专利名称：分离膜片端盖的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于分离流体中各种成分的分离元件。更具体地说，本发明涉及一种用于密封相邻的分离元件的密封结构。
压力驱动流体分离系统的应用是众所周知的。在这样的系统中，流体混合物通过能够起选择阻挡(selective barrier)作用的膜片的表面，所述选择膜允许流体组合物中的某些成分比其它成分更容易地通过。
在商用的流体分离工艺中，通常采用空心纤维和螺旋缠绕膜片。采用螺旋缠绕膜片的优点在于其享有较大的膜片接触面积同时允许相对小的整体保护壳。提供用于商业用途的螺旋缠绕膜片的标准方法是采用膜片元件的形式，所述膜片元件包括一段渗透管或导管部分，所述膜片被缠绕在所述渗透管或导管上。所述膜片元件然后可以被单独地或通过将它们的渗透导管部分串联地相互连接而结合起来使用。使用螺旋缠绕膜片的常见方法是，将它们单独地或多个地装在保护壳中而形成流体分离模块。所述模块，然后，能够被单独地或者能够被方便地以串联或并联的构造相互连接使用，从而提供所需要的处理。
螺旋缠绕膜片通常由包裹着包含有用于回收中央渗透流的孔的中央导管的一片或多片膜片材料形成。可以采用间隔层或其它装置来保持流入—滞留通道(feed-retentate channel)，流入的混合物通过所述通道并被分离成滞留物成分或穿过所述膜片表面的渗透物成分。在美国专利5,538,642和5,681,467中提供了螺旋缠绕元件的实例。
当多个膜片元件在一个单独的模块中以串联形式被采用时，要求对相邻元件，特别是所对应的相邻渗透管彼此密封，以防止输送的流体流入到所述渗透管中。通常，这是通过利用滑动密封装置来实现的，例如公开在美国专利No.5,851,267中的授予Schwartz的装置。在这样一种滑动密封装置中，一种相互连接的管子或导管被容纳到相邻分离元件的相邻渗透管的端部。所述相互连接的管子在其端部限定了一对彼此间隔的沟槽，其中每个沟槽容纳并保持一个O形圈。所述O形圈被排列成，通过在相互连接的管子的外端和各自的渗透管的内表面之间施加径向压力来隔离所述渗透和滞留流体。
美国专利No.5,581,267还公开了一对位于所述分离膜片各端上的端盖。每个端盖限定了一个用于容纳分离元件的渗透管的内侧开口和一个用于将相邻分离元件锁合在一起的外侧锁合环。一个O形圈被固定在锁合环上，以提供对所述端盖的径向外侧周围的密封。所述密封介于相邻的端盖之间，并提供密封以防止输送流或滞留流沿着压力容器壁在相邻的分离元件之间流动。
其它的端盖结构见日本公告No.11207156，其中所述端盖包括一个整体的相互连接的管子，所述管子具有一种配置在每一端的密封结构，用以插入一个相邻的渗透管。一种类似的结构见美国专利No.6,224,767。日本公告No.11267467也显示了一种其任意端部都具有密封件的相互连接的管子。
将管子相互连接的另一种方法见日本专利No.2000015064。在这种装置中，具有各种内径的相互连接的管子被用于控制所述滞留物管道中的压力损失。
每种所述方法要求相互连接的某种类型的管子具有比起渗透管直径相对地较小的直径。相互连接的管子被插入到相邻渗透管的端部，导致了压力的损失。另外，由于相互连接的管子的插入，所述O形圈受到变形或者从所述沟槽中被挤出，从而导致密封失效。在这种类型的相互连接的管子的某些装置中，人们已经知道向O形圈加入润滑剂来帮助安装。所述润滑剂会在渗透流中造成污染问题。
根据本发明，提出了一种能够连接到相邻的分离元件上以便放入到一种分离模块中的分离元件。所述分离元件包括一种可渗透的分离主体，分离主体限定了与所述分离主体的第一侧面之间流体连通着的一种渗透通道，以便汇集渗透物。所述分离元件还包括与所述渗透通道流体地连通的渗透管。所述渗透管横跨在第一和第二端之间。分离元件还包括在可渗透的分离主体的第二侧面上的一种滞留物通道。所述分离元件，还包括连接着管子且能够与密封元件相配合的密封面，并在所述密封面和相邻的分离元件的密封面之间轴向地压缩所述密封件。这防止了流体在渗透管的端部，从滞留物通道流入到所述渗透管中。
因此，本发明的一个目的是提供一种处于相邻分离元件之间的密封结构，所述结构减少了密封面的数量，从而减小了渗透流中污染的危险。
本发明的另一个目的是提供一种在连接着所述渗透管的相邻分离元件之间的密封结构，所述结构被轴向地压缩而在相邻的分离元件的渗透管之间提供一种液体密封的连接。
本发明的另一个目的是提供一种密封结构，在分离元件被安装到分离模块中的过程中，所述结构消除了所述密封结构的转动或滑动。
本发明的另一个目的是提供一种密封结构，在分离元件被安装到分离模块中的过程中，所述结构减小了密封结构变形的可能性。
