BR112014015189B1

BR112014015189B1 - Cartucho de filtro e método para sua montagem

Info

Publication number: BR112014015189B1
Application number: BR112014015189-0A
Authority: BR
Inventors: Jerry Shevitz
Original assignee: Refine Technology, Llc
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2021-04-13
Also published as: IL232887B; JP2015506269A; US10926225B2; KR102067748B1; RU2014127880A; US20190160434A1; US20140319045A1; BR112014015189A8; CN104159654A; CN107081070A; CA2857635A1; AU2012355957B2; EP2794075A1; MX371176B; WO2013095682A1; US10213745B2; KR20140121410A; MX2014006965A; BR112014015189A2; IL264302A

Abstract

cartucho de filtro, método para sua montagem, sistema e método para montagem de fibras ocas em agrupamento, método de construção de agrupamento com tampas pré-fabricadas, agrupamento de fibra ocas, método de criação de agregado de agrupamentos, método para testar integridade de agrupamento, método de pré-tratamento de agrupamento, agregado de agrupamentos, módulo retangular e montagem de módulos retangulares. a presente invenção refere-se a cartuchos de fibra oca, agrupamentos, agregado de agrupamentos, módulos, métodos para: montagem de um cartucho de filtro de fibra oca, montagem de uma pluralidade de filtros de fibra oca em um agrupamento, criação de um agregado de agrupamentos, testar a integridade de um agrupamento ou agregado de agrupamentos, pré-tratamento de um agrupamento, montagem de dois ou mais módulos retangulares e sistema para a montagem de uma pluralidade de fibras ocas em um agrupamento fixo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido reivindica o benefício do pedido provisórionorte-americano número 61/579 623, depositado em 22 de dezembro de 2011, cujo pedido é incorporado a título de referência em sua totalidade ao presente documento.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção refere-se a um método de produção emontagem de módulos de fibras ocas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] Os filtros de fibra oca, cujas paredes podem ser porosas esemipermeáveis, possuem um excelente desempenho de filtração e propriedades que são aplicáveis em diversas áreas e aplicações. As fibras ocas (HF) são amplamente usadas na purificação da água, na separação dos componentes de fluidos biológicos, na diálise, na osmose inversa, na separação de gás, nos dispositivos de cultura de células, bem como em muitos outros campos. Apesar da variedade de usos, os dispositivos de filtração a base de fibra oca têm uma estrutura e um modo de funcionamento comuns. A unidade de filtração é o módulo de fibra oca (HFM), e embora a estrutura de módulo HFM possa variar um pouco de uma aplicação com relação à outra, no entanto, a mesma possui uma estrutura e um método de montagem de modo geral comuns.

[0004] Tipicamente, fibras ocas individuais são combinadas em um"feixe" (também referido como "agrupamento") no qual as fibras podem ser opcionalmente retidas por uma luva de algum tipo, tipicamente uma luva de rede. O feixe é, em seguida, colocado em um alojamento protetor ou invólucro, que é, tipicamente, tubular por natureza. As fibras ocas no interior do invólucro, geralmente, se estendem sobre o comprimento do invólucro de uma maneira a dispor as fibras para envasamento com um material polimérico ou outro em cada extremidade do invólucro. As fibras ocas podem, nesse caso, ser embutidas no material polimérico após a sua polimerização e solidificação. No mesmo processo, o material de envase solidificado, o qual pode ser de qualquer espessura, porém tipicamente de 5 a 10% do comprimento do invólucro, forma uma tampa de extremidade sólida, a tampa envasada ou "parede" em cada extremidade do invólucro. A construção resulta na formação de uma câmara entre as paredes internas do invólucro e das paredes externas das fibras ocas, e entre as tampas de extremidade envasadas.

[0005] Uma vez que as extremidades de fibra oca podem se obstruirdurante o processo de envasamento, métodos conhecidos são aplicados tanto para proteger as extremidades das fibras ocas contra entupimento durante o envase ou para abrir essas extremidades após o envase. Um caminho de fluxo contínuo é, por conseguinte, mantido ao longo de todo o comprimento das fibras ocas, inclusive através do material polimérico de envasamento. O objetivo é, não só para manter um caminho de fluxo contínuo ao longo de todo o comprimento das fibras ocas, mas, também, para formar uma câmara, uma câmara de permeado, no interior do invólucro para o armazenamento ou coleta dos fluidos que emanam das paredes de fibra; tal agrupamento sendo conhecido como um cartucho de fibra oca (HFC).

[0006] Normalmente, adaptadores são adicionados às extremidades do invólucro ou do cartucho HFC, os quais direcionam o fluido a ser filtrado ou o retentado para dentro das fibras ocas em uma extremidade e direcionar o fluido que sai das fibras ocas na outra extremidade do cartucho HFC. Adaptadores adicionais podem ser adicionados ao invólucro de modo a prover um conduto a partir da câmara de permeado para a coleta de tal permeado.

[0007] Torna-se evidente, a partir da estrutura generalizada, haver uma entrada e uma saída para o fluxo do retentado como também um meio para a coleta de um material filtrado e que o módulo HFM provenha uma unidade de filtração eficiente. No módulo HFM, o retentado é direcionado para dentro da fibra HF semipermeável, gerando um fluxo linear através das fibras. Uma pressão mais elevada no interior das fibras com relação à câmara de filtrado gera um segundo fluxo, através das paredes porosas de fibra HF, perpendicular à primeira direção de fluxo de fluido ou de retentado. A fração de fluido que atravessa a membrana pode ser fracionada ou filtrada com base nas propriedades de membrana, tais como, tamanho de poro de membrana; as partículas maiores que os poros ficam retidas pela membrana e as partículas menores que os poros passam pela membrana para dentro da câmara de permeado. Tal processo de filtração é conhecido como filtração de fluxo cruzado, ou filtração de fluxo tangencial, que é amplamente utilizado e de modo geral bem entendido. O líquido filtrado através da membrana de fibra HF poderá, portanto, ser coletado na câmara de permeado na qual o mesmo pode ser colhido.

[0008] O cartucho HFC não tem os adaptadores para direcionar o influxo e a vazão de retentado para as e das fibras ocas. No entanto, a parede de invólucro de cartucho pode ser feita permeável ao fluxo livre de permeado. Além disso, o cartucho pode ser convertido em um módulo HFM por meio da sua inserção em um alojamento de módulo separado que contém tais adaptadores para o direcionamento de um influxo e vazão de retentado. Torna-se óbvio, no entanto, que ao se criar tal módulo HFM, faz-se necessária uma partição entre a câmara de retentado (os lumens internos coletivos das fibras) e a câmara de permeado (ou filtrado), cuja separação é facilmente obtida com gaxetas, anéis em "O", ou outros meios bem conhecidos, circundando as extremidades do cartucho e vedando a abertura entre essas extremidades e o alojamento de módulo. Além disso, o alojamento de módulo contém também um orifício de colheita para a coleta do filtrado que emerge a partir das fibras ocas; os poros no invólucro de cartucho HFC provêem os meios para que tal filtrado possa fluir através da parede de invólucro de cartucho para os orifícios de colheita para a coleta. Por causa de suas semelhanças, o termo HFCM é usado ao se referir aos aspectos contidos em ambos o cartucho HFC e o módulo HFM.

[0009] A diversidade do módulo HFM pode ser grandemente aumentada por meio da seleção do material de fibra oca, da configuração física do módulo HFM, do ajuste das propriedades químicas e físicas das fibras, da regulação do processo de filtração ao se controlar o fluxo através das e entre as fibras ou por meio de outras manipulações.

[00010] O módulo HFM pode prover ainda uma excelente plataforma para o aumento da escala. Ao se aumentar o número de fibras no cartucho HFC, um aumento da escala volumétrica poderá ser obtido. Grandes filtros com fibras densamente empacotadas podem proporcionar benefícios significativos, incluindo um aumento evidente na área de superfície de membrana, onde o aumento é para a terceira potência do raio do cartucho HFC. Em comparação, apenas um aumento linear na área de superfície é obtido ao simplesmente se adicionar mais módulos HFM a um coletor de tais módulos. Além disso, um filtro grande pode reduzir grandemente a pegada do sistema de filtração, eliminando parte da complexidade de um filtro coletor. A complexidade do coletor com sua tubulação de interconexão, tubos, válvulas e instrumentos de monitoramento, complica muito a limpeza, a esterilização e a validação de um processo que utiliza um sistema tão complexo. Estas são questões críticas em certas indústrias, incluindo as farmacêuticas, de alimentos, de produtos químicos, de água, de tratamento de esgoto, etc. Além disso, ao se aumentar a escala de um processo, a transição de um processo de menor escala que contém um único módulo HFM para um sistema de maior escala que contém vários módulos pode complicar um processo crítico.

[00011] Filtros de grande escala são desejáveis em muitos campos, principalmente para o processamento de grandes volumes de fluidos, para a filtragem de misturas complexas e para o aumento das taxas de filtração. No entanto, apesar da necessidade e dos benefícios para grandes módulos HFM, tais módulos não se encontram facilmente disponíveis. Limites técnicos de construção de tais filtros grandes podem estar envolvidos. Embora os métodos típicos de construção resultem em um módulo HFM de escala "pequena a moderada" confiável, < 10 m2 (para uma fibra de 60 cm de comprimento, e um diâmetro interno (ID) de 1 mm), os mesmos se tornam pouco confiáveis e caros quando aplicados à produção de grandes filtros, onde uma grande escala pode ser > 10 m2 (para uma fibra de 60 cm de comprimento, e 1 mm de diâmetro ID). Em termos mais específicos, as complicações aumentam para um módulo HFM (com os mesmos parâmetros) com uma área de superfície de membrana > 20 m2, e aumentam ainda mais com filtros ainda maiores. Seria desejável, portanto, se desenvolver um processo para a construção de um grande módulo HFM que elimine ou minimize os problemas observados pelos métodos de construção de módulo HFM atuais. Embora seja possível aumentar a área de superfície com fibras mais estreitas e/ou mais longas, essas opções podem não ser desejáveis em muitas aplicações. Alguns fatores associados aos limites para a formação de grandes filtros incluem:

[00012] Material de envase - O material de envase usado para embutir as fibras HF em cada extremidade do cartucho HFC é uma fonte comum de problemas potenciais que podem se tornar mais graves à medida que o diâmetro do cartucho HFC aumenta. Por exemplo, os materiais de envase, incluindo os epóxis e o poliuretano, encolhem um pouco após a cura. O grau de encolhimento vai depender muito do material, incluindo a sua exposição e reação ao calor, à umidade, aos produtos químicos, à radiação, etc.; quando tal encolhimento ou mudança de forma é muito pequeno ou insignificante ao se construir um módulo HFM de pequeno diâmetro, mas se torna muito significativo com o aumento do diâmetro da área de envase; nota-se que o encolhimento total é uma função do coeficiente de encolhimento do material vezes o comprimento ou o diâmetro do envase. Pode-se apreciar que tal encolhimento pode afetar o diâmetro total do envase. O mesmo pode causar falhas estruturais, tais como rachaduras no envase e/ou fazer com que o envase se encolha para dentro, em direção ao centro de uma área envasada arredondada ou ao longo dos limites de tensão. Isto é particularmente observado quando um agente de envasamento e a tampa de extremidade de invólucro de cartucho HFC são de materiais diferentes, cada qual tendo diferentes propriedades de encolhimento e expansão (ou seja, coeficientes de expansão térmica) (de preferência a tampa de extremidade de invólucro e o invólucro têm coeficientes de expansão térmica idênticos). Por exemplo, no caso em que a tampa de extremidade de invólucro é de polissulfona e o material de envase é epóxi, a liga entre a polissulfona e o epóxi pode ser afetada de modo diferente pelo tratamento térmico, tal como o caso ao se esterilizar por calor o módulo HFCM em uma autoclave. O que é frequentemente observado é que o epóxi, com maior encolhimento que a polissulfona, se afastará da polissulfona para formar uma passagem entre a câmara de filtrado e da câmara de retentado, comprometendo a integridade do módulo HFCM e tornando o módulo HFCM inútil. Isto é observado na ocasião em um módulo HFCM de cerca de 10,16 centímetros (4 polegadas) de diâmetro e é mais frequentemente observado em um módulo HFCM de 15,24 centímetros (6 polegadas) de diâmetro.

[00013] Da mesma forma, quando se trata de dois materiais diferentes com diferentes coeficientes de expansão, torna-se problemático formar uma ligação segura entre os dois materiais, em particular, após uma exposição ao calor. Ambos os materiais vão se expandir e se contrair de forma diferente, afetando a ligação entre os mesmos. A seleção de materiais com coeficientes de expansão similares e o uso de técnicas para melhorar a ligação entre os dois materiais podem ser feitos no sentido de suportar a estabilidade da ligação; no entanto, torna-se mais difícil o controle com um diâmetro maior de cartucho HFC. Assim, seria desejável formar um cartucho HFC ou um módulo HFM nos quais tal incompatibilidade entre diferentes materiais de construção seja minimizada ou eliminada.

[00014] Densidade de acondicionamento - Os métodos de acondicionamento de fibras individuais ou de feixes de fibras dentro do cartucho HFC podem ter um grande efeito sobre o número de fibras que pode ser acondicionadas em um determinado volume. O método de acondicionamento pode ter ainda um efeito profundo sobre a eficiência de filtração e sobre a uniformidade da formação de filtrados. Um feixe apertado, aleatoriamente acondicionado pode resultar em uma maior taxa de filtração por fibra sobre a periferia do feixe do que por parte das fibras nos limites internos do feixe, particularmente em um acondicionamento apertado, no qual pode haver uma resistência significativa ao fluxo de filtrado por parte das fibras intervenientes. Em um grande módulo HFM ou cartucho HFC, tais restrições podem resultar em uma redução da taxa de filtração efetiva e da capacidade de filtração, reduzindo assim a efetiva capacidade de aumento de escala. Portanto, seria desejável acondicionar fibras individuais ou feixes de fibras em disposições que maximizem a densidade de acondicionamento de fibra e minimizem as obstruções potenciais ao fluxo de filtrado. Outros benefícios para as disposições de acondicionamento de fibra controladas serão descritos.

