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CN104039428A - 用于膜分离装置的密封板 - Google Patents

用于膜分离装置的密封板 Download PDF

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CN104039428A CN201280053907.3A CN201280053907A CN104039428A CN 104039428 A CN104039428 A CN 104039428A CN 201280053907 A CN201280053907 A CN 201280053907A CN 104039428 A CN104039428 A CN 104039428A
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Abstract

一种膜分离单元，其可以包括盒体、至少一个设置在盒体内的膜、至少一个密封板和位于密封板的外部槽中的密封环。该至少一个密封板可以密封盒体的一个端部。该密封板具有至少一个排放孔，其在盒体内部和外部槽之间形成通道。密封环的横截面形状在密封环和密封板之间形成了圆环形排放路径。密封环包括一个或多个槽，使得流体排放到装置壳体和膜分离单元之间的环形空间中。密封环包括外表面，在其横截面中具有两个其间成90到175度夹角的变平表面。

Description

用于膜分离装置的密封板
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年9月2日提出的美国申请系列号61/530609的优先权，该申请通过参考在此全文引入。
技术领域
本文涉及用于在膜分离装置中形成改进型密封的系统和技术，例如在螺旋膜单元和用于保持一个或多个螺旋膜单元的膜分离装置外壳之间的密封。
背景技术
膜分离装置可用于许多领域。在一些情况下，膜分离装置可用于净化水。例如，海水可以在膜分离装置中使用反渗透被净化从而得到饮用水。在污水处理中，膜分离装置可用于去除颗粒、胶体、大分子从而对污水进行消毒。
膜分离装置可以包括一个或多个螺旋膜单元。经常使用螺旋膜结构从而平片膜可以被有效封装在一个小空间内。螺旋膜结构可以封装在盒体中形成螺旋膜单元。螺旋膜单元通常被装入圆筒形装置外壳中。该圆筒形装置外壳可以容纳施加到流经该螺旋膜单元的流体上的压力，因为高压对于进行有效的分离操作非常重要。
当压力供给流被引入装置壳体的端部时，使用沿着螺旋膜单元外表面的密封件来保证该供给流体进入螺旋膜单元的流道而没有进入在装置壳体壁和螺旋膜单元之间的环形空间。该密封件可以围绕密封板的周边定位。现有技术中的装置通常使用具有人字形横截面的密封件，如图2A和2B所示。人字形截面的密封板18需要每个螺旋膜单元E都沿着供给流7的方向被插入壳体9中。因此可以一直沿着供给流方向推动每个螺旋膜单元E穿过装置壳体9来将每个螺旋膜单元E移走。因此，包括使用螺旋膜单元E的设施具有以下的建造设计，即在圆筒形壳体的两侧设置有用于在维护期间插入和移走螺旋膜单元的通路。
发明内容
本文描述了可以与膜分离装置一起使用的密封系统、密封板和密封环。在一些情况下，此处提出的密封系统可以释放膜分离装置不同部分之间的压力差，同时仍然在每个膜分离单元和保持多个膜分离单元的装置壳体之间提供牢固的密封。在一些情况下，此处提出的膜分离单元可以沿着流体流动方向及相反方向被插入装置壳体或从装置壳体中移走。此处提出的密封系统也可以使得流体沿着正常的流体流动方向及相反方向流动。
在一些情况下，膜分离单元可以包括盒体、至少一个设置在该盒体内的膜、至少一个密封板和一个坐于所述密封板外部槽中的密封环。该盒体可以包括内部、外部和一对端部。密封板可以密封盒体的一个端部。密封板可以具有至少一个排放孔，其形成盒体内部和外部槽之间的通道。在一些情况下，密封环的横截面形状形成密封环和密封板之间的圆形排放路径。在一些情况下，密封环可以包括一个或多个槽，使得流体排放到装置壳体和膜分离单元之间的环形空间中。在一些情况下，密封环可以包括外表面，在该外表面的横截面中具有两个彼此之间成90°到175°之间的角度的变平表面。上述变平表面在顶点相交且该密封环设置在密封板的外部槽中，从而该顶点压靠装置壳体的内壁进而形成牢固的密封。
