CN107847871B - 包括螺旋卷绕膜模块和盐水密封件的过滤器组件 - Google Patents

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Abstract

过滤器组件经调适用于插入到压力容器的内部腔室中,其中所述组件包括:螺旋卷绕膜模块和盐水密封件,所述螺旋卷绕膜模块包括至少一个膜包封和进料间隔件片材,所述至少一个膜包封和进料间隔件片材围绕沿着轴线(X)延伸的中心渗透物管同心地卷绕形成入口涡旋面和出口涡旋面以及圆柱形外部外围表面,所述盐水密封件围绕所述外部外围表面的部分同心地设置;特征在于所述盐水密封件包括:i)限定最大外径的经调适以啮合所述压力容器的所述内部腔室的径向延伸柔性唇缘,ii)覆盖所述第一涡旋面的部分的端部盖表面,和iii)所述端部盖表面中用于允许流体流动通过所述入口涡旋面并且进入所述模块的所述进料间隔件片材中的至少一个开口。

Description

包括螺旋卷绕膜模块和盐水密封件的过滤器组件
技术领域
本发明涉及包括螺旋卷绕膜模块和相关联的盐水密封件的过滤器组件。
引言
螺旋卷绕膜模块用于各种反渗透(RO)和纳米过滤(NF)应用中。在典型实施例中,通过围绕渗透物收集管同心地卷绕一个或多个膜包封和进料间隔件以形成两个相对涡旋面和外部外围表面来构造圆柱形螺旋卷绕膜模块。所得螺旋束通过胶带或其它手段保持在适当位置。在将模块安装在压力容器的内部腔室内之前,可将各种类型的密封件围绕模块的外部外围表面施加。代表性实例描述于以下中:US4016083、US4299702、US4600512、US5128037、US5389260、US5851267、US6299772、US7208088、US8110016、US8377300、US8388842、US8425773、US8728213和US8778182。描述用于与这类模块一起使用的各种进料间隔件和流动构造。参见例如:US5458774、US6881336、US8337698、US 2003/205520、US2004/0182774、US2013/146532、US2014/042080、US2014/183134、JP2013/071098和CN201799220。
在操作中,加压进料流体在膜包封的表面上通过,并且施加的压力使“溶剂”(例如水)的部分穿过膜(即形成“渗透物”),而“溶解物”(例如盐)不能够穿过膜,并且在剩余的进料中浓缩(即形成“浓缩物”溶液)。“回收率”被定义为穿过膜作为渗透物的进料溶液的百分比。在高回收率下操作时结垢形成是主要问题。一旦浓缩超出其溶解度极限,留存的盐(例如CaCO3、CaSO4)就开始在膜上形成结垢。这对于住宅RO系统的长期操作尤其存在问题。与通过使用pH调节、阻垢剂,或频繁清洁而在高回收率下操作的较大工业系统相比,大多数住宅系统不具有这些选择方案中的任一个。在住宅RO系统中使用的螺旋卷绕模块通常经设计在20%到35%之间的回收率下操作。在较高回收率(例如高于35%)下的操作导致结垢,因为未经软化的住宅水源经常含有显著量的钙离子和碳酸氢根离子。
寻求在具有降低的结垢易感性的情况下允许较高回收率操作的新过滤器组件设计。
发明内容
过滤器组件经调适用于插入到压力容器的内部腔室中,其中组件包括:螺旋卷绕膜模块和盐水密封件,所述螺旋卷绕膜模块包括至少一个膜包封和进料间隔件片材,所述至少一个膜包封和进料间隔件片材围绕沿着轴线(X)延伸的中心渗透物管同心地卷绕形成入口涡旋面和出口涡旋面以及圆柱形外部外围表面,所述盐水密封件围绕外部外围表面的部分同心地设置;特征在于盐水密封件包括:
i)限定最大外径的经调适以啮合压力容器的内部腔室的径向延伸柔性唇缘,
ii)覆盖第一涡旋面的部分的端部盖表面,和
iii)端部盖表面中用于允许流体流动通过入口涡旋面并且进入模块的进料间隔件片材中的至少一个开口。
