CN101939263A - 脱盐系统及其元件 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面，提供了一种脱盐系统，包括多个细长的压力容器(PV)。每个PV均具有纵向轴线，定向成使得其纵向轴线具有竖直定向。每个PV均适于在其中接收n个脱盐膜。位于PV内最下面的膜上方的多个膜具有的总重量允许将这多个膜用作限制最下面的膜的轴向膨胀的机构，从而PV没有任何额外的限制机构。

Description

脱盐系统及其元件

技术领域

本发明涉及脱盐系统，具体地涉及包括多个压力容器的反渗透(RO)脱盐系统、其中使用的脱盐膜、用于安装所述膜的设备以及用于评估其工作状态的装置。

背景技术

RO脱盐系统在本领域中是广为人知的。参照图1，示出了RO脱盐系统的一个实例：

整体用1标出的如上所述类型的RO脱盐系统包括：由支撑结构3支持的多个压力容器(PV)2，所述结构3包括用于将每个PV2支撑在水平方向上的支架4。事实上，每个PV均通过支撑结构3悬置，从而使得在沿着其长度的几个点处从下面对其进行支撑。

每个PV 2均具有前端和后端，并具有居中设置的渗透管，该渗透管在PV的前端连接至前部生产线5，并在PV的后端连接至后部生产线(未示出)。此外，每个PV 2均在其前端连接至用于向PV供应待脱盐的原料流体的进料管线6，并在其后端连接至盐水(brine)管线(未示出)。

每个PV 2均具有安装于其中的多个RO膜10，图2中示出了该膜的典型设计。如图2所示，膜10包括多孔渗透管12，该渗透管上缠绕有构成膜芯的多层膜片14，并且包括包封外壳18。

缠绕的多层膜片14在其一个表面上限定与进料水接触的废物侧(reject side)，并在其相对的表面上限定与已由于反渗透而通过该膜片的进料水(即，渗透物)接触的渗透物侧。渗透管12形成有适于收集所述渗透物的孔13，所述渗透物适于经由分别由膜10的渗透管12的前端和后端构成的前部中心端口12a和后部中心端口12b从PV离开。

多层膜片14包括两个膜层14a、设置于这两个膜层之间的渗透层14b、以及进料垫片16。多层膜片14缠绕在渗透管12上，渗透管的前端12a适于与进料管线6流体连通，从而构成PV的用于引导待脱盐的原料流体的周向进料入口17a，并且渗透管的后端12b适于与盐水管线流体连通，从而构成PV的用于使盐水从此离开的周向盐水出口17b。

在工作中，在PV的前端12a处向周向进料入口17a提供进料水F，以使进料水在箭头19的方向上轴向地流动。渗透管12收集渗透物P，以分别通过前部渗透物端口15a和后部渗透物端口15b离开，并且通过位于PV的后端12b处的周向出口17b去除盐水(有时被称做“浓缩物”)B。

在组装时，将膜10定位于PV 2内，从而使得前部渗透物端口15a和后部渗透物端口15b分别连接至前部和后部渗透管线5，前部周向端口17a连接至进料管线6，并且后部周向端口17b连接至盐水管线。

当将膜10装入PV 2中时，将膜10水平地插入PV 2中，并且在PV 2内移动，直到此膜到达其在PV中的期望位置为止。当卸除膜10时，打开PV 2的两端，从而可从PV 2的一侧推动膜10，以从PV的另一侧离开。

然而，已知的设计是其中PV竖直地设置，即，PV具有顶端和底端，并且其中，膜的装入和卸除通过PV的顶端来执行。由于膜的装入和卸除通常是一个复杂且耗时的过程，所以已知这种PV采用少量的膜，例如，一个或两个，并且这些膜具有更小的直径(因此对应地具有更小的重量)。

发明内容

根据以下描述的本发明的不同方面，提供了脱盐系统、脱盐膜、用于将脱盐膜安装在脱盐系统中的设备、其工作的方法以及用于监控其工作的方法，上述各项尤其适于反渗透(RO)脱盐，但也可用在其它类型的脱盐系统中，例如，纳米过滤(NF)、微过滤(MF)和超过滤(UF)。其适于本说明书中详细描述的螺旋膜，并也适于空心纤维膜。

根据本发明的一个方面，提供了一种脱盐系统，包括多个细长的压力容器(PV)，每个压力容器均具有纵向轴线，定向成使得其纵向轴线具有竖直定向，每个所述PV均适于在其中接收n个脱盐膜，位于PV内最下面的膜上方的多个膜具有的总重量允许将这多个膜用作限制最下面的膜的轴向膨胀的机构，从而该PV没有任何额外的限制机构。

还应该指出，由于PV的竖直定向以及参数n和D，膜的重量还允许防止在脱盐工序的开始和结束过程中膜在PV内的位移。

防止膜的热膨胀、以及其在PV内的位移防止了将高压海水区域与低压脱盐产品区域隔离的O形环的扭曲，这种扭曲可导致隔离的丧失以及海水浸入脱盐产品中。

另外，上述设备允许消除对适于防止膜在PV内的位移的填垫组件(shimming assembly)的需求。现有的人工填垫方法以垫片和垫圈为基础，这些垫片和垫圈并非很有效，因为需要一年打开PV若干次，以重新进行填垫。现有的自动填垫机构复杂且通常不使用。

例如，D可以至少是20″，更具体地，至少是18″，甚至更具体地，至少是16″。对于后一种情况，即，16″膜，膜的个数n可以至少是10，更具体地，至少是8，甚至更具体地，至少是5。对于较大直径的膜，例如18″，膜的个数n可以至少是8，更具体地，至少是6，并且更具体地，至少是4。上述实例是指重量为大约80Kg的脱盐膜。

具体地，在温差为15℃时，热膨胀效果可导致每个膜膨胀大约3mm。因此，还应该理解，在水平构造中，这种膨胀可阻碍PV的适当关闭，需要对膜施加压力或缩短其导管的一部分，通过使用上面建议的竖直设备能很好地避免此工序。

PV可以都安装在水平基面上，从而使得其所述纵向轴线垂直于所述水平基面，即，具有竖直定向，从而允许通过所述PV的远离所述水平基面的端部将所述膜装入所述PV中和从所述PV中卸除。

通过以上设计，可提供同时将多个膜装入单个PV中和从单个PV中卸除，并从相同的高度水平统一地接近每个PV。

在下文中，所述PV的靠近所述水平基面的端部将被称为“底端”，并且远离所述水平基面的端部(即，通过其执行装入和卸除的端部)将被称为“顶端”。所述水平基面将被称为“底部基面”。

所述PV的底端和顶端可适于连接至底部和顶部管道网格(grid)，以为所述系统供给待脱盐的流体，将由此产生的渗透物、以及盐水从所述系统移除。

所述底部管道网格可设置在所述底部基面上，并且所述顶部管道网格可设置在位于所述底部基面上方的顶部基面上。因此，所述底部基面可构成至少用于所述底部管道网格的底部维修/维护平台，并且所述顶部基面可构成至少用于所述顶部管道网格和用于所述膜的装入/卸除的顶部维修/维护平台。

应该指出，在以上系统中可使用几种构造的管道网格，例如，以下各项之一：

a)底部管道网格可提供进料供应和前部渗透物移除，并且顶部管道网格可提供盐水和后部渗透物移除；

b)底部管道网格可提供盐水和后部渗透物移除，并且顶部管道网格可提供进料供应和前部渗透物移除；以及

c)以上构造(a)和(b)的组合，其中，部分PV根据构造(a)连接，并且部分PV根据构造(b)连接。

当PV中容设有多个膜时，每个膜均具有纵向轴线，所述膜以其纵向轴线与所述PV的纵向轴线重合的方式一个堆叠在另一个的顶部上。

因此，根据本发明的另一方面，提供了一种适于接收在PV内的膜，所述膜包括具有沿着其限定的纵向轴线的主导管(例如，膜中的渗透管)、缠绕在所述主导管周围的多层膜片、以及包封所述膜片的外壳，其中，所述外壳具有这样的机械特性以使得当位于所述PV内时轴向地支撑堆叠在其上的预定个数的类似膜的大部分重量。

相对于本发明的以上方面和前面论述的管道网格设备，应该理解，当使用管道网格构造(a)时，待脱盐流体的向上流动在向上方向上对膜施加压力，这可有效地减小施加在每个膜的外壳上的负载。

可替代地，应该理解，当使用管道网格构造(b)时，待脱盐流体的向下流动在向下方向上对膜施加压力，这可防止在系统的启动过程中膜在PV内的位移，当使用向上流动时可能出现该位移。

