FR2820652A1

FR2820652A1 - Modules de membranes en fibres creuses, et procede de realisation

Info

Publication number: FR2820652A1
Application number: FR0201838A
Authority: FR
Inventors: Eckehard Walitza; Berthold Szperalski; Ulrich Behrendt; Gerhard Herres; Franz Josef Gerner; Wolfram Weber; Reinhard Gergen
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: GB2372950A; SE0200400D0; NL1019960A1; GB0203531D0; US20060124531A1; DE10106722A1; GB2372950B; US7128837B2; DE10106722B4; FR2820652B1; JP4373047B2; SE525737C2; US20020179516A1; NL1019960C2; SE0200400L; JP2002306931A

Abstract

La présente invention concerne des modules de membranes en fibres creuses destinés à être utilisés sous forme de ce qu'on appelle des " modules immergés " dans des procédés de filtration et/ ou de dialyse, en particulier quand, en raison de l'utilisation de liquides chargés ou conduisant à des dépôts, des atteintes par effets de " fouling " sont attendues, ainsi que des procédés de fabrication de tels modules de membranes en fibres creuses.

Description

La présente invention concerne des modules de membranes en fibres creuses destinés à être utilisés en tant que ce qu'on appelle des "modules immergés"dans des procédés de filtration et ou de dialyse, en particulier quand, du fait de l'utilisation de liquides chargés ou conduisant à des dépôts, on s'attend à rencontrer des problèmes provoqués par les effets de"fouling", ainsi que des procédés de fabrication de tels modules de membranes en fibres creuses.

Les modules de membranes en fibres creuses selon l'invention permettent d'agir sur les conditions d'écoulement dans l'espace entre les fibres creuses, donc dans l'espace extérieur des fibres creuses, mais sans agir sur l'écoulement dans la lumière des fibres creuses.

Dans l'industrie, on utilise depuis quelques années des membranes synthétiques de séparation des matières, par exemple dans la purification de l'eau ou en biotechnologie. En l'occurrence, en particulier le conditionnement des systèmes aqueux, mais également la séparation de gaz ou de mélanges de liquides organiques jouent un certain rôle. À côté des membranes réalisées principalement en matériaux organiques, par exemple les polysulfones, il existe également des membranes qui sont composées de matériaux non organiques, tels que l'oxyde d'aluminium, des fibres en carbone et l'oxyde de zirconium, et qui peuvent supporter des températures atteignant 400 C.

En recourant à la pression ou à la dépression, des procédés de filtration sur membranes peuvent être utilisés, sous forme continue aussi bien que discontinue, en tant qu'ultrafiltration ou bien, associés à une différence de concentration, en tant que diafiltration. En présence de volumes de filtration < 1000 mi, les cellules filtrantes sont souvent équipées de filtres plats à membranes, alors que pour des volumes plus importants on utilise des systèmes capillaires ou en fibres creuses. On parle de membranes capillaires ou tubu- laires quand le diamètre des membranes de forme tubulaire est > 1 mm, et on parle de membranes en fibres creuses quand le diamètre est < 1 mm, le diamètre d'une membrane à dialyse étant typiquement compris entre 0,2 et 0,5 mm.

Les membranes destinées aux procédés de filtration ou de dialyse représentent des couches de séparation minces, du type en feuille, ou bien ce qu'on appelle des couches de séparation"denses"ou poreuses. En fonction de

la dimension des pores, les couches de séparation poreuses ne sont perméables qu'à certaines dimensions de molécules ou de particules, tandis que ce qu'on appelle les couches de séparation"denses"laissent passer plus ou moins lentement les matières, en fonction de la solubilité et de la diffusivité des matières à séparer dans le matériau des couches de séparation et conduisent ainsi à une séparation. Les membranes ont souvent une structure d'appui de type cellulaire avec 60 % à 80 % de cavité, qui porte la couche de séparation proprement dite. Les membranes à structure asymétrique sont constituées d'une couche d'appui très poreuse dans laquelle la dimension des cavités à l'intérieur de la structure d'appui diminue vers le côté qui porte la couche de séparation proprement dite.

Pour le conditionnement de plus grands volumes de solution, des faisceaux de membranes en forme de tuyau réalisés en fibres creuses (hollow fiber), ou bien des membranes capillaires, qui en raison d'une importante surface de membrane, permettent un débit de solutions plus fort, sont mis en oeuvre directement dans la solution à traiter sous forme de ce qu'on appelle des modules immergés. Pour protéger les faisceaux de membranes contre les dommages mécaniques, qui peuvent par exemple résulter des forces suscitées par l'écoulement du liquide, les faisceaux de membranes sont souvent logés dans un boîtier qui assure une protection suffisante aux membranes en fibres creuses et leur confère une stabilité vis-à-vis de l'extérieur. Le boîtier présente en l'occurrence des ouvertures qui doivent permettre l'échange de solutions entre l'intérieur du boîtier, c'est-à-dire les membranes en fibres creuses, et le milieu dans lequel est plongé le module de membranes en fibres creuses.

Dans le type de réalisation d'un module de membranes utilisé habituellement, qui ne peut pas être désigné comme module immergé, les parois du boîtier protecteur sont dépourvues d'ouvertures, elles sont donc imperméables, et le boîtier a au lieu de cela deux raccords, à savoir une conduite d'entrée et une conduite de sortie, à travers lesquels le milieu à traiter est conduit vers les surfaces extérieures des fibres creuses et puis éloignées de celles-ci.

Dans de tels modules utilisés habituellement, on vise une densité de tassement la plus élevée possible, ce qui signifie que l'on met en place le plus

possible de membranes en fibres creuses en parallèle à l'intérieur du boîtier, et que le boîtier présente ainsi une densité de tassement élevée. Le terme "densité de tassement" désigne le rapport du volume de toutes les membranes en fibres creuses, y compris leur volume de paroi, au volume du boîtier dans lequel sont disposées les fibres creuses, rapport exprimé en pourcentage. Une densité élevée signifie donc un petit volume des espaces creux ou libres formés entre les fibres tubulaires de membrane à l'intérieur du boîtier. Une limite supérieure par nature de la densité de tassement de < 100 % résulte du fait que, à l'intérieur du volume défini du boîtier, il n'est possible de disposer en parallèle qu'un nombre de membranes tubulaires qui ne peut pas épuiser le volume donné. La restriction résulte du fait que, lors du contact des membranes tubulaires, il se forme des espaces intermédiaires qui ne présentent pas une forme tubulaire et laissent donc un espace creux résiduel même en présence d'un disposition idéale. Mais la densité de tassement est encore limitée par deux autres facteurs importants. D'une part, lors du scellement des extrémités de fibres creuses, il faut mettre en place du matériau d'étanchéité entre les fibres creuses et, d'autre part, les fibres creuses doivent être parcourues également sur leur surface extérieure par un flux des solutions mises en oeuvre afin que, en fonction du mode d'exploitation du module, soit une solution à filtrer puisse être mise en contact avec les membranes, soit le filtrat puisse être évacué. Les faisceaux de fibres creuses doivent, à leurs extrémités, être noyés dans ce qu'on appelle un matériau de scellement afin que, de cette façon, tout comme avec les échangeurs de chaleur à faisceaux tubulaires, soit réalisé à chaque extrémité une plaque tubulaire désignée dans la suite du texte par le terme de"enrobement". Cela crée, avec le boîtier dans lequel est logé le faisceau, deux espaces qui sont limités par la membrane. Les espaces séparés ainsi créés peuvent ensuite être munis chacun d'un conduite d'entrée et d'une conduite de sortie pour conduire dans un espace le feed à traiter et à l'en évacuer sous forme de rétentat et, pour évacuer de l'autre espace le filtrat obtenu à partir du feed.

La densité de tassement des modules de membranes en fibres creuses classiques utilisés habituellement est par conséquent compris entre environ 25 % et 30 %.