[00015] Questão estrutural - À medida que o tamanho do módulo HFM se torna maior, é esperado um aumento proporcional das forças de tensão que atuam sobre o módulo. O aumento das tensões com base nos seguintes aspectos pode ser esperado: Peso - o peso do módulo pode complicar a sua manipulação. O aumento do peso do módulo pode causar a sua própria distorção, particularmente quando aquecido durante uma esterilização em uma autoclave. Montagem - a montagem de peças, o encaixe e a ligação de grandes superfícies podem aumentar o potencial de falhas; mais uma vez, isto pode ser amplificado em função do aquecimento.

[00016] Processo - As taxas de fluxo através de um grande módulo HFM podem ser muito altas e ocorrer em altas pressões. Considerando a grande área de superfície das extremidades envasadas, o processo pode se submeter a grandes pressões, potencialmente fazendo com que as extremidades envasadas se deformem. O reforço das extremidades envasadas, tal como será descrito, para minimizar o efeito de distorção da pressão ao se construir grandes filtros, seria muito benéfico.

[00017] Integridade - Quanto maior for o módulo HFM e quanto mais fibras ocas forem acondicionadas dentro do mesmo, tanto maior será a probabilidade de uma fibra se danificar ou de a mesma ser danificada durante um manuseio. A perda de integridade, mesmo em uma única fibra, pode tornar todo o módulo HFM inútil. Uma quebra em uma fibra oca provocará a contaminação do fluxo de retentado ao entrar no fluxo de filtrado. A potencial perda de integridade devido a um defeito menor é também um importante motivo que desfavorece a construção de tais filtros grandes. Ao se usar os métodos correntes de construção, um módulo HFM pode ser totalmente montado antes de se determinar se o módulo HFM não tem integridade, caso em que o módulo HFM deverá ser descartado. Isto, além de outros riscos potenciais durante a construção de grandes módulos HFM pelos métodos correntes, desencoraja a construção de tais filtros e resulta em um grande aumento do custo de produção. O método proposto da presente invenção minimizaria ou eliminaria muitos dos riscos potenciais na construção de grandes módulos HFCM. Como parte da presente invenção, os métodos de montagem de filtro de fibra oca são descritos; cuja montagem não se limita ao módulo HFCM particular exemplificado.

[00018] Construção Sanitária - Uma vez que muitos módulos HFCM grandes podem ser usados nas indústrias alimentícias ou medicinais, um módulo HFCM deve atender às exigências destas indústrias. O projeto sanitário pode ser um desses requisitos. Não deve haver fendas, zonas mortas, ou outros fatores na concepção do projeto que aprisionem contaminantes, afetem a capacidade de limpeza do módulo ou afetem a esterilização do módulo. Por exemplo, o uso de roscas não seria desejável. Roscas têm se mostrado muito anti-higiênicas em aplicações críticas que exigem um projeto sanitário. Outro aspecto de projeto insalubre é a presença de zonas mortas que são inacessíveis por meios normais; tais zonas estagnantes dentro do módulo HFCM, ou que são associadas ao módulo HFCM, retêm contaminantes e inibem a sua remoção. Os resultados são uma menor capacidade de limpeza, uma menor capacidade de se manter a esterilidade, e uma maior contaminação de processo. A presente invenção minimiza os fatores insalubres e maximiza uma penetração total e homogênea em todas as peças do módulo HFCM.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00019] A Fig. 1A é uma vista em perspectiva parcial de um agrupamento hexagonal de sete fibras ocas.

[00020] A Fig. 1B é uma vista de extremidade do agrupamento hexagonal da Fig. 1A e uma vista de extremidade do agrupamento com extremidades fixas.

[00021] A Fig. 1C é uma vista em perspectiva lateral de um agrupamento hexagonal.

[00022] A Fig. 2A é uma vista lateral de feixes redondos de fibras com e sem uma luva de rede.

[00023] A Fig. 2B ilustra várias vistas da montagem de alojamento de cartucho HFC usando tampas de extremidade de invólucro com receptáculos redondos (aberturas).

[00024] A Fig. 2C é uma vista de topo da tampa de extremidade de invólucro com receptáculos redondos (aberturas).

[00025] A Fig. 2D é uma vista em perspectiva da tampa de extremidade de invólucro com receptáculos redondos (aberturas).

[00026] A Fig. 2E é uma vista lateral do cartucho HFC com uma porção do exterior removida para fins de ilustração.

[00027] A Fig. 2F é uma vista ampliada em seção transversal de uma porção do desenho da Fig. 2E.

[00028] A Fig. 2G é uma vista lateral do cartucho HFC usando tampas de extremidade de invólucro com receptáculos redondos (aberturas) e feixes redondos.

[00029] A Fig. 3A é uma vista esquemática de um sistema mecanizado para a formação de unidades de agrupamentos.

[00030] A Fig. 3B é uma vista lateral esquemática dos roletes usados pelo sistema mecanizado para a formação de unidades de agrupamentos.

[00031] A Fig. 4A é uma vista lateral do centro de fixação.

[00032] A Fig. 4B é uma vista em perspectiva do centro de fixação.

[00033] A Fig. 4C é uma vista detalhada de uma porção da Fig. 4B.

[00034] A Fig. 4D é uma vista de topo do molde.

[00035] A Fig. 5A é uma vista em perspectiva de um agrupamento hexagonal.

[00036] A Fig. 5B é uma vista em perspectiva explodida de um alojamento de cartucho HFC que usa tampas de extremidade de invólucro com receptáculos hexagonais (aberturas).

[00037] A Fig. 5C é uma vista em perspectiva de um cartucho HFC parcialmente montado usando tampas de extremidade de invólucro com receptáculos hexagonais (aberturas) e agrupamentos hexagonais, com uma porção da parede externa cortada para fins de ilustração.

[00038] A Fig. 5D é uma vista em perspectiva de um cartucho HFC que usa receptáculos hexagonais (aberturas) e agrupamentos hexagonais.

[00039] A Fig. 5E é uma vista de topo da tampa de extremidade de invólucro com receptáculos hexagonais (aberturas).

[00040] A Fig. 5F ilustra vistas em perspectiva de um agrupamento hexagonal e de um agrupamento hexagonal encerrado em uma coluna de suporte, e uma vista em perspectiva de um cartucho com uma porção removida para fins ilustrativos, de modo que a estrutura interior possa ser vista.

[00041] A Fig. 6 ilustra vistas de extremidade de montagens de agrupamentos hexagonais sucessivamente escaladas.

[00042] A Fig. 7 é uma vista de extremidade da uma tampa de extremidade de agrupamento pré-fabricada em vários estágios de montagem.

[00043] A Fig. 8 é uma vista em perspectiva de um módulo retangular, suas partes componentes, e uma montagem, parcialmente cortada para fins ilustrativos, de um agrupamento de três módulos empilhados.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00044] A presente invenção refere-se a cartuchos de fibra oca, cuja estrutura permite que as tensões induzidas pelo calor que ocorrem durante o uso dos cartuchos sejam minimizadas. A redução das tensões induzidas pelo calor é obtida pelo uso de materiais de coeficientes de expansão idênticos similares especialmente com relação ao invólucro externo do cartucho e às tampas de extremidade de invólucro. Os cartuchos são ainda mais otimizados, uma vez que as suas fibras são organizadas em agrupamentos, de modo que a detecção e a correção de defeitos em uma única fibra oca possam ser mais facilmente observadas e realizadas. Os agrupamentos podem ser facilmente combinados de modo a formar grandes entidades. Os cartuchos são ainda mais otimizados em virtude de ter uma densidade de acondicionamento de fibra muito alta. Essa alta densidade é obtida por meio da forma em seção transversal dos agrupamentos, cuja forma (por exemplo, hexagonal) permite o estreito acondicionamento dos agrupamentos, um contra o outro.

[00045] A menos que de outro modo explicitamente indicado, a referência a "fibras ocas" no presente pedido de patente tem a intenção de se referir a filtros de fibra oca; ou seja, a fibras ocas com poros em sua parede externa. O tamanho dos poros vai depender do uso pretendido dos filtros de fibra oca.

[00046] Em um primeiro aspecto geral, a presente invenção se refere a um cartucho de filtro de fibra oca compreendendo: 1) uma pluralidade de agrupamentos de fibras ocas, cada agrupamento compreendendo uma pluralidade de fibras ocas paralelas umas às outras, cada agrupamento compreendendo uma primeira extremidade de agrupamento e uma segunda extremidade de agrupamento, 2) um invólucro de alojamento, o dito invólucro compreendendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, cada extremidade compreendendo uma abertura, 3) uma primeira tampa de extremidade de invólucro, a dita tampa cobrindo a abertura da primeira extremidade do invólucro de alojamento, a dita tampa compreendendo uma pluralidade de aberturas, e 4) uma segunda tampa de extremidade de invólucro, a dita tampa cobrindo a abertura da segunda extremidade do invólucro de alojamento, a dita tampa compreendendo uma pluralidade de aberturas, em que os agrupamentos são alinhados em paralelo dentro do invólucro de alojamento,

[00047] em que um segmento de cada agrupamento é encaixado dentro de uma abertura da primeira tampa de extremidade de invólucro e é selado contra a dita abertura por meio de um agente de envasamento (ou fixador), sendo que um segundo segmento de cada agrupamento é encaixado dentro de uma abertura da segunda tampa de extremidade de invólucro e é selado contra a dita abertura por meio de um agente de envasamento (ou fixador); e

[00048] em que cada extremidade de invólucro é composta de um material cujo coeficiente de expansão térmica é suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do agente de envasamento de tal modo que, quando o cartucho é exposto a uma esterilização a vapor ou autoclave, nenhuma fratura ou abertura irá ocorrer (a) na tampa de extremidade de invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada por um agente de envasamento.

[00049] Em modalidades particulares do primeiro aspecto geral, a presente invenção vem a ser:

[00050] um cartucho no qual o invólucro e as tampas de extremidade de invólucro são feitos do mesmo material;

[00051] um cartucho no qual o invólucro de alojamento é de preferência cilíndrico;

[00052] um cartucho no qual o invólucro de alojamento é quadrado ou de qualquer outra forma;

[00053] - um cartucho no qual o invólucro de alojamento é permeável ou semipermeável;

[00054] um cartucho no qual a forma de cada abertura de tampa de extremidade de invólucro é selecionada dentre o grupo que consiste emhexagonal, quadrada, retangular, triangular, poligonal, circular e oval;

[00055] um cartucho no qual a forma da abertura de tampa de extremidade de invólucro é hexagonal;

[00056] um cartucho no qual a primeira e a segunda tampas de extremidade são mecanicamente fixadas ao invólucro de alojamento;

[00057] um cartucho no qual a primeira e a segunda tampas de extremidade são fixadas ao invólucro de alojamento por meio de um solvente ou um adesivo;

[00058] um cartucho no qual o dito cartucho compreende um elemento de suporte, o dito elemento de suporte sendo selecionado dentre o grupo que consiste em um pontalete e uma coluna de suporte, a dita coluna de suporte sendo formada de modo a encerrar um agrupamento no interior do dito cartucho, a dita coluna de suporte sendo permeável ao fluido que emana a partir do dito cartucho;

[00059] um cartucho no qual o formato em seção transversal (por exemplo, hexagonal) de um agrupamento de fibras ocas é igual ao formato em seção transversal (por exemplo, hexagonal) da abertura de tampa de extremidade dentro da qual o mesmo é inserido;

[00060] um cartucho no qual a distância entre o perímetro de um agrupamento e o perímetro de um agrupamento vizinho é compreendida entre 1 milímetro e 5 milímetros, sendo que a dita distância é a distância mais curta entre os perímetros dos dois agrupamentos; e/ou

[00061] um cartucho no qual a autoclave é realizada sob as seguintes condições: uma temperatura de 123 graus centígrados, uma pressão de 1,12 kgf/cm2 (16 psi), por 45 minutos, ou a esterilização a vapor é realizada a 123 °C, a 1,40 kgf/cm2 (20 psi), por 20 minutos.

[00062] Em um segundo aspecto geral da presente invenção, é apresentado um método para a montagem de um cartucho de filtro de fibra oca, o dito método compreendendo as etapas de: 1) pré-usinar (ou moldar) uma primeira tampa de extremidade de invólucro e uma segunda tampa de extremidade de invólucro do cartucho, 2) fixar um alojamento de invólucro do cartucho à primeira tampa de extremidade de invólucro; 3) fixar o alojamento de invólucro do cartucho à segunda tampa de extremidade de invólucro; 4) inserir cada qual dentre uma pluralidade de agrupamentos de fibras ocas, através de uma pluralidade de aberturas da primeira tampa de extremidade de invólucro, através do alojamento de invólucro e para fora da correspondente abertura da segunda tampa de extremidade de invólucro, o comprimento de cada agrupamento sendo igual ao ou maior que o comprimento do alojamento, e 5) envasar ou ligar um segmento de cada agrupamento à parede da abertura que foi inserida na primeira tampa de extremidade de invólucro e à parede da abertura que foi inserida na segunda tampa de extremidade;

[00063] em que cada extremidade de invólucro é composta de um material cujo coeficiente de expansão térmica é suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do agente de envasamento de tal modo que, quando o cartucho é exposto a uma esterilização a vapor ou autoclave, nenhuma fratura ou abertura irá ocorrer (a) na tampa de extremidade de invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada por um agente de envasamento.

[00064] Em modalidades particulares do segundo aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00065] um método no qual, quando os agrupamentos são envasados dentro das aberturas, o comprimento em excesso das fibras ocas que se estende para além das tampas de extremidade de invólucro, se houver, é cortado;

[00066] um método no qual pontaletes ou colunas de suporte são inseridos entre as tampas de extremidade dentro do módulo de fibra oca;

[00067] um método no qual as colunas de suporte são dispostas entre os agrupamentos;

[00068] - um método no qual os agrupamentos são colocados dentro das colunas de suporte, sendo que as colunas de suporte são permeáveis ao fluxo de filtrado que emana de dentro dos agrupamentos; e/ou

[00069] um método no qual a autoclave é realizada sob as seguintes condições: uma temperatura de 123 graus centígrados, a uma pressão de 1,12 kgf/cm2 (16 psi), por 45 minutos, ou a esterilização a vapor é realizada a 123 °C, a 1,40 kgf/cm2 (20 psi), por 20 minutos.

