CN104968420A - 气体分离模块和形成气体分离模块的方法 - Google Patents

气体分离模块和形成气体分离模块的方法 Download PDF

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Abstract

气体分离模块包括至少一个入口端、多个出口端以及多个中空纤维膜。单个的纤维具有加料端和产物端以及保留物内侧和渗透物外侧。模块包括在外壳内的加料管板，加料管板将至少一个入口端与纤维的渗透侧分离。加料管板包括基体和至少一个管片接头。管片接头将加料管板的多个管片彼此分离。形成方法包括定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料以及应用基体。方法包括形成由固化的基体和管片接头制成的加料管板以及形成由纤维材料制成的多个中空纤维膜。管片接头将加料管板的多个管片彼此分离。

Description

气体分离模块和形成气体分离模块的方法
技术领域
本文献涉及用于形成气体分离模块的方法和气体分离模块，包括飞机燃油箱可燃性降低系统中的模块。
背景技术
已知的空气分离模块(ASM)在飞机燃油箱可燃性降低系统中。所述ASM从空气中移除一些氧气以生成富氮空气(NEA)，富氮空气然后流动到燃油箱气隙(在燃油箱中的经常包含蒸发的燃油(例如，燃油蒸汽)的区域)。所述NEA可以降低燃油箱气隙的可燃性。联邦航空管理局(FAA)条例要求新的和正在服务的运输机包括用于增强飞机燃油箱安全性的系统。不幸地是，ASM具有可被降低的分离效率或在ASM中部件的故障、要求维修或替换并且引起对应的飞机停工而限制的使用寿命。因此，希望增强空气分离模块的可靠性。
发明内容
气体分离模块包括具有至少一个入口端和多个出口端的外壳、以及在外壳内的多个中空纤维膜。单个的纤维具有加料端和产物端，与在加料端和产物端之间的保留物内侧和渗透物外侧。模块包括在外壳内的加料管板，加料管板紧固纤维的加料端并且将至少一个入口端和纤维的渗透侧隔离。加料管板包括基体(matrix)和至少一个管片接头。基体封装纤维的加料端。管片接头包含与基体不同的顺从性材料(compliance material)并且将加料管板多个管片彼此分离。
气体分离模块形成方法包括定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料、应用基体至纤维材料和管片接头、以及固化基体。管片接头包含与基体不同的顺从性材料。方法包括形成由固化的基体和管片接头制成的加料管板以及形成由纤维材料制成的多个中空纤维膜。单个的纤维具有加料端和产物端，固化的基体封装纤维的加料端，加料管板紧固纤维的加料端，并且管片接头将加料管板的多个管片彼此分离。
已经论述的特征、功能以及优点可以以各种实施方式独立地实现，或者还可以与其他实施方式进行结合来实现，其更多细节可参考以下描述和附图而看到。
附图说明
参考其后的附图做出以下的描述。
图1、图2和图5分别是用于气体分离模块的元件的顶视图、侧视图和截面图。
图3、图4和图6分别是用于气体分离模块的另一个元件的顶视图、侧视图和截面图。
图7和图8分别是用于气体分离模块的又一元件的顶视图和侧视图。
图9是用于气体分离元件的管片接头的截面图并且图10是该管片接头的分解图。
图11和图12分别是气体分离模块的等距视图和近摄图。
图13示出了燃油箱可燃性降低系统。
图14是用于具有在纤维层之间的遮蔽物的气体分离模块的元件的顶视图。
图15是被随同基体膜缠绕到管片接头和支撑件的中空纤维膜材料的截面图，并且图16是在固化并且加工以打开纤维端后的图15所示的后续阶段处的侧视图。
图17是用于在基体应用处理期间将径向压力施加于管板的圆柱形气体分离元件的夹具的顶视图。
图18是用于在基体应用处理期间将横向压力施加于管板的在截面图中示出的矩形气体分离元件的夹具的侧视图。
具体实施方式
一些已知的气体分离模块使用中空纤维膜(HFM)。中空纤维膜可以包括有渗透性、多孔材料的纤维壁，多孔材料支撑在气体分离处理中提供分离性的在其上的薄膜。在气体分离模块的操作期间，原料气进入纤维的加料端，所选择的气体通过纤维壁扩散以产生渗透物。被保留的气体继续沿着中空纤维到达产物端，并且作为保留物结束。中空纤维膜的两端可以利用树脂灌装以紧固纤维。灌装树脂紧固纤维端在每个末端形成管板，以将原料气和保留物与渗透物分离。纤维和管板的结合形成一种可以插入外壳以形成模块的元件。可以将该元件称为“套筒(cartridge)”并且将该外壳称为“筒(canister)”。然而，在本文中，“元件”和“外壳”的含义不限于“套筒”和“筒”的各自通常含义。一般地，灌装的树脂形成以圆周围绕安装于管形外壳的各自纤维端的插塞。即使这样，本文中的结构包括用于管板的额外几何结构。
对于使用气体分离模块的一些应用，诸如燃油箱可燃性降低系统，可以在提升的温度下提供原料气。对于空气中氧气的分离、以及对于其他气体对，利用原料气提高温度可以提高分离效率。有益地，现成的气体源可以提供加热的气体，以作为无关处理的副产物。在飞机中，发动机引气是提供空气分离模块的原料气的已知来源并且经常在160°F至300°F的温度下到达空气分离模块。
暴露在提高的温度下的管板可以引起径向和周向两者的膨胀，其后当管板之后冷却时又会收缩。空气分离模块对应惰性气体供应给燃油箱气隙时和不供应时的周期进行循环开闭。由于圆形的周界并且安装在管形外壳内，管板沿周向的膨胀可以被限制。圆周膨胀的限制可以在包括树脂和中空纤维两者的管板材料中产生应力。
