专利名称：流体分离单元装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体分离单元装置，特别是涉及适合用于反渗透，超滤或微滤设备中的流体分离单元装置。
通常，例如，如图20所示，有一种螺旋式流体分离单元装置。在图20中，一个渗透载体材料156布置在一个第一分离薄膜154和一个第二分离薄膜155之间。第一分离薄膜154和第二分离薄膜155在三个侧边由例如一种粘合剂封闭，剩下的一个侧边在指向渗透接受管153的方向上开口以形成一个封套部件，该渗透接受管153具有渗透接受孔152。包括该封套部件和一个进料载体材料157的一个薄膜组件160绕渗透接受管153螺旋缠绕。一个防伸缩板158连接在缠绕薄膜组件160的下游一侧端面上，一个密封固定件159连接在其上游一侧的端面上，且在薄膜组件160的周边上形成了一个包装物料161。密封固定件159通常使用与防伸缩板158相同的板。
在这种流体分离单元装置151中，在流经进料载体材料157期间，给水从密封固定件159一侧经过一个给水通道162进入，该给水分成经过分离薄膜154和155渗透的水164a和剩下的给水164b。渗透水164a从渗透接受管153的出口排出，而剩下的给水164b(高矿化度水)从防伸缩板158的出口排出。防伸缩板158防止流体分离单元151的伸缩变形，该伸缩变形是由于给水163流经进料载体材料157时引起的压力损失造成的。防伸缩板158和密封固定件159与薄膜组件160整体结合，因此它们不容易在压力损失引起的荷载作用下分解。因此，当例如，由于分离薄膜的性能降低，因而流体分离单元151处于不能使用的状态下时，部件例如防伸缩板158和渗透接受管153尽管本身仍能使用，但也只能报废而无法再使用。
另一方面，在美国专利4906372中公开了具有可拆卸的防伸缩板的一种流体分离单元装置。在该流体分离单元装置中，如图21所示，因为没有提供防止给水从一个缝隙泄漏流向一个流体分离单元151的周边的装置，所述缝隙在流体分离单元151和安装在流体分离单元151的上游一侧端部上的一个防伸缩板158之间，因此在流体分离单元151的周边上设有一个网部件165。
在利用这种流体分离单元装置进行流体分离时，如图22所示，流体分离单元151装在一个压力容器166内以用作一个流体分离薄膜组件167。其中还装有连接在流体分离单元151的周边上的网部件165。在压力容器166和流体分离单元151之间的缝隙可以密封。在这种情况下，尽管网部件165具有弹性，当它插入压力容器166内时，为了使网部件165收缩，必须根据压力容器166的内径的精度，来很好的修整流体分离单元151的直径和网部件165的厚度的精度。
然而，实际上，由于流体分离单元151中使用的部件的厚度具有离差，因此流体分离单元151的直径或多或少具有一定离差。因为较多种类的部件用于流体分离单元151中，且其中大多数例如用于一个8英寸流体分离单元中，这样，在流体分离单元的直径的厚度内发生的离差在2至3mm。当包括网部件165的流体分离单元151的直径小于压力容器166的内径时，网部件165不与压力容器166接触。而且因为在压力容器166和流体分离单元151之间的缝隙不能密封，较大量的给水163流经压力容器166和流体分离单元151之间的缝隙。结果，沿分离薄膜的表面流动的给水163的水量减少，在分离薄膜154和155的表面上的浓差极化变大，而渗透水164a的水量减少，而且在分离薄膜内的盐排除性能显著降低。特别是，在一种工艺例如海水脱盐中，该工艺中给水具有高盐浓度，由于浓差极化的影响极大，渗透水164a的质量显著降低。
考虑到流体分离单元151的直径的离差，通过设定薄膜组件160部分的直径稍小于压力容器166的内径，并通过使网部件165变厚，有可能增加网部件165的收缩性能。然而，在这种情况下，因为必须使流体分离单元151的薄膜组件160的部分变小，因此有效的薄膜面积变小，流体分离单元151处理的水量可能减少。
因此，本发明的一个目的是提供一种部件可重新使用的流体分离单元装置，而且该流体分离单元装置能够适当的防止给水泄漏并确保较大的有效薄膜面积。
本发明的另一个目的是提供一种使用这种流体分离单元装置的流体分离薄膜组件，而且该流体分离薄膜组件具有极佳的性能。
为了实现上述和其它目的，本发明的一种流体分离单元装置包括一个流体分离单元，该流体分离单元具有一个薄膜组件和围绕所述薄膜组件形成的包装物料，薄膜组件由围绕一个渗透接受管螺旋缠绕的一种分离薄膜、一种渗透载体材料和一种进料载体材料形成；一个以可自由拆卸的状态连接在流体分离单元的至少一端的防伸缩板；和给水密封装置，该给水密封装置用来防止给水经过在流体分离单元和防伸缩板之间的一个缝隙泄漏。
