CN100556514C - 膜组件以及用于制造膜组件的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的膜组件的特征在于，其具有混凝土凸缘。这种膜组件是通过以下过程制造的，即，首先使用粘性密封剂密封由多个陶瓷纤维膜5组成的捆束3的一端，随后将该捆束3压入模具中的大量流态混凝土47中。在大量混凝土47硬化之后，对捆束3的另一端重复进行该处理。最后，通过锯掉一片凸缘而打开纤维膜5的端部。

Description

膜组件以及用于制造膜组件的方法

技术领域

本发明涉及一种膜组件(membrane module)，其包括由多个陶瓷中空纤维膜组成的捆束(bundle)，该捆束的至少一端具有陶瓷凸缘。具有陶瓷中空纤维膜的膜组件例如可用于分离气体和液体的分离处理以及用于集中气体和液体的集中处理。由于表面/体积比相对很大，因此集中和分离处理的效率高。纤维膜的两端几乎总有凸缘。

背景技术

这种膜组件可从欧洲专利申请EP 0 941 759A中获知。在这里，凸缘由烧结的陶瓷坯泥(ceramic paste)制成。烧结处理相对较贵并且复杂，因此这样制造的膜组件也相对较贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种前序部分中所描述类型的膜组件，其可以比公知的膜组件更低廉地制造，并且比公知的膜组件更简单。为了这个目的，根据本发明的膜组件的特征在于，凸缘由混凝土制成。混凝土包括易于加工并且低廉的陶瓷材料。在使用由混凝土制成的凸缘的情况下，膜组件适合于在高温下应用，其特别耐化学腐蚀并且机械性能很好，因此根据本发明的膜组件的应用范围广、使用寿命高。

关于混凝土，原则上在市场上可得到的任何混凝土都适合在此使用。凸缘优选地由耐火混凝土制成。因此，可以用于更高的温度。

根据本发明的膜组件的一实施例的特征在于，凸缘覆盖有气密涂层，优选为陶瓷涂层或者釉涂层。

本发明还涉及一种制造根据本发明的膜组件的方法，该膜组件由通过多个陶瓷中空纤维膜组成的捆束构成，该捆束的至少一端具有凸缘。这种方法也可以从欧洲专利申请EP 0 941 759A中获知。

关于该方法，本发明的特征在于，首先密封纤维膜的至少一端，随后在模具中围绕纤维膜的密封端制造混凝土凸缘，之后等到混凝土硬化(hardening)，最后打开纤维膜的端部。

为了制造凸缘，优选地，首先将流态混凝土(fluid concrete)灌入模具中，随后将纤维膜组成的捆束的一端放置在流态混凝土中。可以使用例如粘土或者环氧树脂作为密封剂。凸缘的材料(混凝土)也可以被用作密封剂。通常在混凝土硬化之后，以同样的方式在纤维膜组成的捆束的另一端上制造第二凸缘。

为了使得纤维膜之间的空间很好地填充混凝土，这是膜组件良好工作所必须的，根据本发明方法的另一实施例的特征在于，当将纤维膜放置到模具中时，使纤维膜彼此保持一定距离。要实现这一点例如可以通过将纤维膜插入具有孔的板中，在这里板与纤维膜的端部保持一定距离，从而使得该板不会进入混凝土中。

为了防止纤维膜从混凝土中吸水而降低混凝土的质量，根据本发明方法的又一实施例的特征在于，在纤维膜的端部接触到混凝土之前，将纤维膜放置在液体中一段时间，优选为放置在水中一段时间。

对于膜组件的尺寸和形状的精度要求很高。为了获得具有高精度的膜组件，根据本发明方法的又一实施例的特征在于，在纤维膜组成的捆束放置在模具中之前，首先将它放入管中，之后将该管放入紧密配合的模具中，该管的壁垂直于底部。这样，可以确保纤维膜垂直于凸缘，从而使得膜组件具有很高的形状精度。