同样，随着时间的推移，物理老化可能引起树脂收缩或变得脆弱或两者兼有。因此，作为物理老化的结果，树脂的抗拉强度可能降低，并且可能变得趋于裂化，以允许原料气泄漏到渗透物中。作为热暴露的结果，热老化可以加速物理老化。膨胀或收缩或提及的这两者于是变得更可能产生裂化。
即，热膨胀后树脂在径向的收缩可以引起径向的张力负荷。经常在从管板的中心逐渐增加的直径的同心层中形成纤维。一旦径向的拉伸应力超过在树脂和纤维之间的结合强度，可能引发纤维层之间或在其他位置的管板裂化。经常地，选择具有足够结合强度的树脂材料以承受这类应力。然而，由于热老化导致的降低的结合强度可能允许裂缝引发并且然后在纤维层之间传播。除了将树脂与纤维分离的裂化之外，裂化可以将纤维壁的薄膜与下面支撑薄膜的多孔材料分离。
通过在较低的温度下操作气体分离模块以延迟老化效果可以减少裂化。不幸地是，降低的温度可以降低在气体分离模块中的分离效率。利用降低的效率，将使用更大的气体分离模块以产生分离气体的可比拟的流量。更大的气体分离模块比相同构造的更小的模块更重并且在一些诸如在航空与航天空间中的应用中可能是不利的。
另一可能性包括接受在提高的温度下使用所伴随的气体分离模块的降低的生命周期并且调整维护周期以允许更频繁地维修或替换。然而，与降低的寿命周期相关联的增加的成本可能不被接受。
本文中描述的结构允许管板承受与热膨胀和收缩相关联的应力并且抗裂化。管板可以被设置为允许在灌装树脂可接受的温度下操作以具有管板裂化被降低的风险。提高的操作温度允许增加分离效率并且降低模块尺寸和重量。使用燃油箱可燃性降低系统中的气体分离模块的商用飞机可以尤其从降低的模块尺寸和重量受益。
虽然本文中的装置和方法提供了对于航空与航天空间的显著益处，但是它们可以用于中空纤维膜气体分离技术的其他应用中。实施例包括诸如在石油领域中的甲烷/氮/二氧化碳的分离，诸如在燃油或燃气发电站中的废气的选择成分的分离，化学气体净化，气体脱水等。同样地，结构可以用于商用和军用两种的各种类型的飞机，包括战斗机和直升机。许多可能的应用存在于可能使用本文中的结构的燃油箱惰性系统中。
本文中的结构包括使用在管板中的至少一个管片接头。管片接头可以包含顺从性材料并且将管板的管片彼此分离。因此，由于管片接头可以压缩以允许管板沿圆周方向膨胀，所以管片可以由于周期性的操作温度而膨胀并且收缩而不使管板裂化。这样管片化的管板设计可以容纳圆形、矩形和其他管板外围形状。
气体分离模块包括具有至少一个入口端和多个出口端的外壳以及在外壳中的多个中空纤维膜。单个的纤维具有加料端和产物端，与在加料端和产物端之间的保留物内侧和渗透物外侧。模块包括在外壳内的加料管板，加料管板紧固纤维的加料端并且将至少一个入口端和纤维的渗透物侧分离。加料管板包括基体和至少一个管片接头。基体封装纤维的加料端。管片接头包含与基体不同的顺从性材料并且将加料管板的多个管片彼此分离。基体可以包括上述的树脂或粘合剂或两者兼有。实施例包括包含环氧基树脂(epoxy)、双马来酰亚胺(bismaleimide)、氰酸酯(cyanate ester)、或苯并恶嗪(benzoxazine)成分的树脂和粘合剂并且在灌注灌装基体使用的温度下表现出小于10泊的粘度。
图1、图2和图5示出了适用于气体分离模块的元件10。元件10包括在纤维18一端的管板24。管板24包括利用管片接头14彼此分离的多个管片12。支撑件16支撑元件10的结构，使其保持在图1、图2和图5中示出的圆柱形状。当管片接头14包括顺从性材料时，管板24可以被配置为允许管片12沿在图1中示出的元件10的顶视图中的周向进行膨胀和收缩。
在图2中，在纤维18的另一端示出进一步的管板26。管片接头14以与如图1的顶视图所示相同的方式包括在管板26中。然而，如可以从以下讨论所理解的，一管板中可以存在相较于另一管板的管片接头的不同构造。例如，由于加料管板可能暴露于更高的温度，所以在纤维相对端的产物管板在预期低热度暴露下可以不包含任何管片接头、或包含很少的管片接头或者管片接头的不同布置或者两者兼有。类似地，基于假设的潜在的不同的温度曝光，产物管板可以包含与加料管板基体不同的基体。然而，对称设计经常更易于制作，并且加料管板和产物管板可以在许多或全部方面相同。管板26中的管片接头14以与图1的顶视图所示相同的方式将管板26分为四个管片20。
图2的侧视图和沿着图2中示出的线5-5截取的图5的截面图示出了在管板24和管板26之间的纤维18的理想的布置。因为管片接头14被设置在管板24和管板26内，所以他们不在管板24和管板26之间延伸。如从以下描述所理解的，这类放置适于用于形成元件10的有效方法。特别地，在纤维18之间的间隙22在图2和图5中清晰可见。在元件10中，因为纤维18的端部被紧固在被管板24和管板26包含的基体中，在管板24和管板26中的管片接头14的放置产生间隙22。可是实际上，虽然基体紧固纤维18的端部，但是纤维18可以是稍微柔性的，并且可以重新定位、移动、膨胀，或另外自然地分类以至少部分地占据间隙22。
图3、图4和图6示出了具有设置将加料管板的多个管片彼此分离的至少一个管片接头的替换构造的元件30。在纤维38一端处的管板44包括将管板44的管片32彼此分离的多个管片接头34。虽然管板44的全部是连续的，但是管板44包括识别为管片32的彼此分离的部分。连续的管板44，包含利用管板44的部分在别处连接的四个管片32，可以与非连续的管板24(图1和图2)进行对比，非连续的管板24具有四个非连续的管片12(图1和图2)。支撑件36提供结构给在图3、图4和图6中示出的元件30的圆柱形。