在一个实施例中,过滤器组件经调适以减轻在膜上形成结垢,特别是组件在大于35%的回收率下操作时。在另一个实施例中,组件促进通过模块的径向进料流动路径,这减小高浓度结垢形成离子区域中的通量。在又一实施例中,组件提供比对于相同操作回收率典型的更高的进料流速。在另一实施例中,组件提供防止进料流动旁路(这对于产生较高的进料侧压降特别重要)的改进的方法。描述许多额外的实施例。
附图说明
图1是螺旋卷绕膜模块的透视部分剖视图。
图2a和图2b是部分组装的螺旋卷绕膜模块的透视图。
图3是包括螺旋卷绕膜模块、包括盐水密封件的过滤器组件的实施例的透视图和装载到压力容器中的组件的透视图。
图4a、图4b和图4c是说明盐水密封件和螺旋卷绕模块的若干实施例的透视图。在图4c中,盐水密封件和螺旋卷绕模块接合以形成组件。
图5a、图5b和图5c是说明附接到螺旋卷绕模块的涡旋面的封盖构件(部分剖示)的三种不同实施例的透视图。
具体实施方式
本发明包括过滤器组件,所述过滤器组件包括螺旋卷绕膜模块。
代表性螺旋卷绕膜模块总体地示出在图1中的2处。通过围绕沿着轴线(X)延伸的渗透物收集管(8)同心地卷绕一个或多个膜包封(4)和一个或多个进料间隔件片材(“进料间隔件”)(6)形成模块(2)。每个膜包封(4)优选地包含膜片材的两个大体上矩形的区段(10,10′)。膜片材的每个区段(10,10′)具有膜或前侧面(34)以及支撑或背侧面(36)。膜包封(4)通过上覆膜片材(10,10′)并且对准其边缘而形成。在优选实施例中,膜片材的区段(10,10′)包围渗透物间隔件片材(12)。此夹层型结构沿着三个边缘(16,18,20)例如通过密封剂(14)固定在一起以形成包封(4),同时第四边缘、即“近端边缘”(22)邻接渗透物收集管(8),使得包封(4)的内部部分(和任选的渗透物间隔件(12))与沿着渗透物收集管(8)的长度延伸的多个开口(24)流体连通。膜片材的每个区段(10,10′)的活性膜区域(25)对应于在操作期间液体可穿过其进入包封(4)中的膜面积;(相比于由粘合剂、胶带等隔离使得防止液体流经膜并且进入渗透物包封的内部的非活性膜区域(25′))。模块(2)可包括单个包封或多个膜包封(4),每个包封由进料间隔件片材(6)分隔开。在所说明的实施例中,膜包封(4)是通过接合邻近定位的膜叶包的背侧面(36)表面而形成。膜叶包包含自身折叠以限定两个膜“叶”的大体上矩形的膜片材(10),其中每个叶的前侧面(34)彼此面对,并且折叠部与膜包封(4)的近端边缘(22)轴向对准,即与渗透物收集管(8)平行。进料间隔件片材(6)被示出为位于折叠的膜片材(10)的面对的前侧面(34)之间。进料间隔件片材(6)有助于进料流体流经模块(2)。虽然未示出,但是组件中也可包括额外的中间层。膜叶包和其制造的代表性实例进一步描述于Haynes等人的US 7875177中。
在模块制造期间,渗透物间隔件片材(12)可围绕渗透物收集管(8)的圆周附接,其中膜叶包在其间交错。邻近定位的膜叶(10,10′)的背侧面(36)围绕其外围的部分(16,18,20)密封以封闭渗透物间隔件片材(12)并且形成膜包封(4)。用于将渗透物间隔件片材附接到渗透物收集管的合适的技术描述于Solie的US 5538642中。一个或多个膜包封(4)和一个或多个进料间隔件(6)围绕渗透物收集管(8)同心地卷绕或“卷起”,以形成两个相对的涡旋面(入口涡旋面(30)和出口涡旋面(32)),其中膜叶的远侧端部形成圆柱形外围(39)。所得螺旋束通过胶带或其它手段保持在适当位置。然后可修整模块的涡旋面(30,32)并且如在Larson等人的US 7951295中所描述,密封剂可任选地施加在涡旋面(30,32)和渗透物收集管(8)之间的接合点处。可围绕圆柱形外围(39)形成外部外围表面(38)。外部外围表面(38)可包含施加到模块的圆柱形外围(39)的不可渗透层(78),如纤维玻璃涂层。替代地,如McCollam的US 8142588中所描述,可使用胶带层。还参见JP 2005/279556和JP 1037560。在又一实施例中,可选择多孔材料以形成液体可流经的多孔外表面(80)。在一个实施例中,可施加层(例如胶带或热收缩),其中层包括在外部外围表面(38)的所有或部分上的孔。类似地,可使用其它外表面或涂层材料,并且在施加到模块的圆柱形外围(39)之前或之后使其多孔。在优选实施例中,盐水密封件(65)围绕模块(2)的外部外围表面(38)的部分设置,并且外部外围表面(38)仅在盐水密封件(65)下游的位置中是多孔的。