给水密封装置例如包括一个环形部件，该环形部件设置在包装物料的至少一端并在流体分离单元的轴向上突出。环形部件最好由一种抗挠强度为50MPa或更高的材料制成。环形部件可制成或者是在整个圆周上形成整体的环，或者是在环形部件的圆周方向上的某些位置具有接缝的分离的环。环形部件最好与防伸缩板接触。
密封环是一种与给水密封装置不同的部件，密封环可连接在防伸缩板的周边上。密封环最好装在位于防伸缩板的周边上的一个凹槽内。在这种情况下，在给水流动方向上，位于凹槽上游一个位置处的一个侧壁可高于位于凹槽下游一个位置处的一个侧壁，装在该凹槽内的密封环可与流体分离单元接触。特别是，装在该凹槽内的密封环可与位于包装物料上的环形部件接触。
给水密封装置可做成另一种构造。例如，伸向流体分离单元一侧的一个环形部分设置在防伸缩板的径向外部。在本实施例中，给水密封装置位于突伸的环形部分和流体分离单元的一个周边之间，或者给水密封装置覆盖了从突伸的环形部分的一个周边延伸到流体分离单元的一个周边的一个区域。
还在该结构中，一个密封环可连接在防伸缩板的一个周边上。密封环最好装在位于防伸缩板的该周边上的一个凹槽内。
防伸缩板例如包括一个圆盘部分和一个连接管部分，该圆盘部分具有一个给水通道，该连接管部分位于圆盘部分的中部且具有一个渗透水通道。最好，防伸缩板还包括一个部件，该部件防止给水进入渗透接受管内。圆盘部分和接受管部分均可以整体成形，或者相互分开独立成形。连接管部分最好插入渗透接受管内。
进料载体材料，例如，包括一个网。最好，该网具有都是菱形的网孔，该网布置成菱形的长轴指向给水的流动方向，菱形的一个侧边相对于给水的流动方向的角度在±15至±45度范围内，网的厚度在0.5至0.9mm的范围内，且菱形的长轴的长度在3至8mm的范围内。
而且，本发明的流体分离单元装置的另一个实施例包括一个流体分离单元，该流体分离单元具有一个薄膜组件和一个绕薄膜组件形成的包装物料，薄膜组件由围绕一个渗透接受管螺旋缠绕的一种分离薄膜、一种渗透载体材料和一种进料载体材料形成；一个防伸缩板以可自由拆卸的状态连接在流体分离单元的至少一端；和密封环，该密封环连接在防伸缩板的一个周边上，以便将在防伸缩板的该周边和压力容器的内表面之间的一个缝隙密封，所述压力容器包含流体分离单元和防伸缩板。
在这种流体分离单元装置中，最好密封环最好装在位于防伸缩板的所述周边上的一个凹槽内。在这种情况下，在给水流动方向上，位于凹槽上游一个位置处的一个侧壁可高于位于凹槽下游一个位置处的一个侧壁，装在该凹槽内的密封环可与流体分离单元接触。
本发明的一种流体分离薄膜组件可通过在压力容器内包含若干上述流体分离单元装置制成。在该组件内，最好在压力容器的每个轴向端具有一个盖子，且在该盖子和在给水流动方向上位于最上游的流体分离单元装置的防伸缩板之间，设有在压力容器的轴向上压紧防伸缩板的装置。
在本发明的流体分离单元装置中，因为防伸缩板以可自由拆卸的状态安装在流体分离单元上，即使当流体分离单元装置处于不可使用状态(例如当分离薄膜达到其最大寿命时)，有可能只报废具有缺陷的部件而可以根据具体情况再使用其它部件，例如，防伸缩板和密封部件，以及渗透接受管。在这种具有可拆卸防伸缩板的流体分离单元装置中，通过提供给水密封装置，该给水密封装置能够防止给水经过在流体分离单元和防伸缩板之间的一个缝隙泄漏，因此能够防止大量的给水流经在压力容器和流体分离单元装置之间的缝隙。结果，在分离薄膜表面上的浓差极化抑制成很小，且可以得到具有高分离性能的流体分离单元装置。
而且，在具有可拆卸的防伸缩板的流体分离单元装置中，通过提供密封环，该密封环能够密封在防伸缩板的周边和压力容器的内表面之间的缝隙，因此不考虑流体分离单元的直径的离差，在防伸缩板的一定位置，经过在压力容器和流体分离单元之间的缝隙的给水泄漏受到适当抑制。因此，可确保大量的给水在流体分离单元的分离薄膜的表面上通过，在分离薄膜上浓差极化可保持很小，并保证有大量的渗透水，还保证在分离薄膜内盐排除的良好性能。而且，有可能扩大流体分离单元的直径，相对于径向，可增加有效的薄膜面积。结果，水处理量大大增加，处理的水的质量也大大提高。
在使用本发明的流体分离单元装置的流体分离薄膜组件的装置中，可以在防伸缩板上设置连接管部分，从而利用防伸缩板本身将流体分离单元相互连接。例如，在传统的组件中，防伸缩板与流体分离单元整体结合，且需要较大空间以便将流体分离单元装置相互连接，与该传统的组件相比，在上述流体分离薄膜组件中，连接所需的空间可大大降低。因此，在连接了若干流体分离单元的一个流体分离薄膜组件中，可以增加在该组件中每个流体分离单元的有效长度，且相对于流体分离单元的轴向，有效薄膜面积增加，因此大大增加水处理能力。而且，在使用本发明的流体分离单元装置的流体分离薄膜组件中，因为基本上没有必要改变结构部件例如压力容器，因此，可以降低制造成本。
