CN110496539A - 一种变直径喷丝头、中空纤维膜丝束及膜组件的加工装置 - Google Patents

一种变直径喷丝头、中空纤维膜丝束及膜组件的加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变直径喷丝头、中空纤维膜丝束及膜组件的加工装置。所述变直径喷丝头包括依次套设的中心圆管、中间圆管和外部腔体，以及驱动所述中间圆管竖直上下运动的第一驱动机构，所述中心圆管、中间圆管和外部腔体的底部齐平。本发明提供的变直径喷丝头通过调控中间圆管的位置得到的膜丝包括两端较大直径的膜丝头和直径较小的膜丝中间段，在后续捆扎及组装成膜组件的过程中，通过控制膜丝头和膜丝中间段的直径比，可调控膜丝中间段的孔隙率，实现膜组件的任意填充密度规则排布。

Description

一种变直径喷丝头、中空纤维膜丝束及膜组件的加工装置
技术领域
本发明属于中空纤维膜组件的技术领域，具体涉及一种变直径喷丝头、中空纤维膜丝束及膜组件的加工装置。
背景技术
膜式分离技术被广泛应用于海水淡化、水处理、生物医疗以及更多其他现代工业技术领域。膜组件是各种膜分离工业的关键部件，其加工工艺和相关设备具有重要的经济价值。但目前，采用中空纤维膜的组件，其加工工艺主要存在不能机械化、填充密度低和组件性能一致性差等缺陷。随着膜分离技术应用越来越广，对膜组件加工的自动化和组件填充密度提出更高的要求。
中国发明专利104874292A公开了一种抗污染、易清洗的中空纤维膜组件及制备方法，主要使用手工方法进行加工，没有实现过程的自动化。中国发明专利CNP201710459WZH公开了一种生产中空纤维膜组件的方法及其装置，通过膜丝支架实现了中空纤维膜的规则排列，但膜组件的填充率较小。
因此，研发出一种自动化、可生产任意填充密度规则排列中空纤维膜组件的工艺和装置，对于膜分离技术的应用至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中中空纤维膜组件加工不能机械化、填充密度低和组件性能一致性差等缺陷，提供一种变直径喷丝头。本发明提供的变直径喷丝头通过调控中间圆管的位置得到的膜丝包括两端较大直径的膜丝头和直径较小的膜丝中间段，在后续捆扎及组装成膜组件的过程中，通过控制膜丝头和膜丝中间段的直径比，可调控膜丝中间段的孔隙率，实现膜组件的任意填充密度规则排布。
本发明的另一目的在于提供一种中空纤维膜丝束的加工装置。
本发明的另一目的在于提供一种中空纤维膜组件的加工装置。
为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种变直径喷丝头，包括依次套设的中心圆管、中间圆管和外部腔体，以及驱动所述中间圆管竖直上下运动的第一驱动机构，所述中心圆管、中间圆管和外部腔体的底部齐平。
本发明提供的变直径喷丝头可得到变直径的膜丝，主要通过如下原理及过程实现：当中心圆管、中间圆管和外部腔体齐平时，向中心圆管灌入易挥发性溶液，向中间圆管灌入纺丝原液，可纺丝得到小直径的纤维膜丝，待易挥发性溶液挥发后即得到小直径的中空纤维膜丝；利用第一驱动机构驱动中间圆管竖直向上运动，此时中间圆管内的纺丝原液将沿中间圆管底部流入外部腔体与中间圆管间的空腔内，从而得到大直径的中空纤维膜丝。
将本发明得到的变直径的中空纤维膜丝裁剪为两端为大直径的膜丝头，中间为小直径的膜丝中间段的膜丝段后，该膜丝段在后续捆扎为中空纤维膜丝束及组装成中空纤维膜组件的过程中，通过控制膜丝头和中间段的直径比，可调控中间段的孔隙率，实现中空纤维膜组件的任意填充密度规则排布。
中空纤维膜丝的长度、内径和外径可通过喷丝时间、中心圆管、中间圆管和外部腔体的内外径来调控。
优选地，所述中间圆管的顶部密封，且上部设置有用于进料的进料口。