图4示出了元件30的侧视图，元件30进一步包括管板46。纤维38的端部紧固在管板44和和管板46内。管板46不包含任何管片接头，并且可以表现为缺少利用包含顺从性材料的管片接头将任何管片彼此分离的连续的管板。在管板46中心定位(如在管板44中)的支撑件36在支撑件36的相对侧分离管板46的相对管片。然而，支撑件36在管板44和管板46之间延伸。管片接头34不在管板44和管板46之间延伸。同样，支撑件36是刚性的并且不包含顺从性材料以容纳任何膨胀或收缩。因此，支撑件36不适合称为管片接头。
管片接头34可以允许在管板44内沿周向的收缩或膨胀或两者兼有。应当理解，在图1的顶视图中，相比于离支撑件16的中心更近的管板24的区域，在管板24外围处的管片接头14之间存在更大的距离。因为管板24的更多材料存在于外围处的管片接头14之间，所以在外围处容纳膨胀存在更大的需要。
结果是，在图3中仅从外围至支撑件36处的管板44中心中途延伸的管片接头34可以更容纳圆周膨胀。虽然管板24(图1和图2)的隔离的和非连续的管片12容纳更多的膨胀，管板44可能在一些情况下是适合的，取决于操作条件或膨胀程度或两者兼有。如下所述，针对元件10(图1和图2)的制造技术相比于针对元件30(图3和图4)的制造技术存在一些差异。管片接头14示出的结构的结果对于元件10存在一些制造好处。
允许给管片接头和管板管片的尺寸和构造恰当地定尺寸。即，设计可以容纳来自热循环的膨胀和收缩和来自物理老化/热老化的收缩(shrinkage)，其可能在多个应用之间改变。例如，在圆形管板中的管片接头的数量可以根据管板的直径改变。合适的可以是四个管片至八个管片。管片接头厚度可以取决于所使用的顺从性材料的物理性能，诸如在期望的操作条件下的弹性系数和韧性。在商用飞机的情况下，系数和韧性可以考虑在从约-40°F至约300°F的宽范围的温度内以覆盖海拔高处经历的低温和从发动机引气加料经历的高温。
图6示出了沿着线6-6截取的在图4中示出的元件30的截面图。间隙42清楚地在元件30中在管板44和管板46之间延伸，如相关于间隙22的讨论(图2和图5)。实际上，如以上针对间隙22所述的，纤维38可以分布以至少部分地填充间隙42。管片接头34(图3和图4)被设置在管板44和管板46内并且不介入其间延伸。
图7和图8示出了元件70，元件70包括具有多个利用管片接头74而彼此分离的管片72的管板84。特别地，在图7中示出的管板84相比于在图1中示出的圆形管板24具有矩形外围。矩形外围可以是正方矩形。应当认识到，在管片接头74中的顺从性材料以与上述针对管板24(图1和图2)讨论的类似的方式允许管片72的膨胀和收缩。在图8中示出的沿着线8-8截取的元件70的截面图示出了利用管板84和管板86紧固的纤维78的端部。针对每个管片72，纤维78成束地布置。每束在纤维端处具有矩形外围的管片72。管板86包括也利用管片接头74彼此分离的管片80。
间隙82存在于纤维78之间并从管板84延伸至管板86。实际上，如以上针对间隙22(图2和图5)所述的，纤维78可以分布以至少部分地填充间隙82。管片接头74被设置在管板84和管板86内并且不在其间延伸。
如所示用于元件10和元件30的关于各自的支撑件16(图1、图2和图5)和支撑件36(图3、图4和图6)，图7和图8未示出用于元件70的任何支撑件。即使如此，元件70可以包括视情况而定位的一个支撑件或多个支撑件以维持元件70的结构完整性。可替换地，可想像的是，当形成方法、材料选择、模块外壳、或其组合物具有合适设计特征的容纳支撑件的缺少时，可以形成元件10、元件30和元件70的任一个而没有支撑件。
图9示出了截面图中的管片接头14，管片接头14包括顺从性材料92和表皮90，表皮90被配置为从管板的基体密封顺从性材料92。表皮90可以保护基体除去来自顺从性材料92的污染物。表皮90也可以保护顺从性材料92从基体流动到其多孔部。在图10中管片接头14的分解图示出，表皮90可以包括被装配为密封顺从性材料92的若干表皮部94。可替代地，表皮90可以包括连续的涂覆。顺从性材料92可以包含低密度聚合物泡沫、金属泡沫、弹性材料和其组合物。
低密度泡沫的实施例包括具有小于每立方英尺15磅(lb/ft3)的密度的聚酰亚胺泡沫(polyimide foam)，诸如8-15lb/ft3。金属泡沫的实施例包括铝泡沫。弹性材料的实施例包括硅橡胶(silicone rubber)。顺从性材料92可以具有0.25英寸至0.375英寸的厚度以容纳管片膨胀。然而，顺从性材料厚度尺寸可以在多个应用中改变。更普遍地，顺从性材料厚度可以是在矩形管板中管片厚度的2-5％。
表皮90可以包括碳复合材料或铝薄片或两者兼有，并且可以具有0.005英寸至0.015英寸的厚度。表皮90可以在管板的轴向提供结构强度，但是沿管板的周向折曲以容纳管板材料的膨胀和收缩。
图11和图12示出了包括外壳102的气体分离模块100，元件10安装在外壳102中。入口端106允许原料气108的进入以接触管板24并且进入纤维18。虽然为简单起见未在图1、图3、图7和图11中示出，但是应当理解，在管板的末端处打开纤维端部以允许气体流动流过纤维。因此，原料气108流入单个的纤维118中以产生渗透物116，渗透物116穿过单个的纤维118的壁。保留物112在管板26(未在图11中示出)处的单个的纤维118退出并且流过出口端110。来自每一个纤维18的渗透物116在管板24和管板26之间进行收集并且流过出口端114。