而且参考附图，通过下面对本发明的优选实施例进行详细的描述，可以理解本发明的目的、特点和优点。
现在参见附图来说明本发明的优选实施例，它仅作为例子给出，而不是用来限定本发明。
图1是本发明的流体分离单元装置的透视图，图2是图1所示的流体分离单元装置的防伸缩板的放大垂直截面图，图3是根据本发明的一个实施例的流体分离薄膜组件的垂直截面图，图4是根据本发明的一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，图5是根据本发明的另一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，图6是根据本发明的一个实施例表示给水密封部件的结构的一个实例的立视图，图7是根据本发明的又一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，
图8是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，图9是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，图10A和10B是根据本发明的另外的实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，图11是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出给水密封装置的结构，图12A-12E是根据本发明的另外的实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出不同类型的密封部件的结构，图13A-13C是根据本发明的另外的实施例的流体分离单元的局部垂直截面图，它显示出给水密封部件的结构，图14是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出防伸缩板和渗透接受管的连接结构，图15是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出防伸缩板的结构，图16是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出组件端部的结构，图17是根据本发明的另外一个实施例的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图，它显示出组件端部的另一种结构，图18是本发明的一个实施例的进料载体材料的局部平面图，图19是本发明的一个实施例的渗透载体材料的局部截面图，图20是一种传统的流体分离单元装置的透视图，图21是另一种传统的流体分离单元装置的透视图，图22是使用图21所示的流体分离单元装置的流体分离薄膜组件的局部垂直截面图。
图1表示根据本发明的一个实施例的一种流体分离单元装置。在图1所示的流体分离分离单元装置1中，薄膜组件7围绕渗透接受管3螺旋缠绕，该薄膜组件7包括分离薄膜4、渗透载体材料5和进料载体材料6，渗透接受管3上设有渗透接受孔3，包装物料8设在薄膜组件7的周边上以构成一个流体分离单元9。流体分离单元9的轴向上的端面暴露，为了防止流体分离单元9伸缩变形，在流体分离单元9的至少一个端部安装了一种防伸缩板10。安装在流体分离单元9端部的防伸缩板10可自由拆卸，因此流体分离单元9和防伸缩板10可根据需要更换。如果防伸缩板以其不能很容易的拆卸的状态固定在一个流体分离单元装置内，当由于例如分离薄膜工作能力降低，因而该装置处于不能充分进行流体分离的情况时，整个流体分离单元装置不得不报废。即使在这种情况下，在本发明的流体分离单元装置1内，因为提供的防伸缩板10可以拆卸，从而根据具体情况，有可能只更换薄膜组件7而继续使用防伸缩板10以及渗透接受管3。
例如，如图2所示，本发明的防伸缩板10包括具有给水通道11的圆盘部分12，和位于圆盘部分12中部的连接管部分14，该连接管部分14具有渗透水通道13，而且在连接管部分14上连接有一种部件19例如O形环，这种部件19能防止水进入渗透接受管3内(防止给水进入部件)。因为防伸缩板10不仅具有给水通道11和渗透水通道13，而且具有连接管部分14，因此，当一些流体分离单元装置串联起来时，不需要传统设备中所需的专用连接部件。结果，节省了连接空间，当所述装置装在一个压力容器内以便用作一个流体分离薄膜组件时，流体分离单元部分可做得较长，从而提高其工作能力和效率。
