本申請是申請日為2012年12月20日、申請?zhí)枮?01280062657.x、發(fā)明名稱為“中空纖維盒和部件及它們的構(gòu)造方法”的專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年12月22日提交的美國臨時申請第61/579,623號的權(quán)益，該申請在此通過引用而全部并入。

本發(fā)明涉及中空纖維模塊的制造方法和組件。

背景技術(shù)：

中空纖維過濾器(其壁可以為多孔和半滲透的)具有優(yōu)異的過濾性能以及能適用于許多領(lǐng)域和應(yīng)用的特性。中空纖維(hfs)被廣泛地用于水的凈化、從生物流體中分離組分、透析、反滲透、氣體分離、細(xì)胞培養(yǎng)裝置以及許多其他領(lǐng)域中。盡管用途廣泛，但是基于中空纖維的過濾裝置具有操作的通用結(jié)構(gòu)和模式。過濾單元為中空纖維模塊(hfm)，并且雖然各應(yīng)用之間的hfm結(jié)構(gòu)可以略微不同，但是其具有組件的一般通用結(jié)構(gòu)和方法。

通常，單根中空纖維被組合成“簇(bundle)”(也被稱為“束”(cluster))，其中纖維可以任選地被容納于某種套管中，通常為網(wǎng)狀套管。然后再將簇放置于保護(hù)外殼或殼體中，典型地，所述外殼或殼體是管狀的性質(zhì)。通常，殼體內(nèi)的中空纖維以在所述殼體的每個端部用聚合材料或其他材料灌封來設(shè)置纖維的方式沿殼體的長度延伸。所述中空纖維因此可以基于聚合材料的聚合和固化而嵌入聚合材料中。在同一過程中，固化的灌封材料，其可以具有任何厚度，但通常為殼體長度的5-10％，在殼體的每個端部形成固體端蓋、灌封蓋或“壁”。該構(gòu)造導(dǎo)致殼體的內(nèi)壁和中空纖維的外壁之間以及所述被灌封的端蓋之間形成腔室。

由于中空纖維的端部可能會在灌封過程中堵塞，采用已知的方法以防止中空纖維的端部在灌封期間堵塞或者為了在灌封之后打開所述端部。由此，穿過所述中空纖維的全長(包括穿過所述聚合灌封材料)保留了一條連續(xù)的流動通道。其目的不僅是穿過所述中空纖維的全長保持一條連續(xù)的流動通道，還能在殼體的內(nèi)部形成腔室、滲透液腔室，以儲存或收集從纖維壁流出的流體；這樣的組件被稱為中空纖維盒(hfc)。

通常，適配器被增設(shè)至殼體或hfc的端部，所述適配器引導(dǎo)待過濾的流體或滯留物在一個端部處流入中空纖維并引導(dǎo)該流體在所述hfc的另一個端部處流出所述中空纖維?？梢詫⒘硗獾倪m配器增設(shè)至所述殼體以提供自收集這些滲透液的滲透液腔室的導(dǎo)管。

從廣義結(jié)構(gòu)明顯可見，同時具有入口和出口以使滯留物流動并且具有用于收集過濾材料的構(gòu)件意味著所述hfm提供有效的過濾單元。在hfm中，滯留物被引入半滲透的中空纖維中，產(chǎn)生穿過所述纖維的線性流動。纖維內(nèi)部的相對于濾液腔室內(nèi)部的較高壓力產(chǎn)生第二流動，其穿過hf多孔壁，垂直于第一流體或滯留物的流動方向?；谀さ奶匦?，例如膜孔尺寸，可以對穿過所述膜的流體組分進(jìn)行分級或過濾；比孔大的顆粒被膜截留，而比孔小的顆粒穿過所述膜進(jìn)入滲透液腔室中。這樣的過濾過程被稱為交叉流過濾，或切向流過濾，其被廣泛地使用并且一般是被充分理解的。通過所述hf膜過濾的液體因此可以收集在滲透液腔室中，在所述滲透液腔室中收獲該液體。

所述hfc缺少引導(dǎo)滯留物流入和流出所述中空纖維的適配器。但是，盒殼體壁可以被制成對于滲透液的自由流動是可滲透的。另外，通過將盒插入獨立的模塊外殼中可以將盒轉(zhuǎn)化為hfm，所述模塊外殼包含這樣的用于引導(dǎo)滯留物流入和流出的適配器。然而，很明顯地，當(dāng)形成這樣的hfm時，在所述滯留物腔室(纖維的集體內(nèi)腔)和滲透液(或濾液)腔室之間需要隔板，這樣的隔離易于通過墊片、“o”形圈或其他眾所周知的構(gòu)件將盒的端部封住并密封這些端部與模塊外殼之間的間隙而實現(xiàn)。另外，模塊外殼還包含用于收集從中空纖維流出的濾液的收集端口；hfc殼體中的孔提供使這樣的濾液穿過盒殼體壁流至收集端口用于收集的構(gòu)件。由于它們的相似性，當(dāng)涉及包含于hfc和hfm這兩者中的特征時采用術(shù)語hfcm。

通過選擇中空纖維材料、hfm的物理構(gòu)型、調(diào)節(jié)纖維的化學(xué)和物理特性、通過控制流過和流經(jīng)所述纖維的流動來管理過濾過程以及通過其他操控方法可以大幅度地增加hfm的多樣性。

hfm還可以為放大提供很好的平臺。通過增加hfc中的纖維數(shù)目，可以實現(xiàn)體積上的放大。纖維被填充得更密集的大型過濾器可以獲得顯著的好處，包括明顯增加膜表面積，其中所述增加意味著為hfc的半徑的三次方。相比較而言，通過簡單地將更多的hfm增加至這樣的模塊的歧管(manifold)僅實現(xiàn)了表面積的線性增加。另外，一個大型過濾器能夠大幅度地減少過濾系統(tǒng)的足跡(footprint)，消除過濾器歧管的部分復(fù)雜性。所述歧管及其相互連接的管道、管材、閥門和監(jiān)控儀表的復(fù)雜性使得對采用這樣的復(fù)雜系統(tǒng)的過程進(jìn)行的清洗、滅菌和驗證大為復(fù)雜化。這些在某些行業(yè)中是至關(guān)重要的，包括制藥、食品、化學(xué)、水、污水處理等。再者，當(dāng)對這樣的過程進(jìn)行放大時，從包含單個hfm的小規(guī)模過程到包含多個模塊的大規(guī)模系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變可能使關(guān)鍵過程錯綜復(fù)雜化。

大規(guī)模過濾器在許多領(lǐng)域中都是有利的，這樣的領(lǐng)域主要是用于處理大量的流體、過濾復(fù)雜的混合物以及提高過濾速率。然而，盡管需要大型中空纖維膜及其優(yōu)點，但這樣的模塊是不容易獲得的。這樣的大型過濾器可能涉及技術(shù)上的構(gòu)造限制。盡管通常的構(gòu)造方法導(dǎo)致可靠的“小至中等”規(guī)模的hfm，即＜10m²(對于60cm長的纖維，內(nèi)徑為1mm)，但當(dāng)它們用于生產(chǎn)大型過濾器時，其中大規(guī)?？赡転椋?0m²(對于60cm長的纖維，內(nèi)徑為1mm)，它們變得不可靠且造價昂貴。更具體而言，對于具有＞20m²的膜表面積的hfm(具有相同參數(shù))而言，復(fù)雜度增加，并且對于更大型的過濾器而言，復(fù)雜度增加得更多。因此，需要開發(fā)一種用于構(gòu)造大型hfm的方法，該方法可以消除或最小化通過現(xiàn)行的hfm構(gòu)造方法觀察到的問題。盡管可以通過更窄和/或更長的纖維來增加表面積，但是這些選擇在許多應(yīng)用中可能并不是理想的。與形成大型過濾器的限制有關(guān)的部分因素包括：

灌封材料—用于在所述hfc的每個端部處嵌入中空纖維的灌封材料為潛在問題的常見原因，所述潛在問題隨著hfc的直徑增加而變得更加嚴(yán)重。例如，灌封材料(包括環(huán)氧樹脂和聚氨酯)在固化后會有些收縮。收縮的程度將很大部分取決于材料，包括其在熱量、水分、化學(xué)物質(zhì)、輻射等下的暴露與反應(yīng)；其中當(dāng)構(gòu)造小直徑的hfm時，這樣的收縮或形狀上的變化可能非常小并且無關(guān)緊要；但是，當(dāng)灌封區(qū)域的直徑增大時它會變得十分顯著；考慮到總收縮率是材料收縮系數(shù)乘以灌封物(pot)的長度或直徑的函數(shù)。人們可以理解這樣的收縮能夠影響灌封物的整體直徑。它可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，例如在灌封物中開裂和/或迫使灌封物向內(nèi)收縮、朝圓形灌封區(qū)域的中心收縮或沿應(yīng)力邊界收縮。當(dāng)灌封劑和hfc的殼體端蓋為不同的材料(各自具有不同的膨脹和收縮特性，即熱膨脹系數(shù))時，這尤其可觀察到(優(yōu)選殼體端蓋和殼體具有相同的熱膨脹系數(shù))。例如，在殼體端蓋為聚砜并且灌封材料為環(huán)氧樹脂的情況下，聚砜與環(huán)氧樹脂之間的連接可能不同程度地受到熱處理的影響，當(dāng)在高壓滅菌鍋中對hfcm進(jìn)行熱滅菌時正是如此。經(jīng)常注意到的是收縮率大于聚砜的環(huán)氧樹脂將脫離聚砜形成濾液腔室和滯留物腔室之間的通道，這破壞了hfcm的完整性并使得hfcm失效。這在直徑為約4″的hfcm中會偶爾觀察到但是在直徑為6″的hfcm中更頻繁地觀察到。

類似地，當(dāng)處理兩種具有不同膨脹系數(shù)的不同材料時，在所述兩種材料之間形成牢固的連接(尤其是當(dāng)受熱之后)變得棘手。這兩種材料將出現(xiàn)不同程度地膨脹和收縮，對它們之間的連接施加應(yīng)力。選擇具有相似的膨脹系數(shù)的材料并采用改善所述兩種材料之間的連接的技術(shù)可以用來支持連接的穩(wěn)定性；然而，隨著hfc直徑的增大，這變得更加難以控制。因此，形成將不同的構(gòu)造材料之間的不相容性最小化或消除的hfc或hfm是有利的。

