而防止产生蒸汽流所引起的温度上升很慢的区域。防止蒸汽流的停滞可以提供容易地增加套筒式中空纤维膜模块101的内部温度的效果。
[0114]至少在壳体30的虚拟轴向方向上压缩整流筒9与第一集束固定部11之间的第二密封件16的结构能够实现该实施例的目标，并且因此，如图26所示，待设置在整流筒9的内周面上的凸部9E可以具有的水平的矩形形状(与图22对应)。另外，凸部9E的横截面并不限于大体上直角三角形形状或者矩形形状，还可以包括其它任何形状，诸如，多边形形状(诸如，梯形形状)、半圆形形状、扇形形状，在这些形状上，蒸汽流可以在不停留的情况下不费力地向下流动。具体地，在大体上直角三角形形状和梯形形状中，容纳密封件的面是平坦的并且其可密封性很好，并且进一步地，梯形形状是更优选的，因为凸部9E能够容易地保证其抵抗在壳体主体3的垂直方向上的力的强度。
[0115]迄今为止，一般而言，为了维持中空纤维膜模块的膜过滤性能，在操作一段预定时间之后，定期地清洁中空纤维膜模块。另外，在膜清洁之后，再次对模块消毒以防止污染，从而维持发酵生产效率。由于这种情形，现有的套筒式中空纤维膜模块的主流是具有下述结构，在该结构中，使用灌封剂来粘结中空纤维膜与壳体、或者中空纤维膜与整流筒(圆柱箱)。
[0116]该实施例的套筒式中空纤维膜模块101设计为使用第一密封件15来密封壳体主体3和整流筒9，并且不使密封整流筒9和第一集束固定部11粘结，而使用第二密封件16来密封整流筒9和第一集束固定部11 ο即使当在苛刻条件下使用时，由于具有无粘结的密封结构，所以该实施例的模块也不被构成部件的任何分离影响，在该苛刻条件下，由于整流筒9和第一集束固定部11的不同材料之间的重复的热膨胀和收缩，在现有的配置中的整流筒9与第一集束固定部11之间的粘结部可能会彼此分离。具体地，构成部件的大小设置为，第一密封件15和第二密封件16能在室温下或者在热膨胀下有效地密封任何形状的部件。即使当重复热膨胀和收缩时，也能够防止第一集束固定部11与整流筒9分离，并且因此，该配置有效地防止原水渗漏和难清洁的间隙形成。另外，由于整流筒9和第一集束固定部11不是像平常一样通过粘结而固定，所以本发明的配置具有另一优点:即使当更换中空纤维膜套筒100时，也可以再利用整流筒9。
[0117]套筒式中空纤维膜模块101设计为:在组装套筒式中空纤维膜模块101时，使设置在整流筒9的内周面上的凸部9E和第一集束固定部11的锥形部IIB具有基本上相同的高度，如图13所示。在这种情况下，与在图27中省略了锥形部IlB的情况相比较，凸部9E与第一集束固定部11之间的空间A能够设得很大，并且因此，在这种情况下，在高温杀菌期间，例如，蒸汽杀菌中的蒸汽或者热水杀菌中的热水能够容易地到达第二密封件16，从而增强杀菌效率。同样地，由于凸部9E与第一集束固定部11之间的空间A能够设得很大，所以能够容易地排出操作期间的原液或者杀菌后的蒸汽流，从而防止由于剩余的原液或者蒸汽流而导致的任何不足的加热，即，该情况下的配置确保了高杀菌效率。
[0118]〈用于壳体的密封方法〉
可以根据下述方法来实现上盖4与壳体主体3以及壳体主体3与下盖5的密封:在保持密封件19夹在其间(如图1所示)时、从连接部的外部来夹紧这两个部件的方法，或者用多个螺栓来夹紧凸缘的方法。具体地，在套筒式中空纤维膜模块101的服务周期很短的情况下，优选的是以简化的方式来可拆卸地夹紧部件的方法。另一方面，在高压下操作的情况下或者在需要频繁更换中空纤维膜套筒的长期操作的情况下，由于夹紧的部件将很难松弛，所以优选的是使用多个螺栓来夹紧部件的方法。不管怎样，在该配置中，中空纤维膜套筒100相对于壳体是可拆卸的，并且可以如图14所示那样将壳体主体3构造成一体化部件，其中，将上盖4和下盖5中的任何一个焊接至壳体主体3。同样，可以使用不具有壳体主体3的配置，其中，上盖4和下盖5都具有图15所示的圆柱形式。
[0119]〈用于储液部的密封方法〉
在第一集束固定部11的上端面上形成垫圈凹槽17，并且以与垫圈凹槽17内卡合的模式来安装用于密封储液部的垫圈18。在比中空纤维膜I所在的区域32更靠外的外周周围设置垫圈凹槽17，并且将垫圈凹槽17的内径定义为等于上盖4的平面4F(参见图3)的内径。在如图3所示那样夹紧上盖4的凸缘4C和壳体主体3的凸缘3C时，通过上盖4的平面4F压缩垫圈18并且从而将储液部34密封。由于在比中空纤维膜I所在的区域32更靠外的外周周围设置垫圈凹槽17的内径，所以中空纤维膜束2的开口的第一端部都被设置为比垫圈凹槽17更靠内部，并且该配置因此具有能够有效地使用所有中空纤维膜I的优点。
[0120]〈中空纤维膜〉
本发明的套筒式中空纤维膜模块101采用中空纤维膜作为分离膜。一般而言，中空纤维膜是有利的，因为膜具有比平板膜大的比表面积，并且每个时间段能够利用其而过滤的液体量很大。关于中空纤维膜的结构，存在例如具有处处相等的孔径的对称膜、孔径在膜厚度方向上变化的非对称膜、以及包括用于保持强度的支撑层以及用于分离目标物质的分离功能层的复合膜。
[0121]可以根据待分离物质来适当地选择中空纤维膜的平均孔径。在膜用于分离微生物(诸如，细菌和真菌)或者动物细胞的情况下，中空纤维膜的平均孔径优选为10 nm至220nm。在其平均孔径比10 nm小的情况下，膜的透水性太低。在其平均孔径超过220 nm的情况下，存在微生物等可能泄露的问题。本发明中的术语“平均孔径”意思是具有最小孔径的致密层的孔径。
[0122]分离膜的材料并不会受到具体限制。例如，分离膜可以包括:氟树脂，诸如，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、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，诸如，醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素;聚砜基树脂，诸如，聚砜和聚醚砜;或者诸如聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚丙烯的树脂。具体地，包括氟树脂和聚砜基树脂的分离膜的耐热性、物理强度和化学耐久性很高，并且因此适合用于套筒式中空纤维膜模块。
[0123]除了氟树脂和聚砜基树脂之外，中空纤维膜可以包含亲水性树脂。使用亲水性树月旨，可以使分离膜具有增强的亲水性和改进的透水性。亲水性树脂可以是能够将亲水性分给分离膜的任何树脂，并且不限于特定化合物。例如，适合使用纤维素酯、脂肪酸乙烯酯、乙烯吡咯烷酮、环氧乙烷、氧化丙烯、聚异丁烯酸酯基树脂、聚丙烯酸酯基树脂等。
