CN1613547A - 用于膜元件的密封环支架及膜元件 - Google Patents

用于膜元件的密封环支架及膜元件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于膜元件的密封环支架及膜元件。能够实现封装的每个元件的膜面积的增加。用于膜元件的密封环支架设置在螺旋缠绕的膜元件的端部以在其外周边上支承密封环，同时允许原液流入膜元件的膜端部中，该密封环支架包括：第一环部件，其具有面对膜元件的上游侧膜端部的侧壁，并插入到膜元件的外壳元件的端部中；突出的环部件，其形成在第一环部件的上游并且分别在两侧具有侧壁，外壳元件的边缘表面和密封环的下游侧边缘表面分别固定到侧壁上；第二环部件，其形成在突出的环部件的上游，该第二环部件的外周边装配有密封环；和第三环部件，其形成在第二环部件的上游，该密封环的上游侧端面可固定到该第三环部件上。

Description

用于膜元件的密封环支架及膜元件
技术领域
本发明涉及一种密封环支架，其支承密封环以封闭螺旋缠绕的膜元件和容器之间的间隙，以及涉及一种使用该密封环支架的膜元件。特别是，本发明涉及一种密封环支架，与以前相比，采用该密封环支架的膜元件具有更多量的封装在其中的膜部件(即，膜片)，还涉及一种膜元件。
背景技术
迄今为止，螺旋缠绕的隔膜模块已得到广泛应用，例如盐水或海水的脱盐、超纯净水的生产和污水处理等。如图6所示，螺旋缠绕的隔膜模块具有如下结构，该结构包括：压力容器1和螺旋缠绕的隔膜元件E，该螺旋缠绕的隔膜元件E安放在该压力容器1中，其中容器1和元件E之间的间隙用密封环4封闭，从而使得所提供的原液(raw liquid)7有效地流入元件E中。已经流入元件E中的原液用隔膜分隔，同时沿着元件E的进入侧通道材料向下游流动。穿过隔膜的渗入的流体沿着渗透侧通道材料流动并由集水管收集。元件E的膜部件由包括绕制膜片的绕制结构2构成，每个膜片包括进入侧通道材料、隔膜和叠加其上的渗透侧通道材料。
图9是该模块的端部状态图，其中元件E装配在容器1中，而且提供了原液7。该端部的结构使得密封环4阻止原液7通向元件E外部，而是使之完全流进该元件中。元件E具有密封环支架10，使得密封环4可以支承在元件E上。
密封环4由连接在元件E端部的密封环支架10支承。密封环4由例如橡胶制成并具有U型或V型截面。在受到水流压力时，密封环4向外膨胀，并且在这种状态下，使密封环和容器1之间的间隙得以密封。
密封环支架10具有大致圆柱形部件(套筒)19，用于在其中装配组成膜部件的绕制结构2的端部。即，密封环支架10具有这样的结构：元件E的外壳元件5可以装配并粘接在该圆柱形部件19的外周。然而，绕制结构2插入圆柱形部件19中的这种结构具有限制了绕制结构2的直径的缺点，从而限制了膜面积的增大。此外，绕制结构2的轴向尺寸也受密封环支架10的厚度限制。虽然密封环支架10具有较小厚度是理想的，但由于密封环支架10因该具有形成在其中用于支承密封环4的沟槽，所以密封环支架10需要至少具有一定的厚度，而且具有密封环支架所需的强度。
另一方面，用隔膜进行处理要求降低处理系统的成本。其一个目的是增加封装的每个元件的膜面积。为了达到该目的，需要增加已被封装的膜片体积。因此需要通过所用的隔膜来减少这种限制。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于膜元件的密封环支架，其能够使封装的每个膜元件的膜面积增加。
本发明的另一个目的是提供一种使用该密封环支架的膜元件。
这些目的可以由本发明如下实现。
本发明提供一种用于膜元件的密封环支架，该密封环支架设置在螺旋缠绕的膜元件的端部，以在其外周边上支承密封环，同时允许原液流入膜元件的膜端部，该密封环支架包括：
第一环部件，其具有面对膜元件的上游侧膜端部的侧壁，并插入到膜元件的外壳元件的端部中；