可将用于本申请的膜归类为反渗透或纳米过滤。用于形成包封的RO膜对几乎全部溶解的盐是相对不可渗透的,并且通常阻挡大于约95%的具有单价离子的盐,如氯化钠。RO膜还通常阻挡大于约95%的无机分子以及分子量大于约100道尔顿的有机分子。NF膜比RO膜更可渗透并且通常阻挡小于约95%的具有单价离子的盐,同时阻挡大于约50%(并且常常大于90%)的具有二价离子的盐-这取决于二价离子的种类。NF膜还通常阻挡在纳米范围内的颗粒以及分子量大于约200道尔顿到500道尔顿的有机分子。出于此描述的目的,术语“超滤”涵盖RO和NF两者。
膜片材不受特定限制并且可使用各种材料,例如乙酸纤维素材料、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚磺酰胺、聚偏二氟乙烯等。优选的膜是包含以下的三层复合材料:1)非织造背衬幅材(例如非织造织物,如聚酯纤维织物,可购自阿波制纸公司(Awa Paper Company))的背衬层(背侧面),2)包含具有约25-125μm典型厚度的多孔载体的中间层,和3)包含具有通常小于约1微米(例如0.01微米到1微米,但更通常约0.01到0.1μm)的厚度的薄膜聚酰胺层的顶部区别层(前侧面)。背衬层不受特定限制,但优选地包含包括可经定向的纤维的非织造织物或纤维幅材垫。替代地,可使用如帆布的织造织物。代表性实例描述于US 4214994、US4795559、US 5435957、US 5919026、US 6156680、US 2008/0295951和US 7048855中。多孔载体通常是具有一定孔径的聚合材料,所述孔径具有足以允许渗透物基本上不受限制通过但并未大到足以干扰其上形成的薄膜聚酰胺层的桥接的尺寸。举例来说,载体的孔径优选地在约0.001到0.5μm范围内。多孔载体的非限制性实例包括由以下制成的多孔载体:聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯以及各种卤化聚合物(如聚偏二氟乙烯)。优选地通过在微孔聚合物层的表面上的界面缩聚反应形成区别层。由于其相对薄,所得聚酰胺层通常在其在多孔载体上的涂层覆盖度或装载方面进行描述,例如,每平方米表面积的多孔载体约2到5000mg的聚酰胺,并且更优选地约50到500mg/m2
用于反渗透的原典型膜为通过间苯二胺和均苯三甲酰氯的反应制备的FilmTec公司(FilmTec Corporation)的FT-30TM型膜。这种和其它界面缩聚反应描述于若干来源中(例如US 4277344和US 6878278)。聚酰胺膜层可通过在多孔载体的至少一个表面上使多官能胺单体与多官能酰基卤单体(其中每个术语旨在指代使用单一物质或多种物质两者)界面聚合来制备。如本文所使用,术语“聚酰胺”指代其中酰胺键(-C(O)NH-)沿着分子链存在的聚合物。多官能胺和多官能酰基卤单体最常借助于涂布步骤从溶液施加到多孔载体,其中多官能胺单体通常由水基或极性溶液涂布并且多官能酰基卤由有机基或非极性溶液涂布。
用于构造螺旋卷绕模块的各种部件的其它材料是本领域中众所周知的。用于密封膜包封的合适的密封剂包括氨基甲酸酯、环氧树脂、硅酮、丙烯酸酯、热熔粘合剂和UV可固化粘合剂。虽然较不常用,但也可使用其它密封手段,如施加热、压力、超声波焊接和胶带。渗透物收集管通常由塑性材料制成,如丙烯腈/丁二烯/苯乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚(苯醚)、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等。经编织聚酯材料常用作渗透物间隔件。额外的渗透物间隔件描述于US 8388848中。
