CN103874537A - 用于热质传递的板、框及螺旋缠绕式膜模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膜模块及其应用。具体地讲，本发明涉及用于正向渗透、热交换和蒸馏工艺的膜模块的构造。

Description

用于热质传递的板、框及螺旋缠绕式膜模块

技术领域

本发明整体涉及膜模块，并且更具体地讲涉及膜模块的制造和布置及其用途。

背景技术

基于膜的流体隔离系统（例如，渗透和全蒸发）是现有技术中众所周知的。通常，这些系统包括多个通过管件连接在一起的组件，它们会增加系统的复杂性和总体尺寸。另外，需要将各种组件通过管件连接在一起导致需要更多的组件（例如，阀、配件等）并使此类系统产生另外的缺点（例如，额外的组件成本和管件泄漏）。

此外，这些常规系统往往被布置成供单一应用（例如，单次通过或单一工艺类型）。因此，在需要执行多个工艺和/或单一工艺类型的附加阶段是所需的时，将需要另外的部件和管件连接，这将再次增加系统的复杂性和尺寸。具体地讲，需要将多个模块以串联和/或并行方式通过管件连接在一起以适合特定的应用，并且一旦构造好后，就不能容易地修改以例如适应系统要求的变化或修复缺陷。

发明内容

因此，可能有利的是将多个基于膜的工艺整合到单一模块中以减少系统的管件连接和总体尺寸。本发明的各种膜模块允许将多个基于膜的系统制造并布置成单一、简化的模块，这些模块易于组装、最大程度减少管件连接并产生更小的总体占有面积。这些膜模块的模块化性质还允许膜和/或膜组合件的可交换性，从而有利于模块的维护、维修和/或定制。

在一个方面，本发明涉及一种膜模块，包括多个第一膜板、多个第二膜板、多个膜片以及第一和第二盖板。每个膜板包括围绕其周边的至少一部分设置并限定入口、出口及其之间的流路的联锁机构以及限定在其中形成的开口的平坦表面。至少一个膜片设置在第一和第二膜板的每一个的平坦表面上并对应于其中形成的开口。所述多个第一和第二膜板通过它们的联锁机构彼此固定并以交替模式布置。第一盖板设置在组装好的膜板之下并固定到膜板中的至少一个并且第二盖板设置在组装好的膜板之上并固定到膜板中的至少一个。

在另一个方面，本发明涉及一种膜模块，包括多个膜板、多个膜片以及第一和第二盖板。每个膜板包括细长主体，所述细长主体具有第一端、第二端以及限定大致居中开口的基本上平坦的表面；第一入口，所述第一入口在基本上平坦的表面中形成并邻近细长主体的第一端设置；第一出口，所述第一出口在基本上平坦的表面中形成并邻近细长主体的第二端设置；第二入口，所述第二入口在基本上平坦的表面中形成；第二出口，所述第二出口在基本上平坦的表面中形成；第一联锁机构，所述第一联锁机构围绕细长主体的第一侧的周边的至少一部分设置并在第一入口与第一出口之间限定第一流路；以及第二联锁机构，所述第二联锁机构围绕细长主体的第二侧的周边的至少一部分设置并在第二入口与第二出口之间限定第二流路。至少一个膜片设置在膜板的每一个上并对应于由其平坦表面限定的开口。所述多个膜板通过联锁机构彼此固定并以交替模式180°异相布置，使得交替的第一入口和第一出口流体连通以及交替的第二入口和第二出口流体连通并且第一和第二流路相继地交替。第一盖板设置在组装好的膜板之下并固定到膜板中的至少一个并且第二盖板设置在组装好的膜板之上并固定到膜板中的至少一个。在一个实施方案中，第二入口邻近细长主体的第一端设置并且第二出口邻近细长主体的第二端设置。在另一个实施方案中，第二入口邻近细长主体的第二端设置并且第二出口邻近细长主体的第一端设置。

在前述方面的多种实施方案中，膜模块包括至少一个歧管组合件，所述歧管组合件固定到组装好的膜板以将至少两个工艺流通过第一和第二入口及出口导入导出膜模块。在一些实施方案中，所述至少一个歧管组合件包括设置在盖板的至少一个上并与膜板的第一和第二入口流体连通的第一歧管组合件以及设置在盖板的至少一个上并与膜板的第一和第二出口流体连通的第二歧管组合件。膜模块可包括另外的入口和出口以适应多个工艺流，并且可将任何数量的歧管组合件用于适应多个工艺流。

作为另外一种选择或除此之外，膜模块组合件可包括具有第一和第二入口以及第一和第二出口的壳体，其中膜模块设置在壳体内使得壳体的第一入口和第一出口与第一膜板入口和第一膜板出口流体连通并且壳体的第二入口和第二出口与第二膜板入口和第二膜板出口流体连通。在一个或多个实施方案中，壳体可由柔性或者说是可膨胀材料制成。柔性壳体在其中将膜模块浸没并且流体可通过模块“鼓泡”的应用中可能是有利的。膜模块还可以包括多个网片，其中至少一个网片设置在相邻的膜板之间，例如，第一和第二膜板对之间。第一和第二盖板可通过机械紧固件彼此固定，从而夹持第一和第二膜板的组合件。在一些实施方案中，第一和第二膜板可具有顶部表面和底部表面并且联锁机构设置在各膜板的顶部表面和底部表面两者上。

在另外的实施方案中，多个膜板的每一个可包含聚合物材料。所述多个膜片可包括正向渗透膜、热交换膜、接触膜、蒸发膜、冷凝膜和吸收膜中的一者或多者。在一个实施方案中，正向渗透膜的每一个包括在膜板上取向的进料侧和渗透侧使得对于任何两个相邻的膜板而言，渗透侧面向彼此或进料侧面向彼此。在另一个实施方案中，多个热交换膜设置在所述多个第一膜板上并且多个接触膜设置在所述多个第二膜板上。作为另外一种选择，多个热交换膜和多个接触膜可以交替方式设置在膜板上。

在另一个方面，本发明涉及一种膜模块，包括多个第一和第二膜板、多个热交换膜和多个接触膜。膜板的每一个具有入口、出口和在其平坦表面中形成的开口。至少一个热交换膜固定到第一膜板的每一个并取向为覆盖在其平坦表面中形成的开口。至少一个接触膜固定到第二膜板的每一个并取向为覆盖在其平坦表面中形成的开口。第一和第二膜板以交替方式组装；然而，设想了其他布置方式并且这些布置方式落在本发明的范围内。

在多种实施方案中，第一膜板入口流体连通，第一膜板出口流体连通，第二膜板入口流体连通，和/或第二膜板出口流体连通。在一些实施方案中，第一和第二膜板相同并在其相应的入口与出口之间限定纵向不对称的流路。在多种实施方案中，模块设置在具有端口的壳体内，这些端口与膜板的入口和出口对接。在其他实施方案中，模块可包括另外的膜板和膜类型以适形另外的工艺流。模块还可以包括含有隔绝材料的膜板或空白膜板以在模块内形成不同的流路。这些另外的膜和/或膜板可包含可有助于在模块内发生的多种过程的材料或由这些材料制成。例如，由高传导金属制成的板可用于从系统中虹吸出热。在另一个实例中，膜和/或膜板可涂有催化剂以有助于化学反应，诸如加速驱动溶质的吸收。

在另一个方面，本发明涉及制造膜模块的方法。该方法包括以下步骤：提供第一膜板，该第一膜板限定由入口和出口终止的不对称流路和在膜板的平坦表面中形成的开口；将第一膜片固定在平坦表面上和在其中形成的开口上方；提供第二膜板，该第二膜板限定由入口和出口终止的不对称流路和在膜板的平坦表面中形成的开口；将第二膜片固定在第二膜板的平坦表面上和在其中形成的开口上方；以及将第二膜板附接到第一膜板，其中第一和第二膜板的不对称流路以180度异相设置。该方法包括将前述步骤根据需要重复多次，以构造具有一定数量的板（即，层）的膜模块。层的具体数量将被选择为适合特定的应用并实现所需的结果，例如，X加仑每天的溶剂通过正向渗透膜模块。在多种实施方案中，第一和第二膜片可包括例如正向渗透膜、热交换膜和接触膜。该方法还可以包括提供第三膜板，将第三膜片固定到第三膜板以及将第三膜板附接到第一或第二膜板以适应另外的工艺流。该方法还可以包括将顶部和底部盖板附接到组装好的膜板或将膜模块设置在壳体内。