本发明的另一个目的是固定所述密封结构的位置，以防止在工作期间因所述分离模块或密封结构的运动对所述密封结构的磨损。
本发明的另一个目的是提供一种不会限制所述渗透管中的流体流动的密封结构。
本发明的另一个目的是提供一种不会减少分离元件的有效长度的密封结构。
本发明的另一个目的是提供一种处于相邻的分离元件之间的固定所述分离元件的锁合装置，并在所述密封结构上提供一个预定的轴向压缩量。
本发明的另一个目的是消除对于用以帮助分离元件安装的密封结构上的润滑剂的需要，从而消除对渗透流污染的潜在危险。
本发明的另一个目的是提供一种能够增加所述密封结构的有用寿命的密封结构。
本发明的至少一个实施例的另一个目的，是在相邻的分离元件之间提供一种锁合结构，所述结构提供了一种听得见或摸的着的提示，以提示所述元件被完全锁合在一起了。
本发明的至少一个实施例的另一个目的是在安装之前给密封面开槽，以便在分离元件的操作过程中保护密封面。
本发明的至少一个实施例的另一个目的，是提供用于容纳和保持所述密封结构的沟槽，以避免所述密封结构的无心丢失。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种渗透接触面连接器(permeate interface adapter)，所述连接器包括与相邻分离元件之间采用的密封结构相同的密封结构。
通过参照以下详细说明，同时结合附图进行考虑，本发明的其它特点和优势将更为易于理解，因为所述特点和优势将变得更加明白，其中
图1是本发明的一个优选实施例的局部断开的分离模块的剖视图；图2是根据本发明一种优选的端盖并显示了渗透管的一种展开视图；图3是显示了所述端盖的另一个优选实施例的立体图；图4是局部断开方式的立体图，其显示了另一个优选端盖装置；图5是显示所述密封结构的一种优选构造的局部断开的剖视图；图6是端盖装置的一个优选实施例的端部视图；和图7是一种优选的分离元件的局部展开的立体图。
图1中，分离模块被总体地显示为附图标号10。模块10包括通用地表示为附图标号12的多个分离元件。分离元件12可以包括任何已知的分离元件，所述分离元件具有允许流体流中的一种成分透过而不允许所述流体流中的另一种成分透过的表面。适合的分离元件12可以使用任何构造形式的任何类型的有效分离材料，所述分离材料提供了用于使含有可渗透和不可渗透成分的流体沿着所述分离材料的一侧通过的适当的通道，以及用于从所述分离材料的相对一侧收集可渗透成分的通道。用于渗透物和滞留物的合适通道可以具有辐射形，螺旋形或者其它构造，所述构造可以通过含有可渗透和不可渗透流体的流体轴向地进入和轴线地流出所述分离元件，或者收集渗透流体并轴线地输送到所述分离元件的外面。采用的构造的实例包括螺旋缠绕构造和空心纤维构造。
通过分离元件的流优选地被配置成使得存在一种同轴的流，其中渗透流处于所述元件的中央部分(即，沿着轴线A，如图7中所显示)。图1中的箭头显示了各流体的流动方向。然而，本发明可以采用分离元件，这里一种或者两种流体通过偏离中心的入口和出口轴向地穿过所述元件。在各种构造中，这种类型的合适的分离元件对于本领域技术人员而言是众所周知的。
如图7中所最好地显示的那样，用于分离元件的最优选的构造包括具有多个膜片瓣14的螺旋缠绕元件12。滞留物通道片16将每个膜片瓣14隔开。滞留物通道片16包括一个网孔片，如本领域中所熟知的，用以提供相邻瓣14之间的隔离。滞留物通道片16限定了滞留通道。每个滞留物通道与相邻分离元件12的滞留物通道流体地连通。
每个瓣14缠绕着渗透管18。渗透管18包括穿过管的多个孔20。孔20用于接受渗透物，并允许渗透物进入到渗透管18。
所述分离元件的径向最外部分，处于瓣14之上，可以包括一种盖子或包裹层。所述盖子可以包括一种不可渗透层，所述层将限制任何输送或滞留的材料穿过到达所述分离元件12的外面以及分离元件12与压力容器24之间。这样的盖子在本领域是众所周知的。所述盖子可以包括任何适合的覆盖层，例如玻璃纤维、环氧树脂或者任何其它不可渗透材料的足够多的层，包在瓣14的外面。其他可用的盖子包括在美国专利No.6 006 254中所描述的那些。
每个瓣14限定了一种流体地连通着瓣14的第一侧面的渗透物通道。所述渗透物通道由配置在瓣14内部的渗透通道片22所限定。渗透通道片22包括一种网孔片，如在所述技术领域中所熟知的，以提供对瓣14的隔离。每个瓣14以普通的众所周知的方式围绕着渗透通道片22包裹，并固定在渗透管18上。瓣14的开口端被固定在渗透管18的孔20周围。因此，限定了渗透通道的渗透通道片22与孔20流体地连接，以允许流入到渗透通道中的渗透流体流过渗透通道，并通过孔20进入到渗透管18中。具有这种普通结构的分离元件的一个实例是可以从FilmTec公司买到的“BW30-400”。