[0124]当生产中空纤维膜套筒时，将中空纤维膜包装进端盖中，向端盖中注入树脂来固定它们。注入和固定操作被称为灌封，并且用于灌封的树脂被称为灌封材料。在灌封之前，从有关处理和附着的问题的角度来看，预先干燥中空纤维膜。然而，许多种中空纤维膜具有如下问题:膜在干燥时收缩而透水性降低。因此，使用经过在甘油水溶液中浸泡并且然后干燥的中空纤维膜。在对已经在甘油水溶液中浸泡过的中空纤维膜进行干燥的情况下，因为甘油停留在孔中，所以能够防止膜在干燥时收缩。可以通过在其后借助溶剂(诸如，乙醇)进行浸泡处理来使膜恢复透水性。
[0125]在使用蒸汽杀菌之后，套筒式中空纤维膜模块就能够使用。然而，根据其材料，一些中空纤维膜可能在蒸汽杀菌时收缩。因此，存在如下问题:在模块生产之后进行蒸汽杀菌的情况下，由于中空纤维膜收缩或者由于其与灌封树脂的分离，中空纤维膜可能破裂。因此，期望中空纤维膜预先经过蒸汽处理以使膜收缩，并且在其后用于模块生产。用于收缩的预处理温度优选地比实际蒸汽杀菌温度高。
[0126]上面提及的中空纤维膜能够应用于通过在膜外部施加压力来实现过滤的外压式中空纤维膜模块、以及通过在膜内部施加压力来实现过滤的内压式中空纤维膜模块中的任何一种。在该实施例中，优选的是外压式中空纤维膜。
[0127]〈壳体和整流筒的材料〉
只要材料满足耐热性、化学耐久性等，待用于套筒式中空纤维膜模块的壳体的材料就不会受到具体限制。其示例包括:聚砜基树脂、氟树脂(诸如，聚四氟乙烯和全氟烷氧基醚氟树脂)、聚碳酸酯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯硫醚、聚醚酮、不锈钢、以及铝。同时，用于套筒式中空纤维膜模块的整流筒和第二集束固定部箱13的材料并不受到具体限制，并且可以选自例如与壳体的材料相同的材料。
[0128]〈集束固定部的材料〉
只要材料满足与粘合件的粘合强度、耐热性、化学耐久性等，形成套筒式中空纤维膜模块101的第一集束固定部11和第二集束固定部12的灌封树脂的类型并不受到具体限制。例如，可使用环氧树脂和聚氨基甲酸乙酯树脂。大部分环氧树脂和聚氨基甲酸乙酯树脂在与中空纤维膜的粘合度、耐热性和化学耐久性方面是极好的，并且适合用作用于集束和固定本实施例的套筒式中空纤维膜模块中的中空纤维膜的灌封树脂。
[0129]〈密封件〉
只要材料满足耐热性、化学耐久性等，密封件(诸如，用于套筒式中空纤维膜模块的O形圈和垫圈)的材料就不会受到具体限制。例如，可使用氟橡胶、硅橡胶、乙烯/丙烯/ 二烯橡胶(EI3DM)等。
[0130]具体地，由于O形圈用于第一密封件15和第二密封件16，因此其挤压率通常优选为8%以上以及30%以下。
[0131 ]在该实施例中，第一集束固定部11并不是直接粘结至整流筒(圆柱形箱)9，而是使用第一密封件15来密封，如图1所示。因此，本实施例没有了现有的套筒式中空纤维膜模块的问题，在现有的套筒式中空纤维膜模块中，整流筒9由于热处理而从第一集束固定部11剥落，以产生原水朝滤液侧的渗漏和污染。众所周知，在蒸汽杀菌期间、在过滤发酵培养液等的连续操作期间或者在清洁期间，第一集束固定部11根据操作温度经历重复的膨胀和收缩。同样地，整流筒9和壳体主体3也根据操作温度经历重复的膨胀和收缩。对壳体主体3与整流筒9之间进行密封的第一密封件15以及对整流筒9与第一集束固定部11之间进行密封的第二密封件16优选地设计为，其挤压率在用于套筒式中空纤维膜模块101的整个操作温度范围内在8%以上和30%以下。由于相同的原因，壳体主体3、整流筒9和第一集束固定部11之间的线性膨胀系数的差异优选为更小，并且例如，期望壳体主体3和整流筒9由相同的材料制成。即使在难以使用相同的材料生产多个部件(诸如，密封在一起的整流筒9和第一集束固定部11)的情况下，第一密封件15和第二密封件16的线直径优选为更大，从而使得与8%至30%的挤压率的范围对应的O形圈挤压量(单位:mm等)的绝对值的范围很大。然而，当O形圈的线直径很大时，能够提高密封性能，但是面向利用其而密封的多个部件的表面的面积增加，并且因此摩擦力可能增加，而带来在组装和拆卸中使可操作性恶化的风险。
[0132]〈使用套筒式中空纤维膜模块的过滤方法〉
在该实施例中，采用横向流过滤，但是也可以采用完全过滤原液的死端过滤。该实施例的优点在于:其能够通过关闭原液流出口8来应用完全过滤原液的死端过滤。另外，通过从原液流入口 6引入空气以用于空气洗涤，能够通过摇动来清洁中空纤维膜，并且中空纤维膜套筒的再生效率很好。在这种情况下，通过原液流出口 8排出引入的空气。进一步地，可以从滤液流出口 7供给反压清洗液，从而使液体从中空纤维膜内部流过外部，以进行中空纤维膜的反压洗涤。
[0133]〈用于套筒式中空纤维膜模块的蒸汽杀菌方法〉
在将套筒式中空纤维膜模块用于诸如发酵的应用的情况下，蒸汽杀菌是必要的。为了排出在蒸汽杀菌期间产生的蒸汽流，一般而言，从管道的上方向朝下方向施加蒸汽。在套筒式中空纤维膜模块101的原水侧的区域经历蒸汽杀菌的情况下，可以从原液流出口 8供给蒸汽并且可以从原液流入口 6排出蒸汽流。在套筒式中空纤维膜模块101的滤液侧的区域经历蒸汽杀菌的情况下，可以从滤液流出口 7供给蒸汽，或者可以从原液流出口 8供给蒸汽，并且然后使蒸汽穿过中空纤维膜I，使得能够将蒸汽施加至模块的滤液侧。从原液流入口6排出产生的蒸汽流。此时，在第二集束固定部中形成的通孔14也起着蒸汽流排出口的作用。
[0134](第二实施例)
参照图28和图29阐释根据本发明的第二实施例的套筒式中空纤维膜模块1lB的配置。
[0135]图28是第二实施例的套筒式中空纤维膜模块1lB的第一集束固定部11附近的概略垂直截面视图。与第一实施例中的套筒式中空纤维膜模块不同，在该配置中，整流筒(圆柱形箱)9B的内周和第一集束固定部11的外周是通过粘结而固定的。同样，与第一实施例中的套筒式中空纤维膜模块不同，该模块能够用于不会产生任何过度的剥离而在原液侧和滤液侧提供泄露的范围内的使用环境中，诸如，热水杀菌或者气体杀菌。除非在下文中另有具体体现，与第一实施例的套筒式中空纤维膜模块101的配置相同的配置能够应用于套筒式中空纤维膜模块1lB的配置。在这里为具有与在第一实施例中描述的部件的功能相同的功能的部件给定相同的附图标记，并且省略对它们的描述。