围绕管板24的边缘104被设置为密封管板24在外壳102内。元件10可以从外壳102移除并且根据需要进行替换。可替换地，边缘104可以附至外壳102和包含外壳102的组件，并且元件10可以根据需要移除和替换。在这种情况下，当元件10附至外壳102使得外壳102起支撑件功能时，可以形成没有支撑件16的元件10。
因此，通过举例的方式，气体分离模块可以是包括飞机燃油箱可燃性降低系统包含的空气分离模块。所述系统可以进一步包括到至少一个入口端的空气源以及在飞机上的燃油箱以接收包含富氮空气的保留物。
图13示出了具有ASM 202的系统200，ASM 202可以包括本文中描述的气体分离模块。如图13所示，空气源206可以被加压。如在中空纤维膜产生富氮空气的情况中，分离效率经常随着越过分离介质的压差增加而增加。空气源206提供空气原料210、给ASM 202，ASM 202产生渗透物208和富氮空气212。燃油箱204被配置为接收富氮空气212以降低燃油箱气隙的可燃性。
因此，多个出口端可以包括至少一个出口端以从纤维的产物端排出保留物。模块可以进一步包括在外壳内的产物管板，产物管板紧固纤维的产物端并且隔离纤维的渗透侧和至少一个出口端。产物管板可以包括基体和至少一个管片接头，基体封装纤维的产物端。管片接头可以包含与基体不同的顺从性材料并且将产物管板的多个管片彼此分离。加料管板中的管片接头可以与产物管板中的管片接头分离。在加料管板和产物管板中的相应管片接头不可能在加料管板和产物管板之间延伸。
加料管板可以围绕纤维的加料端展现矩形外围。相应地，纤维可以一个或多个束排列，单个的束具有在加料端处的具有矩形外围的管板的管片和在产物端处的具有矩形外围的管板的管片。至少一个管片接头可以包括从基体中密封顺从性材料的表皮。此外，表皮可以具有与基体增强粘合的处理的表面。加料管板可以进一步包括在中空纤维膜层间的热塑性遮蔽物，热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。热塑性遮蔽物可以使用在具有外围为矩形、圆形或其他形状的管板中。
气体分离模块包括具有至少一个入口端和多个出口端的外壳。多个中空纤维膜在外壳内，单个的纤维具有加料端和产物端以及在加料端和产物端之间的保留物内侧和渗透物外侧。加料管板在外壳内，加料管板紧固纤维的加料端并且隔离至少一个入口端和纤维的渗透侧。加料管板包括基体和多个管片接头。基体包含粘合剂或树脂或两者兼有，基体封装纤维的加料端。管片接头包含与基体不同的顺从性材料并且将加料管板的多个管片彼此分离。多个表皮从基体密封各自的管片接头。模块包括围绕加料管板的包含基体的边缘。
举例来说，气体分离模块可以是飞机燃油箱可燃性降低系统包含的空气分离模块。同样，加料管板可以围绕纤维的加料端展现矩形外围。加料管板可以包含四个管片接头至八个管片接头。基体可以进一步包括纳米二氧化硅颗粒，纳米二氧化硅颗粒在尺寸上可以从50纳米至150纳米变动。基体中的纳米二氧化硅颗粒的体积分率可以小于或等于40％，诸如10％-40％。可以使用其他颗粒，诸如巴基球碳纳米颗粒(bucky ball carbonnanoparticles)。
纳米颗粒可以具有小于其他基体材料的热膨胀系数(CTE)以降低管板的总固化收缩和CTE。已经确定对于复合材料管板在CTE方面有50％的降低。纳米颗粒的表面可以利用化学部分功能化以与周围的诸如树脂的基体起反应，，并且以抵抗沿着树脂/纳米颗粒接口发生的裂化。如果使用多于40％体积分率的纳米二氧化硅，监测表明，当试图混合成分时，可以形成结块并且产生异构基体材料。额外的纳米颗粒也可以增加粘度并且限制基体注入纤维的多层。
表皮可以包括增强与基体粘合的处理的表面。边缘可以进一步包括结构上加固边缘的碳化纤维或纳米二氧化硅颗粒或两者兼有。这样加固的边缘可以帮助对包括外壳的其他部件的机械紧固，并且提供可靠密封表面提供给具有外壳的接口。碳化纤维可以展现接近零的CTE，并且纳米二氧化硅颗粒可以表现小于边缘中的树脂的CTE。作为一种可能性，针对边缘的碳化纤维可以围绕管板或纤维膜材料或两者兼有圆周性地缠绕以更有效地维持径向压缩。加料管板可以进一步包括在中空纤维膜多层之间的热塑性遮蔽物，热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。以上针对加料管板描述的特征如果合适的话也可以用于产物管板。
图14示出与图1中示出的类似的元件的一个示例的顶视图。元件190包括在与纤维198的端部相关联的管片接头194与纤维198的层间的遮蔽物192。替代的遮蔽物192和纤维198的层向元件190的中心延伸。在遮蔽物之间的基体(未示出)可以封装并且紧固纤维198每层中的纤维端，并且结合至管片接头194以从纤维198的渗透侧隔离原料气。示出的元件190没有诸如图1的支撑件16支撑件。
遮蔽物材料可以是热塑性的，并且可以利用与基体材料粘合的化学部分功能化。遮蔽物的玻璃转变温度可以是至少100°F，诸如100°F-150°F，诸如100°F-150°F，超过气体分离模块设计的操作温度。玻璃转变温度标记在刚性固体和过冷液体之间的转变。遮蔽物的面重量可以是每平方米0.006-0.015克(g/m2)，诸如0.01g/m2-0.010g/m2，并且厚度可以是50微米-100微米。面重量表示遮蔽物材料的每单位区域的质量。
