CN107405576A - 具有端盖装置的膜组件和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种过滤组件，所述过滤组件包括至少一个膜组件，其中所述膜组件包括膜和至少一个端盖装置。所述端盖装置部分地由纵向轴线限定并且沿着所述纵向轴线从第一端部延伸至第二端部。所述端盖装置包括所述第一端部和所述第二端部之间的中间轮廓，并且所述第二端部相比于所述第一端部具有较小内径。

Description

具有端盖装置的膜组件和相关方法

优先权要求

本申请要求美国临时申请No.62/100,407的优先权，所述临时申请提交于2015年1月6日。本临时申请的全部内容据此以引用方式并入本文。

技术领域

这些实施例涉及具有端盖装置的膜组件和相关方法。

背景技术

在制造过滤模块组件的过程中，组件可经历大范围的温度，该大范围的温度可影响组件内的个体部件和其在现场中的性能。此外，过滤组件具有重要密封要求，该密封要求在组装期间也可受影响。另外，一旦膜组件被灌封，则膜在测试期间为不合格的情况下，其必须报废。此外，膜的尺寸可变化很大。需要一种改进的过滤组件的制造方法。

发明内容

过滤组件包括陶瓷膜组件，该陶瓷膜组件配置成设置于外壳内，其中膜组件包括膜和至少一个端盖装置。端盖装置部分地由纵向轴线限定并且从第一端部延伸至第二端部，其中端盖装置的内表面在中间轮廓处具有圆顶形状，并且端盖装置的第二端部相比于第一端部具有较小内径。

附图说明

在下文所提出的实施例的详细描述中，参考附图，其中：

图1A根据一个或多个实施例示出了过滤组件的侧视图和剖视图。

图1B根据一个或多个实施例示出了过滤组件的剖视图。

图2A根据一个或多个实施例示出了膜组件的侧视图。

图2B根据一个或多个实施例示出了膜组件的端视图。

图2C根据一个或多个实施例示出了膜组件的剖视图。

图2D根据一个或多个实施例示出了膜组件的剖视图。

图3A根据一个或多个实施例示出了膜组件的侧视图。

图3B根据一个或多个实施例示出了膜组件的端视图。

图3C根据一个或多个实施例示出了膜组件的剖视图。

图4A根据一个或多个实施例示出了端盖装置的第一剖视图。

图4B根据一个或多个实施例示出了端盖装置的顶视图。

图4C根据一个或多个实施例示出了端盖装置的侧视图。

图4D根据一个或多个实施例示出了端盖装置的第二剖视图。

图4E根据一个或多个实施例示出了端盖装置的底视图。

图5A根据一个或多个实施例示出了端盖装置的剖视图。

图5B根据一个或多个实施例示出了端盖装置的顶视图。

图5C根据一个或多个实施例示出了端盖装置的侧视图。

图5D根据一个或多个实施例示出了端盖装置的底视图。

图5E根据一个或多个实施例示出了端盖装置的底视图。

图6A根据一个或多个实施例示出了端盖装置和固定装置的底视图。

图6B根据一个或多个实施例示出了沿着图6A的6B-6B截取的端盖装置和固定装置的剖视图。

图7根据一个或多个实施例示出了端盖装置的剖视图。

图8根据一个或多个实施例示出了端盖装置的剖视图。

这些实施例在下文参考所列附图进行详细描述。

具体实施方式

在下述具体实施方式中，参考构成了说明书的一部分的附图，在附图中通过说明的方式示出了实施例可以付诸实践的具体实施例。这些实施例被充分详细地描述以允许本领域的技术人员实践本发明，并且应当理解，其它实施例可以其它方式付诸实践。下述具体实施方式不应以限制意义来理解，并且本发明的范围由附属权利要求书和其等同物限定。

这些实施例涉及过滤组件102，如图1和图2所示。过滤组件102包括外壳104和外壳104内的膜组件100。过滤组件102可用于处理流体，诸如水处理厂中的废物或水。过滤组件102可装载于盆中，用于膜生物反应器，用于废物汇流，或用于其它应用。

在一个或多个实施例中，过滤组件102包括至少一个膜组件100，其中膜组件100包括至少一个膜120和至少一个端盖装置150(参见图2A至图2D，图3A至图3C)。在一个或多个实施例中，膜120为陶瓷膜。膜120从第一膜端部122延伸至第二膜端部124。膜120在其中包括两个或更多个膜通道。