[00070] Em um terceiro aspecto geral, a presente invenção se refere a um sistema para a montagem de uma pluralidade de fibras ocas em um agrupamento fixo, o dito sistema compreendendo: 1) uma fonte de fibra, a dita fonte sendo uma fonte de uma pluralidade de fibras ocas; 2) um molde perfurado para o direcionamento e organização da pluralidade de fibras ocas; 3) uma câmara de fixação compreendendo um bocal ou múltiplos bocais para a pulverização ou adição de um agente de envasamento ou fixador sobre um agrupamento de fibras que passam por um molde; 4) um molde de formação ou método de formação do agente de envasamento em torno das fibras ocas em um formato desejado, tal como um hexágono; 5) um dispositivo de corte para cortar o feixe de fibras em uma posição sobre o ponto central ao longo da região envasada ou fixa; 6) um dispositivo ou mecanismo para a captura ou remoção do agrupamento principal da câmara de fixação; 7) um dispositivo de pinça para fixação ao agrupamento cortado traseiro e avançar o mesmo para fora da câmara de fixação a uma distância específica; um dispositivo de avanço/retração que se movimenta ao longo de um sistema automatizado de correia e polia para o avanço ou retração da dita pinça; 8) a repetição das etapas 2 a 7;

[00071] em que os elementos do sistema são dispostos de tal modo que as fibras possam ser puxadas da fonte de fibra, através das perfurações do molde, em seguida, através da câmara de fixação na qual as mesmas são pulverizadas (revestidas ou envolvidas) com um agente de envasamento, e cortadas em um comprimento desejado.

[00072] Em modalidades particulares do terceiro aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00073] um sistema no qual a fonte de fibra compreende bobinas em torno das quais a fibra oca (tubos) pode ser enrolada; e/ou - um sistema no qual a fonte de fibra compreende um dispositivo de extrusão que faz a extrusão de uma pluralidade de fibras ocas.

[00074] Em um quarto aspecto geral, a presente invenção se refere a um método para a montagem de uma pluralidade de filtros de fibra oca em um agrupamento, o dito método utilizando o sistema do terceiro aspecto geral, o dito método compreendendo as etapas de:

[00075] puxar as fibras HF a partir de uma fonte de fibra, através das perfurações de molde (aberturas), em seguida, através da câmara de fixação na qual as mesmas são pulverizadas (revestidas ou envolvidas) com um agente de envasamento, e cortadas em um comprimento desejado.

[00076] Em modalidades particulares do quarto aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00077] um método no qual as ditas perfurações de molde são dispostas em um padrão hexagonal;

[00078] um método no qual a pluralidade de fios de fibras ocas é direcionada para o molde usando conjuntos de roletes;

[00079] um método no qual existem ranhuras semicirculares nas faces externas dos roletes, e no qual os ditos roletes são emparelhados uns aos outros de uma forma adjacente e paralela, de tal modo que as fibras ocas sejam direcionadas entre os pares de roletes e sejam recebidas de maneira deslizável ao longo das ranhuras;

[00080] um método no qual os agrupamentos são fixados em uma disposição usando segmentos pré-fabricados;

[00081] um método no qual o agrupamento de fibras é girado depois de ter sido pulverizado com um fixador em uma primeira etapa de pulverização, a dita rotação sendo menor que uma rotação completa de 360 graus, e, subsequente à dita rotação, o dito agrupamento é pulverizado novamente em uma segunda etapa de pulverização; e/ou

[00082] um método no qual um ou mais bicos de pulverização giram depois de serem usados para a pulverização de um agrupamento com um fixador em uma primeira etapa de pulverização, a dita rotação sendo feita em torno do eixo geométrico principal do agrupamento, a dita rotação sendo menor que uma rotação completa de 360 graus, e, após a dita rotação, o dito agrupamento é pulverizado novamente em uma segunda etapa de pulverização.

[00083] Em um quinto aspecto geral, a presente invenção se refere a um método de construção de um agrupamento com tampas de extremidade pré-fabricadas, o método compreendendo a dobra de um segmento linear de agrupamento de modo a formar um segmento hexagonal de agrupamento.

[00084] Em um sexto aspecto geral, a presente invenção se refere a um agrupamento de fibras ocas, o dito agrupamento compreendendo uma pluralidade de fibras ocas, sendo que um segmento de cada fibra oca é fixado às fibras paralelas adjacentes dentro da mesma região nas ou próximo às extremidades de cada agrupamento.

[00085] Em modalidades particulares do sexto aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00086] um agrupamento no qual cada fibra oca do agrupamento é fixada às fibras paralelas adjacentes usando um fixador líquido;

[00087] um agrupamento no qual cada fibra oca do agrupamento é fixada às fibras paralelas adjacentes usando uma tampa de extremidade ou segmento pré-fabricado;

[00088] um agrupamento no qual existem sete fibras em um agrupamento; e/ou

[00089] um agrupamento no qual o dito agrupamento é parcial ou totalmente fechado em uma luva que é permeável ao fluxo de fluidos (tal como um filtrado).

[00090] Em um sétimo aspecto geral, a presente invenção se refere a um agregado de agrupamentos, o dito agregado de agrupamentos sendo um agregado de uma pluralidade de agrupamentos, de tal modo que cada agrupamento no agregado fique paralelo a todos os outros agrupamentos no agregado.

[00091] Em um oitavo aspecto geral, a presente invenção se refere a um método de criação de um agregado de agrupamentos, no qual uma pluralidade (mais de um) de agrupamentos é combinada de modo a formar um agregado de agrupamentos, de tal modo que cada agrupamento no agregado fique paralelo a todos os outros agrupamentos no agregado.

[00092] Nas modalidades particulares do oitavo aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00093] um método compreendendo a etapa de combinar uma pluralidade de agrupamentos individuais (agrupamentos U) em um agregado de agrupamentos, e/ou

[00094] um método compreendendo a etapa de combinar uma pluralidade de agregados de agrupamentos em um único agregado de agrupamentos.

[00095] Em um nono aspecto geral, a presente invenção se refere a um método para testar a integridade de um agrupamento ou agregado de agrupamentos, o dito método compreendendo a etapa de submeter o dito agrupamento ou agregado de agrupamentos a um teste de integridade.

[00096] Em modalidades particulares do nono aspecto geral, a presente invenção se refere a:

[00097] um método no qual o teste é feito antes de o agrupamento ou o agregado de agrupamentos ser inserido na tampa de extremidade de um cartucho;

[00098] um método no qual um agregado de agrupamentos é submetido ao teste de integridade; e/ou

[00099] um método no qual o teste de integridade é selecionado dentre o grupo que consiste em um teste de ponto de bolha, um teste de queda de pressão, e exposição ao vapor, compreendendo particulados e um teste de difusão.

[000100] Em um décimo aspecto geral, a presente invenção se refere a um método de pré-tratamento de um agrupamento, o dito método compreendendo a etapa de submeter o agrupamento a condições que irão encolher o agrupamento e/ou aliviar tensões na área envasada do agrupamento, sendo que o agrupamento é submetido às ditas condições antes de o agrupamento ser inserido em uma tampa de extremidade de invólucro.

[000101] Em um décimo primeiro aspecto geral, a presente invenção se refere a um módulo retangular, o dito módulo compreendendo:

[000102] um agrupamento, o dito agrupamento compreendendo uma primeira extremidade de agrupamento e uma segunda extremidade de agrupamento (colocada nas extremidades de invólucro), o dito agrupamento compreendendo fibras ocas, as ditas fibras ocas sendo filtros de fibra oca com poros em suas paredes, de tal modo que um fluido (retentado) possa passar pelo interior das fibras enquanto uma porção desse retentado vaza através dos poros de modo a se tornar um filtrado,

[000103] um invólucro de cartucho, o dito invólucro encerrando o agrupamento, mas não selando as extremidades das fibras ocas, o dito invólucro compreendendo aberturas que permitem o vazamento do filtrado através do invólucro de cartucho, o dito invólucro contatando (diretamente ou por meio de uma gaxeta intermediária ou selante) o agrupamento de uma maneira estanque de modo a impedir que o filtrado se misture com o retentado,

[000104] um alojamento que encerra o dito cartucho, mas não selando as extremidades das fibras ocas,

[000105] um primeiro canal no interior do dito alojamento, o dito canal compreendendo uma abertura para o recebimento de um fluido (retentado) a partir do lado de fora do alojamento, o dito canal fazendo interface com uma primeira extremidade do agrupamento de modo que o dito fluido de retentado recebido possa se movimentar a partir do canal para as e, em seguida, através das fibras ocas do agrupamento, desde que um pouco do fluido de retentado vaze através dos poros de filtro como um filtrado,

[000106] um segundo canal no interior do dito alojamento, o dito segundo canal fazendo interface com a segunda extremidade do agrupamento de modo que o fluido de retentado recebido que passa pelas fibras ocas entre no segundo canal, o dito canal compreendendo uma abertura de modo a permitir o vazamento do fluido de retentado a partir do segundo canal e do alojamento,

[000107] sendo que o primeiro e o segundo canais são abertos nos lados opostos do alojamento,

[000108] o dito alojamento compreendendo ainda um ou mais orifícios, de modo a permitir que o filtrado vaze do invólucro ou receba o filtrado a partir do orifício ou orifícios de um alojamento adjacente, caso exista um alojamento adjacente.

[000109] No presente documento, agrupamentos, alojamento, e invólucros de cartucho serão retangulares, caso os mesmos tenham um formato retangular, tal como vistos a partir de uma vista de topo, ou tenham um formato retangular, tal como vistos a partir de uma vista de extremidade. Deve-se entender que um quadrado é também um retangular.

[000110] É preferido que o agrupamento e o cartucho sejam igualmente retangulares.

[000111] Deve-se entender que, além de um agrupamento do décimo primeiro aspecto geral acima mencionado, o mesmo também se aplica a um agregado de agrupamentos.

[000112] Deve-se entender que a distinção entre fluido de retentado e filtrado e a função dos poros de filtro se aplicam igualmente bem a todos os aspectos da invenção apresentada neste pedido de patente.

[000113] Uma invenção relacionada se refere a uma montagem de dois ou mais módulos retangulares, sendo que os módulos são alinhados de modo que os canais dos módulos adjacentes fiquem em contato aberto uns com os outros e os orifícios dos módulos adjacentes fiquem em contato aberto uns com os outros.

[000114] Um agrupamento hexagonal é aquele em que, tal como visto em seção transversal, o centro das fibras sobre o perímetro exterior do agrupamento pode ser conectado por meio das linhas retas que formam um hexágono.

[000115] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de montagem de tampas de extremidade de invólucro e de um alojamento (por exemplo, uma lingueta e uma ranhura) de modo a formar uma estrutura para o recebimento de agrupamentos.

[000116] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método para a introdução de uma torção nos agrupamentos de fibras ocas no sentido de interromper um fluxo linear através das fibras.

[000117] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de construção de um cartucho de fibra oca no qual agrupamentos de fibras com um formato em seção transversal conveniente (por exemplo, hexagonal) são encaixados através de aberturas de idêntico formato do cartucho e as porções dos agrupamentos que se estendem para fora do cartucho são cortadas.

[000118] Em ainda outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de construção de um agrupamento de fibras ocas, no qual cada fibra se origina sobre uma bobina e as fibras passam através de um molde cujas aberturas são dispostas em uma forma desejada para a organização em seção transversal do agrupamento. De maneira alternativa, as fibras podem ser provenientes de uma cabeça de extrusão equipada com bocais de extrusão dispostos na configuração desejada para a organização em seção transversal.

[000119] Em ainda outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de construção de um agrupamento de fibras ocas, no qual um segmento linear dobrável é dobrado em uma forma desejada (por exemplo, em uma configuração hexagonal).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO I. Método para minimizar o uso do material de envase:

[000120] Um método através do qual os efeitos indesejáveis descritos de envasamento podem ser eliminados é o de minimizar ou eliminar o uso do material de envase. Ao se eliminar ou minimizar o uso de um material de envase, que é diferente do material do qual o reservatório é feito, será possível diminuir consideravelmente os efeitos indesejáveis do uso de materiais incompatíveis. Na presente invenção, o processo de envasamento é amplamente eliminado por meio da pré-usinagem ou moldagem das "tampas de extremidade de invólucro" 11 e 12, nas Figuras 2B, 2C, 2D, e nas Figuras 5B, 5C, 5D, 5E do cartucho HFC, de tal modo que o material e ou as propriedades da tampa de extremidade de invólucro usinada ou moldada 11 e 12 sejam idênticos ou muito semelhantes aos do material do qual o alojamento de invólucro 10 é feito. Tais tampas de extremidade de invólucro oferecem um mecanismo para a fixação ou ligação das respectivas extremidades do invólucro do cartucho HFC. Tal mecanismo de fixação envolve a formação de uma ranhura circular 16 na face da tampa de extremidade de invólucro 11 ou 12, de tal modo que as dimensões e o tamanho da ranhura possam aceitar a inserção da extremidade do invólucro, em uma disposição do tipo "lingueta e ranhura". (Vide Figuras 2E e 2F). Após a inserção da extremidade de invólucro 14 na ranhura de tampa de extremidade de invólucro 16, as duas poderão ser ligadas com um adesivo, calor, ou mecanicamente travadas. As tampas de extremidade de invólucro 11 e 12 podem ser de modo semelhante fixadas às respectivas extremidades de invólucro 15 e 14. Além disso, cada tampa de extremidade de invólucro é provida com aberturas ou receptáculos 17, de tal modo que as correspondentes aberturas, sobre cada tampa de extremidade de invólucro, se alinhem linearmente e fiquem justapostas ao longo de um eixo geométrico entre as mesmas, e sendo que o eixo geométrico entre quaisquer dois conjuntos de aberturas 17 é paralelo a qualquer outro eixo geométrico entre um conjunto de aberturas 17.