在操作中,加压的进料溶液在膜叶(10,10′)的前侧面(34)上通过,并且使其分离成浓缩物和渗透物流。图1中的箭头说明进料和渗透物通过常规模块(2)的一般流动方向(26,28)。进料流体从入口涡旋面(30)进入模块(2)并且从出口涡旋面(32)离开模块(作为浓缩物)。已经穿过膜的渗透物流体以大致上垂直于渗透物收集管(8)(即轴线X)的方向沿着渗透物间隔件片材(12)流动,如由箭头(28)指示。
图2a-b说明模块(2)的替代实施例,其中主要的进料流动处于相对于渗透物收集管(8)的径向方向。在这些视图中,模块(2)被示出为处于未卷绕状态,以更好地说明进料流动方向。虚线箭头(48)说明在进料间隔件片材(6)内的主要从渗透物管朝向膜片材的远侧端部(20)的进料流动路径。出于本发明的目的,如果大部分进料在渗透物管(8)附近进入,在外围表面(38)附近离开,并且垂直于渗透物管(8)的中心轴线(X)的进料速度分量的量值大于大部分活性膜区域(25)的进料速度的50%,则模块具有向外径向流动路径。图2a中的流动路径与从模块的外部外围表面(38)离开所述模块的进料一致。在图2b中,流动路径与从在模块的外部外围表面(38)附近的出口涡旋面(32)离开模块的进料一致。优选的布置包括这些流动路径,以及其中进料从外围表面(38)和出口涡旋面(32)两者离开的布置。
进料间隔件片材(6)优选地包含包括多根交叉长丝的聚合幅材或织网材料的片材,与以商品名VEXARTM可购自Conwed Plastics或如Johnson的US 6881336中所描述的那些类似。在优选实施例中,进料间隔件的厚度小于0.5mm。优选地,在25℃下以15厘米/秒的平均流速测量时,进料间隔件具有垂直于渗透物收集管(8)大于0.5psi/ft,更优选地大于1psi/ft,或甚至大于2psi/ft的中值流动阻力。在一个实施例中,进料间隔件具有在整个模块中的均匀流动阻力。
在一个优选实施例中,进料间隔件片材(6)包括:i)进料进入区段(50),其沿着渗透物收集管(8)从入口涡旋面(30)朝向出口涡旋面(32)延伸,ii)进料离开区段(52),其沿着外部外围表面(38)的附近(即邻近膜包封的远侧边缘(20))从出口涡旋面(32)朝向入口涡旋面(30)延伸,和iii)中心进料区段(54),其位于进料进入区段(50)和进料离开区段(52)之间。进料间隔件片材(6)的进料进入区段(50)和中心进料区段(54)可各自具有独特中值流动阻力;其中术语“流动阻力”指代在25℃下于1厘米/秒的水速度下每单位距离的压降。更具体来说,进料进入区段(50)在平行于渗透物收集管(8)的方向上具有小于25%的在垂直于渗透物收集管(8)的方向上中心进料区段(54)的中值流动阻力的中值流体阻力。在另一优选的实施例中,进料间隔件片材(6)的进料离开区段(52)也具有小于25%的在垂直于渗透物收集管(8)的方向上中心进料区段(54)的中值流动阻力的中值流动阻力。以此方式,进料进入区段(50)和离开区段(52)有效地用作低阻力流动分配器,用于进料流体流动到中心进料区段(54)并且从中心进料区段(54)流动。优选地,当在25℃下以15厘米/秒的平均流速测量时,在中心进料区段(54)中垂直于渗透物收集管(8)的中值流动阻力大于0.5psi/ft(11.2kPa/m),更优选地大于1psi/ft(22.6kPa/m),或甚至大于2psi/ft(45.2kPa/m)。当在25℃下以15厘米/秒的流速测量时,进料进入区段(50)和/或进料离开区段(52)中平行于渗透物收集管(8)的中值流动阻力优选地小于1.0psi/ft(22.6kPa/m),更优选地小于0.5psi/ft(11.2kPa/m),或甚至小于0.25psi/ft(5.7kPa/m)。