渗透物通道收集分离出的渗透物，用于流通所述渗透物通道，滞留物通道分配或收集滞留物，用于连通所述滞留通道。所述渗透物通道连通着孔20，孔20允许流体流入到渗透管18中。
如图1中所最好地显示的，模块10还包括压力容器24。每个分离元件12都被装在压力容器24中。更具体地说，压力容器24限定了一个内部通孔25。分离元件12被定位在内部通孔25中。虽然在该压力容器24中可能只存在一个元件12，但在典型的压力容器24中可能存在多达七个或八个连接成串联形式的分离元件12。压力容器24由端板或承重板26来封闭。压力容器24的两端都包括端板26。如图1中所显示，端板26优选为圆形，且包括连接到输送管30的输送开口28。端板26也包括一个渗透物开口或端口32。压力容器24另一端的端板26包括一个类似于输送开口30的滞留物排放开口(没有示出)。滞留物排放开口允许滞留物排出压力容器24。两个端板26还配有渗透物出口。通常，两个渗透出口中的第二个被塞住，以使渗透流只流出压力容器24的一端，如图1中所显示。
如以上所描述，这里所公开的压力容器24的类型通常具有一个输送入口和一个滞留物出口。然而，应该理解，可以采用多个输送入口、多个滞留物出口和多个渗透物出口。
每个分离元件12，在其每一端上包括一个被通用地表示为标号34的端盖。每个端盖34包括一个被通用地表示为标号36的内毂。内毂36限定了一个内毂端面38。内毂端面38优选地是一个平面。内毂36还具有一个从中穿过的环形通孔40。环形通孔40用于容纳渗透管18。虽然环形通孔40可以是圆柱形的，在某些实施例中，环形通孔的内径呈锥形以利于端盖34与渗透管18的连接，就如以下所更详细描述的。另外，环形通孔和渗透管18，虽然优选地具有圆形横截面，可以采用任何适当的几何结构。
如图2-4和6所最佳显示的，多条棱(ribs)或轮辐42从内毂36径向地向外延伸。棱42起着抗伸缩结构的作用。特别是，棱42与瓣14的端部相接合，以防止瓣14伸缩或彼此相对移动。因此，棱42限定了其间的瓣14。棱42还留有足够的流道，以便输送物或滞留物离开一个分离元件12进入到相邻的元件12。
在一个优选的实施例中，如图3和6中所显示，每条棱上可以包括一个凸缘44。凸块46从凸缘44上向外伸出。凸块46用于越过相邻端盖的棱42，如图6中所显示。更具体地说，每个棱可以在其外缘表面上限定一个通道或槽口47。凸块46越过棱42的一个向外延伸的面，并进入到通道47中。凸块46因而被固定在通道47中。随着几个凸块同时被插入到各自的通道47中，可以观察到有声的以及物理的指示，以提供如以下所描述的各端盖被锁合到位的反馈。
端盖34还包括一个通用地表示为48的外毂。外毂48在其上限定了一个外毂面50。通用地表示为标号52的锁合结构也被配置在端盖34上。图1中显示了锁合结构52，锁合结构52能够将端盖34固定在相邻分离元件12的端盖34上。锁合结构52优选的被配置在外毂面50上。锁合结构52包括多个配置在外毂面50周围的凸块和塞孔。凸块和塞孔可以采用几种形式中的任何一种。如图2中所显示，凸块包含多个铲状物(spades)54。每个铲状物54具有内侧相对较薄的部分56和外侧的头部58。头部58的厚度大于内侧部分56的厚度。
塞孔包括处于外毂面50上的开口60。如图所示，开口60具有一个中央区域62。中央区域62大得足以允许铲状物54的头部58插入到开口60中。在外毂面50的下面形成了一个通道，以容纳铲状物54的头部58。开口60包括侧面部分64。侧面部分64具有小于中央区域62的宽度。侧面部分64允许铲状物54的内侧部分56从中穿过，但不允许头部58穿过。
因此，为了锁合这种类型的端盖，相邻的端盖被对正，使得铲状物54的头部58与相邻端盖34的开口60的中央区域62对正。端盖34被推到一起直至各自的外毂面50相接合。端盖34之间然后沿着顺时针或逆时针方向作相对运动，直至铲状物54的内侧部分56降至开口60的任何侧面部分64的端部的最低点。一旦处于这个位置，所述端盖彼此之间不能作轴向相对运动。要断开端盖34的这种连接，只需通过沿着相反方向相对转动端盖34，直至头部58对齐所述开口的中央区域62来实现的。端盖34，当处于此位置时，彼此之间能够作轴向相对运动，从而使一个分离元件12从相邻的分离元件12上脱离连接。另外，相邻分离元件12的图2中的端盖34具有相同的锁合结构52。因此，具有相同锁合结构52的端盖34被配置在分离元件12的两端。
如图4中显示一种替代的锁合结构52。如图4中所显示，所述凸块包括多个L形的抓钩66。L形的抓钩66供后面的狭槽68使用。狭槽68包括用于容纳L形抓钩66的最外脚的塞孔。因此，L形抓钩66的外脚被容纳在狭槽68的后面，从而轴向地相互锁合相邻的端盖34。