[0136]在第二实施例中，整流筒9B和第一集束固定部11粘结在一起，并且因此，中空纤维膜套筒100B(图29)包括整流筒9B。因此，在具有可拆卸的中空纤维膜套筒100B的最外部的整流筒9B与作为壳体的壳体主体3之间，至少在壳体主体3的轴向方向上压缩密封件36。在壳体主体3的径向方向上压缩密封件36的配置中，在附着或者脱离中空纤维膜套筒100B时可能产生滑动摩擦阻力，但是在该实施例中，由于在壳体主体3的虚拟轴向方向上压缩密封件，所以在附着或者脱离中空纤维膜套筒100B时产生的滑动摩擦阻力很小，并且该实施例因此具有容易操作的优点。在这种情况下，当容纳密封件36的面倾斜时，能够增强蒸汽流可排出性。
[0137](第三实施例)
参照图30和图31阐释根据本发明的第三实施例的套筒式中空纤维膜模块1lC的配置。
[0138]图30是第三实施例的套筒式中空纤维膜模块1lC的第一集束固定部IlC附近的概略垂直截面视图。与第一实施例中的套筒式中空纤维膜模块不同，该配置不具有整流筒9。除非在下文中另有特别体现，与第一实施例的套筒式中空纤维膜模块101的配置相同的配置能够应用于套筒式中空纤维膜模块1lC的配置。在这里为具有与在第一实施例中描述的部件的功能相同的功能的部件给定相同的附图标记，并且省略对它们的描述。
[0139]第三实施例的套筒式中空纤维膜模块1lC具有与第一实施例的模块101的配置基本上相同的配置，除了前者不具有整流筒9。因此，在具有可拆卸的中空纤维膜套筒100C的最外部的第一集束固定部IlC与作为壳体的壳体主体3之间，至少在壳体主体3的虚拟轴向方向上压缩密封件37。在壳体主体3的径向方向上压缩密封件37的配置中，在附着或者脱离中空纤维膜套筒10C时可能产生滑动摩擦阻力，但是在该实施例中，由于在壳体主体3的轴向方向上压缩密封件，所以在附着或者脱离中空纤维膜套筒100C时产生的滑动摩擦阻力很小，并且该实施例因此具有容易操作的优点。如同第一实施例和第二实施例一样，当容纳密封件37的面倾斜时，能够增强蒸汽流可排出性。
[0140](第四实施例)
参照附图阐释根据第四实施例的套筒式中空纤维膜模块的配置。图34是本发明的第一实施例的套筒式中空纤维膜模块的概略垂直截面视图，并且图35是中空纤维膜套筒的概略垂直截面视图。
[0141]本发明的第一实施例的套筒式中空纤维膜模块包括:壳体;多个中空纤维膜，该多个中空纤维膜容纳在该壳体中；第一灌封部，该第一灌封部在保持中空纤维膜的第一端部打开的状态下将中空纤维膜的第一端部集束;第二灌封部，该第二灌封部在保持中空纤维膜的第二端部密封的状态下将中空纤维膜的第二端部集束；固定部，该固定部相对于壳体可拆卸地固定第一灌封部;密封部，该密封部将第一灌封部与壳体之间液密地密封;以及保持部，该保持部保持第二灌封部，使得第二灌封部相对于壳体是可拆卸的并且使得液体能够穿过第二灌封部与壳体之间。
[0142]采用具有上述配置的中空纤维膜模块的优点在于:在第二灌封部中进一步提高了蒸汽杀菌时的蒸汽流可排出性，能够防止悬浮物质沉积，并且因为中空纤维膜束本身会摇晃，所以能够防止悬浮物质在中空纤维膜束上沉积。此处，当第二灌封部在横向流过滤期间向上流动时，已经保持松弛的中空纤维膜束2将进一步变得更加松弛，但是如同本发明这样，当该配置具有整流筒的内面与中空纤维膜束存在的区域的最外径之间的间隙时，能够避免中空纤维膜I可能堵塞整流孔1的问题。
[0143]在下文中作为本发明的实施例而示出的中空纤维膜模块全部是外压式中空纤维膜模块。此处，外压式意思是指下述这样的过滤系统，在该过滤系统中，从中空纤维膜外部供给原水并且朝中空纤维膜的内部(朝中空部)过滤该原水。
[0144]〈壳体〉
壳体用于将中空纤维膜套筒100设置在其中，并且包括中空圆柱形壳体主体3、以及设置于壳体主体3的两端的上盖4和下盖5。
[0145]如图34所示，具有滤液流出口 211的上盖4和具有原液流入口 210的下盖5分别液密和气密地连接至壳体主体3的上部和下部。用于将上盖4和下盖5连接至壳体主体3的方法的示例包括使用垫圈216并将盖用夹子等固定的方法，例如，如图34所示。
[0146]壳体主体3在其上端和下端遍及壳体主体3的整个圆周地具有凸缘3C和3D。原水流出口 212设置于在滤液流出口 211附近的位置中的壳体主体3的侧向部。
[0147]上盖4具有与壳体主体3的内径大体上相等的内径，并且其上端侧呈锥形，以形成滤液流出口211。上盖4在其下端侧中具有遍及上盖4的整个圆周地形成的阶梯部204A，以在连接至壳体主体3时形成凹槽。当壳体主体3连接至上盖4时，上盖4的下端部与壳体主体3的凸缘3C接触以形成凹槽(固定部)，并且稍后将描述的第一灌封部25的凸缘207A借助该凹槽(固定部)固定。
[0148]下盖5具有与壳体主体3的内径大体上相等的内径，并且其下端侧呈锥形以形成原液流入口 210。下盖5在其上端侧中隔开间隔地具有多个阶梯205A(在第一实施例中是四个阶梯)，以在连接至壳体主体3时形成凹陷。当壳体主体3连接至下盖5时，下盖5的上端部与壳体主体3的凸缘3D接触，从而在下盖5的上表面与壳体主体3的凸缘3D的下表面之间形成第一保持凹槽217。销(保持部)218插入第一保持凹槽217中。
[0149]〈中空纤维膜模块〉
套筒式中空纤维膜模块1lD包括安装在壳体中的图35所示的中空纤维膜套筒100。中空纤维膜套筒100包括多个中空纤维膜I，并且具有设置在面向滤液流出口 211的一侧的壳体中的第一灌封部25以及设置在面向原液流入口 210的一侧的壳体中的第二灌封部26 ο第一灌封部25和第二灌封部26分别与第一实施例至第三实施例中的集束固定部11和第二集束固定部12对应。
[0150]〈第一灌封部〉
通过使用粘合剂等粘结包括大量中空纤维膜I的中空纤维膜束2的第一端部、从而形成第一粘结部206并且将第一粘结部206设置在第一端部箱207中，来配置作为中空纤维膜套筒100的上端侧部分、并且设置在面向滤液流出口 211的一侧的壳体中的第一灌封部25 ο在这些中空纤维膜束2中，中空纤维膜I在其上端面保持打开的状态下被集束。第一端部箱207是圆柱形的，并且在其上端部处具有遍及第一端部箱207的整个圆周地形成的凸缘207A。通过将第一端部箱207的凸缘207A插入在壳体主体3连接至上盖4时形成的凹槽(固定部)中，将第一灌封部25液密并且气密地固定到壳体主体3的上端部。