[000121] Um feixe "fixo" ou agrupamento "fixo" de fibras HF 8 (vide, por exemplo, as Figuras 1C, 2A e 5A), cujo comprimento é normalmente maior que o comprimento do alojamento (o alojamento consiste no invólucro com tampas de extremidade de invólucro fixadas, (o cartucho HFC-H)), pode ser inserido através da abertura 17 na extremidade 15 e orientado através das tampas de extremidade de invólucro 11, através do invólucro 10 e para fora da abertura correspondente 17 na tampa de extremidade de invólucro 12 na outra extremidade 14 da montagem de cartucho HFC-H. A inserção é principalmente manual, mas pode ser assistida por um dispositivo de puxar, um braço do tipo haste que se estende através do alojamento e de ambas as tampas de extremidade de invólucro 11 e 12. No final da inserção do braço, pode haver um mecanismo de "agarramento" que pode agarrar a extremidade de inserção do agrupamento. O braço pode em seguida se retrair puxando a primeira extremidade do agrupamento 27 através da primeira abertura de tampa de extremidade de invólucro 17 por todo o comprimento do invólucro de alojamento e através da segunda abertura de tampa de extremidade de invólucro 17. O agrupamento é puxado através do alojamento e das tampas de extremidade até o ponto em que essas extremidades de agrupamento 19 se projetem a partir de cada extremidade. O processo de inserção dos agrupamentos pode ser repetido até que todos os agrupamentos sejam inseridos no invólucro e nas tampas de extremidade de invólucro 11 e 12. Os feixes sendo mais longo que o invólucro com as tampas de extremidade de invólucro, as porções 19 dos feixes se estenderão um pouco além das tampas de extremidade de invólucro 11 e 12 (Fig. 2G). O feixe de fibra HF envasado ou as extremidades não envasadas posicionadas no interior da abertura de tampa de extremidade de invólucro 17 podem, em seguida, ser totalmente envasados de um modo que o material envasado flua no espaço entre as fibras de modo que as mesmas sejam envasadas em conjunto e ao mesmo tempo se liguem às paredes 18 da abertura 17; com as fibras HF ligeiramente estendidas a partir da face da tampa de extremidade de invólucro, o agente de envasamento poderá ser adicionado à abertura 17 (Fig. 2B, Fig. 5C). As extremidades de fibra oca podem ser fechadas ou não fechadas, garantindo que nenhum agente de envasamento entre nas fibras durante a sua adição à abertura 17.

[000122] Pode-se utilizar as técnicas correntes para se obter o processo de envasamento indicado. A seguir estão alguns exemplos: Um, o feixe de fibras HF pode ser encerrado em uma luva 22, tal como uma luva de rede, que é permeável ao fluxo de filtrado, embora capaz de prover um suporte estrutural ao feixe de modo a que a sua forma seja mantida (Fig. 2A). A luva pode também facilitar a inserção do feixe através do cartucho HFC-H, a partir da abertura 17 em uma extremidade do módulo HFM-C para a outra abertura de tampa de extremidade de invólucro 17; um dispositivo pode ser inserido através da abertura 17 de uma tampa de extremidade de invólucro 11 ou parcialmente para dentro do alojamento 10 ou por todo o caminho até a outra extremidade do cartucho HFC-H, por meio das correspondentes aberturas (linearmente alinhadas) 17 na tampa de extremidade de invólucro 12; o dispositivo pode em seguida agarrar a extremidade proximal da luva 22, com as fibras HF encerradas; a luva e o feixe dentro da mesma podem, em seguida, ser puxados pelo dispositivo através das correspondentes aberturas 17. As fibras HF dentro do feixe 8 podem ter extremidades fechadas ou extremidades abertas. Dois, o feixe pode ser pré-envasado (ou "fixado") ou não, "fixado" significa que as fibras são ligadas umas às outras em uma disposição desejada com uma pequena quantidade de fixador ou agente de envasamento, sendo que apenas um pequeno "segmento" 13 definido pela região ligada fibra a fibra (também referida como feixe de "extremidades fixas", "extremidades envasadas", "área envasada", ou "região envasada") em cada extremidade do feixe é envasado.

[000123] O segmento fixo 13 e as aberturas na tampa de extremidade de invólucro 11 podem ser de qualquer formato ou configuração e podem ser espaçados um com relação ao outro, conforme necessário (1) de modo a gerar as formas e a disposição de feixes desejadas ou (2) de modo a prender os feixes em cada extremidade no interior das correspondentes aberturas ou (3) de modo a prender mecanicamente os feixes no interior dos furos e garantir que a montagem seja à prova de vazamento. A adição de uma pequena quantidade de agente de envasamento dentro da abertura 17 das tampas de extremidade de invólucro pode ser feita no sentido de direcionar o fluxo de agente de envasamento entre as fibras e entre a parede exterior do feixe e a parede interior 18 da abertura 17; o fixador serve como um enchimento e adesivo a fim de envasar as fibras dentro das aberturas e garantir uma abertura contra vazamento. Um acessório pode ser acrescentado à extremidade da tampa de extremidade de invólucro a fim de facilitar a adição do fixador, confinar o mesmo, e direcionar o mesmo e evitar o seu vazamento. O fixador ou agente de envasamento pode ser adicionado às aberturas que contêm os feixes de fibra HF no seu interior, quer a partir da face externa 20 da tampa de extremidade de invólucro ou através da face interna 21 no interior do alojamento de módulo HFM. Uma vez que as fibras HF ou os feixes são envasados dentro das aberturas, o comprimento em excesso 19 das fibras HF pode ser cortado expondo as extremidades abertas das fibras HF em cada extremidade do cartucho HFC, formando, desse modo, um conduto contínuo e ininterrupto (vide Figura 5D, para exemplo).

[000124] O método de construção descrito elimina a necessidade de uso de grandes volumes de agente de envasamento como um meio de formação de tampas de extremidade e para o envolvimento das fibras HF. Uma quantidade significativamente menor de material de envase se faz necessária; e o material de envase fica localizado nas aberturas dentro das tampas de extremidade de invólucro, excluídas das fibras HF. Cada abertura e conjunto de feixes podem ser vistos como um cartucho de fibra HF independente; sendo que o seu diâmetro menor anula os problemas de um único envase de um grande cartucho HFC. Pode-se prever a extensão do uso do método descrito à formação de módulos HFCM de qualquer tamanho ou diâmetro. Vide a Figura 5F; a inserção de pontaletes ou colunas de suporte 51 entre as tampas de extremidade de invólucro 11 e 12 dentro do módulo HFM-H pode ser usada no sentido de adicionar uma resistência estrutural à montagem. No exemplo mostrado na Figura 5F, essas colunas de suporte 51 podem consistir em um tubo hexagonal que pode encerrar um feixe 8. A coluna de suporte pode se estender por quase toda a extensão do comprimento do feixe; de preferência, o comprimento do tubo é o comprimento entre as tampas de extremidade de invólucro 11 e 12 dentro do alojamento; opcionalmente, o comprimento do tubo é ligeiramente maior, estendendo-se para a área fixa 13, de cada lado do feixe. Tal comprimento adicional em cada extremidade do feixe pode ser, por exemplo, de 0,16 a 0,64 cm (1/16 a 1/4 de polegada) de comprimento. Um comprimento correspondente seria removido das paredes 29 da abertura das tampas de extremidade 17 que recebe a coluna hexagonal 51; por conseguinte, a região fixa 13 do feixe 8 poderia ser inserida na abertura 17, pelo menos, até a face externa da tampa de extremidade. A extremidade da coluna hexagonal seria inserida na tampa de extremidade, até a profundidade removida 52 da parede 29 da abertura de recebimento 17, desse modo, ancorando a coluna hexagonal 51 na correspondente tampa de extremidade 52. A coluna hexagonal 51 é de maneira similar ancorada na tampa de extremidade no outro lado do módulo HFM-H. O número e o espaçamento de tais colunas hexagonais dentro do módulo HFM-H entre as tampas de extremidade podem ser facilmente determinados por alguém que seja versado na técnica, de modo a obter o necessário suporte estrutural. As colunas hexagonais 51 devem conter qualquer número de aberturas 53 no corpo da coluna para o fluxo de filtrado a partir do feixe dentro da coluna até o lado de fora da coluna e para dentro do tanque de filtrado no interior do módulo HFM-H.

II. Método para automatizar a construção de unidades de submontagem de fibras ocas:

[000125] Um processo de construção da presente invenção é descrito, por meio do qual a montagem de um grande módulo HFCM com os benefícios acima mencionados é muito facilitada. Além disso, o processo poderá prover outros benefícios aparentes e eliminar muitos dos problemas associados aos métodos atuais ou anteriores de construção de um módulo HFCM. Além disso, um benefício e objetivo principal do processo de construção proposto é o de automatizar o processo. A automação oferece um meio de se aumentar a confiabilidade da construção, a velocidade da produção, a redução dos custos de produção, bem como a capacidade de formar filtros únicos, aspectos esses não facilmente possíveis pelos métodos atuais. Estes e outros benefícios são descritos no presente documento.

[000126] Construção de Unidade de Agrupamento - A base de construção do módulo HFCM é um processo de montagem modular. Um agrupamento de sete fibras dispostas em hexágono é usado para ilustrar a base deste novo processo de construção. O agrupamento de sete fibras hexagonais será referido como um agrupamento hexagonal, uma unidade de agrupamento ou simplesmente agrupamento. As Figuras 1A, 1B, e 1C mostram a disposição de um agrupamento de unidade de fibra HF ("agrupamento U") (a Figura 1A é altamente esquemática e não mostra nenhuma região "fixa"). Tal disposição é aplicável a fibras ocas redondas de qualquer diâmetro. Uma das fibras HF 7 está localizada no centro, e as demais seis fibras HF 1 - 6 formam um hexágono concêntrico 8 em torno da fibra HF central 7. O agrupamento hexagonal das fibras pode ser envasado com um fixador 24 em ambas as extremidades ou próximo às extremidades de modo a manter o formato hexagonal do agrupamento, bem como a forma hexagonal (em seção transversal) do segmento envasado 13; este agrupamento hexagonal oferece muitas vantagens, tal como será descrito; por conseguinte, a construção do agrupamento se torna uma etapa crítica.

[000127] A Figura 3A mostra uma forma básica de um sistema automatizado para a produção do agrupamento U. A matéria-prima de fibra oca para a produção do agrupamento de fibra HF é suprida em bobinas 31, tal como é comum na indústria. Sete bobinas proveem a matéria-prima de fibra HF de partida. Um fio de fibra HF 32 de cada bobina pode ser direcionado pelos conjuntos de roletes 33 que avançam, direcionam e dispõem as fibras ocas de modo que as mesmas fiquem posicionadas em estreita proximidade umas às outras e são direcionadas para um segundo conjunto de roletes 34 que dispõem ainda a fibra os seus pontos 41 a 47 uns com relação aos outros de modo a formar um "hexágono" (Figura 3B). As fibras que emergem do conjunto de roletes 34 podem ser direcionadas para um terceiro conjunto de roletes 54, similares em disposição ao conjunto de roletes 34, porém menor e concebido de modo a concentrar as fibras ainda mais em um hexágono mais apertado. Emergindo a partir do conjunto de roletes 54, o conjunto de fibras sob a forma de um hexágono é direcionado para um molde 35 (Figuras 4A, 4D). Outros meios são possíveis para o avanço e posicionamento das fibras HFS com relação ao molde 35.

[000128] O molde 35 contém sete aberturas, as quais são também dispostas em uma forma hexagonal, com uma abertura no centro e seis aberturas concentricamente colocadas em torno da abertura central. O diâmetro de cada abertura é de preferência ligeiramente maior que o diâmetro externo da fibra HF, permitindo que a fibra passe livremente através da abertura sem sofrer danos, embora controlando excessiva a "flutuação" da fibra no interior da abertura. A distância entre as aberturas adjacentes 23 (Figura 1B) controla o espaçamento 23 entre as fibras adjacentes. A fibra HF que emerge a partir do molde hexagonal 35 (Figura 4A) é, portanto, também hexagonal e espaçada uma da outra, tal como definido pelo molde. As fibras HF para a formação do agrupamento podem também ser supridas diretamente a partir de uma montagem de fiação de fibra HF (não mostrada). A montagem de fiação de fibra HF pode conter uma cabeça de extrusão de fibra HF que contém um ou vários bocais de extrusão, dispostos em uma forma desejada (tal disposição é também referida como um "dispositivo de extrusão"). Pode- se, por conseguinte, prover sete fios de fibra HF para a formação da disposição hexagonal diretamente a partir da cabeça de extrusão. As fibras que emergem a partir da cabeça de extrusão serão ainda processadas e condicionadas por meio de métodos similares aos normalmente usados para gerar fibras de consistências desejadas, incluindo a condição física desejada, propriedades, tais como porosidade, tamanho de poro e exigências estruturais, etc.

[000129] Uma vez que as fibras HF são frágeis, devem ser tomadas medidas no sentido de minimizar ou eliminar qualquer possibilidade de danos à fibra. Possíveis pontos de tensão às fibras incluem: 1) O desenrolamento das fibras, o que poderá requerer que a bobina 31 em si gire a uma velocidade específica a fim de desenrolar a fibra, e eliminar a necessidade de puxar a fibra para fora da bobina; de maneira alternativa, mancais de baixo atrito sobre o eixo de bobina podem ser usados no sentido de minimizar a força de tração. 2) Da mesma forma, os roletes 33 que direcionam os fios de fibra HF a partir das bobinas podem ser outro ponto de tensão. Os roletes acionados a motor sincronizados para o desenrolamento da fibra podem oferecer uma solução; ou, o uso de mancais de baixo atrito sobre os eixos de rolete pode também ser aceitável. A fim de manter a posição das fibras entre os roletes 34 e 54, ranhuras semicirculares 55 são formadas na face externa dos pares de roletes adjacentes 120, 121 (Figura 3B), os quais, quando combinados, formam uma rotação circular de "passagem" 56 para as fibras. O diâmetro das ranhuras semicirculares 55 sobre cada um dos roletes 120, 121 é igual ou ligeiramente maior que as fibras ocas, porém, não tão grande no sentido de permitir uma flutuação excessiva ou vibração da fibra que se movimenta entre os roletes. Os roletes provêem não somente uma passagem de baixo atrito, mas também o posicionamento da fibra HF no espaço. Considerações similares ou equivalentes devem ser dadas a todos os componentes que direcionam as fibras HF de modo a eliminar seus danos. Portanto, deve-se considerar todos os aspectos do processo, incluindo o posicionamento das bobinas de fibra HF e dos roletes, o tamanho de roletes, o número de conjuntos de roletes, os tamanhos dos orifícios, a composição dos roletes, o acabamento e as formas das passagens de fibra, etc. De maneira similar, os moldes hexagonais podem variar de modo a prover o fluxo ideal da fibra HF, minimizar seus danos. Os sensores podem ser incorporados em vários pontos de modo a monitorar a velocidade de movimento da fibra HF, a tensão sobre as fibras HF, as vibrações ou qualquer outro parâmetro que possam afetar a integridade das fibras HF ou o processo como um todo.