在连接管部分14上固定有防给水进入部件19，以防止给水进入渗透水。当防伸缩板10连接在流体分离单元9上时，与端部渗透接受孔2位置相比，防给水进入部件19固定在更靠近渗透接受管3的端部的位置，这样，能够防止来自渗透接受孔2的给水进入渗透水内。而且，通过将防给水进入部件19和防伸缩板10之间的距离设定成比位于最上游位置的防伸缩板10和一个压力容器的盖子之间的距离长，即使在使用期间防伸缩板10或流体分离单元9移动到压力容器内，也可以防止给水进入渗透接受管3内。考虑到这些情况，在流体分离单元全长为1016mm的情况下，防给水进入部件19最好布置在与渗透接受管3的端部相距20至90mm的范围内的某一位置。
连接管部分14插入流体分离单元9的渗透接受管3内。因此，连接管部分14的直径设定为比流体分离单元9的渗透接受管3的内径小，而且，为了使与流体分离单元9连接时的间隙缩小并增加给水的密封能力，直径差最好在0.01至0.5mm的范围内。而且，最好连接管部分14从防伸缩板10的侧面突出在25至100mm范围内的一个长度。为了确保渗透水通道足够大，以及连接管部分14具有足够的强度，连接管部分14的外径和内径之差较好的是在6至16mm范围内，而更好的是在8至14mm范围内。
为了得到足够大的给水通道11和足够高的强度，防伸缩板10的圆盘部分12最好由大刚度材料制成，该材料的抗挠强度为50MPa或更高。这种大刚度材料可以使用金属、塑料和FRP，特别是，最好使用不锈钢，聚苯氧化物，聚碳酸酯，硬氯乙烯等，该不锈钢几乎不受腐蚀例如使用中产生的铁锈的影响。为了使流体分离单元9加长并扩大薄膜面积，圆盘部分12最好应较薄，但为了得到高强度，圆盘部分12应较厚。为了增加强度，防伸缩板10的肋41最好在防伸缩板10的圆周方向上厚。考虑到这些情况，当使用上述材料时，防伸缩板10的圆盘部分12的厚度最好在5至35mm范围内。圆盘部分12的外形尺寸可大于流体分离单元9的横截面尺寸，而且当安装成一个流体分离薄膜组件时，其尺寸能容纳在一个压力容器内。
对于流体分离，若干上述流体分离单元装置相连并装在一个压力容器内，以形成一个流体分离薄膜组件。
在本发明的流体分离薄膜组件中，例如如图3和4所示，相互靠近的两个流体分离单元9通过一个单独的防伸缩板10连接。因此，由于连接所需的空间是对应于一块防伸缩板10的厚度的空间，在传统的流体分离薄膜组件中，防伸缩板连接在流体分离单元的每端并且还需要另一个专用连接部件，与该传统的流体分离薄膜组件相比每个流体分离单元9在轴向上可加长，且若干个长流体分离单元可装在一个传统的压力容器内。即，不需要改变外部尺寸，在该组件内有效的薄膜面积增加，且每一个流体分离单元处理的水量增加。另一方面，当保证可以处理与传统组件处理的水量相同的水量时，因为处理的工作压力降低，因此，处理的成本能够降低。当建立一套新的设备时，不仅管道，压力容器等的数量可减少，而且可以使用低压泵，管道和压力容器的加压阻力可以设计得较低，另外初期投资大大降低。
利用如图1所示的这种流体分离薄膜组件40进行流体分离中，输入一个压力容器内的给水20经过防伸缩板10的给水通道11流入到流体分离单元9的薄膜组件7内。当输入薄膜组件7内的给水20沿进料载体材料6向下游流动时，部分给水通过分离薄膜4渗透，并且除去了不必要的成分例如盐，渗透水21流入渗透载体材料5．流入渗透载体材料5内的渗透水21流向位于流体分离单元9中部的渗透接受管3。已到达渗透接受管3的渗透水21通过渗透接受孔2流进管3内，然后在其中向下游方向流动。在渗透接受管3内的渗透水21流经下一个防伸缩板10的连接管部分14的渗透水通道，并进入到下一个流体分离单元9的渗透接受管3。还没有经一个流体分离单元9处理过的给水(高矿化度水)经过防伸缩板10的给水通道11流向下一个流体分离单元9，并由下游一侧(下一个)流体分离单元9处理。
在这种流动状态下，给水还可经过压力容器15和流体分离单元9的包装物料8之间的空隙流动。由于给水经过压力容器15和流体分离单元9之间的空隙流动，因而可以避免在给水内出现微生物生成和有机物腐败，这种微生物生成和有机物腐败很可能是由于给水滞留在空隙内引起。然而，如果流动的给水量太大，沿分离薄膜流动的给水量减少，那么，在分离薄膜的表面上的浓差极化变大，因此，不仅渗透水量和盐排除百分比下降，而且在分离薄膜的表面上的沉积量增加。结果，不仅制造净化水的处理时间增加，而且处理所需时间变长，另外，分离薄膜的寿命缩短。
在本发明中，为了防止给水从流体分离单元9和防伸缩板10之间的一个空隙泄漏到压力容器15和流体分离单元9的包装物料8之间的一个空隙，因而设置给水密封装置。而且，为了防止大量给水直接流经防伸缩板10的周边部分并泄漏到压力容器15和下一个流体分离单元9之间的一个空隙内，在防伸缩板10的周边设置可自由拆卸的密封环。