根据本发明的又一方面，提供了一种包括主导管的膜，该主导管具有沿着其限定的纵向轴线，其中，所述主导管适于在其中接合地接收用于将所述脱盐膜悬置在竖直方向上以插入竖直定向的PV中的锚定设备。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于悬吊具有直径为d的中心导管的膜的锚定设备，所述锚定设备包括中心管线，沿着该中心管线布置有周向悬挂件，其中，每个所述悬挂件均适于呈现第一收回位置和第二展开位置，在该第一收回位置，每个悬挂件围绕所述管线的径向延伸的直径d₁＜d，以允许在所述收回位置将锚定设备插入所述导管中，并且在该第二展开位置，每个悬挂件围绕所述管线的径向延伸的直径d₂＞d，以允许在其所述展开位置中悬挂件与中心导管的表面之间的接合。

所述锚定设备可以是吊钩机构的形式，适于接合预形成在所述主导管中的锚定元件，以悬吊所述膜。例如，所述导管可形成有适于接收所述锚定设备的对应吊钩的凹槽。应该理解，所述锚定元件不应干涉所述膜的工作。

可替代地，所述主导管可以具有至少一层可弹性变形材料，允许主导管在未刺破的情况下变形，并且所述锚定设备可形成有悬挂件，该悬挂件适于通过使可变形材料弹性地变形至足以提供对所述膜的安全悬吊的程度而接合所述可变形材料。

根据一种具体设计，所述悬挂件可以是凸起的形式，从而使得锚定设备具有蜂刺状的形状。根据另一种具体设计，所述悬挂件可以是形成有中心部分和设置在所述中心部分的相对侧上的至少两个端部的连接件的形式，所述连接件铰接地连接至所述中心管线，允许连接件呈现第一松开位置和第二连接位置，在该第一松开位置，连接件大体上平行于中心管线延伸，并且在该第二连接位置，连接件大体上横切于所述中心管线延伸。当处于所述松开位置时，所述连接件适于在所述主导管内移动，并且当处于所述连接位置时，所述端部适于抵靠所述主导管的内表面，从而牢固地接合此膜。

根据一个具体实例，所述锚定设备可包括至少一个可充气构件，该可充气构件适于呈现第一放气位置和第二充气位置，在该第一放气位置，其可插入所述主导管中，并且在该第二充气位置，其适于牢固地接合主导管的内表面，以允许锚定所述膜，进而允许将所述膜插入所述PV单元中/从所述PV单元中移除。

所述至少一个可充气构件可由弹性材料制成，适于在所述充气位置呈现比由此在所述放气位置呈现的那些尺寸大的尺寸。特别地，可充气构件在充气位置过程中的尺寸可大于主导管的尺寸。

根据以上实例，所述可充气构件可由不可渗透的材料制成，并且由于将流体(液体或气体)材料引入其中而适于呈现充气位置。

根据以上实例的锚定设备可包括围绕所述中心管线并沿着其延伸360°的单个可充气构件，从而使得由于膜的重量而施加在锚定设备上的负载围绕中心管线均匀地分布。可替代地，所述锚定设备可包括围绕中心管线并沿着其均匀地设置的多个可充气构件，以使施加在中心管线上的负载均匀地分布。

根据又一实例，所述锚定设备可包括主体和多个可充气构件，每个可充气构件均接收在形成于主体中的凹槽内。可充气构件可适于接收来自外部源的空气(或任何其它气体)。

根据又一实例，锚定设备可包括中心管线，并具有铰接地连接至所述中心管线的枢轴元件，每个枢轴元件均具有第一端和第二端，并在第一端和第二端中的每个装配有适于接合膜的导管的压板。

这样布置可以使得枢轴元件在偏离枢轴元件的中心的一点处铰接至中心管线，即，枢轴点与第一端之间的距离大于枢轴点与第二端之间的距离。因此，当竖直地定位锚定设备时，枢轴元件的不对称性可适于使锚定设备偏移到其展开位置。

以上锚定设备可设置有适于使锚定设备偏移到收回位置的触发元件，因此允许将锚定设备插入所述导管中。

当上述膜装配在根据本发明的第一方面的脱盐系统中时，所述膜一旦被悬吊，就可以使其处于PV的顶端上方的期望位置，从而使得所述膜的纵向轴线与所述PV的纵向轴线对准。然后，可以使膜降低到所述PV中，直到其到达PV的底端或邻接已经位于所述PV内的另一个膜为止。

当使用竖直定向的PV时，上述锚定设备允许同时将多个膜插入其中或从其中移除。特别地，由于多个膜一个堆叠在另一个的顶部上从而使得其主导管彼此对准，可将所述锚定设备插入顶部膜的主导管中，并可选地降低而穿过其它膜的主导管，直到其到达期望膜的主导管为止，并接合期望膜的导管，从而可同时从锚定设备悬吊多个膜。为了允许这样，此接合应足够坚固，以承受所述多个膜的重量。

根据本发明的又一方面，提供了一种适于将至少一个脱盐膜从竖直定向的PV的顶端移除的两级锚定设备，所述锚定设备包括适于固定地附接至所述PV的第一锚定组件以及适于附接至所述至少一个脱盐膜的第二锚定组件，其中，所述第二锚定组件适于与所述脱盐膜一起相对于所述第一锚定组件竖直地移动，并且所述第一锚定组件适于与所述第二锚定组件和所述脱盐膜一起相对于所述PV竖直地移动。

所述第一锚定组件可适于安装在轨道系统上，允许该第一锚定组件沿着轨道系统移动。所述第二锚定组件可大体上类似于相对于本发明的前一方面描述的锚定设备。

每两个相邻膜之间可设置有接合器，该接合器适于以彼此完全对准的方式密封地连接其相邻端。

根据一个实例，接合器可由设置在膜的主导管内部的接合单元提供，该接合单元可具有第一部分和第二部分，该第一部分可装配在一个膜的导管中，该第二部分可装配在相邻膜的导管中。根据另一实例，所述接合单元可以是设置在膜的主导管外部的紧固件的形式。

根据本发明的又一方面，提供了一种脱盐系统，包括：至少一个PV，具有纵向轴线、且适于在其中接收两个或更多个脱盐膜；以及可选的接合器，适于连接至相邻脱盐膜，所述系统进一步包括沿着所述纵向轴线设置的多个感测器，其中，所述多个感测器中的每个均至少位于一个所述PV、一个所述脱盐膜和可选的接合器中，并且其中，所述多个感测器中的每个均适于测量以下各项中的至少一项：

a)通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的质量；以及

b)通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的流速。

根据本发明的又一方面，提供了一种适于连接两个相邻脱盐膜的接合器，所述接合器包括适于测量以下各项中的至少一项的至少一个感测器：

a)通过位于接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的质量；以及

b)通过位于接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的流速。

根据本发明的又一方面，提供了一种包括适于测量以下各项中的至少一项的至少一个感测器的脱盐膜：

c)通过所述膜的流体的质量；以及

d)通过所述膜的流体的流速。

所述感测器可持续地工作，从而测量脱盐系统的工作过程中的参数。可替代地，所述感测器可适于分段工作，从而按照预定时间段对以上参数取样。

所述感测器可适于利用内部电源(例如电池)或外部源(例如通过来自该外部源的电感)工作。

所述感测器可适于将基于由此进行的测量而产生的数据传输至外部源，例如，位于所述PV外部的读取器。

所述感测器还可适于通过所述读取器来操作，其中，所述读取器甚至可用作该感测器的外部电源。所述读取器可适于在不同的感测器之间移动，以使其邻近所述感测器定位。在这种情况下，当读取器邻近所述感测器定位时，两个物品之间的电感可使得感测器进行测量并向所述读取器提供数据。数据从所述感测器到所述读取器的传输可以无线方式执行。

所述读取器可适于沿着特定PV在其外侧上向上和向下移动，并处于与不同感测器对准的位置，以允许任何上述的其工作。为了允许此模式的工作，可提供适于沿着水平面移动的位移机构，该水平面可以是所述顶部维护平台，并且该位移机构包括悬吊装置和一端连接至所述装置且另一端连接至读取器以用于悬吊读取器的电缆。将读取器附接至所述悬吊装置的电缆可以是数据电缆，并且所述装置又可直接或无线地连接至主机(MFC)，从而可将通过读取器收集的所有数据传输至所述MFC。

在脱盐系统的工作中，将所述位移机构定位在竖直定向的PV的阵列上方，并且为了收集来自容纳在一个竖直设置的PV内的一个感测器的测量结果，可执行以下步骤：

a)沿着水平面移动所述位移机构，以位于期望的PV上方；

b)沿着PV的竖直方向移动所述读取器，以与所述感测器对准；

c)可能地通过读取器操作所述感测器，以进行所需的测量；

d)通过读取器收集所述测量的数据；以及

e)将所述数据传输至MFC。

通常，相对于诸如感测器、读取器等的附件，PV的竖直定向由于竖直悬吊而可轻松地操纵所述附件，消除了对用于水平位移的复杂运输构造的需求。

从各感测器收集的数据可用来执行对不同PV内的不同膜的状态的分析。例如，对从特定PV的所有膜收集的数据的分析可提供关于一个膜失效或故障的指示。

一旦已经检测到故障膜，就可将其替换掉。为了替换PV中的这种膜，可将处于收回位置的所述锚定设备从PV的顶端插入膜的主导管中，可能地已穿过前面的膜(即，比受损膜更靠近PV的顶端设置的膜)的主导管。然后，锚定设备可开始呈现其展开位置，以固定地接合所述受损膜，并且可选地，接合堆叠在受损膜上的所有前面的膜，并且可升高，承载所述故障膜以及定位为堆叠在其上的所有前面的膜。