进料间隔件片材(6)可呈单一片材形式,其中独特区段(进料进入(50)、进料离开(52)和中心进料(54))具有不同的流动阻力,或者可包含可任选地固定在一起以有助于模块组装的单独区段。举例来说,进料间隔件片材(6)可用具有不同厚度、自由体积、数根长丝、长丝之间的角度和丝束细化的区段制得。进料间隔件相对于流动方向(48)的取向还可用于在指定方向上改变流动阻力。举例来说,相同的间隔件材料可如在进料进入区段(50)和进料离开区段(52)中用于中心进料区段(54)内,但是可通过以改变其在平行于渗透物收集管(8)(即轴线X)的方向上的流动阻力的方式定向单独的长丝(例如以90°)使其“独特”。优选地,中心进料区段(54)含有经定向以在垂直于渗透物管(8)的方向上提供较低流动阻力的织网。优选地,进料进入区段(50)和/或进料离开区段(52)含有经定向以在平行于渗透物收集管(8)的方向上提供较低流动阻力的织网。
在另一实施例中,可通过修改在整个进料间隔件片材(6)中在一个或多个区段中的进料间隔件片材(6)的部件来降低平行于渗透物收集管(8)的进料流动阻力。举例来说,可切出织网在进料进入区段(50)和/或进料离开区段(52)中的区域。优选地,将移除的区段在渗透物收集管(8)的方向上延长并且定向。替代地,流动通道可压印于织网中以使在渗透物管(8)方向上更容易流动。在又一替代实施例中,整个间隔件片材(6)可包括第一间隔件片材类型,并且可添加较低阻力层以在进料间隔件片材(6)的进料进入区段和进料离开区段(50,52)中的一者或两者中重叠第一间隔件片材类型,因此降低在给出区段内的流动阻力。更一般来说,模块(2)可包括位于中心进料区段(52)内的第一间隔件片材类型,并且进料间隔件片材(6)的进料进入区段(50)或进料离开区段(52)可包括第一间隔件片材类型和具有第二间隔件片材类型的重叠的第二间隔件类型两者,所述第二间隔件片材类型优选地具有比第一间隔件片材类型小的在平行于渗透物收集管(8)的方向上的中值流动阻力。更优选地,第二间隔件片材类型是经定向具有比在垂直于渗透物收集管(8)的方向上小的在平行于渗透物收集管(8)的方向上的流动阻力的织网。第二间隔件类型可附着于第一间隔件片材类型以辅助模块卷起。进料间隔件片材(6)的进料进入区段(50)和进料离开区段(52)示出在图2中,如通过虚线(56,58)与中心进料区段(54)分隔开。虽然在图2中未按比例示出,但是进料进入区段(50)和进料离开区段(52)各自优选地占小于20%(并且更优选地小于15%或甚至10%)的进料间隔件片材(6)的总面积,其中中心进料区段(54)占大部分(例如60%、75%、90%等)的总面积。在示出的优选实施例中,进料进入区段和离开区段(50,52)一般为矩形形状,并且分别沿着渗透物收集管(8)和在外部外围表面(38)附近定位。在又一优选实施例中,优选地在活性膜区域(25)和模块的外围表面(38)之间的位置处,进料间隔件片材(6)的进料离开区段(52)的大部分(超过50%的面积)与膜片材(10)的非活性膜区域(25′)平面接触。在又一另外的优选实施例中,进料离开区段(52)仅在远端到其活性膜区域(25)的点处接触膜片材(10)的非活性膜区域(25′)。
在操作中,进料流动到位于入口涡旋面(30)上邻近于渗透物收集管(8)的进料进入区域(60)中,在进料进入区段(50)内沿着渗透物收集管(8)轴向流动,并且然后通过中心进料区段(54)朝向外部外围表面(38)径向流动。图2a示出与通过多孔外部外围表面(38)附近作为废弃物离去的进料一致的流动路径。图2b指示在进料离开区段(52)内进料流动方向的改变,其中进料随后轴向流动,以在位于出口涡旋面(32)上邻近圆柱形外围(39)的进料离开区域(64)处离开模块(2)。因此,根据本发明的优选实施例,进料流在进入模块并且穿过进料进入区段(50)时遇到相对低的流动阻力。此低阻力区位允许进料在径向方向上重新定向,同时防止在渗透物收集管(8)附近的“死”区域,在所述“死”区域中进料速度可以其它方式变慢。此外,进料离开区段(52)允许进料流在其中结垢浓度为最高的模块的外围(39)附近在活性膜(25)上维持高并且均匀的速度。因为模块的外围(39)(在膜包封(4)的远侧端部附近)是渗透背压最大的位置,所以在此位置处通量降低。其结果是,不大可能发生结垢,这使得螺旋卷绕膜模块能够在比常规设计高的回收率下操作。