[000130] Posicionamento para a Fixação de Fibra HF ou Fixação - Assim que uma disposição hexagonal da fibra HF é formada pelo primeiro molde hexagonal 35, é preferível manter essa forma à medida que as fibras são direcionadas para o "centro de fixação" 39, tal como mostrado na Fig. 4A. O centro de fixação contendo uma ou mais câmaras, nas quais as fibras HF são ligadas ou fixadas umas às outras com um fixador 24 na forma de uma disposição desejada, de preferência em uma forma hexagonal, e nas quais o agrupamento completo de um comprimento desejado é formado. O seguinte é uma descrição geral de um mecanismo para a automação do processo de fixação das fibras HF umas às outras, também para a disposição das fibras HF em uma forma hexagonal, para o controle do espaçamento entre as fibras 23, para a produção de agrupamentos de fibra HF 8 de um comprimento definido, para a fixação de ambas as extremidades 13, 24 do agrupamento de fibra HF 8, e fazer essa fixação em intervalos específicos, à medida que as fibras atravessam ou se movimentam através do centro de fixação 39.

[000131] As fibras ocas que entram no compartimento de fixação (também referido como uma "câmara de fixação") 49 através do molde hexagonal 35 e 36 mantêm a sua disposição hexagonal, incluindo o espaçamento entre as fibras pelos dois moldes 35 e 36. Dentro do compartimento de fixação 49, na proximidade do molde 36, um mecanismo dispensador 37 para a adição de um fixador às fibras é provido. O mesmo é posicionado de uma maneira que permita ao mesmo adicionar um fixador à superfície externa do agrupamento de fibra HF sem distorcer a sua disposição hexagonal, ao mesmo tempo curando simetricamente em torno das fibras ocas e do agrupamento de modo a formar a desejada disposição uniforme, hexagonal. As cabeças de adição de fixador podem ser giradas de modo a facilitar a adição uniforme do fixador; e ou o agrupamento hexagonal de fibra oca pode ser girado com relação à cabeça de adição de fixador de modo a facilitar a distribuição uniforme do fixador em torno das fibras ocas ao superar um arrasto direcional da gravidade sobre o fixador. O fixador pode ser um cianoacrilato de cura rápida que se solidifica após exposição a uma radiação UV, cuja fonte é direcionada para a câmara de fixação de modo a afetar uma cura mais eficaz. A adição de cianoacrilato líquido pode ser em um bolo ou em injeções menores consecutivas. Cada adição pode ser solidificada por meio da exposição a um pulso de radiação UV. O cianoacrilato líquido pode fluir entre as fibras nas quais o mesmo liga as fibras à medida que o mesmo se solidifica. Uma questão crítica a este processo é a fixação das fibras na disposição quando as mesmas emanam a partir do molde. A fixação das fibras HF umas às outras não se limita aos cianoacrilatos ou a outros fixadores químicos ou agentes de envasamento; por exemplo, uma substância que se submete a uma mudança de fase com temperatura pode ser usada. A adição do fixador em uma temperatura, em uma forma líquida, seguido por uma rápida diminuição da temperatura, provoca solidificação. Embora existam muitos candidatos potenciais que podem ser usados para esta função, as temperaturas usadas em uma fixação térmica não devem danificar as fibras. Os princípios usados em uma impressão em 3D ou em uma modelação podem ser aplicáveis ao processo de fixação. Uma modificação na(s) cabeça(s) de impressão pode ser necessária no sentido de permitir a deposição do fixador sob a forma desejada.

[000132] Estão disponíveis outros métodos que obtêm essa fixação desejada, óbvios aos versados na técnica.

Exemplo 1 - Fixação das Fibras HF umas às outras em um Agrupamento Hexagonal

[000133] Um bocal ou múltiplos bocais 37, a partir de um injetor ou múltiplos injetores, podem ser posicionados de uma forma que possa liberar um fixador 24 para o agrupamento de fibra HF da maneira mais eficiente. Pode haver vários métodos para a liberação de tal fixador; em um exemplo, um dispositivo de múltiplos bocais 37 (Figuras 4A, 4B: fios e tubos para o fixador são mostrados 63) é posicionado adjacente às fibras e disposto radialmente sobre as fibras em intervalos específicos. Os bocais, de preferência, são mecanizados de tal modo que os mesmos possam se movimentar em direção ao agrupamento de fibras HF antes ou durante a adição do fixador e serem retraídos após a adição. Durante a fase de adição de fixador, o agrupamento de fibra HF pode ser avançado através dos bocais de modo a afetar a adição do fixador 24 ao longo de um comprimento de segmento de fibra HF 13 predeterminado; ou, de maneira alternativa, o agrupamento de fibra HF pode permanecer estacionário enquanto o conjunto de bocais 37 avança ao longo das fibras no sentido de espalhar o fixador 24 ao longo de um comprimento de segmento 13 predeterminado. O compartimento de fixação 49 (vide Figura 4A, observe que a linha tracejada que esquematicamente representa o compartimento de fixação foi omitida na Figura 4B) obviamente terá de acomodar tal movimento. Além disso, pode ser provido um mecanismo para a rotação do agrupamento de fibra HF 61 (vide Figura 4A) com relação aos bocais (ou para a rotação dos bocais como relação ao agrupamento de fibra HF definido (não mostrado)). O fixador pode ser pulverizado sobre ou adicionado às fibras de preferência como, mas não limitado a, um líquido. Uma quantidade predeterminada do fixador é injetada como uma única injeção, como múltiplas injeções ou continuamente ao longo do segmento de fibra selecionada. A adição de fixador pode ser obtida por meio de uma única passagem ou múltiplas passagens das fibras com relação aos bocais, através de uma única deposição de fixador ou por meio da deposição de múltiplas camadas, respectivamente. A quantidade de agente fixador injetado deve ser suficiente para revestir e ligar uniformemente um segmento 13, 24 (Figura 1B, 1C) de fibras HF adjacentes, de preferência, em um formato hexagonal. Além disso, é preferível que a adição do fixador ocorra sem gotejamento e sem se espalhar para os componentes adjacentes e se mantenha localizada para o segmento desejado do agrupamento de fibra HF. De preferência, apenas um pequeno segmento 13 das fibras em um agrupamento é fixado um a outro; esse segmento podendo ser de qualquer comprimento, porém tipicamente na faixa entre 0,64 centímetros (0,25 polegadas) e 5,08 centímetros (2 polegadas). Após a adição do fixador, os bicos são retraídos e os orifícios de descarga de fixador sobre os bicos protegidos. É também considerado que um mecanismo reposicione temporariamente uma fibra individual durante a adição de fixador a fim de otimizar a adição e permitir um excesso total de fixador nos espaços entre as fibras; isto deve ser feito no sentido de minimizar as folgas ou canais entre as fibras.

[000134] O agente de fixação preferido deve ter uma taxa de cura rápida a fim de maximizar a taxa de ligação das fibras, e ao mesmo tempo minimizar o gotejamento ou a migração do fixador de sua colocação pretendida. O fixador pode ser induzido a se curar rapidamente por meio de um agente de cura, tal como uma radiação eletromagnética, calor, produtos químicos ou outros. Pode-se prever que, antes do término da cura ou do endurecimento do fixador, uma matriz (ou um molde) é usada para moldar ainda mais a área fixa, em especial, um pouco antes de o fixador endurecer. Isto pode ser feito enquanto o fixador está ainda maleável e a sua capacidade adesiva diminuída, minimizando a aderência ao molde. Uma cura rápida é também desejável em função de um número de outros fatores, incluindo: Quanto mais rápida a cura, mais rápido será o processo de produção. Um agente de cura rápida pode também permitir o controle do processo de envasamento, o controle da dureza do fixador; isto é, injetando o envase a uma temperatura e o controle da temperatura das paredes do molde para um controle ótimo do fixador e do processo de endurecimento. Pode-se também prever mais que um ciclo de fixação, no qual camadas adicionais de fixador são acrescentadas aos depósitos anteriores; em combinação com a matriz, é possível formar a extremidade fixa do agrupamento de fibra HF 13 em uma forma definida, incluindo o formato hexagonal com comprimentos laterais específicos. Além disso, os moldes 35 e 36 que posicionam as fibras HF para a etapa de fixação podem ser adaptados com um mecanismo automático 61 que irá reposicionar ou girar o molde 36 e as fibras HF; por exemplo, quando um fixador líquido flui em uma direção em função da força da gravidade, o líquido poderá se redistribuir mais uniformemente em torno das fibras por meio da rotação das fibras a ou inferior a 180 graus uma vez ou as rotações podem ser em uma direção em vez de voltar para a posição original ou poderá fazer rotações do tipo para frente e para trás múltiplas vezes.

[000135] Considerando os requisitos indicados para a etapa de fixação, a seleção do fixador apropriado ou do material de envasamento constitui uma etapa crítica. Esses materiais devem ser capazes de rapidamente envolver as fibras de uma maneira uniforme. Os mesmos devem ser de uma viscosidade e propriedades suficientes para permitir uma fixação rápida e repetida das fibras HF umas às outras e ainda permitir a formação da seção fixa 13 em um formato definido. Os cianoacrilatos, os epóxis, os elastômeros, os materiais termoplásticos, ou outros agentes químicos de ligação ou envasamento podem reunir esses requisitos.

[000136] Formação de agrupamentos U de comprimento definido - Quando um segmento fixo 13 é formado na entrada da câmara de fixação 49 (Figura 4A), este segmento é cortado em torno do seu ponto central por um mecanismo de corte 38 (o fio 62 conectado ao mecanismo é mostrado), o qual pode ser um laser, uma lâmina, um jato de água, etc. O agrupamento U resultante 8 pode em seguida ser removido. A metade restante do segmento 13 permanece conectada ao molde 36 e no interior da câmara de fixação 49. Um mecanismo de retração 70 avança a partir da sua posição de repouso por meio de uma correia automática e sistema de polias (ou outro sistema mecanizado) 76, a uma distância sobre o comprimento de um agrupamento 8, na direção do segmento exposto 13. Um dispositivo do tipo pinça 71, 77 (Figuras 4A, 4B e 4C), com uma abertura hexagonal, avança mais para frente, de forma que o segmento 13 entre na abertura hexagonal na pinça 71, 77. A pinça é retraída, com um cilindro pneumático 69, 73 ou algum outro meio. A mesma é retraída para dentro de um mecanismo de fechamento de pinça (também referido como um "fechador de pinça") 78. As paredes de pinça, cortadas em seis segmentos iguais, são forçadas para dentro na direção do eixo geométrico central da pinça, fazendo com que as paredes de pinça e a cabeça se fechem sobre os seis lados do segmento de agrupamento 13. A quantidade de retração da pinça para dentro do fechador de pinça 78 determina a extensão do fechamento de pinça e a força de aperto sobre o segmento de agrupamento; este é um mecanismo comum utilizado em fábricas de usinagem. De maneira alternativa, o fechador de pinça pode ser avançado para frente, com relação à pinça, provocando o mesmo fechamento de pinça. Quando o segmento de agrupamento é fixado na cabeça de pinça 71, todo o mecanismo de retração 70 se retrai para a sua posição de repouso original por meio do sistema de correia e polia 76. Um novo segmento do agrupamento de fibra HF é posicionado na câmara de fixação de modo que um novo segmento de agrupamento 13 possa ser formado, tal como descrito anteriormente. Depois de o segmento de agrupamento ser formado, o mesmo é cortado, tal como antes. O mecanismo de retração 70 é reposicionado de modo a separar os segmentos de agrupamento cortados resultantes 13. Simultaneamente, a pinça é aberta através da retração da pinça 77 a partir do fechador de pinça 78. Um segundo cilindro 75 empurra um pistão 74, localizado centralmente dentro da pinça, na direção da abertura hexagonal da pinça de modo a forçar o segmento de agrupamento U 13 para fora da cabeça de pinça. O agrupamento U 8 como um todo, com suas extremidades fixas 13, fica, nesse caso, livre para ser coletado ou ser direcionado por um sistema mecanizado para um compartimento de armazenamento (por exemplo, por meio de uma correia transportadora que se movimenta em um ângulo reto para o agrupamento inteiro). São mostrados os dispositivos 57 para o deslocamento do agrupamento cortado e os dispositivos 58 para o deslocamento da plataforma sob o agrupamento cortado. Uma pessoa versada na técnica poderá fazer aperfeiçoamentos óbvios nos mecanismos descritos.

Exemplo 2 - Tampas de Extremidade de Agrupamentos Pré-fabricadas

[000137] Para formar um agrupamento unitário ("agrupamento U"), é concebível que a etapa de "fixação" para formar uma tampa de extremidade hexagonal seja realizada sem a aplicação de um fixador líquido, tal como previamente descrito. Os mesmos resultados gerais poderão ser obtidos utilizando uma tampa pré-formada, sendo que tal tampa poderá ser mecanicamente adicionada ou encaixada sobre as extremidades das fibras HF. A tampa pré-fabricada é posicionada ao longo do agrupamento de fibra HF, de modo que o mesmo possa ser mecanicamente remodelado de modo a encapsular as fibras e, ao mesmo tempo, assumir uma forma desejada, de preferência, um formato hexagonal. Um exemplo de tal tampa é mostrado na Figura 7; suas duas configurações possíveis, uma tampa ou segmento linear 79 (tampa L) ou dobrada 80 (tampa F) são mostradas. As duas configurações são conversíveis entre si, tal como será mostrado. A tampa L 79 contém seis subsegmentos, numerados sequencialmente de 81 a 86.