Les modules de membranes en fibres creuses classiques sont avant tout conçus pour une utilisation dans des solutions exemptes de particules, c'est-à- dire des solutions ou milieux non chargés ou ne présentant pas de tendances à la formation de dépôts. De tels modules de membranes classiques, fortement tassés, avec un boîtier de module perforé, sont cependant souvent utilisés également dans des traitements techniques dans lesquels sont mis en oeuvre des milieux contenant des particules, par exemple des liquides chargés dans le cadre du traitement des eaux usées. C'est en particulier en présence de tels milieux contenant des particules qu'apparaît ce qu'on appelle le"fouling"au cours du processus de filtration, cela signifie qu'il se forme sur les surfaces de membranes des dépôts, qui augmentent au fil du temps, et qui réduisent toujours plus fortement la perméabilité des membranes aux matières à séparer.

Cela peut même conduire à ce que le transport par convection à l'intérieur du module de membranes en fibres creuses, c'est-à-dire entre les fils creux, soit complètement rendu impossible et à ce que la capacité de transport de l'ensemble du module diminue de plusieurs ordres de grandeur dans la mesure où seul un faible pourcentage de la surface totale de membranes logée dans le module reste disponible pour la séparation des matières. Si on utilise par exemple des faisceaux de fibres creuses, seules en particulier les fibres creuses disposées à la périphérie extérieure du faisceau peuvent continuer à participer au transport par convection de l'espace extérieur. Pour les fibres creuses disposées à l'intérieur du module, il ne se produit plus, à la rigueur, que des processus de diffusion qui sont cependant également fortement affectés en raison des dépôts.

Pour supprimer les dépôts de processus de"fouling", on utilise habituellement des procédés de nettoyage chimiques ou mécaniques, tels que le rétrolavage, les secousses mécaniques, des procédés aux ultrasons, etc.

Indépendamment du fait que ces procédés de nettoyage sont associés à une dépense énergétique importante, ils impliquent toujours par nature le risque d'endommagement mécanique des membranes en fibres creuses. Si ces dispositions habituelles ne sont plus utilisables, la seule mesure demeure un balayage approprié de la surface de membrane par la solution de feed.

Pour empêcher les processus de "fouling" spécialement en cas d'utilisation dans des bassins de boues activées des installations de décantation, il a été développé un procédé de filtration (WO 99/29401 ; Zenon Environmental, le., Burlington, Ontario, CA) dans lequel des membranes capillaires sont placées directement dans le bassin de boues activées, sans boîtier de protection. Pour maintenir les fibres exemptes de dépôts, elles sont parcourues superficiellement par un balayage constitué d'un flux régulier de bulles d'air. Ces fibres présentent toutefois un diamètre partiellement beaucoup plus important que les fibres utilisées habituellement et qui présentent un diamètre inférieur à 1 mm. Elles possèdent en outre des structures d'appui épaisses. Par ailleurs, ces fibres creuses ne peuvent être employées dans le bassin à boues activées que dans des endroits au niveau desquels les forces mécaniques induites par l'écoulement sont très faibles ou peuvent être maintenues à un niveau très faible. Dans le cas de cette utilisation spéciale, les intervalles entre les différentes membranes capillaires atteignent plusieurs millimètres.

Dans le niveau de la technique, on connaît également des systèmes de fibres creuses du commerce pour lesquels plusieurs modèles individuels fortement tassés, par exemple avec une densité de tassement comprise entre 20 et 35 %, sont logées en parallèle dans un boîtier. Il en résulte ainsi des écheveaux en principe isolés entre lesquels il y a suffisamment de place pour garantir que les écheveaux individuels sont parcourus par un meilleur flux ou balayage et pour minimiser les processus de"fouling". De tels systèmes exigent cependant un boîtier très complexe techniquement et dont la fabrication est coûteuse en conséquence.

En outre, dans les cas de modules à enroulement contenant des membranes plates ou, dans le cas de colonnes d'électrodialyse, l'utilisation de ce qu'on appelle des entretoises est connue. Les entretoises doivent d'une part veiller au respect d'intervalles réguliers entre les différentes membranes et d'autre part distribuer de façon égale l'écoulement de la solution dans les différents compartiments, côté feed ou côté perméat, du module de membranes afin que toute la membrane soit balayée par l'écoulement. Quant aux matériaux d'entretoises utilisés, il s'agit de structures réticulées présentant des mailles de

dimensions variées. Ces matériaux d'entretoises classiques entraînent cependant une chute de pression supplémentaire de l'écoulement de liquide qui ne peut être compensée que par une dépense d'énergie supplémentaire. C'est pourquoi les modules classiques avec entretoises exigent que leur espace extérieur soit parcouru par un flux forcé.

L'objectif de la présente invention consiste donc à proposer un module de membranes en fibres creuses qui convient à une utilisation sous forme de module immergé dans des procédés de séparation des matières par membranes les plus variés et pour lequel, pendant la procédure de séparation, la formation de dépôts sur les surfaces de membranes, qui est provoquée par un trop faible balayage des membranes, est éliminée très largement ou totalement, dans lequel les membranes en fibres creuses disposées en faisceaux sont bien parcourues par un écoulement ou un balayage, et dans lequel le transport de matières depuis l'espace de feed vers l'espace de perméat demeure quasi constant, à l'occasion de quoi le module de membranes en fibres creuses peut être utilisé aussi bien dans des milieux ou solutions dépourvu (e) s de particules que dans des milieux ou solutions contenant des particules, en particulier des milieux chargés ou des milieux présentant une tendance à la formation de dépôts.

La présente invention résout ce problème technique par la mise à disposition d'un module de membranes en fibres creuses selon la revendication principale, qui est conçu en particulier pour une utilisation en tant que module immergé pour des processus biotechniques et qui est caractérisé par les propriétés principales suivantes :
Le module en fibres creuses comporte au moins un boîtier, de préférence muni d'ouvertures dans la chemise et de préférence de forme cylindrique, et une multiplicité de membranes en fibres creuses disposées dans ou sur le boîtier dans un espace de tassement et présentant des sections identiques ou différentes, qui sont disposées parallèlement entre elles, en particulier avec la formation d'espaces libres, le rapport du volume de toutes les membranes en fibres creuses disposées dans l'espace de tassement, y compris leurs parois, au volume de l'espace de tassement étant inférieur à 20 %.

En liaison avec la présente invention, on désigne par le terme d'espace de tassement l'espace intérieur de boîtier enveloppé par le boîtier du module, dans la mesure où des membranes en fibres creuses sont disposées dans cet espace. Dans la mesure où des membranes en fibres creuses sont disposées à l'extérieur du boîtier, les termes d'espace de tassement désignent l'espace situé à l'extérieur du boîtier et dans lequel les membranes en fibres creuses sont disposées, et qui est formé vers l'intérieur par ta surface extérieure du boîtier et vers l'extérieur par une surface de chemise intérieure, enveloppant l'espace contenant les fibres creuses de membranes, d'un deuxième boîtier situé à l'extérieur dans le sens radial ou d'une enveloppe ou surface de chemise imaginaire correspondante. Dans une réalisation préférée, cette enveloppe entre en contact avec des éléments de segmentation, existants dans cette forme de réalisation, au niveau de leurs arêtes périphériques. Cette surface de chemise ou enveloppe est la surface intérieure d'une canalisation annulaire vue en coupe. La canalisation a en particulier une section en forme d'anneau circulaire. Dans une réalisation préférée, le boîtier situé à l'intérieur est de section circulaire, la canalisation annulaire, entourant ce boîtier, du boîtier extérieur ou de la surface de chemise imaginaire étant disposée de façon concentrique au boîtier. Dans la mesure où des fibres creuses de membranes sont disposées aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du boîtier intérieur, l'espace de tassement représente aussi bien l'espace à l'intérieur que l'espace à l'extérieur du boîtier intérieur, et donc également l'espace qui est englobé par l'enveloppe extérieure de l'espace total du module, donc de la surface intérieure de la canalisation annulaire.

En liaison avec la présente invention, les termes de densité de tassement désignent le rapport du volume de toutes les membranes en fibres creuses disposées dans l'espace de tassement, y compris le volume de leurs parois, au volume de l'espace de tassement, exprimé en pourcentage.

