CN103180033A

CN103180033A - 多叶反渗透元件

Info

Publication number: CN103180033A
Application number: CN2011800519785A
Authority: CN
Inventors: R.蒂亚贾拉延; T.A.安德森; G.S.R.哈努曼思; P.P.博尚; A.库马
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-06-26
Also published as: JP2013540587A; CA2814188A1; US8696904B2; US20120103891A1; SG189492A1; KR20140009160A; EP2632572A1; WO2012057900A1

Abstract

提供了一种反渗透元件。反渗透元件包括布置成形成核芯框架的多个渗透物管(102)。反渗透元件还包括缠绕于核芯框架上的多个叶(202,204)。多个叶的各个叶联接至多个渗透物管中的一个渗透物管。渗余物通道被核芯框架的多个渗透物管限定，并被缠绕于核芯框架上的多个叶密封。反渗透元件包括联接至多个渗透物管的第一端帽和第二端帽。第一端帽和第二端帽中的至少一个包括渗余物排出端口，且第一端帽和第二端帽中的至少一个包括一个或多个渗透物排出端口。

Description

多叶反渗透元件

技术领域

本文所呈现的实施例涉及反渗透元件，并且更具体地，涉及螺旋供给流反渗透元件。

背景技术

反渗透广泛地用于净化例如水的液体。在反渗透中，例如半咸水或不纯水、海水等的供给溶液以高于供给水的渗透压的压力流经半透膜。在半透膜的另一侧获得例如净化水的渗透物。

现有的反渗透系统典型地包括横流(cross flow)类型的元件，该横流类型的元件带有轴向地流经元件的供给物(feed)和螺旋地流动至核芯(core)中的渗透物。虽然不太常见，但也存在螺旋供给流元件。横流元件和螺旋供给流元件均包括缠绕核芯的叶。叶可包括夹在两层膜元件之间的一层渗透物载体，和设置成邻接膜元件层中的一个或两个的一层供给隔离件(feed spacer)。在横流元件中，供给溶液在高压下被轴向地供给至横流元件中。供给溶液流经膜元件，且渗透物螺旋地流经渗透物载体并进入核芯中。在螺旋供给流元件中，供给溶液螺旋地流经元件。渗透物被收集于螺旋供给流元件的核芯内的渗透物通道中并在螺旋供给流元件的一端或两端排出，而渗余物被收集于核芯内的单独的渗余物通道并流出螺旋供给流元件的一端或两端。螺旋供给流元件中的核芯包括用于渗透物流和渗余物流的单独的通道。

通常多个横流元件可连续地连接以实现高的渗透物回收率。由于渗透物经过横流元件而回收，因而在供给通道中，供给速度降低。供给流速度的这种降低可对RO膜表面的结垢有贡献。用于克服供给流速度的降低的一种技术包括将横流元件布置成渐缩状布置。渐缩状布置包括串联地布设(plumbed)的多个级。各个级均包括并联地布设的多个横流元件。各个连续级均包括比前一级更少的平行的横流元件。例如，三级渐缩布置可包括位于第一级的四个平行的横流元件，这四个平行的横流元件为位于第二级的两个平行的横流元件提供供给，这两个平行的横流元件继而为位于第三级的单个横流元件提供供给。各个级将渗余物供给至下一级。然而，渐缩布置可增加RO系统的成本和复杂性。

另外，供给溶液的压力可引起横流元件膨胀并开拓供给通道流动路径。这种膨胀也降低了供给速度。为了确保横流元件在供给压力下不膨胀，横流元件典型地封闭于外壳中。此外，横流元件可经受由于供给溶液压力的轴向负荷的伸缩。防止伸缩的一个方案是使用设于横流元件的端处的抗伸缩设备。然而，抗伸缩设备减少了横流元件的有效区域，增加成本并且提高了RO系统的复杂性。