如图3中所示,过滤器组件进一步包括围绕模块(2)的外部外围表面(38)的部分同心地设置的盐水密封件(65)。盐水密封件(65)包括:i)限定最大外径的经调适以啮合压力容器(90)的内部腔室(89)的径向延伸柔性唇缘(70),ii)覆盖第一涡旋面(30)的部分的端部盖表面(72),和iii)端部盖表面(72)中用于允许流体流动通过涡旋面(30)并且进入模块(2)的进料间隔件片材(6)中的至少一个开口(76)。唇缘(70)和端部盖表面(72)可包含可单独地安装并且其后彼此密封(例如通过施加粘合剂、密封剂、热熔聚合物等)的单独的零件。在优选实施例中,唇缘(70)和端部盖表面(72)包含非多孔的(优选地弹性体)材料的单个一体化单元。可例如通过施加密封剂、粘合剂、热熔聚合物等将端部盖表面(72)密封到第一涡旋面(30)。为了限制经由第一涡旋端部进入模块的进料流,端部盖表面(72)优选地覆盖至少75%的第一涡旋面(30),其中一个或多个开口(76)邻近渗透物收集管(8)定位。此构造有助于如先前参照图2a和图2b描述的进料流。模块(2)的外部外围表面(38)可包括与图2a中说明的流动路径实施例一致的多孔表面(80),例如,多孔胶带层。
如图3中进一步示出的,按照工业中的标准实践,过滤器组件经设计安装在压力容器(90)的内部腔室(89)内。压力容器(90)的选择不受特定限制,但优选包括能够承受在操作期间使用的压力的实心结构。容器结构优选地包括具有稍微大于圆柱形内部腔室(89)中容纳的一个模块或多个模块的外部外围表面(38)的外径的内径的圆柱形内部腔室(89)。在所说明的实施例中,压力容器(90)包括位于腔室(89)的一个端部处的进料入口(92)、优选地位于腔室的相对端部处的浓缩物出口(94),和至少一个渗透物出口(96)。压力容器(90)还可包括一旦装载有一个或多个模块(2)就密封内部腔室(89)的一个或多个端部件(98)。一旦将模块(2)装载在压力容器(90)中,盐水密封件(65)的唇缘(70)就啮合压力容器(90)的内部腔室(89),并且限制进料流在第一涡旋面(30)周围绕过。在优选实施例中,唇缘(70)具有方向性偏置(例如由于在密封件上的压力的方向性差异引起的直径扩大)。具体地说,唇缘(70)当经受在第一涡旋面(30)处比在第二涡旋面(32)处大的流体压力时径向向外挠曲。
在图3的实施例中,将径向延伸柔性唇缘(70)密封到端部盖表面(72)并且定位在第一涡旋面(30)的上游。在图4a-c的实施例中,径向延伸柔性唇缘(70)在两个涡旋面(30,32)之间的位置周围环绕模块(2)。在任一情况下,唇缘(70)形状的改变使得与压力容器(90)的内部腔室(89)的啮合。端部盖表面(72)垂直于邻接一般被称为“邻接的涡旋面(31)”的两个模块涡旋面(30,32)中的一个的中心轴线(X)定位。优选地,端部盖表面(72)覆盖至少75%、80%或甚至90%的邻接的涡旋面(31)。出于这些目的,涡旋面区位对应于在渗透物管(8)和外围表面(38)之间的环形区域的横截面,所述外围表面(38)由膜、进料间隔件、渗透物间隔件和相关联的粘合剂构成。优选地,如通过弹性表面或粘合剂(例如熔融聚合物或反应性粘合剂)将端部盖表面(72)与邻接的涡旋面(31)的部分密封。在另一优选实施例中,可抵靠渗透物管(8)的全部或部分定位端部盖表面(72)。端部盖表面(72)限制通过邻接的涡旋面(31)的大部分的流动。然而,端部盖表面(72)包括至少一个开口(76),以允许进料流体从模块(2)外部流动到模块内的进料间隔件(6)中。