Selon l'invention, il est donc prévu que la densité de tassement des modules de membranes en fibres creuses selon l'invention soit faible et inférieure, de préférence très inférieure, à 20 %.

Dans une configuration préférée, la densité de tassement peut également être décrite par le rapport de la somme des sections de toutes les fibres creuses

dans l'espace de tassement à la section de l'espace de tassement. La densité de tassement du module de membranes en fibres creuses selon l'invention est par conséquent nettement plus faible que celle des modules de membranes en fibres creuses connus dans le niveau de la technique et dont la densité de tassement est comprise entre 25 % et 30 %. Selon l'invention, les modules présentent une forte proportion d'espaces libres, donc d'espace de tassement dans lequel aucune membrane en fibres creuses n'est disposée sur toute la longueur du module. En outre, la chemise du boîtier de module est munie de très grandes ouvertures, de sorte que, entre les fibres creuses disposées à l'intérieur du boîtier et le liquide ou le milieu dans lequel est logé le module, il peut se produire un libre échange de liquide sans que la stabilité de la chemise de boîtier s'en trouve affectée. Du fait de la faible densité de tassement et de la surface très importante, rapportée à la surface totale de la chemise de boîtier, des ouvertures de chemise, l'écoulement du liquide ou du milieu peut mieux traverser le module et empêcher efficacement la formation de dépôts sur les surfaces des différentes fibres creuses.

En liaison avec la présente invention, les termes de faisceaux de fibres creuses ou de faisceaux de membranes en fibres creuses désignent des fibres creuses ou membranes en fibres creuses disposées à chaque fois dans un compartiment délimité par des éléments de segmentation. En l'occurrence, à l'intérieur des dispositions, les fibres creuses peuvent être retenues entre elles par des structures liantes, par exemple par des éléments entourant les faisceaux de façon radiale, ou bien elles peuvent également être disposées de façon libre les unes à côté des autres, selon l'invention cependant avec un intervalle qui permet aux fibres d'être bien enveloppées par le flux.

Les faisceaux de fibres creuses s'étendent de préférence sur toute la longueur du boîtier du module.

Dans d'autres modes de réalisation préférés de l'invention, il est prévu que, dans ou sur le boîtier muni d'ouvertures, plusieurs faisceaux de fibres creuses séparés par des intervalles soient disposés avec une densité de tassement relativement faible, à l'occasion de quoi les différents faisceaux de fibres creuses sont séparés entre eux dans l'espace par des éléments de segmentation disposés sur le boîtier. L'axe longitudinal des éléments de

segmentation s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du boîtier et de préférence sur toute la longueur du boîtier.

Dans un mode de réalisation, les éléments de segmentation sont logés sur la surface intérieure de la chemise de boîtier munie d'ouvertures et dépassent ainsi dans l'espace intérieur du boîtier à l'occasion de quoi on obtient dans l'espace intérieur du boîtier des compartiments qui peuvent être remplis de fibres creuses. Dans ce mode de réalisation, les faisceaux de fibres creuses sont donc disposés dans l'espace intérieur du boîtier.

Dans une autre configuration de l'invention, les éléments de segmentation sont fixés sur la surface extérieure d'un premier cylindre de boîtier présentant en particulier des ouvertures dans la chemise. Les faisceaux de membranes en fibres creuses fixés de préférence sur les éléments de segmentation sont donc disposés sur le côté extérieur de la chemise du premier cylindre de boîtier. Dans cette configuration, l'ensemble du module est, pour des raisons de stabilité, dans une autre configuration préférée de l'invention, logé dans un deuxième boîtier de forme cylindrique qui peut présenter une section circulaire vu en coupe. Le deuxième boîtier forme en quelque sorte l'enveloppe de l'espace de tassement placé à l'extérieur du boîtier intérieur et peut par exemple recevoir la forme d'une cage. Avec les éléments de segmentation, le cylindre intérieur et le cylindre extérieur forment de façon préférentielle une canalisation annulaire segmentée.

Les éléments de segmentation selon l'invention et utilisés dans ces deux configurations diffèrent des éléments d'entretoise décrits dans le niveau de la technique, et cela autant par leur forme que par leur disposition dans ou sur le boîtier. Les éléments de segmentation sont constitués d'une partie de cadre qui enferme une surface de traversée libre et importante. Grâce à la grande surface de traversée, et également grâce à la disposition spécifique de ces éléments dans le module, qui implique une disposition spécifique des faisceaux de membranes en fibres creuses dans ou sur le boîtier, on obtient que, en comparaison avec les modules décrits dans le niveau de la technique, le volume des espaces libres à l'intérieur des modules selon l'invention soit encore augmenté de façon considérable et que, ainsi, la densité de tassement dans les modules selon l'invention soit notablement réduite. Rapportée au nombre total

de fibres creuses de tous les faisceaux d'un module de membranes en fibres creuses selon l'invention, la densité de tassement à l'intérieur du module selon l'invention est inférieure à 10 %, en particulier inférieure à 5 %. Du fait de la configuration spécifique des éléments de segmentation selon l'invention, la résistance à l'écoulement de la solution ou du milieu est également considérablement réduite de sorte que l'écoulement peut mieux balayer les fibres creuses disposées dans le module et donc la formation de dépôts sur les surfaces des différentes fibres creuses peut être empêchée de façon efficace.

La faible densité de tassement des modules de fibres creuses selon l'invention à l'intérieur du module, l'utilisation d'éléments de segmentation selon l'invention avec de très grandes surfaces de traversée dans des modes de réalisation préférés, ainsi que l'utilisation d'un boîtier de module avec de très grandes ouvertures permettent que, à l'intérieur du module, la solution de feed puisse balayer de façon turbulente les différentes membranes en fibres creuses. De cette façon, d'une part on n'atteint certes pas les grandes surfaces de membranes des modules en fibres creuses décrits jusqu'à présent dans le niveau de la technique mais, pendant tout le processus de séparation, les coefficients de transport selon l'invention ne varient que peu, de sorte que, contrairement aux modules de membranes en fibres creuses classiques, la grandeur déterminante pour l'échange de matières, à savoir le produit de la surface de membrane et du coefficient de transport, demeure quasi constante pendant tout le processus. Par rapport à des modules de membranes classiques, les taux de transfert de matière dans le module en fibres creuses selon l'invention sont par conséquent plus faibles au début du processus de filtration, mais dans la moyenne temporelle ils sont cependant plus grands qu'avec les dispositifs classiques pour lesquels un fouling important apparaît au fil du temps.

En liaison avec la présente invention, une membrane en fibres creuses ou une membrane en fibres creuses tubulaire désigne une membrane technique, de préférence une couche de séparation mince, du type feuille, et poreuse.

Une telle membrane poreuse peut également présenter une couche d'appui homogène constituée de façon cellulaire, en particulier si elle est particulièrement mince. Selon l'invention, l'emploi de membranes ayant une couche

d'appui constituée de façon homogène est tout aussi possible que l'utilisation de membranes ayant une couche d'appui asymétrique. Dans le cas du module de membranes selon l'invention, il s'agit de façon particulièrement préférentielle d'un filtre à membrane dont la membrane peut par exemple être réalisée en matériaux céramiques ou polymères, comme par exemple des dérivés de la cellulose, des polyamides, du chlorure de polyvinyl du polysulfon et/ou du Téflon et est constitué de ces matériaux ou contient ceux-ci pour des parts essentielles, en particulier pour plus de 50 pour cent-poids. Le matériau utilisé pour la réalisation de la membrane est, de façon particulièrement préférentielle, stérilisable avec la vapeur surchauffée. De façon préférentielle, les membranes présentent une épaisseur de 50 à 250 um. Les membranes utilisées selon l'invention sont de préférence réalisées sous forme de membrane en tube ou membrane tubulaire.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, l'invention prévoit que la membrane tubulaire est composée d'un matériau polymère. Naturellement, il est possible d'utiliser d'autres membranes tubulaires, par exemple une membrane tubulaire céramique, tant qu'elles présentent pour l'essentiel des formes tubulaires ainsi qu'un diamètre de tube qui présente, selon le secteur d'utilisation respectif, une limite de sélection correspondante, c'est-àdire une limite de séparation, de sorte que certaines particules, par exemple des bactéries, des virus, des cellules d'origine humaine, animale ou végétale, des parties de celles-ci et/ou des substances de fort poids moléculaire, sont retenues tandis que d'autres particules de poids moléculaire plus faible peuvent traverser librement la membrane. Il est également possible d'utiliser des fibres creuses de filtration, en particulier des fibres creuses de microfiltration. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de la présente invention, le diamètre intérieur de la membrane tubulaire s'inscrit dans une plage de 0,2 à 2 mm.