如图4中所最好地显示的，端盖34中的一个包括一个外环凸缘70。外环凸缘70从端盖轴向地向外凸出到超过外毂面50。凸缘70在操纵分离元件12期间保护渗透管的密封免受损坏。图4装置中显示的另一个端盖34包括外环凹座72。外环凹座72用于容纳相对端盖34的外环凸缘70。如图1中所显示，处于一个端盖34上的一个或多个L形抓钩66的外脚可以包括凸块74。类似地，处于相邻端盖34上的L形抓钩66的相反的外脚可以包括用于容纳凸块74的小凹座76。所述凸块的用途是在当端盖34被锁合而发出可听见的和物理的反馈以指示端盖34被完全地锁合到位时，安装在凹座76中。
上面具有外环凸缘70的一个端盖34(左面的一个)的外毂面50，从棱42的最外表面稍微地向前延伸。相邻端盖34包括处于每个靠近最外端的棱上的槽口78。槽口78允许相邻端盖34的外毂面50安装在其中。即，槽口78为相邻端盖34的外毂面50提供了间隙。
为了组装这种结构的端盖34，分离元件12必须被构造成，在一端上带有具有外环凸缘70所公开类型的端盖，而在另一端上带有具有外环凹座72的类型的端盖34。相邻的分离元件12被轴向对正并推到一起，以使L形抓钩66的外脚与狭槽68相啮合。端盖之间(沿图4中显示的顺时针方向)被相对地转动，直至L形抓钩66在狭槽68中降到底部。在某些实施例中，凸块74会与凹座76相接合，发出可听见的和物理的指示，以指示所述端盖之间被相互锁合在一起。在某些实施例中，如图3和6中所显示，棱42的凸缘44上的凸块46(只在图3中可见)与由相邻端盖的棱42限定的通道47相接合，如图6中所显示，从而发出可听见的或物理的反馈，以指示端盖34被锁合了。
相邻端盖34之间的连接如图1中所最佳显示。对于处于锁合位置中的各端盖34，环形凸缘70环绕着环形凹座72。以这种方式，环形凸缘70对相邻端盖之间的连接提供了额外的支撑，并防止两个相邻的分离元件之间相对弯曲，特别是在将分离元件安装到压力容器24的过程中。
虽然提供了两种优选的锁合结构52，应该理解，可以采用任何适合的结构来锁合各端盖34。例如，具有加大锥形头的推型连接器可以被插入到相邻端盖上的孔中。作为替代，轴向延伸的销子可以被组合到端盖中，所述销子径向地偏移到相邻端盖的凸耳或凸块之上。当所述销子的凸耳或凸块钩在相邻端盖上对应的凸耳后面时，所述端盖被锁合在一起。还有另外可供选择的方法是倚赖于单组或多组相对的螺旋槽和螺纹，以典型的螺纹方式将元件锁合在一起。优选地，锁合结构是使得在相邻的渗透管之间的密封结构上施加预定的最小的力，如以下将讨论的。优选地，所述锁合结构还将允许密封力随着由通过模块10的流体的轴线流动施加到分离元件12上轴向力而增加。在所述分离元件的滞留物通道片16中，所述力因流动引起的压力降低而自然地升高。
如图1中所显示，端盖还可以包括用于容纳O型圈82的外侧O形圈槽80。O形圈82在端盖34的最外表面和压力容器24的内表面之间提供密封。密封件84防止了输送物和滞留物的流体流穿过所述端盖的密封件区域。O形圈82被显示处于在端盖34的外表面上。然而，可以理解，O形圈82可以在相邻端盖的各外毂面50之间提供密封。如果O形圈密封件被配置在外毂表面上，将防止输送物和滞留物流体从分离元件12的外面通过端盖的外毂表面流过。在这种情况下，在端盖和压力容器之间，可以采用也可以不采用O形圈82。还应该理解，所述O形圈只是多种适合的密封结构中的一种。V形杯和六瓣密封件，例如出自Precision Associates公司的Multiseal，被证明是可供选择的。
本发明的一种重要的特性是在相邻的分离元件12的渗透管18之间提供一种改进密封。有必要在相邻分离元件12的渗透管18之间提供一种可靠的密封，以防止来自输送物或滞留物流体的任何污染物在连接处进入到渗透管18中。
通常，密封结构包括连接着渗透管18和密封件的密封面。所述密封面能够与一个密封件相配合，并在第一分离元件12的密封面和邻近所述分离元件12的密封面之间轴向地压缩所述密封件。如以下的应用，所述密封面能够被连接到所述渗透管，其要么通过与所述管本身形成一个整体元件，要么可以是第二个元件，例如直接与渗透管18相邻且能够被连接到其上的端盖34的内毂来实现该连接。在某些实施例中，所述连接也可以是固定的，例如当内毂被磨擦焊接或溶解粘结到所述渗透管上的时候。所述连接也可以不固定，例如当内毂在所述渗透管和所述内毂通孔之间的接触面处与第二密封件(未示出)相接合的时候。
所述密封结构的一种优选的构造，如图2和5所显示，所述密封面包括第一84和第二86渗透管端面。即，渗透管18横跨在其第一84和第二86端面之间。所述第一84和第二86端面是环形的，优选地截面呈圆形。每个第一84和第二86端面大致是平坦的。