防止给水经过流体分离单元9和防伸缩板10之间的一个空隙的给水密封装置可由一个环形部件制成，该环形部件位于包装物料8的至少一端上并在流体分离单元9的轴向上突伸。例如，如图4所示，用作给水密封装置的这个环形部件可形成包装物料8本身的一个轴向突伸环形部分8a，该轴向突伸环形部分8a从薄膜组件7的轴向端面轴向突出。或者，如图5所示，与包装物料8分离单独形成的一个给水密封部件26可设置在包装物料8的轴向端部上，且从薄膜组件7的端面轴向突伸的给水密封部件26可与防伸缩板10接触。利用这种给水密封部件8a或26，能够防止大量给水泄漏到压力容器15和流体分离单元装置1(或流体分离单元9)之间的一个空隙内。考虑到强度和薄膜面积，给水密封部件8a或26的厚度最好在0.5至5mm范围内，而考虑到密封能力，给水密封部件最好从薄膜组件7的端面突出的轴向长度在1至10mm范围内。当流体分离单元9内的压力损失较高时，由于在给水密封部件8a或26上作用了一个力，这使得给水密封部件8a或26从流体分离单元9的内侧到其外侧变形，因此，给水密封部件8a或26最好由一种大刚度材料制成，这种大刚度材料例如具有50MPa或更高的抗挠强度。这种大刚度材料可以使用例如金属、塑料和FRP，特别是，最好使用不锈钢，聚苯氧化物，聚碳酸酯，硬氯乙烯等，该不锈钢几乎不受腐蚀例如使用中产生的铁锈的影响。通常，FRP用作流体分离单元的包装物料的材料。在这种情况下，通过使用适当的模型，形成给水密封部件的部分可以很容易的与FRP包装物料模制成整体，而且因为不需要新部件，给水密封部件最好使用FRP材料。
当给水的浓度较低，例如在使微咸水脱盐的情况下，因为即使给水从密封部分泄漏，分离薄膜的表面上的浓差极化也几乎不增加，因此可以使用较粗糙的给水密封部件，这不会降低流体分离单元装置的工作能力，例如盐排除性能和处理的水量。例如，可以使用具有一个小裂纹的给水密封部件，具有约1至30mm的缺口的给水密封部件，或在圆周方向具有缝隙的一个开口环形给水密封部件。或者，如图6所示，还可以使用形成了在圆周方向上某些位置具有接缝26a的分开的环的给水密封部件26。例如，假定使用一个8英寸流体分离单元装置，如果给水在出口处能以30×10-3m3/min或更高的流速在流体分离单元装置内流动，则流体分离的实施不受给水从缝隙泄漏的影响。
如图4所示，在密封环设置在防伸缩板10周边上的情况下，最好在防伸缩板10的周边限定一个凹槽27以固定密封环28，密封环28容纳在凹槽27内。在这种情况下，密封环28最好由一种弹性材料制成以便与压力容器15的内表面接触。
例如，如图7所示，当一个给水密封部件设置在流体分离单元9的包装物料8上，且一个密封环设置在防伸缩板10的周边上时，通过使包装物料8上的突伸的给水密封部件26与防伸缩板10上的密封环28接触，从而可以实现有效的密封。而且，如图8所示，具有伸向下游侧的一个突出部分的一个密封环28a可安装在防伸缩板10的周边上，密封环28a可与包装物料的轴向端或者设置在包装物料的端部上的一个给水密封部件接触，以便有效的密封。在这种情况下，最好位于凹槽27下游的一个位置处的一个侧壁比位于凹槽27上游的一个位置处的一个侧壁低。
通常，在使用一个流体分离薄膜组件进行流体分离时，给水流入到下游方向上的一个流体分离单元装置内，这时会发生压力损失。有一种情况，即流体分离单元装置在由压力损失引起的推力荷载作用下以伸缩形式变形，且向下游一侧推动变形后的装置。当在一个8英寸流体分离单元装置内发生5×105Pa的压力损失时，作用在流体分离单元装置的轴向端面上的推力荷载达到1.5×104N。然而，在本发明的流体分离薄膜组件内，因为在相邻的流体分离单元之间具有一块防伸缩板，因此，可以避免变形。在防止变形时，因为位于包装物料8上的突伸的给水密封部件26压紧位于防伸缩板10上的密封环28，最好渗透接受管3能够吸收过量压缩荷载，该渗透接受管3与防伸缩板10接触。
在位于压力容器内最上游一侧的流体分离单元装置的上游部分处的防伸缩板上，只作用有一种推力荷载，该推力荷载产生原因在于在渗透接受管3的入口处的驱动压力和渗透水的压力之间的压力差，因此，不能获得足够大的推力荷载。在这种情况下，最好提供在压力容器的轴向上压紧防伸缩板的下述装置。通过提供这种装置，用足够大的力，有可能将位于防伸缩板上的密封环推压到位于流体分离单元的端部上的给水密封部件处，从而在该处密封给水。在一个8英寸流体分离单元装置内，推力可以是约250N，而在一个4英寸流体分离单元装置内推力可以是约70N。
在本发明中，除了上述实施例之外，可以实施下面的各种实施例。
例如，如图9所示，伸向流体分离单元9的一个环形部分51可以设置在防伸缩板50的径向外部。与图4所示类似的凹槽27限定在防伸缩板50的周边上，而密封环28装在凹槽27内。在这种结构中，通过利用突伸的环形部分51，防伸缩板50能够很容易的安装在流体分离单元9上，且便于其安装和拆卸。
