螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件和膜元件的制作方法

专利名称：螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件和膜元件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双流道对流反渗透膜组件，特别是螺旋卷式双流道对流反渗 透膜组件，该膜组件尤其是用于双流道对流反渗透分离装置。
背景技术：
近几十年来在世界范围已大量应用于海水淡化等的反渗透分离装置，是由单流道 的反渗透膜组件组成的。由于单流道反渗透膜组件的构造是在反渗透膜的一侧设置直通的 高压流道，使流入的稀溶液脱水浓缩后排出，在膜的另一侧流道，则只设排水口，排出的渗 透水是清水，浓度为零。如进行高度浓缩，则浓缩度越高渗水量越大，随之，反渗透膜两侧溶 液的浓度差及其渗透压差就会更大，因此克服渗透压的高压泵的压力也就需更高，这样，不 仅会超过了泵的允许压力，而且反渗透膜亦会被压破，所以只能进行低度浓缩。在本申请人的发明专利(专利号为ZL99103186. 5)的公开说明书CN 1116096C中 公开一种双流道对流反渗透分离装置，其包括核心部件双流道对流反渗透膜组件。螺旋卷 式双流道对流反渗透膜元件的构成及制作工艺的原理在本申请人的发明专利CN 1116096C 中包含大量相关描述，在此通过引用使之成为本申请的内容。在处理流体时，该装置是使用 其膜组件，通过四种组合方法和连接顺序，将流体的运行路径多路多段地连接起来，使膜两 侧分成两种浓度的相对流动的小分子量稀溶液，在每一膜组件中都保持膜两侧溶液的“等 浓度差”，从而在无需改变较低泵压力的条件下，逐段进行反渗透脱水，实现高度浓缩和淡 化。这就克服了单流道反渗透的弱点，极大地节约了能源和提高了反渗透的效率。在该发明专利中，双流道对流反渗透膜组件的构造原理见本申请的附图1的上半 部。在反渗透膜5的两侧设置两条流道一侧为流入小分子量原液的高压流道6，设进液口 1及出液口(高压中心管3)；另一侧为流入溶液浓度较低的低压流道7，设进液口(低压进 液管4)及出液口 2，两侧流道的进液口分设在两条流道相对的两端。为了能用较低的操作 压力进行对流流动反渗透，需先将溶液调配成两种不同的浓度，然后用高压和低压使它们 从两端进液口以对流流动方式进入两条流道。由于膜的两侧皆为有浓度的溶液，就降低了 膜两侧溶液的浓度差及其渗透压差，因此用较低的操作压力即可克服渗透压差进行对流流 动反渗透，使流入高压流道的溶液脱水浓缩，流入低压流道的溶液得到渗透水被淡化。在多 路多段的双流道对流反渗透分离装置中，如图1下半部的“两种浓度溶液的坐标图”所示， 需调节每一膜组件中低压流道进液口 4的溶液的流量，使流入的两种浓度溶液保持“等浓 度差”(C1-C2 == C3-C4，符号C表示百分比浓度，L表示纵向尺寸)的渗透压差，逐段进行 对流流动反渗透，使流入高压流道溶液逐段脱水高度浓缩，使流入低压流道的淡化液逐段 淡化至最低浓度，再将流入下一段膜组件的低压流道的淡化液的进液口转为排出渗透清水 的出液口，将高压流道排出的浓缩液作为装置循环液。在反渗透的全过程中都不用改变高 压泵的较低的操作压力，达到节能、高效的目的。根据膜组件的基本构型和构成方法，本实 用新型提出进一步发展的用于双流道对流反渗透分离装置的膜组件。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种用于双流道对流反渗透分离装置的螺旋式双流 道对流反渗透膜组件，其应该结构简单、紧凑，并且容易制作。本实用新型还提供一种用于 该膜组件的螺旋式双流道对流反渗透膜元件。为此本实用新型提出一种螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其包括螺旋卷式双 流道对流反渗透膜元件和外壳，所述膜元件具有膜袋、中心管束导流器和两个端盘；所述膜 袋在一个纵向端部上与低压进液管连接以构成低压进液口，并且在另一个纵向端部上在侧 向开口以构成低压出液口，在膜袋内部形成低压通道，并且膜袋之间在两侧封闭，以便在膜 袋之间形成高压通道；所述中心管束导流器分为两种形式，一种为分散型中心管束导流器 包括多个扇形导流杆，在各扇形导流杆中分别设置与膜元件的多孔高压中心管连通的径向 沟槽及在沟槽内的连续的进液孔，在扇形导流器之间构成用于容纳膜袋低压进液的管槽， 这些扇形导流杆将膜袋的低压进液管固定在作为高压出液口的高压出液管的周围，从而形 成圆柱形的中心管束，使多条膜袋进行螺旋卷式的卷绕。另一种为整体型中心管束导流器， 即用PVC材料预制成0 45-55的圆柱形的中心管束导流器，将圆柱体内构成的中心管孔，作 为膜元件的高压中心管，在中心管周围的圆柱体内构成2-6条与高压中心管平行的管槽， 在管槽之间的圆柱壁上纵向构成与高压中心管连通的连续的进液孔。