在另一个方面，本发明涉及一种螺旋缠绕式膜模块，包括中心管、膜组合件和端管。中心管具有限定入口和内部内腔的细长主体。膜组合件限定内表面和外表面，其中内表面与中心管的内部内腔流体连通。端管具有限定出口和内部内腔的细长主体，其中端管的内部内腔与膜组合件的内表面流体连通。模块还可以包括壳体，该壳体具有入口和出口并限定用于接纳中心管、膜组合件和端管的室。壳体室与膜组合件的外表面流体连通并与中心管入口和端管出口流体隔离。

通过参考以下说明和附图，与本文所公开的本发明的优点和特征一起的这些和其他目标将变得显而易见。此外，应当理解，本文所述的各种实施方案的特征不互相排斥，并可以多种组合和排列存在。

附图说明

在附图中，同样的参考字符在所有不同的视图中通常是指相同的部件。另外，附图未必按比例绘制，而是通常着重于阐述本发明的原理，不旨在对本发明进行限制。为了清楚起见，在每一附图中，可能不对每一组件都进行标记。在以下说明中，参考以下附图对本发明的多种实施方案进行描述，其中：

图1是根据本发明的一个或多个实施方案的膜模块组合件的透视图；

图2A和2B是部分横截面形式的图1的膜模块的端视图和侧视图；

图3A-3C是用于图1的膜模块的膜板的多种构型的平面图；

图3D是用于图1的膜模块的膜板的替代构型的透视图；

图3E是图3A和3D的板的示意性平面图；

图3F是组装图1的膜模块的替代方式的透视图；

图4A-4M是根据本发明的一个或多个实施方案的膜模块的某些方面的组合件细节的多种视图；

图5是根据本发明的一个或多个实施方案的膜模块的运行的示意图；

图6A是根据本发明的一个或多个实施方案的替代膜模块的透视图；

图6B是图6A的膜模块的替代实施方案的部分分解透视图；

图6C是图6A的膜模块的替代实施方案的分解透视图；

图7A是用于图6A和6B的膜模块的膜板的一个实施方案的平面图；

图7B是两个相邻的、交替的膜板的取向的平面图；

图7C是图7A的膜板的一部分的放大视图；

图8-10是根据本发明的一个或多个实施方案的膜模块的替代构型和运行的示意图；

图11A是可通过本文所公开的膜模块之一执行的蒸气吸收循环的示意图；

图11B是根据本发明的一个或多个实施方案的膜蒸气吸收循环模块的示意图；

图12A是处于未缠绕构型的现有技术螺旋缠绕式模块的平面图；

图12B-12E是根据本发明的一个或多个实施方案的螺旋缠绕式膜模块的多种视图；以及

图13A-13C是替代膜模块组合件的多种视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个或多个实施方案的膜模块10的透视图。模块10具有板框式布置并包括壳体16和设置在其中的多个膜板12、14。需要指出的是，可以存在两种或更多种不同的包括在任何给定模块中的膜板构型以通过模块引导多个流的流动；然而，膜板在类型上也可以不同以根据模块的用途执行不同的功能。例如，模块可以包括渗透膜、蒸气接触膜和热交换膜的任何组合。在一个实施方案中，壳体16包括中心主体15和设置在主体15的每一端上的堵头17。如图1所示，壳体16具有大致矩形；然而，在本发明的范围内设想并考虑了其他形状，例如，具有穹顶形堵头的圆柱形，类似于典型的压力容器。主体15和堵头17可通过任何已知的机械装置组装，例如，焊接、螺纹或法兰连接。就螺纹连接而言，可将堵头17从主体15移除，以对膜堆叠件进行维护（例如，更换各个膜板）或用替代堵头进行更换，例如用替代端口结构进行更换。

膜板12、14包括如下所述的互补形状和流路，并以交替方式布置以沿着预定的流路引导不同的工艺流。堵头17和主体15包括多个提供各流动的入口和出口的端口22、23。如图1所示，模块10包括用于第一工艺流的入口22a和出口22b以及用于第二工艺流的入口23a和出口23b。在所示的实施方案中，入口22a、23a和出口22b、23b位于模块10的同一通用端，使得工艺流将以相同的方向流动；然而，任一流的入口/出口的位置可以颠倒以在两个流之间提供逆流。在一些实施方案中，主体15和/或堵头17可包括另外的端口以适应另外的工艺流或用于维护目的（例如，引入空气或清洗液）。端口可例如与快速断开配件螺纹、法兰或配合连接。膜板12、14和端口22、23的布置的一个实例在图2A和2B中示出。

图2A示出了图1的膜模块10的端视图，其中一个堵头17的一部分被删除以示出膜板布置。图2B示出了横截面形式的膜模块10的部分侧视图。可以看出，模块10包括直接地或通过端板24、26固定在壳体内的交替膜板12、14。所示的膜模块10包括两个内部端板26和两个外部端板24，它们围绕其周边密封到壳体16和/或堵头17。例如，在一个实施方案中，内部端板26可密封到壳体16的主体15的端开口19并包括各膜板12、14穿过的开口。膜板被密封（例如，通过焊接或其他机械装置）使得气体或液体（例如，水性或非水性溶液）只能在特定的膜板之间流动，如通过壳体主体15和/或堵头17中的端口以及膜板端口所决定。在一个或多个实施方案中，外部端板24可设置在堵头17内并在其中围绕其周边密封。外部端板24还可以包括允许膜板从中穿过的开口。膜板也与外部端板24密封接合，以便基于堵头17中的端口和膜板端口在特定的膜板之间引导液体或气体的流动。在替代实施方案中，另外的端板可结合另外的端口使用以引导两个以上的不同流通过膜模块10。

如图2A所示，入口22a与第一膜板12的开口34流体连通（参见图3A）以允许将流引向相关的膜。流将流过相关板的膜表面，但被形成其他膜板（例如，交替的膜板14）的封闭端的端肋133阻挡通过其他膜板。流（或其部分）然后可通过出口22b退出模块。在一个替代实施方案中，模块10可包括多个设置在例如堵头17的端表面上的入口22a’。多个入口22a’可结合例如将每个入口22a’与特定的膜板或膜板子集相关联的折流或其他结构39而使用。该替代布置允许膜模块10接受特定来源的多个入口流，例如，当通过不同压力和/或温度的多个流将富含溶剂的溶液引向膜模块10时，如下所述。

如图2B所示，第一工艺流48通过入口端口22a进入模块10然后填充由堵头17限定的空间再通过开口34（未示出但通过箭头41表示）流过膜板12。端板24密封接合模块内的膜板布置并有助于防止第一工艺流围绕膜板开口34迁移。端板26相似地密封模块10内的膜板并防止第二工艺流50围绕膜板开口134迁移。端板24、26还可以为膜板提供支承。就三种或更多种类型的膜板而言，可以提供另外的端板以将另外的流导向其相应的开口/端口。第二工艺流50通过入口端口23a进入模块10然后填充由端板24和26限定的空间。第二流50通过开口134沿着膜板14导向。

图2B的下部示出了替代布置，其中使用多个入口22a’、23a’和出口22b’、23b’（未示出）。如图所示，将多个第一流48’、48”通过入口22a’引向模块10。每个流48’、48”通过将堵头限定的空间相应地划分的折流或类似结构39导向膜板的子集。图2B中只示出了一个替代入口23a’；然而，对于第二流50’可能存在与第一流48’相同数量的入口23a’。替代端口22’、23’的具体数量和布置将变化以适应特定的应用。替代入口23a’将多个流50’引入由端板24、26限定的空间，该空间也将由折流板或其他结构适当地划分。在一些实施方案中，不需要折流或端板，因为所需的结构可单独地构造到膜板自身中或在互连时形成。

应该指出的是，虽然模块主要相对于膜板而描述，但是这些结构也可适用于中空纤维膜束。例如，模块可能包括两束或更多束执行不同功能的中空纤维膜。在一个实施方案中，可将各种束在壳体内分段或交错，其中束的端可封装和/或包括对应于由折流板/端板限定的各种空间的歧管，而折流板/端板继而对应于各种入口和出口。这些歧管还可以根据需要提供流路以有利于束之间的流动从而适合特定的应用。这种布置允许将不同的中空纤维束（例如，正向渗透、热交换和接触膜）包括在单一模块中，其中将束分段以对各种工艺流执行连续操作。