而且，通过利用突伸的环形部分51可以进一步改进密封给水的性能。例如，如图10A所示，给水密封部件52位于突伸的环形部分51和流体分离单元9的包装物料8的周边之间，从而防止在这一部分给水不足。而且，如图10B所示，给水密封部件53由一种带或一种弹性材料制成，因此，它覆盖了从突伸环形部分51的周边伸展到流体分离单元9的包装物料8的周边的区域，因此类似的防止在这一部分给水不足。
凹槽27位于防伸缩板的周边上，密封环28位于凹槽27内，对于这种结构，除了图4和7所示的结构外，可采用例如如图11所示的另一种结构。在图11中，一个较高的上游侧壁61和一个较低的下游侧壁62设置在防伸缩板60的周边上，因此，它们在防伸缩板60的圆周方向内伸展，在两侧壁61和62之间形成凹槽27，且密封环28装在凹槽27内。在每个侧壁61或62与防伸缩板60的每个对应的侧表面之间确定适当的距离。在该实施例中，上游一侧的流体分离单元9的包装物料8突伸，这样其尖端与上游侧壁61的侧表面接触。而下游一侧的流体分离单元9的包装物料8的突伸部分或者位于包装物料8的端部上的一个给水密封部件26围绕下游侧壁62安装，其尖端与密封环28的侧表面接触。在这种结构中，给水的密封能力可适当增加，并且可便于上游一侧和下游一侧的流体分离单元9和介于其之间的防伸缩板60的连接。
而且，在本发明中，为了防止给水不足，可以更适当的采用如图12A至12E的不同结构。
在图12A所示的结构中，在防伸缩板70的周边上位于凹槽71内的密封环72形成了在其下游一侧表面上具有一个凹槽73的形状，突伸的给水密封部件26的尖端部分插入凹槽73内，该突伸的给水密封部件26位于下游一侧流体分离单元9的包装物料8的端部上。在图12B所示的结构中，凹槽82位于防伸缩板80的周边上，与压力容器15的内表面接触的密封环81装在凹槽82内，且在其下游一侧设有一个防止给水不足的特殊的密封部件83，和装有该密封部件83的一个凹槽84。该密封部件83与突伸的给水密封部件26的内表面接触，该突伸的给水密封部件26位于下游一侧流体分离单元9的包装物料8的端部，且该部分密封。对于密封部件83，例如还可使用具有图12C所示的横截面的一种部件。而且，如图12D所示，O形环85可用来代替具有上述形式的密封部件83。而且，根据压力容器15的内表面的位置与流体分离单元9的外表面的位置之间的关系，例如，如图12E所示，在防伸缩板90的侧表面上可以形成一个环形凹槽91，例如由一种高弹体组成的密封部件92可装在凹槽91内。位于下游一侧流体分离单元9的包装物料8的端部上的给水密封部件26可与密封部件92接触。在这种结构中，可进一步提高防伸缩板的径向外部上的密封能力。
位于流体分离单元9的包装物料8的端部上的给水密封部件26的尖端可采用不同形状。例如，可以采用如图13A所示的一个平面尖端26a，图13B所示的在一个角上形成一个圆或一个斜面的一个尖端26b，或者图13C所示的一个圆尖端26c。
尽管防伸缩板10的连接管部分14插入上述薄膜组件7的渗透接受管3内，两个管可通过螺旋结构连接。例如，如图14所示，螺旋装置分别限定在防伸缩板120的连接管部分121的周边上和渗透接受管122的内表面上，两个管在螺旋连接部分123连接。在这种结构中，通过螺旋连接，在位于包装物料8的端部上的给水密封部件26和防伸缩板120之间的密封能力增强，因而防止给水泄漏进入流体分离单元9和压力容器15之间的空隙内。
尽管上述实施例表示了包括连接管部分的一个整体成形的防伸缩板，但连接管部分可以形成单独部件。例如，如图15所示，防伸缩板130的圆盘部分131和连接管部分132形成互相分离的部件，这两个部件装进防伸缩板130内。在这种结构中，位于圆盘部分131的内表面上的台阶部分131a和位于连接管部分132的周边上的台阶部分132a在轴向上相互配合以吸收推力荷载从而形成防伸缩板130。
在本发明的流体分离薄膜组件中，为了将布置在最上游的防伸缩板充分压紧到流体分离单元，从而防止给水经过防伸缩板和流体分离单元之间的一个缝隙、从压力容器和流体分离单元之间的一个缝隙泄漏，最好在一个压力容器的一个盖子和位于最上游的一个流体分离单元装置的一个防伸缩板之间设置一个压紧部件。例如，如图16所示，这种压紧部件可以采用一种推进部件例如一个金属弹簧17插入到防伸缩板10和压力容器15的盖子16之间的结构。或者，如图17所示，一个调节螺栓18可设置在压力容器15的盖子16上。