根据本发明方法的又一实施例的特征在于，在硬化时，混凝土凸缘保持在水中，之后干燥该混凝土凸缘。

根据本发明方法的又一实施例的特征在于，在硬化之后，锯掉凸缘和纤维膜的端部，从而打开纤维膜的端部并且将它们切割为正确的长度，之后将该膜组件加热到至少1000℃，优选为1200-1400℃。

根据本发明方法的又一实施例的特征在于，在混凝土硬化时，模具与混凝土中的纤维膜一起振动。因此，可以用混凝土更好地填充纤维膜之间的空间。此外，优选地，在硬化时，将用于加速硬化处理的催化剂加入混凝土中和/或升高温度。

优选地，在制造膜组件之后，至少对凸缘施加诸如釉涂层之类的气密涂层，从而使凸缘不透气。此外，在上釉之前，优选地对膜组件进行热处理工艺，从而使得膜组件消除应力。

此外，在制成膜组件之后，优选地，涂覆纤维膜。

附图说明

下面将根据附图更充分地说明本发明，该附图中示出了根据本发明方法的实施例。在这些附图中：

图1示出了根据本发明方法制造的膜组件的侧视图；

图2示出了从上方观察的膜组件的视图；

图3示出了用于制造膜组件的装置，其中该装置拆开以显示出各部件；

图4示出了从上方观察的该装置的模具的视图；

图5示出了在该方法第一步骤期间其内放置有纤维膜的装置；

图6示出了在该方法第二步骤期间的该装置。

具体实施方式

在图1和图2中，以侧视图和从上方观察的视图示出了由通过多个陶瓷中空纤维膜5组成的捆束3构成的膜组件1，该捆束3的各端均具有由耐火混凝土制成的凸缘7、9。关于混凝土，例如可以使用由荷兰的Goudkade 16，2802AA Gouda，Gouda Vuurvast公司制造的Flucon 180TFF耐火混凝土。纤维膜可以被涂覆或者也可以不被涂覆，并且凸缘可以由陶瓷涂层或釉涂层密封或者也可以不由陶瓷涂层或釉涂层密封。基于下面参考图3至图6进行的说明，将描述根据本发明制造这种膜组件的方法的一实施例。

在图3中，示出了用于制造膜组件的装置11，其中各个单独的部件已经被拆开。为了清楚起见，在图4中示出了从上方观察的下部部件，即模具13的视图。装置11包括模具13和可滑动进入紧密配合的模具中的管15。在管的端部17、19处的内径增大一定距离，从而可以将环21或者环23放置在其中。

模具13具有底部25和壁27，并且例如由聚丙烯、聚四氟乙烯、涂覆有聚四氟乙烯的铝或者与用于制造凸缘的铸塑用料(casting material)不会相互作用或者粘附的任意一种材料制成。壁27的下部33在内部35处略微呈锥形，从而便于移出在其中制造的凸缘。为了便于从模具进一步移出凸缘，在模具13的底部25上放置小板36，在发生硬化之后，通过将螺栓37旋入底部25中的具有螺纹的孔38而将该板推开。

壁的上部29的内部39为阶梯状，其中上阶的内径等于或略微大于管15的外径。

环21的内壁41的一端呈锥形，而环23的内壁43呈锥形并且与模具13的壁27的下部33的内壁35具有相同形状。管15、环21和环23优选地由与模具13相同的材料制成。

首先，已经被烧制(fire)的陶瓷纤维膜5的端部被放置在水中一段时间，所以在此之后它们不会从大量的流态混凝土中吸水，从而不会降低混凝土的质量。

接下来，用诸如粘土或者环氧树脂之类的粘性密封剂将纤维膜5的端部密封，并将流态混凝土47(混合有32ml水的400克混凝土粉末)灌入模具13中。在灌注混凝土之前，将小板36放置在模具13中。