在每个管槽的外侧边 沿纵向构成细长的可使膜袋插入的开口。安装时将多条低压进液管及膜袋分别从管槽的一 端的开口插入，再推至管槽的另一端，固定在高压中心管的周围，形成圆柱形的中心管束， 安装极其简便。所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜 元件的中心管束导流器的高压进液端上的高压端盘，而另一个端盘是安装在膜元件的中心 管束导流器的低压出液端上的低压端盘，在高压端盘的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶 液通过外壳的高压进液口和所述空隙进入膜元件的高压通道，所述低压端盘的圆周相对于 外壳密封并且具有与膜袋的低压出液口连通的出液孔，从低压出液口排出的低压溶液通过 低压端盘的出液孔和外壳的低压出液口排出；所述外壳用于容纳膜元件，并且具有与膜元 件的高压通道连通的高压进液口、与膜元件的高压中心管连通的高压出液管口、与膜元件 的低压进液管连通的低压进液管口以及与膜元件的低压出液口连通的低压出液口。本实用新型的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件结构简单且特别紧凑，能够容易 地相互组合安装在双流道对流反渗透分离装置中。按本实用新型的进一步方案，外壳具有两个端板，在这两个端板上分别设置所述 低压进液管口和高压出液管口，所述高压出液管口与膜元件的高压中心管以及所述低压进 液管口与膜元件的低压进液管分别通过一个连接装置连接。通过外壳的端板能够将膜元件 牢固地安装在外壳中。按本实用新型的进一步方案，所述连接装置包括一个安装在端盘的套管上的、具 有中心孔的管罩以及一个适配器，所述适配器以一端安装在低压进液管口或高压出液管口 中并且以另一端安装在管罩的中心孔内。由此实现低压进液管口与低压进液管以及高压出 液管口与高压中心管的可靠连接。按本实用新型的进一步方案，在低压进液管口或高压出液管口与端盘之间设置一 个套在管罩上的管式支撑器。由此进一步改善膜元件的支撑。按本实用新型的膜袋可以是一种由反渗透膜与隔断薄片叠合构成的单面膜袋，隔断薄片比反渗透膜长，用Y型抗拉粘接条，将反渗透膜与隔断薄片两侧边缘粘接形成膜袋， 并且在卷绕时反渗透膜位于外侧，而隔断薄片位于内侧，使得高压通道的外环为隔断薄片， 而高压通道的内环为反渗透膜。按本实用新型的膜袋也可以是另一种由两片相同长度的反 渗透膜叠合构成的双面膜袋，在内侧的反渗透膜上续接一段隔断薄片。按本实用新型的进一步方案，在膜袋内或在膜袋之间设置双层隔网或一层粗隔 网，或者在膜袋内以及在膜袋之间同时设置双层隔网或一层粗隔网，并且在膜袋内的隔网 与反渗透膜之间设置防止反渗透膜被压破或塌陷的支撑层细隔网。因此增加流道高度，有 利于溶液流动。按本实用新型的进一步方案，通过在膜袋之内和在膜袋之间在膜袋的纵向上设置 粘接条，将膜元件的高压通道和低压通道分别划分成多个分通道。因此使得溶液的流动更 加均勻。按本实用新型的进一步方案，所述膜元件的两种形式的中心管束导流器，一种是 由多个围绕高压中心管固定的扇形导流杆组成的扇形导流器在各扇形导流杆中分别设置 一个与高压中心管连通的径向沟槽，及在沟槽内连续的进液孔在扇形导流杆之间构成用于 容纳低压进液管的管槽。在该方案中，扇形导流杆和低压进液管共同形成完整的圆柱形状， 这特别有利于膜袋的螺旋卷绕。另一种中心管束导流器，即预制成圆柱形的中心管束导流 器，使圆柱体内的中心管孔作为膜元件高压中心管，在中心管周围的圆柱体上构成与高压 中心管平行的2-6条管槽，作为膜袋的进液管的管槽，在管槽之间的圆柱上纵向设置连续 的进液孔，与高压中心管相连通。在每个管槽的外侧边沿开设细长的管口，便于插入进液管 及其膜袋。安装时只需将各膜袋的低压进液管，从管槽一端的开口插入，并将进液管及其膜 袋推至管槽的另一端即可构成完整圆柱形的中心管束，更便于人进行膜袋的螺旋卷绕。按本实用新型的进一步方案，低压端盘具有一个中心孔，用于将低压端盘安装在 中心管束导流器的一端上，低压端盘的朝向膜元件的内侧面具有一个比周边低的中心区域 以及一个围绕中心区域的环形槽，所述中心区域具有注液孔，通过从注液孔中注入粘液，低 压端盘与膜元件的端面以及中心管束导流器粘接，所述环形槽设有出液孔，并且低压端盘 具有圆周沟槽和安装在圆周沟槽内的密封圈，用于建立与外壳的密封。按本实用新型的进一步方案，高压端盘具有一个中心孔，用于将高压端盘安装在 中心管束导流器的另一端上，高压端盘的朝向膜元件的内侧面具有一个比周边低的中心区 域，所述中心区域具有注液孔，通过从注液孔中注入粘液，高压端盘与膜元件的端面以及中 心管束导流器粘接，并且高压端盘在圆周上具有至少三个支撑在外壳上的支撑柱，使得高 压端盘的圆周与外壳之间保留空隙。按本实用新型的进一步方案，所述膜组件包括成对的膜元件，每一对膜元件的两 个高压端盘彼此相对，并且这一对膜元件的两个高压中心管和两个高压端盘的套管分别通 过联络短管对接，相配于这一对膜元件的在外壳上的高压进液口设置在这两个高压端盘之 间。