突出的环部件，其形成在第一环部件的上游，并在两侧分别具有侧壁，外壳元件的边缘表面和密封环的下游侧边缘表面可分别固定到侧壁上；
第二环部件，其形成在突出的环部件的上游，而且该第二环部件的外周边装配有密封环；和
第三环部件，其形成在第二环部件的上游，而且该密封环的上游侧端面可固定到该第三环部件上。
在本发明的密封环支架中，第一环部件具有面对膜元件上游侧的膜端部的侧壁，并且不具有膜端部插入环部件中的结构。因此，膜部件(绕制结构)可以具有较大的直径。此外，第一环部件可以插入外壳元件中并固定于其上，并且一密封环可以装配且支承在第二环部件的外周边上。因此，保持用部件，即，突出的环部件和第三环部件的宽度(厚度)可以减小且膜部件的轴向长度可以相应增加。结果，封装的每个元件的膜面积增加。
在上述结构中，第三环部件的外径最好小于突出的环部件的外径。当密封环支架具有这种结构时，第三环部件和容器之间的间隙增加。因此，当使用具有U形或V形截面的密封环时，其更易于接受原液的流速或压力，并且处于向外扩展的状态，实现其较高可靠性的密封功能。
此外，突出的环部件的宽度最好小于第二环部件的宽度以及第三环部件的宽度小于第二环部件的宽度，每个宽度都是在平行于膜元件的轴线方向上测量的宽度。当密封环支架具有该结构时，除了密封环支承沟槽之外的那些部位的宽度都可以降低，同时确保密封环支承沟槽，由此膜部件的轴线方向长度可以增加，而封装的膜的面积可以增加。
优选的是，外周表面高度局部降低的多个周边沟槽部或者环部件局部断开的切割部设置在第三环部件处。该结构使得第三环部件和容器之间的间隙局部扩展。结果，当使用U或V形横截面的密封环时，能容易地接受原液的流速或压力，并且处于向外扩展的状态，实现其较高可靠性的密封功能。
此外，优选的是，从内圆周延伸到外圆周的多个边缘沟槽部设置在第三环部件的边缘。在连接多个膜元件的情况下，在传统的结构中边缘紧密地互相接触。结果，当例如清洗时，当排放膜元件内的流体时存在排放流体困难的问题。然而，通过设置多个边缘沟槽部(甚至当环部件具有断开的切割部时这是同样的)能够平稳地排放内部流体。在有快速的压力改变的情况下，在膜元件的外壳元件的内部和外部产生高的压差，并且这可以引起膜元件破损的危险。然而，因为流体通过设置的边缘沟槽部以平稳地流到元件的外部，所以不可能有危险。
本发明还提供了一种膜元件，其包括螺旋缠绕的膜元件和用于膜元件的密封环支架，该密封环支架设置在该元件的上游侧膜端部的上游，其中第一环部件插入到该元件的外壳元件的端部中。
因为本发明的膜元件使用本发明的密封环支架，因此可以如上所述获得封装在其中的膜的面积的增加。
附图说明
图1是示出本发明中用于膜元件的处于连接状态的密封环支架的一个示例的半个截面图。
图2示出了本发明中用于膜元件的密封环支架的一个示例的视图：图2A是左侧视图；图2B是沿箭头I-I方向截取的密封环支架的截面图；图2C是右侧视图。
图3示出本发明中用于膜元件的密封环支架另一示例的半个截面图。
图4A和图4B是本发明中用于膜元件的密封环支架的其他实施例的重要部件的视图。
图5A、5B、5C、5D和5E是本发明中用于膜元件的密封环支架的其他示例的重要部件的视图。
图6示出了本发明中用于膜元件的密封环支架的另一示例的视图：图6A是左侧视图；图6B是沿箭头I-I方向截取的密封环支架的截面图；图6C是沿箭头II-II方向截取的密封环支架的截面图。
图7示出了本发明中用于膜元件的密封环支架的另一示例的视图：图7A对应于图6中沿箭头I-I方向截取的密封环支架的截面图；而图7B对应于图6中沿箭头II-II方向截取的密封环支架的截面图。
图8是用于膜元件的传统密封环支架的一个示例的半个截面图。
图9是示出用于膜元件的处于连接状态的传统密封环支架的部件的截面图。
附图中：
2膜元件的膜部件(绕制结构)
4密封环
5外壳元件
10密封环支架
11第一环部件