然后，可将故障膜移动至PV外部的位置，以放置在一表面上，例如，所述底部维护表面，在该底部维护表面处，所述锚定设备可与故障膜脱离，并继续获得替换膜，以插入所述PV中。

对于仅将故障膜从PV中移除的情况，即，没有堆叠在其上的额外的膜，锚定设备可呈现收回位置，并从所述受损膜的主导管向上离开。

对于所述故障膜上已堆叠多个额外的膜的情况，所述锚定设备可呈现收回位置，在该收回位置，其仅从故障膜的主导管离开，即，仍接收在所有前面的膜的主导管内。一旦离开，所述锚定设备可重新呈现展开位置，从而至少接合最底部的前一膜，即，定位为直接位于所述受损膜上方的膜。在此位置，可悬吊所有所述前面的膜，并重新引入所述PV中。

在将所述前面的膜重新引入所述PV中时，所述锚定设备可进一步继续获得替换膜，以替换所述故障膜，并且将替换膜放在所述PV内的所述前面的膜的顶部上。可替代地，所述锚定设备可首先将新的膜插入所述PV中，然后仅将所述前面的膜重新引入所述PV中，如前面所描述的。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于监控PV中的多个脱盐膜的状态的方法，包括：为所述膜设置如上所述的感测器；接收从所述感测器收集的输入数据；分析所述数据；以及提供表示关于至少一个所述膜的所述状态的输出数据。

所述分析可包括对由至少一个感测器测量的值进行归一化，以显示膜状态的定性图表，该定性图表的形式为允许提醒操作者可能有故障但不要求操作者了解所述值。

其中，上述方法可允许接近实时的膜故障检测、故障膜的精确定位(pin-point)、以及精确且节省成本的测量。

根据本发明的又一方面，提供了一种脱盐系统，包括：

a)竖直设置的PV的阵列，每个PV均容纳一个或多个脱盐膜；

b)管道网格，适于将待脱盐的流体引导至所述PV并将产生的渗透物从所述PV导出；

c)多个感测器，沿着每个PV的纵向轴线设置、且适于测量通过所述一个或多个膜的流体的流速和/或质量；以及

d)读取器，连接至MFC、且适于沿着所述PV移动，以与所述多个感测器中的至少一个对准，以接收来自该感测器的数据。

所述系统可以是全自动的，并由MFC控制，消除了对人工执行测量、替换膜等的需求。例如，每个PV和其中的每个膜均可具有其自己的可被MFC识别的索引号(indexing number)，从而在检测到受损膜时，如下执行膜的替换：

a)MFC接收PV和需要替换的膜的索引号；

b)向锚定设备(同样与MFC连接并由其控制)发出指令，以移动至所述PV上方的一位置；以及

c)如前所述地替换所述膜。

所述系统可进一步适于自动地执行监控PV中的多个脱盐膜的状态的方法，如上所述，从而甚至可以自动化的方式实现受损膜的检测。

根据本发明的又一方面，提供了一种脱盐系统，包括至少一行PV，每个PV均在其第一端具有进料入口，并在其第二端具有盐水出口，且每个PV均装有至少一个脱盐膜，所述PV适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通过，其中，所述进料入口装配有适于获得引入所述流体中且在PV内部沿着PV通过的测试物质的第一组参数的第一感测器，并且所述盐水出口装配有适于获得测试物质的第二组参数的第二感测器。

获得的这些组参数可用在对从所述流体入口通过所述PV流至所述流体出口的流体的参数的诊断中。

特别地，所述第一感测器和所述第二感测器都可适于检测所述测试物质的存在并适于检测其浓度。因此，每个感测器均可提供两个参数：C-测试物质的浓度以及t-检测测试物质的时间，从而总共得出四个参数。这些参数可用于确定每个PV内的流速。精确的公式和说明将在详细描述中论述。

还应该理解，利用测试物质来确定PV内的流速，消除了对复杂且昂贵的流量计的需求。另外，流量计通常装配在主进料管线的远端处，向整行PV提供进料，并且，在进入各行PV之前，在流量计的位置之前和之后要求预定长度的主进料管线，以允许精确地测量流速(例如，对于直径D的进料管线，需要在流量计之前等于2D且在流量计之后等于5D的长度，以消除湍流影响)。因此，使用如上建议的测试物质，可有效地缩短一行PV的总长，从而有助于PV在脱盐系统中的更紧凑且节省空间的布置。

根据本发明的又一方面，提供了一种脱盐系统，包括：至少一个共用进料管线，具有第一端和第二端；以及至少一行PV，沿着所述共用进料管线布置，每个PV均在其第一端具有与所述共用进料管线流体连通的进料入口，并在其第二端具有盐水出口，且每个PV均装有至少一个脱盐膜，每个PV均适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通过，其中，进料流体从所述共用进料管线的所述第一端及所述第二端引入所述共用进料管线中，即，所述共用进料管线具有双侧进料。

应该理解，相对于具有单侧进料的共用进料管线，当使用双侧进料时，共用进料管线的直径可减小一半。减小共用进料管线的直径可允许两个相邻行PV之间的更紧密间隔，从而进一步有助于PV在脱盐系统中的更紧凑且节省空间的布置。

根据本发明的又一方面，提供了一种脱盐设备，包括具有顶部、且适于在其中容纳至少一个PV的结构，该PV具有远端和近端以及其间的长度L，并且定向成使得所述远端比所述近端更靠近所述顶部，其中，所述PV适于接收经由所述远端装入PV中或从PV中卸除的至少一个脱盐膜，并且其中，所述远端与位于所述远端上方的顶部之间延伸有距离M，使得M≤L。

所述至少一个脱盐膜可使用适于接合所述脱盐膜并移动至所述远端/从所述远端移开的锚定设备装入所述PV中/从所述PV中卸除，并且，所述顶部可以是设计成使得至少其位于所述远端上方的顶部适于打开以允许所述锚定设备在所述装入/卸除过程中穿过其中的可调节顶部。

附图说明

为了理解本发明并为了明白其在实践中如何实现，现在将参照附图仅以非限制性实例的方式描述实施方式，附图中：

图1示出了具有多个水平安装的压力容器(PV)的已知RO脱盐系统；

图2示出了在图1所示系统中使用的传统RO膜的一个实例；

图3A是根据本发明的脱盐系统的一个实例的示意性剖视图；

图3B是图3A所示脱盐系统的示意性俯视图；

图4A是在图3A和图3B所示脱盐系统中使用的单个PV的示意性剖视图，其具有多个膜；

图4B是图4A中的局部“A”的放大图；

图4C和图4D是根据本发明的其中具有锚定设备的膜的一个实例的示意性剖视图，其分别处于收回和展开位置；

图5A是图4A所示PV的示意图，其装配有根据本发明的一个实施方式的读取器；

图5B是图5A中的局部B的放大图；

图6A是图4所示PV的示意图，以及通过图5A所示读取器收集的测量结果的图示的实例；

图6B是图6A的PV的示意图，以及在利用适当的算法对其进行分析之后所示的测量结果；

图7A是当附接至PV单元时根据本发明的另一方面的锚定设备的示意性等轴视图；

图7B是图7A所示锚定设备的示意性底部等轴视图；

图7C是图7A所示锚定设备的示意性等轴剖视图；

图8A是在图7A至图7C所示锚定设备中使用的锚定组件的第一实施方式的示意性等轴视图；

图8B是当插入由此锚定的膜的导管中时图8A所示锚定组件的示意性等轴剖视图；

图8C是当插入由此锚定的膜的导管中时、在图7A至图7C所示锚定设备中使用的锚定组件的第二实施方式的示意性等轴剖视图；

图8D是当插入由此锚定的膜的导管中时、在图7A至图7C所示锚定设备中使用的锚定组件的第三实施方式的示意性等轴剖视图；

图8E是当插入由此锚定的膜的导管中时、在图7A至图7C所示锚定设备中使用的锚定组件的第四实施方式的示意性等轴剖视图；

图8F是当定位在膜的导管内时图8E所示锚定设备的示意性俯视图；

图8G是当从膜的导管移除时图8E所示锚定设备的示意性等轴视图；

图8H是与由此锚定的膜一起示出的、在图7A至图7C所示锚定设备中使用的锚定组件的第五实施方式的示意性等轴视图；

图8I是图8E所示锚定组件的示意性等轴视图，此时移除了锚定组件的卡口短柱；

图8J是图8E所示卡口短柱的示意性等轴视图；

图9A是根据本发明的另一方面的吊架构造的示意性等轴视图；

图9B是当定位在根据本发明的结构的顶部下方时图9A所示吊架构造的示意性侧视图；

图10A是根据本发明的又一实施方式的包括感测设备的PV的示意性等轴视图；

图10B是当附接至共用进料管线时图10A所示PV的示意性等轴视图；

图10C是由图10A所示感测设备收集的数据的示意图；

图11A是根据一种布置的包括多个PV的脱盐系统的示意性俯视图；以及

图11B是根据本发明的另一种布置的包括多个PV的脱盐系统的示意性俯视图。

具体实施方式

图3A和图3B示出了根据本发明的脱盐系统的一个实例，其是整体用20标出的反渗透(RO)脱盐系统，包括竖直安装在基部平台上的多个压力容器(PV)30，该基部平台构成底部基面21B并具有共用顶部基面21T。