通过膜组件的组合安装，使得结构更加紧凑。按本实用新型的另一项独立的方案，螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其包括 螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件和外壳，所述膜元件具有一个膜袋、中心管束导流器和 两个端盘；所述膜袋在一个纵向端部上与低压进液管连接以构成低压进液口，并且在另一 个纵向端部上在侧向开口以构成低压出液口，在膜袋内部形成低压通道，并且膜袋之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道；所述膜元件的中心管束导流器包括两个半圆柱 形的扇形导流杆，两个扇形导流杆分别在两侧具有一个半圆形管槽并且在安装情况下共同 形成两个圆形的管槽，其中一个管槽用于容纳高压中心管，另一个管槽用于容纳一根低压 进液管及膜袋，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜 元件的中心管束导流器的高压进液端上的高压端盘，而另一个端盘是安装在膜元件的中心 管束导流器的低压出液端上的低压端盘，在高压端盘的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶 液通过外壳的高压进液口和所述空隙进入膜元件的高压通道，所述低压端盘的圆周相对于 外壳密封并且具有与膜袋的低压出液口连通的出液孔，从低压出液口排出的低压溶液通过 低压端盘的出液孔和外壳的低压出液口排出；所述外壳用于容纳膜元件，并且具有与膜元 件的高压通道连通的高压进液口、与膜元件的高压中心管连通的高压出液管口、与膜元件 的低压进液管连通的低压进液管口以及与膜元件的低压出液口连通的低压出液口。该膜组 件具有与前述膜组件同样的优点。此外，本实用新型的目的还通过一种螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件，所述膜 元件具有多条膜袋、中心管束导流器和两个端盘；所述膜袋在一个纵向端部上与低压进液 管连接以构成低压进液口，并且在另一个纵向端部上在侧向开口以构成低压出液口，在膜 袋内部形成低压通道，并且膜袋之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道；所述分为 两种形式的中心管束导流器，一种为整体式中心管束导流器，即先制成圆柱外形的中心管 束导流器，使圆柱中心的管孔，作为膜元件的高压中心管，在中心管周围的2-6条管槽作为 各膜袋的进液管的管槽，在管槽之间纵向设置与高压中心管相连通的连续的进液孔。在各 管槽的外侧边沿纵向开细长的管口，用于插入膜袋，可方便的将几条膜袋的进液管分别从 管槽一端的开口插入，推至管槽的另一端，简便的进行螺旋形的卷绕。另一种分散式中心 管束导流器包括多个扇形导流杆，在各扇形导流杆中分别设置与高压中心管连通的径向沟 槽，在扇形导流杆之间构成用于容纳低压进液管的管槽，这些扇形导流杆将低压进液管固 定在作为高压出液口的高压中心管周围，从而形成圆柱形的管束，所述膜袋共同地螺旋卷 绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的高压进液端 上的高压端盘，而另一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的低压出液端上的低压端 盘，在高压端盘的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶液通过外壳的高压进液口和所述空隙 进入膜元件的高压通道，所述低压端盘的圆周相对于外壳密封并且具有与膜袋的低压出液 口连通的出液孔，从低压出液口排出的低压溶液通过低压端盘的出液孔和外壳的低压出液 口排出。这种螺旋卷式的膜元件结构简单且特别紧凑。

图1流道对流反渗透膜组件示意图及两种浓度变化坐标图；图1-1单膜片式的双流道对流反渗透膜组件的构型的原理示意图；图1-2单膜袋的单面膜双流道对流反渗透膜组件的立体结构图；图1-3按本实用新型制成的单膜袋的螺旋卷式单面膜双流道对流反渗透膜组件 的横断面图；图2膜片式的双流道对流反渗透膜组件的构型的原理示意图；图3四膜袋的单面膜双流道对流反渗透膜组件的立体结构8[0026]图4按本实用新型制成的四膜袋的单面膜螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件的 横断面图；图5八膜片式的双流道对流反渗透膜组件的构型的原理示意图；图6四膜袋的双面膜双流道对流反渗透膜组件的结构图；图7按本实用新型制成的四膜袋的双面膜螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件的 