膜组件100还包括至少一个端盖装置150，至少一个端盖装置150例如设置于第一膜端部122处。在一个或多个实施例中，膜组件100包括两个端盖装置，包括分别设置于第一膜端部122处和第二膜端部124处的第一端盖装置153和第二端盖装置155。参考图4A至图4E、图5A至图5D，端盖装置150部分地由纵向轴线限定并且沿着该纵向轴线从第一端部152延伸至第二端部156。第一端部152处为颈部，该颈部用作膜组件120的入口或出口端口148。第二端部156的尺寸设定成联接膜。在一个或多个实施例中，膜120和端盖装置150形成对膜通道端部的水密密封件。在一个或多个实施例中，存在水密密封件，该水密密封件在第二端部156处形成于端盖装置内部，形成于端盖装置和膜120之间。在一个或多个实施例中，水密密封件形成于端盖装置的第一端部152的外部表面处。这些密封件的组合在过滤组件内将净水与脏水隔离。

在一个或多个实施例中，第一端部152相比于第二端部156具有较小外径。例如，在一个或多个实施例中，第一端部152具有约3英寸的内径(第一直径144)，并且第二端部具有约8英寸的内径(第二直径146)。在一个或多个实施例中，第一端部152具有3-3.5英寸的直径，并且第二端部具有约8英寸的直径。端盖装置150还由整体长度L限定，在图2A和图3A中示为151。端盖装置部分地由第二直径146的内径D限定，如图4A所示。在一个或多个实施例中，L对D的大致比率范围如下：

L/D＝1.5-5.1

在一个或多个实施例中，R为英寸单位的进料或浓缩物喷嘴的内半径，在图2C中示为144，其中R为端盖装置的最小出口的半径。在一个或多个实施例中，r为外壳内的膜的凹陷量，并且r为英寸单位的凹陷，其中r从端盖装置的出口至膜的表面进行测量。Q为通过膜的进料溶液的流速，单位为GPM。为确定膜相对于外壳的凹陷，开发出测试数据。根据测试数据，最小凹陷可确定如下。

在一个或多个实施例中，对于任何流速和入口半径的最小凹陷距离可利用下述公式进行计算：

r≥Q/(132*R)。

在一个或多个实施例中，对于任何流速和入口半径的最小凹陷距离可利用下述公式进行计算：

r≥Q/(66*R)。

端盖装置150还由内表面157和外表面159以及第一端部152和第二端部156之间的中间轮廓160限定。在一个或多个实施例中，内表面157的中间轮廓160为屈折的或弯曲的三侧或更多侧锥体，或具有漏斗形状。在一个或多个实施例中，端盖装置150具有钟形，该钟形从第一端部152延伸至第二端部156，如图8所示。在一个或多个实施例中，中间轮廓160的内表面157具有圆顶形状，使得该形状为半球状或具有朝向膜120的凹表面。在另一个选项中，中间轮廓还包括屈折弯曲部，该屈折弯曲部将圆顶形状过渡至端盖装置150的第二端部156。在一个或多个选项中，端盖装置150包括第一端部和第二端部之间的屈折部分180，其中屈折部分180在凹圆顶之间过渡至出口端口处的第一端部152。在一个或多个实施例中，屈折部分将第一端部152连接至第二端部156。在一个或多个实施例中，端盖装置150包括第一端部152附近的第一半径190和第二端部146附近的第二半径192，并且第一半径不等同于第二半径。

在一个或多个实施例中，外中间轮廓不同于内中间轮廓。例如，壁厚沿着中间轮廓变化。在一个或多个实施例中，随着第一端部和第二端部之间的直径改变，端部端口的尺寸将以相对比例改变。例如，如果标称8英寸直径的端盖装置为8英寸，并且端部端口为3.5英寸，并且当接近4英寸直径时，那么该盖的横截面积将保持对出口端口横截面积的相对比例。这将协助流体流动特性和流体的适当递送。

参考图7，在一个或多个实施例中，端盖装置250从第一端部252延伸至第二端部256。第一端部252处为颈部部分258。中间部分251处为锥形形状，该锥形形状从第一锥形端部254延伸至第二锥形端部255。锥形形状具有高度A，该高度A从第一锥形端部254延伸至第二锥形端部255。第一锥形端部254处为内径C，并且第二锥形端部255处为内径B，如图7所示。

在一个或多个实施例中，端盖装置250的尺寸设定如下：

(B²/C²)*6x≈A，其中x≥1。

端盖装置150包括密封部分210，密封部分210允许过滤装置内的通用密封，并且允许膜组件易于从一个外壳移动至另一个外壳。在一个或多个实施例中，端盖装置150包括其中具有密封元件的至少一个凹槽212。在一个或多个实施例中，密封元件包括弹性体或O型圈。这允许密封件移除或互换。在一个或多个实施例中，密封部分设置于端盖装置150的内部部分上，并且膜120设置于端盖装置150内。在一个或多个实施例中，密封部分210设置于端盖装置150的外部部分上。