可更接近渗透物收集管(8)或模块的外部外围表面(38)定位端部盖表面(72)中的一个或多个开口。在优选实施例中,端部盖表面(72)中的开口(76)位于渗透物收集管(8)附近。在此情况下,进一步优选的是,当施加到邻接端部盖表面(72)的模块的涡旋面(31)的压力大于施加到相对涡旋面的压力时,盐水密封件(65)的唇缘(70)方向性地偏置,并且提供抵靠压力容器(90)的内部腔室(89)的增强的密封。在替代实施例中,将端部盖表面(72)中的多个开口(76)提供在模块的外部外围表面(38)附近,当邻接端部盖表面(72)的涡旋面(31)处于比相对涡旋面的压力低的压力时,盐水密封件(65)的唇缘(70)方向性地偏置以提供增强的密封性。如图4c中所说明,盐水间隔件(65)上的定位装置(37)可将盐水间隔件(65)与渗透物管(8)或模块的外部外围表面(38)对准。
邻接涡旋面(31)的端部盖表面(72)可通过套筒(74)接合到径向延伸柔性唇缘(70),所述套筒(74)围绕模块(2)的外部外围表面(38)同心地设置并且沿着轴线(X)延伸。套筒(74)优选地在端部盖表面和唇缘(70)之间提供流体密封。套筒(74)优选地由非多孔的材料制成,并且可为密封到唇缘(70)和端部盖表面(72)或与其一体化的独特部件,即单个一体化单元,优选地为包括弹性体材料的非多孔的材料。优选地,套筒(74)延伸超出邻接的涡旋面(31)至少1cm,优选地至少2cm。这允许在标准压力容器内使用更长的模块,同时径向延伸柔性唇缘(70)能够抵靠压力容器的内部区域啮合。
优选地将盐水密封件(65)附着到模块(2)的部分,使得维持在端部盖表面(72)和邻接的涡旋面(31)之间的流体密封。举例来说,可将套筒(74)附着到模块(2)的外部外围表面(38)。可将端部盖表面(72)附着到涡旋面(31)。还可如通过粘合剂或旋转焊接将端部盖表面(72)附着到渗透物管(8)。应认识到,在邻近邻接的涡旋面(31)的进料间隔件(在模块内)内,进料流的流体路径仍然可存在。然而,在端部盖表面(72)和邻接的涡旋面(31)之间维持密封防止进料流动旁路,使得至少95%的进料溶液穿过模块(2)内的进料间隔件(6)。
盐水密封件(65)将进入或离开涡旋面(30,32)的流动限制于具体区域。邻接入口涡旋面(30)的端部盖表面(72)将进料流动限制于位于渗透物收集管(8)附近并且与模块的外部外围表面(38)间隔开的区位。类似地,邻接出口涡旋面(32)的端部盖表面(72)可将离开模块(2)的进料流动限制于在外部外围表面(38)附近、邻近模块的外部外围(39)的出口涡旋面(32)的区位。在与盐水密封件(65)相对的端部上,用于限制进入和离开模块的流动的装置不受特定限制,但是如先前参照图2a和图2b描述的,可包括在涡旋面(30,32)上使用密封剂(62)或封盖构件(33,35)以促进径向流动。举例来说,图5a和图5b说明用于出口涡旋面(32)以防止离开模块的轴向进料流动的短路径的适合盖构件。图5c说明用于适合于将初始进料流引导到渗透物管附近区域的入口涡旋面的盖构件。
本发明的盐水密封件(65)可与具有图2a和图2b中说明的两组进料流动路径的模块和其组合一起使用。与图2b的流动路径一致,图4b中示出的实施例包括在出口涡旋面(32)上的盐水密封件(65),其中若干开口(76)在其外部外围表面(38)附近。与图2a中示出的流动路径一致,图4a的实施例包括在入口涡旋面(30)上的盐水密封件(65)、在其端部盖表面(72)的中心附近的开口(76),和在其外部外围表面(38)上具有多孔表面(80)的模块(2),进料流可从所述外部外围表面(38)离开作为浓缩物。在图3的实施例中,盐水密封件(65)可允许进料从模块(2)的外部外围表面(38)的绝大部分离开模块(2)。在此实施例中,外部外围表面(38)是多孔的,并且进料可从盐水密封件(65)下游的区域离开模块的外部外围表面(38)。在图4a中,在端部盖表面(72)和唇缘(70)之间提供流体密封的套筒(74)使进料还可以从盐水密封件(65)下方的空间离开多孔表面(80)。图4b说明非多孔的表面(78),使得进料流体将通过端部盖表面(72)中的开口(76)作为废弃物离开。在图4c的过滤器组件中,进料流体仅可从在盐水间隔件(65)下游的外部外围表面(38)的多孔部分离开模块(2)。