填充密度—hfc內(nèi)單個的纖維或纖維束的填充方法對可以被填充在給定的體積內(nèi)的纖維的數(shù)目有很大的影響。填充方法還可能對過濾效率和形成的濾液的均勻性有深刻的影響。緊湊無規(guī)地填充的束可能導(dǎo)致在所述束的外周上的每根纖維具有比所述束的內(nèi)部范圍中的纖維更高的過濾速度，特別是在緊密的填充方式中，其中可能存在介于中間的纖維對濾液流動的顯著阻力。在大型hfm或hfc中，這樣的限制可能導(dǎo)致有效過濾速率和過濾能力的降低，從而降低了有效比例放大的能力。因此，以使得纖維填充密度最大化且使得濾液流動的潛在阻礙最小化的布置方式填充單個的纖維或纖維束是有利的。將描述控制纖維填充布置方式的其他優(yōu)點。

結(jié)構(gòu)—隨著hfm的尺寸增大，預(yù)期作用在模塊上的應(yīng)力成比例地增加?？深A(yù)期基于以下的增加的應(yīng)力：重量—模塊的重量能夠使其處理錯綜復(fù)雜化。該模塊的增加的重量可能會導(dǎo)致其自身的變形，尤其是當(dāng)在高壓滅菌鍋中加熱滅菌時。組裝—零件的組裝、裝配和連接大表面可能會增加失敗的風(fēng)險；再次，這可能通過加熱而被放大。

過程—穿過大型hfm流動的速率可以非常高，并且發(fā)生在高壓下?？紤]到被灌封的端部的大表面積，它會承受巨大的壓力，從而可能導(dǎo)致被灌封的端部坍塌。如將要描述的那樣，當(dāng)建造大型過濾器時，對被灌封的端部進(jìn)行加固以將壓力的變形作用降至最小將是非常有益的。

完整性—hfm越大且被填充在hfm中的中空纖維越多，則在處理過程中纖維可能被損壞或?qū)⒈粨p壞的概率越大。即使是單根纖維中的完整性損失都可能使整個hfm失效。中空纖維中的一處裂縫便會造成污染流從滯留物流進(jìn)入濾液流。由于這樣的小缺陷而導(dǎo)致的完整性的潛在損失也是使得這樣的大型過濾器的構(gòu)造受阻的重要原因。使用現(xiàn)行的構(gòu)造方法，確定hfm缺乏完整性之前hfm可能被全部組裝，在這種情況下就必須丟棄hfm。除了在采用現(xiàn)行的方法構(gòu)造大型hfm的其他潛在危險之外，這使得這樣的過濾器的構(gòu)造受阻并導(dǎo)致制造成本的大幅度增加。本發(fā)明所提出的方法將最大限度地減少或消除構(gòu)造大型hfcm的許多潛在的風(fēng)險。作為本發(fā)明的一部分，描述了中空纖維過濾器的組裝方法；其中所述組裝并不僅限于列舉的特定hfcm。

衛(wèi)生構(gòu)造—隨著許多大型hfcm可被用于食品或醫(yī)療行業(yè)中時，hfcm需要符合這些行業(yè)的要求。衛(wèi)生設(shè)計可能是這些要求之一。在設(shè)計中應(yīng)該不存在裂縫、死區(qū)或其他截留污染物、影響模塊的清潔能力或影響模塊的滅菌的因素。例如，螺紋的使用是不利的。在要求衛(wèi)生設(shè)計的重要應(yīng)用中螺紋已經(jīng)被證明是非常不衛(wèi)生的。另一種不衛(wèi)生的設(shè)計特征是存在通過正常手段無法接近的死區(qū)；這樣的存在于hfcm中的停滯區(qū)或與該hfcm相關(guān)的停滯區(qū)截留污染物并阻礙它們被去除。結(jié)果是導(dǎo)致清潔能力降低、保持無菌的能力下降以及過程污染物的增加。本發(fā)明最大限度地減少了不衛(wèi)生的因素，并最大限度地保證充分且均勻地滲透到hfcm的所有部件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及中空纖維盒，其結(jié)構(gòu)使得在所述盒的使用過程中由熱誘導(dǎo)的應(yīng)力降至最小。通過特別是對所述盒的外部殼體和殼體端蓋而言使用具有相同的膨脹系數(shù)的材料實現(xiàn)了熱誘導(dǎo)應(yīng)力的減少。所述盒進(jìn)一步被優(yōu)化，因為它們的纖維被聚集成束，以使得對單個中空纖維中的缺陷的檢測和糾正更容易被檢測到并被除去。束可以便利地組合以形成大型實體。利用其具有非常高的纖維填充密度，所述盒進(jìn)一步被優(yōu)化。這樣的高密度可以通過所述束的橫截面形狀實現(xiàn)，所述束的橫截面形狀(例如六邊形)使得所述束一個抵靠在另一個上緊密地聚集。

除非另有明確地說明，在本專利申請中的“中空纖維”的含義意在指中空纖維過濾器，即在其外壁上含有孔的中空纖維。所述孔的尺寸將取決于所述中空纖維過濾器的指定用途。

在第一總的方面中，本發(fā)明為中空纖維過濾器盒，其包括：

1)多個中空纖維束，每一束包括多根相互平行的中空纖維，每一束包括第一束端和第二束端，

2)外殼殼體，所述殼體包括第一端部和第二端部，每個端部包括開口，

3)第一殼體端蓋，所述端蓋覆蓋所述外殼殼體的第一端部中的開口，所述端蓋包括多個開口，以及

4)第二殼體端蓋，所述端蓋覆蓋所述外殼殼體的第二端部中的開口，所述端蓋包括多個開口，

其中，所述束在所述外殼殼體中平行地對齊，其中每一束的一部分被裝配在所述第一殼體端蓋的開口中并且通過灌封劑(或固定劑)密封住所述開口，其中每一束的第二部分被裝配在所述第二殼體端蓋的開口中并且通過灌封劑(或固定劑)密封住所述開口；并且

其中，每個殼體端蓋由熱膨脹系數(shù)足夠接近于所述灌封劑的膨脹系數(shù)的材料組成，以使得當(dāng)所述盒暴露于蒸汽滅菌或高壓滅菌中時，(a)在所述殼體端蓋中或所述灌封劑所覆蓋的區(qū)域中或(b)在所述端蓋和所述灌封劑所覆蓋的區(qū)域之間無裂紋或裂口出現(xiàn)。

在所述第一總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種盒，其中所述殼體和殼體端蓋由相同的材料組成；

一種盒，其中所述外殼殼體優(yōu)選為圓柱形；

一種盒，其中所述外殼殼體為正方形或任意其他形狀；

一種盒，其中所述外殼殼體為可滲透的或半滲透的；

一種盒，其中每個殼體端蓋的開口的形狀選自由六邊形、正方形、矩形、三角形、多邊形、圓形和橢圓形組成的組；

一種盒，其中所述殼體端蓋的開口的形狀為六邊形；

一種盒，其中所述第一殼體端蓋和第二殼體端蓋以機(jī)械方式連接至所述外殼殼體；

一種盒，其中所述第一殼體端蓋和第二殼體端蓋通過溶劑或粘附劑連接至所述外殼殼體；

一種盒，其中所述盒包括支撐元件，所述支撐元件選自由桿(post)或支撐柱組成的組，所述支撐柱被塑形以將束封裝在所述盒中，所述支撐柱對于從所述盒流出的流體是可滲透的；

一種盒，其中所述中空纖維束的橫截面形狀(例如六邊形)與其被插入的所述端蓋開口的橫截面形狀(例如六邊形)相同；

一種盒，其中一個束的外周與相鄰束的外周之間的距離為1毫米至5毫米之間，其中所述距離是所述兩個束的外周之間的最短距離；和/或

一種盒，其中高壓滅菌在下述條件下進(jìn)行：123℃的溫度，16psi的壓力下45分鐘，或者所述蒸汽滅菌在123℃、20psi下進(jìn)行20分鐘。

在第二總的方面中，本發(fā)明為組裝中空纖維過濾器盒的方法，所述方法包括下述步驟：

1)預(yù)加工(或模制)所述盒的第一殼體端蓋和第二殼體端蓋，

2)將所述盒的外殼殼體連接至所述第一殼體端蓋；

3)將所述盒的外殼殼體連接至所述第二殼體端蓋；

4)插入多個中空纖維束中的每一束，每一束都穿過所述第一殼體端蓋中的多個開口之一，穿過所述外殼殼體并從所述第二殼體端蓋中的相應(yīng)開口穿出，每一束的長度等于或大于所述外殼的長度，以及

5)將每一束的一部分灌封或粘結(jié)至被插入所述第一殼體端蓋中的開口的壁以及被插入所述第二殼體端蓋中的開口的壁；

其中，每個殼體端蓋由熱膨脹系數(shù)足夠接近于所述灌封劑的膨脹系數(shù)的材料組成，以使得當(dāng)所述盒暴露于蒸汽滅菌或高壓滅菌中時，(a)在所述殼體端蓋中或所述灌封劑所覆蓋的區(qū)域中或(b)在所述端蓋和所述灌封劑所覆蓋的區(qū)域之間無裂紋或裂口出現(xiàn)。

在所述第二總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種方法，其中，一旦所述束被灌封至所述開口中，則超出所述殼體端蓋伸出的多余長度的中空纖維，如果有的話，被切除；

一種方法，其中，將支撐桿或支撐柱插入所述中空纖維模塊中的端蓋之間；

一種方法，其中，將所述支撐柱設(shè)置在束與束之間；

一種方法，其中，將所述束封裝在所述支撐柱中，其中所述支撐柱對于從其內(nèi)部的所述束流出的濾液流是可滲透的；和/或

一種方法，其中，所述高壓滅菌在下述條件下進(jìn)行：123℃的溫度，16psi的壓力下45分鐘，或者所述蒸汽滅菌在123℃、20psi下進(jìn)行20分鐘。

在第三總的方面中，本發(fā)明為將多個中空纖維組裝成固定束的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

1)纖維源，所述源為多個中空纖維的來源；

2)引導(dǎo)并組織所述多個中空纖維的穿孔墊板；

3)固定腔室，所述腔室包括將灌封劑或固定劑噴涂至或添加至已穿過所述墊板的一束纖維上的一個噴嘴或多個噴嘴；

4)將所述中空纖維周圍的灌封劑塑形成所需的形狀，例如六邊形的塑形墊板或塑形法；

5)在沿所述被灌封或被固定的區(qū)域的大約中點處切割纖維束的切割裝置；

6)從所述固定腔室收集或除去頭束(leadcluster)的裝置或機(jī)構(gòu)；

7)筒夾裝置，所述筒夾裝置連接至尾部被切的束并使所述尾部被切的束從所述固定腔室前進(jìn)特定的距離；沿自動化的皮帶和滑輪系統(tǒng)移動的使所述筒夾前進(jìn)或縮回的驅(qū)動/縮回裝置；