À l'intérieur du boîtier de module, les différentes membranes en fibres creuses peuvent se présenter dans n'importe quelle disposition tant que la liberté de mouvement des différentes fibres creuses dans l'écoulement est restreint de sorte qu'il ne se produise pas de rupture ou d'arrachement des fibres creuses. La disposition est pour l'essentiel déterminée par les propriétés

matérielles du matériau utilisé pour la réalisation des fibres creuses ou par l'utilisation spéciale prévue pour le module fini. Si les fibres creuses sont par exemple composées d'un matériau relativement flexible et si le module en fibres creuses doit être utilisé dans des milieux en présence d'un écoulement relativement fort, il est intéressant de réunir les fibres creuses en un faisceau ou un écheveau et puis de les intégrer dans le boîtier muni d'ouvertures afin d'obtenir ainsi une fixation et ou une stabilisation supplémentaires des fibres.

En liaison avec la présente invention, les termes"de sections identiques ou différentes"signifient que les sections des différentes membranes en fibres creuses, c'est-à-dire donc les surfaces de coupe des fibres creuses obtenues par une coupe plane perpendiculairement à l'axe longitudinal des fibres creuses tubulaires, peuvent être identiques ou différentes quant à leur forme et leur dimension. Par exemple, les sections peuvent présenter la forme d'un cercle, la forme d'une ellipse ou une forme transitoire entre le cercle et l'ellipse.

En liaison avec l'invention, l'expression"fibres creuses qui sont disposées parallèlement entre elles avec la formation d'espaces libres"signifie que les fibres creuses situées à l'intérieur et/ou à l'extérieur du boîtier de module sont disposées parallèlement entre elles de telle sorte que non seulement les espaces libres sont maintenus, qui résultent dans le cas d'un tassement théoriquement le plus dense possible de corps de forme cylindrique prédéfinis dans un plus grand boîtier de volume défini, donc de l'espace de tassement, naturellement entre ces corps, mais qu'il existe un espace libre supplémentaire dans l'espace de tassement, par exemple entre les fibres creuses. Il faut également prendre en compte le fait que, particulièrement dans le cas de fibres creuses en matériaux polymères, il ne s'agit pas de fibres rigides, idéalement de forme cylindrique, mais structures flexibles s'écartant dans le détail souvent fortement de la forme cylindrique. Dans cette mesure, une disposition parallèle désigne l'orientation parallèle de chaque direction moyenne des fibres creuses.

Selon l'invention, il est prévu que le premier et/ou le deuxième boîtier du module présente de préférence la forme d'un cylindre ou de ce qu'on appelle un tube filtrant. Le boîtier de forme cylindrique présente des avantages à plus d'un titre. D'une part, les fibres creuses peuvent être disposées dans le boîtier de façon à obtenir des conditions optimales pour leur fonctionnement,

à savoir la séparation de matières à partir de solutions. D'autre part, ce boîtier offre aux fibres creuses tubulaires un niveau particulier de protection contre les dommages mécaniques, en particulier contre une charge mécanique trop forte provoquée par l'écoulement de liquide, qui pourrait autrement dans certains cas rompre ou arracher les fibres creuses extrêmement sensibles. La section des boîtiers de forme cylindrique peut par exemple présenter la forme d'un cercle, d'une ellipse ou d'un polygone régulier, par exemple d'un hexagone ou d'un octogone.

Pour que suffisamment de liquide puisse également s'écouler à partir de l'environnement à travers le premier et/ou le deuxième boîtier jusqu'à l'intérieur du boîtier, la chemise du cylindre de boîtier est de préférence munie d'ouvertures suffisamment grandes. Selon l'invention, il est en particulier prévu que les différentes ouvertures présentent des dimensions caractéristiques de plusieurs millimètres. S'il s'agit par exemple, en projection plane de ces ouvertures, de carrés, la longueur de leur côté est, en fonction du diamètre du cylindre de boîtier, de préférence comprise entre 3 mm et 20 mm, en particulier entre 5 mm et 15 mm, de préférence entre 7 mm et 12 mm. Le rapport de la surface totale des ouvertures à la surface de la chemise de cylindre ne dépasse pas de préférence 0,7. Cela garantit que suffisamment de liquide peut pénétrer à l'intérieur à travers le boîtier. Sinon, le rapport de la surface totale des ouvertures à la surface de chemise de cylindre n'est pas de préférence inférieure à 0,2, de façon à garantir une stabilité mécanique suffisante du boîtier. Cela est en particulier important quand, du fait d'une augmentation de température pendant le processus de séparation, les plastiques utilisés habituellement pour la fabrication du boîtier de module deviennent mous. L'épaisseur de paroi du cylindre de boîtier est fonction de la résistance mécanique nécessaire et peut, en fonction du matériau, être comprise entre 0,7 et 10 mm, de préférence entre 1 et 4 mm.

Pour le premier ou le deuxième boîtier de module, il est possible d'utiliser n'importe quels matériaux tant que ceux-ci peuvent conférer au module une stabilité suffisante. À propos des propriétés physiques, il peut s'agir en l'occurrence aussi bien de matériaux flexibles que de matériaux rigides, comme par exemple de l'acier fin. D'une façon particulièrement

préférée, le matériau utilisé pour la fabrication du boîtier de module est résistant à une stérilisation à la vapeur surchauffée. Selon l'invention, l'utilisation de matières plastiques, en particulier de polypropylène, est particulièrement préférée, d'une part parce qu'il est facile à traiter en tant que thermoplastique, d'autre part parce que, à 121 Q la température utilisée habituellement lors de la stérilisation à la vapeur surchauffée, il présente encore une stabilité mécanique suffisante. Selon l'invention, la chemise du boîtier de module peut être réalisée d'une seule pièce. Mais elle peut également être constituée de plusieurs parties individuelles qui sont reliées entre elles par exemple par le biais de charnières ou d'autres éléments de raccordement. Si le boîtier de module est constitué de plusieurs parties individuelles, celles-ci peuvent être réalisées dans le même matériau ou dans des matériaux différents. Dans un mode de réalisation préféré, les parties individuelles sont composées du même matériau et présentent également les mêmes dimensions.

Dans une configuration préférée de l'invention, il est prévu que le module de membranes en fibres creuses présente en plus un premier raccord de boîtier, qui sert à l'amenée d'une solution ou d'un milieu vers un espace intérieur de fibres du faisceau de membranes en fibres creuses et qui est de préférence logé à une extrémité du cylindre de boîtier. Dans une configuration avantageuse, le module de membranes en fibres creuses est en outre muni d'un deuxième raccord de boîtier qui sert à l'évacuation, à partir de l'espace intérieur de fibres, de la solution ou du milieu ou d'une solution filtrée qui est maintenant modifiée quant à sa composition matérielle par le processus de séparation survenant dans le module, et qui est de préférence placé à l'autre extrémité du cylindre de boîtier. Dans ce mode de réalisation, le transport de matières par convection en dehors des fibres est réalisé par l'écoulement de l'environnement dans lequel le module est immergé. Selon l'invention, il est prévu que ce mode de réalisation, selon l'invention, du module de membranes en fibres creuses muni des deux raccords de boîtier soit utilisé en particulier dans un réacteur de mélangeur.