图3A-3C示出了三种不同的膜板构型。虽然只具体描述了三种构型，但是另外的构型也可从这三种构型中得出并落在本发明的范围内。相对于图3A，显示并描述了具有开口端构型的膜板12。板12具有大致平坦的、矩形形状；然而，设想了其他形状并且这些形状落在本发明的范围内。如图所示，板12包括大致平坦的表面或主体28和沿着板的纵向侧长度走向的两条肋30（即，联锁机构）。肋30限定设置在板12的端上的第一和第二开口34。这些开口34将对应于壳体16中的端口（如之前所述）或可与其他端口结构（例如，歧管、堵头）对接。肋30被构造成允许与互补的膜板堆叠和联锁。在一些实施方案中，肋30具有互补的形状以有利于板之间的联锁。在其他实施方案中，一个板的肋30可通过粘合剂、焊接或其他机械装置固定到另一板的肋。例如，在一个实施方案中，肋30的顶部表面具有凹形或者说是限定与肋30的底部表面互补的凹槽，使得一个膜板的肋的底部表面可搭扣配合到另一膜板的肋30的顶部表面中。在一个实施方案中，肋30的顶部表面可具有设置在其中的粘合剂以在组装时在膜板之间提供不透液密封。参见例如图4A-4H。

表面28限定开口32。在所示的实施方案中，肋30将任何工艺流的流动沿着板12的长度从一个开口端34导向相对的开口端34’并跨过开口32。如图所示，开口32大致呈矩形并在表面28中居中设置，并且延伸表面28很大的一部分以便提供最大的膜表面暴露量。然而，开口32的总体尺寸、形状和位置可以变化以适应特定的应用。此外，表面28可限定多个开口32。例如，在一个实施方案中，表面28包括两个在表面28中均匀间隔开的开口，而肋和开口布置与之对应。在一个实施方案中，开口被网片36和半渗透膜片35覆盖或者说是填充。在替代实施方案中，开口被网片36或膜片35覆盖，具体取决于板在模块10中的预期功能。网片36可用作间隔物以维持膜片35之间的间距并有助于液体或气体在膜板与膜片之间流动。网片36还可以为在膜板之间通过的任何液体提供透气。

在一个实施方案中，膜片35是包括进料侧和渗透侧的正向渗透膜。在构造膜板时，膜片35在每个板上的取向将交替，使得在组装膜模块10时，膜片35的进料侧和渗透侧将以交替方式面向彼此。在替代实施方案中，网片可设置在开口32内或由膜板（例如，在模制工艺过程中在开口内形成的晶格结构）形成。

作为另外一种选择，开口32可被不可渗透的材料覆盖以阻挡任何材料从中通过（或者可以使用无开口32的膜板），从而形成模块的非活动层。在一个实施方案中，材料可以是绝热体以最大程度减小膜板之间的热传递，例如，在用于多级工艺的模块的一个实施方中，如下文所述。

表面28还可以包括含有一个或多个小块或其他几何形状的区域，例如，端区38，它们当在模块10中组装板时充当维持板之间的间距的间隔物40。间隔物40还可以为板提供结构支承，例如，增加刚度和/或支承相邻板的重量。

图3B示出了替代膜板14，其中板14具有封闭端构型。板14的基本构造基本上与相对于图3A所述的相同，相同的程度范围是板14包括平坦的、矩形表面128，肋130（即，联锁机构），开口132，膜片135，网片136和间隔物140。第二板14的形状和构型与第一板12互补。然而，第二板14具有沿着相对的端和各纵向侧的很大一部分设置的肋133、130。肋130不延伸纵向侧的整个长度，从而产生在肋130与肋133之间形成并邻近板14的端区138设置的横向开口134。这些横向开口还将对应于壳体16上的端口（或其他端口结构）以引导工艺流的流动跨过板14。

图3C示出了另一个替代膜板13，其中板13具有开口侧构型。板13的基本构造基本上与相对于图3A和3B所述的相同，相同的程度范围是板13包括平坦的、矩形表面228，肋230、233（即，联锁机构），开口232，膜片235，网片236和间隔物240。第三板13的形状和构型与第一板12和第二板14或与其一起组装的任何其他板互补。应该指出的是，不是根据本发明的每一个膜模块都需要包括三种不同的板构型，而是可以包括适合特定应用所需的任何数量和构型。这种模块性为通过标准化部件形成膜模块提供了巨大的灵活性从而适合几乎任何应用。第三板13具有沿着相对端和各纵向侧的部分设置的肋233、230（联锁机构）。肋230不延伸纵向侧的整个长度，而是覆盖纵向侧对应于板13的端区238的一部分，从而形成大致居中的横向开口234。如上所述，开口234将对应于壳体16中的端口。另外的板构型也是可能的，并部分依赖于肋沿着任何特定板的周边的位置和程度以形成可与壳体16中的端口（或其他端口结构）的位置协调的开口。

图3D表示在图3B中示出的膜板14的替代构型；然而，一些或全部替代特征可结合到本文所述的任何膜板中。如图3D所示，膜板14’基本上与膜板14相似，但是开口134’限于板14’的一个共同纵向侧。此外，板14’包括具有细长构型的间隔物140’。

图3E示出了两个膜板12、14’之间的相互关系，其中板12具有“A”构型，板14’具有“B”构型，而模块由交替的A和B构型形成，例如，A、B、A、B等。相对流通过箭头11显示。根据本发明的一个或多个实施方案的模块10可包括以类似方式组装的任何数量和类型的膜板。作为另外一种选择，板可按多种布置组装，诸如A、A、B、A、A、B等或A、B、C、A、B、C等，这是根据本发明的一个或多个实施方案制造的膜模块的另一项优势。

图3F示出了组装膜模块10’的替代方式，其中不需要单独的壳体。这种布置通常更适合低压应用，因为它依赖于各个膜板12、14和空白顶板和底板（未示出）的互连以实现密封。作为另外一种选择或除此之外，模块组合件可用相对于图6A更详细地讨论的顶板和底板夹在一起。如图3F所示，将端口板124、126和密封环123、125（即，歧管组合件127）围绕板12、14的开口区域附接到组装好的膜板，开口区域由对齐的开口34、34’、134、134’构成。板124、126和密封环123、125可通过粘合剂和/或其他机械装置固定到模块10’。该布置的一种可能的有益效果在于它提供进入膜板开口34、34’、134、134’的能力，使得在例如膜破裂的情况下可以封堵各个开口。另外，这种布置还使得对模块10’的其他维护称为可能。

模块的各种组件可由多种材料制成，包括例如聚合物、聚合物共混物和嵌段共聚物，并可通过例如模制、挤出、压印或其他已知的制造技术制造。各种膜片可由任何合适的材料制成，诸如在美国专利公布2007/0163951、2011/0036774、2011/0073540和2012/0073795中所公开的那些材料，这些专利公布的公开内容据此整体以引用方式并入本文。网片可由任何合适的聚合物材料制成。所用的特定材料将被选择为适合特定的应用并且应当能够经受各种工艺条件，例如，高温和流体相容性。

膜模块和膜板的总体尺寸和数量将被选择为适合特定的应用，其中着重于提供一定的膜总比表面积。此外，膜参数也将被选择为适合特定的应用，其中着重于获得特定的通量率，其中通量(J_w)=A(Δπ-ΔP)，其中A=比渗透率(m/s/atm)；Δπ=膜选择性层的表面处的渗透压差以及ΔP=跨膜压。通量率还将受到驱动液和进料液的流量的影响，这些流量将被选择为最大程度延长停留时间，但最大程度减小浓差极化(CP)。在一个实例中，具有50个膜板而每个膜板具有约1'×3'（3平方英尺）活性膜面积的模块将产生150平方英尺的大致总有效膜表面积。如果例如与设计用于渗透驱动通量的薄膜复合聚酰胺膜一起使用，则平均通量为10加仑每平方英尺每天(GFD)的用于海水淡化环境的这种类型的模块预计将有大约1500加仑每天的通量。