为了使得凸缘垂直于纤维膜，首先将纤维膜5保持在环21中。该环21放置在预先滑动进入紧密配合的模具13中的管15中，同时将纤维膜5组成的捆束推入流态混凝土47中。

随后，混凝土47可以硬化。在硬化时，优选使混凝土在水中保持24小时。如有必要，可以通过振动整个单元和/或给混凝土添加催化剂以加速硬化。此后将螺栓37旋入孔38中，从而使得小板36推动刚由模具13制成的凸缘。随后，具有环21的管15从纤维膜组成的捆束3滑出，并且从管15中移走环21。之后，在室温下干燥凸缘，或者如果有必要，在升高的大约60℃的温度下干燥凸缘。

随后，环23滑入管15的一端，并且纤维膜组成的捆束3再次滑入该管中，同时通过附加的环23夹持已制成的凸缘7，见图6。现在，使用与上述相同的方法制造另一个凸缘，并且具有环23的管15从纤维膜组成的捆束3滑出。

此后，通过锯掉其内具有纤维膜的密封端的、凸缘的端部45而打开纤维膜5的端部。在已制成膜组件之后，对它进行热处理工艺，从而强化该膜组件并且使其消除应力和防止收缩。为此，将膜组件加热大约22小时长的时间，其中的2小时达到最高温度1200到1400℃。最后，将陶瓷涂层或者釉涂层施加于凸缘从而使得它们不透气，并且也可以将涂层施加于纤维膜。

尽管上面根据附图对本发明进行了说明，但应当注意到本发明并不受限于附图所示的实施例。本发明也可扩展至权利要求书所限定的范围内的不同于附图所示实施例的所有实施例。因此，例如，提到的环可以由设有孔的盘所代替，其中纤维膜可以穿过这些孔放置，从而保持纤维膜彼此以一定距离间隔开，从而可以使流态混凝土更好地进入到纤维膜之间。

Claims (15)

1.膜组件，包括由多个陶瓷中空纤维膜组成的捆束，该捆束的至少一端具有凸缘，其特征在于，所述凸缘由混凝土制成。

2.如权利要求1所述的膜组件，其特征在于，所述凸缘由耐火混凝土制成。

3.如权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于，所述凸缘覆盖有气密涂层。

4.如权利要求3所述的膜组件，其特征在于，该气密涂层为陶瓷涂层或者釉涂层。

5.用于制造如上述任一项权利要求所述的膜组件的方法，其中该膜组件由通过多个陶瓷中空纤维膜组成的捆束构成，该捆束的至少一端具有凸缘，其特征在于，首先密封所述纤维膜的至少一端，随后在模具中在所述纤维膜的密封端上制造混凝土凸缘，之后等到混凝土硬化，最后打开所述纤维膜的端部。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，为了制造所述凸缘，首先将流态混凝土灌入该模具中，之后将所述纤维膜组成的捆束的一端放到流态混凝土中。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当将所述纤维膜放置到该模具中时，所述纤维膜彼此保持一定距离。

8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述纤维膜的一端接触到混凝土之前，首先将所述纤维膜放置在液体中一段时间。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述液体为水。

10.如上述权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在将所述纤维膜组成的捆束放置在该模具中之前，首先将该捆束放入一管中，之后将该管放置于紧密配合的模具中，该管的壁垂直于底部。

11.如上述权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在硬化所述混凝土凸缘时将所述混凝土凸缘保持在水中，之后干燥所述混凝土凸缘。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在硬化之后，锯掉所述凸缘和所述纤维膜的端部，从而打开所述纤维膜的端部并且将它们切割为正确的长度，之后将该膜组件加热到至少1000℃。

13.如上述权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在混凝土硬化时，使模具与混凝土中的所述纤维膜一起振动。

14.如上述权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在制造该膜组件之后，至少对所述凸缘施加气密涂层。

15.如上述权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在制造该膜组件之后，对所述纤维膜进行涂覆。

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