横断面图；图8单面膜的膜袋的立体图；图9-1中心管束导流器的立体图；图9-2中心管束导流器的扇形导流杆的立体图；图9-3A和9-3B中心管束导流器扇形导流杆的横断面图；图9-4整体式中心管束导流器的立体图；图9-5A和9-5B整体式中心管束导流器的侧视图和纵剖面图；图10部分剖开描述的四膜袋的单面膜螺旋卷式双流道反渗透膜元件的立体图；图11A、11B、11C螺旋卷式双流道反渗透膜元件和端盖的正视图和横断面图1-1、 2-2 ；图12A、12B、12C、12D四膜袋的单面膜螺旋卷式双流道反渗透膜元件和分散式中 心管束导流器及端盖的纵剖面图1，-1，及横断面图3-3、4-4、5-5 ；图12E、12F、12G、12H四膜袋的双面膜螺旋卷式双流道反渗透膜元件和整体式中 心管束导流器及端盖的纵剖面图及其横断面图；图13A、13B、13C、13D四膜袋的单面膜螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件的纵剖 面图及横断面图；图14A、14B、14C、14D两只膜元件对接的双流道对流反渗透膜组件的纵剖面图及 横断面图；图15A、15B、15C、15D螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件在膜组件内组装的系统 图；图16A、16B Y型和X型粘接条的粘接图。
具体实施方式
螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件主要是由螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件 和它的外壳即压力容器所组成。此膜组件可以内置一个或两个或四个或六个或其它数量的 膜元件。以下主要以内置一个膜元件的膜组件为例说明膜组件的构成及其制作工艺。一 .螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件主要包括膜袋(图8)、中心管束导流器(图 9-1至图9-5B)和端盘。一个膜元件可以卷绕一个或两个或四个或六个或其它数量的膜袋。图1-2是图 1-1的单膜片式的双流道对流反渗透膜组件的立体示意图。图3是图2的四膜片式的双流 道对流反渗透膜组件的立体示意图，图6是图5的八膜片式的双流道对流反渗透膜组件的 立体示意图。首先将反渗透膜5两侧流道(高压流道6与低压流道7)之中的低压流道7制成信封状的低压流道单面膜袋7’或双面膜袋7”，再按照要求的卷绕方向、顺序及制作工艺， 将膜袋卷绕成单面膜或双面膜的螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件。图1-3是由一个单面膜袋卷绕成的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件。分散式中 心管束导流器包括两个扇形导流杆9’，每个扇形导流杆在两侧具有半圆槽，使得在两个扇 形导流杆通过螺栓固定时形成两个管槽，用于容纳膜袋7’(图8)中的低压流道进液管4和 高压中心管3。显而易见，在此也可以考虑整体式的中心管束导流器。在管3、4安装在管 槽内并从而形成圆柱形的中心管束导流器之后，将膜袋7’围绕中心管束导流器按逆时针方 向卷绕，并用Y型抗拉粘接条将膜袋两侧边缘粘接，使膜袋之间形成的环形高压流道6的内 环为反渗透膜，外环为隔断薄片(例如由聚乙烯制成)，在高压流道内放入双层隔网，并用 V型粘接条尖端对接成X型粘接条，纵向粘接在双层隔网与隔断薄片之间，将高压流道隔成 等宽的三条分流道，边卷绕边粘接至末端高压流道6的进液口为止。上述用Y型抗拉粘接条(即V型加I型对接成Y型的粘接条)将膜袋两侧边缘粘 接形成的高压流道的高压作用在Y型两侧内表面上的垂直压力，远远大于内表面上的平行 的分压力，因此难以使膜袋之间的边缘的粘接处发生泄漏。其中I型粘接条的厚度与对接 的V型粘接条的厚度相等，这加强了 V型尖端的抗力，且与两侧膜袋的伸出部分粘接，加强 了粘接膜袋的牢固性。上述两条V型粘接条的尖端对接成X型粘接条，纵向粘接在双层隔网与膜袋外表 面之间，由于高压流道压力作用在垂直于X型内表面的压力大于平行于内表面的平行分压 力，因此不会发生粘接条与隔网的移动。在图16A中显示Y型粘接条100在分别用虚线表示的两个反渗透膜之中的粘结， 其中双层隔网13的边沿分别粘接在Y型粘接条的边沿，在图16B中显示X型粘接条200在 分别用虚线表示的两个反渗透膜之中的粘结，X型粘接条布置在双层隔网13之间。在图1-3所示的由单膜袋卷绕的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件中，在膜袋卷 绕约一圈之后，膜袋的后一圈的内面与膜袋的前一圈的外面相叠，形成高压流道。在单膜袋 的情况下，“在膜袋之间”应理解为在同一膜袋的内面与外面之间。