滲透裝置的制造方法
【專利說明】滲透裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種特別是但不排他地用于壓力延遲滲透(“PRO”)應(yīng)用的膜元件、中心管、具有中心管和膜的滲透元件、包括滲透元件的滲透裝置和設(shè)備。
[0002]發(fā)明背景
[0003]滲透是一種已知的現(xiàn)象，在該現(xiàn)象中水運(yùn)動(dòng)穿過位于更小或更大濃度的溶液之間的半透膜(sem1-permeable membrane)。在正向滲透中，水從較低濃度的溶液運(yùn)動(dòng)到較高濃度的溶液，而在PRO滲透中，水的通量率可減小。通過施加足夠的壓力到高濃度側(cè)，滲透水流量可以顛倒并且使水穿過半透膜從較高濃度的溶液運(yùn)動(dòng)到較低濃度的溶液。該技術(shù)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)用于許多領(lǐng)域中，包括水處理和海水淡化。壓力延遲滲透也已用在動(dòng)力產(chǎn)生(powergenerat1n)中，其中由于淡水源的滲透，鹽水溶液中的壓力增加，且壓力被用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)。
[0004]在已知的滲透系統(tǒng)中，使用螺旋纏繞的滲透元件是已知的，每個(gè)滲透元件由多個(gè)基本多層的構(gòu)造塊按重復(fù)的順序組成。典型的這樣的塊包括被折疊在供給片上的單張半透膜。半透膜片的面積通常為供給片隔片(feed sheet spacer)的面積的兩倍。一旦半透膜被折疊在供給片隔片上，供給片隔片將折疊的半透膜片的兩個(gè)葉片分離。供給片被構(gòu)造成允許沿著半透膜的表面的自由的溶劑流動(dòng)。半透膜設(shè)計(jì)成防止溶質(zhì)流動(dòng)。帶有內(nèi)部供給隔片的折疊半透膜的這種夾層結(jié)構(gòu)然后插入間隔開的滲透隔片(permeate spacer)之間。滲透隔片的一維上的面積通常比半滲透膜的折疊葉片的一維上的面積大，使得一旦折疊的半透膜和相關(guān)聯(lián)的供給隔片插入間隔開的滲透隔片之間，包括滲透隔片的尾部只從交織的滲透隔片和半透膜延伸。穿過膜供應(yīng)的供給水將沿著與半透膜的溶質(zhì)抑制表層接觸的供給隔片流動(dòng)。像那樣，多個(gè)基本塊繞中心管以這樣的方式螺旋纏繞，使得每個(gè)滲透隔片的尾部通過專用側(cè)孔將每個(gè)基本塊生成的水產(chǎn)物排出到中心管內(nèi)。供給水被迫通常沿著與中心管平行的纏繞的供給隔片的縱向尺寸運(yùn)動(dòng)，并使流滲透通過半透膜進(jìn)入滲透隔片，并沿螺旋方向繼續(xù)朝向中心管流動(dòng)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的螺旋纏繞的膜被設(shè)計(jì)成在反滲透過程中操作，在該反滲透過程中加壓的鹽供給水進(jìn)行脫水，并生產(chǎn)淡水產(chǎn)品。為了在需要高的膜面積與體積比的其它應(yīng)用中起作用，這種膜需要一些修改，如在US4，033，878中教導(dǎo)的。該文獻(xiàn)教導(dǎo)了位于中心管內(nèi)的屏障，以迫使流體流通過專用的側(cè)孔從中心管流出，流到螺旋纏繞的膜的滲透隔片。滲透隔片內(nèi)的單向的彎曲的流動(dòng)路徑由阻流膠粘線形成，該阻流膠粘線沿著大致垂直于中心管的縱向軸線的方向在滲透隔片內(nèi)延伸。該附加的膠粘線將如上所述的螺旋纏繞的每個(gè)基本塊分為兩個(gè)區(qū)域。中心管內(nèi)的所有流體流被阻斷，并被迫離開中心管，進(jìn)入到滲透隔片的在第一區(qū)域的尾部，并且在阻擋膠粘線的周圍以彎曲的方式流動(dòng)，并流回中心管到超出阻擋裝置的點(diǎn)，并且通過第二區(qū)域的滲透隔片的尾部被排出回到中心管。