作为另外一种选择，可将多个更小的膜模块串联使用或将多个堆叠件组装在单一壳体内以实现相同的运行参数。例如，可布置十个模块使得前五个每一个具有300平方英尺的面积并以串联方式布置，然后后五个模块每一个具有150平方英尺的面积，也以串联方式布置。可以预计，这种类型的模块阵列每天将产生大约22,500加仑的渗透液。

图4A-4H示出了多种用于膜板组合件的边缘连接。图4A是两个膜板12、14的一部分的放大横截面透视图并示出了将各种膜板互连的一种可能模式。如图4A所示并如之前所讨论，肋30可包括在其上表面中的凹槽31，上表面的尺寸和形状与肋30的底部表面43形成搭扣配合。凹槽31的尺寸可制定为使得可将粘合剂材料37（例如，胶珠）加到凹槽31中以在组装时进一步固定板12、14。在所示的实施方案中，膜板通过注塑制造。

图4B示出了在图4A中所示的布置的替代形式，其中肋30略大以适应双搭扣配合和两个凹槽31以接纳粘合剂37。肋30的尺寸和形状形成多个互补凸起和凹槽以提供多个搭扣配合并形成外部槽45以接纳填缝或其他密封材料。图4C示出了相似的布置，其中肋30形成搭扣配合，但是不使用粘合剂。相反，肋在注塑工艺过程中通过硅密封47形成。

图4D-4F示出了可与热成型的膜板一起使用的三种替代连接布置。图4D示出了其中肋30基本上沿着膜板12、14的周边的至少一部分以V字形形成的布置；然而，在本发明的范围内设想并考虑了其他形状。膜板12、14通过互补、联锁形状和粘合剂37保持在一起。图4E基本上与图4D的布置相似，但是具有两条联锁互补肋30和相关的粘合剂线37。图4E表示一种替代布置，其中各膜板的形式为通过两个单独的借助超声焊接而连接的板形成的盒。盒通过互补成型的肋30之间的粘合剂37和/或附加的超声焊接而互连。

图4G示出了一个另外的实施方案，其中膜板通过注塑制成并通过超声焊接互连。如图所示，肋30沿着其边缘形成有间隙29，从而限定大小适应超声焊头的空间通过“X”。图4H示出了图4A的变型，其中膜板12、14的互连通过搭扣配合和使用粘合剂37实现；然而，膜板12、14尤其是肋30使用激光切割丙烯酸制成，并例如如图所示加以组装。

图4I-4K示出了将膜片35、135附连到膜板12、14。如图4I所示，膜板（板标记为12，但是附接方法可适用于本文所示的任何膜板构型）包括在膜板12的平坦表面28中形成的并围绕在其中形成的开口32的周边延伸的槽70。在至少一个实施方案中，槽被设计为接纳粘合剂37以将膜片35固定到膜板12。在该布置中，膜片35搁在平坦表面28上。在多种实施方案中，平坦表面28和/或槽70可具有纹理化表面以改善粘合剂连接。一种或多种类型和设置的粘合剂可用于适合特定的应用。

图4J示出了一种替代布置，其中平坦表面28包括围绕其周边设置的凹槽72并且槽70在由凹槽72限定的区域内形成。膜片35通过一种或多种粘合剂37相似地附接到膜板12，但是在凹槽72内齐平。就注塑膜板12而言，凹槽72的深度将取决于可能的最小板厚度。如之前所述，膜板和总体模块的尺寸将被选择为适合特定的应用。

图4K示出了用于将膜35附接到膜板12的又一种替代布置。如图所示，膜板12包括前述凹槽72和槽70，并且还包括可通过搭扣配合和/或粘合剂而附接到膜板12的插入件74。插入件74进一步将膜片35固定到膜板12。在一个替代实施方案中，插入件74可通过超声焊接到板12。在一个特定实施方案中，插入件74将与膜板12的平坦表面28齐平。在另一个实施方案中，插入件74与肋30齐平。通常，膜片将相对于膜板的至少一部分（例如，肋30和/或平坦表面28）略微凹陷。

图4L和4M示出了至少膜板12、14的子集的组合件。如图4L所示，各膜板12、14包括附接到其顶部平坦表面28的单一膜35。板12、14彼此堆叠并例如通过肋30与粘合剂37之间的搭扣配合而固定。可提供支承以维持膜片35之间的间距并向在板12、14之间流动的流提供扰动的任选的网片36设置在在板12、14内形成的开口32内。网片36可通过粘合剂或其他已知的机械装置固定到板或与之一起形成。另外的网片36可根据需要设置在膜片35之间以适合特定的应用。作为另外一种选择，膜35可附接到特定膜板的顶部或底部表面以适合特定的应用，例如，控制膜片35之间的空间。例如，在一个实施方案中，膜片35被布置为使得两个相邻膜板之间的进料侧通过设置在其间的网片而更靠近彼此设置，而渗透侧则间隔较远。

图4M示出了一种布置，其中各膜板包括两个附接到其上的膜片35，从而形成膜盒。如图所示，膜片35通过任何前述方法附接到膜板的顶部表面和底部表面的每一者，并且网片36设置在膜片35之间并可固定到膜板12、14。这种布置允许使用更厚的膜板，这可使得板更易于制造并在组装时产生更少的粘合剂接头。然而，膜板中的开口将更加复杂以适应膜片35之间的流路。作为另外一种选择，膜板可由被构造成允许将膜板堆叠件用螺栓连接在一起的框架围绕，使得板被功能性地夹在一起。框架布置可用于取代粘合剂的使用或结合粘合剂使用。

图5示意性地示出了利用两种不同的膜板12、14形成特定的流动模式但为单一类型的膜在此情况下为正向渗透膜的基本膜模块10的运行。在此实施方案中，膜在交替的膜板上的取向方式使得相邻膜的渗透侧和进料侧面向彼此。如图5所示，将第一工艺流48在此情况下为进料液通过入口22a引入膜模块10。第一流48通过设置在膜板12的端处的开口34进入在交替的膜板之间形成的空间（参见例如图2A、2B和3A）。将第二流50在此情况下为驱动液通过入口23a引入膜模块10。第二流50通过设置在膜板14的端附近的开口134进入在交替的膜板之间形成的空间（参见例如图2A、2B和3B）。溶剂穿过膜从进料液流向驱动液（箭头76）。

耗尽了溶剂的进料液通过出口22b作为第三流52退出膜模块10。第三流52可被导向另外的膜模块或其他地方以进一步加工和/或重复利用/处置。富含溶剂的驱动液通过出口23b作为第四流54退出膜模块10。第四流54也可被导向另外的膜模块或其他地方以进一步加工。在一些实施方案中，第四流54被导向重复利用工艺以回收驱动溶质并产生例如饮用水。

图6A示出了替代膜模块310。如图所示，膜模块310包括多个交替的膜板312、314。在一个实施方案中，将板312、314设置在压力容器内或类似于相对于图1所述的壳体内。作为另外一种选择，可如相对于图4A-4H所述而组装膜模块310，并且不需要使用单独的壳体。例如，模块310可用包括歧管或端口块体378的顶板368a和底板368b组装，该歧管或端口块体与膜板的内部端口对接（参见图7A-7C）并提供与各种工艺流的源对接的入口和出口端口322、323。在一些实施方案中，顶板和底板368可包括用于将膜板堆叠件用螺栓连接在一起以形成成品模块310的装置。在一个实施方案中，板312、314、368包括可适应螺栓或螺杆369的间隙孔，其中间隙孔设置在流路之外以防止泄漏。在另一个实施方案中，顶板和底板368具有比膜板312、314略大的外部尺寸，使得螺栓或螺杆369可在堆叠的膜板312、314之外的板368a、368b之间延伸。在一些实施方案中，顶板366a和底板368b相同并旋转开180°度。这种布置往往更容易组装，原因是夹持力的使用消除了对平滑边缘/肋的需要并在必要时为填缝形成更好的接缝。此外，使用“夹持”组装方法可允许模块310在比无根据本文所述的其他方法组装的壳体的模块更高的压力下运行。

图6B示出了图6A的模块310的替代形式。如图所示，模块310包括多个堆叠的膜板312、顶板368a和底板368b。端口322、323直接在顶板和底板368中形成。板312、368通过任何前述方法而固定。作为另外一种选择或除此之外，顶板和底板368中的端口322、323可具有螺纹、法兰或其他构型以适应各种管路系统和连接。