[000138] Os segmentos adjacentes 81 a 86 (Figura 7) formam ranhuras, canais ou poços em forma de "U" 87. Os canais são concebidos de modo a ficarem posicionados paralelos aos fios de fibra HF e de uma forma de modo a facilitar o recebimento e a passagem dos fios de fibra HF 95. As fibras HF, por sua vez, são orientadas para dentro de uma câmara fixa 49 no centro de fixação 39 (Figura 4A), com um molde que alinha as fibras paralelas aos canais 87 (Figura 7). Além dos canais 87, a tampa L contém ainda 5 (ou 6) marcações horizontais 88, que de preferência se localizam sobre o ponto central da base dos canais 87, e paralelas aos mesmos. Tais marcações facilitam o dobramento dos segmentos de tampa L ao longo da linha de marcação de uma maneira a resultar em uma forma de hexágono 80. Pontaletes 89 formam as paredes dos canais em forma de "U" 87; de tal modo que, quando os segmentos adjacentes 81 a 86 são dobrados ou curvados ao longo das linhas de marcação 88, os pontaletes se convergem de modo a prender as fibras HF no interior do canal 87. A sétima fibra HF posicionada acima da fibra entre os segmentos 83 e 84, a uma altura exata acima da mesma, fica presa no centro, tal como mostrado na Figura 7. Embora apenas a disposição hexagonal seja descrita, o mesmo processo é obviamente aplicável à moldagem de outras formas de agrupamento. O processo pode incluir a adição ou a pulverização de um adesivo, fixador ou algum outro agente adequado na tampa L 79 de modo que, quando a tampa se dobra em um formato hexagonal 80 (através da forma intermediária 90), o fixador no seu interior, após uma cura, possa selar as fibras internas, e ao mesmo tempo, facilite a retenção da forma hexagonal resultante. Queira as fibras HFs fiquem retidas juntas em um agrupamento devido à adição de um fixador líquido 13, 24, ou devido a uma tampa de extremidade de agrupamento pré- fabricada 80, ou de alguma outra maneira, o segmento terá de ser cortado, de preferência, no ponto central.

[000139] Quando uma tampa é adicionada a um segmento de fibras, criando um formato hexagonal, um mecanismo de corte (lâmina, serra, laser ou qualquer outro meio) poderá ser aplicado no sentido de cortar a tampa formada e o agrupamento de fibras ao longo da seção transversal do seu ponto central. O agrupamento de fios resultante com ambas as extremidades tampadas poderá, então, ser libertado e removido. O agrupamento traseiro avança por uma determinada distância, e o processo de se adicionar uma outra tampa L se repete. Todo o processo pode ser altamente mecanizado de modo a gerar segmentos de agrupamentos tampados a uma velocidade muito alta, vide Figuras 4A e 4B.

[000140] Vários aperfeiçoamentos e otimizações são possíveis ao processo acima descrito. Em um exemplo, uma linha de montagem é usada na qual as últimas etapas, envolvendo a fixação de ambas as extremidades da unidade de agrupamento, são realizadas verticalmente. Na posição vertical, o fluxo de fixador será distribuído de maneira mais uniforme em torno do eixo geométrico central dos moldes de agrupamento; ao contrário dos processos horizontais nos quais a força da gravidade pode distribuir o fixador um pouco mais para a parede de fundo da câmara de agrupamento.

[000141] Durante ou após a produção dos agrupamentos U, as extremidades das unidades de agrupamento podem requerer um tampão para proteger o interior das fibras HF durante um processamento subsequente; um método preferido para o tamponamento das fibras é através da formação de um revestimento fino de proteção nas extremidades das fibras; isso deve ser feito sem distorcer o formato hexagonal ou as dimensões da unidade de agrupamento. A proteção das extremidades das fibras pode ser fácil e rapidamente obtida por meio de diversos métodos ou combinação de métodos, incluindo calor, ultrassom, quimicamente, mudança de fase, etc. A formação de um tampão deve ser reversível ou passível de remoção em qualquer ponto do processo de montagem. Ao simplesmente se cortar o segmento da extremidade do agrupamento ou do cartucho HFC contendo o revestimento ou o tampão é uma opção comum. Ao se usar um tampão com uma temperatura de fusão menor que a dos demais componentes do agrupamento ou do cartucho HFC, o tampão pode ser facilmente removido com calor e, possivelmente, em combinação com um agente de adsorção para a absorção do material fundido da construção de fibra HF. Vácuo pode também ser usado para remover o material fundido. Tais métodos, bem como outros são prontamente disponíveis para o tamponamento e destamponamento reversível das extremidades de fibra HF. O tamponamento das fibras HF pode ser feito em qualquer ponto da formação de agrupamento U para a montagem do cartucho HFC. De preferência, no entanto, mas não exclusivamente, o tamponamento é feito durante ou após a montagem do agrupamento U ou depois de a mesma ter sido testada para integridade e qualidade. O tamponamento das fibras HF nesta fase inicial de produção pode facilitar a construção de agrupamentos maiores.

[000142] Agrupamentos - A automação e a formação controlada de unidades de agrupamentos (agrupamentos U) oferecem benefícios não possíveis pelas técnicas atuais de produção de módulo HFM que normalmente envolvem o enfeixamento aleatório das fibras. A Figura 6 mostra um método de combinação de montagens de agrupamentos U 101 para a formação de maiores "agregados" de agrupamentos. Por exemplo, seis agrupamentos U podem ser combinados de modo a formar agrupamentos em blocos (agrupamentos B 102) que podem ainda ser dispostos em grupos de agrupamentos (agrupamentos G) 103, que, por sua vez, podem ser ainda dispostos em super agrupamentos ainda maiores (agrupamentos S) 104, 105, e assim por diante. A simetria oferecida pelo agrupamento U de formato hexagonal permite uma disposição ordenada das fibras HF em qualquer escala e em qualquer forma de agregados desejada. A seguir, são descritas algumas das vantagens oferecidas pelos blocos de construção de agrupamentos U propostos:

[000143] Teste de integridade - Teste de integridade automatizada - Quando os agrupamentos U são formados, os mesmos podem ser testados por meio de um sistema automatizado, usando qualquer número de técnicas de teste de integridade do filtro disponíveis. Por exemplo, a capacidade de os agrupamentos U (ou qualquer capacidade de agregados de agrupamento) sobreviverem nas condições de autoclave descritas em outras partes do presente documento pode ser usada como as condições de teste. Os testes de integridade são conhecidos na técnica e incluem, mas não se limitam a, um teste de ponto de bolha, um teste de queda de pressão, uma exposição a partículas de vapor, e testes de difusão. Em um exemplo, as fibras HF dentro do agrupamento U são umedecidas, seguido de um ponto de bolha ou teste de queda de pressão a cada uma das mesmas assim que saem da linha de montagem. Isso possibilita uma maneira imediata e barata de se testar cada agrupamento U. Os mesmos testes de integridade podem também ser realizados em agrupamentos maiores, ou seja, em agrupamentos B, em agrupamentos G, etc., antes da montagem completa do módulo HFCM.

[000144] Pré-encolhimento dos agrupamentos - A pré-forma de agrupamentos cuja disposição se encaixa nos receptáculos de tampa de extremidade de invólucro 17 permite o pré-acondicionamento da área fixa sobre os agrupamentos ou feixes de modo a produzir agrupamentos ou feixes mais estáveis. Por exemplo, o preaquecimento da região fixa 13 sobre os agrupamentos ou feixes no sentido de anelar essa região 13 e remover quaisquer tensões na região fixa 13 irá aumentar a estabilidade dos agrupamentos ou feixes. O aquecimento da região fixa 13 no sentido de provocar o encolhimento do fixador antes da sua inserção no correspondente receptáculo irá também eliminar qualquer problema potencial devido ao encolhimento.

[000145] Posicionamento das fibras - Tal como indicado, a posição da fibra com relação uma à outra, com o espaçamento 23, Figura 1B, no agrupamento U hexagonal oferece os meios para se dispor o agrupamento U em formas que permitam atingir melhores resultados de filtração durante o aumento de escala. Por exemplo, este pode incluir um fluxo de filtrado otimizado a partir do centro do grande módulo HFM ou cartucho HFC para a periferia em função do espaçamento entre os agrupamentos S de um modo a criar uma canalização ótima entre o exterior e interior dos agrupamentos e do módulo HFCM, para um fluxo ótimo. O espaçamento ótimo das fibras e dos agrupamentos um com relação ao outro pode ser usado no sentido de otimizar o fluxo entre as fibras e os agrupamentos por toda a seção transversal do módulo.

[000146] Acondicionamento ideal - Os hexágonos oferecem uma disposição ideal de acondicionamento de alta densidade das fibras ocas.

[000147] Outros - Outras opções encontram-se disponíveis para a obtenção de processos de filtração únicos e aperfeiçoados. As unidades de agrupamento podem ser acondicionadas com um grau de torção dentro de cada agrupamento U. Isto é simplesmente obtido durante a formação dos agrupamentos. Por exemplo, na formação de um agrupamento B, os agrupamentos U podem ser fixados em uma extremidade do agrupamento; na outra extremidade, no entanto, o agrupamento U pode ser girado ao longo do seu eixo geométrico longitudinal, em incrementos. A torção selecionada pode ser em incrementos de 60 graus para o formato hexagonal. A torção pode introduzir um vórtice para o fluxo à medida que o líquido passa pelo comprimento das fibras ocas. Imperfeições naturais nas paredes de fibra HF ou a introdução de ranhuras sobre a parede interna durante a fiação da fibra podem ainda ser usadas no sentido de otimizar o efeito de vórtice para um processo de filtração aperfeiçoado. Uma torção similar pode ser introduzida às fibras nos feixes ou agrupamentos de qualquer tamanho ou forma. A torção pode ser introduzida em ou feixes hexagonais ou redondas quando os mesmos são inseridos nas tampas de extremidade de invólucro do módulo HFCM.

[000148] O método de agrupamento simplifica o processo de montagem, e provê um processo de fabricação altamente reprodutível.

Aumento de Escala:

[000149] A montagem de grandes módulos HFM é muito facilitada pela unidade de agrupamento U hexagonal 101, tal como mostrado no exemplo a seguir: Um agrupamento B 102 da forma mostrada na Figura 6 pode ser facilmente montado a partir dos agrupamentos U 101, assim como de outras formas de agrupamento 110. O processo pode ser facilmente automatizado ou construído manualmente. Tal como mostrado na Figura 6, um agrupamento B triangular 102 pode ser montado a partir de seis unidades de agrupamento U 101; isso se traduz por uma fibra de 62 cm de comprimento, com um diâmetro OD de 0,16 centímetros (0,062 polegadas), com cerca de 0,125 m2 de área de superfície da fibra. O uso de 7 agrupamentos B 102 de um comprimento similar, com as mesmas fibras permite o agrupamento dos agrupamentos B 102 em um agrupamento G 103 consistindo em 385 fibras, provendo cerca de 0,78 m2 de área de superfície, que pode ser encapsulado em um alojamento de um diâmetro menor que 3,81 centímetros (1,5 polegada).

[000150] A capacidade de filtro poderá, então, ser aumentada ainda mais por meio da combinação de 7 agrupamentos G 103 em uma disposição de núcleo 104 mostrada na Figura 6. O padrão de núcleo de filtro mostrado, o núcleo C1 104, contém 2695 fibras de modo a produzir 5,4 m2 de área de superfície em um cartucho de cerca de 8,89 centímetros (3,5 polegadas) de diâmetro. Um maior aumento no tamanho do filtro pode ser obtido pela adição de uma outra camada de agrupamentos G 103 sobre o núcleo C1 104 de modo a formar um padrão de núcleo C2 105, cuja área de superfície é aumentada para 14,7 m2 com um diâmetro de cartucho de cerca de 15,24 centímetros (6 polegadas). Com uma outra camada de agrupamentos G 103 adicionada ao núcleo C2 104 para formar o núcleo C3, a área de superfície é aumentada para cerca de 29 m2 com um diâmetro de cartucho de cerca de 20,32 centímetros (8 polegadas). Pode-se continuar a construir cartuchos ainda maiores de uma maneira organizada similar, observando a retenção da forma hexagonal da base com núcleos sucessivamente maiores, isto, no entanto, não exclui a possibilidade de se adicionar ou subtrair agrupamentos aos e dos agrupamentos ou núcleo maiores, a fim de alcançar padrões de disposição de fibra HF diferentes aos hexagonais; por exemplo, circulares, retangulares, ou outros polígonos ou formas, em vez do hexagonal. A Tabela 1 apresenta uma descrição mais detalhada de alguns das várias configurações de agrupamentos de fibra HF esquematicamente ilustradas na Figura 6:Tabela 1

[000151] As tampas de extremidade de invólucro de módulo HFCM 11 e 12, Figuras 2B a 2G e 5B a 5E, facilitam a montagem acima ao organizar os agrupamentos ou feixes durante a construção do módulo HFCM, ao prover um suporte estrutural à montagem, e ao manter o espaçamento apropriado entre os feixes.

[000152] À medida que o tamanho do filtro se torna maior, o padrão de fluxo e a resistência ao fluxo a partir do centro do agrupamento ou do núcleo para a sua periferia pode mudar. Os métodos propostos para a construção de grandes filtros oferecem os meios para se resolver este problema. Tal como indicado, o espaçamento 23, Figura 1B, das fibras HF adjacentes em um agrupamento U é alcançado durante a sua produção. O espaçamento entre os agrupamentos U em um agrupamento B pode também ser definido com um molde apropriado; esse espaçamento é determinado pelas exigências do processo de filtração, pequenos espaços entre os agrupamentos U para taxas de coleta lenta, aberturas maiores para taxas de coleta de filtrado mais rápida. Da mesma forma, durante o aumento de escala a partir do agrupamento B para o agrupamento G e para núcleos maiores, o espaçamento entre os agrupamentos é selecionado de modo a se obter um fluxo ideal de todas as fibras para a periferia do agrupamento ou núcleo; o espaçamento 29 entre as aberturas 17 e os correspondentes feixes ilustra esses canais de fluxo. O enfeixamento das fibras HF em feixes apertados, tal como é atualmente comum, limita tal controle de fluxo a partir do centro do feixe para a sua periferia. Nos feixes apertados, as fibras HF mais periféricas podem oferecer uma resistência ao fluxo de filtrado a partir das fibras mais internas. A taxa de produção de filtrado de todas as fibras HF se torna não homogênea. Uma fração das fibras HF transportará a carga de filtração para um grau maior que outras fibras, o que poderá resultar em falha prematura das mesmas. Em outras palavras, a capacidade total do filtro não é realizada. Na organização das fibras, tal como descrito, tal não uniformidade na filtração da fibra HF é minimizada e a capacidade total do módulo HFM é mais estritamente realizada. Embora as unidades de agrupamento hexagonais sejam uma modalidade preferida da unidade de agrupamento, outras formas são igualmente possíveis. Uma unidade de agrupamento retangular pode ser preferível em alguns casos. Um agrupamento triangular pode ser útil em outros casos. É evidente que os agrupamentos nas formas de vários polígonos são possíveis ao se usar o processo descrito.