[0151]从中空纤维膜I的外部供给来的原水透过中空纤维膜I，并且透过的滤液穿过中空纤维膜I的中空部并且通过中空纤维膜I的开口而排出。
[0152]〈整流筒〉
具有在轴向方向上延伸的多个狭缝的圆柱形整流筒214设置于第一端部箱207的下侧(即，在面向原液流入口 210的一侧)。液体能够经由狭缝穿过整流筒214。为了防止处理的原水偏离通道，将整流筒214设置在原水流出口 212附近的位置处的壳体中。在使用蒸汽对套筒式中空纤维膜模块1lD进行杀菌的情况下，优选地也在整流筒与壳体主体3之间形成用于蒸汽流排出的间隙，以防止蒸汽流停滞。
[0153]〈第二灌封部〉
作为中空纤维膜套筒100的下端侧部分的第二灌封部26设置在面向原液流入口 210的一侧的壳体中。通过使用粘合剂等粘结包括大量中空纤维膜I的中空纤维膜束2、从而形成第二粘结部208并且将第二粘结部208设置在第二端部箱209中，来配置中空纤维膜I的第二端部所在的第二灌封部26。中空纤维膜I的中空部借助粘合剂而密封并且处于未打开状态。第二端部箱209具有圆柱形形状，该圆柱形形状具有作为其下部的底部，并且配置为具有比壳体的内径小的外径。第二端部箱209的底部具有通孔213，因此起着原水通道的作用。第二端部箱209与第一实施例至第二实施例中的第二集束固定部箱13对应。
[0154]在本发明的套筒式中空纤维膜模块中，通过保持部来保持第二灌封部26，并且能够抑制中空纤维膜在横向流过滤或者空气洗涤期间提升。
[0155]在第二端部箱209中，凹状的第二保持凹槽219形成在第二端部箱209的处于面向在壳体上形成的第一保持凹槽217的位置处的外周表面上(参见图37)。由于第一保持凹槽217设置于壳体，所以能够将插销218作为保持部插入在定位第二保持凹槽219以便使该第二保持凹槽219面向第一保持凹槽217时形成的空间中(参见图38)。通过这种配置，能够通过销218将第二端部箱209的位置保持在一定范围内，并且因此，能够抑制中空纤维膜在横向流过滤或者空气洗涤期间提升。
[0156]在该实施例中，使用了第二端部箱209。然而，无需一直使用第二端部箱209，并且可以单独使用第二粘结部208来形成第二灌封部26。在这种情况下，在第二粘结部208的外周表面上形成第二保持凹槽219。
[0157]〈销的配置〉
如图38所示，销218各自具有设置在面向中空纤维膜套筒100的一侧的销内侧上表面218A和销内侧下表面218B、以及设置在壳体侧的销外侧上表面218C和销外侧下表面218D。
[0158]销内侧上表面218A具有朝尖端下降的倾斜表面。销内侧下表面218B和销外侧上表面218C具有平坦表面，该平坦表面分别与第二保持凹槽219的底表面(底部)219B和第一保持凹槽217的顶表面(顶部)217A平行。销外侧下表面218D形成为具有锐角形状，该锐角形状具有锥形尖端。
[0159]〈中空纤维膜套筒100至壳体的附接〉
当将中空纤维膜套筒100安装在壳体中时，首先将中空纤维膜套筒100插入到壳体主体3中，并且通过壳体主体3的凸缘3C的上表面来保持第一灌封部25的第一端部箱207的凸缘207A。接下来，使用插入上盖4的下端部与壳体主体3的凸缘3C之间的垫圈216来将上盖4的下端部保持为与壳体主体3的凸缘3C接触，并且将该下端部用夹子等固定。
[0160]随后，将销218插入到中空纤维膜套筒100的第二灌封部26的第二端部箱209的第二保持凹槽219中，并且连接下盖5。关于连接，使用与用于上盖4的方法相同的方法。即，使用插入下盖5的上端部与壳体主体3的凸缘3D之间的垫圈216来将下盖5的上端部保持为与壳体主体3的凸缘3D接触，并且将该上端部用夹子等固定。
[0161]在因此组装的套筒式中空纤维膜模块1lD中，由于将销218插入到由壳体的第一保持凹槽217和第二灌封部26的第二端部箱209的第二保持凹槽219形成的空间中，所以能够保持第二灌封部26(参见图38)。在仅仅存在一个保持部的情况下，由于在横向流过滤或者空气洗涤期间的液压压力，所以销218容易脱落。因此，优选地将销218设置在两个或者多个位置(在该实施例中为四个位置)中。
[0162]〈密封部〉
在套筒式中空纤维膜模块1lD中，将密封部设置在第一灌封部25与壳体之间，并且因此，原水侧与滤液侧彼此液密并且气密地分离。通过如图34那样将密封件(诸如，O形圈215和垫圈)设置在第一灌封部25与壳体主体3之间，能够使原水侧与滤液侧彼此液密并且气密地分离。虽然并没有对O形圈和垫圈的材料进行具体限制，但是更优选地使用具有良好的耐热性且具有对酸、碱、氯等的高耐性的材料。这类材料的示例包括氟橡胶、硅橡胶和乙烯/丙烯/ 二烯橡胶(EPDM)。
[0163]在使用蒸汽对套筒式中空纤维膜模块1lD进行杀菌的情况下，通过原水流出口212供给蒸汽并且通过原液流入口 210排出产生的蒸汽流。然而，在存在处于模块的上部中的向上空间的情况下，可能发生空气停滞以抑制模块加热至足够高的温度，从而导致杀菌失败。因此，优选地如图所示那样将O形圈215设置在第一灌封部25与壳体主体3之间，从而使向上延伸超过蒸汽供给部的水平的空间缩小。
[0164]〈第二灌封部与壳体之间的间隙〉
图36是图1的A-A线截面视图。
[0165]在套筒式中空纤维膜模块1lD经历蒸汽杀菌的情况下，优选地如图34和图36所示在第二灌封部26与壳体(S卩，壳体主体3和下盖5)之间设置间隙224。通过设置间隙224，能够使第二封部26与壳体之间的空间能够通过液体，并且能够通过间隙224排出在蒸汽杀菌期间产生的蒸汽流。能够通过控制第二端部箱209的外径和壳体的内径来使间隙224具有期望大小。从提高蒸汽流可排出性的角度来看，优选地将间隙224设置为在模块的径向方向上具有I mm或者更大的大小，并且其大小更优选为2 mm或者更大。在间隙224很大的情况下，在横向流过滤期间流过间隙224的流量能够增加，使得流过中空纤维膜模块的径向方向上的中心部及其周围的流量减少，并且如果这样，由横向流进行的膜清洁效率可能降低。因此，间隙优选为10 mm或者更小，更优选为5 mm或者更小。在对第二灌封部26与下盖5之间的空间进行液密密封的情况下，例如，通过在第二灌封部26与下盖5之间设置密封件(诸如O形圈)，蒸汽流可能在密封件上停滞以防止模块加热至足够高的温度，从而导致杀菌失败。该配置因此是非期望的。
[0166]〈使用套筒式中空纤维膜模块的横向流过滤方法〉