图6C示出了膜模块310’的又一个替代实施方案。与图6B的模块310相似，模块包括多个堆叠的膜板312以及用于将组合件夹在一起的顶板368a和底板368b。在此特定实施方案中，模块310’还包括含有对应于模块端口的开口但不含膜通常所处位置处的开口的空白顶部膜板371，以及不含任何开口或膜的空白顶部膜板373。在包括空白顶部膜板371和底部膜板373的一些实施方案中，用于固定组合件的顶板和底板368可由重量较轻的环替代。模块310’通过一系列可包括间隔物以适合的紧固件369保持在一起。模块310’还可以包括支架375以有助于支承、安装和/或处理组装好的模块。

图7A示出了用于图6A或6B的替代膜模块310的膜板312的一个实施方案。如图所示，膜板312具有大致呈矩形的形状，但具有略微倒圆的端区338。在一些实施方案中，端区338在形状上对应于压力容器或壳体的端。然而，板312的形状可以变化以适合特定的应用。如相对于图7B所讨论，可以使用单一膜板构型，并以交替模式组装。作为另外一种选择，膜板可以为A和B构型，这些构型在一个实施方案中为不对称的以防止在组装期间发生混淆，因为它们只能以一种方式组装。

与图3A-3C相似，膜板312包括限定开口332和四个端口342、344的平坦表面328。端口342、344设置在表面328的端区域338中，并且开口332基本上沿着表面328的整个长度并在两个相对端口342、342’之间延伸。端口/开口342、344、332可以为圆形的、方形的、长方形的等以适合特定的应用和/或制造方法。板312包括沿着板312的整个周边延伸的肋330，并提供用于互连板312的装置，例如，如相对于图4A-4H中的膜板12、14所述。板312包括围绕替代端口344、344’的另外的肋333。端口342、342’和开口332由肋330、333界定，这些肋限定端口342、342’之间的并跨过开口332的流路。端口344、344’与在端口342、342’之间流动的流分离，并向相邻的膜板提供通道。膜板312的底部表面具有与顶部表面肋图案大致对称的肋图案以促进第二工艺流在端口344、344’和膜自身的相对侧之间流动。

如图7B所示，将两个相同的板312取向并彼此旋转180°度进行组装。这种布置产生比较便宜的模块，因为只需要一种板构型。将板312在组装过程中进行翻转或旋转。然而，在替代实施方案中，提供具有不同构型的板312，例如以减少可能的组装错误和/或适应另外的工艺流。当进行组装时，通过端口344的流进入相邻板312中的端口342，并被引导跨过膜片335的相对侧，并取决于在堆叠件中特定板所处的位置，而跨过第二相邻的膜片335。替代端口344、344’允许两个工艺流跨过相邻的膜板312而通过膜模块310。

图7C是膜板312的一部分的放大视图，并示出了将膜片附接到其上以及互连各种膜板的一种可能的模式。如图7C所示并如之前所讨论，肋330、333可包括在其上表面中的凹槽331，上表面的尺寸和形状与肋330的底部表面形成搭扣配合。凹槽331的尺寸可制定为使得可将粘合剂材料337加到凹槽331中以在组装时进一步固定板312。参见例如图4A。围绕板312的顶部表面上的端口344延伸的肋333阻挡工艺流从该端口跨过膜板312的顶部表面流动。相同的肋布置围绕端口342设置，但在膜板312的底部表面上，以阻挡工艺流从该端口跨过膜板312的底部表面（以及相邻膜板312的顶部表面）流动。这种端口和肋333布置将两个或更多个工艺流引导跨过膜片335的正确侧。

在一个实施方案中，开口332在尺寸上略微小于由肋330界定的区域，从而形成可将膜片335设置在其上的凸缘。膜片335可通过任何上述方法固定到表面328上。膜片335和肋330的设置引导工艺流（例如，气体或液体）的流动从一个端口（例如，入口342）横向跨过膜表面再从另一出口（例如，出口342’）退出。如图7C所示并如相对于图3A-3C和4I-K所述，将膜片335附接到膜板312，例如通过凹槽372和槽370。膜板312还可以包括附接到其上的网片。

已大致描述了其中在组装过程中将膜板以平坦方式堆叠的膜模块；然而，成品模块的取向可使得膜板在其纵向侧上垂直对齐，以例如更好地分布组合件的重量。另外，具有附接到其上的网片和膜片的各种膜板可作为子组合件而制备，最后垂直组装和堆叠以防止底层被大量膜板的重量压碎。

前述类型的构造也可用于许多接触膜，诸如在美国专利公布2012/0067819中公开的那些，该专利公布的整个内容据此以引用方式并入本文。例如，‘819公布在图9和10中公开了多种接触膜的使用，这些膜可根据本发明的实施方案作为膜模块而组装。

作为另外一种选择或除此之外，可以在单一模块中使用不止一种类型的膜板，例如热交换膜和接触膜。使用多个具有不同构型（即，流路）的膜板允许根据膜模块的所需运行特性或功能而定制膜模块。例如，膜板的尺寸和数量可被选择为适合特定的流量和/或安装场所。另外，膜板的数量、类型和布置可被选择为适合特定的功能，例如，多级蒸馏。模块上端口的数量和布置也可被选择为适合特定的应用或功能，例如，将单一工艺流作为多个具有不同运行特性的流而引入。

图8-10是可根据本发明的多种实施方案构造的可能的膜模块的示意图。作为另外一种选择，这些多种多样的膜布置也可根据常规膜模块形式而产生，诸如板框、螺旋缠绕和中空纤维。图8-11还示出了多种类型的膜的用途以便实现多级或多效装置。就根据本发明的布置或板框式布置而言，不同的膜层将携带不同的流。就中空纤维式模块而言，将两种类型的纤维与封装端混合以将流分离。

这些多种多样的膜模块可结合正向渗透膜模块使用以有助于回收所需的溶剂和/或重复利用溶质，例如作为冷凝、重沸、结晶、多效蒸馏装置和多效溶质再生装置。此外，这些膜模块可结合其他类型的脱盐单元使用，诸如在美国专利6,391,205和7,560,029以及在2009年6月22日提交的PCT申请PCT/US09/048137、2010年10月29日提交的PCT/US10/054738和2010年10月28日提交的PCT/US10/054512中公开的正向渗透系统，这些专利的公开内容据此整体以引用方式并入本文。

图8示出了使用两种不同类型的膜的一种可能的膜模块810的一部分。为清楚起见，图8示出了具有设置在壳体816中的四个接触膜812（用于交换蒸气）和两个热交换膜814的模块810；然而，在此构型中，将会存在设置在最外侧接触膜812的另一侧上的另外的热交换膜814，并且还可以包括另外的交替接触式和热交换膜812、814，而板可无需使用单独的壳体加以组装。作为另外一种选择，模块810可限于两个接触膜812和两个热交换膜814；然而，可选择任何数量和组合的膜以适合特定的应用。图8所示的系统还可以包括压缩机846。

在一个实施方案中，将膜模块810用作结晶器。一般来讲，通过热交换膜814之一将受热的流体或流引入模块810以向含有晶种沉淀粒子的液流提供热量。将会产生水蒸气，而水蒸气将通过接触膜812之一蒸发，使得沉淀将在液流内的晶种粒子上发生。

如图8中详细示出，将第一流或溶液848（例如，盐溶液或晶种浆液）通过设置在壳体816（或模块810）中的一个或多个入口822a引入模块810。将第二流850（例如，蒸气）通过设置在壳体816（或模块810）中的一个或多个另外的入口823a引入模块810。如图8所示，将流850引入两个热交换膜814之间，而将第一流848引向热交换膜814的相对侧和接触膜812的进料侧。对第一流848进行加热，从而导致水蒸气通过接触膜812。水蒸气或流可通过设置在壳体816（或模块810）中的一个或多个出口821b退出模块810，并可回收到压缩机846。可将第二流850简化成水并通过出口823b作为第三流852从模块810中移除。在一个实施方案中，将第一流848简化成其组成性溶质，将该溶质通过设置在壳体816（或模块810）中的一个或多个另外的出口822b作为第四流854从模块810中移除。在一个替代实施方案中，将溶质从第一流848中并通过接触膜812蒸发出来，并且通过出口822b回收溶剂（例如，水）。