下面将参照图和说明书对一个或多个实施例的细节进行描述。其他特征和优点也将从说明书、附图和权利要求中更加明显地得出。
附图说明
图1是螺旋膜单元如何定位在圆筒形装置壳体中的示例。
图2A和2B示出了现有技术中的密封环的例子。
图3A-3C示出了此处提出的密封环的例子。
图4是密封板外部槽中的密封环的横截面图。
图5示出了密封板的例子。
图6示出图5所示的密封板的一部分的横截面图。
图7是密封板的正视图。
图8A是密封板的透视图。
图8B是密封板的侧视图。
图9A是示出密封板底部的透视图。
图9B是密封板的横截面图。
图10是密封板第一部分的透视图。
图11A-E描绘了密封板第一部分的横截面图。
图12A-D描绘了密封板第二部分设计的横截面图。
图13A-E描绘了用于密封板的各种孔板设计的视图。
在各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
螺旋膜结构可被用于将平片膜封装在用于膜分离装置中的空间有效的结构。螺旋膜结构可包括在膜分离单元中，该膜分离单元包括位于盒体中的螺旋形结构的分离膜。可以在盒体的两个相反端部连接密封板来形成膜分离单元。密封板可以包括通道，该通道引导流体流过盒体内的螺旋膜并且收集流过螺旋膜的流体。每个螺旋膜单元可以装入膜分离装置的圆筒形装置壳体中并且可以从其中移走。如图1所示，加压供给流7被引入膜分离装置100的装置壳体9的端部。多个坐于密封板10中的密封环8将供给流引入(一个或多个)螺旋元件流动通道7中并且防止流体流入位于装置壳体9的圆筒形壁和膜分离单元1之间的环形空间6中。
参考图3-13，此处提出的密封环28和密封板10可以用于膜分离装置中。此处提出的密封环28可以使螺旋膜单元在膜分离装置(例如，如1所示)的圆筒形装置壳体9中沿着任一方向移动。此处提出的密封环28和密封板10也可以使得流体反向流过螺旋膜结构，这在维护和/或清洁操作中非常有用。
如图4-13所示，密封板可以包括外部槽32。外部槽32定位成与装置壳体9的内表面相邻。密封环28可以定位在外部槽32之中从而在膜分离单元1和膜分离装置100的圆筒形装置壳体9之间提供密封(例如，如图4所示)。
图3A-3C示出了密封环28的示例。参考图3A和3B，密封环28可以具有圆环形形状。图3A示出了密封环28的后表面。图3B示出了密封环28的前表面。图3C示出了密封环28的横截面。在横截面中，如图3C所示，密封环的内表面可以包括倒圆的底部52和54，与传统的O形环相似。前表面58和后表面56可以具有平坦的横截面形状。密封环28的变平表面56和58可以与密封保持外部槽32的壁保持接触。变平表面56和58可以防止密封环28在密封板10的外部槽32中的转动，特别是在膜分离单元1插入膜分离装置100期间或者在膜分离单元1沿任一方向移动期间。
如图3B和3C所示，密封环28的前表面58可以包括两个前表面槽48。如图3A和3C所示，密封环28的后表面56可以包括四个后表面槽46。在一些情况下，前表面和/或后表面可以具有任意合适数量的槽。密封环28的顶面62和64升高到一个点从而使得在该密封件与装置壳体9的圆筒形壁接触时的阻力最小。该阻力最小可以使螺旋膜单元1容易插入和移走，特别是当许多膜分离单元串联放置在膜分离装置中时，在装置壳体9中移动膜分离单元所需的加载力在增加每个膜分离单元1时增加。该密封环28可以包括具有两个平面的顶面，所述两个平面在其间形成90°到175°之间的角度。在一些情况下，所述两个平面形成的角度在100°和160°之间。在一些情况下，所述两个平面形成的角度在120°和150°之间。