现有技术中常规的驱动机构均可用于本发明中实现中的间圆管的竖直上下运动。例如带传动、链轮传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动、丝杠传动、曲柄机构、凸轮机构等常规的驱动直线运动的机构。
在本发明，采用如下结构来实现。
优选地，所述中间圆管凸出于所述中心圆管和外部腔体，所述第一驱动机构包括设置于所述中间圆管凸出部位上的齿条、与所述齿条相啮合的齿轮和驱动所述齿轮运动的第一电机。
第一电机驱动齿轮运动，通过齿轮齿条传动，实现中心圆管的竖直上下运动。
一种中空纤维膜丝束的加工装置，包括上述变直径喷丝头、用于对中心圆管进料的第一进料机构、用于对中间圆管进料的第二进料机构、用于收集所述变直径喷丝头纺丝得到的膜丝的收集结构、用于将收集结构上的膜丝剪切成膜丝段的裁剪机构和将所述膜丝段捆扎的自动捆扎机。
该中空纤维膜丝束的加工装置首先得到变直径的中空纤维膜丝，然后收集、裁剪、捆扎得到中空纤维膜丝束。具体原理及过程如下：利用第一进料机构向中心圆管灌入易挥发性溶液，利用第二进料机构向中间圆管灌入纺丝原液，通过控制中间圆管的竖直上下运动得到变直径的膜丝；然后利用收集结构将膜丝收集，利用裁剪机构对膜丝进行剪裁，得到膜丝段，该膜丝段包括两端为大直径的膜丝头，中部为小直径的膜丝中间段，然后利用自动捆扎机对膜丝段进行捆扎得到膜丝束。通过控制膜丝头和中间段的直径比，可调控中间段的孔隙率，实现中空纤维膜组件的任意填充密度规则排布。
优选地，所述第一进料机构包括与所述中心圆管相连通的内凝固浴器。
更为优选地，所述第一进料机构还包括依次设置于所述内凝固浴器和中心圆管连通处的流量计、第一泵和第一阀门。
该第一进料机构可实现对变直径喷丝头的中心圆管连续进料，并调控流量大小及速度。
优选地，所述第二进料机构包括与所述中间圆管相连通的纺丝原液灌。
更为优选地，所述第二进料机构还包括依次设置于所述纺丝原液灌和中间圆管连通处的第二泵和第二阀门。
该第二进料机构可实现对变直径喷丝头的中间圆管连续进料。
优选地，所述收集结构包括外凝浴器、设置于所述外凝浴器内的第一膜丝导轮、膜丝卷轮，驱动所述膜丝卷轮转动的第二驱动机构。
该收集装置可实现自动将膜丝缠绕在膜丝卷轮上。外凝浴器内放置溶液，第一膜丝导轮置于溶液内，可促进膜丝的进一步凝固。将变直径喷丝头纺得的膜丝绕过第一膜丝导轮，缠绕在膜丝卷轮上，利用第二驱动机构带动膜丝卷轮旋转，从而实现膜丝连续不断的缠绕收集。
现有技术中常规的驱动机构均可用于本发明中实现膜丝卷轮旋转。
优选地，所述第二驱动机构为电机。
优选地，所述裁剪机构包括设置在平台上的槽道、设置在所述槽道上的第二膜丝导轮和用于剪断膜丝的第一剪切机构。
该裁剪机构可实现膜丝自动化的裁剪为膜丝段。将膜丝绕过第二膜丝导轮并置于槽道内，通过旋转膜丝卷轮，进而带动膜丝沿槽道运动并延伸出平台，然后利用第一剪切机构进行剪切，得到膜丝段。
本领域常规的可剪切膜丝的剪切机构均可用于本发明中。
优选地，第一剪切机构为膜丝剪。
优选地，所述自动捆扎机包括用于放置膜丝段的膜丝套筒、用于将捆扎带套在膜丝两端并扎紧的机械手，所述膜丝套筒悬设于支撑架上。
该自动捆扎机可实现膜丝段的自动捆扎，得到中空纤维膜丝束：首先将膜丝段放置于膜丝套筒中并使得膜丝段的膜丝伸出于套筒，然后利用机械手将捆扎带套在膜丝头上并扎紧，得到中空纤维膜丝束。
本发明还请求保护一种中空纤维膜组件的加工装置，包括中空纤维膜丝束的加工装置、容纳膜丝束的膜组件、点胶机构和用于剪断膜丝束的第二剪切机构。
将中空纤维膜丝束放置于膜组件内，利用点胶机进行点胶，然后利用第二剪切结构将捆扎带两端的膜丝头剪断，即得到中空纤维膜组件。
优选地，所述膜组件包括上部和下部均开口的膜组件外壳、可拆卸设置于所述膜组件外壳两端的密封板、套设于所诉膜组件外壳上端面和下端面的组件封头。
本发明提供的膜组件和各部件配合得到中空纤维膜组件。将中空纤维膜丝束置于膜组件外壳内，点胶，然后将密封板密封，套上组件封头即得到中空纤维膜组件。