图8中所示的模块810可根据引入模块810中的各种流的性质而作为多种装置使用。在一个实施方案中，将模块810用作冷凝器，其中通过热交换膜814之一将冷却水引入以从冷凝流中移除热量，使得吸收流或馏出液得以冷却，从而允许气体流通过不让液体流动的多孔接触膜812之一吸收到其中。在一个实施方案中，吸收流是稀驱动液，而气体流是来自驱动溶质回收的最上面的蒸气。此外，膜模块810也可用作重沸器，其中受热的水或蒸气通过热交换膜814之一向液流引入热，这将通过接触膜812之一蒸发蒸气。

图9示出了与图8的模块810相似的膜模块910，但是增添了热泵模块960。在一个实施方案中，模块910可用作结晶器以进一步浓缩盐水，从而实现零液体排放。如相对于图8相似地描述，将第一流948通过一对接触膜912和热交换膜914之间的入口922a引入膜模块910，并将第二流950通过两个热交换膜914之间的入口923a引入模块910。在一个实例中，第一流948为盐溶液或晶种浆液，而第二流950为蒸气。来自蒸气的热通过热交换膜914转移到第一流948，从而导致水蒸发并通过接触膜912。

如图9所示，热泵模块960包括热泵962、沸腾器964和冷却器966。热泵962和沸腾器964提供蒸气的第二流950。冷却器966提供通过入口921a引入模块910的冷却水形式的第五流956。冷却水通过另外的热交换膜914从通过接触膜912的蒸气中吸收热以形成馏出液。馏出液通过出口923b作为第三流952退出膜模块910。现已受热的冷却水作为第六流958通过出口921b退出模块910。在一些实施方案中，该第三流952是所需的溶剂，诸如水。来自第一流948的其余溶质通过出口922b作为第四流954退出膜模块910。在一些实施方案中，这些溶质可重复利用以控制用于正向渗透系统的驱动液的浓度。在其他实施方案中，第四流954可以为浓缩盐水，其可例如重复利用、处置或通过另一膜模块进一步加工以除去另外的水。

在一些实施方案中，图9的模块910还通过可通过使用交替的热交换膜914和接触膜912而用作多效蒸馏装置。将形式为例如晶种浆液的第一流948引入多个通道，每一个处于不同的温度和压力（例如，流948a、948b等），使得当流在一个通道中冷凝时，热交换膜914任一侧上的晶种浆液通过接触膜912蒸发蒸气，其随后在下一套热交换膜914上冷凝，在热交换膜的另一侧上为相似的晶种浆液流，但处于较低的压力和温度，以此类推，从而提供多“效”或“级”。在这样的布置中，膜模块910可包括必要的端口以向模块910引入多个流以及从模块910移除多个流。如上所述，膜模块可适应连续通过模块910的单一流或并行通过模块910的多个流。

膜模块910也可用作多效溶质回收系统，其与多级柱蒸馏系统相似，但处于膜构型。模块包括多个交替的热交换和接触膜和合适的端口。将待回收的各驱动液（流948a、948b、948c等）通过入口引入膜模块910到达处于不同温度和压力的特定通道。当蒸气在一个通道中冷凝时，在热交换膜任一侧上回收的驱动溶质通过相邻的接触膜蒸发溶质，其随后在另外的热交换膜上自身冷凝或进入吸收溶液，在热交换膜的另一侧上是相似的回收蒸气，但处于较低的压力和温度，以此类推，从而实现多“效”或“级”。

图10示出了根据本发明的一个或多个实施方案被布置成用作多级蒸馏系统的另外的膜模块1010。一般来讲，模块1010包括多个交替的热交换膜1014和接触膜1012。模块1010还可以在特定的膜之间包括一系列隔绝屏障1084（或如本文所述的其他另外的板）。模块1010还可以包括作为最外侧膜板的一部分的隔绝屏障以提高系统的效率。如图10所示，模块1010可与用于向模块1010提供蒸气（流1050）的外部沸腾器1082和用于向模块1010提供冷却液体（流1054）的外部冷却器1080一起使用。替代模块可包括一体化再沸器。

在一个实例中，将多个稀驱动液流（流1048a、1048b等）各自通过入口1022a引入膜模块1010到达处于不同温度和压力的特定通道。将稀驱动液流并行地引入模块1010。蒸气（流1050）通过入口1023a被引向模块1050并提供按顺序通过模块1050的各级的热能源。将第三溶液流1052（例如，水）通过一个或多个入口1021a引向模块1010。将第四流1054（例如，来自冷却器1080的冷却水源）通过一个或多个入口1027a（取决于级数量和模块的总体构型）引向模块1010。

如图10所示，将模块1010划分成多级1010a、1010b、1010c等。在一个级中，将蒸气（流1050）引到接触膜1012的一侧上，在其另一侧上是稀驱动液流1048。对稀驱动液加热，从而导致其中的溶质蒸发并通过接触膜1012然后进入蒸气。减少了溶质的其余的驱动液通过出口1022b作为饮用水退出模块1010，其中其全部或部分可用于多种目的或进一步加工。如图10所示，将水的一部分送往沸腾器1082以用作蒸气源，将一部分导回模块1010作为第三工艺流1052，以及将一部分例如用作饮用水。

现在含有蒸发的溶质的蒸气到达模块1010的另一通道，该通道由隔绝屏障和热交换膜1014界定。在热交换膜1014的另一侧上是饮用水（流1052），饮用水通过蒸气加热，导致蒸气在其通道内冷凝而水（流1052）的至少一部分变成蒸气，蒸气然后被导向模块1010的下一级（例如级1010b）以向接纳稀驱动液流（例如，流1048b）的下一通道提供热量。冷凝的驱动溶质通过一个或多个出口1023b退出模块，其中它们可加以回收以用于驱动液或进一步加工。前述隔绝屏障可包括涂层或由也可用作催化剂的材料形成以有助于回收驱动溶质，例如，加速某些溶质（例如CO₂）吸收到溶液中的催化剂。作为另外一种选择或除此之外，催化剂或其他材料可结合到热交换膜或另外的板中。

工艺随着将稀驱动液的流并行地引向模块1010的连续级而继续进行，而热能源按顺序通过模块1010的各级。级数量和各流的运行条件可加以控制以适合特定的应用。运行参数的实例可见于美国专利公布2009/0297431，该专利公布的公开内容据此整体以引用方式并入本文。例如，可形成五级，其中稀释的驱动液并行地流向各级，但是热能按顺序从一级流向另一级，每次都得以有效再利用。在最后一级，或在一些实施方案中在预定的级数后，将冷却水（流1054）在与含有蒸气和蒸发驱动溶质的通道相邻的热交换膜1014的另一侧上引向模块1010，从而至少冷凝蒸发的驱动溶质。冷凝的驱动溶质通过一个或多个出口1023b退出模块1010，其中它们可根据系统加以重复利用或进一步加工。所用的冷却水通过出口1027b退出模块1010，并返回到外部冷却器1080。

图11A是可例如使用可根据本文所述的任何实施方案加以构造的所有膜（如图11B所示）而执行的蒸气吸收循环的示意图。该化学工艺与常规吸收循环的工艺相似，但是组件由较低成本的基于膜的材料构造，这将大大降低总体成本。这些组件包括：膜蒸发器、膜冷凝器、膜吸收器和膜热交换器，它们在一个实施方案中可以包括在如本文所述的膜模块内。由于系统可完全由聚合物材料构造，因此成本可比传统的金属合金构造低达90%。此外，将多种功能结合到单一模块中将进一步简化系统、减小其总体占有面积并使其更容易部署。

吸收循环在1846年由Ferdinand Carré为了通过热输入产生冰而发明，并基于吸收水中的氨导致蒸气压降低的原理。吸收循环通过使用热质交换器、泵和阀用热输入和极少的电输入产生冷却和/或加热。吸收循环可被视作机械蒸气-压缩循环，而压缩机被发生器、吸收器和液体泵替代。吸收循环具有需要一部分电输入而带来的好处，外加使用天然物质氨和水，而不是消耗臭氧的卤代烃。

参照图11A，氨-水吸收循环的基本操作如下：向装有富含氨的水溶液的发生器施加热(Q_进)。热导致高压氨蒸气从溶液中解吸。热可以来自燃料（诸如燃烧清洁的天然气）的燃烧，或来自发动机排气、其他工业过程的废热，太阳热，或任何其他热源。高压氨蒸气流向通常被室外空气(Q_出)冷却的冷凝器。氨蒸气冷凝成高压液体，释放出可用于产品热（诸如空间加热）的热量。