原水通过下盖5的原液流入口210流进套筒式中空纤维膜模块1lD中，并且通过原水流出口 212从套筒式中空纤维膜模块1lD排出未透过中空纤维膜I的原水。从中空纤维膜I的外部到内部透过中空纤维膜I的滤液穿过中空纤维膜I的中空部，并且通过上盖4的滤液流出口 211从套筒式中空纤维膜模块1ID排出。
[0167]在使原水与膜表面平行地流动的同时对其进行过滤的这种过滤模式称为“横向流过滤”，并且具有抑制包含在原水中的悬浮物质等在膜表面上积聚的效果。此外，在将原水流出口 212关闭的情况下，能够进行原水被完全过滤的死端过滤。也可以通过原液流入口210供给空气，从而进行空气洗涤以清洁中空纤维膜。通过原水流出口 212排出引入的空气。
[0168]〈套筒式中空纤维膜模块的蒸汽杀菌方法〉
在将套筒式中空纤维膜模块用于诸如发酵的应用的情况下，蒸汽杀菌是必要的。为了排出在蒸汽杀菌期间产生的蒸汽流，一般而言，从管道的上方向朝下方向施加蒸汽。在套筒式中空纤维膜模块1lD的原水侧的区域经历蒸汽杀菌的情况下，可以从原水流出口 212供给蒸汽并且可以从原液流入口 210排出蒸汽流。在套筒式中空纤维膜模块10ID的滤液侧的区域经历蒸汽杀菌的情况下，可以从滤液流出口 211供给蒸汽，并且可以从原液流出口 210排出蒸汽流。此时，在第二端部中形成的通孔213也起着蒸汽流排出口的作用。
[0169]〈通过面接触来保持提升的第二灌封部〉
图39是套筒式中空纤维膜模块1lD的第二端部箱209和其附近的放大视图。图39示出了模块的结构，其中，第二灌封部26在横向流过滤或者空气洗涤期间被提升了(向上移动了)。
[0170]当原水或者空气在横向流过滤或者空气洗涤期间通过壳体的原液流入口210流入时，如图39所示，第二灌封部26向上(在方向X上)提升。此时，每个销218的销内侧下表面218B与第二端部箱209的相应的第二保持凹槽219的底表面(底部)219B彼此面接触，并且销218的销外侧上表面218C与壳体的相应的第一保持凹槽217的顶表面(顶部)217A彼此面接触。结果，限制了第二灌封部26的向上运动。
[0171]与线接触相比较，这种面接触施加在部件上的负担很低。因此，优选的是，当第二灌封部26已经在横向流过滤或者空气洗涤期间提升时，通过保持销内侧下表面218B与第二保持凹槽219的底表面219B面接触并且保持销外侧上表面218C与第一保持凹槽217的顶表面217A面接触，来保持第二灌封部26。这里的术语“面接触”意思是接触部分为平坦表面的两个物体之间的接触。同时，术语“线接触”意思是接触部分与一条线一致的两个物体之间的接触。
[0172]由于该配置，另一方面，借助第二保持凹槽219的底表面219B来锁定与第一保持凹槽217的顶表面217A接触的销218。结果，第二灌封部26的运动停止，并且能够抑制膜提升。
[0173]〈通过线接触来提高蒸汽可杀菌性〉
图40是套筒式中空纤维膜模块1lD的第二端部箱209和其附近的放大视图。图40示出了模块的结构，其中，在蒸汽杀菌期间，第二灌封部26下降了(向下移动了)，并且通过销218来支撑第二灌封部26。存在如下情况:当第二灌封部26下降时，中空纤维膜被拉伸并且破裂。因此，期望支撑第二灌封部26以防止其下降。
[0174]在蒸汽杀菌期间，当通过壳体的原水流出口212供给蒸汽时，如图40所示，第二灌封部26向下(在方向Y上)移动。此时，每个销218的销内侧上表面218A与第二端部箱209的第二保持凹槽219的顶表面(顶部)219A线接触，并且销218的销外侧下表面218D与壳体的第一保持凹槽217的底表面(底部)217B线接触。结果，限制了第二灌封部26的向下运动。
[0175]当使用蒸汽来对套筒式中空纤维膜模块1lD进行杀菌时，优选地使接触表面减小并且设置用于蒸汽渗透的间隙以提高可杀菌性。在模块具有下述结构的情况下，能够使接触表面减小并且确保用于蒸汽渗透的间隙，在该结构中，销内侧上表面218A能够与第二保持凹槽219的顶表面219A线接触并且销外侧下表面218D能够与第一保持凹槽217的底部217B线接触，如图40所示。
[0176]由于该配置，另一方面，使用第一保持凹槽217的底表面217B来锁定与第二保持凹槽219的顶表面219A接触的销217。结果，第二灌封部26的运动停止，并且能够抑制膜提升。
[0177]除了图40所示的结构之外，还可以使第二保持凹槽219的顶表面219A具有倾斜度，从而使顶表面与销内侧上表面218A线接触。替代地，可以使第一保持凹槽217的底表面217B具有倾斜度，从而使底表面与销外侧下表面218D线接触。
[0178]图41和图42各自为套筒式中空纤维膜模块101的第二端部箱209和其附近的另一实施例的放大视图。图41示出了模块的结构，其中，第二灌封部26在横向流过滤或者空气洗涤期间提升了(向上移动了)。当原水或者空气在横向流过滤或者空气洗涤期间通过壳体的原液流入口 210流入时，如图41所示，第二灌封部26向上(在方向X上)提升。此时，每个销218的销内侧下表面218B与第二端部箱209的一些面彼此面接触，并且销218的销外侧上表面218C与壳体的第一保持凹槽217的顶表面(顶部)217A彼此面接触。结果，限制了第二灌封部26的向上运动。
[0179]图42是套筒式中空纤维膜模块101的第二端部箱209和其附近的又一实施例的放大视图。在图42中，当第二灌封部26在蒸汽杀菌期间下降(向下移动)时，第一灌封部25支撑中空纤维膜和第二灌封部。在中空纤维膜具有支撑中空纤维膜本身和第二灌封部的足够强度的情况下，可以采用该实施例的配置。
[0180]〈保持凹槽的长度和间隙〉 在本发明中，第一保持凹槽217和第二保持凹槽219中的每一个在模块的径向方向上的长度优选为I mm至20 mm。在其长度比I mm小时，难以保持第二灌封部。同时，比20 mm大的其长度是非期望的，因为在模块的蒸汽杀菌期间容易发生蒸汽流停滞。
[0181]在本发明的套筒式中空纤维膜模块经历蒸汽杀菌的情况下，优选地，保持部部分具有在使蒸汽流停滞难以发生的同时利于蒸汽渗透的结构。例如，优选的是，在套筒式中空纤维膜模块1lD经历蒸汽杀菌的情况下，在销218与第二端部箱209之间、在销218与下盖205之间、并且在销218与垫圈216之间设置间隙。间隙沿模块的径向方向和轴向方向的设置利于蒸汽渗透并且使其能够提高可杀菌性。
[0182]〈中空纤维膜的弯曲〉
在模块的内部未充满液体并且中空纤维膜具有低强度的情况下，由于第二粘结部208和第二端部箱209的重量，中空纤维膜I可能破裂。因此，优选地，当没有对模块进行操作以进行过滤时，通过保持部来支撑第二灌封部26。