Dans un mode de réalisation de l'invention particulièrement préféré, il est prévu que, dans un boîtier, de préférence de forme cylindrique, il soit disposé, avec une faible densité de tassement, une multiplicité de faisceaux de fibres

creuses séparés par des intervalles, à l'occasion de quoi les faisceaux de fibres creuses sont séparés dans l'espace les uns des autres par des éléments de segmentation fixés sur la surface intérieure de la chemise de cylindre. Les éléments de segmentation selon l'invention dépassent donc dans l'espace intérieur du cylindre de boîtier et entraînent une compartimentation de l'espace intérieur du boîtier, à l'occasion de quoi les faisceaux de fibres creuses sont disposés dans les compartiments ainsi constitués. La mise en place des éléments de segmentation confère une stabilité supplémentaire au module de membranes en fibres creuses.

Les éléments de segmentation selon l'invention forment une partie de cadre de préférence rectangulaire qui détermine les dimensions extérieures des éléments de segmentation. La partie de cadre renferme une surface de traversée livre. En liaison avec la présente invention, les termes "surface de traversée de la partie de cadre" désignent la ou les surfaces, libres de matériau, englobées par la partie de cadre et qui permettent dans les deux directions un passage libre de liquides entre deux compartiments voisins séparés par l'élément de segmentation. La surface de traversée peut éventuellement être interrompue par des éléments de stabilisation, disposés à l'intérieur de la partie de cadre, tels que des renforts diagonaux ou des structures en treillis, et qui servent à la stabilisation de la partie de cadre et donc de l'élément de segmentation. En fonction du secteur d'utilisation prévu pour le module en fibres creuses, ces éléments de stabilisation peuvent, par rapport aux dimensions de la partie de cadre ou de la surface de traversée, présenter des largeurs différentes, à l'occasion de quoi les éléments de stabilisation sont de préférence relativement étroits. De même, l'intervalle entre les éléments de stabilisation peut varier, à l'occasion de quoi, selon l'invention, des intervalles relativement importants sont préférés.

Selon l'invention, il est prévu que la surface de traversée englobée par la partie de cadre, rapportée à la surface totale des éléments de stabilisation, c'est-à-dire des renforts diagonaux ou de la structure en treillis, soit inférieure à 20 %, de préférence inférieure à 10 %, particulièrement de préférence égale à 2 %.

Selon l'invention, il est prévu que les tronçons de segmentation soient constitués d'un matériau quelconque dans la mesure où ce matériau présente des caractéristiques de stabilité suffisantes, de sorte que, pendant des périodes assez longues, les intervalles entres les différents faisceaux de membranes en fibres creuses puissent être garantis et de sorte qu'une stabilité supplémentaire soit conférée au module de membranes en fibres creuses. De préférence, pour la réalisation des éléments de segmentation, on utilise des matériaux qui sont résistants à la stérilisation par vapeur surchauffée. Les éléments de segmentation peuvent être réalisés à partir des mêmes matériaux que le matériau utilisé pour la formation du cylindre, mais ils peuvent aussi être composés de matériaux différents.

Les différents éléments de segmentation utilisés à l'intérieur d'un module peuvent présenter des dimensions identiques ou différentes. Dans un mode de réalisation préféré, tous les éléments de segmentation possèdent une longueur qui est égale à la longueur du cylindre de boîtier, et une hauteur qui est par exemple égale ou inférieure au rayon de la section du cylindre de boîtier. Dans un autre mode de réalisation préféré, les éléments de segmentation sont plus courts que le boîtier et sont répartis sur la longueur du boîtier, avec des espaces intermédiaires axiaux correspondants, à l'occasion de quoi, à l'intérieur de ces espaces intermédiaires axiaux, aucun autre élément de segmentation n'est disposé sur l'angle azimutal complet à l'intérieur du boîtier. Dans encore un autre mode de réalisation préféré, les éléments de segmentation sont aussi longs que les enrobements prévus aux extrémités du boîtier et sont disposés aux extrémités de boîtier de sorte que ces enrobements sont segmentés. Dans un mode de réalisation préféré, la hauteur des éléments de segmentation est plus petite que le rayon de la section et les tronçons de segmentation présentent, sur le côté opposé au côté intérieur du cylindre de boîtier, des éléments supplémentaires, en particulier des écarteurs. Ces écarteurs sont par exemple des barrettes disposées d'un côté ou des deux côtés sur la grande arête, opposée à la paroi de boîtier, de la partie de cadre et à angle droit par rapport à la partie de cadre des éléments de segmentation. Les écarteurs de tous les éléments de segmentation constituent, tout autour de l'axe longitudinal du cylindre de boîtier, un cylindre intérieur et réalisent une fixation supplémen-

taire des éléments de segmentation. Les écarteurs peuvent, dans un mode de réalisation préféré, présenter des ouvertures.

La configuration spécifique des éléments de segmentation selon l'invention, tout comme leur disposition spécifique à l'intérieur du module selon l'invention, font que le volume total des espaces libres entre les fibres creuses est encore augmenté considérablement et est donc nettement plus grand que dans les modules décrits dans le niveau de la technique. Cela signifie que, dans de tels modules selon l'invention, l'installation des éléments de segmentation selon l'invention réduit encore considérablement la densité de tassement. Dans les modules de membranes en fibres creuses selon l'invention contenant des éléments de segmentation, la densité de tassement des modules en fibres creuses, rapportée à toutes les fibres creuses d'un faisceau d'un module de membranes en fibres creuses selon l'invention, est au maximum de 20 %, de préférence au maximum de 10 %, tandis que la densité de tassement, rapportée au nombre total de toutes les fibres creuses de tous les faisceaux, est inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 5 %.

L'installation des éléments de segmentation selon l'invention dans les modules en fibres creuses, en particulier la surface de traversée relativement importante, englobée par la partie de cadre, font que, à la différence du matériau d'entretoise utilisé de façon traditionnelle, un échange de liquide quasiment libre est garanti entre les différents compartiments du module et donc entre les différents faisceaux de fibres creuses. Etant donné que la résistance du module, en raison de cette surface de traversée, est considérablement abaissée par rapport à l'écoulement de la solution du milieu, l'écoulement peut mieux balayer le module et dont empêcher plus efficacement la formation de dépôts sur les surfaces des différentes fibres creuses. Etant donné que, simultanément, la perte de pression de l'écoulement est minimisée, aucune autre dépense d'énergie supplémentaire n'est en outre nécessaire pour le balayage du module par l'écoulement, comme cela est nécessaire dans le cas des modules connus dans le niveau de la technique, pour lesquels on utilise des entretoises traditionnelles.

Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, il est prévu que les éléments de segmentation soient fixés sur la

surface extérieure d'un premier cylindre de boîtier dont la chemise présente de préférence des ouvertures. Les faisceaux de membranes en fibres creuses sont en l'occurrence disposés dans les espaces intermédiaires ou compartiments, définis par les éléments de segmentation espacés par des intervalles, sur le côté extérieur de la chemise du premier cylindre de boîtier, à l'occasion de quoi ils sont en plus fixés, par exemple par des bagues de retenue. Dans une configuration préférée, l'ensemble du module se trouve à l'intérieur d'un deuxième boîtier de forme cylindrique qui est de préférence réalisé sous la forme d'une cage, qui forme la limitation extérieure de l'espace de tassement et sert principalement à stabiliser le module de membranes en fibres creuses.

Naturellement, les modules de membranes selon l'invention peuvent également présenter des éléments de segmentation à l'intérieur et à l'extérieur du premier boîtier, donc du boîtier interne.

Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de la présente invention, il est prévu que tous les composants du module de membranes en fibres creuses selon l'invention, c'est-à-dire le boîtier, les fibres creuses et les éléments de segmentation, soient réalisés en matériaux qui sont résistants à la stérilisation par vapeur surchauffée.