高压液氨通过限制机构到达循环的低压侧。处于低压的该液体在蒸发器中沸腾或蒸发。这提供冷却或制冷产品。低压蒸气流向吸收器，吸收器容纳有得自发生器的富含水的溶液。该溶液吸收氨同时释放出吸收热。该热可用作产品热或在循环的其他部分中用于内部热回收，从而降低燃烧器的负担并提高循环效率。将现在再次富含氨的吸收器中的溶液泵向发生器，其中发生器准备好重复循环。

图11B示出了根据本发明的一个或多个实施方案在膜模块1110中具体体现的蒸气吸收循环。如图所示，在高压下在热交换膜1114与接触膜1112之间将包含例如水和氨（即，发生器）的第一流1148引向模块1110。可将例如蒸气（即，热）的第二流1150在热交换膜1114的另一侧上引向模块1150，从而导致氨蒸气从溶液中解吸。氨蒸气通过接触膜1112。高压氨蒸气沿着另一热交换膜1114流动，其中蒸气被在第二热交换膜1114另一侧上引向模块1110的例如冷却水（即，冷凝器）的第三流1152冷却。氨蒸气冷凝成高压液体，从而释放出热。

高压液氨可通过在膜模块（例如，在膜板之一中减小的开口）或外部阀内形成的限制机构R到达循环的低压侧。处于低压的该液体沸腾或蒸发，从而提供冷却。低压氨蒸气可回到/保持在模块1110内，在其中蒸气可进入吸收循环。在一个实施方案中，将低压氨蒸气在另一接触膜1112的一侧上引向模块1110的另一通道。在第二接触膜1112的另一侧上是现在富含水的第一流1148’，其通过膜1112吸收氨蒸气。现在再次富含氨的该溶液可回到模块1110的第二/发生器通道，其中通道准备好重复循环。现已受热的流1152可回到例如冷却器或作为流1152’用于另一工业过程。现已耗尽的热源即流1150可回到沸腾器或作为流1150’用于另一工业过程。已根据本发明的一个或多个实施方案相对于组合的膜模块描述了前述膜蒸气吸收循环；然而，膜蒸气吸收循环可通过由任何合适的装置（例如，PVC管路）互连的单独的膜模块执行。此外，与本文所述的任何膜模块一起的前述模块1110可与用于调节或调整包括模块的系统的各个方面的控制器一起使用。

图12A示出了螺旋缠绕式膜模块1200的现有技术构型。模块1200包括中心管1202和一层或多层膜材料1204，其中中心管1202包括在其中居中设置并与沿着膜1204的胶线1208对应的塞子1206。塞子1206和胶线1208起到迫使流体（例如，驱动液DS）离开中心管1202并沿着预定的流路通过膜1204最后回到中心管1202的作用。流体DS进入中心管1202的一个端并退出其另一端。该布置在膜模块1200内产生多个死区。

图12B-12E示出了正向渗透交叉流膜模块1210，该模块消除了对中心管内的塞子的需要并产生流体DS从中心管1212向一个或多个膜1214的端的径向流。图12B和12C示出了处于未缠绕构型的膜模块1210的一个实施方案。如图所示，中心管1212仅在其细长主体的一个端（入口1211）敞开，要么直接制造而成要么作为通过堵塞或封闭一个端而改造的标准管，其中其内部内腔1213与膜1214的一侧流体连通。入口1211可以为螺纹、法兰构造或以其他方式构造以与其他系统组件互连。在所示的实施方案中，存在两个膜1214，其间设置有间隔物1218，整个组合件沿着其相对侧密封以限定内表面1215和外表面1217。取决于其预期用途，膜的进料侧或渗透侧在组装时面向彼此。膜组合件1214、1218的另一端与端管1216流体连通，端管在结构上与具有限定内腔1221和出口1219的细长主体的中心管1212相似。该布置允许进入中心管1212的原始溶液DS从其径向向外并在两个膜1214之间流动。驱动液DS然后进入端管1216，其中驱动液被导向设置在其一个或两个端上的出口1219。模块1210可置于壳体内，壳体具有合适的端口以将第二流体（例如，进料液FS）引向膜1214的相对侧。（参见例如图12E）。

图12D示出了膜模块1210的替代实施方案，其中端管被取消并且驱动液DS流出膜组合件1214、1218的端然后例如进入壳体1220，如图12E所示。参见图12E，缠绕式膜模块1210设置在由壳体1220限定的室1227内，壳体具有必要的端口和密封以引导驱动液DS和进料液FS通过壳体1220并跨过膜表面1215、1217。如图所示，驱动液DS进入壳体1220的一端和中心管1212，其中驱动液径向向外并沿着膜1214流动，然后作为稀驱动液从设置在壳体1220中的侧面端口1222退出。膜模块1210在两端密封在壳体1220内，使得壳体的端限定堵头，其中进料液可被引到一端的缠绕膜1214之间（通过入口1223）并作为浓缩溶液在相对端退出膜模块1210（通过出口1225）。作为另外一种选择，进料液可通过中心管1212引入，而驱动液可通过壳体1220引入。

本领域的技术人员将认识到本文所述的参数和构型为示例性的并且实际的参数和/或构型将取决于在其中使用本发明的各种实施方案的具体应用。本领域的技术人员只使用常规实验方法就应认识到或能够确定本发明的具体实施方案的等同方案。因此，应当理解，本文所述的实施方案仅以举例的方式展示并且在所附权利要求书及其等同形式的范围内，本发明可按具体描述之外的方式加以实践。

图13A-13C示出了替代膜模块及其制造方法。模块1310的结构与之前所述的构造的类型相似，并基本上为不使用单独的板的多个交替的膜和网片层。图13A示出了第一网片1336a，在其顶部表面上设置胶线1337以限定跨过网片1336a的流路。在一个实施方案中，在网片1336a的底部表面上不存在胶线。在一些实施方案中，网片1336a可包括实心端区1338，其可包括设置在顶部或底部表面上的间隔物1340以在层之间提供另外的间距。图13B示出了第二网片1336b，其具有与第一网片1336a相似的构造，但是具有由胶线1337限定的不同流路。第二网片1336b上的胶线1337限定具有对应于网片1336a的端的入口和出口的流路。第一膜片1336ab上的胶线1337限定具有对应于其端附近的网片1336b的侧面的入口和出口的流路。胶线1337可人工施加或者该过程可自动化。在一个实施方案中，胶线1337可预印到各种网片上。膜片1335可通过胶线1337的一部分附接到各网片1336（参见图13C）。通常，膜片1335将大致居中并且尺寸完全覆盖网片1336的“开口”区并密封到其上以防止任何流体通过网片，除非其通过膜。作为另外一种选择或除此之外，膜片1335可通过超声焊接附接到网片1336。如图中所示，网片1336和膜片1335通常呈矩形；然而，在本发明的范围内设想并考虑了其他形状。

图13C示出了根据本发明的一个实施方案的膜模块1310的一部分的基本组装。一般来讲，模块的构造始于第一基板，例如，第一网片1336a；然而，可将单独的基板用作基底以组装具有附接到其上的第一网片1336a的模块1310。如果使用了基板，则可将第一网片1336a围绕基板的周边固定到基板上。将构型（例如，尺寸和形状）对应于网片1336a的构型的第一膜片1335a设置在片1336a上并沿着其周边密封（例如，通过胶或超声焊接）到网片1336a。该布置迫使在模块一个端引入的第一流1348（例如进料液）在沿着第一网片/膜片组合件（例如，沿着膜的暴露进料侧的长度）通过时在膜上流动。目标溶剂自由通过膜。

然后将第二网片1336b设置到第一网片1336a和膜片1335a上并在其端处、沿着第一网片1336的一个纵向侧的整个长度以及沿着相对纵向侧的长度的一部分（如通过胶线1337所限定）密封，然后形成限定第一工艺流1348的前述流路的“袋”。显示了两种不同的胶线模式（即，流路）；然而，任何数量的胶模式均是可能的以适应任何数量的流从而适合特定的应用。