[0183]为了支撑第二灌封部26，有必要使销218的销内侧上表面218A与第二保持凹槽219的顶表面219A接触，并且使销218的销外侧下表面218D与第一保持凹槽217的底表面217B接触。可以使用一种方法，其中，使用具有相对大长度的中空纤维膜来预先制作中空纤维膜套筒100，并且当连接下盖5时，推入中空纤维膜。然后将下盖5与在弯曲状态下的中空纤维膜I固定。结果，通过中空纤维膜I的弹力将第二灌封部26向下推入模块中，并且销内侧上表面218A与第二保持凹槽219的顶表面219A接触并且销外侧下表面218D与第一保持凹槽217的底表面217B接触。由此，能够支撑第二灌封部26。这里，优选地，推入中空纤维膜I的长度为中空纤维膜的初始长度的0.3%至5%。在推入长度比0.3%小的情况下，该长度是不够的并且存在无法支撑第二灌封部26的问题。在推入长度比5%大时，存在膜可能弯曲并且损坏的问题。
[0184](其它实施例)
在第一实施例中，在假设在保持整流筒9固定到壳体主体时单独更换中空纤维膜套筒100的频率很高的情况下，通过密封结构来密封壳体主体3和整流筒9，在该密封结构中，在壳体主体3的径向方向上(在图1中的水平方向上)压缩第一密封件15，以在拆卸中空纤维膜套筒100时产生滑动摩擦力，并且通过密封结构来密封整流筒9和第一集束固定部11，在该密封结构中，至少在壳体主体3的虚拟轴向方向上(在图1中的垂直方向上)压缩第二密封件16，以减小在拆卸中空纤维膜套筒100时产生的滑动摩擦阻力。
[0185]在第一实施例的中空纤维膜模块优选地当更换中空纤维膜套筒100的时、还连同中空纤维膜套筒100—起取出整流筒9的情况下，期望(如图32所示)通过容易拆卸的密封结构来密封壳体主体3和整流筒9，在该容易拆卸的密封结构中，至少在壳体主体3的虚拟轴向方向上压缩第一密封件15，并且期望通过密封结构来密封整流筒9和第一集束固定部11，在该密封结构中，在壳体主体3的径向方向上压缩第二密封件16，以在拆卸中空纤维膜套筒100时产生滑动摩擦力。
[0186]在第一实施例中以相同的频率附接和拆卸中空纤维膜套筒100和整流筒9的情况下，期望在壳体主体3的轴向方向上压缩第一密封件15和第二密封件16二者以形成密封结构，利于拆卸中空纤维膜套筒100和整流筒9。同样在这种情况下，如图33所示，可以通过改变容纳第一密封件15的面相对于水平方向的倾斜度α以及容纳第二密封件16的面相对于水平方向的倾斜度β，来形成利于单独拆卸中空纤维膜套筒100的配置或利于拆卸中空纤维膜套筒100和整流筒9二者的配置。例如，在第一密封件15和第二密封件16是由相同的材料制成、具有相同的硬度并且具有带有相同的线直径的横截面的相同的密封件、并且借助它们进行的密封在相同的挤压率下的情况下，并且当容纳密封件的面的角度满足图33所示的关系α < β时，在拆卸中空纤维膜套筒100时在给予第一密封件15的滑动摩擦力A与给予第二密封件16的滑动摩擦力B之间的关系是A < B，并且因此，在该配置中，与单独移除中空纤维膜套筒100相比较，能够更加容易地并且优选地移除中空纤维膜套筒100和整流筒9 二者。
[0187]如上面所描述的，通过根据待拆卸的部件并且根据拆卸频率来选择密封件的压缩方向和容纳密封件的面的倾斜角度，能够增强拆卸可操作性。通过使容纳密封件的面倾斜，能够容易地排出滤液以及在杀菌和清洁期间的蒸汽流，并且能够保持套筒式中空纤维膜模块的内部更加卫生。
[0188]在上面提及的实施例中，O形圈凹槽31的位置定位在整流筒9的外周上方，但是也可以定位在其中心下方，并且其高度不受限制。由于壳体主体3和整流筒9是借助第一密封件15来密封的，在第一密封件15上方的整流孔10无法发挥功能，并且因此，期望O形圈凹槽31存在于上部，因为能够有效地利用整流筒9。
[0189]在上面提及的实施例中，将O形圈凹槽31设置在整流筒9的外周中，并且以内部夹紧模式将第一密封件15固定到整流筒9，从而组装套筒式中空纤维膜模块101，但是也可以以外部夹紧模式使第一密封件15与壳体主体3的内周侧配合。由于第一密封件15是以内部夹紧模式固定到整流筒9的，所以该配置的优点在于，与将外部夹紧O形圈凹槽31设置于壳体主体3的情况相比较，能够通过从壳体主体3拉出整流筒9，来将O形圈凹槽31暴露在壳体30之外，以利于清洁和清洗。
[0190]在上面提及的实施例中，将第二密封件16固定到第一集束固定部11，以组装套筒式中空纤维膜模块101，但是也可以首先将第二密封件16固定到整流筒9，并且然后可以将套筒式中空纤维膜模块101插入，以实现由第二密封件16进行的密封。在中空纤维膜套筒100的更换操作中，通过从壳体30拉出中空纤维膜套筒100，能够在不将第二密封件16留在壳体30内部的情况下确实地将其取出，因为第二密封件16以内部夹紧模式而固定到第一集束固定部11，并且因此，该配置的优点在于，能够将第二密封件16暴露在壳体30之外以利于清洁和清洗模块。
[0191]在上面提及的实施例中，壳体30由壳体主体3、上盖4和下盖5三个部件构成，但是例如，壳体也可以包括一些分割的部件，例如，通过使用多个部件来形成壳体主体3。当如图16那样来分割在上面提及的实施例中的壳体主体3中的小径部时，能够增强设置在壳体主体3的侧表面上的原液流出口 8的形成可工作性，并且该配置的其它优点在于，任何大尺寸的部件都是不必要的，并且能够通过使用通用管材料来构造模块。
[0192]在上面提及的实施例中，相对于第一集束固定部11的上端面上的垫圈凹槽17，沿凹槽的内周安装垫圈18，但是此处也可采用其它任何沿凹槽的外周安装垫圈的安装配置。例如，对于O形圈，当如上面提及的实施例那样将内压施加至储液部34时，采用沿凹槽的外周安装O形圈的配置。通过使用从上方按压至垫圈18的上盖4来压缩垫圈18，保持储液部34液密，但是在储液部34的蒸汽杀菌之后，由已冷的蒸汽形成的蒸汽流可能保留在比储液部34低的垫圈凹槽17中。在沿垫圈凹槽17的内周安装垫圈18的情况下，能够减小蒸汽流可能停留的凹槽宽度。垫圈凹槽17的宽度是垫圈18的宽度的约1.1倍。即使在通过储液部34的内压将垫圈18按压至垫圈凹槽17的外周侧的情况下，由于凹槽宽度波动被限制，因此能够将停留的蒸汽流的量保持得很小。