En fonction de la nature de la membrane qui est mise en oeuvre dans le module, c'est-à-dire s'il s'agit d'une membrane de microfiltration, d'ultrafiltration, de nanofiltration ou d'une membrane de dialyse, le module de membranes en fibres creuses selon l'invention convient en particulier à une utilisation pour la filtration ou la dialyse de milieux qui provoquent un effet de fouling important. Par exemple, le module de membranes en fibres creuses selon l'invention peut être utilisé en tant que ce qu'on appelle un module de membrane de dialyse à réacteur dans des fermenteurs pour l'élimination de métabolites des cellules fermentées et/ou utilisé pour l'alimentation en substances nutritives. Une autre utilisation peut intervenir dans des bioréacteurs, dans le mode"feed and bleed", pour éliminer du réacteur du liquide portant des produits.

L'invention concerne également des procédés de fabrication des modules de membranes en fibres creuses précités, en particulier des modules qui, en raison de l'utilisation d'éléments de segmentation, présentent plusieurs

faisceaux de membranes en fibres creuses. Dans un mode de réalisation préféré, un matériau ou une pièce façonnée plan (e), plat (e) en projection dans l'espace, et qui doit former la chemise ultérieure du premier ou unique boîtier, de préférence de forme cylindrique, est muni (e) d'éléments de segmentation. Les éléments de segmentation peuvent par exemple être enfichés ou clipsés sur le matériau de chemise plane à l'aide d'éléments prévus spécialement à cet effet, par exemple des nopes. Ensuite, le matériau de chemise est roulé ou enroulé pour former un cylindre de forme circulaire ou de forme différente, par exemple de section rectangulaire. En l'occurrence, le matériau de chemise peut être roulé de telle façon que les éléments de segmentation se trouvent sur la surface intérieure du cylindre. Le matériau de chemise peut cependant être également roulé de sorte que les éléments de segmentation se trouvent sur la surface extérieure du cylindre. Dans un mode de réalisation, les fibres creuses, avant l'enroulement du cylindre de boîtier, peuvent être intégrées dans les espaces intermédiaires ou compartiments prédéfinis par les éléments de segmentation fixés, selon une disposition souhaitée, et en fonction de la densité de tassement prévue, à l'occasion de quoi les fibres creuses peuvent éventuellement être fixées avant l'enroulement. Dans ce cas, après l'enroulement, le cylindre de boîtier est ensuite obturé et rendu étanche d'une façon habituelle au niveau des extrémités de cylindre. Dans un autre mode de réalisation, les fibres creuses peuvent cependant être introduites, également après l'enroulement du cylindre de boîtier, dans les compartiments définis par les tronçons de segmentation. Le module peut, de préférence, être guidé à l'intérieur d'un deuxième cylindre de boîtier qui est de préférence réalisé sous la forme d'une cage.

L'invention concerne ainsi des procédés simples et économiques à réaliser pour la fabrication de modules de membranes en fibres creuses. Le procédé est entre autres caractérisé par le fait qu'une pièce façonnée plane, munie d'ouvertures, qui doit former la chemise ultérieure du boîtier de forme cylindrique, est amenée par enroulement à prendre la forme d'un cylindre et en ce que des membranes en fibres creuses sont disposées dans et/ou autour du boîtier. En fonction des propriétés en projection spatiale présentées par le matériau à rouler, par exemple selon que ce matériau est flexible ou relativement rigide, selon qu'il est formé d'une seule pièce et qu'il comporte

ou non par exemple des rainures au niveau desquelles le matériau peut être fléchi, ou bien s'il est constitué de plusieurs pièces identiques, de préférence en ce qui concerne les dimensions, qui sont raccordées entre elles par exemple par le biais de charnières ou d'éléments similaires, la section du cylindre ainsi obtenu peut être circulaire ou polygonale. Le matériau de boîtier peut être exécuté sou forme de natte flexible, de treillis flexible, de natte avec une partie similaire à une charnière, etc. Dans le cylindre de boîtier ainsi obtenu, il est également possible de loger ensuite les fibres creuses prévues selon une disposition souhaité et avec une densité de tassement souhaitée.

Dans un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, il est prévu que, sur la pièce façonnée plane utilisée pour la formation du cylindre de boîtier, il soit placé d'autres pièces, en particulier des éléments de segmentation, qui conviennent pour, dans le cylindre de boîtier ultérieur, séparer entre eux dans l'espace les différents faisceaux de fibres creuses et/ou pour conférer une stabilité supplémentaire au cylindre de boîtier. Ces éléments de segmentation peuvent par exemple être réalisés, dans le cadre d'une phase de travail, en même temps que le matériau utilisé pour la formation du cylindre de boîtier, par exemple dans un procédé par projection ou par coulée. Cela signifie que le matériau à rouler en forme de cylindre et muni d'éléments de segmentation peut être réalisé d'une seule pièce. Mais les éléments de segmentation peuvent également être réalisés de façon séparée et être enfichés ou clipsés ultérieurement, ou fixés d'une façon similaire, sur ou dans la chemise de boîtier, à des éléments prévus à cet effet, par exemple des nopes.

Ensuite, le matériau de chemise est roulé pour former un cylindre. En l'occurrence, le matériau de chemise peut être roulé de sorte que les éléments de segmentation se trouvent sur la surface intérieure du cylindre, de façon à obtenir un module de membranes en fibres creuses selon l'invention, dont l'espace intérieur de boîtier est divisé en compartiments par les éléments de segmentation. Mais le matériau de chemise peut cependant être aussi roulé de sorte que les éléments de segmentation se trouvent sur la surface extérieure du cylindre. Mais dans ce cas, il est en particulier également possible de commencer par enrouler le matériau de cylindre puis de clipser, ou de fixer d'une

façon appropriée, les éléments de segmentation à l'extérieur sur le cylindre ainsi formé.

Dans un mode de réalisation du procédé selon l'invention, il est possible, avant l'enroulement du cylindre de boîtier, d'introduire les fibres creuses dans les espaces intermédiaires ou compartiments prédéfinis par les éléments de segmentation fixés, selon une disposition souhaitée et selon la densité de tassement prévue. De préférence, les fibres creuses sont, avant l'enroulement du cylindre de boîtier, fixées sur les éléments de segmentation, à l'occasion de quoi on utilise en particulier des filets minces, des attaches de câbles ou des éléments similaires. Dans ce cas, le cylindre de boîtier est, après l'enroulement, obturé et rendu étanche de façon habituelle au niveau des extrémités de cylindre, en scellant les extrémités de fibres de la façon habituelle. Mais dans un autre mode de réalisation, les fibres creuses peuvent, également après l'enroulement du cylindre de boîtier, être introduites dans les compartiments définis par les tronçons de segmentation et être fixées de façon appropriée à l'intérieur des compartiments. Après le remplissage du module ainsi obtenu avec les faisceaux de fibres creuses, le cylindre de boîtier est ensuite obturé et rendu étanche de la façon habituelle au niveau des extrémités de cylindre en scellant les extrémités de fibres de la façon habituelle. Ensuite, le module équipé des faisceaux de membranes en fibres creuses est introduit dans un deuxième cylindre de boîtier qui est de préférence réalisé sous la forme d'une cage, et il est ainsi stabilisé.

D'autres configurations avantageuses de l'invention résultent des revendications dépendantes.

L'invention est expliquée de façon plus détaillée par les Figures et exemples suivants.

- La Figure 1 montre sous forme schématique une étape intermédiaire lors de la réalisation du module de membranes en fibres creuses selon l'invention.

- La Figure 2 montre un mode de réalisation du module de membranes en fibres creuses selon l'invention en perspective et en coupe ainsi qu'un autre mode de réalisation en coupe.

- La Figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un module de membranes en fibres creuses selon l'invention en perspective avec différents exemple de réalisation d'éléments de segmentation.

- La Figure 4 montre le mode de réalisation du module de membranes en fibres creuses selon l'invention à partir de la Figure 3, rempli de faisceaux de fibres creuses, en perspective.

- La Figure 5 montre un autre exemple de réalisation du module de membranes en fibres creuses selon l'invention qui est réalisé en fil d'acier fin, dans sa projection développée et en coupe.

- La Figure 6 montre un autre exemple de réalisation du module de membranes en fibres creuses selon l'invention, reposant sur l'exemple de réalisation de la Figure 2 avec des éléments de segmentation qui sont plus courts que la longueur du module, en perspective.