螺旋供给流元件具有螺旋长度大致相等的供给通道和渗透通道。为了将渗透反压降低至最小值并实现高效率，需要带有短螺旋长度的叶。然而，带有短螺旋长度的叶导致了具有小的外径的螺旋供给流元件，或者具有复杂的核芯设计以接受多个短叶的螺旋供给流元件。

因此，需要克服这些和其他缺点的反渗透元件。

发明内容

提供了一种反渗透元件。反渗透元件包括布置成形成核芯框架的多个渗透物管。反渗透元件还包括联接至渗透物管的多个叶。核芯框架和缠绕于核芯框架上的多个叶中的至少一个形成渗余物通道。反渗透元件包括联接至多个渗透物管的第一端帽和第二端帽。第一端帽和第二端帽中的至少一个包括渗余物排出端口，且第一端帽和第二端帽中的至少一个包括一个或多个渗透物排出端口。

提供了一种嵌套反渗透元件。嵌套反渗透元件包括多个渗透物管，该渗透物管布置成形成外核芯框架和设于外核芯框架的内部的内核芯框架。嵌套反渗透元件还包括联接至渗透物管的多个叶。中间通道形成在外核芯框架和内核芯框架之间。由外核芯框架、多个叶中缠绕于外核芯框架的第一组、内核芯框架以及多个叶中缠绕于内核芯框架的第二组中的至少一个形成中间通道。内核芯框架和缠绕于内核芯框架上的多个叶中的第二叶中的至少一个形成渗余物通道。嵌套反渗透元件还包括联接至多个渗透物管的第一端帽和第二端帽。第一端帽和第二端帽中的至少一个包括渗余物排出端口，且第一端帽和第二端帽中的至少一个包括一个或更多渗透物排出端口。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的示范性反渗透元件核芯；

图2示出了根据一个实施例的示范性反渗透元件核芯的横截面视图；

图3示出了根据一个实施例的联接至渗透物管的示范性叶结构；

图4示出了根据另一实施例的联接至渗透物管的示范性叶结构；

图5A示出了根据一个实施例的示范性端帽的外视图；

图5B示出了根据一个实施例的示范性端帽的内视图；

图6示出了根据一个实施例的多个反渗透元件的示范性配置；

图7示出了根据一个实施例的示范性嵌套反渗透元件核芯；

图8示出了根据另一实施例的示范性嵌套反渗透元件核芯；以及

图9示出了根据又一实施例的示范性嵌套反渗透元件核芯。

具体实施方式

将参照附图而在以下内容中描述本文中呈现的各种实施例。然而，显然可利用这些具体内容中的全部或一些来实践这些实施例。在其他情况下，为了不会不必要地混淆实施例的描述，因而未详细地描述广为人知的工艺步骤或要素。结合旨为说明性示例而非范围中的限制的装置、方法以及系统，描述并示出了以下示例实施例及其方面。

本文中所呈现的实施例描述了多叶螺旋供给流的反渗透(RO)元件。螺旋供给流RO元件可用于例如淡化系统以淡化半咸水或海水。供给水在高压下被泵送至设于螺旋供给流RO元件的周边上的一个或更多的入口。供给水沿着螺旋路径经过缠绕膜堆叠，从而分离成净化水(渗透物)和杂质(渗余物)。

图1示出了根据一个实施例的示范性RO元件核芯100。元件核芯100包括布置成形成核芯框架的多个渗透物管102。可通过使用例如但不限于聚合物、金属、复合物、合金等的材料而制造渗透物管102。如图1所示，渗透物管102可具有圆形截面。备选地，渗透物管102可具有泪滴形横截面、翼形横截面、三角形横截面等。具有泪滴形横截面、翼形横截面或三角形横截面的渗透物管102可允许与叶更好地联接。

渗透物管102包括多个穿孔(perforation)104。多个穿孔104可包括圆形孔、纵向缝隙、横向缝隙等。可通过排钻加工渗透物管102来形成穿孔104。可通过使用冲头从而形成更复杂的形状的穿孔，例如缝隙和多边形穿孔。穿孔104便于渗透物的流从叶(在图1中未显示)进入渗透物管102中。