[0193]在上面提及的实施例中，通过使用O形圈来密封壳体主体3与整流筒9以及整流筒9与第一集束固定部11，并且通过使用平垫圈来密封第一集束固定部11与上盖4，并且可采用任何可密封机构来进行密封。例如，可采用环形的V形填充物(a ring-shaped V-packing)或者山行垫圈、或者半圆形垫圈等。另外，也可以使用弹性模制品来夹紧构成部件。进一步地，如图17所示，可以将壳体主体3、整流筒9和第一集束固定部11粘结在一起，S卩，配置并不限于套筒式配置。可以使用第二密封件(诸如O形圈和垫圈)来密封第一集束固定部11和整流筒9，并且在未使用任何附加密封件的情况下，整流筒9与壳体主体3可以直接粘结并且固定或者一体形成以具有液密固定结构。在这种情况下，仅仅可以容易地取出中空纤维膜束2和第一集束固定部11，并且因此，该配置利于需要频繁更换中空纤维膜的情况。上面提及的使用第一密封件来将整流筒9和壳体主体3液密地密封、并且使用第二密封件来将整流筒9和第一集束固定部11液密地密封的实施例的其它优点在于:更换中空纤维膜束2和第一集束固定部11的操作很容易，并且另外，能够容易地清洁整流筒9与壳体主体3之间的空间，即，能够以卫生的方式来使用实施例的模块。
[0194]在第一实施例中，内径比整流孔10所在的区域中的整流筒9的内径Dl小的小径部设置在壳体主体3中。就这一点而言，只要小径部设置在整流孔10所在的区域下方，就能够防止整流孔10被中空纤维膜I堵塞。如同在该实施例中一样，小径部可以设置在壳体主体3中，并且整流筒9可以很短，以便具有能够容纳在大径部3A中的长度;或者如图18所示，小径部9G可以设置在整流孔10所在的区域下方的整流筒9中。在这种情况下，可以使壳体主体3的直径很小以设置小径部3B，以便减小壳体主体3的通道面积，如同在图19中一样。尤其在横向流过滤中，当通道面积很大时，存在横向流速增加的问题，并且因此，可以使壳体主体3的直径与处于图19中的整流筒9的进一步下方的位置处的整流筒9的小径部9G相同或者进一步比该小径部9G小，从而设置小径部3B。
[0195]这里，在小径部9G中，可以形成孔或者狭缝(未示出)以利于目测中空纤维膜I，但是要考虑到损坏中空纤维膜I的风险。
[0196]在上面提及的实施例中，在第二集束固定部处密封中空纤维膜束2。然而，只要可以消除中空部的打开状态，例如，只要可以通过将具有良好流动性的光固化树脂(诸如，硅树脂、环氧树脂和聚氨基甲酸酯树脂)注入其中来密封中空纤维膜的整体开口，就没有必要固定中空纤维膜I来作为第二集束固定部。由于相同的原因，可以以U形方式来折叠中空纤维膜束2，使得可以在第一集束固定部中形成整体开口，如图17、图18和图19所示。因此，在保持中空纤维膜束的至少一个端部(即，至少其第一端部)打开的这种状态下集束并且固定中空纤维膜束的配置包括以下条件(i)和(H)Xi)如同在第一实施例中一样，中空纤维膜束2是直的，并且在中空纤维膜束2的一个端部保持打开，而其另一端部保持关闭的这种状态下被集束并且固定。(ii)如同在图17至图19中一样，中空纤维膜束2用作以U形方式折叠，并且在中空纤维膜束2的两端保持打开时，对其一侧进行集束和固定，并且其另一侧与中空纤维膜的U形折叠部对应。
[0197]在第一实施例中，小径部3B的内径Di设计为接近第二集束固定部箱13的外径。然而，只要能够在轴向方向上分割并且密封小径部3B，其内径就能够比第二集束固定部箱13的外径小。
[0198]如图21所示，关于中空纤维膜存在区域的最外径与整流筒的内表面之间的距离L1、处于喷嘴设置在壳体的侧表面上的位置处的壳体的内表面与整流筒的外表面之间的距离L2、以及设置在壳体的侧表面上的喷嘴的内径L3，可以自由定义每个直径，但是考虑到模块内部的可流动性和压力损失，期望它们满足以下关系。
[0199]LI > 3 mm，更优选LI > 10 mm
L2 > 3 mm，更优选L2 > 7 mm，更加优选L2 > 10 mm L3 > 8 mm，更优选L3 > 10 mm，更加优选L3 > 20 mm 10 > L2/L1 > 0.5，优选4 > L2/L1 > I 100 > L3/L2 > 2，更优选20 > L3/L2 > 4
此处，关于中空纤维膜存在区域的最外径与整流筒的内表面之间的距离LI，L1必须具有合适的长度，以防止因为横向流等导致中空纤维膜与整流筒的孔接触，从而导致膜被损坏或者破裂，并且另一方面，是因为，当LI太长时，壳体的直径可能增加或者中空纤维膜束直径可能减小，使得可能产生中空纤维膜的数量可能减少的问题。
[0200]关于处于喷嘴设置在壳体的侧表面上的位置处的壳体的内表面与整流筒的外表面之间的距离L2，当压力损失因为模块中的流动(诸如横向流)而增加时，液体输送功率增加，并且另外，在流过整流筒的外周部周围的液体中，液体更容易地流过距在侧表面上的喷嘴更近的区域并且液体很难流过远离在侧表面上的喷嘴的区域，从而导致产生偏移流的因素。因此，L2必须具有合适的长度。
[0201]关于设置在壳体的侧表面上的喷嘴的内径L3，L3必须具有合适的长度，以便在没有偏移流的情况下将模块中的流动(诸如，横向流)排出模块，并且减小液体输送压力损失，使得不会增加液体输送功率太多。另外，考虑到与待与其连接的管线的关系，其优选具有标准大小。
[0202]关于L2/L1，从实际生产模块的成本的角度来看，期望尽可能多的使用标准制品，并且，为此，将壳体的外径选择为预定长度，并且必须将整流筒定位在有限空间中。可以在上面提及的范围内单独确定LI和L212/L1的值必须是合适的值，以便在不损坏中空纤维膜的情况下减少液体输送压力损失，并且特别是因为，在L2/L1的值很小时，由于通过在侧表面上的喷嘴来排出横向流，因此会增加在侧表面上的喷嘴附近的流动，从而导致在模块内形成偏移流的风险。
[0203]关于L3/L2，当在侧表面上的喷嘴的直径增加时，在整流筒的外周部中的通道面积也可能增加，但是由于通过在侧表面上的喷嘴来排出横向流，所以在侧表面上的喷嘴附近的流动增加，从而导致在模块内产生偏移流的风险。因此，L3/L2的值也必须是合适的值。
[0204]在上面提及的实施例中，例示了过滤之前的原水通过壳体主体3的原液流出口8流出的情况，但是在原水通过设置在壳体主体3的侧表面上的喷嘴流出的情况下，本发明也是有效的，并且流出对象可以是过滤之前的液体或者过滤之后的液体，并且进一步地，其也可以是任何液体、蒸汽或者液体/蒸汽混合物，并没有特别限制。因此，并不限于横向流，本发明也可应用于死端过滤，并且不限于使用来自中空纤维膜的外部的压力应用来执行过滤的外压式中空纤维膜模块，本发明也可应用于使用来自中空纤维膜内部的压力应用来执行过滤的内压式中空纤维膜模块。