Les mêmes chiffres de référence renvoient à des dispositifs ou éléments des dispositifs de même construction et/ou de même fonction.

La Figure 1) a) montre sous forme schématique la chemise de boîtier ou la paroi 1 d'un module de membranes en fibres creuses 100 selon l'invention, qui peut être mise, par enroulement, en forme de boîtier 3 représentée par exemple sous forme de section hexagonale sur la Figure 2 a). Sur la paroi 1 sont installés des éléments de segmentation 5 rectangulaires séparés par des intervalles réguliers, de longueur Ls et de hauteur Hs. La longueur Ls des éléments de segmentation correspond à la longueur Lm du boîtier 3. La hauteur Hs correspond à peu près à 90 à 95 % de la demi-hauteur du boîtier 3. Dans la chemise de boîtier 1 sont constitués, à des intervalles réguliers et de façon alternée par rapport aux éléments de segmentation 5, des lignes de faiblesse 39 qui facilitent le pliage de la chemise de boîtier 1 vers la forme définitive du boîtier 3 et qui, dans la forme définitive, constituent les arêtes du boîtier 3 de section hexagonale de la Figure 2.

La Figure 1 b), c) et d) montre différents modes de réalisation d'éléments de segmentation 5. Les éléments de segmentation 5 englobent respectivement une partie de cadre 7 rectangulaire qui enferme la surface de traversée 9. La surface de traversée 9 est divisée en plus petites unités individuelles par les éléments de stabilisation 11 réalisés sous forme d'entre-

toises ou de treillis. Les éléments de segmentation 5 présentent en outre sur un grand côté, en position extrême, respectivement deux éléments de fixation 13 du type prolongement qui servent à fixer les éléments de segmentation 5 sur la paroi 1. Les éléments de fixation 13 présentent deux branches 35 et 37 qui incluent un angle droit. La branche 35 commence sur le grand côté de l'élément de segmentation 5 tandis que la deuxième branche 37 tourne le dos à l'élément de segmentation 5.

La Figure 1 a) montre en outre sous forme schématique la disposition de fibres creuses 33 entre des éléments de segmentation 5 voisins et des faisceaux de fibres creuses 17 dans les compartiments 21.

La Figure 2 a) montre en perspective la forme, hexagonale vue en coupe, du boîtier 3. En partant de la représentation de la chemise de boîtier 1 sur la Figure 1 a), l'enroulement de la chemise de boîtier 1 pour la réalisation du module 100 s'effectue de sorte que les éléments de segmentation 5 font saillie à l'intérieur de l'espace intérieur 18 du cylindre 3 et divisent celui-ci en compartiments 21. La hauteur Hs des éléments de segmentation 5 correspond à peu près à la demi-hauteur du boîtier 3 du module selon l'invention, de sorte que, dans le cas de la forme hexagonale représentée vue en coupe, avec respectivement deux côtés 70 de même longueur opposés disposés parallèlement entre eux, les éléments de segmentation 5 disposés de façon centrée perpendiculairement sur les côtés 70 se contactent quasiment entre eux au centre du boîtier 3. L'espace intérieur ou l'espace de tassement 18 du boîtier 3, donc le volume intérieur du boîtier 3, s'en trouve par conséquent compartimenté de façon quasiment complète. La représentation comporte également les moyens de fixation 13 pour la fixation des éléments de segmentation 5 sur la chemise du boîtier 3. La section du module selon l'invention selon la Figure 2 a) est représentée sur la Figure 2 c). On voit clairement que les arêtes 41 des grands côtés, opposés à la surface intérieure de boîtier 22, des éléments de segmentation 5 se contactent quasiment mutuellement au centre de l'espace de tassement 18 et forment en conséquence des compartiments 21 fermés ou quasiment fermés les uns par rapport aux autres. Les dimensions des éléments de segmentation peuvent en l'occurrence être sélectionnées de sorte que toutes les arêtes se contactent ou se contactent quasiment au milieu, grâce à

quoi, si nécessaire, elles peuvent être fixées facilement les unes aux autres par des éléments appropriés pour augmenter la stabilité du module complet. Les sections 2b) et 2c) montrent d'autres modes de réalisation différents du module 100. Les deux modes de réalisation se distinguent en ce que, dans la coupe 2b), des éléments de segmentation 5 sont utilisés qui présentent des écarteurs 29 disposés sur l'arête 41, opposée à la surface intérieure 22 du boîtier 3, du grand côté des éléments de segmentation 5 qui est opposé à la surface intérieure 22. Les écarteurs 29 peuvent être exécutés en tant que renfort de matériau de l'arête de grand côté 41 de l'élément de segmentation 5. Il est également possible de prévoir que l'arête de grand côté 41, dirigée vers le centre de l'espace de tassement 18, de l'élément de segmentation 5 présente de chaque côté respectivement à angle droit une courbe, un renfort, un prolongement ou un élément similaire. Les écarteurs 29 des éléments de segmentation 5 enferment en l'occurrence sur toute la longueur du boîtier 3 un deuxième espace intérieur 31. Vus en coupe, les écarteurs 29 présentent, en tant que prolongement de l'élément de segmentation 5, un profil en forme de T, à l'occasion de quoi les branches 50,51 du T dépassent à angle droit de l'élément de segmentation 5, viennent heurter les branches d'un écarteur 29 voisin et forment ainsi un espace intérieur 31 hexagonal vu en coupe. Les écarteurs 29 peuvent présenter des ouvertures non représentées ici. Des fibres creuses 33 libres juxtaposées sont représentées dans certains compartiments 21. La représentation montre également l'espace libre 43 de l'espace de tassement 18.

La Figure 3 a) montre en perspective un autre mode de réalisation d'un module de membranes en fibres creuses 100 selon l'invention. La représentation montre un boîtier cylindrique 3, dont la chemise 1 est percée de nombreuses perforations ou ouvertures 25. Les éléments de segmentation 5 sont disposés, par enfichage par exemple, sur la surface du cylindre 3 tournée vers l'extérieur. La représentation montre également les éléments de stabilisation 11, exécutés sous forme d'entretoises, dans les éléments de segmentation 5. Enfin, la Figure 3 a) montre des bagues de retenue 27, qui sont disposées de façon concentrique autour du boîtier 3 et autour des éléments de segmentation 5 dirigés vers l'extérieur de façon radiale et qui entrent en contact avec ces éléments de segmentation et servent à la fixation

de membranes en fibres creuses, non représentées ici, à mettre en place dans les compartiments 21. La représentation montre en outre l'espace de tassement 18 qui est formé vers l'intérieur par la surface extérieure du 3 et vers l'extérieur par une surface de chemise 47 imaginaire englobant les éléments de segmentation 5 et entrant en contact au niveau de leurs arêtes extérieures 60 et suivant le contour des bagues de retenue 27. Cette surface de chemise 47 imaginaire est disposée de façon concentrique à distance de la hauteur Hs autour du boîtier interne 3.

Les Figures 3 b), 3 c) et 3 d) présentent différents modes de réalisation d'éléments de segmentation 5 mis en oeuvre selon l'invention, à l'occasion de quoi les Figures 3 b) et 3 c) se distinguent par le nombre des entretoises 11 et par le nombre des différentes surfaces de traversée 45 ainsi formées. La Figure 3 d) représente des éléments de stabilisation 11 exécutés sous forme de matrice ou de treillis.

La Figure 4 montre en perspective un module de membranes en fibres creuses similaire à celui de la Figure 3 a). Il est montré ici que dans les différents compartiments 21 sont disposés des faisceaux de membranes en fibres creuses 17 dont la longueur est égale à la longueur du module 100. Ici aussi, l'espace de tassement 18 se définit comme le volume qui est formé entre la surface extérieure du boîtier 3 et la surface intérieure de la surface de chemise 47 imaginaire englobant les éléments de segmentation 5 et réalisant un contact au niveau de leurs extrémités extérieures 60, surface de chemise dont le contour est prédéfini par le contour des bagues de retenue 27. La surface de chemise 47 enveloppante est la surface qui résulte quand les arêtes longitudinales 60, dirigées vers l'extérieur, des éléments de segmentation 5 sont raccordées entre elles autour de la circonférence du module 100, de sorte que la surface de chemise 47 enveloppante est disposée de façon concentrique autour du boîtier intérieur 3.