Montagem dos agrupamentos no cartucho HFC:

[000153] A montagem de agrupamentos em um cartucho HFC ou módulo HFM mais funcional requer o envasamento do agrupamento em uma tampa de extremidade de invólucro de módulo HFCM 11 e 12. Ao contrário dos procedimentos anteriores, nos quais a opção para a organização das fibras e do feixe é mais limitada, os padrões geométricos propostos oferecem a possibilidade de uma disposição precisa das fibras dentro do módulo HFCM. Por exemplo, ao se usar uma tampa de extremidade de invólucro 11, que também serve como um molde, tal como mostrado nas Figuras 5B a 5E, os feixes de fibra HF podem ser dispostos nos padrões desejados; as tampas de extremidade de invólucro 11 e 12 que contêm receptáculos ou aberturas hexagonais 17 dispostos no padrão desejado e apropriadamente espaçados 29 uns dos outros; e os feixes hexagonais 8 (tais como os feixes G 103, vide Figura 6, por exemplo) cujas extremidades 13 são inseridas nos ditos receptáculos hexagonais 17 definem o padrão de feixes na tampa de extremidade de invólucro 11 e 12. O envasamento das extremidades de feixe dentro dos receptáculos fixa esse padrão. O alojamento 10 entre as duas tampas de duas extremidades encapsula a fibra oca de modo a formar um cartucho HFC. O processo acima descrito oferece uma série de aperfeiçoamentos, o que poderá aumentar significativamente a qualidade e a confiabilidade do cartucho HFC ou do módulo HFM finais. Os métodos facilitam a produção de grandes módulos HFM e diminuem o seu custo. Alguns desses benefícios são como se segue:

1. Minimização do uso de materiais incompatíveis:

[000154] Muitos dos atuais módulos HFM ou cartuchos HFC comercialmente fornecidos usam polissulfona para o invólucro ou outras partes do alojamento; simplesmente, o material apresenta um excelente suporte estrutural, grande inércia química, temperatura de funcionamento elevada, bem como outras vantagens. Algumas das mesmas propriedades físicas e químicas que tornam a polissulfona um bom material estrutural também tornam a mesma um agente de envasamento muito fraco; sendo assim, outros materiais têm sido usados para esse fim. Epóxi e poliuretano são, talvez, o mais comuns; os mesmos podem ser despejados como um líquido de baixa viscosidade que facilmente fluem entre as fibras ocas, de modo a imergir as fibras de uma maneira uniforme; o material é induzido a se solidificar por meio da pré-adição de um agente de cura, por calor, luz ou outros meios. A velocidade de cura ou de solidificação pode, portanto, ser controlada de modo a formar um material estável ao calor, altamente inerte, que pode ser usinado, ou ainda manipulado conforme necessário. Esses materiais de envasamento são altamente customizáveis conforme as necessidades do usuário; no entanto, apesar dessas vantagens, os mesmos não são ideais para a construção de grandes módulos HFM.

[000155] O epóxi, por exemplo, como um material de envase, requer que o mesmo não apenas incorpore as fibras HF, mas também requer que o mesmo se ligue à parede do invólucro de polissulfona. Embora se possa selecionar um epóxi com um coeficiente de expansão muito similar ao da polissulfona, o epóxi normalmente não é exato, nem a sua expansão diferencial é mantida ao longo de toda a faixa de temperatura à qual ambos os materiais podem ser geralmente expostos. Além disso, a transição ou a cura do epóxi a partir de um estado líquido para um sólido pode resultar em significativas alterações dimensionais ao material; ou seja, alteração ou encolhimento após uma polimerização, cujas medidas podem aumentar em função do aquecimento. Embora tal encolhimento possa ser pequeno e insignificante quando o epóxi é usado na construção de pequenos módulos HFM com pequenos diâmetros internos de envasamento, e poderá ser muito ampliado e se tornar bastante significativo à medida que os diâmetros de envasamento aumentam. O resultado disso poderá ser um craqueamento do epóxi ou uma separação do epóxi da polissulfona à qual o mesmo está ligado.

[000156] A integridade de ligação entre o agente de envasamento e a tampa de extremidade de invólucro de polissulfona estrutural (e invólucro) deve ser mantida a fim de manter a separação entre as câmaras de filtrado e retentado. No entanto, observa-se que, ao se usar dois materiais diferentes, a força de ligação entre os mesmo poderá ser grandemente afetada com o aumento de tamanho do filtro e quanto maior a variação dimensional em um material com relação a outro, tanto maior possibilidade de falha na ligação. A fim de maximizar esta ligação, as extremidades de recebimento de cartucho da tampa de extremidade de invólucro de polissulfona são enrugadas ou moldadas de forma a permitir uma máxima aderência com o envase; no entanto, em grande escala, os efeitos combinados de um aumento de incremento de encolhimento e o efeito da temperatura ao suavizar a ligação entre o epóxi e a polissulfona podem fazer com que a ligação venha falhar. É igualmente possível que, após o ciclo de aquecimento e de resfriamento, a polissulfona não encolha, mas o epóxi sim. Isso poderá ocorrer sem a separação entre o epóxi e a polissulfona; no entanto, neste caso, a tensão poderá ser armazenada no epóxi solidificado, levando a potenciais fraturas de tensão dentro apenas do epóxi, resultando em uma potencial falha do módulo HFM.

[000157] Pode-se concluir que o epóxi e a polissulfona não são idealmente compatíveis para a construção de grandes filtros. Os problemas associados ao uso de dois materiais incompatíveis podem ser grandemente reduzidos ou eliminados por meio do uso de materiais compatíveis, de preferência idênticos, na construção do módulo HFM; ou seja, usar polissulfona para o invólucro do módulo HFM e para a construção das tampas de extremidade de invólucro do módulo HFCM.

2. Método de construção de um módulo HFM grande:

[000158] O uso de materiais "compatíveis" para a construção de grandes módulos HFM se torna uma parte essencial da construção; por exemplo, o uso de um invólucro de polissulfona e substituir a polissulfona por epóxi a fim de formar as tampas de extremidade de cartucho HFC e envolver as fibras HF na mesma tampa de extremidade. O uso de polissulfona para formar o invólucro 10 bem como a tampa de extremidade de invólucro 11 e 12 resulta em uma estrutura na qual ambas as partes críticas se expandem e se contraem na mesma velocidade; e desde que a tampa de extremidade e o invólucro sejam feitos em sua maior parte do "mesmo" material, os mesmos irão se comportar da mesma forma em todas as temperaturas utilizáveis, (não naquelas que fundem um componente), as pressões, e os tempos; incluindo aqueles atingidos durante em ambos os processos de produção em linha e fora de linha de uma esterilização a vapor, (geralmente na faixa de 121°C a 125°C a 1.05 kgf/cm2 (15 psi) e 1,75 kgf/cm2 (25 psi), por 3 minutos a 45 minutos; as configurações são interdependentes), autoclave com calor seco (normalmente na faixa de 121°C a 190°C, em tempos de 6 minutos a 12 horas, dependendo do ajuste de temperatura), ou autoclave por vapor químico (tipicamente na faixa de 132°C a 1,4 a 2,8 kgf/cm2 (20 a 40 psi) por 20 minutos). Isso minimizaria consideravelmente as fraturas ou falhas entre as superfícies ligadas.

[000159] Para os fins deste pedido e suas reivindicações, o teste para saber se um cartucho resiste a fraturas é se o mesmo é resistente quando exposto a uma temperatura de 121 a 125 graus Celsius, a uma pressão de 1,05 a 1,19 kgf/cm2 (15 a 17 psi), por 30 a 60 minutos.

[000160] Ao contrário de epóxi, no entanto, a polissulfona não pode ser facilmente despejada para envasar polissulfona em fibras HF; por conseguinte, um método ligeiramente modificado é usado para realizar a construção do cartucho HFC. O mesmo envolve o uso de um disco de polissulfona, em torno do diâmetro do invólucro de módulo HFM 10, para formar as tampas de extremidade de invólucro 11 e 12, sendo que a tampa de extremidade de invólucro contém receptáculos 17 ou aberturas que correm ao longo do comprimento da tampa de extremidade de invólucro. Vide Figuras 2B a 2F e 5B a 5E. As formas e o espaçamento dos receptáculos podem ser controlados com grande precisão por moldagem ou usinagem das tampas de extremidade. Tais aberturas 17 podem, portanto, servir como receptáculos para o recebimento de agrupamentos ou feixes de fibras HF 8. Geralmente, mas não exclusivamente, as unidades de agrupamento de fibra HF ou os feixes de extremidades fixas 13 consistem em formas e dimensões semelhantes às dos receptáculos indicados. Além dos receptáculos indicados, é possível formar ou usinar uma ranhura 16 na tampa de extremidade de invólucro dentro da qual as extremidades do invólucro 10 podem ser inseridas. O invólucro pode, portanto, ser firmemente ancorado na tampa de extremidade de invólucro por meios mecânicos ou com um adesivo e selado com uma gaxeta, um anel em O, ou um adesivo. A outra extremidade do invólucro pode ser ancorada de maneira similar à segunda tampa de extremidade de invólucro. A estrutura resultante, além de simplificar a construção, forma uma estrutura muito estável, que não é facilmente susceptível a distorção. Os receptáculos nas duas tampas de extremidade de invólucro podem ser alinhados na montagem de cartucho HFC. Os agrupamentos podem ser inseridos em uma extremidade através da abertura 17 da tampa de extremidade de invólucro 11, através do alojamento de invólucro 10, em seguida para os receptáculos justapostos 17 dentro da tampa de extremidade de invólucro 12 na outra extremidade do invólucro. O comprimento do agrupamento ou feixe pode ser do mesmo comprimento que a distância entre as tampas de extremidade de invólucro ou ser ligeiramente mais longo; portanto, dependendo dos comprimentos das unidades de agrupamento, os mesmos podem ser nivelados com a superfície externa das tampas de extremidade de invólucro ou ser estender ligeiramente para além das superfícies externas das tampas de extremidade de invólucro. Da mesma forma, outros agrupamentos podem ser adicionados, enchendo todas as cavidades na tampa de extremidade de invólucro. A abertura entre as paredes de receptáculo 18 e os lados envasados do agrupamento ou feixe 13 pode ser preenchida com um adesivo capaz de fluir para dentro da abertura, em seguida se solidificando, vedando a abertura, e ancorando o agrupamento. Pequenas quantidades do selante, tal como epóxi, podem ser usadas neste caso; seus efeitos indesejáveis, tais como encolhimento, são muito reduzidos em função do pequeno volume de enchimento necessário e a pequena abertura entre as extremidades envasadas dos agrupamentos 13 e as paredes de receptáculos 18. As falhas acima descritas ao se usar epóxi são muitíssimo reduzidas. Além disso, por causa do pequeno volume de material de envase necessário e da natureza da construção, cada agrupamento e par de receptáculos podem ser visualizados como um pequeno cartucho HFC. Cada agrupamento com as extremidades confinadas em seus respectivos receptáculos é semelhante a um pequeno filtro, o qual exibe distorções mínimas, normalmente observadas em um grande módulo HFM. A inserção de feixes nos receptáculos de tampa de extremidade de invólucro de cartucho HFC 17 em uma extremidade (ou seja, indicada pela referência 11) permite a ancoragem da extremidade de feixe fixo traseiro 13 no receptáculo de inserção. A extremidade de feixe fixo dianteira 13 pode, portanto, ser ligeiramente girada antes da inserção no receptáculo 17 na tampa de extremidade de invólucro 12 na outra extremidade do cartucho HFC.

[000161] A adição uniforme de um adesivo selante na abertura entre a parede de feixe 13 e as paredes de cavidade 18 pode ser feita de várias maneiras. Em um método, as extremidades das fibras HF são tampadas com uma fina camada de selante, tampão, ou "revestimento", que seja impenetrável ao agente de envasamento selecionado. Tal tamponamento da fibra HF pode ocorrer durante a produção dos agrupamentos ou em algum outro momento. As aberturas entre os lados de agrupamento 13 e as paredes de cavidade de tampa de extremidade 18 podem ser simplesmente preenchidas ao se mergulhar a montagem em um volume específico de agente de envasamento. O envase, sendo um líquido, flui para dentro das aberturas, por meio de uma ação capilar, mas não para as fibras HF tamponadas. O excesso de selante pode ser drenado antes da sua solidificação, deixando apenas o selante no interior das ditas aberturas. Após solidificação, os agrupamentos ou feixes que se estendem para além da tampa de extremidade podem ser cortados rentes à superfície externa da tampa de extremidade. O comprimento do segmento cortado deve ser suficiente para expor as aberturas de extremidade das fibras HF. Quando os feixes são do mesmo comprimento que o módulo HFCM, nesse caso, é possível cortar uma seção suficiente da extremidade de feixe fixa para a remoção da seção de tampão da fibra HF e expor as extremidades abertas das fibras HF.

[000162] Há outros métodos potenciais para se inserir e tamponar as extremidades de feixe em seus respectivos receptáculos 17. Estes incluem o uso de anéis em "O". Isso pode incluir a adição do agente de envasamento a partir de dentro do alojamento 10 ou da superfície de tampa de extremidade de invólucro 21 sobre a extremidade de feixe 13 ou dentro do receptáculo 17, antes ou depois de os feixes serem inseridos em seus respectivos receptáculos. O envasamento pode ser feito a partir da superfície 20, 21, ou de ambas, Figuras 2B e 2E.