US 4，033，878還教導(dǎo)了串聯(lián)連接的一系列這樣的滲透元件。根據(jù)US 4，033，878，在一系列元件中的任何這樣的元件中，在中心管的阻擋裝置之前的第一部分內(nèi)的整個(gè)流必須分流，并流經(jīng)螺旋纏繞的膜，到達(dá)中心管的超過阻擋裝置的第二部分。該系列路徑會(huì)導(dǎo)致大大的壓降、以及元件之間不等的壓力和流量分布，這限制了系統(tǒng)支持大流量的能力。
[0006]US 8，354，026示出了通過實(shí)施穿過中心管的穿孔的垂直阻斷裝置來對(duì)該系列構(gòu)造的改進(jìn)。穿過阻擋裝置的小的內(nèi)部分流管允許平行流通過沿著共同的中心管連接的所有的膜元件。這需要多個(gè)必須適應(yīng)在中心管的直徑范圍內(nèi)的分流管。內(nèi)部分流管設(shè)置成交替的構(gòu)造，每個(gè)內(nèi)部分流管繞過中心管的阻擋區(qū)段。結(jié)果，沿著流體的流動(dòng)路徑有許多突然的直徑收縮和突然的直徑擴(kuò)張。一旦流體離開主中心管并進(jìn)入分流管，沿著流動(dòng)路徑有突然的直徑下降，并且一旦流體離開分流管并進(jìn)入中心管的下一個(gè)阻擋區(qū)段，有突然的直徑擴(kuò)張。這可能會(huì)導(dǎo)致大大的壓力損失，并再次在沿著共同的中心管線的滲透元件之間造成不平等的流量分配。此外，多個(gè)分流管的使用是主中心管的橫截面的無效使用。為了在中心管內(nèi)容納兩個(gè)平行管，兩個(gè)平行管的最大直徑應(yīng)小于中心管的直徑的一半。結(jié)果，每個(gè)分流管的橫截面的組合面積比中心管的橫截面的面積小得多。
[0007]發(fā)明概述
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種滲透元件，其包括中心滲透管和膜元件，該膜具有第一部分和第二部分，第一部分具有用于鄰近中心管定位的頂部邊緣，第二部分設(shè)置在相對(duì)的邊緣，第一部分包括允許水從中流過的材料，第二部分包括從第一部分延伸的至少兩個(gè)相鄰的滲透隔片，以允許水從中流過，滲透隔片具有附接到兩個(gè)相鄰的滲透隔片的相對(duì)的面的半透膜，第一部分包括從頂部邊緣附近延伸的屏障，中心管包括外壁和縱向延伸的內(nèi)隔板，該內(nèi)隔板界定了至少一個(gè)第一通道和至少一個(gè)第二通道，每個(gè)第一通道和第二通道沿中心滲透管的縱向延伸，至少一個(gè)第一孔從至少一個(gè)第一通道延伸通過外壁，且至少一個(gè)第二孔從至少一個(gè)第二通道延伸通過外壁。
[0009]膜元件可以繞中心滲透管纏繞，使得水可在第一通道和膜元件之間以及第二通道和膜元件之間通過，并且屏障被設(shè)置成防止水流在至少一個(gè)第一孔和至少一個(gè)第二孔之間通過第一部分。
[0010]屏障可包括膠粘線。
[0011]每個(gè)滲透隔片可以通過繞滲透隔片和相鄰的半透膜的共同邊緣延伸的膠粘線附接到相鄰的半透膜。
[0012]滲透元件可以包括位于附接到相鄰的滲透隔片的半透膜之間的供給隔片。
[0013]第一部分可以包括多個(gè)滲透隔片。
[0014]至少一個(gè)第一孔和至少一個(gè)第二孔可以縱向地和/或在角度上偏移。
[0015]滲透元件可以包括多個(gè)第一孔和多個(gè)第二孔中的至少一項(xiàng)。
[0016]縱向隔板可設(shè)置成使得至少一個(gè)第一通道和至少一個(gè)第二通道之間沒有流動(dòng)連通(flow communicat1n)。
[0017]至少一個(gè)第一通道和至少一個(gè)第二通道沿著中心滲透管的長度可以具有基本上恒定的橫截面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的滲透元件的滲透裝置。