La Figure 5 montre un autre exemple de réalisation du module selon l'invention qui a été réalisé en file d'acier fin. Dans ce mode de réalisation, un élément de segmentation et une partie de la surface de chemise fermement forment respectivement une unité dont les éléments sont raccordés entre eux de façon ferme avec des oeillets et qui sont donc mobiles relativement entre

eux, de sorte qu'ils peuvent, conformément à l'illustration schématique 1, être développés dans un plan en étant placés l'une derrière l'autre. La surface de l'élément de segmentation est incliné d'un angle d'environ 45 degrés par rapport à la surface de chemise. La Figure 5. a montre une projection développée du boîtier de module, la Figure 5. b montre la section du module replié, sans les fibres creuses devant être placées dans les compartiments.

La Figure 6 montre une variante de l'exemple d'exécution représenté sur la Figure 2. Dans cette variante, les éléments de segmentation ne sont pas plus longs que la longueur de l'enrobement et sont disposés respectivement au milieu et aux deux extrémités du module.

Claims

REVENDICATIONS

1. Module de membranes en fibres creuses pour procédés de filtration, de diafiltration et de dialyse, comprenant au moins un boîtier et une multiplicité de membranes en fibres creuses tubulaires avec des diamètres identiques ou différents, qui sont disposées parallèlement entre elles dans et/ou autour du boîtier dans un espace de tassement, caractérisé en ce que le rapport de volume de toutes les membranes en fibres creuses (33) disposées dans l'espace de tassement (18) à l'espace de tassement (18) est inférieur à 20 %.

2. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 1, où le boîtier (3) présente une forme cylindrique.

3. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 1 ou 2, où la chemise du boîtier (3) est munie d'ouvertures (25).

4. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 3, où les ouvertures (25) peuvent être, en projection plane, des carrés, des rectangles, des cercles ou d'autres formes symétriques ou asymétriques.

5. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication, où les ouvertures (25) présentent des dimensions de 3 à 20 mm.

6. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 3, où le rapport de la surface totale des ouvertures (25) à la surface totale de la chemise de boîtier est compris entre environ 0,2 et environ 0,9.

7. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où les membranes en fibres creuses (33) sont constituées de matériau céramique et ! ou polymère ou contiennent des fractions importantes de ce matériau.

8. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 7, où les membranes en fibres creuses (33), y compris la structure d'appui, présentent une épaisseur d'environ 5 pm à environ 300 pom.

9. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 7 ou 8, où les membranes en fibres creuses (33) présentent un diamètre intérieur de 2 mm maximum, en particulier de 0,15 à 0,8 mm.

10. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où les membranes en fibres creuses (33) sont disposées dans le module sous forme d'au moins un faisceau (17).

11. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où les fibres creuses sont roulées en faisceau sous forme de nattes avec un important intervalle entre les fibres, où de préférence il y a moins de 10 fibres par cm, et où, dans la zone des enrobements, les fibres, par l'enroulement de matériau d'entretoise traditionnel, sont amenées à un intervalle adapté à la densité de tassement.

12. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où au moins deux faisceaux de membranes en fibres creuses sont séparés l'un de l'autre par un élément de segmentation (5) installé sur la chemise du boîtier (3).

13. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 12, où l'élément de segmentation (5), au moins au nombre de un, est constitué d'une partie de cadre (7) avec une surface de traversée (9) libre englobée par la partie de cadre (7).

14. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 13, où la surface de traversée (9) libre de la partie de cadre (7) est divisée par des éléments de stabilisation (11).

15. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 13 ou 14, où la surface totale des éléments de stabilisation (11) rapportée à la surface de traversée (9) libre englobée par le partie de cadre (7) est d'environ 2 % à environ 20 %.

16. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 13 à 15, où l'élément de segmentation (5), au moins au nombre de un, est installé sur la surface intérieure du boîtier (3) et dont l'espace intérieur (18) est divisé en compartiments (21).

17. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 12 à 16, où l'élément de segmentation (5), au moins au nombre de un, est installé sur la surface extérieure du boîtier (3) et divise en compartiments (21) l'espace (18) situé au-dessus de la surface extérieure de la chemise.

18. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 17, où le boîtier (3) avec l'élément de segmentation 5, au moins au nombre de un, installé sur la surface extérieure de la chemise, est logé dans une deuxième boîtier du type cage.

19. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 12 à 18, où la longueur des éléments de segmentation correspond à la longueur du boîtier.

20. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 12 à 18, où les éléments de segmentation sont plus courts que le boîtier et sont répartis, avec des espaces intermédiaires axiaux correspondants, sur la longueur du boîtier, où, à l'intérieur de ces espaces intermédiaires axiaux, aucun autre élément de segmentation n'est disposé sur l'angle azimutal entier à l'intérieur du boîtier.

21. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 12 à 18, où les éléments de segmentation sont aussi longs que les enrobements prévus au niveau des extrémités et sont disposés au niveau des extrémités du boîtier de sorte que les enrobements sont segmentés.

22. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications 11 à 17, où des membranes en fibres creuses (33) sont disposées dans les compartiments (21) produits par l'élément de segmentation (5) au moins au nombre de un.

23. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 22, où les membranes en fibres creuses (33) disposées dans les compartiments (21) sont fixées sur l'élément de segmentation (5) au moins au nombre de un.

24. Module de membranes en fibres creuses selon la revendication 23, où la densité de tassement de toutes les membranes en fibres creuses (33) est inférieure à 20 %.

25. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, qui présente un raccord de boîtier pour l'amenée d'un liquide à l'intérieur des fibres des membranes en fibres creuses (33) et un raccord de boîtier pour l'évacuation d'un liquide hors de l'intérieur des fibres.

26. Module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où tous les composants sont réalisés dans un matériau résistant à une stérilisation par vapeur surchauffée à 121 oc.

27. Procédé de fabrication d'un module de membranes en fibres creuses selon l'une des revendications précédentes, où une pièce façonnée, munie de préférence d'ouvertures, est amenée par roulement à prendre une forme de boîtier, en particulier une forme cylindrique, et où les membranes en fibres

creuses sont disposées dans le et/ou autour du boîtier avec une densité de tassement inférieure à 20 %.

28. Procédé selon la revendication 27, où avant ou après le roulement de la pièce façonnée, des éléments de segmentation sont installés, séparés par des intervalles, sur la pièce façonnée, ou où les éléments de segmentation constituent un composant fixe de la pièce façonnée qui peut être roulée.

29. Procédé selon la revendication 27 ou 28, où le matériau plan est roulé de sorte que les éléments de segmentation, après le roulement la pièce façonnée, se trouvent sur la surface intérieure de cette pièce façonnée.

30. Procédé selon la revendication 27 ou 28, où la pièce façonnée est roulée de telle sorte que les éléments de segmentation, après le roulement du cylindre, se trouvent sur la surface extérieure de ce cylindre.

31. Procédé selon l'une des revendications 27 à 30, où, avant le roulement de la pièce façonnée, au moins un faisceau de membranes en fibres creuses est disposé, et éventuellement fixé, sur la pièce façonnée, le cas échéant dans le compartiment entre deux éléments de segmentation voisins.

32. Procédé selon l'une des revendications 27 à 31, où, après le roulement du cylindre, au moins un faisceau de membranes en fibres creuses est disposé, et éventuellement fixé, dans le boîtier, le cas échéant dans le compartiment limité par deux éléments de segmentation voisins.

33. Procédé selon la revendication 31 ou 32, où les extrémités des membranes en fibres creuses sont scellées et où le boîtier est rendu étanche au niveau de ses extrémités.

34. Procédé selon l'une des revendications 27 à 33, où le boîtier est introduit dans un deuxième boîtier, en particulier du type cage.