由核芯框架的渗透物管102形成渗余物通道106。各个渗透物管102均联接至叶。叶缠绕于核芯框架上以形成螺旋供给流RO元件。核芯框架上的叶的缠绕密封渗余物通道106。换言之，渗余物通道106为开放的通道，该开放的通道被核芯框架的渗透物管102的内部范围限定，并通过将叶缠绕在核芯框架上而进一步限定。

多个渗透物管102联接至端帽108。端帽108可包括一个或多个渗透物排出端口110，以便于渗透物从渗透物管102排出。端帽108还可包括用于从渗余物通道106排出渗余物的至少一个渗余物排出端口112。图1示出了包括多个渗透物排出端口110和一个渗余物排出端口112的两个端帽108。位于端帽108上的排出端口的各种其他配置是可能的。例如，两个端帽108中的一个可包括渗透物排出端口110，而另一端帽108可包括渗余物排出端口112。这种配置允许渗余物和渗透物从RO元件的对立端排出。备选地，一个端帽108可包括渗透物排出端口110和渗余物排出端口112，而另一端帽108可不包括排出端口。这种配置允许渗透物和渗余物从RO元件的同一端排出。结合图5A和图5B而进一步描述了端帽108。

图2示出了根据一个实施例的示范性反渗透元件200的横截面视图。RO元件200包括多个渗透物管102a和102b。为简单起见，在图2中未示出穿孔104。渗透物管102均联接至叶元件。叶元件可包括渗透物载体202、半透膜204以及供给隔离件206中的至少一个。图2示出了叶元件的布置的一个实施方式。联接至渗透物管102a的叶元件包括渗透物载体202、半透膜204以及供给隔离件206。联接至渗透物管102b的叶元件包括渗透物载体202和半透膜204，但不包括供给隔离件206。这种布置可有助于减少额外的供给隔离元件。这种布置也可减小RO元件的整体直径。备选地，这种布置可在同一直径内容纳更多叶。然而，应当理解全部叶元件可包括全部三个元件。

通过围绕渗透物管102包绕各个叶，使得叶可联接至渗透物管102。备选地，叶可粘合至渗透物管102以便于渗透物流动至渗透物管102中。合适的粘合剂可用于将叶粘合至渗透物管102。渗透物载体202可包括密封件208，该密封件208位于纵向侧和在与渗透物管102对立的端的横向侧。通过使用例如注入至渗透物载体202中的热固性聚合物的合适的密封材料，可形成密封件208。密封件208防止供给溶液直接进入膜204之间的渗透物载体202。密封件208还防止渗透物从渗透物载体202的侧泄漏。图3和图4示出了根据一个实施例分别联接至渗透物管102a和102b的示范性叶。图3和图4示出了密封件208，该密封件208形成在纵向侧和与渗透物管102对立的横向侧。

图5A示出了根据一个实施例的示范性端帽108的外视图500。外部管道连接(图中未示出)或另一元件核芯100可连接至端帽108，尤其连接至渗透物排出端口110和渗余物排出端口112，以分别从渗透物管102和渗余物通道106提取渗透物和渗余物。

连接可为螺旋型的，包括位于渗透物排出端口110和位于渗余物排出端口112上的螺纹。备选地，可通过使用粘合剂使得外部管道粘合至渗透物排出端口110和渗余物排出端口112。

图5B示出了根据一个实施例的示范性端帽108的内视图510。端帽108可由例如但不限于塑料、复合物、金属、合金等的任何材料制造。可通过使用例如但不限于注入成型的技术来制造端帽108。

通过使用存在于渗透物管102和渗透物排出端口110上的螺纹，使得端帽108和渗透物管102可联接在一起。在备选实施例中，端帽108和渗透物管102可通过使用粘合剂而粘合。在又一实施例中，端帽108和渗透物管102还可熔合在一起，以形成一个单一布置。