图3和图4a-c示出的模块和盐水密封件还说明若干其它任选的特征。在任一端部,模块可具有延伸超出涡旋面(30,32)的渗透物管(8),或渗透物管(8)可与涡旋面齐平。为了与容器(90)的渗透物出口(96)啮合,渗透物管(8)可包括在一个或两个端部上或不在任一端部上的密封膜(67),如O形环。优选地,O形环附接到最接近出口涡旋面(32)的渗透物管(8),并且与最接近盐水密封件(65)的涡旋面相对。虽然未示出,但是渗透物收集管(8)可进一步包括最接近入口涡旋面(30)的密封的端部,使得渗透物不可穿过其中。盐水密封件(67)上的定位装置(37)或封盖构件(33,35)可将盖构件与渗透物管(8)或模块的外围表面(38)对准。
本发明特别适合于为住宅使用设计的系统,例如具有小于2m2并且更优选地小于1m2的膜面积的那些。这类模块的活性膜(25)在轴线X的方向上优选的宽度小于0.5m。活性膜(25)在垂直于轴线X的方向上优选的长度大于1m。在优选实施例中,活性膜的中值长度与中值宽度的比率超过2,并且更优选地超过3,或甚至超过4。结合高阻力的进料间隔件片材(6)和促进径向流动的几何结构(包括盐水密封件(65)),在相对的涡旋面(30,32)之间的压降可极大地超过用于常规操作的压降,特别是在积垢或结垢之后。在此情况下,将径向延伸柔性唇缘(70)密封到邻接涡旋面(30)的端部盖表面(72)的套筒(74)可进一步抑制模块(2)和盐水密封件(65)之间的旁路。

Claims (6)

1.一种经调适用于插入到压力容器的内部腔室中的过滤器组件,其中所述组件包含:螺旋卷绕膜模块(2)和盐水密封件(65),所述螺旋卷绕膜模块(2)包含至少一个膜包封(4)和进料间隔件片材(6),所述至少一个膜包封(4)和进料间隔件片材(6)围绕沿着轴线(X)延伸的渗透物收集管(8)同心地卷绕形成入口涡旋面(30)和出口涡旋面(32)以及圆柱形外部外围表面(38),所述盐水密封件(65)围绕所述外部外围表面(38)的部分同心地设置;特征在于所述盐水密封件(65)包含:
i)限定最大外径的经调适以啮合所述压力容器的所述内部腔室的径向延伸柔性唇缘(70),
ii)密封到至少75%的所述入口涡旋面(30)的端部盖表面(72),和
iii)邻近所述渗透物收集管(8)的所述端部盖表面(72)中用于允许流体流动通过所述入口涡旋面(30)并且进入所述模块(2)的所述进料间隔件片材(6)中的至少一个开口(76);
其中所述端部盖表面(72)将进料流动限制于位于所述渗透物收集管(8)附近并且与所述外部外围表面(38)间隔开的区位。
2.根据权利要求1所述的过滤器组件,其中在所述盐水密封件(65)的所述唇缘(70)和端部盖表面(72)中包含非多孔的材料的一体化单元。
3.根据权利要求1所述的过滤器组件,其中所述盐水密封件(65)进一步包含套筒(74),所述套筒(74)围绕所述外部外围表面(38)的部分同心地定位,并且从所述唇缘(70)到所述端部盖表面(72)轴向延伸至少1cm。
4.根据权利要求3所述的过滤器组件,并且其中所述套筒(74)、唇缘(70)和端部盖表面(72)包含非多孔的材料的一体化单元。
5.根据权利要求1所述的过滤器组件,其中所述唇缘(70)当经受在所述入口涡旋面(30)处比在所述出口涡旋面(32)处大的流体压力时径向向外挠曲。
6.根据权利要求1所述的过滤器组件,其中所述模块(2)的所述外部外围表面(38)包含多孔表面(80)。
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