在一些情况下，密封环28可以具有的直径在0.5英寸到100英寸之间，在1英寸到50英寸之间，在2英寸到25英寸之间，在4英寸到15英寸之间，或者在6英寸到10英寸之间。例如，密封环28具有大约2、2.5、4、8或16英寸的直径。在横截面中(例如，如图3C所示)，密封环28可以具有的高度在0.1英寸到1.0英寸之间，在0.2英寸到0.5英寸之间，或在0.25英寸到0.30英寸之间。在横截面中(例如，如图3C所示)，密封环28可以具有的厚度在0.1英寸到1.0英寸之间，在0.2英寸到0.5英寸之间，或在0.25英寸到0.30英寸之间。例如，密封环28可以具有的厚度为大约0.27英寸，高度为大约0.27英寸。后表面槽46和前表面槽48可以具有的深度都在大约0.010到0.25英寸之间，在0.015到0.150英寸之间，或在0.020到0.10英寸之间。例如，后表面槽和/或前表面槽的深度可以为大约0.025英寸。后表面槽和/或前表面槽的宽度可以为0.01英寸到0.5英寸之间，在0.02英寸到0.2英寸之间，或者在0.05英寸到0.1英寸之间。或者，相似尺寸的槽46可以设置在密封板外部槽32中(例如，沿着外部槽32的侧部)。
如上所述，多个膜分离单元1可以放置在单个装置壳体9和流入壳体9的供给流中。每个膜分离单元1可以具有其自己的密封环28。每个密封环28可以防止供给流旁路进入壳体9和膜分离单元1之间的外部环形空间中。密封环28的内表面可以与密封板10形成连续密封，从而供给流不会绕过该密封环28。这样供给流流经密封板10的预期通道，进入膜分离单元1的内部空间。然而，当在外部环形空间和每个膜分离单元1内的空间之间存在压力差时，会出现一些问题。大的压力差会引起膜分离单元1的一部分或者壳体9的一部分发生弯曲或破裂，并且可能导致不希望的流体流动。大的压力差通常发生在启动操作或其他瞬时操作状态中。例如，在膜分离装置的正常操作中，可能仅仅存在小的压力差(例如在1到10psi之间)，但是启动状态可以导致压力差高达大约800psi。此处提出的密封环28和密封板10可以平衡外部环形空间和密封件内部之间的压力，同时仍阻止供给流围绕密封板10流入外部环形空间。
参考图4-6，密封板10可以包括外部槽32。密封环28可以放置在外部槽32中。在密封板10中可以形成一个或多个径向孔31。径向孔31可以提供连通膜分离单元1的内部空间和外部槽32的流体流动路径。径向孔31可以使得流体流入外部槽32中。在一些情况下，流体可以流经后表面槽46并进入外部环形空间，这可以使环形空间和膜分离单元1之间的压力相等。在一些情况下，可以选择后表面槽46和径向孔31的尺寸，以当压力差低于临界值(例如，小于50psi，小于25psi，小于10psi，或小于5psi)时限制流体流入外部环形空间，但是如果压力差超过临界值时则快速实现压力相等。在一些情况下，径向孔可以具有的直径在0.05英寸到0.3英寸之间。例如，径向孔可以具有的直径大约为0.1英寸。尽管示出的径向孔31是圆的，但是它们也可以是沿着外部槽32的“狭槽”(例如，1/4英寸长)，从而快速实现压力相等或者流体传送。
密封环28和密封板10可以在密封环28的周边密封之后提供圆环形排放路径74。如图4所示，可以在密封环28的倒圆内表面和密封板10的外部槽32之间形成圆环形排放路径74。圆环形排放路径74可以在每个后表面槽46之间和/或在每个径向孔31之间实现流体连通。在一些情况下，圆环形排放路径74可以通过在密封环28的内表面设置槽和/或在密封板的外部槽32的后边缘设置槽形凹部33来形成。在一些情况下，圆环形排放路径74可以是外部槽32具有比密封环28内表面更加矩形的横截面的结果。
圆环形排放路径74可以通过密封板中的一个或多个径向孔31连通膜分离单元1的内部。图4示出了圆环形排放路径74如何能够连通径向孔31并且进而连通膜分离单元1的内部。排放路径74还使得不同的径向孔31彼此连通，这从而使得膜分离单元1的不同内部部分之间压力达到平衡(例如，压力可以环向相等)。一个或多个径向孔31与密封环28中的后表面槽46和/或48组合可以使膜分离单元1的内部和外部之间达到压力平衡。当在密封环28后面经由径向孔31、排放路径74、后表面槽46和/或48发生排放时，密封环28仍然可以发挥作用来防止螺旋元件周围发生任何旁路流动。由于存在圆环形排放路径74，后表面槽46可以偏离径向孔31或者与其对齐。在一些情况下，由于圆环形排放路径74中的压力增加打破了外部槽32和密封环28内表面之间的密封导致通过前表面槽48进行排放，从而平衡了压力差。