8)重復(fù)步驟2-7；

其中，所述系統(tǒng)的元件被設(shè)置成使得纖維能夠從所述纖維源抽出，穿過所述墊板穿孔，然后穿過所述固定腔室，在所述腔室中用灌封劑噴涂(涂覆或嵌入)所述纖維并將所述纖維切割成所需的長度。

在所述第三總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種系統(tǒng)，其中所述纖維源包括線軸，中空纖維(管體)能夠沿所述線軸纏繞；和/或

一種系統(tǒng)，其中所述纖維源包括擠出裝置，所述擠出裝置擠出多根中空纖維。

在第四總的方面中，本發(fā)明為將多個中空纖維過濾器組裝成束的方法，所述方法采用如第三總的方面所述的系統(tǒng)，所述方法包括下述步驟：從纖維源中抽出中空纖維，使其穿過所述墊板穿孔(開口)，然后穿過所述固定腔室，在所述腔室中用灌封劑噴涂(涂覆或嵌入)所述纖維并將所述纖維切割成所需的長度。

在所述第四總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種方法，其中所述墊板穿孔被設(shè)置成六邊形的形式；

一種方法，其中使用輥子(roller)組將多個中空纖維絞線引向所述墊板；

一種方法，其中在所述輥子的外表面中存在半環(huán)形凹槽，并且其中所述輥子以相鄰且平行的方式相互成對，以使得所述中空纖維在所述輥子對之間被引導(dǎo)并可滑移地被所述凹槽容納；

一種方法，其中使用預(yù)制的部分將所述束固定成一定的排布方式；

一種方法，其中繼在第一噴涂步驟中用固定劑噴涂所述纖維束之后旋轉(zhuǎn)所述纖維束，所述旋轉(zhuǎn)小于完整的360度旋轉(zhuǎn)，并且繼所述旋轉(zhuǎn)之后，在第二噴涂步驟中再次噴涂所述束；和/或

一種方法，其中繼在第一噴涂步驟中通過一個或多個噴嘴用固定劑噴涂束之后旋轉(zhuǎn)所述一個或多個噴嘴，所述旋轉(zhuǎn)環(huán)繞著所述束的主軸線，所述旋轉(zhuǎn)小于完整的360度旋轉(zhuǎn)，并且繼所述旋轉(zhuǎn)之后，在第二噴涂步驟中再次噴涂所述束。

在第五總的方面中，本發(fā)明為通過預(yù)制的端蓋構(gòu)造束的方法，所述方法包括折疊束線性部分以形成束六邊形部分。

在第六總的方面中，本發(fā)明為中空纖維束，所述束包括多根中空纖維，其中每根中空纖維的一部分被固定至在每一束的束端處或接近每一束的束端處的相同區(qū)域中的相鄰的平行纖維。

在所述第六總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種束，其中所述束的每一根中空纖維通過使用液態(tài)固定劑被固定至相鄰的平行纖維；

一種束，其中所述束的每一根中空纖維通過使用端蓋或預(yù)制的部分被固定至相鄰的平行纖維；

一種束，其中在每一束中存在7根纖維；和/或

一種束，其中所述束被部分或全部封裝在對于流體(例如濾液)流動是可滲透的套管中。

在第七總的方面中，本發(fā)明為束集，所述束集為多個束的集合，以使得所述集合中的每一束平行于所述集合中的所有其他束。

在第八總的方面中，本發(fā)明為制造束集的方法，其中將多個(大于一個)束組合形成束集，以使得所述束集中的每一束平行于所述束集中的所有其他束。

在所述第八總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種方法，所述方法包括將多個獨立的束(u-束)組合成束集的步驟；和/或

一種方法，所述方法包括將多個束集組合成單個束集的步驟。

在第九總的方面中，本發(fā)明為測試束或束集的完整性的方法，所述方法包括對所述束或束集進(jìn)行完整性測試的步驟。

在所述第九總的方面的具體實施方案中，本發(fā)明為：

一種方法，其中在將所述束或束集插入盒的端蓋之前完成所述測試；

一種方法，其中對所述束集進(jìn)行完整性測試；和/或

一種方法，其中所述完整性測試選自由泡點測試、壓降測試、暴露于含顆粒的蒸氣和擴(kuò)散測試組成的組。

在第十總的方面中，本發(fā)明為預(yù)處理束的方法，所述方法包括將所述束置于將使所述束收縮和/或減輕所述束的被灌封的區(qū)域中的應(yīng)力的條件中，其中在將所述束插入殼體端蓋之前將所述束置于所述條件中。

在第十一總的方面中，本發(fā)明為矩形模塊，所述模塊包括：

束，所述束包括第一束端和第二束端(共處于殼體端部)，所述束包括中空纖維，所述中空纖維為在其壁上含有孔的中空纖維過濾器，以使得流體(滯留物)能夠穿過所述纖維的內(nèi)部，同時滯留物的一部分穿過所述孔流出成為濾液，

盒殼體，所述殼體封裝所述束，但不密封所述中空纖維的端部，所述殼體包括允許濾液穿過所述盒殼體流出的開口，所述殼體以防漏方式連接所述束(直接地或經(jīng)由中間墊圈或密封劑)，以防止濾液與滯留物混合，

外殼，所述外殼封裝所述盒，但不密封所述中空纖維的端部，

所述外殼內(nèi)的第一通道，所述通道包括接收來自所述外殼外部的流體(滯留物)的開口，所述通道與所述束的第一端部交界，以使得被接收的滯留物流體能夠從所述通道移入并且然后穿過所述束的中空纖維，前提是所述滯留物流體的一部分穿過所述過濾器孔流出成為濾液，

所述外殼內(nèi)的第二通道，所述第二通道與所述束的第二端部交界，以使得已經(jīng)穿過所述中空纖維的被接收的滯留物流體進(jìn)入所述第二通道，所述通道包括允許所述滯留物流體從所述第二通道和所述外殼流出的開口，

其中所述第一通道和第二通道在所述外殼的相對的側(cè)部開口，

所述外殼還包括一個或多個端口，以允許濾液從應(yīng)該有相鄰?fù)鈿さ囊粋€相鄰?fù)鈿さ亩丝诨蚨鄠€端口流出所述外殼或接收濾液。

在本文中，如果模塊、束、外殼和盒殼體從俯視角度看過去具有矩形形狀，并且從端視角度看過去具有矩形形狀，則所述模塊、束、外殼和盒殼體為矩形。可以理解正方形也為矩形。

優(yōu)選所述束和盒也為矩形。

可以理解：不用束，前述第十一總的方面也能等同地較好適應(yīng)于束集。

可以理解滯留物流體和濾液之間的區(qū)別以及過濾器孔的作用也能等同地較好適應(yīng)于本申請中公開的所有發(fā)明。

相關(guān)的發(fā)明為兩個或更多個矩形模塊的組件，其中所述模塊被對齊，以使得相鄰模塊的通道以開放方式相互連接并且相鄰模塊的端口以開放方式相互連接。

六邊形束是一個(從橫截面看過去)所述束的外周上的纖維的中心可以通過直線連接形成六邊形的束。

在另一方面中，本發(fā)明為組裝殼體端蓋和外殼(例如舌狀物和凹槽)以形成接收束的框架的方法。

在另一方面中，本發(fā)明是在中空纖維束中引入螺旋(twist)以中斷穿過所述纖維的線性流動的方法。

在另一方面中，本發(fā)明是構(gòu)造中空纖維盒的方法，其中具有常規(guī)橫截面形狀(例如六邊形)的纖維束穿過所述盒的具有相同形狀的開口安裝，并且延伸至盒的外部的束的部分被切除。

在又另一方面中，本發(fā)明為構(gòu)造中空纖維束的方法，其中每根纖維源于線軸并且所述纖維穿過墊板，所述墊板的開口以有利于束的橫截面聚集的方式設(shè)置?？蛇x地，所述纖維可以源于安裝有擠出噴嘴的擠出頭，所述噴嘴被設(shè)置成有利于橫截面聚集的構(gòu)型。

在又另一方面中，本發(fā)明為構(gòu)造中空纖維束的方法，其中將可折疊的線性部分折疊成所需的形狀(例如六邊構(gòu)型)。

附圖說明

圖1a七根中空纖維的六邊形束的部分立體視圖。

圖1b圖1a的六邊形束的端視圖和端部被固定的束的端視圖。

圖1c六邊形束的側(cè)視圖和立體視圖。

圖2a具有和不具有網(wǎng)狀套管的纖維的圓形束的側(cè)視圖。

圖2b采用具有圓形接收器(開口)的殼體端蓋的hfc外殼組件的不同視圖。

圖2c具有圓形接收器(開口)的殼體端蓋的俯視圖。

圖2d具有圓形接收器(開口)的殼體端蓋的立體視圖。

圖2ehfc的側(cè)視圖，出于作圖的目的去掉了所述hfc外部的一部分。

圖2f圖2e圖形中的一部分的截面的放大視圖。

圖2g采用具有圓形接收器(開口)的殼體端蓋和圓形束的hfc的側(cè)視圖。

圖3a形成單元束的機(jī)械化系統(tǒng)的示意性視圖。

圖3b所述形成單元束的機(jī)械化系統(tǒng)所采用的輥子的示意性側(cè)視圖。

圖4a固定中心的側(cè)視圖。

圖4b固定中心的立體視圖。

圖4c圖4b的一部分的細(xì)節(jié)視圖。

圖4d墊板的俯視圖。

圖5a六邊形束的立體視圖。

圖5b采用具有六邊形接收器(開口)的殼體端蓋的hfc外殼的分解立體視圖。

圖5c采用具有六邊形接收器(開口)的殼體端蓋和六邊形束的部分組裝的hfc的立體視圖，出于作圖的目的切除了外壁的一部分。

圖5d采用六邊形接收器(開口)和六邊形束的hfc的立體視圖。

圖5e具有六邊形接收器(開口)的殼體端蓋的俯視圖。

圖5f六邊形束和被封裝在支撐柱中的六邊形束的立體視圖，以及出于示意的目的去掉了一部分以使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)可見的盒的立體視圖。