第一84和第二86端面中的至少一个包括环形沟槽88。如图2和5中所显示，所述环形沟槽处于第一端面84上。环形沟槽88用于在其中容纳和固定密封件。优选地，如图2中的展开视图所显示，所述密封件包括一个O形圈90。沟槽88的宽度稍微小于O形圈90的横截面。以这种方式，O形圈90将被稍微压缩而进入到沟槽88之中。换种方式，所述O形圈的内径稍微小于沟槽88的内径。以这种方式，所述O形圈会被稍微拉伸到所述沟槽上。这样会提供一种摩擦配合来将O形圈90保持在沟槽88中。另外，沟槽88的深度稍微小于O形圈90的横截面。这允许O形圈90从沟槽88中凸出，来接合相邻分离元件12的第二端面86。虽然沟槽88优选地以适当的方向保持着O形圈90，应该理解，在本发明的范围内，可以利用替代的方法将所述密封件保持在适当的位置，作为实例，可以采用一种适当的胶粘剂。在这种情况下，沟槽88可以被取消，且两个端面84、86会在整个表面上都是平坦的。O形圈90然后可以被固定到端面84、86中的一个上面。作为替代，会采用从沟槽的侧壁上凸出的小棱，以产生有效沟槽宽度小于O形圈90的横截面的区域。另外，虽然O形圈是优选的密封元件，应该理解，任何适合的密封结构，例如具有一种压缩密封件或带有非圆截面的密封件，都可以在本发明的范围内采用。非圆横截面的密封件包括四瓣密封件，例如出自Parker Hannifin公司的Par4密封件，六瓣密封件，例如出自Precision Associates公司的Multiseal，出自GoshenRubber公司的Tetraseal，出自Parker Hannifin公司的Press-In-Place，以及其它已知的密封件，例如U杯和V杯。
如图5中所显示，端盖34被固定在各渗透管18上，以便允许第一渗透管18的第一端面84接触所述第二渗透管的第二端面86。在这种结构中，处于内毂36和渗透管18的外表面之间的流体密封件就不是决定性的。因此，内毂36可以以任何方式固定到所述渗透管的外表面上，所述方式包括，例如摩擦配合，通过利用胶粘剂，通过磨擦焊接或通过溶解粘结。当然，任何将内毂36连接到渗透管18上的方式都处于本发明的范围之内。作为替代，在本实施例中，端盖34可以直接被固定到瓣14的端部或者固定到所述盖子上。
在所述优选实施例中，端盖12，由一种能够被磨擦焊接或溶解粘结到所述渗透管或者所述渗透连接管(permeate interface tube)上的材料而整体地形成，如以下所述。所述材料可以包括，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)或者任何其它的热塑性材料，例如，聚砜PVC之类的材料。其它适合的材料会包括任何热固性塑料或两组份反应成形化合物，例如氨基甲酸乙酯或者环氧树脂。
为了改进以上所描述类型的相邻分离元件12的渗透管18之间的密封，要借助于两个元件12。第一分离元件12的渗透管18的第一端面84，在其上面包括大致平坦的表面并具有沟槽88。O形圈90受到少许压缩并安装在沟槽88之中。第一和第二分离元件被彼此相邻放置，使得各自端盖对正以允许锁合结构如以上描述的那样相互配合。
O形圈90在相邻渗透管18的各自的第一84和第二86端面之间被轴向地压缩。锁合结构52固定相邻的端盖34，从而固定相邻的分离元件12。O形圈90防止输送流或者滞留流中的任何流体，通过相邻的分离元件12的连接处进入到渗透管18中。通过将端盖34恰当地定位在渗透管18上，预定的轴向力会被加在O形圈90上，从而在相邻渗透管18之间提供适当的密封。
在一种替代的优选实施例中，如图1、3和4中所显示，处于端盖34上的内毂端面38提供了密封面。如以上所描述，端盖34上的内毂端面30是大致平坦的表面。端盖34上内毂端面38中的一个优选地包括用于容纳O形圈94的沟槽92。当采用这种结构时，在内毂36和渗透管18的外表面之间，流体密封是理想的。更具体地说，内毂36的环形通孔40必须与渗透管18的外表面相连接并密封。这种流体密封结构对于防止内毂38和渗透管18的外表面之间的输送物或者滞留物流体的流动是必须的。改进这种流体密封结构的优选方法是将内毂36磨擦焊接到渗透管18上。为了便于这种连接，内毂36的环形通孔40可以被作成锥形。在内毂36和渗透管18之间提供流体密封连接的其它方法处于本发明的范围之内。作为实例，内毂36可以被溶解粘结到所述渗透管上。作为替代，可以采用适当的粘结方法。另外，通过在内毂36和渗透管18之间恰当地采用密封元件，可以完善流体不可渗透的密封。可以如此采用任何适当的密封方法，而在所述内毂36和渗透管18之间提供密封。