每个PV 30均包括一个堆叠在另一个的顶部上从而使得它们完全对准的多个RO脱盐膜40。

每个膜40均具有与在图2中示出并在本发明的背景技术中描述的已知膜10的构造相似的构造。具体地，参照图4C和图4D，膜40包括：具有中心轴线X和直径D_P的渗透管42、缠绕在渗透管42上的膜芯44、以及外壳46。然而，根据本发明的膜40可具有一些尤其适于PV的竖直布置的特殊特征，如稍后将详细说明的。

底部基面21B和顶部基面21T在其上具有相应的底部管道网格PG_B和顶部管道网格PG_T。底部管道网格PG_B包括进料管线26和前部渗透物管线24F，并且顶部管道网格PG_T包括后部渗透物管线24R和盐水管线28。

每个PV 30均具有基本上为圆柱形的本体32，该本体具有范围在大约8″至16″之间的直径D。PV本体32具有底端32B，该底端形成有进料入口33、前部渗透物出口34F，并具有顶端32T，该顶端形成有盐水出口35和后部渗透物出口34R。PV 30在其顶端30T装配有可移除的盖31，该盖中至少形成有后部渗透物出口34R，如在图4A中更好地看到的。

在组装时，将PV 30竖直地定位在底部基面21B上，从而使得进料入口33和前部渗透物出口34F分别连接至进料管线26和前部渗透物管线24F，并且，在顶部基面21T上，盐水出口35和后部渗透物出口34R分别连接至浓缩物管线28和后部渗透物管线24R。为了使底部和顶部管道网格的上述管线与PV的相应端口对准，底部基面21B和顶部基面21T形成有将这些管线接收于其中的支撑通道23B和23T。

此外参照图3B，PV 30成多行地布置在底部基面31B上，并且这多行PV之间安装有平行于彼此且平行于底部基面21B延伸的前部渗透物管线24F和进料管线26。各行PV 30彼此隔开得足够远，以允许操作者或维护人员在其间通过，并解决任何维护问题，例如故障、日常检查等。因此，底部基面21B构成用于维护底部管道网格PG_B的底部维护表面，并且顶部基面21T构成用于维护顶部管道网格PG_T和膜40的顶部维护表面。

然而，应该理解，以上管道网格布置可以是这样的以使得入口位于PV 30的顶端处，并且出口位于PV的底端处，从而使得PV内的流动仅在向下方向上。这种布置可以防止在PV的工作开始(即，流体在向上方向上推动膜)期间膜在PV内的位移，这在使用向上流动时易于发生。

现在转到图4A，示出了PV 30处于装入/卸除位置，其中，膜40的组41在装入PV中前面或在从PV中卸除之后位于PV外部。在此位置，盖31从PV 30移除。示出了可沿着锚定管线60移动的锚定设备50将膜40的组41悬吊在上述位置。应该指出，从顶端30T装入和卸除膜40允许将多个膜40同时插入PV 30中。然而，如果希望的话，可以使用相同的锚定设备50一个接一个地装入/卸除这些膜。

图4C和图4D示出了锚定设备50的一种可行设计。这些图中示出的锚定设备50包括中心管线52和沿中心管线布置的周向悬挂件54，每个悬挂件均形成有几个膜接合元件55，这些膜接合元件的尖端57可从中心管线52伸出至其中悬挂件54处于其收回位置并具有直径d₁的最小程度(图4C)，并可伸出至其中悬挂件54处于其展开位置并具有直径d₂的最大程度(图4D)。

在收回位置，每个悬挂件54的膜接合元件55均接近轴向地(即，沿着中心管线52)定向，从而膜接合元件的尖端57限定悬挂件54围绕中心管线52的直径d₁＜D_P，其中，D_P是膜40的渗透管42的直径。在此位置，锚定设备50可沿着膜40的渗透管42自由地移动。在展开位置，每个悬挂件54的膜接合元件55均接近径向地(即，横切于中心管线52)定向，从而膜接合元件的尖端57限定悬挂件54围绕中心管线52的直径d₂＞D_P。在此位置，每个悬挂件54的元件55的尖端57均使膜40的渗透管42变形。

锚定设备50或任何可替代的锚定设备必须设计成在不损坏膜40的渗透管42的情况下与之接合。关于这一点，应该注意，为了与图4C和图4D所示锚定设备一起使用，渗透管42应由可变形的弹性材料制成，允许悬挂件在不刺破渗透管的情况下进入其中。这种材料可以是例如FRP、PVC、PP。

应该理解，根据其它可行设计，渗透管42可预先形成有适于接收元件55的尖端57的凹槽或凹部。

锚定设备50进一步包括以可移动的方式附接至锚定管线60的锚定模块56，并还可以装配有用于升高和降低中心管线52以及由此承载的膜或几个膜40的吊架、单轨等。

在工作中，为了悬吊膜40，首先使锚定设备50沿着锚定管线60移动至其位于膜40上方的位置，即，移动至其中锚定设备的中心管线52与膜10的渗透管42的中心轴线X对准的位置。此后，通过锚定模块56降低中心管线52以及处于其收回位置的悬挂件54，直到中心管线52的一部分以及悬挂件54接收在膜40的渗透管42内为止(图4C所示)。一旦中心管线52的一部分接收在渗透管42内，悬挂件54就呈现其展开位置，在此位置，其膜接合元件55进入渗透管42中，从而与之牢固地接合(图4D所示)。在此位置，膜40可以悬吊并移动至期望的位置。

因此，显而易见的是，上述布置允许同时悬吊多个膜40，如图4A所示，上述布置又允许在一次工作中将单个PV 30装满膜，类似地卸除这些膜，例如，当希望替换并非PV中最上面的膜的故障膜时。为了将一个堆叠在另一个上的一组膜40同时装入PV 30中或从PV 30中卸除，悬挂件54可以接合下列各项之一的渗透管：

堆叠的所有膜40；

仅是堆叠的一部分膜40，包括最下面的膜；以及甚至

仅是堆叠的最下面的膜40。

为了替换PV中的故障膜，首先，通过移除PV的盖31而使PV30呈现装入/卸除位置(图4A所示)。此后，使锚定设备50沿着锚定管线60水平地移动成正好定位在PV 30上方。一旦处于适当位置，将锚定设备50的中心管线52以及处于收回位置的悬挂件54(图4C所示)插入前面的膜(那些设置在故障膜上方的膜)的渗透管42中，直到将其接收在故障膜的渗透管42内为止。然后，使锚定设备50的悬挂件54开始呈现展开位置(图4D所示)，从而悬挂件54牢固地接合故障膜的渗透管42，并且，如果希望的话，接合所有或一部分其面前的膜。

一旦牢固地接合，就升高中心管线52以及悬吊于此的膜40，直到将膜从PV 30中移除为止。一旦移除，可以使锚定设备50和膜40沿着锚定管线60移动，从而使锚定设备50和膜40例如处于维修平台(未示出)上方。此后，再次降低中心管线52以及膜，从而将故障膜留在维修平台上。

在膜40的此位置，使锚定设备50的悬挂件54重新呈现收回位置，并且稍微升高中心管线52，从而从故障膜中移除，即，仅接收在前面的膜的渗透管42内。此后，可使悬挂件54重新呈现展开位置，从而牢固地接合前面的膜的渗透管42。然后，可以类似的方式使前面的膜返回到PV 30。

首先可使前面的膜返回到PV 30，此后将新的膜40插入PV中、且位于前面的膜的顶部上。可替代地，首先可将新的膜插入PV 30中，然后仅将前面的膜定位在新的膜的顶部上。

一旦已将膜40重新引入PV 30中，便可将顶盖31放回到PV 30的顶部上，从而使PV处于其工作位置。

在这点上，应该指出，通常是这样：当将膜长时间定位在PV内时，化学残渣、剥落污垢和其它物质堆积在膜的外壳与PV的内表面之间，从而导致脱盐膜变得“卡绊(lodge)”在PV内，即，较不易沿着PV的纵向轴线改变膜的位置。因此，当试图移除这种脱盐膜时，在将膜从PV中移除之前，首先需要将膜从其“卡绊”位置释放。

