CN101287539B - 空心纤维组件 - Google Patents

Abstract

空心纤维盒，其包括空心纤维垫的叠层。该叠层具有主轴线和两个端面。每一垫基本上垂直于该轴线。每一端面接合有端盖。

Description

空心纤维组件

技术领域

本发明是一种空心纤维组件以及它的制造方法。 

背景技术

空心纤维膜基本上垂直于组件主轴线的空心纤维膜组件是已知的。法国专利2,222,134；欧洲专利申请公开号350,853和521,495；以及美国专利5,164,081中图解了这种类型的空心纤维膜组件，各自在此引入作为参考。在每个例子中，空心纤维垫被嵌入封装材料的环形圈中。然后，将这些嵌入的垫插入壳体中以形成组件。这些现有技术组件的难点在于，它们的造价很高，因为它们需要使用铸模，该铸模必须被破坏以使得与形成的嵌入的垫分离。模分离步骤是劳动密集型的并且耗费时间。 

因此，需要一种更具成本效益的组件以及它的制造方法。 

发明概述 

空心纤维盒包括空心纤维垫的叠层。该叠层具有一主轴线和两个端面。每个垫基本上垂直于轴线。端盖被集成在每个端面上。 

可选择地，空心纤维盒包括具有周边部分的空心纤维垫。存贮垫的叠层。每一垫的周边部分与相邻垫的边缘部分对准。该叠层具有一主轴线和两个端面。每一垫基本上垂直于轴线。端盖被集成在每个端面上。使用封装材料在堆叠的垫的周边部分形成一层壁，并且将端盖和该叠层粘合。 

附图说明

为了说明本发明，在附图中图示了目前优选的形式；然而，应当理解，本发明不局限于所图示的具体结构和手段。 

图1说明了组装的空心纤维组件。 

图2说明了除去杯壁前的空心纤维盒。 

图3说明了除去杯壁后的空心纤维盒。 

发明详述 

参照附图，其中相同的数字表示相同的部件，在图1中显示了具有主轴线A的空心纤维组件10。 

组件10包括壳体12以及盒18。可以通过任何合适的方法将盒18固定在壳体12中。例如，在图1中，盒18由固定夹38固定就位。其它方法(没有显示)包括胶粘、焊接、旋转熔接、螺纹连接，等等。这些方法可以将盒18永久地固定在壳体12中，或者可以使盒18从壳体12中移除。这些方法应该确保壳体12和盒18保持流体密闭地接合。 

壳体12是一般杯状的壳体，并且，优选地具有径向孔14和轴向孔16。壳体12为能容纳盒18的大小。壳体12可以由任何材料，例如金属、塑料或者复合物，制成。壳体12优选为模制件。盒18适合于插入壳体12中。优选地，孔14和16可以设有用于和系统联接的联接机构，例如：螺纹(内/外螺纹)，等等。 

盒18适合于插入壳体12中。盒18包括具有轴向孔28的远端端盖22，具有轴向孔26的近端端盖24，夹在盖22和24之间的空心纤维垫的叠层30，以及限定垫的周边部分的壁32，其与端盖22和24相接合，并且在端盖22和24之间是连续的，或者说整体的。任选地，垫的叠层30可以包括一个或多个挡板36。优选地，孔26可以设有用于和系统联接的联接机构，例如，螺纹(内/外螺纹)，等等。 

组装后，组件10包括顶部空间34。顶部空间34由盒18的壁32以及壳体12的内部侧壁形成。在壁32的外表面，顶部空间34与轴向孔14和垫的空心纤维的开放端连通。此外，将端盖22和24与壳体12的内壁封闭为流体密封。在图1中，采用“O”形环37来图示该密封，但是，该密封不因此而受限制并且可以使用其它的密封方法。这样的密封方法包括胶粘、焊接、旋转熔接、螺纹连接，等等。 

操作中，组件10可以用作薄膜接触器、或膜滤器、或换热器。例如，经由轴向孔16将流体引入组件10，并且经由轴向孔26流出(或者反之亦然)。当流体越过空心纤维的外表面时，可以除去或添加流体(薄膜接触器)，可以阻隔不需要的材料(过滤)，或者可以增加或除去能量(例如，加热或者冷却)(热交换)。依据组件的用途，空心纤维的特征会发生变化。 