如以上所述，虽然沟槽适合以适当的方向固定所述O形圈94，应该理解，在本发明的范围之内，利用替代的方法，作为实例比如采用适合的胶粘剂，所述密封元件可以被保持在合适的位置中。在此情况下，沟槽92可以被取消，两个相邻的内毂端面38在整个表面上将是平坦的。O形圈94然后可以被固定到一个内毂端面38上。另外，虽然O形圈94是优选的密封件，应该理解，在本发明的范围内，任何适当的密封件，作为实例比如压缩密封件，都可以被采用。
为了改进以上所描述类型的相邻的分离元件12的渗透管18之间的密封，要借助于两个元件12。相邻分离元件的端盖34的内毂端面38包括大致平坦的表面。内毂端面38中的一个上面包括有沟槽92。端盖34被固定在各自渗透管18上，以便在端盖34和渗透管18之间提供流体密封连接。优选地，端盖34被磨擦焊接到各自渗透管18上。O形圈94受到少许压缩并定位在沟槽92中。第一和第二分离元件12被彼此相邻放置，使得各端盖34对正，以允许所述锁合结构如以上所描述的相互配合。端盖34被固定在各自的渗透管18上，以允许第一端盖34的内毂端面38接触第二端盖34的内毂端面38，如图1中所显示。
O形圈94在第一端盖34的内毂端面38和第二相邻端盖34的内毂端面38之间被轴向压缩。锁合结构52固定相邻的端盖34，从而固定相邻的分离元件12。另外，通过将端盖34适当地固定在渗透管18上，一个预定的轴向力可以被施加在O形圈94上，而在相邻的内毂端面38之间提供适当的密封。密封着相邻内毂端面38的O形圈与介于内毂36和渗透管38之间的流体密封连接相结合，防止了输送物和渗透物流中的任何流体在相邻分离元件12的连接处进入到渗透管18中。
通过在相邻分离元件12的端盖34的内毂端面38之间提供密封，可以获得某些优点。第一，以一种相邻渗透管18的端面84、86不必相互接触的方式，端盖34可以被定位在渗透管上。第二，内毂端面38提供了一个用以安放所述密封件的较大的表面。最后，所述管子端面86相对于锁合结构52的轴向对正变得不那么重要。
应该理解，这里所描述的密封装置可以相互结合使用，以便进一步改善所述模块的整体性。
模块10还包括一个元件接触面连接器，通用地标示为标号96。接触面连接器96连接着处于压力容器24中最外层分离元件12的外端盖34，如图1中所最佳显示的。接触面连接器96，用于在压力容器24中的第一和某些实施例中的最后分离元件12的渗透管18以及渗透连接管98之间提供流体密封。所述连接允许渗透物排出，在某些实施例中进入到压力容器24中，而不会在压力容器24的内部通过输送物和滞留物流体造成污染。
接触面连接器96包括采用如以上所阐述和如图1-4中所显示的任何构造的端盖34。端盖34包括如先前所描述的锁合结构52。端盖34被连接到渗透连接管98。接触面连接器96的渗透连接管98，与以上所描述的渗透管18不同，从头至尾没有任何孔。渗透连接管98也没有任何瓣14连接到其上。渗透连接管98，以如上面阐述的将渗透管18与内毂36相连接的任何方式，被连接到所述端盖的内毂36上。
在一种优选实施例中，如图1中所显示，渗透连接管98以一种适当的流体密封方式与端盖34的内毂36相连，例如通过磨擦焊接。另外，如以上所阐述，内毂36可以被做成锥形以有助于磨擦焊接过程。内毂端面38是完全平坦的。所述内毂端面38，接合着容纳在处于相邻端盖34的内毂端面38上沟槽92中的O形圈94。端盖34然后以上面所阐述的方式被锁合。以这种方式，处于最后的分离元件12的端盖34和接触面连接器的端盖34之间的O形圈94以轴向压缩方式被固定。这在最后的分离元件12的渗透管18和渗透连接管98之间提供了一种流体密封关系。
虽然接触面连接器96的端盖34的内毂端面38被显示为在整个表面上是平坦的，应该理解，此内毂端面也可以包括用于容纳O形圈的处于其上的沟槽。在这样一种情况下，优选地，所述分离元件12的相邻端盖34的内毂端面38是平坦的。另外，虽然如图1中所显示，所述密封在相邻端盖34各自的内毂端面38之间实现的，应该理解，所述密封可以在渗透管18的端面84、86中的一个和渗透连接管98的端面100之间被实现。这是通过在渗透管18的端面84、86中的一个上，或者在渗透连接管98的端面100上配置一个沟槽来实现的。所述密封然后以如上面所阐述的方式得以实现，以便直接在相邻分离元件12的渗透管18的端面84、86之间提供密封。
一种渗透物连接器被通用地表示为标号102。渗透连接器102通过端板26中的渗透物开口或端口32伸出。渗透连接器102包括第一管状部分104。第一管状部分104具有与渗透连接管98的外径近似匹配的内径。第一管状部分104的内表面包括用于容纳O形圈108的一个环形槽106。O形圈108在第一管状部分104的内表面和渗透连接管98的外表面之间提供流体密封。以这种方式，得以防止输送物或滞留物的流体通过此连接处进入到渗透连接管98中。