在本发明的流体分离单元装置中，为了将浓差极化抑制的更小，进料载体材料6最好具有良好性能以便使给水流动紊乱。为了在分离薄膜的表面上使给水流动紊乱，最好使用具有菱形网孔的网。该网最好布置成使菱形的长轴指向给水的流动方向，菱形的一个侧边相对于给水的流动方向的角度最好在±15至±45度范围内。在本发明中，“长轴”表示在菱形网孔的相对角交点之间的轴中的一个较长的轴，“菱形的一个侧边相对于给水的流动方向的角度”表示如图18所示的一个角α，该角α由一个箭头所示的给水的流动方向与网孔上的一个网孔边140限定。特别是，该角度在±15至±40度范围内。如果该角度小于15度，给水的紊乱性迅速降低，靠近分离薄膜的表面的浓度增加，且浓差极化变大，分离能力和处理的水的质量恶化。
为了防止这种情况发生，最好网孔边相对于给水的流动方向的角度在±20至±35度范围内。在具有装在一个压力容器内的若干流体分离单元的一个流体分离薄膜组件中，该压力容器内的进料载体材料的网孔边的角度设定在上述适当的范围内，因为能够适当避免在流体分离单元上有效工作压力的降低，因而无需增加驱动压力就能使处理的水保持理想的质量和数量。结果，水处理的功率和运行成本降低。而且在水处理设备中，因为不需要高压泵和高压耐腐蚀管，设备的成本显著降低。
为了防止分离薄膜的面积降低并获得足够量的处理的水，网的厚度较好的是0.9mm或更小，更好的是0.8mm或更小。另一方面，为了防止由于较窄的通道造成的流动阻力显著增加和压力损失，网的厚度较好的是0.5mm或更大，更好的是0.6mm或更大。而且，图18所示的菱形网孔的较长的轴的长度L最好在3至8mm的范围内。通过将该长度设定为3mm或更大，每单位面积网交点的密度经抑制变小，以防止流动阻力增加，从而防止压力损失增加。通过将该长度设定为8mm或更小，可避免给水偏流，且可以防止在很容易流动部分和几乎不流动部分上的分离能力的降低程度差别太大。特别是长轴的长度L在3.3至7mm的范围内，而最好在3.5至6mm范围内。网的材料最好是聚丙烯，聚乙烯，尼龙，聚酯等。
而且，在本发明的流体分离单元装置中，为了进一步增加分离薄膜的分离性能，最好尽可能低的降低由渗透载体材料5形成的通道内的阻力。为了降低通道的阻力，在载体材料的横截面内的开孔率需要很大。尽管为了增加在薄膜组件内的分离薄膜的装料密度，希望渗透载体材料较薄，这种要求与为降低通道的阻力的要求相反。实际上，考虑到使各要求带来的影响平衡，因此，渗透载体材料的厚度设计了一个最佳值。
根据这种要求，甚至在传统的使用分离薄膜的旋转式流体分离单元中，网用作渗透载体材料。典型的是，用聚酯纤维编织成一种双dembigh结构的特里科经编织物，将一种树脂浸渍到该特里科经编织物，或使该特里科经编织物本身热粘合，从而使该特里科经编织物变硬，这样获得一种材料，或者，通过进一步轧光该特里科经编织物使其表面平坦，从而获得一种材料。例如，如图19所示，渗透载体材料5在下述一种状态下使用，即形成渗透水通道的材料5的凹槽141指向垂直于渗透接受管3的轴的方向。渗透载体材料5的厚度最好在0.2至0.4mm范围内。在图19所示的渗透载体材料5内，在渗透载体材料5的表面上形成了突起142，该突起142形成用作渗透水通道的凹槽141，且突起142用来支撑分离薄膜4。
包装物料8要求的功能是保持柱状流体分离单元9的结构。为了在分离薄膜的表面上使给水均匀的流动，需要用包装物料8覆盖住薄膜组件7的整个周边。而且，因为流体分离单元9构成内压作用的结构，需要防止单元9很容易的伸展或破坏。根据这种要求，包装物料8典型的通过使用绕丝法形成，其中一种树脂例如环氧树脂浸渍到玻璃纤维或聚酯丝中，该树脂浸渍过的材料绕薄膜组件7缠绕，然后树脂固化。
尽管在此已详细描述了本发明的一些实施例，但本发明的范围不限于此。对本领域的普通技术人员来说，显然在不超出本发明的范围的前提下可作多种修改。因此，在此所公开的实施例仅是举例。可以理解本发明的范围不限于此，而是由下述权利要求书所确定。
权利要求
1．一种流体分离单元装置，它包括一个流体分离单元，该流体分离单元具有一个薄膜组件和围绕所述薄膜组件形成的包装物料，所述薄膜组件由围绕一个渗透接受管螺旋缠绕的一种分离薄膜、一种渗透载体材料和一种进料载体材料形成；一个防伸缩板，该防伸缩板以可自由拆卸的状态连接在所述流体分离单元的至少一端；和给水密封装置，该给水密封装置用来防止给水经过在所述流体分离单元和所述防伸缩板之间的一个缝隙泄漏。
2．如权利要求1所述的流体分离单元装置，其特征在于所述给水密封装置包括一个环形部件，该环形部件设置在所述包装物料的至少一端并在所述流体分离单元的轴向上突出。
3．如权利要求2所述的流体分离单元装置，其特征在于所述环形部件由一种抗挠强度为50MPa或更高的材料制成。
4．如权利要求2所述的流体分离单元装置，其特征在于所述环形部件可制成在所述环形部件的圆周方向上的某些位置具有接缝的分离的环。
5．如权利要求2所述的流体分离单元装置，其特征在于所述环形部件与所述防伸缩板接触。