在脱盐膜的这种“解除卡绊(unlodge)”过程中施加在锚定设备50上的负载比在膜的悬吊过程中施加在其上的负载大得多。对于此问题的一种可行解决方案是使用能够承受在“解除卡绊”过程中对其施加的负载的更具鲁棒性的锚定设备和吊架。然而，应该理解，这种解决方案将是一种“过度设计(over-design)”，因为相对于装入/卸除工作所需的全部时间，“解除卡绊”工作仅占用少量时间。

参照图7A至图7C示出了另一种解决方案，其中，示出了整体用AR标出的适于将一个或多个膜从PV中移除的两级锚定设备，其包括整体用110标出的第一级锚定组件和由前面公开的锚定设备50构成的第二级锚定组件，仅示出了前面公开的锚定设备的中心管线52。

该两级锚定设备设计成使得在卸除的第一阶段时，第一级组件110将脱盐膜从其“卡绊”位置释放，同时在卸除的第二阶段时，前面描述的锚定设备50继续将脱盐膜悬吊并移动至期望的位置。

第一级锚定组件110包括适于附接至PV的远端的PV附接部分120和适于附接至第二级锚定组件50的第二级附接部分130。部分120、130通过适于在卸除的第一阶段过程中向脱盐膜提供足够的空间以便移动的间隔阵列140隔开。

还应该理解，当PV中堆满脱盐膜时，即，脱盐膜占据PV内的所有空间时，此空间是非常有用的。换句话说，最靠近通过其执行卸除的PV端部定位的脱盐膜位于自身的远端。因此，还应理解，对于未堆满的PV，可以使用第一部分120和第二部分130，而无需间隔阵列140。

PV附接部分120形成有圆盘122，该圆盘形成有中心开口121，并具有锚定面122a和PV面122b，从而使得当第一级锚定组件110安装在PV 30上时，锚定面122a面向第二级锚定部分130，并且PV面122b面向PV的远端。圆盘122的PV面122b具有适于在PV安装于其上时与PV 30的远端的唇缘39(图7C所示)接触的接触区域123。

PV附接部分120进一步包括附接至PV面122b的三个定心元件124，每个定心元件均形成有适于与PV 30的外表面32接触的倾斜部分。定心元件124围绕圆盘122的中心轴线X均匀地(即，以120°间隔)设置，从而允许第一级锚定组件120变得与PV对准，即，从而使得圆盘的中心轴线X与PV 30的纵向轴线对准。

第二级附接部分130也形成有圆盘132，该圆盘形成有中心开口134，并进一步包括附接至锚定管线137的锚定活塞136，该锚定管线适于附接至第二级锚定组件50。锚定活塞136进一步包括适于附接至主吊架(未示出)的吊眼138，该主吊架又适于将整个锚定设备从PV 30移走。

间隔阵列140包括多个间隔杆142，这些间隔杆在PV附接部分120的圆盘122的外围部分与第二级锚定附接部分130的圆盘132的对应外围部分之间延伸。每个间隔杆142均使用螺母144和146固定在适当位置。

具体参照图7C，观察到，PV 30形成有加厚的顶端37并具有上唇缘39，从而使得当定位在PV 30的顶端上时，PV面122的接触区域123与PV的顶端的唇缘39齐平，并且定心元件126的倾斜部分126与PV的顶端的外表面齐平。

这样布置以使得当第二级锚定组件50附接至锚定管线137时，活塞136的启动导致中心管线52从PV离开，因而导致整个第二级锚定组件52离开，因此使膜/多个膜脱离其在PV 30内的“卡绊”位置。应该理解，通过用PV 30本身作为支点，以与螺旋拔塞器的工作类似的方式，使膜“解除卡绊”所需的大负载现在并非由主吊架(未示出)承受而是由第一级锚定组件110的构造承受。

一旦使膜/多个膜“解除卡绊”，并且这些膜能够在PV内自由地滑动，那么主吊架利用吊眼138升高第一级锚定组件110、以及第二级锚定组件和悬吊的膜/多个膜，以将膜/多个膜移动至期望的位置。

参照图8A至图8G，第二级锚定组件可以具有各种设计，而不限于前面公开的锚定设备50的设计。

具体参照图8A和图8B，示出了整体用150指出的第二级锚定设备的另一种设计，并且其包括中心管线152、适于围绕该中心管线枢转的枢轴元件155、以及适于与膜40的主导管42的内表面接合的压板157。

中心管线152形成有两个叉状部分153，这两个叉状部分之间延伸有一间隙。在该间隙内，几个枢轴元件155(在本实例中，仅示出两个枢轴元件)经由枢轴点154枢转地铰接。观察到，枢轴点154并非位于枢轴元件155的中间，而是偏移以形成两个非对称的部分-155a和155b，155a比后者稍长。

枢轴元件155装配有压板157，所述压板经由形成在从压板157伸出的板条156中的铰链158枢转地附接至每个部分155a、155b。

这样布置以使得第二级锚定组件150可呈现第一收回位置，在该收回位置，枢轴元件155大体上平行于中心管线152延伸，从而组件150可插入膜40的主导管42中，并且可呈现第二展开位置，在该展开位置，枢轴元件155大体上横切于中心管线152，从而使得压板157与主导管42的内表面接触，以对主导管的内表面施加压力。膜的导管42的内表面上的压力应足够大，以允许膜40的悬吊。

因为部分155a在重量上超过部分155b，以与平行四边形机构相似的方式工作，锚定设备150由于重力可能偏移至其展开位置。因此，从展开位置到收回位置的转换利用触发元件(未示出)实现，该触发元件可以是电机、拉杆等的形式。

在工作中，将第二级锚定组件152在其收回位置插入主导管42中，直到其到达期望的膜/位置。此后，暂停触发元件的工作，从而允许锚定设备150由于重力而移动至其展开位置，从而使得压板157与主导管42的内表面齐平。在此位置，由于部分155a和155b具有不相等的长度，所以拉动中心管线152将导致枢轴元件155围绕枢轴点154枢转，使这些枢轴元件进一步朝着展开位置偏移，因此增大了施加至主导管的内表面的压力，并在锚定组件150与脱盐膜40之间提供了更牢固的接合。

现在转到图8C，示出了整体用160指出的第二级锚定组件的另一种设计，并且其包括中心管线162、主腔室164和外围可充气部分166。

中心管线162形成有适于向主腔室164提供空气的进气口163，该主腔室又形成有适于将空气输送至由不可渗透的材料制成的外围可充气部分166中的多个排气孔165。

锚定组件160可呈现第一放气位置，在该第一放气位置，外围可充气部分166呈现比主导管42的内径小的直径D1，因此允许锚定组件160在主导管42内并沿着其自由地移动，并且可呈现第二充气位置，在该第二充气位置，外围可充气部分166呈现比主导管42的内径大的直径D2，从而对其施加压力，并允许由于摩擦力而悬吊膜40。在充气位置，外围可充气部分166与主腔室164的壁之间延伸有间隙168。

在工作中，将锚定组件160在其放气位置移动到主导管42内，直到到达期望的位置为止。此后，通过进气口163向主腔室164提供空气(就此而言，或任何其它气体)，并从主腔室经由孔165向外围可充气部分166提供。将空气引入外围可充气部分166中导致给外围可充气部分充气，从而使得其直径从D1增加至D2，因此接合膜的主导管42的内表面。

现在转到图8D，示出了整体用170指出的第二级锚定组件的又一种设计，并且其具有与前面公开的锚定组件160类似的构造。然而，在本设计中，锚定组件包括主体174和多个单独的可充气部分176，这些可充气部分适于不经由中心管线172和主体174接收空气(或任何其它气体)，而是直接从气源(未示出)接收到其中。

主腔室172在其外部上形成有适于容纳可充气部分176的多个凹槽175。可充气部分176可通过任何已知的维持可充气部分176的不渗透性的方法保持在凹槽175内。可替代地，可充气部分可以不固定至凹槽175，而是与主体174一起悬吊并在主体的顶端锚定于主体。

与前面公开的锚定组件160更相似，锚定组件170适于呈现第一放气位置，在该放气位置，外围可充气部分176放气，从而使得锚定组件170的直径D1比主导管42的内径小，因此允许锚定组件170在主导管42内并沿着其自由地移动，并且呈现第二充气位置，在该充气位置，可充气部分176呈现比主导管42的内径大的直径D2，从而对其施加压力，并允许由于摩擦力而悬吊膜40。

现在转到图8H至图8J，示出了整体用180指出的锚定适配器形式的第二级锚定组件的又一种设计，该锚定适配器适于附接至定位在PV内的最近端的膜40(即，其主导管42密封地连接至PV的前部渗透物端口34F的膜)。更具体地，最近端的膜(最下面的)形成有将该膜连接至前部渗透物管线的流体适配器。此适配器可替换或改变，以变成附接至锚定适配器180。

锚定组件180包括适于固定地附接至主导管42的端部的卡口环(bayonet ring)182，从而将该锚定组件定位在此端部与前部渗透物端口34F之间，并包括适于固定地附接至中心管线(未示出)且与卡口环182卡口接合的卡口短柱(bayonet stub)184。卡口环182和卡口短柱184形成有相应的卡口元件183和185。