气体分离模块形成方法包括定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料、以及应用基体至纤维材料以及管片接头，以及固化基体。管片接头包含与基体不同的顺从性材料。该方法包括形成由固化的基体和管片接头制成的加料管板以及形成由纤维材料制成的多个中空纤维膜。单个的纤维具有加料端和产物端，固化的基体封装纤维的加料端，加料管板紧固纤维的加料端，并且管片接头将加料管板的多个管片彼此分离。
举例而言，该方法可以进一步包括应用额外的基体至纤维材料并且应用至至少一个另一管片接头以及固化额外的基体。另一管片接头可以包含与额外的基体不同的顺从性材料。产物管板可以由额外固化的基体和另一管板管片接头构成，额外固化的基体封装纤维的产物端，产物管板紧固纤维的产物端，并且另一管片接头将产物管板的多个管片彼此分离。
应用基体可以包括应用基体膜或液态树脂。基体膜可以是粘附膜或树脂膜或其组合。例如，用于将灌装纤维端的已知技术与本文中的结构结合时，液态树脂的使用可以发生。同样地，管片接头与纤维端和用于灌注至纤维间的液态树脂一起结合。可以结合使用粘附膜，或粘附膜可以用作对树脂膜的可替换物。
粘附膜或树脂膜或两者兼有的使用可以发生，例如，在本文下面更详细地描述的结构中。热塑性遮蔽物可以应用在中空纤维膜的层间，热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。该方法可以包括在应用遮蔽物之前，通过将作为基体的基体膜安装在遮蔽物上制备遮蔽物组件。替代地，或此外，在灌装纤维端中可以使用液态树脂。
管片接头可以附接至支撑件，并且定位纤维材料可以包括缠绕纤维材料到支撑件上。已知用于缠绕纤维材料到支撑件上的技术，包括螺旋缠绕和成对角线缠绕，可以与用于连接其上的管片接头的容纳一起使用。纤维材料的实施例包括一连续串的中空纤维膜。形成加料管板和形成多个中空纤维膜可以包括加工固化的基体和纤维材料以及打开纤维的加料端。打开纤维的加料端可以包括切断并且移除过多的纤维材料以在管板末端处打开纤维。
作为将管片接头附接至支撑件的可替换方法，定位与至少一个管板管片接头相关联的纤维材料可以包括在固化的基体中加工狭槽，以及将管片接头插入与纤维材料相关联的狭槽。基体、无论基体膜、液态树脂或其他材料可以包含纳米二氧化硅颗粒。
无论是否结合粘附膜或树脂膜或两者兼有使用遮蔽物，注入处理可以允许更强的树脂基体的更大的选择以灌装管板，并且因此降低管板裂化。适用于在室温下使用的用于注入以将管板灌装的液态树脂经常变得脆并且趋于裂化。合适的粘附膜和树脂膜可以在室温下具有更小的交联密度和更高的粘度。然而，在胶化发生之前，粘度可以在注入温度下跌落至小于10泊，诸如2泊-10泊，伴随着在比胶化温度更高的固化温度下固化为最终的管板基体。可以通过配制控制操作窗口，在操作窗口中，膜保持足以在纤维之间注入的小于10泊的粘度。因此，在固化期间，膜组合物可以被设计为允许在纤维之间注入多达两个小时。韧化相也能够在树脂膜中进行以增加树脂膜的韧性。
遮蔽物本身的使用可以用于增加管板韧性。作为中空纤维膜的层间的夹层，遮蔽物可以组成用于包围脆树脂的韧化相，以抵抗产生和传播在中空纤维膜层间的接口延伸的裂化。这可以是无论使用液态基体材料或膜基体材料的情况。作为纤维夹层的遮蔽物也可以在固化之前或在注入期间或两期间中更好地定义纤维层之间的间距以用于更均匀的基体分布。
气体分离模块形成方法包括定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料、和应用基体至纤维材料和管片接头。基体包含粘合剂或树脂或两者兼有，并且管片接头包含与基体不同的顺从性材料。该方法包括放置管片接头、部分纤维材料和模具中的基体以及沿径向施加压力至纤维材料和管片接头。当施加压力并且额外施加热量时，在模具中的基体被固化。加工固化的基体和纤维材料。该方法包括形成加工制成的加料管板、固化的基体和管片接头；以及形成纤维材料制成的多个中空纤维膜，单个的纤维具有加料端和产物端。打开纤维的加料端，固化的基体封装纤维的加料端，加料管板紧固纤维的加料端，并且管片接头将加料管板的多个管片彼此分离。该方法包括形成围绕加料管板的包含基体的边缘。
举例而言，本文中其他方法的特征可以用于本方法。同样，该方法可以进一步包括在热塑性遮蔽物上安装作为基体的树脂模以及应用热塑性遮蔽物和树脂膜于中空纤维膜的多层之间。热塑性遮蔽物可以包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。定位纤维材料可以包括将纤维材料缠绕到圆柱形支撑件，并且加料管板可以具有圆形外围。可替代地，定位纤维材料可以包括将纤维材料缠绕到具有一列矩形截面的支撑件，并且加料管板可以具有矩形外围。形成加料管板可以将多个加料管板管片与多个管片之间的管片接头堆叠，每个管片具有矩形外围。
图15示出了装配期间气体分离元件130a的截面图。纤维材料138’被缠绕到支撑件136、管片接头134和管片接头140。如图16所示，管片接头134和管片接头140被布置为附接至支撑件136。托脚薄片142具有足够厚度将在绕组装置(未示出)中的管片接头134和管片接头140放置在所期望的位置处。基体膜148通过遮蔽物132(太薄而未详细地示出)支撑并且施加至纤维的端部(参见图16)。