渗透连接器102还包括第二管状部分110。第二管状部分110与第一管状部分104构成一个整体，并具有比起第一管状部分104相对较小的直径。侧壁112连接着第一104和第二110管状部分。第二管状部分110通过端板26上的渗透开口32伸出。第二管状部分110还包括一个有螺纹的开口114。该有螺纹的开口114用于容纳带有螺纹的管子，以便将渗透物排出到压力容器24之外。
具有渗透连接管98的这种类型的端盖34优选地被用于模块10的两端。也就是说，处于第一元件12上的第一端盖34包括通过那里延伸的渗透连接管98，处于最后元件上的最后端盖34包括，如图1中所显示包括通过那里延伸的渗透连接管98。当只采用一个模块10时，渗透连接管以第一端，没有示出，被插入到渗透连接器102中，所述渗透连接器在开口114处与一个带有螺纹的塞子或管子相配合。所述第二端如图1中所显示。这种结构允许输送物或滞留物沿着图1中的箭头方向通过瓣14流动。所述渗透物通过渗透管18沿着图1中箭头的方向流动。随着输送物和渗透物继续流过模块10，所述流中的杂质浓度得到浓缩。因此，相对浓缩的滞留物，通过与具有输送开口28的端部相反的端部被排出。
在某些实施例或工艺中，要求对滞留物进行进一步分离。在这样一种情况下，排出模块10的所述滞留物可以被引导到相邻模块10的输送管30。在所述情况下，也要求将第一和第二渗透模块的渗透管相连接。为了实现此目的，第一模块的两个端板26都包括滞留物开口。最外侧的分离元件12的每端都含有与渗透物连接器102相连的渗透物连接管98。第一模块10的渗透连接器102中的一个，会通过连接到所述有螺纹的开口的一个适当的管子，与下一个相邻模块10的渗透连接器相连接。如果要采用两个模块10，最端部的连接器102会如以上描述那样被塞住。在此情况下，渗透物会只从一端流出所连接的模块。
为了构成一个整体的模块10，提供了一个压力容器。采用了第一分离元件12。第一分离元件12的一个端盖34被连接到具有渗透连接管98的另一个端盖34上。这种装置然后被滑动到压力容器24的通孔25中，直至第一分离元件12被完全地支撑在压力容器24中。然后通过相对于第一分离元件12转动第二分离元件12，第二分离元件被固定到第一分离元件12上。优选地，发出要么可听见的要么物理的反馈，以指示两个端盖34被相互锁合在一起。这种锁合还在相邻的渗透管18之间实现密封。这种过程一直重复，直至最后的分离元件已经被放置到压力容器24的通孔25中。然后，具有另一个渗透连接管98的端盖被固定在最后的分离元件12的端盖34上。具有配置在渗透物端口32中的渗透物连接器102的端板26，然后以一种众所周知的方式，被安装到压力容器24上。渗透连接器102的第一管状部分104被配置在渗透物连接管98外表面的周围，且O形圈108为所述元件之间提供了密封。在所述容器的第一端，开口114与一个带螺纹的塞子相配合，且滞留物管子被连接到滞留物开口28上。在所述容器的第二端，管子116被旋入到开口114中，且输送管30被连接到输送开口28上。
利用相邻元件12之间的所述连接，并利用以这种方式制成的元件接触面连接器96，可以在渗透物管连接处提供一种更为可靠的密封。形成所述连接所需密封件的数量也被减少了。另外，由锁合结构52产生的轴向密封压缩提供了更为可靠的密封结构。最后，通过在滞留物通道片16中因流动所引起的压力降低而导致的自发的作用力升高，所述密封的轴向压力得到了增强。
所公开的实施例代表着本发明的当前实现形式，仅仅是为了说明而不是对其进行限定。显而易见，根据以上的技术，本发明的许多改进和变化形式都是可能的。因此，应该理解，在所附权利要求书的范围之内，本发明可以以不同于以上所特别描述的方式被实现。
权利要求
1.一种分离元件，其包括可渗透的分离主体，其限定了用于收集渗透物的与所述分离主体的第一侧面流体连通的渗透物通道；渗透物管，其沿着第一和第二端之间的轴线延伸，并与所述渗透物通道流体连通；处于所述可渗透分离主体的第二侧面上的滞留物通道；一种密封面，其连接到所述渗透物管，并能够在所述密封面和相邻地定位的分离元件的密封面之间轴向地压缩一个密封元件。
2.如权利要求1所述的分离元件，其中所述密封面包括所述渗透物管的一个端面。
3.如权利要求2所述的分离元件，其中所述端面包括能够用于容纳并保持一个密封元件的环形沟槽。
4.如权利要求3所述的分离元件，其包括用于放置在所述环形沟槽中的O形密封件。