因此，当希望将一个或多个膜40从PV移除中时，降低中心管线以及卡口短柱184，直到短柱184到达卡口环182为止。此后，卡口短柱184可接合卡口环182，从而拉动中心管线将使得最下面的膜40及位于其上方的任何另外的膜一起移动。

应该指出，如上公开的锚定组件180适于仅与最下面的膜一起使用。然而，可以设计类似的锚定组件，其中，一个或多个卡口环位于每两个脱盐膜40之间。

相对于所有前面公开的第二级锚定组件50、150、160、170和180，应该理解，锚定组件的锚定部分可以沿着其整个中心管线延伸，即，从而使得当插入主导管中时，锚定部分在中心管线的全长上延伸。可替代地，锚定组件可以设计成使得锚定部分仅延伸与单个膜的长度相等的长度，或延伸任意多个该长度。

另外，相对于上述整个锚定设备，应该理解，锚定设备和主吊架可以作为单独的元件工作。换句话说，锚定设备可以用于将膜40从其在PV 30中的位置移动预定量，以使这些膜“未卡住”，然后使这些膜返回至其在PV内的初始位置，此后与膜40脱离。在此位置，当膜不再“卡绊”时，主吊架可以与大体上与前面公开的第二级锚定组件相似的锚定组件一起使用，以接合膜，并将这些膜从PV中移除。

现在转到图9，示出了整体用200指出的吊架构造，其包括绞车(winch)机构210、上下轨道220、前后轨道230和左右轨道240。

绞车机构210包括绞车212和绞车壳体216，该绞车上缠绕有绞车管线214。绞车壳体216固定地铰接至上下轨道220的两条轨道222。

上下轨道220的支架224滑动地接收在前后轨道230的平行轨道232内，允许整个上下轨道220与绞车机构210一起沿着X轴线在水平方向上移动。前后轨道230的末端部分装配有适于沿着左右轨道240的平行轨道242滚动的轮子234，允许整个前后轨道230与上下轨道220和绞车机构210一起沿着Y轴线在水平方向上移动。

整个吊架构造适于定位在脱盐设备的PV阵列上方，以使以上布置允许绞车机构210沿着主要的X、Y和Z方向移动，从而使得绞车机构210可处于任何一个PV上方的位置并处于其上方的特定高度。

现在将描述使用绞车机构和两级锚定设备的卸除工作。在卸除工作开始时，使轨道222和绞车机构210一起位于向下的位置，即，使绞车机构210靠近支架224，并且使轨道222在轨道232和242下方竖直地延伸。将两级锚定设备(图7A至图7C所示)附接至绞车管线214，该两级锚定设备包括第一级锚定组件110和可以是锚定组件50、150、160、170或180中的任何一个的第二级锚定组件。

此后，使整个上下轨道220沿着轨道232和242移动，以使该上下轨道处于从其中移除一个或多个膜的期望的PV上方的位置。一旦处于适当位置，就启动绞车机构210，以朝着PV 30的顶端降低绞车管线214以及两级锚定设备。

降低两级锚定设备，直到可将第一级锚定组件110固定至PV 30的顶端为止。一旦固定，就降低第二级锚定组件的中心管线，直到其接合期望的膜为止，如前面关于图8A至图8C所论述的。一旦接合，通过第一级锚定组件110释放，通过绞车机构210升高绞车管线214，以将两级锚定设备及悬吊的膜/多个膜升高期望的量。

此后，沿着支架224升高绞车机构210及轨道222，并且，通过沿着轨道232和242移动而使整个上下轨道220处于新的位置。

还应该理解，上下轨道220及绞车机构210可以是安装在传统的吊架构造上的附加设备，传统的吊架构造包括左右轨道240和前后轨道230，其用于除膜的装入/卸除以外的脱盐设备中的各种任务。

现在转到图9B，示出了位于包括整体用300指出的顶部结构的结构内时的吊架构造200，该顶部结构包括顶部表面302和可调节部分304。观察到，顶部表面302与轨道232与242之间的距离M比上下轨道220的长度L小得多。因此，顶部结构300的可调节部分304适于打开至图9B所示的位置，从而在顶部表面中形成开口306，允许轨道222及绞车机构210向上移动。

应该指出，虽然这里示出为经由铰链打开，但是，顶部可以是可滑动板条、可移除板条、可伸缩设备等的形式。

还应该理解，顶部结构300可以形成有与位于该结构内的PV 30的个数对应的多个可调节顶部304，从而允许将膜装入位于该结构内的任意一个PV 30或将膜从该PV中卸除。另外，顶部可以适于打开在一整行PV上方，从而允许吊架构造沿着该行自由地移动。

另外，根据具体设计，吊架构造200可以定位在该结构外部，即，在顶部上方，并且在膜的装入/卸除过程中降低而穿过顶部，例如，穿过打开的顶部。

此外，应该理解，这种布置提供一种该结构的显著更紧凑的设计，并且其顶部可以紧邻PV 30的顶端设置。

现在转到图5A和图5B，示出了多个膜40一个堆叠在另一个的顶部上地容纳在PV 30内，这些膜的渗透管42完全对准，以形成PV 30的共用渗透管。每个膜40、或至少最下面的膜、以及前部渗透物出口34F设计成使得当膜处于其在PV 30的底端32B处的位置时，膜的渗透管42密封地连接至前部渗透物出口34F。类似地，每个膜40、或至少最上面的膜、以及盖31设计成使得在将盖31放置到其在PV 30的顶端32T处的位置时，形成于盖中的后部渗透物出口34R密封地连接至最上面的膜的渗透管42。

膜40此外适于彼此连接。出于此目的，每个膜40的渗透管42和外壳46均比螺旋缠绕元件44轴向地延伸更远，即，每个渗透管42和外壳46均具有超出螺旋缠绕元件44的延伸部分43和48。因此，当如图5B所示的定位两个膜40a、40b时，其渗透管42a和42b的延伸部分43a、43b彼此接触，并且因此其外壳46a和46b的延伸部分48a、48b彼此接触。

因此，上膜40a的重量大部分由下膜40b的外壳46b支撑。出于此目的，每个膜40的外壳46均设计成具有足够的厚度，并且由允许外壳46支撑堆叠在其上的期望个数的膜40的重量的适当材料制成。这种材料可以是例如FRP纤维和/或环氧树脂。

图5B示出了将两个膜40a、40b彼此接合的一种可行方式。这通过使用紧固件72形式的接合器70来实现，该紧固件安装在渗透管42a、42b的延伸部分43a、43b的外部上以用于在其间提供牢固的密封接合。接合器70的紧固件72可替代地安装在渗透管42的延伸部分43a、43b的内部上(未示出)。

接合器可以可选地包括用于测量膜40和/或通过该膜的流体的工作参数的感测系统，以用于确定膜的工作状态。

图5B示出了一个这种感测系统，该感测系统包括两个感测器74和76，它们适于以本身已知的方式分别测量通过接合器70的水的质量和流速。

每个感测器74、76均可以持续地工作，测量在脱盐系统20的整个工作过程中的参数。可替代地，每个感测器74、76均可以适于分段工作，按照预定时间段、或依据来自外部源的提醒对以上参数取样。

每个感测器74、76还适于将基于由此进行的测量而产生的数据传输至外部源，例如，位于所述PV 30外部的读取器，如将参照图5A进一步说明的。

感测器74、76可以适于利用内部电源(例如电池)或外部源(例如通过来自该外部源的电感)工作。

应该指出，感测器74、76的位置并不限于接合器70，并且它们可以位于渗透管42内，位于螺旋缠绕元件44内，甚至位于PV 30的内侧壁上。通常，感测器74、76、或用于测量膜40和/或通过该膜的流体的工作参数的任何其它装置可以位于沿着膜40的轴向延伸的任意位置。然而，应该理解，要求适于测量通过PV 30的水的质量的感测器76与通过膜40的流体(例如，进料、渗透物、废物)直接接触。

参照图5A，系统20可以进一步设置有数据读取设备80，该数据读取设备包括读取器82、电缆84以及适于连接至锚定管线60且可选地连接至主机(MFC)的位移机构86。数据读取设备80设计成通过位移机构86可使其水平地移动，并且，读取器82设计成通过电缆84可使其竖直地移动。

读取器82适于构成用于感测器74、76的电源，从而在邻近一个感测器定位时，两个物体之间的电感启动感测器74、76，以进行测量并将测得的数据往回提供给读取器82。数据从感测器到读取器的传输以无线方式执行。

在组装时，将位移机构86定位在系统20的竖直定向的PV 30的阵列上方，所有PV都可具有如上所述的感测器。为了收集来自容纳在一个竖直设置的PV 30内的感测器74、76中的一个测量结果，执行以下步骤：

a)将位移机构86水平地移动至其在期望的PV 30上方的位置；

b)沿着PV 30向下移动读取器82，以与感测器74、76对准；

c)通过读取器82操作感测器74、76，以进行所需的测量；

d)通过读取器82收集来自感测器74、76的数据；以及

e)将数据传输至MFC。

在实践中，可对每个PV 30的每个膜40执行以上步骤，以接收尽可能多的数据。

通常，PV 30的竖直定向便于对附件(例如，读取器82和锚定设备50)的操纵，并且便于对膜40的操纵。这又消除了对用于在具有水平定向的PV的已知脱盐系统中使用的这些元件的水平位移的复杂运输构造的需求。