11a第一环部件的侧壁
12突出的环部件
13第二环部件
14第三环部件
14c第三环部件上的周边沟槽部(peripheral groove part)
14d第三环部件上的切割部
14e第三环部件上的边缘沟槽部(edge groove part)
E膜元件
具体实施方式
本发明的实施例将在下面参考附图进行说明。图1是示出本发明中用于膜元件的处于连接状态的密封环支架的一个示例的半个截面图。图2示出了本发明中用于膜元件的密封环支架的一个示例的视图：图2A是左侧视图；图2B是沿箭头I-I方向截取的密封环支架的截面图；图2C是右侧视图。
如图1所示，本发明的密封环支架设置在螺旋缠绕的膜元件E的端部，其外周边用于支承密封环，同时允许原液流入膜元件E的膜端部中。另一方面，本发明的膜元件包括螺旋缠绕的膜元件E和本发明的设置在膜元件E上游侧膜端部的上游的密封环支架10，其中第一环部件11已经插入到外壳元件5的端部中。
膜元件E可以是被称作螺旋缠绕的膜元件的任何元件。例如，膜部件由包括中心管(集水管6)的绕制结构2和缠绕在绕制结构上的膜片构成，每个膜片包括：进入侧通道材料、隔膜和叠加在其上的渗透侧通道材料。每个膜片都具有密封的结构，防止原液直接从进入侧通道流入渗透侧通道。由于这种结构，流入膜元件E中的原液用隔膜分隔，同时沿着膜元件E的进入侧通道材料向下游流动。穿过隔膜的渗入的液体沿着渗透侧通道材料流动并收集在集水管中。
密封环4由连接在膜元件E端部的密封环支架10支承。密封环4可以具有圆形、椭圆形、正方形或者类似截面。然而在本发明中，密封环4最好具有带有开口部的形状，例如U型或V型或者类似截面的形状。密封环4最好由弹性材料制成，例如橡胶、人造橡胶或者树脂。具有U型、V型或者类似截面的密封环4在受到水流压力时向外膨胀，并可以在这种状态下使密封环和容器之间的间隙得以密封。
可用的外壳元件5例如是在膜元件E上直接缠绕纤维加强的树脂带或树脂片而形成的结构。外壳元件5的端部最好通过粘接等方法固定在密封环支架10的第一环部件11上。
集水管6具有以适当间隔布置的孔，并由例如树脂制成。在使用集水管6之前，其上游侧端部用例如塞子密封，以防止原液流入其中。
如图2所示，本发明的密封环支架包括：第一环部件11，其具有面对膜元件E的上游侧膜端部的侧壁11a，而且插入到膜元件E的外壳元件5的端部中；突出的环部件12，其形成在第一环部件11的上游并在两侧分别具有侧壁，外壳元件5的边缘表面和密封环4的下游侧边缘表面可分别固定在侧壁；第二环部件13，其形成在突出的环部件12的上游，密封环4装配在第二环部件的外表面；和第三环部件14，其形成在第二环部件13的上游，密封环的上游侧端面可固定在第三环部件上。因此，本发明的密封环支架的结构不具有包括膜片的绕制结构2装配在其中的套管部件(skirtpart)。
对于上述各部件的尺寸(在平行于膜元件E轴线方向测量的宽度)，突出的环部件12的宽度最好小于第二环部件13的宽度。此外，第三环部件14的宽度最好小于第二环部件13的宽度。
特别地，第一环部件11、突出的环部件12、第二环部件13和第三环部件14的各自宽度最好分别为5-8mm，3-5mm，7-8mm和3-5mm。当这些部件具有这样的尺寸时，密封环支架整体宽度(厚度)为15-30mm，同时确保装配密封环4的沟槽和用于外壳元件5的粘接余量(bonding allowance)。
本发明优选的是，第三环部件14的外径小于突出的环部件12的外径。在这种结构中，用于支承密封环4的沟槽的上游侧的壁较低，因此密封环4更易于接收水流。
该实施例具有一穿孔板15，该穿孔板具有开口15a，作为允许原液流入膜元件E的膜端部中的结构。当使用穿孔板15时，流入膜元件E的膜端部中的原液的流速分布易于通过改变开口15a的大小、位置和密度等来控制。但是，应该注意的是本发明中用于引入原液的结构不应该局限于穿孔板15，任何合适的结构，如径向布置的轮辐(spoke)都可以用来代替穿孔板15。