此处提出的密封板10还可以包括一个或多个牵引唇，其可以作为将膜分离单元1拉出装置壳体9的抓持点。由于此处提出的密封环28可以在壳体中沿两个方向移动，安装新的膜分离单元1的人可以通过抓持牵引唇来移走旧的膜分离单元1。例如，如图5所示，唇82可以从密封板10的外部环的内表面延伸。唇82可以设置在附接中心环90的附接轮辐84之间。唇82适于被人手抓握从而移走膜分离单元1。这种布置也在图7中可见。在一些情况下，密封板10可以包括其他的抓持元件，在将螺旋膜单元装入膜分离装置以及从中卸载时，这些抓持元件便于移走以及维护膜分离单元1。
如图7所示，密封板10可以包括位于附接轮辐84之间的唇82，以提供用于移走元件1的抓持表面。在附接轮辐84之间，设置有通道86用于使还没有穿过所述膜的流体通过。中心环90限定了中心开口88用于已穿过所述膜的流体的流动。在一些情况下，位于膜分离装置前方的膜分离单元前方的中心开口88被盖住从而防止装置壳体内的供给流流入中心开口，直到其已穿过螺旋膜。一旦流体已穿过螺旋膜，它可以流入膜分离装置1的中心通道并且流出后密封板的中心开口88。可以设置相邻的膜分离单元从而流出第一膜分离单元的中心开口88的流体流入相邻的膜分离单元的中心开口88。
图8示出了图7的密封板10的替代视图。如图所示，外部槽32包括第二圆环形排放路径槽33，其与密封环28配合构成圆环形排放路径74。密封板10可以包括两个0.10英寸直径的排放孔31。
图9A示出了密封板10的底部。图9B示出了密封板10的横截面视图。如图所示，密封板10可以具有两部分设计。第一部分104可包括外部环和中心环90以及多个将其连接的轮辐84。第二盘部102可包括具有多个贯通的通道86和中心通道的盘。当连接时，盘部102的中心通道可与第一部分104的中心开口88对齐。当第一部分104和盘部102附接时，盘部102中的多个通道86可以设置在第一部分的中心环90和外部环之间。
图10和图11A-E进一步详细示出了密封板10的第一部分104。如图所示，第一部分104包括轮辐84、抓持唇82和具有中心开口88的中心环90。中心环90可适于容纳2英寸直径的淡盐水芯管。沿着中心开口88还可以包括止动唇89。轮辐84可以具有空心内部85，其防止在模制工艺中的变形和/或扭曲。可以沿着中心环90的内表面设置挤压肋92来便于芯管对准。
图11A-E示出了密封板10的第一部分104的不同实施例，并示出了第一部分是如何与密封环28接合的。图11D示出了中心环90具有适于附接到盘部102(如图9、12和13所示)的附接槽94。第一部分104的外部环可具有倒圆角，以便于插入装置壳体9中。
图12示出了第二盘部102如何附接到第一部分104。图12B示出了附接凸起106如何与附接槽94以卡扣关系配合的特写。在一些情况下，第一部分和第二部分可以通过粘结剂来附接。
图13A-E示出了第二盘部102的替代物。图13A和13B示出了具有贯穿的细长开口86的第一盘孔图案的顶面和底面。图13C和13D示出了具有圆形开口86的第二盘孔图案的顶面和底面。图13E示出了第二盘部102的侧视图。如图所示，卡扣凸起106从表面延伸。
在一些情况下，密封板系统可以包括多个盘部设计，每个设计都具有不同布置形式的开口和/或不同形状的开口86。每个盘部设计可以具有独特(唯一)的颜色，其可在膜分离装置中安装或移走膜分离单元1时用于识别的目的。

Claims (27)

1.一种膜分离单元，包括：
(a)具有内部、外部和一对端部的盒体；
(b)设置在盒体内的至少一个膜；
(c)用于密封盒体一端的至少一个密封板，密封板包括外部槽和至少一个排放孔，排放孔形成盒体内部和外部槽之间的通道；和
(d)坐于外部槽中的密封环，该密封环具有形成密封环和密封板之间的圆环形排放路径的横截面形状。