例如，“在膜袋之间形成 高压流道”应理解为在同一膜袋的内面与外面之间形成高压流道。图4和图7是由四个膜袋卷绕成的单面膜和双面膜的螺旋卷式双流道对流反渗透 膜组件，其构造及制作工艺，详细说明如下1.膜袋的构造及制作工艺由于使用螺旋卷式膜组件进行溶液的高度浓缩容易造成膜面的污染堵塞，因此需 针对不同用途采用不同的膜袋。若进行高度浓缩及多路多段的高度浓缩与淡化，则使用单 面膜；若只进行低度反渗透，如进行海水淡化，则使用双面膜。单面膜袋用于对小分子溶液进行高度浓缩的反渗透。如图3和图8所示，单面膜 袋的两面是由反渗透膜5与隔断薄片8 (例如由聚乙烯制成)相叠合，隔断薄片需比反渗透 膜在纵向方向上长出一段(例如50cm)，以防止在压力容器内两种对流溶液的混合。将两侧 边缘用Y型抗拉粘接条11 (即V型加I型合成的Y型)粘接成单面膜的膜袋，在膜袋内放 入两层隔网13或一层粗隔网，在隔网与反渗透膜之间放入一层支撑层细孔隔网14，以防止 反渗透膜塌陷或压破。由于双层隔网或一层粗隔网增加了流道高度且在膜袋内连续渗入清 水使小分子溶液不断淡化，因此在膜袋内难以发生凝固堵塞。为使溶液流动均勻，用X型粘接条12 (即两个V型条尖端相对)纵向粘接，将膜袋的低压流道在宽度上分成三条优选等 宽的分流道。在膜袋进液端的开口横向放入多孔进液管4，该管在两端长出膜袋一段，例如 4cm。将开口交错粘合。膜袋末端则侧向开口，作为出液口 2。双面膜袋主要用于海水淡化，其流入低压流道的淡化液浓度不高于7%。如图6所 示，低压流道膜袋两片材料皆为反渗透膜5。制作过程与图8相同，两膜长度相同，其一长出 一段(例如50cm)的部分使用隔断薄片。用Y型抗拉粘接条将两膜的边缘粘合成双面膜袋， 根据浓度的高低在膜袋内放入一层或两层隔网，在隔网与反渗透膜之间各加入一层支撑层 细孔隔网，防止两面膜压破或塌陷。为使溶液流动均勻，用两条X型粘接条纵向粘接，将膜 袋分成优选等宽的三条分流道。由于增加了流道高度并且膜袋在两面渗入清水连续淡化， 加强了湍流，因此难以凝固。在膜袋的进液端开口处横向放入多孔的进液管4，该管在两端 长出膜袋一段，例如4cm。将开口交错粘合。在膜袋的末端侧向开口作为低压出液口。进液 管4作为卷绕相应膜袋的起始点。将上述四条膜袋并排放置(在图3中为单面膜，而在图6中为双面膜)，可看到膜 袋之间形成四条高压流道6，其出口与一条多孔高压中心管3相连通。2.膜袋的卷绕和制作(a)四条单面膜袋的卷绕过程及制作工艺如图3、图10的立体图所示，为将图3中的并排放置的非圆柱形的四条膜袋卷绕成 圆柱形螺旋卷式膜元件，首先预制一个中心管束导流器，此中心管束导流器共分两种形式， 一种为分散式中心管束导流器，另一种为整体式中心管束导流器，现以分散式中心管束导 流器为例，如图(图9-1)所示。首先制成四条扇形导流杆9，在各杆的中心线内侧设一条 沟槽10 (图9-2)，沟槽内设置连续的通水孔，作为高压流道溶液反渗透后进入高压中心管 3的通道。在导流杆的两侧为半圆形管槽。安装时用四条导流杆的四条半圆形管槽及螺钉 15或用螺栓穿过中心管壁及两侧导流杆之间的预留孔，将四条低压流道膜袋的总共四条进 液管4固定在高压中心管3的周围，形成圆柱形的中心管束导流器。中心管束导流器中的 导流杆的数量由所设膜袋的数量决定对于两个膜袋则设两个导流杆；对于六个膜袋则设 六个导流杆。如图10及图4所示，将垂直于中心管束的四条由反渗透膜5与隔断薄片8合成的 膜袋7’围绕中心管束进行螺旋卷式卷绕。卷绕的方向按逆时针的方向卷绕，使得膜袋的隔 断薄片8位于卷绕的膜袋的内环，并且使反渗透膜位于卷绕的膜袋的外环。用Y型抗拉粘 贴接条11’将四条膜袋两侧边缘粘接，在膜袋之间形成四条高压流道6。在高压流道内放入 两层隔网15增加流道高度(例如#字形双层挤塑网)，并用两条X型的粘接条12将高压流 道分成等宽的三条分流道，这同样使得溶液流动均勻。按上述要求构成的高压流道可使流 入高压流道的浓缩液难以发生凝结和堵塞，因为流入环形高压流道的浓缩液，以一定流速 沿内环反渗透膜表面进行反渗透脱水浓缩时的流动方向是沿内环形的切线方向，这会将膜 表面浓差极化的浓缩液沿切线流向斜对面外环的隔断片8的流道。加上双层隔网的湍流流 动，使溶液的浓度处于均勻流动状态，防止凝结和堵塞。用单面膜袋的另一优点，可使各条反渗透膜两侧对流溶液按相同的“等浓度差”进 行对流流动的反渗透，按上述方式边卷绕边粘接，直至低压流道膜袋末端的侧向开口 2，继 续将伸长的隔断薄片进行卷绕粘接，直至末端的高压流道进液口 6为止。[0065](b)四条双面膜袋的卷绕过程和制作工艺如图6的双面膜袋双流道对流反渗透膜组件的立体图所示，为将图中并排的四只 双面膜袋卷绕成圆柱形螺旋卷式膜元件，如图7所示。