圖6依次地按比例放大的六邊形束組件的端視圖。

圖7在不同的組裝階段中的預(yù)制的束端蓋的端視圖。

圖8矩形模塊、其組合零件和出于示意的目的被部分地切除的三個模塊疊加組裝的組件的立體視圖。

具體實施方式

i.最大限度地減少灌封材料的使用的方法：

一個通過其能夠消除所描述的灌封的不良影響的方法是最大限度地減少或消除灌封材料的使用。通過消除或最大限度地減少不同于制造殼體的材料的灌封材料的使用，人們可以大大減少使用不相容的材料的不良影響。在本發(fā)明中，通過預(yù)加工或模制hfc的圖2b、2c、2d和圖5b、5c、5d、5e的“殼體端蓋”11和12，使得加工或模制的殼體端蓋11和12的材料和/或性能與制造殼體外殼10的材料相同或非常相似，從而大幅消除灌封過程。這樣的殼體端蓋提供了一種用于連接或連接到該hfc的殼體的相應(yīng)端部的機(jī)構(gòu)。這樣的連接機(jī)構(gòu)包括在殼體端蓋11或12的面上形成環(huán)形凹槽16，使得所述凹槽的尺寸和大小能夠容納插入的殼體的端部，以類似于“舌狀物和凹槽”的形式布置。(參見圖2e和2f)。在將殼體端部14插入殼體端蓋凹槽16中之后，將兩者通過粘合劑、加熱或機(jī)械固定的方式連接。同理，殼體端蓋11和12可以連接到相應(yīng)的殼體端部15和14。此外，每個殼體端蓋上設(shè)置有開口或接收器17，使得在每個殼體端蓋上的相應(yīng)開口線性對齊并沿著它們之間的軸線并列排布，而且其中任何兩組開口17之間的軸線平行于一組開口17之間的每一個其他的軸線。

其長度通常大于外殼(所述外殼由殼體及與所連的殼體端蓋組成，(hfc-h))的長度的中空纖維8(參見例如，圖1c，2a和5a)的“固定的”簇或“固定的”束可以通過在端部15的開口17被插入并被引導(dǎo)穿過殼體端蓋11，穿過殼體10并穿出在hfc-h組件的另一個端部14的殼體端蓋12中的相應(yīng)開口17。所述插入大部分是手動，但可以通過牽引裝置來輔助，比如穿過所述外殼以及兩個殼體端蓋11和12延伸的棒狀臂。在所述臂的插入端，可以存在抓捕所述束的插入端的“抓捕”機(jī)構(gòu)。所述臂可以隨后縮回，牽引束第一端27穿過所述第一殼體端蓋開口17、穿過外殼殼體的全長并穿過第二殼體端蓋開口17。所述束穿過所述外殼和端蓋被牽引至束端19從每個端部伸出的程度。插入束的過程可以重復(fù)進(jìn)行，直到所有的束都已經(jīng)被插入外殼和殼體端蓋11和12中。所述束長于所述具有殼體端蓋的殼體，所述束的一部分19將稍微延伸超出所述殼體端蓋11和12(圖2g)。然后，以灌封材料能夠在纖維之間的空間中流動的方式將位于殼體端蓋開口17中的中空纖維束的被灌封或未被灌封的端部全部灌封，以將它們灌封在一起且同時使它們連接至開口17的壁18；借由從殼體端蓋的平面略微延伸出的中空纖維，能夠?qū)⒐喾鈩┨砑又灵_口17(圖2b，圖5c)。中空纖維端部可以是被塞住的或未被塞住的，確保在添加灌封劑的過程中無灌封劑進(jìn)入纖維中。

人們可以使用常見的技術(shù)來實現(xiàn)所述的灌封過程。下面是一些實例：一，中空纖維束可以被封裝在套管22中，例如網(wǎng)狀套管，所述套管對于濾液的流動是可滲透，還能夠為所述束提供結(jié)構(gòu)上的支撐，從而維持它的形狀(圖2a)。套管還便于將所述束穿過hfc-h、從位于hfc-h的一個端部上的開口17穿過、直至另一個殼體端蓋開口17；可以將裝置穿過一個殼體端蓋11處的開口17部分地插入外殼10中或貫穿外殼10插入至hfc-h的另一端部，穿過殼體端蓋12中的相應(yīng)(線性對齊的)開口17；然后，借由封閉的中空纖維，所述裝置可以抓捕到套管22的近端；然后，通過所述裝置牽引所述套管和位于其中的束穿過相應(yīng)的開口17。所述束8中的中空纖維可以具有被塞住的端部或開放的端部。二，所述束可以被預(yù)灌封(或“固定”)或未被預(yù)灌封，“固定”意味著用少量的固定劑或灌封劑以有利的布置方式使纖維互相連接，并且其中只有在束的每個端部的由纖維與纖維的連接區(qū)域(也稱為束“固定端部”、“灌封端部”、“灌封區(qū)”或“灌封區(qū)域”)限定的一小“部分”13被灌封。

固定部分13和在殼體端蓋11中的開口可以是任何形狀或構(gòu)型，并且可以根據(jù)如下需要相對于彼此隔開：(1)以形成所希望的束形狀和束布置或(2)以在每個端部處將束固定在相應(yīng)的開口內(nèi)或(3)以將束機(jī)械地固定在孔中并保證組件是防漏的。在殼體端蓋的開口17中加入少量的灌封劑可以用來引導(dǎo)灌封劑在纖維之間流動和在束外壁和開口17的內(nèi)壁18之間的流動；固定劑作為填料和膠黏劑以將纖維灌封在開口中并確保所述開口不滲漏?？梢詫⒐潭ㄑb置增設(shè)至殼體端蓋的端部以便于添加固定劑來限定、引導(dǎo)所述固定劑并防止其滲漏。固定劑或灌封劑可被添加到包含中空纖維束于其中的開口，無論是從殼體端蓋的外表面20添加或穿過hfm外殼的內(nèi)部的內(nèi)表面21添加。一旦中空纖維或束已被灌封在開口中，中空纖維的多余長度19可以被切除，在hfc的每個端部露出中空纖維的開口端，從而形成一個連續(xù)的、不間斷的導(dǎo)管(例如，參見圖5d)。

所述構(gòu)造方法消除了將大量灌封劑用作形成端蓋的手段的需求和嵌入中空纖維的需求。所需的灌封材料的量明顯更少；并且灌封材料被定位于殼體端蓋中的開口，不包括中空纖維。每個開口和束集可以被看作是一個獨立的中空纖維盒；其中它較小的直徑消除了大型hfc的單一灌封的問題。人們可以設(shè)想將所述方法的用途延伸至用來形成任何尺寸或直徑的hfcm。參見圖5f；在hfm-h中的殼體端蓋11和12之間插入支撐桿或支撐柱51可用于增加組件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在圖5f所示的實例中，那些支撐柱51可以由六邊形管組成，所述六邊形管可封裝束8。所述支撐柱可延伸接近于所述束的長度；優(yōu)選地，所述管的長度是外殼內(nèi)的殼體端蓋11和12之間的長度；任選地所述管的長度稍長，延伸到所述束的每個端部上的固定區(qū)域13中。在所述束的每個端部處的這樣的額外長度可以是，例如，在長度上為一英寸的1/16至1/4。相應(yīng)的長度會從用于接收所述六邊形柱51的端蓋開口17的壁29處移除；因此，束8的固定區(qū)域13將被插入開口17中，至少，直至所述端蓋的外表面。六邊形柱的端部將被插入端蓋中，直至從接收開口17的壁29處被移除的深度52，由此，將六邊形柱51錨定在相應(yīng)的端蓋52中。同理，將六邊形柱51錨定在hfm-h的另一側(cè)的端蓋中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地確定端蓋之間的hfm-h中這樣的六邊形柱的數(shù)量和間距，以達(dá)到必要的結(jié)構(gòu)支撐。六邊形柱51可以在所述柱體上包含任意數(shù)量的開口53，所述開口用于使濾液從所述柱內(nèi)部的束流至所述柱的外部并流入hfm-h內(nèi)的濾液池。

ii.使構(gòu)造中空纖維組件單元自動化的方法：

描述了本發(fā)明的構(gòu)造方法，通過該方法大大地方便了具有上述優(yōu)點的大型hfcm的組裝。此外，該方法將提供其他很明顯的優(yōu)點并消除與現(xiàn)有或先前的構(gòu)造hfcm的方法相關(guān)的許多問題。此外，提出的構(gòu)造方法的主要優(yōu)點和目標(biāo)是實現(xiàn)過程的自動化。自動化提供了用于提高構(gòu)造可靠性、制造速度、降低制造成本以及能夠形成通過現(xiàn)有方法不容易獲得的獨特的過濾器的手段。在本文中描述了這些優(yōu)點和其他優(yōu)點。

束單元的構(gòu)造—構(gòu)造hfcm的基礎(chǔ)是模塊化的組裝過程。被布置成六邊形的七纖維束被用來闡明這種新型構(gòu)造方法的基礎(chǔ)。所述七纖維六邊形束將被稱為六邊形束、束單元或者簡稱為束。圖1a、1b和1c示出了中空纖維單元束(“u-束”)的布置(圖1a是高度示意并且沒有示出任何“固定”區(qū)域)。這樣的布置適用于具有任何直徑的圓形中空纖維。一根中空纖維7位于中心，而其余六根中空纖維1-6圍繞中心的中空纖維7形成同一中心的六邊形8?？梢栽趦蓚€端部或靠近兩個端部處用固定劑24灌封纖維的六邊形束，以維持束的六邊形形狀以及灌封部分13的六邊形形狀(橫截面)；這樣的六邊形束提供了許多優(yōu)點，這將在下文中描述；因此，束的構(gòu)造成為一個關(guān)鍵步驟。

圖3a示出用于制造u-束的自動化系統(tǒng)的基本形式。用于生產(chǎn)中空纖維束的中空纖維原料提供于線軸31中，這在行業(yè)是常見的。七個線軸提供起始的中空纖維原料。通過輥組33可以引導(dǎo)來自于每個線軸的中空纖維絞線32，所述輥組推進(jìn)、引導(dǎo)并布置中空纖維，以使它們以最靠近彼此的方式定位，并且將它們集中到第二組輥組34中，所述第二輥組在其出口41至47處進(jìn)一步布置纖維以相對于彼此形成“六邊形”(圖3b)。可以將來自于輥組34的纖維引導(dǎo)至第三輥組54中，第三輥組54的布置與輥組34相似，但是更小并被設(shè)計成將纖維進(jìn)一步集中成更緊的六邊形。將來自于輥組54的六邊形形式的纖維簇引導(dǎo)至墊板35(圖4a，4d)中。其他用于使中空纖維前進(jìn)并相對于墊板35定位的構(gòu)件是可行的。