图6A示出了可通过读取器82由单个PV 30的#1到#7膜进行的测量。测量结果的组90包括表示经过螺旋缠绕元件44的流速(即，渗透速度)的测量结果91至97，并且，测量结果的组100包括表示螺旋缠绕元件44的废物侧或渗透物侧上的盐度的测量结果的101至107，每个测量结果均与#1到#7膜中的一个对应。

如从以上得到的测量结果可以观察到的，当水通过PV 30前进时，废物侧的盐度增加，而通过螺旋缠绕元件44的渗透速度减小。然而，对于系统20的操作者来说，这并非表示#1到#7膜中的任何一个出现任何故障或损坏。

转到图6B，同样示出了执行数据分析(包括对其值进行归一化)之后的测量结果。现在可以观察到，#3膜表明比所有其他的#1至#2和#4至#7膜在废物侧上低的渗透速度及高的盐度。对于操作者来说，这可能表示#3膜受损并需要替换。这里应该指出，对数据的分析允许提供关于PV的膜的功能但不需要操作者理解所显示的测量结果的真正意义的图表显示。换句话说，仅要求操作者识别表明其功能不同于其它膜的膜。

应该理解，上文中描述的所有工作(包括PV 30的装入、收集测量结果、检测故障膜，以及替换故障膜)可通过由MFC控制的全自动处理来实现，而不要求存在操作者。例如，MFC可编程为使得数据读取设备80系统地收集来自系统20的所有膜40的测量结果，MFC分析收集的数据，并且当检测到故障膜时，如上所述地执行膜的自动替换。

出于此目的，每个PV 30、以及每个膜40均可装配有指示PV 30和特定PV 30内的膜40的精确位置的索引模块。该索引允许MFC定位膜40的精确位置，指示锚定模块56和位移机构86精确地移动至哪个位置。

现在转到图10A至图10C，示出了一种用于测量PV 30内的流体的流速的结构和方法。示出了PV包括附接至进料管线的进料入口F_in、附接至盐水管线的盐水出口B、前部产品出口P_F和后部产品出口P_R。供应管线设置有测试物质入口R和第一测试感测器S₁，并且盐水管线设置有第二测试感测器S₂。

在工作中，为了测量流速，将测试物质(例如，若丹明)引入测试物质入口R中，其中，该测试物质首先由第一测试感测器S₁检测，此后与待脱盐的流体一起朝着PV的盐水出口B流动，在盐水出口，该测试物质由第二测试感测器S₂检测。

每个感测器S₁、S₂均提供测试物质的两个测量参数-其浓度C和测量时间t。因此，可形成图10C所示的图表，其表示将若丹明引入PV中的平均时间t_F及其在那时的浓度C_F、以及若丹明已离开PV的平均时间t_B及其在那时的浓度C_B。

从关于每个PV获得的以上数据，关于每个PV的流速Q可用以下一组等式计算：

膜质量平衡等式：Q_Feed＝Q_Product+Q_Brine；

若丹明质量平衡等式：Q_Feed·C_Feed＝Q_Product·C_Product+Q_Brine·C_Brine；

应该指出，若丹明分子很大，以便穿过膜的壁，因此，进入PV的所有若丹明都留在膜的盐水侧上，因此，浓度C_Product＝0。

因此，得出以下等式：

$Q_{\mathrm{Feed}}\·C_{\mathrm{Feed}}=Q_{\mathrm{Brine}}\·C_{\mathrm{Brine}}\⇒Q_B=Q_F\·\frac{C_F}{C_B};$

回收率由公式

给出

以上得出以下等式：

和

利用表示通过PV的流速的等式，可以表示为：

其中，A是用于流体流动的横截面面积，L是PV的长度，Δt用t_F-t_B表示。

因此，得出以下等式：

并且，该等式中的所有参数都从PV的设计已知，或通过感测器S₁、S₂获得。

感测器的以上布置和计算向每个PV提供流速。

另外，应该理解，使用这种用于测量流速的方法消除了对昂贵的流量计及其使用所需的额外管道设计的需求(通常，为了正确地测量流速，需要将流量计定位在不会产生湍流的管道段内，因而需要在流量计之前为2D且在流量计之后为5D的管道段，D是管道的直径)。这极大地有助于整个脱盐系统的更紧凑和节省空间的设计。

另外，参照图10B，观察到，PV接收来自与相同行中的每个PV相关(未示出其它PV)的共用进料管线的进料入口。因此，共用进料管线具有与此PV行的第一端相关的第一端和与此PV行的第二端相关的第二端。在本实例中，共用进料管线适于接收来自第一端及第二端的进料流体(双侧进料)，因此允许减小管道的直径D。

减小管道的直径允许对应的各行PV之间具有更密的间隔。

特别参照图11A和图11B，图11A示出了包括多行PV的脱盐系统，其中，流量计与单侧进料一起使用，而图11B示出了包括相同个数的PV的另一种脱盐系统，其中，测试物质与双侧进料一起使用。

在图11B中，整个系统的长度是L，宽度是W，这用于直径D的共用进料管线。还观察到，共用进料管线CFL具有直径D。相反地，在图11B中，CFL具有直径d＝D/2，因此允许更密且节省空间的布置。此外，使用若丹明而非流量计允许消除CFL的额外段AS，得到尺寸1＜L、且w＜W的脱盐系统。

本发明所属领域的技术人员应该容易理解，在不背离本发明的范围的前提下，加上必要的变更，能做出许多变化、变型和修改。

Claims (55)

1.一种脱盐系统，包括多个细长的压力容器(PV)，每个压力容器均具有纵向轴线，定向成使得其纵向轴线具有竖直定向，每个所述PV均适于在其中接收n个脱盐膜，位于所述PV内最下面的膜上方的多个膜具有的总重量允许将所述多个膜用作限制最下面的膜的轴向膨胀的机构，从而所述PV没有任何额外的限制机构。

2.根据权利要求1所述的脱盐系统，其中，所述额外的限制机构用来避免填垫。

3.根据权利要求1所述的脱盐系统，其中，n至少是四，或至少是五。

4.根据权利要求1所述的脱盐系统，其中，对于n＝4的情况，D＝18″，并且对于n＝5的情况，D＝16″。

5.根据权利要求1所述的脱盐系统，其中，所有所述PV都安装在水平基面上，从而使得所述PV的所述纵向轴线垂直于所述水平基面，即，具有竖直定向，从而允许通过所述PV的远离所述水平基面的端部将所述膜装入所述PV中和从所述PV中卸除。

6.根据权利要求5所述的脱盐系统，其中，所述PV的底端和顶端适于连接至底部管道网格和顶部管道网格，以为所述系统提供待脱盐的流体，将由此产生的渗透物、以及盐水从所述系统移除。

7.根据权利要求6所述的脱盐系统，其中，所述底部管道网格设置在构成底部基面的所述水平基面上，并且，所述顶部管道网格设置在位于所述底部基面上方的顶部基面上。

8.根据权利要求7所述的脱盐系统，其中，所述底部基面构成至少用于所述底部管道网格的底部维修平台，并且，所述顶部基面构成至少用于所述顶部管道网格和用于所述膜的装入/卸除的顶部维修平台。

9.根据权利要求6、7或8所述的脱盐系统，其中，所述底部管道网格提供进料供应和前部渗透物移除，并且，所述顶部管道网格提供盐水和后部渗透物移除。

10.根据权利要求6、7或8所述的脱盐系统，其中，所述底部管道网格提供盐水和后部渗透物移除，并且，所述顶部管道网格提供进料供应和前部渗透物移除。

11.根据权利要求6、7或8所述的脱盐系统，其中，部分所述PV根据权利要求9所述的管道网格构造连接，并且，部分所述PV根据权利要求10所述的管道网格构造连接。

12.根据权利要求1所述的脱盐系统，其中，每个均具有纵向轴线的多个膜适于容纳在所述PV内，从而使得所述膜以其纵向轴线与所述PV的纵向轴线重合的方式一个堆叠在另一个的顶部上。

13.一种用于悬吊具有直径为d的主导管的膜的锚定设备，所述锚定设备包括中心管线，沿着所述中心管线布置有周向悬挂件，其中，每个所述悬挂件均适于呈现第一收回位置和第二展开位置，在所述第一收回位置，每个悬挂件围绕所述管线的径向延伸的直径d₁＜d，以允许在所述收回位置将所述锚定设备插入所述导管中，并且在所述第二展开位置，每个悬挂件围绕所述管线的径向延伸的直径d₂＞d，以允许在所述悬挂件的所述展开位置中所述悬挂件与所述中心导管的表面之间的接合。