首先预制一只整体式中心管束导流 器，即用PVC材料制成圆柱形的中心管束导流器，图9-4及图9-5A、9-5B，在圆柱体的中心制 成①15-020的管孔3’ (两端出口构成伸出圆柱30mm的短管)作为膜元件的高压中心管， 在中心管周围的圆柱体上制成能装入四条膜袋的低压进液管的四条管槽4’，在管槽之间的 圆柱体上纵向构成与高压中心管连通的连续进液孔5’，在圆柱体端面的侧向圆柱的边沿构 成四条长度为25mm的半圆形管沟6’，作为组装后输入粘液的通道。为使四条低压进液管及 其膜袋能插入四条管槽，在管槽的外边沿制成细长的侧向开口，安装时将低压进液管及其 膜袋从管槽一端的开口插入管槽，并推至管槽的另一端，即可构成能卷绕多条膜袋的圆柱 形的中心管束。按前述边卷绕边将膜袋两侧边缘粘接的方式，形成的多条高压流道放入隔 网，综前所述卷绕粘接顺序直至末端，如图7。由整体式中心管束导流器构成的四膜袋螺旋 式膜元件及安装端盘的纵断面图，图12E、12F、12G、12H(包括两端端盘)，由于膜袋两侧皆 用反渗透膜制成，皆有浓差极化问题，因此可不计及卷绕方向问题。但由于双面膜袋主要用 于海水淡化浓度较低，且浓缩度不能超过8% -9% (结垢)，与现有的单流道反渗透膜组件 浓缩液相接近，且因装入双层隔网或一层粗隔网增加了流道高度、加强了湍流流动，因此同 样地也不会堵塞。而因大幅度降低了膜两面的浓度差及其渗透压差，就成倍降低了泵压力 或增加原液的流量，就会成倍地增加淡化水产量。3.端盘的制作为将上述卷绕成的膜元件固定在压力容器内，并在压力容器内隔断两种溶液以免 它们混合，在膜元件两端的端面设置两块端盘，见图11A、1 IB、11C、图12A、12B、12C、12D、 12E、12F、12G、12H。一块端盘16装在膜元件的低压流道膜袋侧向环形出液口 2的一端，另一块端盘17 安装在膜元件中心管束导流器的高压中心管的出液端。两块端盘用PVC或ABS材料制作。 每个端盘一侧16、17的高压中心管伸出盘面一段，例如4cm，作为两端的套管用于固定膜元 件的中心管束导流器。低压端盘16的制作如图12A、12D或图12E、12H所示，低压端盘的内表面比边缘周 边低例如5mm，成一圆盘状，作为注入粘液、将低压端盘与膜元件端面及中心管束导流器粘 合的密封空间。在低压盘面设计两个注液孔18，在低压端盘内表面的环形边缘设置环形沟 槽19，宽度15mm，深度10mm，环槽内等距设12个或20个10mm的出液孔19，，与膜元件的低 压流道膜袋末端的侧向环形出液口 2对接，用以排出淡化液。在膜袋与端盘16对接处在圆 周上粘贴一圈密封条2’，有利于防止淡化液漏出，并可以用尼龙丝带20缠绕，并且也可以 有利地同时将尼龙丝带粘接在膜元件上。在端盘的圆周面上，设一圈沟槽21，安装密闭圈， 与外壳的内表面密封。高压端盘17的制作如图12A、12B或图12E、12F所示，在高压端盘内表面比周边 的边沿凹入5mm作为注入粘液将端盘内表面与膜元件端面及中心管束导流器粘接成一体； 在高压端盘的圆周面上凸出四条半径3mm的半圆柱22作为支持端盘与外壳内表面保持空 隙的支撑柱。这个空隙是高压流道原液的进液通道。二.压力容器的制作、部件连接及其它相关问题的处理[0073]以下参照图13A、13B、13C、13D进行描述。流入压力容器一端的原液或浓缩液进液管口为侧向进液口 23。从低压端盘16环形出液口流出的淡化液，流入压力容器的另一端，从其侧向出口 24流出。两端端盘16、17的套管与压力容器两端的端板25、26的进液管口 27及出液管口 28连接，这种连接是通过安装在两端端盘套管上的管罩29、30(短管)与适配器31、32(短 管)的连接实现的。压力容器两端的端板与膜元件两端端盘之间的支撑是由管式支撑器 33,34套在管罩上固定的。为使膜元件的中心管束导流器中的四个低压流道进液管4的淡化液从管壁的许 多小孔流入四条膜袋，需将四条低压流道进液管另一端的管口用四只阻塞杆35堵塞。为使 从压力容器端板25的进液管流入的低压淡化液通过管罩29分别流入四个低压进液管道， 将中心管束导流器的高压中心管的管口装入阻塞杆36。装入这个阻塞杆的另一个作用是堵 住高压中心管一端的管口，使经过反渗透后流入中心管的浓缩液从另一端流入那里的管罩 30，经端板的出液管28流出。三.压力容器内设置多个膜元件的膜组件的组装从图14A(两只膜元件的膜组件剖面图)可知，压力容器内装入的两只膜元件的两 个高压端盘17、17'的套管对接，及两只膜元件的中心管束导流器中的高压中心管3、3' 对接。为此，首先预制两根中心连接管，一根细管37作为两只中心管束导流器的高压中心 管的对接的连接短管，另一根粗管38作为两个端盘套管的连接短管。连接短管的长度与端 盘套管的长度相等，以便中心管束的高压中心管对接后将放在一端中心管的联接短管拉至 中心对接密封。因此对接的连接短管的连接顺序是，首先将高压中心管对拉连接后，才能将 端盘套管上的连接短管拉至对接的两个端盘套管的中心。在图14A中，粗管的尺寸用标记 11表示。图15A、15B、15C、15D(膜元件在压力容器中组装的系统图)可见在压力容器内组 装膜元件的数量为一只，或者数量为并联连接的二只、四只和六只规格。