[0205]不应该将本发明构造成限于上述实施例，并且可以随意地在其中适当地做出修改、改进等。此外，只要可以用来实现本发明，就不会对上述实施例中的各个构成元件的材料、形状、数值、配置、数量、位置等进行限制
本申请基于在2013年12月27日提出的日本专利申请第2013-271328号以及在2014年3月31日提出的日本专利申请第2014-071767号，这些申请的内容以引用的方式并入本文。
[0206]工业适用性
本发明的套筒式中空纤维膜模块能够用于发酵工业、药品生产、食品工业、水处理等领域。
[0207]附图标记说明
100中空纤维膜套筒
101套筒式中空纤维膜模块(中空纤维膜模块)
110过滤部
1中空纤维膜
2中空纤维膜模块
3壳体主体 3A 大径部 3B 小径部 3C 凸缘
3D 凸缘
4上盖 4A 阶梯部 4C 凸缘
5下盖 5D 凸缘
6原液流入口
7滤液流出口
8原液流入口(喷嘴)
9整流筒(圆柱形箱)
9C 凸缘
9E 凸部
10整流孔
11第一集束固定部 IlE阶梯部
12第二集束固定部
13第二集束固定部箱
14通孔
15第一密封件
16第二密封件17垫圈凹槽
18垫圈
19密封件
30壳体
31O形圈凹槽
32中空纤维膜存在区域
33中空部
34储液部
35环形通道
【主权项】
1.一种中空纤维膜模块，其包括: 中空纤维膜束，所述中空纤维膜束包括多个中空纤维膜； 第一集束固定部，在所述第一集束固定部处，在所述中空纤维膜束的至少第一端部保持打开的状态下，将所述中空纤维膜束集束并固定； 壳体，所述壳体在其更接近所述第一端部的侧表面上具有至少一个喷嘴，并且将所述中空纤维膜束容纳在所述壳体中；以及 整流筒，所述整流筒具有多个整流孔并且存在于所述第一集束固定部与所述壳体之间以将所述第一集束固定部与所述壳体之间液密地固定， 其中: (i)所述壳体配置为具有小径部，所述小径部具有比面向所述壳体上的设置有所述喷嘴的部分的所述整流筒的内径小的内径，并且所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上设置在比所述整流筒的下端更低的一侧，或者 (ii)所述整流筒配置为具有小径部，所述小径部具有比面向所述壳体上的设置有所述喷嘴的部分的所述整流筒的内径小的内径，并且所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上设置在比所述整流孔更低的一侧。2.根据权利要求1所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部和所述整流筒借助第一密封件液密地固定。3.根据权利要求1或者2所述的中空纤维膜模块，其中，所述壳体和所述整流筒借助第二密封件液密地固定。4.根据权利要求1所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部与所述整流筒、以及所述壳体与所述整流筒分别通过粘结而液密地固定。5.根据权利要求1至4中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，所述第一集束固定部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上的下端的最外径、以及所述第一集束固定部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上的下端处的中空纤维膜存在区域的最外径满足下式，在所述中空纤维膜存在区域中存在有所述中空纤维膜的至少所述第一端部: Df < Du 其中: Df是在所述第一集束固定部的下端处的所述中空纤维膜存在区域的最外径，并且 Du是所述第一集束固定部的下端的最外径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，设置在所述壳体中或者所述整流筒中的所述小径部在所述中空纤维膜模块的轴向方向上从上部中的侧表面逐渐变细以具有减小的直径。7.根据权利要求1至6中任一项所述的中空纤维膜模块，其进一步包括: 第二集束固定部，所述第二集束固定部在其第二端部密封的状态下将所述中空纤维膜集束； 固定部，所述固定部相对于所述壳体可拆卸地固定所述第一集束固定部； 密封部，所述密封部将所述第一集束固定部与所述壳体之间液密地密封；以及保持部，所述保持部保持所述第二集束固定部，使得所述第二集束固定部相对于所述壳体是可拆卸的，并且使得液体能够通过所述第二集束固定部与所述壳体之间。8.根据权利要求1至6中任一项所述的中空纤维膜模块，其进一步包括: 第二集束固定部，所述第二集束固定部在其第二端部密封的状态下将所述中空纤维膜集束； 第一固定部，所述第一固定部相对于所述壳体可拆卸地固定所述整流筒； 第一密封部，所述第一密封部将所述整流筒与所述壳体之间液密地密封； 第二固定部，所述第二固定部相对于所述整流筒可拆卸地固定所述第一集束固定部； 第二密封部，所述第二密封部将所述第一集束固定部与所述整流筒之间液密地密封；以及 保持部，所述保持部保持所述第二集束固定部，使得所述第二集束固定部相对于所述壳体是可拆卸的，并且使得液体能够通过所述第二集束固定部与所述壳体之间。9.根据权利要求1至8中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，存在有所述第一端部的所述中空纤维膜存在区域的最外径与所述整流筒的内表面之间的距离LI满足下式: LI > 3 mm010.根据权利要求1至9中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，存在有所述第一端部的所述中空纤维膜存在区域的最外径与所述整流筒的内表面之间的距离L1、以及在设置有所述壳体的所述喷嘴的位置处的所述壳体的内表面与所述整流筒的外表面之间的距离L2满足下式: 10> L2/L1 > 0.5。
【文档编号】B01D63/02GK105828917SQ201480071282
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年10月24日
【发明人】松本宏, 池田三喜子, 小林敦, 志村俊, 武内纪浩, 金井大昌
【申请人】东丽株式会社