图6示出了根据一个实施例的多个反渗透元件602的示范性配置600。配置600显示了利用三个反渗透元件602a、602b以及602c的实施方式。另外，本领域中的普通技术人员将会理解反渗透元件602的数量可按照系统的需要而变化。

配置600可包括压力容器604。压力容器604可包括入口606，以便加压的供给水流动至压力容器604中。供给水可在高压下被泵送至入口606中，该高压例如针对半咸水为2-17巴(30-250PSI)，且针对海水为40-70巴(800-1000 PSI)。另外，压力容器604的尺寸和供给水的压力可基于例如但不限于由系统实施的反渗透元件602的数量、所采用的叶元件的类型、每个RO元件中的叶元件的数量、所需的回收水平等因素而变化。

如在图5A和图5B中所示，可存在具有渗透物排出端口110和渗余物排出端口112的端帽108，用于三个反渗透元件602a、602b以及602c的每一个，连同连接三个反渗透元件602a、602b以及602c的外部管道。

另外，在各个反渗透元件602a和602c中的一端处，渗透物出口610可连接于压力容器604的各个端处，以从任一端提取渗透物。类似地，在各个反渗透元件602a和602c的一端处，渗余物出口608可连接于压力容器604的各个端处，以从任一端提取渗余物。如上所述，可通过使用用来附连渗透物管道102和端帽108的任何技术从而完成渗透物出口610和渗透物排出端口110之间的连接。可采用类似类型的连接以连接渗余物排出端口112和渗余物输出管道608。

图7示出了根据一个实施例的示范性嵌套RO元件核芯700。嵌套RO元件核芯700包括用于执行反渗透过程的两层(level)嵌套。嵌套RO元件核芯700可包括一组外渗透物管702和一组内渗透物管704。外渗透物管702可比内渗透物管704的直径更大、数量更多。由嵌套RO元件的外层所获得的渗透物回收的量支配了内渗透物管704的尺寸和数量。

外渗透物管702限定中间通道710。外叶元件(由轮廓706显示)密封了中间通道710。外叶元件提供了供给溶液的第一级RO回收。从第一级RO回收获得的渗透物被收集于外渗透物管702中，并通过相关的渗透物排出端口而排出。中间渗余物溶液随后通过内叶元件而经受第二级RO回收。中间通道相当于用于内叶元件的压力容器(由轮廓708显示)。从第二层RO回收获得的渗透物被收集于内渗透物管704中，并通过相关的渗透物排出端口而排出。渗余物随后收集于渗余物通道712中，并通过相关的渗余物排出端口而排出。

内渗透物管704的大小和数量受由嵌套RO元件的外层所获得的渗透物回收的量支配。例如，如果嵌套RO元件的外层提供百分之五十的渗透回收，则嵌套RO元件的内层可需要如外层一半多的渗透物管，以保持供给流速度可与在嵌套RO元件的外层的入口处的供给流速度相当。

图8示出了根据另一实施例的示范性嵌套RO元件核芯800。嵌套RO元件核芯800包括用于执行反渗透过程的两层嵌套。嵌套RO元件核芯800可包括形成外框架的一组外渗透物管802和形成多个内框架的多组内渗透物管804。这种RO元件的操作类似于结合图7而描述的操作。

图9示出了根据又一实施例的示范性的嵌套RO元件核芯900。嵌套RO元件核芯900包括用于执行反渗透过程的三层嵌套。嵌套RO元件核芯900包括一组外渗透物管902、一组中间渗透物管904以及一组内渗透物管906。供给溶液历经三级RO回收，而来自各级RO回收的渗透物被收集于相应的渗透物管902、904以及906中。这种RO元件的操作类似于结合图7而描述的操作。

嵌套RO元件700、800以及900可经过单独的排出端口而排出从不同级的RO回收所获得的渗透物。备选地，在嵌套RO元件700、800以及900的全部级的渗透物管中收集的渗透物可经过共同的渗透物出口而排出。