然后将第二膜片1335b设置到第二网片1336b上并围绕其周边密封。第二膜片1335b的布置使得其进料侧面向第一膜片1335a的进料侧。作为另外一种选择，取决于第一膜片1335a的取向，第二膜片133b的渗透侧可被取向为面向第一膜片1335a的渗透侧。例如，在用于正向渗透的膜模块中，相邻膜的进料侧和渗透侧被取向为以交替方式面向彼此。无论置于第二网片1336b的底部上还是第一网片1336a的顶部上的前述间隔物1340充当托脚并在网片之间提供另外的间距。第三网片/膜片组合件将设置在第二网片1336上并沿着设置在第二网片1336b顶部表面上的胶线1337附接到其上，从而为第二流1350（例如，驱动液）形成另一袋/流路以沿着第二和第三膜片之间的未密封端通过开口。在作为正向渗透膜模块而运行时，第一流1348作为例如进料液进入模块并作为第三流1352以浓缩进料液的形式退出。第二流1350作为例如驱动液进入模块，并作为第四流1354以稀驱动液的形式退出。

组装网片1336和膜片1335的过程继续进行以产生所需数量的层和其间的袋/流路。作为另外一种选择，膜片可在组装前附接到网片。例如，可预先组装多个网片/膜片组合件以便于制造，并可加以储备以便容易地产生定制膜模块。然后可将组装好的模块设置在具有合适的相应端口的壳体内，如之前所述。

对网片/膜片在以平坦方式组装的情况下进行了描述，然而，成品模块的取向可使得模块在其纵向侧上垂直对齐以例如更好地分布组合件的重量。另外，各种膜和网片组合件可作为子组合件而制备，最后垂直组装和堆叠以防止底层被大量膜和网片层的重量压碎。另外，可在组装后对组装好的网片和膜片进行修剪以在壳体内提供更好的接口。

网片和膜片（层）的尺寸和数量将被选择为适合特定的应用，具体地讲产生一定的膜总比表面积。在一个实施方案中，模块具有约1米宽、约10米长以及约1米高的总体尺寸。就使用250μm厚的网片/膜片组合件而言，可在1米的高度中堆叠大约4000个组合件，从而产生约40,000m²的表面积。流量率将根据膜参数以及进料液和驱动液的流量而变化。

Claims (21)

1.一种膜模块，包括：

多个第一膜板，每个板包括：

联锁机构，所述联锁机构围绕其周边的至少一部分设置并限定入口、出口及其之间的流路；和

平坦表面，所述平坦表面限定在其中形成的开口；

多个第二膜板，每个板包括：

联锁机构，所述联锁机构围绕其周边的至少一部分设置并限定入口、出口及其之间的流路；和

平坦表面，所述平坦表面限定在其中形成的开口；

多个膜片，每个片设置在所述第一和第二膜板的每一者的所述平坦表面上并对应于在其中形成的所述开口，其中所述多个第一和第二膜板通过它们的联锁机构彼此固定并以交替模式布置；

第一盖板，所述第一盖板设置在组装好的膜板之下并固定到所述膜板的至少一个；以及

第二盖板，所述第二盖板设置在组装好的膜板之上并固定到所述膜板的至少一个。

2.一种膜模块，包括：

多个第一膜板，每个板包括：

细长主体，所述细长主体具有第一端、第二端及其之间的在其中限定大致居中开口的基本上平坦的表面；

第一入口，所述第一入口在所述基本上平坦的表面中形成并邻近所述细长主体的所述第一端设置；

第一出口，所述第一出口在所述基本上平坦的表面中形成并邻近所述细长主体的所述第二端设置；

第二入口，所述第二入口在所述基本上平坦的表面中形成；

第二出口，所述第二出口在所述基本上平坦的表面中形成；

第一联锁机构，所述第一联锁机构围绕所述细长主体的第一侧的周边的至少一部分设置并在所述第一入口与所述第一出口之间限定第一流路；

第二联锁机构，所述第二联锁机构围绕所述细长主体的第二侧的周边的至少一部分设置并在所述第二入口与所述第二出口之间限定第二流路；

多个膜片，其中至少一个膜片设置在所述膜板的每一者上并对应于由其平坦表面限定的所述开口；其中所述多个膜板通过所述联锁机构彼此固定并以交替模式180°异相布置，使得交替的第一入口和第一出口流体连通以及交替的第二入口和第二出口流体连通并且所述第一和第二流路相继地交替；

第一盖板，所述第一盖板设置在组装好的膜板之下并固定到所述膜板的至少一个；以及

第二盖板，所述第二盖板设置在组装好的膜板之上并固定到所述膜板的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的膜模块，还包括至少一个歧管组合件，所述歧管组合件固定到组装好的膜板以将至少两个工艺流通过所述第一和第二入口及出口导入导出所述膜模块。

4.根据权利要求3所述的膜模块，其中所述至少一个歧管组合件包括：

设置在所述盖板的至少一个上并与所述膜板的所述第一和第二入口流体连通的第一歧管组合件；以及

设置在所述盖板的至少一个上并与所述膜板的所述第一和第二出口流体连通的第二歧管组合件。

5.根据权利要求1所述的膜模块，还包括含有第一和第二入口以及第一和第二出口的壳体，其中所述膜模块设置在所述壳体内使得所述壳体的所述第一入口和所述第一出口与所述第一膜板入口和所述第一膜板出口流体连通并且所述壳体的所述第二入口和所述第二出口与所述第二膜板入口和所述第二膜板出口流体连通。

6.根据权利要求1或2所述的膜模块，还包括设置在相邻的膜板之间的多个网片。

7.根据权利要求1或2所述的膜模块，其中所述第一和第二盖板通过机械紧固件彼此固定。

8.根据权利要求1或2所述的膜模块，其中所述多个膜板的每一个包含聚合物材料。

9.根据权利要求1或2所述的膜模块，其中所述多个膜片包括正向渗透膜。

10.根据权利要求9所述的膜模块，其中所述正向渗透膜的每一个包括进料侧和渗透侧并在所述膜板上取向使得对于任何两个相邻的膜板而言，所述渗透侧面向彼此或所述进料侧面向彼此。

11.根据权利要求1所述的膜模块，其中所述多个膜片包括多个热交换膜和多个接触膜。

12.根据权利要求11所述的膜模块，其中所述多个热交换膜设置在所述多个第一膜板上并且所述多个接触膜设置在所述多个第二膜板上。

13.根据权利要求2所述的膜模块，其中所述多个膜片包括多个热交换膜和多个接触膜，其中所述热交换膜和接触膜以交替方式设置在所述膜板上。

14.根据权利要求1或2所述的膜模块，其中所述多个膜片包括蒸发膜、冷凝膜、吸收膜和热交换膜中的至少一者。

15.根据权利要求1所述的膜模块，其中所述第一和第二膜板的每一者包括顶部表面和底部表面并且相应的联锁机构设置在每个膜板的所述顶部表面和底部表面两者上。

16.一种螺旋缠绕式膜模块，包括：

中心管，所述中心管具有限定入口和内部内腔的细长主体；

膜组合件，所述膜组合件限定内表面和外表面，其中所述内表面与所述中心管的所述内部内腔流体连通；

端管，所述端管具有限定出口和内部内腔的细长主体，其中所述端管的所述内部内腔与所述膜组合件的所述内表面流体连通；以及

壳体，所述壳体包括入口和出口并限定用于接纳所述中心管、所述膜组合件和所述端管的室，其中所述室与所述膜组合件的所述外表面流体连通并与所述中心管入口和所述端管出口流体隔离。

17.一种膜模块，包括：

多个第一膜板，每一个限定入口、出口和在其平坦表面中形成的开口；

多个热交换膜，每一个固定到所述多个第一膜板之一并取向为覆盖在其平坦表面中形成的开口；

多个第二膜板，每一个限定入口、出口和在其平坦表面中形成的开口；以及

多个接触膜，每一个固定到所述多个第二膜板之一并取向为覆盖在其平坦表面中形成的开口；其中所述第一和第二膜板以交替方式组装。

18.根据权利要求17所述的膜模块，其中所述第一膜板入口流体连通。

19.根据权利要求17所述的膜模块，其中所述第一膜板出口流体连通。

20.根据权利要求17所述的膜模块，其中所述第二膜板入口流体连通。

21.根据权利要求17所述的膜模块，其中所述第二膜板出口流体连通。

Images