3. Aumento de escala:

[000163] O método de construção de um grande módulo HFCM não se limita a um tamanho em particular. O mesmo simplesmente provê um método para a construção de um grande módulo HFCM que é mais eficiente e mais confiável que o das técnicas anteriores. O mesmo também oferece um meio para o aumento do tamanho do grande módulo HFM além do que será possível com as técnicas atuais. Pode- se, por exemplo, usar um aço inoxidável (SS) para o invólucro, para a tampa de extremidade de invólucro ou para outros componentes estruturais. O aço SS pode prover o suporte estrutural para um filtro muito maior do que seria possível utilizando as técnicas correntes. Os receptáculos na tampa de extremidade de invólucro permanecem tal como descrito acima. As unidades de agrupamento ou feixes serão inseridas em suas respectivas cavidades nas tampas de extremidade de invólucro; tal como antes, tendo em vista o volume muito pequeno de adesivo usado entre o feixe e a parede de cavidade, a expansão e a contração do adesivo ou selante serão mínimas. É óbvio que o agente de envasamento deverá ter propriedades compatíveis com os requisitos de construção; ou seja, o mesmo deve ser compatível com a ligação ao aço SS caso componentes de aço SS sejam usados; o mesmo deve ser compatível com os requisitos de temperatura do módulo HFM; deve haver compatibilidade nas propriedades de expansão e contração dos materiais; os materiais devem ter propriedades físicas, por exemplo, que possibilitem a capacidade de suportar os requisitos de tração do processo. É também claro que outras medidas são possíveis: usar um material ou adesivo de envase elastomérico, dimensionar a unidade de agrupamento e os espaços entre as cavidades, fazer a inserção de colunas de suporte dentro do cartucho HFC, entre as unidades de agrupamento, a fim de impedir a deformação da estrutura sob condições operacionais extremas.

4. Diferentes configurações:

[000164] Embora o foco da invenção tenha sido com relação a uma disposição hexagonal de agrupamentos, é óbvio que o processo descrito não se limita exclusivamente a hexágonos. Procedimentos similares podem ser aplicados à formação de triângulos, quadrados, pentágonos, ou qualquer outra forma. O número de fibras em cada agrupamento pode também variar de um a qualquer número desejado ou limitado pelo processo utilizado para a formação de tais agrupamentos. O processo descrito não se aplica somente a módulos HFM ou a cartuchos HFC redondos, o processo pode também ser aplicado à formação de módulos de filtração quadrados ou de outros formatos; incluindo, além disso, o tipo de placa e de estrutura dos módulos, nos quais a folha de filtro plana pode ser substituída por agrupamentos de fibras ocas dispostas linearmente para a moldagem de um formato equivalente ao de uma placa, um exemplo do que é mostrado na Figura 8. Por sua vez, essas placas de fibra HF (também referidas como "invólucro de cartucho") 100 podem ser empilhadas tal como na disposição de "placa e estrutura" 106. (As referências numéricas 100 a 112 referidas no parágrafo a seguir são específicas à Figura 8).

[000165] Os agrupamentos de fibra HF ou extremidades de feixe devem ser tamponados em ambas as extremidades do invólucro de cartucho retangular ("extremidades de invólucro") 101, cujas extremidades do invólucro 101 contêm tampas de extremidade com aberturas ou receptáculos para o recebimento e envase das extremidades de feixe ou agrupamento, tal como descrito acima. As chapas retangulares de fibra HF têm orifícios laterais 102 de modo a permitir que o filtrado flua a partir do interior das placas retangulares de fibra HF (o invólucro) 100. Tais placas de fibra HF (o invólucro) podem, nesse caso, ser inseridas no alojamento 105, cujo alojamento é formado por dois componentes de alojamento (as placas de alojamento 110). A fim de manter o filtrado separado do fluido de retentado, os componentes de alojamento que recebem a placa retangular 100 de fibra HF fazem contato com essas placas de uma maneira a prova de vazamento nos locais, tais como no perímetro da área fixa de um segmento de agrupamento; sendo que gaxetas ou outros meios de vedação poderão ser usados. Os dois componentes do alojamento (as placas) 110 são construídos de modo a formar um encerro à prova de vazamento para a placa de fibra HF (por exemplo, um gaxetamento poderá ser usado). O alojamento (também referido como o "módulo retangular") 105 contém canais ou orifícios 112 que direcionam o fluido para os ou a partir dos lumens das fibras ocas. Tais canais 112 podem ser conectados de uma maneira a permitir que o fluido que emana a partir das fibras ocas em um módulo retangular 105 entre em um módulo retangular adjacente 105; tal empilhamento poderá ser repetido formando uma disposição de placa e estrutura 106 de múltiplos módulos retangulares 105. O orifício ou o canal 112 forma uma conexão fluida entre esses módulos retangulares, conectando as fibras ocas dentro das placas retangulares de fibra HF em série. A pilha de placa e estrutura 106, obviamente, conterá um módulo de saída (o último módulo da série), o qual também direcionará o fluido a partir da pilha de placa e estrutura 106. Os lados dos módulos retangulares 105 contêm orifícios 111 que se registram com orifícios similares sobre os módulos retangulares adjacentes 105, formando uma passagem para a coleta do filtrado gerado dentro da pilha de placa e estrutura. As placas de fibra HF e os módulos retangulares podem ser empilhados em série, em paralelo, ou em uma combinação dos dois. A disposição de placa descrita pode ser reconfigurada por aqueles que são hábeis no funcionamento de tais filtros de modo a otimizar os resultados do sistema descrito.

Claims

1. Cartucho de filtro de fibra oca, caracterizado pelo fato de compreender: 1) uma pluralidade de fibras ocas pré-arranjadas em uma unidade de agrupamento, em uma disposição geométrica selecionada dentre o grupo que consiste em hexagonal, quadrada, retangular, triangular, poligonal, circular e oval, em que unidades de agrupamento são combinadas e expandidas simetricamente pela ligação de unidades de agrupamento adjacentes umas as outras na forma do padrão de unidades de agrupamento, formando, assim, feixes que são feitos de unidades de agrupamento dispostas especificamente, e em que o cartucho compreende aberturas de tampa de extremidade nas quais os feixes são ajustados, de modo que os feixes das unidades de agrupamento, os feixes e as aberturas de tampa de extremidade estejam na mesma disposição geométrica, sendo a disposição geométrica selecionada dentre o grupo que consiste em hexagonal, quadrada, retangular, triangular, poligonal, circular e oval, em que as fibras ocas são paralelas umas às outras, em que existe um espaçamento entre as fibras adjacentes em uma unidade de agrupamento ou feixe, cada feixe compreendendo uma primeira extremidade de feixe e uma segunda extremidade de feixe, as referidas fibras em cada unidade de agrupamento dentro do feixe opcionalmente pré-torcidas por rotação ao longo do eixo longo das fibras; 2) um invólucro de alojamento, o dito invólucro compreendendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, cada extremidade compreendendo uma abertura, 3) uma primeira tampa de extremidade de invólucro (11), a dita tampa cobrindo a abertura da primeira extremidade do invólucro de alojamento, a dita tampa compreendendo uma pluralidade de aberturas; e 4) uma segunda tampa de extremidade de invólucro (12), a dita tampa cobrindo a abertura da segunda extremidade do invólucro de alojamento, a dita tampa compreendendo uma pluralidade de aberturas, - sendo que os agrupamentos são alinhados em paralelo dentro do invólucro de alojamento, - sendo que um segmento de cada agrupamento é encaixado dentro de uma abertura da primeira tampa de extremidade de invólucro (11) e é selado contra a dita abertura por meio de um agente de envasamento, em que um segundo segmento de cada agrupamento é encaixado dentro de uma abertura da segunda tampa de extremidade de invólucro (12) e é selado contra a dita abertura por meio de um agente de envasamento ou fixador; e - sendo que cada tampa de extremidade de invólucro é composta de um material cujo coeficiente de expansão térmica é suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do agente de envasamento ou fixador (24) de tal modo que, quando o cartucho é exposto a uma esterilização a vapor ou autoclave, nenhuma fratura ou abertura irá ocorrer (a) na primeira ou segunda tampa de extremidade de invólucro (12) ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (fixador (24) b) entre uma tampa e a área ocupada por um agente de envasamento ou fixador.

2. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro e as tampas de extremidade de invólucro são feitos do mesmo material.

3. Cartucho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro compreende uma ranhura na qual uma extremidade do invólucro é inserida como parte de uma disposição de lingueta e ranhura.

4. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro de alojamento é cilíndrico.

5. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro de alojamento é quadrado ou qualquer outra forma.

6. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro de alojamento é permeável ou semipermeável, o dito involucro compreendendo aberturas ou compreendendo nenhuma abertura.

7. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a forma de cada abertura de tampa de extremidade de invólucro é selecionada dentre o grupo que consiste em hexagonal, quadrada, retangular, triangular, poligonal, circular e oval.

8. Cartucho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a forma da abertura de tampa de extremidade de invólucro é hexagonal e o feixe, formado pelas unidades de agrupamento hexagonais interconectadas possui também um padrão geométrico correspondente que é hexagonal.

9. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda tampas de extremidade são mecanicamente fixadas ao invólucro de alojamento.

10. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda tampas de extremidade são fixadas ao invólucro de alojamento por meio de um solvente ou um adesivo.

11. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende um elemento de suporte, o dito elemento de suporte sendo selecionado dentre o grupo que consiste em um pontalete e uma coluna de suporte, a dita coluna de suporte ou pontalete encerra um feixe no interior do dito cartucho, a dita coluna de suporte ou pontalete sendo permeável ao fluido que emana a partir do dito cartucho.

12. Cartucho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o formato do referido pontalete ou coluna de suporte corresponde ao formato do feixe.

13. Cartucho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o formato do referido pontalete ou coluna de suporte corresponde ao formato da abertura de tampa da extremidade do invólucro.

14. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o formato em seção transversal de um agrupamento de fibras ocas é igual ao formato em seção transversal da abertura de tampa de extremidade dentro da qual o mesmo é inserido.

15. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a distância entre o perímetro de um agrupamento e o perímetro de um agrupamento vizinho é compreendida entre 1 milímetro e 5 milímetros, em que a dita distância é a distância mais curta entre os perímetros dos dois agrupamentos.

16. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ou suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do agente de envasamento, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo feixe agente de fibras ocas.

17. Cartucho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ao coeficiente de expansão do agente de envasamento, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo feixe de fibras ocas.

18. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ou suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do invólucro, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo agente de envasamento de feixe de fibras ocas ou (c) entre um tampa e o invólucro.

19. Cartucho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ao coeficiente de expansão do invólucro, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo feixe de fibras ocas ou (c) entre um tampa e o invólucro.

20. Cartucho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada feixe é encerrado em uma luva de rede.

21. Método para a montagem do cartucho de filtro de fibra oca como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, o dito método sendo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: 1) pré-usinar ou moldar uma primeira tampa de extremidade de invólucro (11) e uma segunda tampa de extremidade de invólucro (12) do cartucho, cada tampa compreendendo uma pluralidade de aberturas; 2) fixar um alojamento de invólucro do cartucho à primeira tampa de extremidade de invólucro (11), a dita tampa compreendendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, cada extremidade de invólucro compreendendo uma abertura, de modo que a primeira tampa de extremidade encerre a abertura na primeira extremidade do invólucro; 3) fixar o alojamento de invólucro do cartucho à segunda tampa de extremidade de invólucro (12), de modo que a segunda tampa de extremidade cubra a abertura na segunda extremidade do invólucro; 4) inserir cada qual dentre uma pluralidade de agrupamentos de fibras ocas, através de uma pluralidade de aberturas da primeira tampa de extremidade de invólucro (11), através do alojamento de invólucro e para fora da abertura correspondente da segunda tampa de extremidade de invólucro (12), cada agrupamento compreendendo uma primeira extremidade de agrupamento e uma segunda extremidade de agrupamento, o comprimento de cada agrupamento sendo igual ao ou maior que o comprimento do alojamento, de modo que um segmento de cada agrupamento seja encaixado em uma abertura na primeira tampa da extremidade do invólucro e um segmento de cada agrupamento seja encaixado em uma abertura na segunda tampa da extremidade do invólucro; e 5) vedar cada um dos referidos segmentos de agrupamentos por meio de um agente de envasamento (ou fixador) contra a abertura da tampa de extremidade do invólucro na qual o segmento foi inserido; 6) que as fibras em cada segmento são paralelas umas às outras, as referidas fibras opcionalmente pré-torcidas por rotação ao longo do eixo longo das fibras; em que as fibras ocas em cada agrupamento estão dispostas com um espaçamento entre elas e em um padrão geométrico especifico selecionado dentre o grupo que consiste em hexagonal, quadrada, retangular, triangular, poligonal, circular e oval; e em que a forma geométrica de cada extremidade do agrupamento é igual à forma geométrica da abertura de tampa da extremidade do invólucro na qual é inserida.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que, quando os agrupamentos são envasados dentro das aberturas, o comprimento em excesso das fibras ocas que se estende para além das tampas de extremidade de invólucro, se houver, é cortado.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que pontaletes ou colunas de suporte (51) são inseridos entre as tampas de extremidade dentro do cartucho de filtro de fibra oca.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que as colunas de suporte são dispostas entre agrupamentos.

25. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que os agrupamentos são colocados dentro das colunas de suporte, sendo que as colunas ou pontaletes de suporte são permeáveis ao fluxo de filtrado que emana de dentro dos agrupamentos.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o formato do referido pontalete ou coluna de suporte corresponde ao formato do agrupamento.

27. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de o formato do referido pontalete ou coluna de suporte corresponde ao formato da abertura de tampa da extremidade do invólucro.

28. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ou suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do agente de envasamento, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada agente de envasamento.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ao coeficiente de expansão do agente de envasamento, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo agente de envasamento.

30. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ou suficientemente próximo ao coeficiente de expansão do invólucro, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo agente de envasamento ou (c) entre um tampa e o invólucro.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro é composta por um material cujo coeficiente de expansão térmico é igual ao coeficiente de expansão do invólucro, de modo que, quando o cartucho é exposto ao calor, à esterilização a vapor ou autoclave, não ocorrerão rachaduras ou aberturas (a) na tampa de extremidade do invólucro ou na área ocupada pelo agente de envasamento ou (b) entre uma tampa e a área ocupada pelo agente de envasamento ou (c) entre um tampa e o invólucro.

32. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que cada tampa de extremidade de invólucro compreende uma ranhura na qual uma extremidade do invólucro é inserida como parte de uma disposição de lingueta e ranhura.

33. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que os agrupamentos que eram menores que o agrupamento inserido na etapa (4) eram unidades de agrupamentos, sendo cada unidade de agrupamentos selecionada do grupo que consiste em um agrupamento triangular de 3 fibras, um agrupamento retangular de 4 fibras, um agrupamento quadrado de 4 fibras e um agrupamento hexagonal de 7 fibras.

34. Método, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que a unidade de agrupamentos é um agrupamento hexagonal de 7 fibras.

35. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o agrupamento inserido na etapa (4) foi envasado na forma apropriada antes da inserção.

36. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que cada agrupamento é encerrado em um pontalete de luva de rede.