优选地，所述中空纤维膜组件的加工装置还包括用于对所述膜组件离心的离心机构。
离心机构可加快胶水的凝固。密封板的设置可防止胶水在离心的过程中被甩出。
优选地，所述点胶机构为点胶机；所述第二剪切机构为膜丝剪。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的变直径喷丝头通过调控中间圆管的位置得到的膜丝包括两端较大直径的膜丝头和直径较小的膜丝中间段，在后续捆扎及组装成中空纤维膜丝束及中空纤维膜组件的过程中，通过控制膜丝头和膜丝中间段的直径比，可调控膜丝中间段的孔隙率，实现中空纤维膜组件的任意填充密度规则排布。
附图说明
图1为实施例1提供的变直径喷丝头的结构示意图；
图2为实施例1提供的变直径喷丝头纺得的膜丝的结构示意图；
图3为实施例2提供的中空纤维膜丝束的加工装置的结构示意图；
图4为实施例2中裁剪机构和自动捆扎机的结构示意图；
图5为实施例2中捆扎后的膜丝束的结构示意图；
图6为实施例3中膜组件的结构示意图。。
其中，1为变直径喷丝头，11为中心圆管，12为中间圆管，121为进料口，13为外部腔体，14为第一驱动机构，141为齿条，142为齿轮，143为第一电机；
2为第一进料机构，21为内凝固浴器，22为流量计，23为第一泵，24为第一阀门；
3为第二进料机构，31为纺丝原液灌，32为第二泵，33为第二阀门；
4为收集结构，41为外凝浴器，42为第一膜丝导轮，43为膜丝卷轮，44为第二驱动机构；
5为裁剪机构，51为平台，52为槽道，53为第二膜丝导轮，54为第一剪切机构；
6为自动捆扎机，61为膜丝套筒，62为捆扎带，63为机械手，64为支撑架；
7为膜组件，71为膜组件外壳，72为密封板，73为组件封头；
8为点胶机构，9为第二剪切机构；
a为膜丝，a1为膜丝头，a2为膜丝中间段；b为膜丝束。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，当原件被称为“设置于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的元件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或可能同时存在居中元件。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种变直径喷丝头，包括依次套设的中心圆管11、中间圆管12和外部腔体13，以及驱动中间圆管12竖直上下运动的第一驱动机构14，中心圆管11、中间圆管12和外部腔体13的底部齐平。
在本实施例中，中间圆管12的顶部密封，且上部设置有用于进料的进料口121。
在本实施例中，中间圆管12凸出于中心圆管11和外部腔体13，第一驱动机构14包括设置于中间圆管12凸出部位上的齿条141、与齿条141相啮合的齿轮142和驱动齿轮142运动的第一电机143，第一电机143驱动齿轮142运动，通过齿轮齿条传动，实现中心圆管12的竖直上下运动。
本实施例提供的变直径喷丝头可得到变直径的膜丝，主要通过如下原理及过程实现：当中心圆管、中间圆管和外部腔体齐平时，向中心圆管灌入易挥发性溶液，向中间圆管灌入纺丝原液，得到小直径的纤维膜丝，待易挥发性溶液挥发后即得到小直径的中空纤维膜丝；利用第一驱动机构驱动中间圆管竖直向上运动(如运动至上端面与中心圆管齐平)，此时中间圆管内的纺丝原液将沿中间圆管底部流入外部腔体与中间圆管间的空腔内，从而得到大直径的中空纤维膜丝。通过调控中间圆管竖直运动的频率及保持的时间，可得到大直径和小直径依次交替的膜丝，如图2。
中空纤维膜丝的长度、内径和外径可通过喷丝时间、中心圆管、中间圆管和外部腔体的内外径来调控。
将变直径的中空纤维膜丝进行裁剪，可得到两端为大直径的膜丝头，中间为小直径的膜丝中间段的膜丝段，该膜丝段在后续捆扎及组装成膜组件的过程中，通过控制膜丝头和中间段的直径比，可调控中间段的孔隙率，实现膜组件的任意填充密度规则排布。