墊板35包含7個開口，所有開口也被布置成六邊形的形式，其中一個開口位于中心且六個開口同心地圍繞中心的開口設(shè)置。每個開口的直徑優(yōu)選比中空纖維的外徑稍大，以允許纖維自由地通過開口而不會損壞，但控制所述開口內(nèi)的纖維的過度“浮動”。相鄰開口23(圖1b)之間的距離控制著相鄰纖維之間的間距23。來自于六邊形墊板35(圖4a)的中空纖維因此也是六邊形并且如墊板所設(shè)置的那樣彼此隔開。用于形成束的中空纖維也可以直接由中空纖維紡絲組件(未示出)提供。所述中空纖維紡絲組件可包含中空纖維擠出頭，所述擠出頭含有一個或多個擠出噴嘴，以有利的方式布置(這樣的布置也被稱為“擠出裝置”)。因此，人們可以提供七股中空纖維絞線用于直接從擠出頭形成六邊形布置。來自于擠出頭的纖維將被進(jìn)一步處理并通過類似于那些常用的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)來生產(chǎn)具有所需的一致性(包括所需的物理狀態(tài)、諸如孔隙度、孔大小等的性能和結(jié)構(gòu)方面的要求等等)的纖維。

由于中空纖維是脆性的，因此必須采取措施以減少或消除纖維被破壞的任何可能性。纖維上可能的應(yīng)力點包括：1)纖維的拆卷(unspooling)，這可能需要使線軸31本身以特定速率旋轉(zhuǎn)，以解開纖維的纏繞，并消除牽引纖維離開線軸的需求；或者，可以在線軸桿上使用低摩擦軸承，以將牽引力降至最小。2)同樣地，引導(dǎo)來自線軸的中空纖維線的輥子33可以是另一個應(yīng)力點。由馬達(dá)驅(qū)動的與纖維的拆卷同步的輥子可以提供一種解決方案；或者，在輥軸上使用摩擦非常低的軸承也是可接受的。為了保持輥子34和54之間的纖維的定位，在相鄰輥子對120、121的外表面中形成半環(huán)形凹槽55(圖3b)，當(dāng)其組合時形成纖維的環(huán)形旋轉(zhuǎn)“通道”56。在每個輥子120、121上的半環(huán)形凹槽55的直徑等于或略大于中空纖維，但，不能過大以至于纖維在穿梭于輥子之間運動時出現(xiàn)過大的浮動或振動。所述輥子不但提供了低摩擦通過，還對中空纖維進(jìn)行了空間定位。對于所有引導(dǎo)中空纖維的部件而言，必須給予相似或相同的考慮以避免它們被破壞。因此，人們必須考慮過程的各方面中，包括中空纖維線軸和輥子的定位、輥子的尺寸、輥組的數(shù)量、孔尺寸、輥子組成、其為了使纖維通過的光潔度和形狀等。同理，可以改變六邊形墊板以提供中空纖維的最佳流動，以使其損傷降至最少?？梢栽诓煌狞c設(shè)置傳感器以監(jiān)控中空纖維的移動速率、中空纖維上的應(yīng)變、振動或任何其他可能影響中空纖維的完整性或作為整體的過程的參數(shù)。

用于固定中空纖維的定位或固定—一旦六邊形中空纖維布置已經(jīng)通過第一六邊形墊板35形成，優(yōu)選當(dāng)纖維被朝“固定中心”39(圖4a)引導(dǎo)時保留其形狀。固定中心包含一個或多個腔室，其中用固定劑24使中空纖維以所希望的布置形式(優(yōu)選為六邊形形狀)互相連接或固定，并且其中形成具有所需長度的完整的束。下面總體描述了用于使中空纖維相互固定的過程自動化的機(jī)構(gòu)，當(dāng)纖維穿過或移動通過固定中心39時，該機(jī)構(gòu)也用于以六邊形形狀布置中空纖維，用于控制纖維23之間的間距，用于產(chǎn)生具有指定長度的中空纖維束8，用于固定中空纖維束8的兩個端部13、24和以特定的間隔固定中空纖維束8的兩個端部13、24。

進(jìn)入固定隔室(也被稱為“固定腔室”)49的中空纖維穿過六邊形墊板35和36，保留所述纖維的六邊形布置，包括由兩個墊板35和36形成的纖維之間的間距。在所述固定隔室49中，在鄰近墊板36的位置處設(shè)置用于將固定劑添加至所述纖維的分配器機(jī)構(gòu)37。以下述方式定位所述分配器機(jī)構(gòu)：使其能夠?qū)⒐潭▌┘尤氲街锌绽w維束的外表面，而不會使它們的六邊形布置變形，同時圍繞中空纖維和束對稱地固化，以形成所希望的均勻的六邊形布置。固定劑添加頭可以旋轉(zhuǎn)以便于均勻地加入固定劑；和(或)中空纖維六邊形束可以相對于所述固定劑添加頭旋轉(zhuǎn)以便于通過克服固定劑上的重力的一個方向的拉拽來實現(xiàn)固定劑圍繞中空纖維的均勻分布。所述固定劑可以是快速固化的氰基丙烯酸酯，其一暴露于uv便固化，其源頭被引入所述固定腔室中以實現(xiàn)最有效的固化。液態(tài)氰基丙烯酸酯可以丸劑(bolus)的形式添加或采用連續(xù)的較小的注射添加。每次的添加將通過暴露于uv脈沖而固化。液態(tài)氰基丙烯酸酯將在纖維之間流動，其中當(dāng)其固化時將粘合纖維。對于該過程而言關(guān)鍵的是將纖維以它們從墊板流出的排列形式固定。中空纖維相互之間的固定不限于氰基丙烯酸酯或其他化學(xué)固定劑或灌封劑；例如，可以使用經(jīng)歷隨溫度發(fā)生相變的物質(zhì)。在一個溫度下加入液態(tài)形式的固定劑，隨后迅速降低溫度，導(dǎo)致固化。雖然也有可以用于該功能的許多潛在的候選物，但在熱固定中使用的溫度必須不損壞纖維。在3d打印或建模中使用的原理可以適用于固定過程?？赡苄枰淖兇蛴☆^，從而以所需的形式實現(xiàn)固定劑的沉積。

可以獲得其他對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的實現(xiàn)所需固定的方法。

實施例1—將中空纖維互相固定成六邊形束

來自一個噴射器或多個噴射器的一個噴嘴或多個噴嘴37，可以以將固定劑24以最有效的方式遞送至中空纖維束中的方式定位?？赡苡懈鞣N方法來遞送這樣的固定劑；在一個實例中，多噴嘴裝置37(圖4a，4b：示出了用于固定劑的線材和管道63)相鄰于纖維定位并圍繞所述纖維以特定的間隔徑向設(shè)置。噴嘴，優(yōu)選地，將被機(jī)械化，使得它們可以在添加固定劑之前或期間朝著中空纖維束前進(jìn)并且在添加完成后縮回。在固定劑添加階段，所述中空纖維束可以超越噴嘴前進(jìn)直至沿預(yù)定的中空纖維部分的長度13實施固定劑24的添加；或可選地，中空纖維束可以保持靜止，同時噴嘴組件37沿纖維前進(jìn)以使固定劑24沿預(yù)定的部分長度13擴(kuò)散。固定隔室49(參見圖4a，注意虛線簡略地表示固定隔室已在圖4b中被省略)顯然必須適應(yīng)這種運動。此外，可以設(shè)置用于使所述中空纖維束61(參見圖4a)相對于所述噴嘴旋轉(zhuǎn)(或使噴嘴相對于固定的中空纖維束旋轉(zhuǎn)(未示出))的機(jī)構(gòu)。固定劑可以優(yōu)選為(但不限于)液體的形式噴涂或添加到纖維上。沿所選的纖維部分以單次注射、多次注射的形式或連續(xù)地注入預(yù)定量的固定劑。通過纖維相對于噴嘴的單次通過或多次通過完成固定劑的添加，分別采用固定劑的單次沉積或多次分層沉積。固定劑的注入量必須足以涂覆并均勻地連接相鄰的中空纖維中的部分13、24(圖1b，1c)，優(yōu)選地，以六邊形的形式。此外，優(yōu)選的是，添加固定劑時不會滴流也不會擴(kuò)散到相鄰的部件，并保持定位于中空纖維束的所需部分。優(yōu)選地，束中纖維的僅一小部分13被相互固定；該部分可以是任何長度，但通常在英寸的范圍內(nèi)。在添加完固定劑后，噴嘴縮回并且噴嘴上的固定劑排放口處于被保護(hù)的狀態(tài)。還考慮了用于在添加固定劑的過程中暫時重新定位單根纖維以優(yōu)化所述添加并允許充分過量的固定劑在纖維之間的空間的機(jī)構(gòu)；這是為了最大限度地減少纖維之間的空氣間隙或通道。

優(yōu)選的固定劑將有快速固化速度以最大化纖維的粘合速率，同時最大限度地減少固定劑從其期望位置滴落或遷移。可以通過固化劑，例如電磁輻射、熱、化學(xué)物質(zhì)或其他誘導(dǎo)固定劑迅速固化。人們可以設(shè)想，在固定劑的固化或硬化完成之前，采用模頭(或模具)以進(jìn)一步使固定區(qū)域定形，特別是在固定劑硬化之前。當(dāng)固定劑仍是柔韌的并且其粘附能力減弱、最大程度地降低對模頭的粘附時可以這樣做。由于許多其他的原因，快速固化也是有利的，所述原因包括：固化越快，則生產(chǎn)過程越快。快速固化劑還可以實現(xiàn)對灌封過程的控制，控制固定劑的硬化；即，在一個溫度下注入灌封區(qū)并控制該模頭的壁的溫度以優(yōu)化固定劑的控制和硬化過程。人們也可以設(shè)想一個以上的固定周期，其中固定劑的附加層被添加到以前的沉積物上；通過與模頭的組合能夠使中空纖維束的固定端部13形成為特定的形式，其中包括具有特定的邊長的六邊形形狀。此外，為固定階段定位中空纖維的墊板35和36可適應(yīng)于自動化裝置61，所述自動化裝置將重新定位或旋轉(zhuǎn)墊板36和中空纖維；例如，如果液態(tài)固定劑因重力的拉拽在一個方向上流動，則通過以等于或小于180度旋轉(zhuǎn)纖維一次使得液體會被更均勻地環(huán)繞所述纖維重新分配，或旋轉(zhuǎn)可以在一個方向上轉(zhuǎn)回至原來的位置，或者人們可以實施多次這樣的反復(fù)旋轉(zhuǎn)。