本文中所描述的嵌套多叶RO元件提供了紧凑的RO元件，其带有比常规的单级RO元件的设计更高的效率和更高的回收率。内级中的叶的数量的减少有助于维持内供给通道中的高的供给流速度，因此，降低了半透膜的结垢的可能性。嵌套多叶RO元件可堆叠成类似于结合图6而描述的配置。

虽然结合本文中所呈现的实施例而描述了具体实施方式和应用领域，但这种描述仅出于说明的目的。本技术领域中的技术人员将从该描述中领悟到可利用仅由所附权利要求的精神和范围限制的修改和变更来实践这种实施例。

Claims

1.一种反渗透元件，包括：

多个渗透物管，其布置成形成核芯框架；

多个叶，其缠绕于所述核芯框架上，所述多个叶的各个叶联接至所述多个渗透物管中的一个渗透物管；以及

渗余物通道，其由所述核芯框架的渗透物管和缠绕于所述核芯框架上的多个叶限定；

第一端帽和第二端帽，所述第一端帽和所述第二端帽联接至所述多个渗透物管的对立端，

其中，所述第一端帽和所述第二端帽中的至少一个包括渗余物排出端口，且所述第一端帽和所述第二端帽中的至少一个包括一个或多个渗透物排出端口。

2.根据权利要求1所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个渗透物管具有圆形横截面、三角形横截面、泪滴形横截面以及翼形横截面中的一个。

3.根据权利要求1所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的各个叶包括渗透物载体和半透膜。

4.根据权利要求3所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的备选叶额外地包括供给隔离件。

5.根据权利要求3所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的各个叶额外地包括供给隔离件。

6.根据权利要求1所述的反渗透元件，其特征在于，通过围绕所述渗透物管包绕所述叶而将所述多个叶的各个叶联接至所述渗透物管。

7.一种水净化系统，包括根据权利要求1所述的反渗透元件。

8.根据权利要求7所述的水净化系统，其特征在于，包括多个连续地布置的反渗透元件。

9.根据权利要求8所述的水净化系统，其特征在于，相邻的反渗透元件的渗余物排出端口处于流体连通。

10.根据权利要求8所述的水净化系统，其特征在于，相邻的反渗透元件的渗透物排出端口处于流体连通。

11.一种反渗透元件，包括：

多个渗透物管，其布置成形成外框架和设置于所述外框架内的内框架；

第一组多个叶，其缠绕于所述外框架上，所述第一组多个叶的各个叶联接至所述外框架的一个渗透物管；

以及第二组多个叶，其缠绕于所述内框架上，所述第二组多个叶的各个叶联接至所述内框架的一个渗透物管；

中间通道，其被所述外框架的渗透物管和缠绕于所述外框架上的第一组多个叶限定；

渗余物通道，其被所述内框架的渗透物管限定并被缠绕于所述内框架上的第二组多个叶限定；以及

第一端帽和第二端帽，所述第一端帽和所述第二端帽联接至所述多个渗透物管，

12.根据权利要求10所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个渗透物管具有圆形横截面、三角形横截面、泪滴形横截面以及翼形横截面中的一个。

13.根据权利要求11所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的各个叶包括渗透物载体和半透膜。

14.根据权利要求13所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的备选叶额外地包括供给隔离件。

15.根据权利要求13所述的反渗透元件，其特征在于，所述多个叶的各个叶额外地包括供给隔离件。

16.根据权利要求11所述的反渗透元件，其特征在于，通过围绕所述渗透物管包绕所述叶而将所述多个叶的各个叶联接至所述渗透物管。

17.一种水净化系统，包括根据权利要求11所述的反渗透元件。

18.根据权利要求17所述的水净化系统，其特征在于，包括多个连续地布置的反渗透元件。

19.根据权利要求17所述的水净化系统，其特征在于，相邻的反渗透元件的渗余物排出端口处于流体连通。

20.根据权利要求17所述的水净化系统，其特征在于，相邻的反渗透元件的渗透物排出端口处于流体连通。