[0019]相鄰滲透元件的中心滲透管可以通過連接器流動(dòng)連通，該連接器具有至少一個(gè)第一連接器通道和至少一個(gè)第二連接器通道，該至少一個(gè)第一連接器通道和至少一個(gè)第二連接器通道具有與至少一個(gè)第一通道和至少一個(gè)第二通道相同的橫截面。
[0020]滲透元件可位于壓力容器中。
[0021]滲透裝置可以包括至少一個(gè)第一入口以供應(yīng)較高濃度的溶液到壓力容器，和至少一個(gè)第二入口以供應(yīng)較低的濃度的水到滲透元件。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明的第二方面的滲透裝置的滲透設(shè)備。
[0023]滲透設(shè)備可包括動(dòng)力設(shè)備(power plant)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種使用滲透設(shè)備產(chǎn)生動(dòng)力的方法，該滲透設(shè)備包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的滲透元件，該滲透元件位于壓力容器內(nèi)，該壓力容器包括連接到壓力容器的至少一個(gè)第一入口和連接到滲透元件的至少一個(gè)第二入口以及壓力容器中的出口，該方法包括供應(yīng)較高濃度的溶液到第一入口，供應(yīng)較低濃度的水到第二入口以引起出口處壓力的增加，并將一定比例的較高濃度的溶液從出口供應(yīng)到產(chǎn)生裝置(generat1n apparatus)。
[0025]附圖簡述
[0026]現(xiàn)在，將參考附圖通過僅實(shí)施例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
[0027]圖1是PRO動(dòng)力設(shè)備的示意圖，
[0028]圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的滲透元件的示意圖，
[0029]圖3是沿圖2的線A-A的截面圖，
[0030]圖4是沿圖2的線B-B的截面圖，
[0031]圖5是包括至少一個(gè)圖2的滲透元件的滲透裝置的截面圖，
[0032]圖6是以第一構(gòu)造連接的一對(duì)滲透元件的示意圖，
[0033]圖7是以一種適當(dāng)?shù)臉?gòu)造連接的四個(gè)滲透元件的示意圖，
[0034]圖8是以第二構(gòu)造連接的一對(duì)滲透元件的示意圖，
[0035]圖9a和9b是用于滲透裝置的流動(dòng)構(gòu)造的示意圖，
[0036]圖1Oa至1j是圖3的壓力元件的縱向中心管的可替代的垂直截面圖，
[0037]圖11是通過圖3的壓力元件的可替代縱向中心管的縱向截面圖，
[0038]圖12是包括圖11的中心管的滲透元件的示意圖，以及
[0039]圖13是可替代的滲透隔片的透視圖。
[0040]優(yōu)選實(shí)施方案描述
[0041 ] 現(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，應(yīng)強(qiáng)調(diào)，所示出的細(xì)節(jié)是通過舉例的方式，并且僅為了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的說明性論述的目的，并且提供所示出的細(xì)節(jié)是為了提供本發(fā)明的原理和概念方面的被認(rèn)為是最有用和最易于理解的描述。在這一點(diǎn)上，沒有嘗試以超過對(duì)基本理解本發(fā)明所必要的來更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的描述使得在實(shí)際中如何實(shí)施本發(fā)