考慮固定步驟所指示的要求，選擇合適的固定劑或灌封材料是一個關(guān)鍵步驟。它應(yīng)當(dāng)能夠迅速地以均勻的方式嵌入纖維。它應(yīng)具有足夠的粘度和性質(zhì)，以便實現(xiàn)中空纖維相互重復(fù)且快速的固定，還允許將固定部分13塑形成指定的形式。氰基丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、彈性體、熱塑性塑料或其他化學(xué)粘合或灌封劑可滿足這些要求。

形成指定長度的u-束—一旦固定部分13已經(jīng)在固定腔室49(圖4a)的入口處形成，則通過切割機(jī)構(gòu)38(示出了連接到所述機(jī)構(gòu)的線62)在固定部分的大約中點處將其切割，所述切割機(jī)構(gòu)可以是激光、刀、水射流等。然后除去由此產(chǎn)生的u-束8。剩余的一半部分13保持與墊板36相連并位于固定腔室49內(nèi)。收縮機(jī)構(gòu)70通過自動化的皮帶和滑輪系統(tǒng)(或其他機(jī)械系統(tǒng))76從它的靜止位置朝暴露的部分13前進(jìn)一段約為束8的長度的距離。具有六邊形開口的類似于筒夾的裝置71、77(圖4a，4b和4c)以使部分13進(jìn)入筒夾71、77中的六邊形開口的方式進(jìn)一步向前推進(jìn)。采用氣動缸69、73或一些其他構(gòu)件使筒夾縮回。它縮回到筒夾關(guān)閉機(jī)構(gòu)(也稱為“筒夾閉合器”)78中。迫使被分割成6等份的筒夾壁向內(nèi)朝向筒夾的中心軸線，從而使筒夾壁和筒夾頭閉合于束部分13的六個側(cè)面上。筒夾縮回到筒夾閉合器78的收縮量決定了筒夾的閉合程度以及作用于束部分上的抓力；這是在加工設(shè)備中使用的通用機(jī)構(gòu)。或者，筒夾閉合器能夠相對于筒夾連續(xù)前進(jìn)，導(dǎo)致該筒夾閉合。一旦束部分被固定在所述筒夾頭71中，則整個收縮機(jī)構(gòu)70通過皮帶和滑輪系統(tǒng)76縮回到其初始靜止位置。中空纖維束的新部分被定位在所述固定腔室中從而能夠形成新的束部分13，如前面所述的那樣。在形成束部分之后，按照如前所述的方式將其切割。收縮機(jī)構(gòu)70被重新定位以分離所得到的被切的束部分13。同時，通過使筒夾77從筒夾閉合器78縮回而打開筒夾。第二缸75朝筒夾中的六邊形開口推動位于筒夾內(nèi)部中心的活塞74，以將u-束部分13從筒夾頭擠出。然后，具有固定端部13的完整的u-束8自由地被拾起，或者它可以通過機(jī)械化系統(tǒng)引導(dǎo)至儲存箱(例如，通過與完成的束呈直角的傳送帶移動)。示出了用于移動被切的束的裝置57和用于移動被切的束下方的平臺的裝置58。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所述機(jī)構(gòu)做出明顯的改進(jìn)。

實施例2—預(yù)制束端蓋

為了形成單元束(“u-束”)，可以想象的是，可以在不施加液體固定劑下實現(xiàn)用于形成六邊形端蓋的“固定”步驟，如前文所述的那樣?？赏ㄟ^使用預(yù)制的蓋實現(xiàn)相同的一般結(jié)果，其中可以將這樣的蓋機(jī)械地添加或摁扣到中空纖維的端部。預(yù)制的蓋沿著中空纖維束定位，使得它可以被機(jī)械地重新布置以封裝纖維并同時確保所要求的形狀，優(yōu)選為六邊形。這樣的蓋的一個實例示于圖7；示出了它的兩種可能的構(gòu)型，線性蓋或部分79(l形蓋)和折疊的蓋或部分80(f形蓋)。如將被顯示的那樣，這兩種構(gòu)型是可相互轉(zhuǎn)換的。l形蓋79包含六個子部分，按順序編號為

相鄰部分(圖7)形成“u”形凹槽、通道或孔87。所述通道被設(shè)計成平行于中空纖維絞線并以有利于容納和叉開(straddling)中空纖維絞線95的方式定位。中空纖維進(jìn)而通過墊板被導(dǎo)入固定中心39中的固定腔室49(圖4a)中，所述墊板與平行于通道87(圖7)的纖維對齊。除了通道87之外，l形蓋還含有5(或6)個水平刻痕88，所述刻痕優(yōu)選位于通道87的底部中的大約中點處，并與所述通道平行。這樣的刻痕便于沿刻痕線以形成六邊形形狀80的方式折疊l形蓋部分。桿89形成了“u”形通道87的壁；這樣，當(dāng)沿刻痕線88折疊或彎曲相鄰部分81至86時，所述桿在通道87內(nèi)聚攏以捕獲中空纖維。如圖7所示，定位于部分83和84之間的纖維上方(在所述纖維上方的一個精確高度處)的第七根中空纖維在中心被捕獲。盡管只描述了六邊形布置，同樣的方法顯然可適用于形成其他束形狀。該方法可以包括在l-形蓋79中添加或噴涂粘合劑、固定劑或一些其他合適的試劑，以便當(dāng)蓋折疊成六邊形形狀80(經(jīng)由中間形式90)時，內(nèi)部的固定劑在固化后密封內(nèi)部的纖維，并且同時有利于保持所得到的六邊形形狀。無論中空纖維是否通過加入液態(tài)固定劑13、24或預(yù)制的束端蓋80或一些其他的方式被一起保持在束中，所述部分都必須被切除，優(yōu)選在中點處切除。

一旦蓋已被添加到纖維部分，形成六邊形形狀，可以采用切割機(jī)構(gòu)(刀、鋸、激光或任何其他手段)沿著所形成的蓋和纖維束的中點的橫截面切割所形成的蓋和纖維束。然后釋放并除去得到的具有兩個封閉的端部的頭束。尾束被推進(jìn)一段指定距離，并且重復(fù)添加另一個l形蓋的過程。整個過程可以實現(xiàn)高度機(jī)械化從而以非常高的速率生產(chǎn)被封端的束部分，圖4a和4b。

對于上述方法而言各種改進(jìn)和優(yōu)化是可能的。在一個實例中，使用了裝配線，其中的最后步驟(包括固定束單元的兩端)垂直進(jìn)行。在垂直位置中，固定劑流會更均勻地環(huán)繞束的模具的中心軸線分布；不同于水平過程，在水平過程中重力的拉拽可能使得固定劑稍微更多地分布到束腔室的底壁上。

在生產(chǎn)u-束期間或之后，束單元的端部可能需要被塞住以在后續(xù)加工過程中保護(hù)中空纖維的內(nèi)部；用于塞住所述纖維的優(yōu)選方法是通過在纖維的端部形成保護(hù)薄外皮；這應(yīng)該在使束單元的六邊形形狀或尺寸不變形下完成。保護(hù)纖維的端部可以容易地和迅速地通過多種方法或方法的組合，包括熱、超聲、化學(xué)方式、相變等實現(xiàn)。塞子的形成必須是可逆的或適合在裝配過程的任何點處除去。從含外皮或塞子的束或hfc的端部簡單地切去該部分是一個常用的選擇。通過使用具有比束或hfc的其他部分更低的熔融溫度的塞子，該塞子可以很容易地用熱除去，還有可能聯(lián)合使用能從hf構(gòu)造體中吸去熔體的吸附劑。真空也可以用于除去熔體。這些方法以及其他都可很容易地用于封堵和可逆地疏通中空纖維端?？梢栽谛纬蓇-束到hfc組裝的任何時候封堵中空纖維。然而，優(yōu)選地，但不是唯一地，在u-束組裝期間或之后或在其已經(jīng)經(jīng)過完整性和質(zhì)量測試之后進(jìn)行封堵。在生產(chǎn)的初期階段封堵中空纖維可以便于構(gòu)造較大的束。

束—單元束(u-束)的自動化和受控生產(chǎn)提供了通過現(xiàn)有的hfm生產(chǎn)技術(shù)不可能獲得的好處，所述現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)通常涉及隨機(jī)地捆綁纖維。圖6顯示了組合u-束101組件以形成更大的束“集”的方法。例如，6根u-束可以被組合以形成塊束(b-束)102，其可以被進(jìn)一步布置成組束(g-束)103，其進(jìn)而又可以進(jìn)一步被設(shè)置成更大的超級束(s-束)104、105等等。由六邊形u-束所提供的對稱可以以任何規(guī)模和任何所需的束集形狀有序地布置中空纖維。下面介紹由提出的u-束構(gòu)造塊提供的一部分優(yōu)點：

完整性測試—自動化的完整性測試—當(dāng)形成u-束時，它們可以通過自動化系統(tǒng)使用任意數(shù)量的現(xiàn)有的過濾器完整性測試技術(shù)來進(jìn)行測試。例如，能夠承受在本文其他地方所述的高壓滅菌條件的u-束能力(或任何束集能力)可以被用作測試條件。完整性的測試是本領(lǐng)域已知的，并且包括但不限于泡點測試、壓降測試、暴露于包含顆粒的蒸汽以及擴(kuò)散試驗。在一個實例中，u-束內(nèi)的中空纖維被潤濕，接著當(dāng)它們離開組裝線時對每一個進(jìn)行泡點或壓降測試。這提供了即時和廉價的方式來測試每一個u-束。在完全組裝成hfcm之前，也可以在更大的束(即b-束、g-束等)上進(jìn)行相同的完整性測試。

預(yù)收縮束—預(yù)制的束(所述束的布置適合于殼體端蓋接收器17)允許預(yù)處理束或簇上的固定區(qū)域以形成更穩(wěn)定的束或簇。例如，預(yù)熱束或簇上的固定區(qū)域13以該區(qū)域13進(jìn)行退火，以消除在固定區(qū)域13中的任何應(yīng)力，這將提高所述束或簇的穩(wěn)定性。對固定區(qū)域13進(jìn)行加熱，以促使固定劑在將其插入相應(yīng)的接收器之前收縮，將再次消除任何由收縮引起的潛在問題。