在薄膜接触器模式中，除去的流体穿过空心纤维，进入腔管，并且经由顶部空间34穿过径向孔14流出。可以通过真空或半真空、和/或残气的运用(如果在壳体12上增加另一个孔，并且将顶部空间34分隔)来促进流体的去除。或者，可以将流体(例如，气体，比如二氧化碳、氮气、氧气，等等)引入该流体中。引入该增加的流体，穿过径向孔14，到顶部空间34，再到空心纤维腔管，并且穿过空心纤维的壁，流出而进入流体。 

在过滤模式中，经由孔26将污染的流体引入，并且经由孔16流出(或者反之亦然)。空心纤维的壁阻隔污染物。可以通过在空心纤维的腔管侧上形成真空(或半真空)来促进阻隔。 

在换热器模式中，可以通过以下方法来实现加热或冷却。首先，在壳体12上增加第二个孔，并且将顶部空间34分隔。经由孔26引入第一流体，并且经由孔16流出(或者反之亦然)。经由孔14将第二流体引入被分隔的顶部空间34中，穿过空心纤维腔管，并且经由该被分隔的顶部空间再经由第二壳体孔而流出。 

使用以下方法来制造组件10： 

参照图2，用空心纤维垫42的叠层30填充杯状盒壳体40，并且用盖44封闭。将垫42加工成能填充壳体40空腔的尺寸，并且堆叠以使得它们基本上垂直于主轴线A。可以使用任何材料来制造壳体40和盖44。这样的材料包括聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、Noryl

、PVDF、PFA，或其它的氟化塑料、纤维-加强塑料、聚砜类、聚碳酸酯、聚酰胺、金属，等等。 

空心纤维是具有腔管以及围绕该腔管的壁的纤维。空心纤维可以具有实体壁、多孔壁、或者微孔壁(例如，对称小孔、非对称小孔、皮薄膜等等)。可以使用任何材料来制造这些空心纤维。这样的材料包括聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、多甲基戊烯)、聚砜类(例如，聚砜、聚醚砜、聚芳砜)、纤维素和它的衍生物、PVDF、多苯基氧化物(PPO)、PFAA、PTFE、其它的氟化聚合物、聚酰胺、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺、离子交换膜(例如，Nafion

)，等等。 

空心纤维垫可以是纺织的、编织的、或以总体上的板状结构结合在一起，该结构中包括大量结合在一起的空心纤维。垫的空心纤维可以具有相似的材料和性质，或可以具有多种材料和/或性质。这些垫可以从大的编织物上切割下以获得所期望的大小与形状。每一垫具有周边部分。当切割时，优选地将纤维的末端封闭(即，捏闭)，以使得在后续步骤中封装材料不被吸入腔管中。可以通过冲切、超声波切割、刀切(例如，热的)，等等来实现切割。 

当将垫堆叠入盒壳体40的空腔时，垫的周边部分对准。 

盖44跨过盒壳体40开口端的放置。盖44与壳体40相连。可以通过任何方法来实现该连接，例如胶粘、焊接、或螺纹连接。重要的是，盖44沿其接触面与壳体40结合。优选地，盖44包括一个大致平截的末端开口的圆锥体。在制造工艺的下一步操作期间，壳体40和盖 44将垫的叠层30固定就位。 

经由轴向孔26将壳体40和盖44安装在可以围绕主轴线A旋转该结构的装置上。在旋转期间，将流体封装材料引入盖44圆锥体的开口端。通过离心力的作用，封装材料到达壳体40的内壁并且从而形成壁坯46。优选地，当封装材料有充分的时间固化至不再流动或基本上不流动时(即，保持或基本上保持壁坯46的形状)，停止旋转。 

封装材料可以是任何材料，例如，热固或热塑材料。带着以下示例性考虑因素来选择这些材料：与空心纤维的键合强度、盒壳体40和盖42、机械强度、以及耐化学性。示例性的封装材料包括，但不局限于，环氧化物和聚烯烃。 