在一个或多个实施例中，端盖装置150还包括一个或多个肋部170，一个或多个肋部170沿着外表面159，例如沿着中间轮廓160设置于外部部分上。一个或多个肋部170可用于抵着膜组件各处的流体力使端盖装置150的结构稳定。在一个或多个实施例中，翅片从端盖装置150的颈部延伸至第二端部156，如图4C所示。在一个或多个实施例中，肋部170延伸自端盖装置150的颈部171，但不完全延伸至第二端部156，如图5C所示。例如，肋部终止于颈部171和第二端部156之间。肋部增加强度而无需增加壁厚，并且还可协助流体流动。

在一个或多个实施例中，端盖装置150任选地还包括沿着端盖装置的内表面设置的一个或多个内翅片164，其中内翅片之间具有流动通道166。在一个或多个实施例中，翅片164由高度165限定。在一个或多个实施例中，肋部170从翅片164偏移，使得它们在端盖装置150上不对准。在一个或多个实施例中，翅片164的总数量为肋部170的总数量的一半至两倍。翅片增加强度而无需增加壁厚，并且还可协助流体流动。

在一个或多个实施例中，端盖装置可附连并密封至单片式多孔陶瓷模块的外周边。在另一个实施例中，端盖装置可以一个或多个独立件进行模制以将膜片段灌封在一起和形成用于进料和浓缩物的收集室。

参考图6A、图6B，在一个或多个实施例中，端盖装置150在其中包括固定装置168以协助膜在组装期间的放置。在一个或多个实施例中，固定件和/或端盖装置可包括固定件的边缘中的滤液间隙以提供滤液在压力外壳内的更容易流动。所用压力外壳的尺寸可设定用于单个元件，或另选多个元件可位于较大压力外壳内。通过简化进料和过滤水的分离，端盖装置有利于此类较大外壳。

本文还公开了一种用于形成过滤组件的方法。该方法包括将端盖装置放置于模块上以形成模块组件。插入灌封材料。一般来讲，端盖装置组装于陶瓷膜部段的两个端部上。端盖装置包括上文所描述的各种端盖装置。在一个或多个实施例中，这些端盖装置装载于灌封机器中，其中固定端部和固定件被封入灌封材料中。允许这些部件设定于灌封材料中，一旦设定，则将端盖施加于灌封膜部段。可采用的多种结合方法包括但不限于胶粘、纺丝粘合、灌封、焊接、用垫圈的摩擦配合，等等。

膜组件提供了从渗透物密封进料/浓缩物的方法。该组件有利于元件组装的简便性，并且将元件固定在一起，有助于控制温度膨胀，并且将有利于标准外壳中元件用量的下降。端盖装置在灌封期间将板保持于适当位置，在灌封期间包含灌封材料，并且当使用预定热塑性材料和填充材料时有助于控制收缩和伸展。此外，端盖装置提供用于保持密封件的部位，并且提供密封表面。另外，端盖装置容纳锥形密封件。用于端盖装置的材料可选自各种材料，包括但不限于单独或组合的PVC、CPVC、陶瓷、不锈钢、双相不锈钢、哈司特合金(Hast alloy)、钛、填充热塑性塑料、热塑性塑料、复合材料、铝或涂布金属。

端盖组件可与固定件一起使用，该固定件与陶瓷膜对准并且允许其被有效地组装并密封。固定装置提供了控制伸展和收缩的益处并且有利于将膜元件外部密封至外壳的壁，该固定装置在外壳中操作。用于分离料流的密封件克服了标准外壳中的内径公差问题。端盖组件和固定件可利用各种方法结合在一起。例如，这些方法包括但不限于用弹性密封件的扣合、溶剂粘合、粘合剂、热粘合或焊接，或超声焊接。

这些实施例已特别参考其某些实施例进行详细地描述，但是应当理解，尤其对本领域的技术人员来说，可在这些实施例的范围内做出变型和修改。应当指出的是，说明书的不同部分所讨论或不同附图中所提到的实施例或其部分可进行组合以形成本发明的额外实施例。因此，本发明的范围应参考附属权利要求书连同该权利要求书所享有的等同物的完整范围进行确定。

Claims (19)