图16示出了在固化基体膜148并且加工以打开纤维138的端部并且以形成元件130b的管板144和管板146之后的后续阶段处的元件130a的侧视图。基体膜148被示出从管板144和管板146部分地切割以显示在下面的纤维138的一层。纤维138被布置为矩形束，并且以与在14中示出的具有圆形外围的管板的类似的方式，遮蔽物132(图15)提供在纤维138多层之间的管板夹层。在固化之后，可以形成根据本文描述的元件。虽然支撑件136被示出包括在元件130a和元件130b中，但是可想像的是，能够使用已知技术形成没有支撑件136的该元件。
图17示出了包括夹子172的模具170的顶视图，夹子172紧固放置在管片12、管片接头14和支撑件16中的环174。膨胀衬管176允许压缩的模具在固化周期中提供在圆形管板上的径向压力。膨胀衬管176可以包含硅树脂(silicone)或气动硅树脂囊状物(pneumatic silicone bladder)。除了通过夹子172和环174施加径向压力之外，在固化周期中膨胀的膨胀衬管176的硅树脂可以额外地施加径向压力。类似地，随着压力在固化周期期间增加可以设置气动硅树脂囊状物以增加在管板上的径向压力。膨胀衬管176可以具有安装在其中的管板直径从约5％至约6％的厚度和承受固化温度的材料。
图18示出了包括夹子182的模具180的侧视图，夹子182确保可移动壁184靠着固定壁188，在可移动壁184和固定壁188之间放置未固化的矩形元件130a。膨胀衬管186允许压缩的模具在固化周期期间越过元件中的纤维的轴向提供横向压力。针对膨胀衬管176的描述可以适用于膨胀衬管186。
无论是液体或膜，所描述的压缩的模具帮助克服在灌装处理或凝固或将基体注入纤维期间的纤维移动。观察表明，注入基体的毛细管效应可以在固化之前将纤维推开。压缩的模具允许挤出过多的基体并且维持纤维间距均匀。此外，本公开内容包括根据下列各项的实施方式：
1.气体分离模块，包括：
外壳，具有至少一个入口端和多个出口端；
在外壳内的多个中空纤维膜，单个的纤维具有在加料端和产物端以及在加料端和产物端之间的保留物内侧和渗透物外侧；
在外壳内的加料管板，所述加料管板紧固纤维的加料端并且隔离所述至少一个入口端和纤维的渗透物外侧；以及
包括基体和至少一个管片接头的所述加料管板，所述基体封装所述纤维的加料端，并且所述管片接头包含与所述基体不同的顺从性材料并且将所述加料管板的多个管片彼此分离。
2.根据项1所述的模块，其中，所述气体分离模块是包括飞机燃油箱可燃性降低系统的空气分离模块，该系统进一步包括：
到所述至少一个入口端的空气源；以及
在飞机上的燃油箱，所述燃油箱用以接收包含富氮空气的保留物。
3.根据项1所述的模块，其中：
所述多个出口端包括至少一个出口端以从纤维的产物端排出保留物；
所述模块进一步包括在外壳内的产物管板，所述产物管板紧固纤维的产物端并且隔离纤维的渗透侧和所述至少一个出口端；并且
所述产物管板包括基体和至少一个管片接头，基体封装纤维的产物端，管片接头包含与基体不同的顺从性材料并且将所述产物管板的多个管片彼此分离，并且在所述加料管板中的管片接头与在所述产物管板中的管片接头分离。
4.根据项3所述的模块，其中，在所述加料管板和所述产物管板中的对应管片接头不在所述加料管板和所述产物管板之间延伸。
5.根据项1所述的模块，其中，加料管板围绕纤维的加料端展现矩形外围。
6.根据项1所述的模块，其中，所述纤维被布置在一个或多个束中，单个的束具有在加料端处的矩形外围的管板管片和在产物端处的矩形外围的管板管片。
7.根据项1所述的模块，其中，至少一个管片接头包括从基体中密封顺从性材料的表皮。
8.根据项6所述的模块，其中，表皮包括与基体增强粘附的被处理的表面。
9.根据项1所述的模块，其中，加料管板进一步包括在所述多个中空纤维膜的层间的热塑性遮蔽物，热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。
10.气体分离模块，包括：
外壳，具有至少一个入口端和多个出口端；
在外壳内的多个中空纤维膜，单个的纤维具有在加料端和产物端以及加料端和产物端之间的保留物内侧和渗透物外侧；
在外壳内的加料管板，所述加料管板紧固纤维的加料端并且将至少一个入口端和纤维的渗透物外侧分离；
所述加料管板包括基体和多个管片接头，基体包含粘附剂或树脂或两者兼有，所述基体封装纤维的所述加料端，并且管片接头包含与所述基体不同的顺从性材料并且将所述加料管板的多个管片彼此分离；
多个表皮，所述多个表皮从基体中密封对应的管片接头；以及
边缘，所述边缘包含基体并围绕所述加料管板。
11.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述气体分离模块是飞机燃油箱可燃性降低系统包含的空气分离模块。
12.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述加料管板围绕所述纤维的加料端展现矩形外围。
13.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述加料管板包含四个至八个管片接头。
14.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述基体进一步包括纳米二氧化硅颗粒。