2.如权利要求1所述的膜分离单元，其中密封环的横截面包括倒圆内表面和两个平坦侧表面。
3.如权利要求1所述的膜分离单元，其中密封环的横截面包括两个变平表面，其沿着密封环的外表面相交于顶点。
4.如权利要求3所述的膜分离单元，其中两个变平表面在其间形成90°到175°之间的角度。
5.如权利要求1所述的膜分离单元，其中外部槽中包括第二槽，其形成圆环形排放路径的至少一部分。
6.如权利要求1所述的膜分离单元，其中密封环的内表面包括槽，其形成环形排放槽的至少一部分。
7.如权利要求1所述的膜分离单元，其中设置在盒体内的膜是螺旋形构造。
8.如权利要求1所述的膜分离单元，其中密封环在其表面上包括至少一个槽，提供经过密封环的排放路径。
9.一种膜分离装置，包括：
(a)具有内表面的装置壳体；和
(b)串联设置在装置壳体中的多个膜分离单元，其中每个膜分离单元都具有如权利要求1所述的结构，其中，所述多个膜分离单元坐在装置壳体中使得密封环与装置壳体的内表面接触以在膜分离单元和装置壳体之间形成密封。
10.如权利要求9所述的膜分离装置，其中装置壳体是圆筒形的。
11.一种膜分离单元，包括：
(a)具有内部、外部和一对端部的盒体；
(b)设置在盒体内的至少一个膜；
(c)用于密封盒体一端的至少一个密封板，密封板包括外部槽；和
(d)坐于外部槽中的密封环，密封环具有包括两个变平部分的横截面形状，所述两个变平部分沿着密封环的外周在其间形成90°到175°之间的角度。
12.如权利要求9所述的膜分离单元，其中密封环在其表面中包括一个或多个槽。
13.如权利要求9或10所述的膜分离单元，其中密封板包括至少一个排放孔，其提供在盒体内部和外部槽之间的通道。
14.一种用于膜分离单元的密封环，其横截面形状的外表面具有两个变平部分，所述两个变平部分在其间形成90°到175°之间的角度。
15.如权利要求14所述的密封环，进一步包括变平的正面表面。
16.如权利要求15所述的密封环，其中变平的正面表面中包括一个或多个槽。
17.如权利要求14所述的密封环，进一步包括倒圆的内表面。
18.一种用于膜分离单元的密封板，包括：
(a)限定至少两个贯穿的同心通道的第一部分，第一通道由中心环限定，第二通道被限定在中心环和外部环之间，中心环和外部环通过一个或多个轮辐连接，外部环具有适于保持密封环的外部槽；和
(b)包括盘的第二部分，盘在其中限定多个孔和中心通道，第二部分适于被固定在第一部分上使得该中心通道与第一部分的第一通道对齐且所述多个孔与第二通道对齐。
19.如权利要求18所述的密封板，其中第一部分的外部环包括内部环形唇。
20.如权利要求18所述的密封板，其中外部环限定形成在外部环的内表面和外部槽之间的至少一个排放孔。
21.如权利要求18所述的密封板，其中所述一个或多个轮辐包括中空内部。
22.如权利要求18所述的密封板，其中第二部分包括一个或多个凸起，适于与第一部分的中心环的一部分形成卡扣连接。
23.一种膜分离单元，包括：
(a)具有内部、外部和一对端部的盒体；
(b)设置在盒体内的至少一个膜；
(c)如权利要求18所述的密封板；和
(d)坐于密封板的外部槽中的密封环，密封环的横截面形状包括两个变平部分，所述两个变平部分在其间形成90°到175°之间的角度。
24.一种包括多个如权利要求18所述的密封板的密封板系统，其中所述系统包括单个第一部分设计和多个不同的第二部分设计，每个第二部分设计具有不同布置形式的孔。
25.如权利要求24所述的密封板系统，其中每个第二部分设计具有独特的颜色。
26.一种用于膜分离单元的密封板，其至少包括外部环，该外部环限定适于保持密封环的外部槽，该外部环包括内部环形唇。
27.一种膜分离单元，包括：
(a)具有内部、外部和一对端部的盒体；
(b)设置在盒体内的至少一个膜；
(c)如权利要求26所述的密封板；和
(d)坐于密封板的外部槽中的密封环，密封环的横截面形状包括两个变平部分，所述两个变平部分在其间形成90°到175°之间的角度。
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