1.一种过滤组件，包括：

至少一个陶瓷膜组件，所述至少一个陶瓷膜组件配置成设置于外壳内，所述至少一个陶瓷膜组件包括膜和至少一个端盖装置；

所述膜从第一膜端部延伸至第二膜端部；

所述端盖装置设置于所述膜的所述第一膜端部处；

所述端盖装置部分地由纵向轴线限定并且沿着所述纵向轴线从第一端部延伸至第二端部，所述端盖装置部分地由内表面和外表面限定，所述端盖在所述第一端部处具有端部端口；

所述端盖装置包括所述第一端部和所述第二端部之间的中间轮廓，所述内表面在所述中间轮廓处具有圆顶形状；和

所述端盖装置的所述第一端部相比于所述第二端部具有较小内径。

2.根据权利要求1所述的过滤组件，其中所述中间轮廓还包括屈折弯曲部，所述屈折弯曲部将所述圆顶形状过渡至所述端盖装置的所述第二端部。

3.根据权利要求1所述的过滤组件，其中所述中间轮廓具有锥形形状。

4.根据权利要求3所述的过滤组件，其中所述中间轮廓从第一锥形端部延伸至第二锥形端部，并且所述锥形形状具有高度A，在所述第一锥形端部处为内径C，并且在所述第二锥形端部255处为内径B，所述高度A从所述第一锥形端部延伸至所述第二锥形端部255，其中所述端盖装置的尺寸设定如下：

(B²/C²)*6x≈A，其中x≥1。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的过滤组件，其中所述过滤组件包括设置于所述膜的各自端部处的两个端盖装置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的过滤组件，还包括沿着所述端盖装置的所述内表面设置的内翅片，所述内翅片具有在内翅片之间的通道。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的过滤组件，还包括沿着所述端盖装置的所述外表面设置的肋部。

8.一种过滤组件，包括：

外壳；

至少一个陶瓷膜组件，所述至少一个陶瓷膜组件设置于所述外壳内，所述至少一个陶瓷膜组件包括膜和至少一个端盖装置；

所述膜从第一膜端部延伸至第二膜端部；

第一端盖装置，所述第一端盖装置设置于所述膜的所述第一膜端部处；和第二端盖装置，所述第二端盖装置设置于所述膜的所述第二端部处；

每个端盖装置部分地由纵向轴线限定并且沿着所述纵向轴线从第一端部延伸至第二端部，所述端盖装置部分地由内表面和外表面限定，每个端盖在所述第二端部处具有端部端口；

所述端盖装置包括所述第一端部和所述第二端部之间的屈折部分；和

所述端盖装置的所述第一端部相比于所述第二端部具有较小内径。

9.根据权利要求8所述的过滤组件，还包括沿着所述端盖装置的所述外表面设置的肋部。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的过滤组件，其中L为所述端盖装置的整体长度，D为所述端盖装置的所述第一端部的内径，并且L对D的比率在1.5-5.1的范围内。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的过滤组件，其中所述屈折部分将所述第一端部连接至所述第二端部。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的过滤组件，其中所述端盖装置包括所述第一端部附近的第一半径和所述第二端部附近的第二半径，并且所述第一半径不等于所述第二半径。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的过滤组件，其中所述过滤组件包括设置于所述膜的各自端部处的两个端盖装置。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的过滤组件，还包括所述端盖装置的所述内表面上的一个或多个翅片。

15.根据权利要求8所述的过滤组件，还包括沿着所述端盖装置的所述外表面设置的肋部和所述端盖装置的所述内表面上的一个或多个翅片，其中所述肋部从所述翅片偏移。

16.根据权利要求15所述的过滤组件，其中翅片的总数量为肋部的总数量的一半至两倍。

17.根据权利要求8-16中任一项所述的过滤组件，还包括水密密封件，所述水密密封件在所述端盖装置和所述膜之间的所述第二端部处形成于所述端盖装置内部；并且第二水密密封件形成于所述端盖装置的所述第一端部152的外部表面处，配置成在所述过滤组件内将净水与脏水隔离。

18.一种用于制备过滤组件的方法，所述方法包括：

将至少一个端盖装置放置于膜组件的端部上，所述端盖装置部分地由纵向轴线限定并且沿着所述纵向轴线从第一端部延伸至第二端部，所述端盖装置部分地由内表面和外表面限定，所述端盖在所述第二端部处具有端部端口，所述端盖装置包括所述第一端部和所述第二端部之间的屈折部分；

将所述端盖装置密封至所述膜组件；和

灌封所述膜组件。

19.根据权利要求18所述的方法，其中放置至少一个端盖装置包括将第一端盖放置于第一膜组件端部处和将第二端盖放置于第二膜组件端部处。