实施例2
本实施例在实施1基础上，参照图3、4和5，还提供了一种中空纤维膜丝束的加工装置，包括实施例1中的变直径喷丝头1、用于对中心圆管11进料的第一进料机构2、用于对中间圆管12进料的第二进料机构3、用于收集变直径喷丝头1纺丝得到的膜丝的收集结构4、用于将收集结构4上的膜丝剪切成膜丝段的裁剪机构5和将膜丝段捆扎的自动捆扎机6。
在本实施例中，第一进料机构2包括与中心圆管11上部相连通的内凝固浴器21；第一进料机构2还包括依次设置于内凝固浴20和中心圆管12连通处的流量计22、第一泵23和第一阀门24，该第一进料机构可实现对变直径喷丝头1的中心圆管11连续进料，并调控流量大小及速度。
在本实施例中，第二进料机构3包括与中间圆管12上部相连通的纺丝原液灌31；第二进料机构3还包括依次设置于纺丝原液灌31和中间圆管12连通处的第二泵32和第二阀门33，该第二进料机构可实现对变直径喷丝头的中间圆管12连续进料。
在本实施例中，收集结构4包括外凝浴器41、设置于外凝浴器41内的第一膜丝导轮42、膜丝卷轮43，驱动膜丝卷轮43转动的第二驱动机构44。
具体地，该收集装置可实现自动将膜丝缠绕在膜丝卷轮上。外凝浴器内放置溶液，第一膜丝导轮置于溶液内，可促进膜丝的进一步凝固。将变直径喷丝头纺得的膜丝绕过第一膜丝导轮，缠绕在膜丝卷轮上，利用第二驱动机构带动膜丝卷轮旋转，从而实现膜丝连续不断的缠绕收集，在其中一个示例中，第二驱动机构可以为电机。
在本实施例中，裁剪机构5包括设置在平台51上的槽道52、设置在槽道52上的第二膜丝导轮53和用于剪断膜丝的第一剪切机构54。
具体地，该裁剪机构可实现膜丝自动化的裁剪为膜丝段。将膜丝绕过第二膜丝导轮并置于槽道内，通过旋转膜丝卷轮，进而带动膜丝沿槽道运动并延伸出平台，然后利用第一剪切机构进行剪切，得到膜丝段。
在其中一个示例中，第一剪切机构54为膜丝剪，当然本领域常规的可剪切膜丝的剪切机构均可用于本发明中。
在本实施例中，自动捆扎机6包括用于放置膜丝段的膜丝套筒61、用于将捆扎带62套在膜丝段两端并扎紧的机械手63，膜丝套筒61悬设于支撑架64上。
具体地，该自动捆扎机可实现膜丝段的自动捆扎，得到膜丝束：首先将膜丝段放置于膜丝套筒中并使得膜丝段的膜丝伸出于套筒，然后利用机械手将捆扎带套在膜丝头上并扎紧，得到膜丝束。
本实施例提供的中空纤维膜丝束的加工装置首先利用变直径喷丝头得到中空纤维膜丝，然后裁剪、捆扎得到中空纤维膜丝束。具体原理及过程如下：利用第一进料机构向中心圆管灌入易挥发性溶液，利用第二进料机构向中间圆管灌入纺丝原液，通过控制中间圆管的竖直上下运动得到变直径的膜丝；然后利用收集结构将膜丝收集，利用裁剪机构对膜丝进行剪裁，得到膜丝段，该膜丝段包括两端为大直径的膜丝头，中部为小直径的膜丝中间段，然后利用自动捆扎机对膜丝段进行捆扎得到膜丝束。
实施例3
参照图6，本实施例还提供一种中空纤维膜组件的加工装置，包括实施例2中的中空纤维膜丝束的加工装置、容纳膜丝束的膜组件7、点胶机构8和用于剪断膜丝束的第二剪切机构9。
具体地，将中空纤维膜丝束放置于膜组件内，利用点胶机进行点胶，然后利用第二剪切结构将捆扎带两端的膜丝头剪断，即得到中空纤维膜组件。
在本实施例中，膜组件7包括上部和下部均开口的膜组件外壳71、可拆卸设置于膜组件外壳71两端的密封板72、套设于所诉膜组件外壳71上端面和下端面的组件封头73。
具体地，本发明提供的膜组件和各部件配合得到中空纤维膜组件。将中空纤维膜丝束置于膜组件外壳内，点胶，然后将密封板密封，套上组件封头即得到中空纤维膜组件。
在本实施例中，中空纤维膜组件的加工装置还包括用于对膜组件离心的离心机构，离心机构可加快胶水的凝固。密封板的设置可防止胶水在离心的过程中被甩出。
在具体的一个示例中，点胶机构8为点胶机；第二剪切机构9为膜丝剪。