纖維的定位—如圖所示，在六邊形u-束中纖維通過間距23相對于彼此的位置(圖1b)提供了以能夠在放大的過程獲得改善的過濾結(jié)果的方式布置u-束的手段。例如，這可以包括通過使s-束以在束和hfcm的內(nèi)部和外部之間形成對于最優(yōu)的流動而言最優(yōu)的通道的方式隔開而優(yōu)化從大型hfm或hfc的中心流向周邊的濾液流。相對于彼此的纖維和束的最佳間距可被用于優(yōu)化貫穿模塊的整個橫截面的纖維和束之間的流動。

最佳填充—六邊形提供了中空纖維的高密度填充的理想布置形式。

其他—其他選項變得可用來實現(xiàn)獨特的和改進(jìn)的過濾過程。束單元可以用每個u-束內(nèi)的一定角度的螺旋填充。這可以在形成束的過程中簡單地實現(xiàn)。例如，在形成b-束的過程中，可以將u-束固定在束的一個端部；但是，在另一個端部處，u-束可沿其長軸線以增量的方式旋轉(zhuǎn)。對于六邊形形狀而言，所選擇的螺旋可以有60度的增量。所述螺旋可以隨液體穿過中空纖維的長度而向流體引入渦流。纖維壁上的天然瑕疵或在纖維紡絲期間在內(nèi)壁上引入的凹槽可進(jìn)一步用來優(yōu)化渦流效應(yīng)以改善過濾過程?？梢詫㈩愃频穆菪辆哂腥魏纬叽缁蛐螤畹氖虼刂械睦w維。當(dāng)圓形或六邊形束被插入到hfcm的殼體端蓋中時，可以將螺旋引入所述束中。

所述束方法簡化了組裝過程，并提供了一個高度可再現(xiàn)的制造工藝。

放大：

如下面的實例中示出的六邊形單元，u-束101大大地方便了大型hfm的組裝：在圖6所示的形式的b-束102可以很容易地由u-束101組裝而成，正如其他束形式110所組裝的那樣。該過程可以容易地被自動化或通過手動構(gòu)造而成。如圖6所示，一個三角形b-束102可由六個u-束101單元組裝而成；對于具有0.062″od的62厘米長的纖維而言，這轉(zhuǎn)化為約0.125m²的纖維表面積。使用7個長度相似、纖維相同的b-束102可以將b-束102組裝成由385根纖維組成的g-束103，提供約0.78m²的表面積，所述g-束103可以被封裝在直徑小于1.5″的外殼中。

然后，進(jìn)一步通過將7個g-束103組合成圖6所示的芯結(jié)構(gòu)104而擴(kuò)大過濾器的處理量。所示出的過濾器芯模式(c1-芯104)包含2695根纖維以在直徑約3.5″的盒中產(chǎn)生5.4m²表面積。通過在c1-芯104上增加另一層g-束103可以實現(xiàn)過濾器尺寸的進(jìn)一步增加，以形成c2-芯105模式；它的表面積被增加至在直徑約6″的盒中14.7m²。隨著在c2-芯104上增加另一層g-束103形成c3-芯，在直徑約8″的盒中表面積增加至約29m²。人們可以繼續(xù)以類似的有序的方式構(gòu)建更大型的盒，注意保留依次增大的芯的基本六邊形形狀；但是，這并不排除向更大的束或芯增加束或從更大的束或芯減少束以實現(xiàn)非六邊形的中空纖維布置形式的可能性；例如，圓形，矩形或非六邊形的其他多邊形或形狀。表1提供了示意性地示于圖6中的一些不同的中空纖維束構(gòu)型的更詳細(xì)的描述：

表1

在構(gòu)造hfcm過程中，hfcm殼體端蓋11和12(圖2b-2g和5b-5e)通過聚集束或簇，通過在束與束之間保持合適的間距對所述組件提供結(jié)構(gòu)支撐而便于上述組裝。

隨著過濾器尺寸的增大，從所述束或芯的中心流動到其周邊的流動模式和流動阻力可能發(fā)生變化。所提出的構(gòu)造大型過濾器的方法提供了解決這一問題的手段。如圖所示，在u-束中的相鄰的中空纖維的間距23(圖1b)在其生產(chǎn)過程中實現(xiàn)。b-束中的u-束之間的間距也可以通過相應(yīng)的墊板固定；該間距是由過濾過程的要求決定的，對于較慢的收集速率而言，u-束之間的間隙小，對于更快的濾液收集速率而言，u-束之間的間隙較大。同樣，在從b-束到g-束以及到更大的芯的放大過程中，選擇束與束之間的間距以實現(xiàn)從所有纖維流向束或芯的周邊的最佳流動；開口17和相應(yīng)的束之間的間距29示出了這樣的流動通道。將中空纖維捆綁成緊湊的束，正如目前普遍存在的那樣，限制了這樣的對從束的中心流到其周邊的流動的控制。在緊湊的束中，更多的周邊中空纖維可以提供阻礙來自較多的內(nèi)部纖維的濾液流動的阻力。來自所有中空纖維的濾液生產(chǎn)速率變得不一致。一部分中空纖維所承擔(dān)的過濾負(fù)荷比其他纖維的程度大，從而導(dǎo)致其早期失效。換言之，沒有實現(xiàn)過濾器的全部處理量。在如所述的那樣聚集纖維的過程中，這種中空纖維過濾過程中的不一致性得以最小化并且更接近于實現(xiàn)hfm的全部處理量。盡管六邊形束單元是束單元的一個優(yōu)選實施方案，但是其他形狀也是可行的。在某些情形下矩形束單元可能是優(yōu)選的。三角形束可能在其他情況下是有用的。很明顯，在采用所述方法時具有各種多邊形形狀的束都是可能的。

將束組裝成hfc：

將束組裝成更加功能化的hfc或hfm要求將所述束灌封在hfcm殼體端蓋11和12中。不同于先前的步驟(其中對于聚集纖維和束的選擇更加有限)，所提出的幾何模式提供了在hfcm內(nèi)精確布置纖維的可能性。例如，通過使用同樣用作墊板的殼體端蓋11，如圖5b-5e中所示，中空纖維束可以被布置成所需的模式；包含六邊形接收器或開口17的殼體端蓋11和12被布置成所需的模式并適當(dāng)?shù)乇舜烁糸_29；端部13被插入所述六邊形接收器17中的六邊形束8(例如g-束103，例如參見圖6)限定了在殼體端蓋11和12中的束的模式。在接收器中灌封所述束的端部固定了該模式。兩個端蓋之間的外殼10封裝中空纖維以形成hfc。上述過程提出了多種改進(jìn)，所述改進(jìn)可以大大提高最終的hfc或hfm的質(zhì)量和可靠性。該方法將有利于生產(chǎn)大型hfm并降低其成本。其中的一些好處如下：

1、最大限度地減少不相容的材料的使用：

許多目前商業(yè)供應(yīng)的hfm或hfc將聚砜用于殼體或外殼的其他部件；簡單地說，該材料提供了極好的結(jié)構(gòu)支撐、極大的化學(xué)惰性、高的工作溫度以及其他好處。使聚砜成為這樣一種良好的結(jié)構(gòu)材料的一些相同的物理和化學(xué)性能也使它成為一個非常差的灌封劑；因此，其他材料已被用于這一目的。環(huán)氧樹脂和聚氨酯也許是最常見的灌封劑；它們可以以低粘度液體的形式注入，所述液體容易在中空纖維之間流動，以均勻的方式浸漬纖維；通過預(yù)添加固化劑(通過加熱、光照或其他一些手段)誘導(dǎo)該材料固化。由此可以控制固化或凝固的速度以形成一種可進(jìn)行機(jī)械加工并可進(jìn)一步按照需要操縱的高度惰性的、熱穩(wěn)定的材料。這樣的灌封材料可以根據(jù)每個用戶的需求高度定制；然而，盡管具有這些好處，它們對于構(gòu)造大型hfm而言并不理想。

環(huán)氧樹脂，例如，作為封裝材料，需要其不僅嵌入中空纖維，還要求其粘接至聚砜殼體的壁。雖然人們可以選擇一個與聚砜的膨脹系數(shù)非常相似的環(huán)氧樹脂，但它通常是不精確的，膨脹差也并不是在兩種材料可能共同暴露的整個溫度范圍內(nèi)一直都保持。此外，環(huán)氧樹脂從液態(tài)向固體的轉(zhuǎn)變或固化可能導(dǎo)致顯著的材料的尺寸變化；該隨聚合的變化或收縮，其程度可通過加熱提高。盡管當(dāng)用于構(gòu)造具有較小的灌封內(nèi)徑的小型hfm時，這種收縮可能是微不足道，但是隨著灌封直徑的增加，它可以被大大地放大并變得十分顯著。其結(jié)果是在環(huán)氧樹脂中開裂或環(huán)氧樹脂從與其所粘接的聚砜分離。

灌封劑和結(jié)構(gòu)性的聚砜殼體端蓋(和殼體)之間的粘接完整性必須被保留，以保持濾液腔室和滯留物腔室之間的隔離。然而，據(jù)觀察，當(dāng)使用兩種不同的材料時，它們之間的粘合強(qiáng)度能夠受到增加的過濾器尺寸的顯著影響，并且一種材料相對于另一種材料中的尺寸變化越大，粘接失效的可能性越大。為了最大限度地加強(qiáng)這種粘接，聚砜殼體端蓋的盒接收端被粗加工或塑形以最大程度地夾緊所述灌封劑；然而，在大規(guī)模下，增加的收縮增量和溫度對軟化環(huán)氧樹脂和聚砜之間的粘合的影響的聯(lián)合作用可能導(dǎo)致所述粘接失效。它也有可能是在加熱和冷卻循環(huán)之后，聚砜不收縮，但環(huán)氧樹脂收縮。這可能在環(huán)氧樹脂和聚砜之間不分離的情形下發(fā)生；然而，這種情況下，應(yīng)力可被存儲在固化的環(huán)氧樹脂中，導(dǎo)致僅在環(huán)氧樹脂中潛在的應(yīng)力性破裂，可能導(dǎo)致該hfm失效。

人們可以得出這樣的結(jié)論：環(huán)氧樹脂和聚砜對于構(gòu)造大型過濾器而言并不是理想地相容的?？赏ㄟ^在hfm的構(gòu)造過程中使用相容的(優(yōu)選相同的)材料大大減少或消除了與使用兩個不相容的材料相關(guān)的問題；即，將聚砜用于hfm的殼體以及用于構(gòu)造hfcm的殼體端蓋。