14.根据权利要求13所述的锚定设备，其中，所述锚定设备是吊钩机构的形式，适于接合预形成在所述主导管中的锚定元件，以悬吊所述膜。

15.根据权利要求14所述的锚定设备，其中，所述导管形成有适于接收所述锚定设备的对应吊钩的凹槽。

16.根据权利要求14所述的锚定设备，其中，所述主导管由可变形材料制成，并且，所述锚定设备形成有悬挂件，所述悬挂件适于通过使所述可变形材料弹性地变形至足以提供对所述膜的安全悬吊的程度而接合所述可变形材料。

17.根据权利要求16所述的锚定设备，其中，所述可变形材料是所述膜的主导管，允许所述主导管在未刺破的情况下变形。

18.根据权利要求13所述的锚定设备，其中，所述锚定设备包括至少一个可充气构件，所述可充气构件适于呈现第一放气位置和第二充气位置，在所述第一放气位置，所述可充气构件适于插入所述主导管中，并且在所述第二充气位置，所述可充气构件适于牢固地接合所述主导管的内表面，以允许悬吊所述膜。

19.根据权利要求18所述的锚定设备，其中，所述至少一个可充气构件由弹性材料制成，适于在所述充气位置呈现比在所述放气位置呈现的尺寸大的尺寸。

20.根据权利要求18所述的锚定设备，其中，所述可充气构件由不可渗透的材料制成，并且由于将流体(液体或气体)材料引入其中而适于呈现所述充气位置。

21.根据权利要求18所述的锚定设备，其中，所述锚定设备包括围绕所述中心管线并沿着所述中心管线均匀地设置多个可充气构件，以使施加在所述中心管线上的负载均匀地分布。

22.根据权利要求13所述的锚定设备，其中，所述锚定设备包括中心管线、以及铰接地连接至所述中心管线的枢轴元件，每个枢轴元件均具有第一端和第二端，并在所述第一端和所述第二端中的每个装配有适于接合所述膜的导管的压板。

23.根据权利要求22所述的锚定设备，其中，所述枢轴元件在偏离所述枢轴元件的中心的一点处铰接至所述中心管线，以在所述锚定设备竖直定向时，使所述锚定设备偏移到所述展开位置。

24.根据权利要求13所述的锚定设备，其中，最下面的膜装配有包括卡扣环的改进的适配器，并且，所述锚定设备包括适于接合所述卡扣环的卡口短柱。

25.一种适于将至少一个脱盐膜从竖直定向的PV的顶端移除的两级锚定设备，所述锚定设备包括适于固定地附接至所述脱盐膜的第一锚定组件，其中，所述第二锚定组件适于与所述脱盐膜一起相对于所述第一锚定组件竖直地移动，并且，所述第一锚定组件适于与所述第二锚定组件和所述脱盐膜一起相对于所述PV竖直地移动。

26.根据权利要求25所述的两级锚定设备，其中，所述第二锚定组件由根据权利要求13至23所述的设备中的任何一个构成。

27.一种根据权利要求13至23中任一项所述的锚定设备，其中，所述锚定设备适于同时悬吊多个膜。

28.一种脱盐膜，包括适于测量以下各项中的至少一项的至少一个感测器：

a)通过所述膜的流体的质量；以及

b)通过所述膜的流体的流速。

29.一种适于连接两个相邻脱盐膜的接合器，所述接合器包括适于测量以下各项中的至少一项的至少一个感测器：

a)通过位于所述接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的质量；以及

b)通过位于所述接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的流速。

30.一种脱盐系统，包括：至少一个PV，具有纵向轴线、且适于在其中接收两个或更多个脱盐膜；以及接合器，适于连接至相邻脱盐膜，所述系统进一步包括沿着所述纵向轴线设置的多个感测器，其中，所述多个感测器中的每个均至少位于一个所述PV、一个所述脱盐膜和可选的接合器中，并且其中，所述多个感测器中的每个均适于测量以下各项中的至少一项：

a)通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的质量；以及

b)通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的流速。

31.根据权利要求30所述的脱盐系统，其中，所述感测器持续地工作，从而测量所述脱盐系统的整个工作过程中的参数。

32.根据权利要求30所述的脱盐系统，其中，所述感测器适于分段工作，按照预定时间段对以上参数取样。

33.根据权利要求30、31或32所述的脱盐系统，其中，所述感测器适于利用内部电源工作。

34.根据权利要求30、31或32所述的脱盐系统，其中，所述感测器适于利用外部电源工作。

35.根据权利要求34所述的脱盐系统，其中，所述电源是电感。

36.根据权利要求30至35中任一项所述的脱盐系统，其中，所述感测器适于将基于由此进行的测量而产生的数据传输至外部源。

37.根据权利要求36所述的脱盐系统，其中，所述系统进一步设置有数据读取设备，所述数据读取设备包括：读取器，连接至主机(MFC)；位移机构，适于使所述读取器产生位移；以及电缆，将所述读取器连接至所述位移机构。

38.根据权利要求37所述的脱盐系统，其中，所述读取器构成所述外部源。

39.根据权利要求37所述的脱盐系统，其中，所述感测器适于通过所述读取器来操作。

40.根据权利要求37所述的脱盐系统，其中，所述读取器用作外部电源。

41.根据权利要求37所述的脱盐系统，其中，数据从所述感测器到所述读取器的传输以无线方式执行。

42.根据权利要求41所述的脱盐系统，其中，从所述感测器收集的数据用来执行对不同PV内的不同膜的状态的分析，以提供关于一个所述膜失效或故障的指示。

43.一种用于监控PV中的多个脱盐膜的状态的方法，包括：为所述膜设置如上所述的感测器；接收从所述感测器收集的输入数据；分析所述数据；以及提供表示关于至少一个所述膜的所述状态的输出数据。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述分析包括对由至少一个感测器测量的值进行归一化，以显示膜状态的定性图表，所述图表的形式为允许提醒操作者可能有故障但不要求操作者了解所述值。

45.一种脱盐系统，包括：

a)竖直设置的PV的阵列，每个PV均容纳一个或多个脱盐膜；

b)管道网格，适于将待脱盐的流体引导至所述PV并将产生的渗透物从所述PV导出；

c)多个感测器，沿着每个PV的纵向轴线设置、且适于测量通过所述一个或多个膜的流体的流速和/或质量；以及

d)读取器，连接至MFC、且适于沿着所述PV移动，以与所述多个感测器中的至少一个对准，以接收来自所述感测器的数据。

46.根据权利要求33所述的脱盐系统，其中，所述系统是全自动的，并由所述MFC控制。

47.根据权利要求34所述的脱盐系统，其中，每个PV和其中的每个膜均具有其自己的可被所述MFC识别的索引号。

48.根据权利要求33所述的系统，其中，所述系统适于对多个PV中的多个脱盐膜自动执行权利要求31所述的方法。

49.一种脱盐系统，包括至少一行PV，每个PV均在其第一端具有进料入口，并在其第二端具有盐水出口，且每个PV均装有至少一个脱盐膜，所述PV适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通过，其中，所述进料入口装配有适于获得引入所述流体中且在所述PV内部沿着所述PV通过的测试物质的第一组参数的第一感测器，并且，所述盐水出口装配有适于获得所述测试物质的第二组参数的第二感测器。

50.根据权利要求49所述的脱盐系统，其中，获得的这些组参数适于用在对从所述进料入口通过所述PV流至所述盐水出口的流体的参数的诊断中。

51.根据权利要求49所述的脱盐系统，其中，所述参数是所述测试物质的浓度C和测量所述浓度的时间t的指示。

52.根据权利要求49所述的脱盐系统，其中，所述测试物质是若丹明。

53.一种脱盐系统，包括：至少一个共用进料管线，具有第一端和第二端；以及至少一行PV，沿着所述共用进料管线布置，每个PV均在其第一端具有与所述共用进料管线流体连通的进料入口，并在其第二端具有盐水出口，且每个PV均装有至少一 个脱盐膜，每个PV均适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通过，其中，进料流体从所述共用进料管线的所述第一端和所述第二端引入所述共用进料管线中，即，所述共用进料管线具有双侧进料。

54.一种脱盐设备，包括具有顶部、且适于在其中容纳至少一个PV的结构，所述PV具有远端和近端以及其间的长度L，并且定向成使得所述远端比所述近端更靠近所述顶部，其中，所述PV适于接收经由所述远端装入所述PV中或从所述PV中卸除的至少一个脱盐膜，并且其中，所述远端与位于所述远端上方的顶部之间延伸有距离M，使得M≤L。

55.根据权利要求54所述的脱盐设备，其中，所述至少一个脱盐膜利用适于接合所述脱盐膜并移动至所述远端/从所述远端移开的锚定设备来装入所述PV中/从所述PV中卸除，并且，所述顶部是设计成使得至少所述结构的位于所述远端上方的顶部适于打开以允许所述锚定设备在所述装入/卸除过程中穿过其中的可调节顶部。

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