综上所述，本发明提供的变直径喷丝头通过调控中间圆管的位置得到的膜丝包括两端较大直径的膜丝头和直径较小的膜丝中间段，在后续捆扎成中空纤维膜丝束及组装成膜组件的过程中，通过控制膜丝头和膜丝中间段的直径比，可调控膜丝中间段的孔隙率，实现中空纤维膜组件的任意填充密度规则排布。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种变直径喷丝头，其特征在于，包括依次套设的中心圆管(11)、中间圆管(12)和外部腔体(13)，以及驱动所述中间圆管(12)竖直上下运动的第一驱动机构(14)，所述中心圆管(11)、中间圆管(12)和外部腔体(13)的底部齐平。
2.根据权利要求1所述变直径喷丝头,其特征在于，所述中间圆管(12)凸出于所述中心圆管(11)和外部腔体(12)，所述第一驱动机构(14)包括设置于所述中间圆管(12)凸出部位上的齿条(141)、与所述齿条(141)相啮合的齿轮(142)和驱动所述齿轮(142)运动的第一电机(143)。
3.一种中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，包括权利要求1～2任一所述变直径喷丝头(1)、用于对中心圆管(11)进料的第一进料机构(2)、用于对中间圆管(12)进料的第二进料机构(3)、用于收集所述变直径喷丝头(1)纺丝得到的膜丝的收集结构(4)、用于将收集结构(4)上的膜丝剪切成膜丝段的裁剪机构(5)和将所述膜丝段捆扎的自动捆扎机(6)。
4.根据权利要求3所述中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，所述第一进料机构(2)包括与所述中心圆管(11)相连通的内凝固浴器(21)；所述第一进料机构(2)还包括依次设置于所述内凝固浴器(21)和中心圆管(12)连通处的流量计(22)、第一泵(23)和第一阀门(24)。
5.根据权利要求3所述中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，所述第二进料机构(3)包括与所述中间圆管(12)相连通的纺丝原液灌(31)；所述第二进料机构(3)还包括依次设置于所述纺丝原液灌(31)和中间圆管(12)连通处的第二泵(32)和第二阀门(33)。
6.根据权利要求3所述中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，所述收集结构(4)包括外凝浴器(41)、设置于所述外凝浴器(41)内的第一膜丝导轮(42)、膜丝卷轮(43)和驱动所述膜丝卷轮(43)转动的第二驱动机构(44)。
7.根据权利要求3所述中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，所述裁剪机构(5)包括设置在平台(51)上的槽道(52)、设置在所述槽道(52)上的第二膜丝导轮(53)和用于剪断膜丝的第一剪切机构(54)。
8.根据权利要求3所述中空纤维膜丝束的加工装置，其特征在于，所述自动捆扎机(6)包括用于放置膜丝段的膜丝套筒(61)和用于将捆扎带(62)套在膜丝段两端并扎紧的机械手(63)，所述膜丝套筒(61)悬设于支撑架(64)上。
9.一种中空纤维膜组件的加工装置，其特征在于，包括权利要求3～8任一所述中空纤维膜丝束的加工装置、容纳膜丝束的膜组件(7)、点胶机构(8)和用于剪断膜丝束的第二剪切机构(9)。
10.根据权利要求9所述中空纤维膜组件的加工装置，其特征在于，所述膜组件(7)包括上部和下部均开口的膜组件外壳(71)、可拆卸设置于所述膜组件外壳(71)两端的密封板(72)、套设于所诉膜组件外壳(71)上端面和下端面的组件封头(73)。
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