上述旋转步骤可以进一步说明如下，应当理解，本发明并不因此而受到限制：盒可以水平地旋转。旋转速度可以为300-4000rpm(取决于，例如，封装粘性)。如果在室温下固化，旋转至基本上没有流动可能要花费至24小时；但是，如果在高温下固化，则可以缩短处理时间，例如在50℃，旋转时间可以降至2小时，并且在65℃，旋转时间降至0.5-0.75小时。为了达到最终的固化并且减少在旋转装置上的时间，可以将基本固化的盒置于加热装置内或加热装置上。加热装置可以是烘箱或加热的滚动装置。加热的滚动装置优选为“热狗”炉灶(即，在加热滚筒上缓慢旋转该盒的装置)。该装置的温度应该尽可能地高，然而并非高得以至于损害空心纤维或盒。 

在封装材料凝固后，将过剩的材料切除。参照图3，其图示了加工之后的盒。需注意的是，此处部分壳体40为近端端盖24，此处部分盖42为远端端盖22，而且壁32与端盖22和24相接合。此外，已将壁坯46切割以形成壁32，并且这样一来，空心纤维的末端被打开，以与顶部空间34连通。为了空心纤维不被封闭，切割壁坯46时应当小心。建议当使用车床时，刀刃不放在该盒的中线上，而是放在该中线的上方或者下方。 

在盒18被机加工成最终形状后，将其插入壳体12中。参照图1，显示了盒18位于壳体12内部。壁32和壳体12的内表面之间限定了顶部空间34。端盖22和24和壳体12的内壁流体密闭接合。可以通过任何方法来实现该流体密闭接合。例如，可以通过O形环、胶合、焊接、旋转熔接、超声波焊接、螺纹连接，等等的方法来实现该接合。 

在不背离本发明的精神和必要特征的情况下，本发明可以具体表现为其它的形式，因此，应当参照作为表示本发明保护范围的所附权利要求书，而不是上述说明书。 

Claims (13)

1.一种空心纤维盒，其包括：

空心纤维垫的叠层，所述叠层具有主轴线和两个端面，每一所述的垫基本上垂直于所述的轴线；

至少一个端盖，其具有轴向孔并且与一个所述的端面接合；以及

封装材料的壁，其限定了所述的垫的周边部分，并且所述壁与端盖相接合，并且在端盖之间是整体的。

2.如权利要求1所述的空心纤维盒，进一步包括：具有轴向孔并且与每一端面接合的端盖。

3.如权利要求1所述的空心纤维盒，其中，所述封装材料是热固材料或热塑材料。

4.如权利要求1所述的空心纤维盒，其中，每个所述垫的空心纤维具有实体壁、多孔壁、或微孔壁。

5.一种空心纤维组件，其包括含有如权利要求1所述的盒的壳体。

6.一种空心纤维盒，其包括：

具有周边部分的空心纤维垫；

所述垫的叠层，其中，每一所述垫的所述周边部分与相邻的所述垫的边缘部分对准，所述叠层具有主轴线和两个端面，每一所述垫基本上垂直于所述主轴线；

两个端盖，每个端盖具有轴向孔，并且与每个所述端面接合；以及

封装材料，其在所述垫的所述周边部分形成壁，并且所述壁与端盖相接合，并且在端盖之间是整体的。

7.如权利要求6所述的空心纤维盒，其中，空心纤维叠垫的叠层进一步包括至少一个挡板。

8.一种空心纤维组件，其包括含有如权利要求6所述的盒的壳体。

9.如权利要求8所述的空心纤维组件，进一步包括所述盒和所述壳体之间的顶部空间，并且所述顶部空间是被分隔的。

10.一种制造空心纤维盒的方法，其包括如下步骤：

用各含有空心纤维的空心纤维垫的叠层装填具有主轴线的盒壳体，所述垫基本上垂直于所述轴线，并且每一垫具有周边部分；

用盖封闭壳体；

灌封垫叠层的周边部分，并且沿壳体的内表面形成壁，将壳体的下部与盖接合；以及

除去壳体侧壁部分，形成端盖，所述壁与所述端盖相接合，并且在端盖之间是整体的，并且暴露空心纤维的腔管。

11.一种制造空心纤维组件的方法，其包括以下步骤：

将如权利要求1或6所述的空心纤维盒插入组件的壳体中。

12.如权利要求10所述的方法，其中，空心纤维具有实体壁、多孔壁、或者微孔壁。

13.如权利要求10所述的方法，其中，盖具有截锥体的形状。

Images