优选的是，穿孔板15的中部具有一圆柱形部件16，设置密封环支架，集水管6插入该圆柱形部件16中。圆柱形部件16和集水管6可以通过粘接等方式彼此固定。
在图1所示的实施例中，集水管6设置成其上游侧端部与密封环支架10的第三环部件14的侧壁的上游侧端部平齐，而且圆柱形部件16的上游侧端部位于下游。类似地，在元件的下游侧，集水管的下游侧端部设置成与下游侧密封支座的侧壁下游侧端部平齐。然而，通过设置集水管6，使得其上游侧端部位于第三环部件14的侧壁的下游(即，位置离穿孔板更近)，作为膜部件的绕制结构2的长度可以制得更大以适应集水管6。
穿孔板15在其膜元件侧上具有径向布置的肋17。这些肋17加强穿孔板15，由此两个元件的总宽度可以减少。
利用传统的例如注模技术，密封环支架10可以由热塑性树脂、热固性树脂、耐热树脂等材料制成。
本发明的其他实施例说明如下：
(1)上述实施例是用于膜元件的密封环支架具有最小厚度的例子。然而，可以使用具有图3所示结构的密封环支架，其通过去掉套筒并形成第一环部件11而改装传统密封环支架而形成。采用这种密封环支架不必将包括膜片的绕制结构2装配在套筒中，而且可以使用与迄今为止所用的膜片相比直径更大的膜片绕制结构2。
(2)本发明优选的是，第二环部件13的宽度(相当于用于支承密封环4的沟槽的宽度)被制作得接近如图4A和4B所示的密封环4的厚度，从而减小密封环支架的总厚度。在这种情况下，优选的是减小位于上游的第三环部件14的高度，以便防止第三环部件14阻止水流到密封环14，而且第三环部件14制得具有锥形表面，以便能够使密封环4更易于接收水流。锥形表面的例子包括：具有弯曲轮廓截面的锥形表面14a和具有直线轮廓截面的锥形表面14b。
(3)此外，如图4A和4B所示，优选的是第一环部件11(相应于外壳元件5的粘接余量)经过沟槽成型、开槽、表面粗加工等，以便提高粘接强度。
如图5A-5E所示，优选的是，固定密封环支架10和绕制结构2的部分P1和固定密封环支架10和外壳元件5的部分P2设置在第一环部件11上。密封环支架10和第一环部件11的外壳元件5的粘接余量起的作用是坚固地粘附密封环支架10和外壳元件5，以及保持其粘附状态。在给外壳元件5涂层时，将压敏粘接带、玻璃布等缠绕在外壳元件5和绕制结构2面对的部分上，以固定它们。这种固定还需要防止树脂从面对的部分涌到绕制结构边缘。
此外，如图5A-5E所示，优选的是，固定密封环支架10的部分具有阶梯印记(step mark)，使得压敏粘接带等不会脱落，或者具有朝向突出的环部件方向深深制出的锥形。此外，优选的是，粘附外壳元件和保持该外壳元件的部分具有这样的结构：在粘附部分上设置有阶梯印记，使得不会导致偏离剪切方向，由此保持该结构抵抗分离力。
(4)如图6A-6C所示，多个周边沟槽部14c可以设置在第三环部件14上，所述周边沟槽部的周边表面的高度局部较低。此外，如图7A-7C所示，切割部14d可以设置在第三环部件14上，在该切割部14d中，环部件局部断开。周边沟槽部14c的深度最好为0.5-3mm。设置的周边沟槽部14c的数目最好为4个或以上，更好为6-16个。
(5)另一方面，如图6A-6C所示，从内圆周延伸到外圆周的多个边缘沟槽部14c可以设置在第三环部件14的边缘。如图7B所示，第三环部件14中的切割部14d也具有和从内圆周延伸到外圆周的边缘沟槽部一样的功能。为便于水在膜元件内侧和外侧流入和流出，边缘沟槽部14e以均匀间距径向布置，数目最好为4个或以上，更好为6-16个。
在膜元件的连接部分中，沟槽和相邻沟槽之间的边缘宽度W1为1，边缘沟槽部14e的宽度W最好为0.9或小于宽度W1，使得边缘沟槽部14e的凹陷和突起不会重叠。
本发明将通过下述示例得到更详细的描述，但需要理解的是本发明不是限制在以下的结构中。