在压力容器内，高 压浓缩液均在诸膜元件的同一侧进液口 1进入膜组件；低压淡化液亦均在诸膜元件的同一 侧出液口 2流出膜组件。高压浓缩液出液口 3与低压淡化液进液口 4皆设在压力容器两端 的端板上。压力容器内各元件的连接方式皆为并联连接，因此各元件在同一容器内的规格 相同，各元件进出液的流量及压力相等。四.将螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件转为螺旋卷式单流道反渗透膜组件螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件的结构是在反渗透膜两侧流道中的高压流道 设进液口及出液口，使流入的浓缩液脱水浓缩后排出；在另一侧低压流道设进液口和出液 口，使流入的淡化液得到渗透的清水，被淡化后至出液口流出。如将双流道对流反渗透膜组件流入的浓度很低的淡化液转为能得到低压流道渗 透的清水，则在压力容器端板的淡化液进液口 27的进液管安装三通阀门，停止淡化液流入 低压流道，转为由低压流道排出渗透水即清水，因此将双流道反渗透膜组件转为单流道反 渗透膜组件，能够由此得到洁净饮用的清水。本实用新型不限于上述实施例，这些实施例的简单变型也应包含在权利要求书的 保护范围内，它们没有脱离本实用新型的构思。例如，中心管束导流器也可以构成得不同于 圆柱形的形状，例如构成为椭圆形的。在中心管束导流器中的高压中心管以及低压进液管也可以是方形的管，并因此相应设计中心管束导流器的管槽等的形状。特别是对于整体式 的中心管束导流器，也可以取消单独的高压中心管，而在该中心管束导流器的中心仅设置 纵向孔并在纵向孔的两端安装单独的管接头或注塑出一体的管接头。
权利要求螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其包括螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件和外壳，所述膜元件具有膜袋、中心管束导流器和两个端盘；所述膜袋在一个纵向端部上与低压进液管(4)连接以构成低压进液口，并且在另一个纵向端部上在侧向开口以构成低压出液口(2)，在膜袋内部形成低压通道(7’)，并且膜袋之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道(6)；所述中心管束导流器构成为分散式的，其包括多个扇形导流杆(9)，在各扇形导流杆的径向沟槽(10)中分别设置与多孔的高压中心管连通的进液孔，在扇形导流杆之间构成用于容纳低压进液管(4)的管槽，这些扇形导流杆将低压进液管(4)固定在作为高压出液口的高压中心管(3)周围，从而形成圆柱形的管束，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；或者所述中心管束导流器构成为整体式的圆柱体，在圆柱体的中心构成中心管孔作为膜元件的高压中心管，而在圆柱体的圆周构成用于容纳低压进液管的管槽(4’)，以及在管槽之间构成与高压中心管连通的进液孔(5’)，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的高压进液端上的高压端盘(17)，而另一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的低压出液端上的低压端盘(16)，在高压端盘(17)的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶液通过外壳的高压进液口(23)和所述空隙进入膜元件的高压通道(6)，所述低压端盘(16)的圆周相对于外壳密封并且具有与膜袋的低压出液口(2)连通的出液孔(19’)，从低压出液口(2)排出的低压溶液通过低压端盘(16)的出液孔(19’)和外壳的低压出液口(24)排出；所述外壳用于容纳膜元件，并且具有与膜元件的高压通道连通的高压进液口(23)、与膜元件的高压中心管(3)连通的高压出液管口(28)、与膜元件的低压进液管(4)连通的低压进液管口(27)以及与膜元件的低压出液口(2)连通的外壳低压出液口(24)。
2.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于外壳具 有两个端板(25、26)，在这两个端板上分别设置所述低压进液管口(27)和高压出液管口 (28)，所述高压出液管口(28)与膜元件的高压中心管(3)以及所述低压进液管口(27)与 膜元件的低压进液管(4)分别通过一个连接装置连接。
3.根据权利要求2所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述连接 装置包括一个安装在端盘(16、17)的套管上的、具有中心孔的管罩(29、30)以及一个适配 器(31、32)，所述适配器(31、32)以一端安装在低压进液管口(27)或高压出液管口(28)中 并且以另一端安装在管罩(29、30)的中心孔内。