5.如权利要求1所述的分离元件，其中所述密封面包括固定在所述外表面周围并邻近所述渗透物管一端的环形密封面，以防止所述环形密封面和所述渗透物管之间的流体流动。
6.如权利要求5所述的分离元件，其中所述环形密封面包括处于其中的用于容纳并保持密封件的环形沟槽。
7.如权利要求6所述的分离元件，其包括用于放置在所述环形沟槽中的O形密封件。
8.如权利要求1所述的分离元件，还包括分别配置在所述渗透管的所述第一和所述第二端周围，并在其间具有所述可渗透主体的第一和第二端盖，所述端盖上包括一种锁合结构，所述锁合结构能够与相邻定位的分离元件的对应端盖可释放地啮合。
9.如权利要求8所述的分离元件，其中每个所述第一和所述第二端盖，各自限定了具有一个内毂端面的内毂，以及一个限定了一个外毂端面的外毂，所述锁合结构配置在所述外毂的端面上。
10.如权利要求9所述的分离元件，其中所述端盖包括许多在所述内毂和所述外毂之间延伸的棱。
11.如权利要求10所述的分离元件，其中所述锁合结构包括多个配置在所述外毂周围的凸块和塞孔，所述外毂的所述凸块能够与相邻定位的分离元件的外毂的对应塞孔可释放地啮合，以便将所述分离元件与相邻分离元件相连接；并在其间轴向地压缩密封元件。
12.如权利要求11所述的分离元件，还包括处于至少一个所述锁合结构和所述棱之一上的凸块，以便接合处于所述锁合结构和所述棱之一上的槽口，从而提供反馈来指示所述锁合结构被锁合了。
13.如权利要求6所述的分离元件，其中所述内毂被摩擦焊接到所述渗透管上，以防止所述内毂和所述渗透管之间的流体流动。
14.如权利要求1所述的分离元件，其中所述可渗透分离主体包括一种螺旋缠绕膜片。
15.一种用于分离元件的端盖，其包括限定了内毂端面的内毂；限定了外毂表面的外毂；多个在所述内毂和所述外毂之间伸展的棱；处于所述内毂端面上，能够在其中容纳并保持密封元件的沟槽。
16.如权利要求15所述的端盖，其包括用于放置在所述沟槽中的O形密封元件。
17.如权利要求15所述的端盖，其包括配置在所述外毂表面上的一种锁合结构，所述锁合结构包括配置在所述外毂周围的多个凸块和塞孔，所述外毂的所述凸块能够可释放地接合处于相邻分离元件上的外毂上的对应塞孔，从而将所述分离元件与相邻分离元件相连接，并在其间轴向地压缩其间的密封元件。
18.如权利要求15所述的端盖，还包括以流体密封方式固定到所述内毂上的通过那里伸展的渗透连接管。
19.如权利要求17所述的端盖，还包括处于所述锁合结构或者所述棱之一上，能够接合到对应槽口的一个凸块，以提供所述锁合结构锁合的反馈。
20.一种螺旋缠绕分离元件，其包括沿着第一和第二端之间轴线伸展的渗透管；至少一个连接到所述渗透管上并螺旋缠绕在所述渗透管周围的瓣；配置在所述渗透管的所述第一和所述第二端的每一个上，并具有配置在其间的所述瓣的第一和第二端盖，所述第一和所述第二端盖每个都具有内毂和外毂，所述内毂和所述外毂通过多个棱相互连接；一种配置在所述端盖上，用于固定相邻分离元件的端盖的锁合结构，其改进包括所述第一端盖包括一个凸块而所述第二端盖包括一个槽口，当处于锁合位置时，所述凸块和槽口能够啮合处于相邻端盖上的对应结构，从而提供反馈以指示所述锁合结构被锁定。
21.如权利要求20所述的螺旋缠绕分离元件，其中所述凸块和所述槽口分别处于所述第一和所述第二端的所述外毂上。
22.如权利要求20所述的螺旋缠绕分离元件，还包括一种在相邻分离元件的渗透管端部和相邻分离元件的内毂中的一种之间可轴向压缩的密封件。
23.如权利要求20所述的螺旋缠绕分离元件，其中所述第一渗透管端部和所述端盖的所述内毂之一包括有处于其上的用于容纳密封元件的沟槽。
全文摘要
提供了一种能够用于连接相邻分离元件(12)的分离端盖(34)。所述端盖(34)可以被定位在分离元件(12)的远端，并能够用于与处于分离元件(12)内部的渗透管(18)相连接。在一个实施例中，端盖(34)包括用于容纳O形圈的内毂36，以便对处于相邻分离元件(12)上的端盖的内毂(36)进行密封。端盖的内毂可以被磨擦焊接到渗透管(18)的外表面上。端盖的外毂(48)上的锁合结构(52)，与相邻分离元件(12)的端盖(34)上的锁合结构(52)相配合而可释放地锁合所述端盖，因而锁合相邻分离元件。锁合结构(52)优选地在O形圈(34)上提供预定的轴向力，以密封相邻分离元件(12)的渗透管(18)之间的连接。所述密封结构也可以提供可听见的和/或可见的反馈，以指示相邻端盖之间实现了锁合。
文档编号B01D63/12GK1538871SQ02815217
公开日2004年10月20日 申请日期2002年7月3日 优先权日2001年8月1日
发明者M·J·哈伦, J·E·约翰逊, L·D·约翰逊, M J 哈伦, 约翰逊 申请人:膜技术公司, 陶氏环球技术公司