示例1
制造具有图2所示结构的密封环支架。这个密封环支架没有套筒，并具有以下尺寸。总厚度(和自用于与绕制结构端面对接的表面的厚度相同)：20mm，外壳元件的粘接余量：6mm，密封环沟槽宽度：8mm，密封环沟槽深度：6.5mm，密封环沟槽上游侧的壁高度：3.5mm。
比较例1
制造具有图8所示结构的传统密封环支架。该密封环支架具有内径为194mm的套筒，并具有以下尺寸。总厚度：48mm，自用于与绕制结构端面对接的表面的厚度：37mm，外壳元件(包含套筒部件)的粘接余量：27mm，密封环沟槽宽度：9mm，密封环沟槽深度：6.5mm。上游侧的壁高度与下游侧的壁高度相等。
元件产品示例
用示例1的密封环支架和比较例1的密封环支架制造螺旋缠绕的膜元件。构成具有相同厚度的元件的膜片用来制造每个螺旋缠绕的膜元件。长度为1480mm的膜折叠成两层，将原液通道材料夹在两层之间，以制造成一个单元叶片(unit leaf)。这样的单元叶片与透水通道材料一起缠绕在集水管上。下表中示出了两个系统的比较结果。
包含33个叶片的绕制结构直径为197mm。虽然这种绕制结构不能装配有比较例1的传统密封环支架，但是根据本发明示例1的密封环支架可以连接在其上。用传统密封环支架制造的元件包含31个叶片。即，膜片的数量可以增加2个。迄今为止使用的膜片宽度增加了37mm，导致膜的总面积增加4.6m2。此外，在实际处理中有效的膜面积增加了4.2m2，即，通过减去由于膜片粘接部位造成的损失而得到的面积增加了4.2m2。
    示例1     比较例1
薄片数量     33     31
绕制结构的直径(mm)     197     189
薄片的宽度(mm)     975     938
所用膜的面积(m2)     47.6     43.0
薄的有效面积(m2)     41.7     37.5
对于本领域的技术人员显而易见的是上述本发明的形式和细节可以做出多种改变。这些改变在本发明的权利要求所限定的精神和范围内。

Claims (7)

1.一种用于膜元件的密封环支架，该密封环支架设置在螺旋缠绕的膜元件的端部，以将密封环支承在其外圆周上，同时允许原液流入膜元件的膜端部中，该密封环支架包括：
第一环部件，其具有面对膜元件的上游侧膜端部的侧壁，并插入到膜元件的外壳元件的端部中；
突出的环部件，其形成在第一环部件的上游并且分别在两侧具有侧壁，外壳元件的边缘表面和密封环的下游侧边缘表面分别固定到侧壁上；
第二环部件，其形成在突出的环部件的上游，而且该第二环部件的外周边装配有密封环；和
第三环部件，其形成在第二环部件的上游，而且该密封环的上游侧端面可固定到该第三环部件上。
2.根据权利要求1所述的用于膜元件的密封环支架，其中第三环部件的外径小于突出的环部件的外径。
3.根据权利要求1所述的用于膜元件的密封环支架，其中突出的环部件的宽度小于第二环部件的宽度，第三环部件的宽度小于第二环部件的宽度，每个宽度都是在平行于膜元件的轴线方向上测量的宽度。
4.根据权利要求1所述的用于膜元件的密封环支架，外周表面高度局部降低的多个周边沟槽部14c或者环部件局部断开的切割部设置在第三环部件处。
5.根据权利要求1所述的用于膜元件的密封环支架，其中从内圆周延伸到外圆周的多个边缘沟槽部设置在第三环部件的边缘。
6.根据权利要求2所述的用于膜元件的密封环支架，其中突出的环部件的宽度小于第二环部件的宽度，第三环部件的宽度小于第二环部件的宽度，每个宽度都是在平行于膜元件的轴线方向上测量的宽度。
7.一种膜元件，包括螺旋缠绕的膜元件和如权利要求1所述的用于膜元件的密封环支架，所述密封环支架设置在膜元件上游侧膜端部的上游，其中第一环部件插入到膜元件的外壳元件的端部中。
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