6．如权利要求2所述的流体分离单元装置，其特征在于一个密封环连接在所述防伸缩板的一个周边上。
7．如权利要求6所述的流体分离单元装置，其特征在于所述密封环装在位于所述防伸缩板的所述周边上的一个凹槽内。
8．如权利要求7所述的流体分离单元装置，其特征在于在所述给水流动方向上，位于所述凹槽上游一个位置处的一个侧壁高于位于所述凹槽下游一个位置处的一个侧壁，且装在该凹槽内的所述密封环可与所述流体分离单元接触。
9．如权利要求8所述的流体分离单元装置，其特征在于装在所述凹槽内的所述密封环与位于所述包装物料上的所述环形部件接触。
10．如权利要求1所述的流体分离单元装置，其特征在于伸向一个流体分离单元一侧的一个环形部分设置在所述防伸缩板的径向外部。
11．如权利要求10所述的流体分离单元装置，其特征在于所述给水密封装置位于所述突伸的环形部分和所述流体分离单元的一个周边之间。
12．如权利要求10所述的流体分离单元装置，其特征在于所述给水密封装置覆盖了从所述突伸的环形部分的一个周边延伸到所述流体分离单元的一个周边的一个区域。
13．如权利要求10所述的流体分离单元装置，其特征在于一个密封环连接在所述防伸缩板的一个周边上。
14．如权利要求13所述的流体分离单元装置，其特征在于所述密封环装在位于所述防伸缩板的所述周边上的一个凹槽内。
15．如权利要求1所述的流体分离单元装置，其特征在于所述防伸缩板包括一个圆盘部分和一个连接管部分，该圆盘部分具有一个给水通道，该连接管部分位于所述圆盘部分的中部且具有一个渗透水通道。
16．如权利要求15所述的流体分离单元装置，其特征在于所述防伸缩板还包括一个部件，该部件防止给水进入所述渗透接受管内。
17．如权利要求15所述的流体分离单元装置，其特征在于所述圆盘部分和所述接受管部分整体成形。
18．如权利要求15所述的流体分离单元装置，其特征在于所述圆盘部分和所述接受管部分相互分开独立成形。
19．如权利要求15所述的流体分离单元装置，其特征在于所述连接管部分插入所述渗透接受管内。
20．如权利要求1所述的流体分离单元装置，其特征在于所述进料载体材料包括一个网，该网具有都是菱形的网孔，所述网布置成所述菱形的长轴指向所述给水的流动方向，所述菱形的一个侧边相对于所述给水的流动方向的角度在±15至±45度范围内，所述网的厚度在0.5至0.9mm的范围内，且所述菱形的所述长轴的长度在3至8mm的范围内。
21．一种流体分离薄膜组件，该流体分离薄膜组件在一个压力容器内包含若干如权利要求1所述的流体分离单元装置。
22．如权利要求21所述的流体分离薄膜组件，其特征在于在所述压力容器的每个轴向端具有一个盖子，而且在该盖子和位于在给水流动方向上最上游的一个流体分离单元装置的一个防伸缩板之间，设有在所述压力容器的轴向上压紧防伸缩板的装置。
23．一种流体分离单元装置，它包括一个流体分离单元，该流体分离单元具有一个薄膜组件和一个绕所述薄膜组件形成的包装物料，所述薄膜组件由围绕一个渗透接受管螺旋缠绕的一种分离薄膜、一种渗透载体材料和一种进料载体材料形成；一个防伸缩板以可自由拆卸的状态连接在所述流体分离单元的至少一端；和一个密封环，该密封环连接在所述防伸缩板的一个周边上，以便将在所述防伸缩板的所述周边和一个压力容器的内表面之间的一个缝隙密封，所述压力容器包含所述流体分离单元和所述防伸缩板。
24．如权利要求23所述的流体分离单元装置，其特征在于所述密封环装在位于所述防伸缩板的所述周边上的一个凹槽内。
25．如权利要求24所述的流体分离单元装置，其特征在于在给水流动方向上，位于所述凹槽上游一个位置处的一个侧壁高于位于所述凹槽下游一个位置处的一个侧壁，装在该凹槽内的所述密封环与所述流体分离单元接触。
26．一种流体分离薄膜组件，该流体分离薄膜组件在一个压力容器内包含若干如权利要求23所述的流体分离单元装置。
27．如权利要求26所述的流体分离薄膜组件，其特征在于在所述压力容器的每个轴向端具有一个盖子，而且在该盖子和位于在给水流动方向上最上游的一个流体分离单元装置的一个防伸缩板之间，设有在所述压力容器的轴向上压紧防伸缩板的装置。
全文摘要
一种流体分离单元装置包括一个流体分离单元,该流体分离单元具有一个薄膜组件和围绕所述薄膜组件形成的包装物料,以可自由拆卸的状态连接在流体分离单元的至少一端的一个防伸缩板,和给水密封装置,该给水密封装置用来防止给水经过在流体分离单元和防伸缩板之间的一个缝隙泄漏。薄膜组件由围绕一个渗透接受管螺旋缠绕的一种分离薄膜、一种渗透载体材料和一种进料载体材料形成。
文档编号B01D63/12GK1232718SQ9910404
公开日1999年10月27日 申请日期1999年3月19日 优先权日1998年3月20日
发明者藤原浩二, 筏洋行, 藤野久昭 申请人:东丽株式会社