15.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述纳米二氧化硅颗粒的尺寸从50纳米至150纳米变动。
16.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，基体中的所述纳米二氧化硅颗粒的体积分率小于或等于40％。
17.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述多个表皮包含增强与基体粘合的被处理的表面。
18.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述边缘进一步包括结构上加固边缘的碳化纤维或纳米二氧化硅颗粒或两者兼有。
19.根据项错误！未找到引用源所述的模块，其中，所述加料管板进一步包括在多个中空纤维膜的层间的热塑性遮蔽物，所述热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加所述加料管板的韧性。
20.气体分离模块形成方法，包括：
定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料；
应用基体至所述中空纤维膜材料和管片接头以及固化基体，所述至少一个管板管片接头包含与基体不同的顺从性材料；
形成由固化的基体和至少一个管板管片接头制成的加料管板；以及
形成由所述中空纤维膜材料制成的多个中空纤维膜，单个的纤维具有加料端和产物端，所述固化的基体封装纤维的加料端，加料管板紧固纤维的加料端，并且所述至少一个管板管片接头将所述加料管板的多个管片彼此分离。
21.根据项8所述的方法，进一步包括：
应用额外的基体至中空纤维膜材料和至少一个另一管板管片接头以及固化额外的基体，所述至少一个另一管片接头包含与所述额外的基体不同的顺从性材料；以及
形成由所述固化的额外基体和所述至少一个另一管板管片接头制成的产物管板，所述固化的额外基体封装纤维的产物端，所述产物管板紧固所述纤维的产物端，并且所述至少一个另一管片接头将所述产物管板的多个管片彼此分离。
22.根据项8所述的方法，其中，应用基体包括应用基体膜、或液态树脂或其组合。
23.根据项8所述的方法，进一步包括在多个中空纤维膜的层间应用热塑性遮蔽物，所述热塑性遮蔽物包含与基体不同的材料并且增加加料管板的韧性。
24.根据项11所述的方法，进一步包括，在应用热塑性遮蔽物之前，通过将作为基体的基体膜安装在热塑性遮蔽物上制备热塑性遮蔽物组件。
25.根据项8所述的方法，其中，所述至少一个管板管片接头附接至支撑件，并且定位中空纤维膜材料包括将中空纤维膜材料缠绕到支撑件。
26.根据项8所述的方法，其中，形成加料管板和形成多个中空纤维膜包括加工固化的基体和中空纤维膜材料以及打开纤维的所述加料端。
27.根据项8所述的方法，其中，定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料包括加工在固化的基体中的至少一个狭槽以及将所述至少一个管板管片接头插入与中空纤维膜材料相关联的所述至少一个狭槽中。
28.根据项8所述的方法，其中，基体进一步包括纳米二氧化硅颗粒。
29.气体分离模块形成方法，包括：
定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料；
应用基体至中空纤维膜材料和所述至少一个管板管片接头，基体包含粘附剂或树脂或两者兼有，并且至少一个管板管片接头包含与基体不同的顺从性材料；
放置所述至少一个管板管片接头、部分中空纤维膜材料和基体到模具中；
沿径向将压力施加于中空纤维膜材料和所述至少一个管板管片接头；
当施加压力并且额外施加热量时，固化在模具中的基体；
加工所述固化的基体和所述中空纤维膜材料；
形成由加工的固化的基体和所述至少一个管板管片接头制成的加料管板；
形成由中空纤维膜材料制成的多个中空纤维膜，单个的纤维具有加料端和产物端，并且打开所述纤维的加料端，固化的基体封装所述纤维的加料端，加料管板紧固所述纤维的加料端，并且所述至少一个管板管片接头将所述加料管板的多个管片彼此分离；以及
形成包含基体的围绕所述加料管板的边缘。
30.根据项错误！未找到引用源所述的方法，进一步包括将作为基体的树脂膜安装在热塑性遮蔽物上以及将热塑性遮蔽物和树脂膜施加于多个中空纤维膜的层间，所述热塑性遮蔽物包含与所述基体不同的材料并且增加所述加料管板的韧性。
31.根据项错误！未找到引用源所述的方法，其中，定位中空纤维膜材料包括将中空纤维膜材料缠绕到圆柱形支撑件，并且所述加料管板具有圆形外围。
32.根据项错误！未找到引用源所述的方法，其中，定位中空纤维膜材料包括将所述中空纤维膜材料缠绕到具有矩形截面的列的支撑件，并且所述加料管板具有矩形外围。
33.根据项错误！未找到引用源所述的方法，其中，形成所述加料管板包括将多个加料管板管片与在所述多个管片之间的至少一个管板管片接头堆叠，每个管片具有矩形外围。
34.根据项错误！未找到引用源所述的方法，其中，基体进一步包括纳米二氧化硅颗粒，并且边缘进一步包括结构上加固边缘的碳化纤维或纳米二氧化硅颗粒或两者兼有。
按照条例，已经用语言描述的所述结构或多或少为特定的结构特征和方法特征。然而，应当理解，结构不限于所示出和所描述的特定的特征。因此，要求保护根据等同原则恰当解释的所附权利要求的合适范围内的任何形状或变形。

Claims (15)

