[发明专利]中空纤维盒和部件及它们的构造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月22日提交的美国临时申请第61/579,623号的权益，该申请在此通过引用而全部并入。

技术领域

本发明涉及中空纤维模块的制造方法和组件。

背景技术

中空纤维过滤器(其壁可以为多孔和半渗透的)具有优异的过滤性能以及能适用于许多领域和应用的特性。中空纤维(HFs)被广泛地用于水的净化、从生物流体中分离组分、透析、反渗透、气体分离、细胞培养装置以及许多其他领域中。尽管用途广泛，但是基于中空纤维的过滤装置具有操作的通用结构和模式。过滤单元为中空纤维模块(HFM)，并且虽然各应用之间的HFM结构可以略微不同，但是其具有组件的一般通用结构和方法。

通常，单根中空纤维被组合成“簇(bundle)”(也被称为“束”(cluster))，其中纤维可以任选地被容纳于某种套管中，通常为网状套管。然后再将簇放置于保护外壳或壳体中，典型地，所述外壳或壳体是管状的性质。通常，壳体内的中空纤维以在所述壳体的每个端部用聚合材料或其他材料灌封来设置纤维的方式沿壳体的长度延伸。所述中空纤维因此可以基于聚合材料的聚合和固化而嵌入聚合材料中。在同一过程中，固化的灌封材料，其可以具有任何厚度，但通常为壳体长度的5-10％，在壳体的每个端部形成固体端盖、灌封盖或“壁”。该构造导致壳体的内壁和中空纤维的外壁之间以及所述被灌封的端盖之间形成腔室。

由于中空纤维的端部可能会在灌封过程中堵塞，采用已知的方法以防止中空纤维的端部在灌封期间堵塞或者为了在灌封之后打开所述端部。由此，穿过所述中空纤维的全长(包括穿过所述聚合灌封材料)保留了一条连续的流动通道。其目的不仅是穿过所述中空纤维的全长保持一条连续的流动通道，还能在壳体的内部形成腔室、渗透液腔室，以储存或收集从纤维壁流出的流体；这样的组件被称为中空纤维盒(HFC)。

通常，适配器被增设至壳体或HFC的端部，所述适配器引导待过滤的流体或滞留物在一个端部处流入中空纤维并引导该流体在所述HFC的另一个端部处流出所述中空纤维。可以将另外的适配器增设至所述壳体以提供自收集这些渗透液的渗透液腔室的导管。

从广义结构明显可见，同时具有入口和出口以使滞留物流动并且具有用于收集过滤材料的构件意味着所述HFM提供有效的过滤单元。在HFM中，滞留物被引入半渗透的中空纤维中，产生穿过所述纤维的线性流动。纤维内部的相对于滤液腔室内部的较高压力产生第二流动，其穿过HF多孔壁，垂直于第一流体或滞留物的流动方向。基于膜的特性，例如膜孔尺寸，可以对穿过所述膜的流体组分进行分级或过滤；比孔大的颗粒被膜截留，而比孔小的颗粒穿过所述膜进入渗透液腔室中。这样的过滤过程被称为交叉流过滤，或切向流过滤，其被广泛地使用并且一般是被充分理解的。通过所述HF膜过滤的液体因此可以收集在渗透液腔室中，在所述渗透液腔室中收获该液体。

所述HFC缺少引导滞留物流入和流出所述中空纤维的适配器。但是，盒壳体壁可以被制成对于渗透液的自由流动是可渗透的。另外，通过将盒插入独立的模块外壳中可以将盒转化为HFM，所述模块外壳包含这样的用于引导滞留物流入和流出的适配器。然而，很明显地，当形成这样的HFM时，在所述滞留物腔室(纤维的集体内腔)和渗透液(或滤液)腔室之间需要隔板，这样的隔离易于通过垫片、“O”形圈或其他众所周知的构件将盒的端部封住并密封这些端部与模块外壳之间的间隙而实现。另外，模块外壳还包含用于收集从中空纤维流出的滤液的收集端口；HFC壳体中的孔提供使这样的滤液穿过盒壳体壁流至收集端口用于收集的构件。由于它们的相似性，当涉及包含于HFC和HFM这两者中的特征时采用术语HFCM。

通过选择中空纤维材料、HFM的物理构型、调节纤维的化学和物理特性、通过控制流过和流经所述纤维的流动来管理过滤过程以及通过其他操控方法可以大幅度地增加HFM的多样性。