2、構(gòu)造大型hfm的方法：

對于構(gòu)造大型hfm而言使用“相容的”材料成為構(gòu)造過程中的必要部分；例如，使用聚砜殼體并用聚砜代替環(huán)氧樹脂形成hfc端蓋并用于在同一端蓋中嵌入中空纖維。使用聚砜形成殼體10以及殼體端蓋11和12形成了其中這兩個關(guān)鍵部件以相同的速率膨脹和收縮的結(jié)構(gòu)；由于端蓋和殼體均由大部分“相同的”材料制成，因此它們將在所有可用的溫度，(不是使部件熔融的溫度)、壓力和時間下表現(xiàn)出相似的行為；包括在蒸汽滅菌(通常在121℃-125℃，15psi-25psi、3分鐘-45分鐘的范圍內(nèi)；設(shè)置是相互依存的)、干熱高壓滅菌(通常在121℃至190℃的范圍內(nèi)，以6分鐘至12小時的時間，根據(jù)溫度設(shè)定)、或化學(xué)蒸氣高壓滅菌中(通常在132℃、20-40psi、20分鐘的范圍內(nèi))的在線和離線生產(chǎn)工藝過程中所達(dá)到的那些。這將顯著地使被粘接的表面之間的破裂或失效降至最低。

對于本申請及其權(quán)利要求的目的而言，測試盒是否能抵抗開裂是指當(dāng)在121-125攝氏度的溫度、15-17psi的壓力下暴露30至60分鐘時它是否能抵抗開裂。

然而，不同于環(huán)氧樹脂，聚砜不容易被倒入以灌封聚砜中空纖維；因此，采用了一種略加修改的方法以實現(xiàn)hfc的構(gòu)造。它涉及使用聚砜盤，所述盤的直徑約為hfm殼體10的直徑，以形成殼體端蓋11和12，其中所述殼體端蓋包含貫穿所述殼體端蓋的長度的接收器17或開口。見圖2b-2f和圖5b-5e?？梢酝ㄟ^模制或機(jī)加工端蓋而非常精確地控制所述接收器的形狀和間距。這樣的開口17因此可以作為接收器接收中空纖維束或簇8。典型地，但不是唯一地，中空纖維束單元或簇的固定端部13將由與所指的接收器類似的形狀和尺寸組成。除了所指的接收器之外，可以在殼體端蓋中形成或加工出凹槽16，可將殼體10的端部插入所述凹槽中。殼體，因此可以通過機(jī)械手段或通過粘合劑并用墊圈、o形圈或粘合劑密封而被牢牢地錨定在殼體端蓋中。殼體的另一端可以類似地錨定到第二殼體端蓋。除了簡化了構(gòu)造過程之外，所得到的結(jié)構(gòu)中形成了一個非常穩(wěn)定的不容易變形的結(jié)構(gòu)。位于兩個殼體端蓋處的接收器可以在hfc組件中對齊?？梢詫⑹ㄟ^殼體端蓋11開口17而插入一端，穿過外殼殼體10，然后插入殼體的另一個端部處的殼體端蓋12中的平行設(shè)置的接收器17。束或簇的長度可以與殼體端蓋之間的距離相同或略大于所述距離；因此，根據(jù)不同的束單元的長度，它們可能會與殼體端蓋的外表面齊平或略微延伸超出殼體端蓋的外表面。同樣，可以增加其他束，填充殼體端蓋內(nèi)的所有空腔。接收器壁18和束或簇的灌封側(cè)部13之間的間隙可以用能夠流入該間隙的粘合劑填充，然后固化，密封該間隙，并錨定所述束。少量的密封劑，如環(huán)氧樹脂，可在這種情況下使用；由于使用的填料的體積較小并且束的灌封端部13和接收器壁18之間的間隙較窄，密封劑的不良影響(如收縮)得以顯著降低。先前描述的使用環(huán)氧樹脂的缺陷被大幅度地縮小。另外，由于所需的灌封材料的體積小和構(gòu)造體的性質(zhì)，每個束和接收器對可以被看作是小型的hfc。每個端部均受限于其各自的接收器的束類似于一個小型的過濾器，它表現(xiàn)出通常在大型hfm中觀察到的最小的變形。將束插入一個端部(即，11)處的hfc殼體端蓋接收器17，使得尾部的固定束端13被錨定在所插入的接收器中。因此在插入hfc的另一端部處的殼體端蓋12中的接收器17之前頭部的固定束端13可以稍微轉(zhuǎn)動。

可以以各種方式實現(xiàn)將粘性密封劑均勻加入束壁13和腔壁18之間的間隙中。在一種方法中，中空纖維的端部用對于選擇的灌封劑是不可滲透的密封劑薄層、塞子或“外皮”封堵。對中空纖維的這種封堵可以在生產(chǎn)束的過程中或在一些其他點處發(fā)生。束側(cè)部13和端蓋腔壁18之間的間隙可以簡單地通過將組件浸漬于特定體積的灌封劑中而填充。灌封劑(一種液體)，通過毛細(xì)管作用流入間隙中，但不能流入被封堵的中空纖維中。過量的密封劑可以在固化前先被排出，僅在所述間隙內(nèi)留下密封劑。凝固之后，超出端蓋延伸的束或簇可以被切至與端蓋的外表面齊平。被切部分的長度應(yīng)足以露出中空纖維末端開口。如果該束與hfcm的長度相同，那么可以切去足以除去中空纖維被封堵的部分的固定的束端部的一部分并露出開放式中空纖維端部。

存在將束端部插入并封堵在它們各自的接收器17中的其他潛在的方法。這些措施包括使用“0”形圈。它可以包括在將所述束插入它們各自的容器之前或之后，從外殼10的內(nèi)部或殼體端蓋表面21將灌封劑添加至束端部13上或接收器17中。灌封可以是來自表面20、21或同時來自于兩個表面，圖2b和2e。

3、放大：

構(gòu)造大型hfcm的上述方法并不局限于任何具體的尺寸。它只是提供了比以前的技術(shù)更有效和可靠的用于構(gòu)造大型hfcm的方法。它還提供了用于增加大型hfm的尺寸的手段，所述增加超出了當(dāng)前技術(shù)可能達(dá)到的程度。人們可以，例如，將不銹鋼(ss)用于殼體、殼體端蓋或其他結(jié)構(gòu)部件。ss可以為比采用當(dāng)前技術(shù)可能獲得的過濾器大得多的過濾器提供結(jié)構(gòu)支撐。在殼體端蓋中的容器會保持如前所述。束單元或簇會被插入到它們在殼體端蓋中相應(yīng)的空腔中；如前文所述的那樣，因為在束和空腔壁之間使用的粘合劑的量非常小，粘合劑或密封劑的膨脹和收縮將是微乎其微的。顯然，灌封劑具有符合構(gòu)造要求的特性；即，如果采用ss制成的部件，它應(yīng)當(dāng)符合與ss的粘接；它應(yīng)符合hfm的溫度要求；在材料的膨脹和收縮性質(zhì)之間必須存在相容性；材料必須具有例如將具備承受過程的應(yīng)力要求的強(qiáng)度的物理性質(zhì)。顯然其他的措施也是可行的：使用彈性體灌封材料或粘合劑，估計束單元和腔體之間的間距的尺寸，在hfc內(nèi)將支撐柱插入束單元之間以防止在極端操作條件下結(jié)構(gòu)變形。

4、不同的構(gòu)型：

雖然本發(fā)明的焦點集中在束的六邊形布置，很明顯，所描述的方法并不唯一地限定于六邊形。可以采用類似的步驟以形成三角形、正方形、五邊形或任何其他形式。每個束中的纖維數(shù)目也可以從1到任何期望的或受所使用的形成這種束的方法限制的數(shù)字變化。所描述的方法并不只適用于圓形hfm或hfc，它也可以應(yīng)用到形成正方形或其他形狀的過濾模塊；另外還包括板框式的模塊，在所述模塊中，用線性布置的中空纖維束代替扁平的過濾器板，以形成等效于板的形狀，其中的一個示例示于圖8中。進(jìn)而，這樣的中空纖維-板(也稱為“盒殼體”)100便可堆疊成類似于“板框式”結(jié)構(gòu)106。(下段所指的編號100至112是具體相對于圖8而言的)。

中空纖維束或簇端部將被灌封至矩形盒殼體101的兩個端部(“殼體端部”)，其中殼體101的兩端含有端蓋，所述端蓋設(shè)有如上文所述的用于接收并灌封所述簇或束端部的開口或接收器。矩形中空纖維板將設(shè)有側(cè)端口102以允許濾液從矩形中空纖維板(殼體)100的內(nèi)部流出。然后可以將這樣的中空纖維板(殼體)插入到外殼105中，所述外殼由兩個外殼部件(外殼板)110構(gòu)成。為了保持濾液與滯留物流體分隔開，所述接收矩形中空纖維板100的外殼部件以防漏的方式在適當(dāng)?shù)奈恢?例如在束部分的固定區(qū)域的周邊；可以使用墊圈或其他密封手段)與那些板接觸。兩個外殼部件(板)110被構(gòu)造成對于中空纖維板而言形成防漏的外殼(例如，能夠使用墊圈)。外殼(也被稱為“矩形模塊”)105包含引導(dǎo)流體流入或流出中空纖維的內(nèi)腔的通道或端口112。這樣的通道112可以以允許流體從一個矩形模塊105中的中空纖維流出并流入相鄰的矩形模塊105的方式連接；可以重復(fù)這樣的堆疊，形成由多個矩形模塊105形成的板框式結(jié)構(gòu)106。端口或通道112在這樣的矩形模塊之間形成流體連接，使矩形中空纖維板內(nèi)的中空纖維串聯(lián)連接。板框式堆疊106將明顯地包含出口模塊(在該系列中的最后一個模塊)，它也將引導(dǎo)流體流出板框式堆疊106。矩形模塊105的側(cè)面包含端口111，所述端口與位于相鄰矩形模塊105上的相似端口套準(zhǔn)，形成用于收集在板框式堆疊內(nèi)產(chǎn)生的濾液的通道。中空纖維板和矩形模塊可以串聯(lián)、并聯(lián)或兩者的組合的形式堆疊。那些熟悉這樣的過濾器的操作的技術(shù)人員能對所述板結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)建，以優(yōu)化所述系統(tǒng)的結(jié)果。