1.一种气体分离模块(100)，包括：
外壳(102)，具有至少一个入口端(106)和多个出口端(110，114)；
在所述外壳内(102)的多个中空纤维膜，单根纤维具有加料端和产物端，在所述加料端和所述产物端之间具有保留物内侧和渗透物外侧；
在所述外壳内(102)的加料管板，所述加料管板紧固所述纤维的所述加料端并且将所述至少一个入口端(106)和所述纤维的所述渗透物外侧分离；以及
所述加料管板包括基体和至少一个管片接头，该基体封装所述纤维的所述加料端，并且该管片接头包含与所述基体不同的顺从性材料(92)并且将所述加料管板的多个管片彼此分离。
2.根据权利要求1所述的模块(100)，其中，所述气体分离模块(100)是飞机燃油箱可燃性降低系统(200)包含的空气分离模块(202)，所述系统(200)进一步包括：
到所述至少一个入口端(106)的空气源(206)；以及
在所述飞机上的燃油箱(204)，以接收包含富氮空气(212)的保留物。
3.根据前述任意一项权利要求所述的模块(100)，其中：
所述多个出口端(110，114)包括至少一个出口端(110)以从所述纤维的所述产物端排出保留物；
所述模块(100)进一步包括在所述外壳(102)内的产物管板，所述产物管板紧固所述纤维的所述产物端并且将所述纤维的所述渗透侧和所述至少一个出口端(110)隔离；并且
所述产物管板包括基体和至少一个管片接头，该基体封装所述纤维的所述产物端，该管片接头包含与该基体不同的顺从性材料(92)并且将所述产物管板的多个管片彼此分离，并且在所述加料管板中的管片接头与在所述产物管板中的管片接头分离；其中，在所述加料管板和所述产物管板中各自的管片接头不在所述加料管板和所述产物管板之间延伸。
4.根据前述任意一项权利要求所述的模块(100)，其中，所述加料管板围绕所述纤维的所述加料端展现矩形外围。
5.根据前述任意一项权利要求所述的模块(100)，其中，所述纤维以一个或多个束排列，单个的束具有在所述加料端处的矩形外围的管板管片和在所述产物端处的矩形外围的管板管片。
6.根据前述任意一项权利要求所述的模块(100)，其中，所述至少一个管片接头包括从所述基体中密封所述顺从性材料的表皮(90)；并且其中，所述表皮(90)包括与所述基体增强粘合的被处理的表面。
7.根据前述任意一项权利要求所述的模块(100)，其中，所述加料管板进一步包括在所述多个中空纤维膜层间的热塑性遮蔽物，所述热塑性遮蔽物包含与所述基体不同的材料并且增加了所述加料管板的韧性。
8.一种气体分离模块(100)形成方法，包括：
定位与至少一个管板管片接头相关联的中空纤维膜材料；
应用基体至所述中空纤维膜材料和所述管片接头并固化所述基体，所述至少一个管板管片接头包含与所述基体不同的顺从性材料(92)；
形成由所固化的基体和所述至少一个管板管片接头制成的加料管板；以及
形成由所述中空纤维膜材料制成的多个中空纤维膜，单个的纤维具有加料端和产物端，所固化的基体封装所述纤维的所述加料端，所述加料管板紧固所述纤维的加料端，并且所述至少一个管板管片接头将所述加料管板的多个管片彼此分离。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
应用额外的基体至所述中空纤维膜材料和至少一个其他管板管片接头并固化所述额外的基体，所述至少一个其他管片接头包含与所述额外的基体不同的顺从性材料(92)；以及
形成由所固化的额外基体和所述至少一个其他管板管片接头制成的产物管板，所固化的额外基体封装所述纤维的所述产物端，所述产物管板紧固所述纤维的所述产物端，并且所述至少一个其他管片接头将所述产物管板的多个管片彼此分离。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中，应用所述基体包括应用基体膜(148)、液态树脂或其组合。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，进一步包括在所述多个中空纤维膜的层间应用热塑性遮蔽物，所述热塑性遮蔽物包含与所述基体不同的材料并且增加所述加料管板的韧性；以及在应用所述热塑性遮蔽物之前，通过将作为所述基体的基体膜(148)安装在所述热塑性遮蔽物上制备遮蔽物组件。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，所述至少一个管板管片接头附接至支撑件，并且定位所述中空纤维膜材料包括将所述中空纤维膜材料缠绕到所述支撑件。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，形成所述加料管板和形成所述多个中空纤维膜包括加工所固化的基体和所述中空纤维膜材料以及打开所述纤维的所述加料端。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，定位与所述至少一个管板管片接头相关联的所述中空纤维膜材料包括加工在所固化的基体中的至少一个狭槽(152)以及将所述至少一个管板管片接头插入与所述中空纤维膜材料相关联的所述至少一个狭槽(152)。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法，其中，所述基体进一步包括纳米二氧化硅颗粒。
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