4.根据权利要求3所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于在低压进 液管口(27)或高压出液管口(28)与端盘(16、17)之间设置一个套在管罩(29、30)上的管 式支撑器(33,34) 0
5.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述膜袋 是由反渗透膜与隔断薄片叠合构成的单面膜袋，隔断薄片比反渗透膜长，并且在卷绕时反 渗透膜位于外侧，而隔断薄片位于内侧，使得高压通道的外环为隔断薄片，而高压通道的内 环为反渗透膜；或者所述膜袋是由两片相同长度的反渗透膜叠合构成的双面膜袋，在内侧 的反渗透膜上续接一段隔断薄片。
6.根据权利要求5所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于在膜袋内或在膜袋之间设置一层或双层隔网，或者在膜袋内以及在膜袋之间同时设置一层或双层隔 网，并且在膜袋内的一层或双层隔网与反渗透膜之间设置防止反渗透膜被压破的支撑层细 孔隔网(14)。
7.根据权利要求5所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于通过在膜 袋之内和在膜袋之间在膜袋的纵向上设置X型粘接条，将膜元件的高压通道和低压通道分 别划分成多个分通道。
8.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于低压端盘 (16)具有一个中心孔及伸出盘面的套管，用于将低压端盘安装在中心管束导流器上，低压 端盘(16)的朝向膜元件的内侧面具有一个比周边低的中心区域以及一个围绕中心区域的 环形槽(19)，所述中心区域具有注液孔(18)，通过从注液孔(18)中注入粘液，低压端盘(16)与膜元件的端面以及中心管束导流器粘接，所述环形槽(19)设有出液孔(19’)，并且 低压端盘(16)具有圆周沟槽和安装在圆周沟槽内的0形密封圈，用于建立与外壳的密封。
9.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于高压端盘(17)具有一个中心孔及伸出盘面的套管，用于将高压端盘安装在中心管束导流器上，高压 端盘(17)的朝向膜元件的内侧面具有一个比周边低的中心区域，所述中心区域具有注液 孔(18)，通过从注液孔(18)中注入粘液，高压端盘(17)与膜元件的端面以及中心管束导流 器粘接，并且高压端盘(17)在圆周上具有至少三个支撑在外壳上的支撑柱(22)，使得高压 端盘(17)的圆周与外壳之间保留空隙。
10.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述低压 进液管(4)和高压中心管(3)是两端开口的管，所述低压进液管的靠近高压出液管口(28) 的一端以及所述高压中心管的靠近低压进液管口(27)的一端分别用阻塞杆(35、36)堵塞。
11.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述膜组 件包括成对的膜元件，每一对膜元件的两个高压端盘(17、17’ )彼此相对，并且这一对膜元 件的两个高压中心管和两个高压端盘(17、17’)的套管分别通过联络短管(37、38)对接，相 配于这一对膜元件的在外壳上的高压进液口(23)设置在这两个高压端盘(17)之间。
12.根据权利要求5所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述膜袋 的两面在两侧边缘通过Y型抗拉粘接条粘接，并且膜袋之间在两侧边缘也通过Y型抗拉粘 接条粘接。
13.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于尼龙丝带 缠绕并粘接在螺旋卷绕的膜袋上。
14.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于在低压端 盘(16)与膜袋对接处在圆周上粘贴一圈密封条(2’)。
15.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于在整体式 的圆柱体的两端在圆周上设置管沟(6’)，作为输入粘液的通道。
16.根据权利要求1所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于在分散式 的中心管束导流器中，扇形导流杆通过螺钉或螺栓固定在高压中心管上。
17.根据权利要求11所述的螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其特征在于所述膜 组件包括一对、两对或三对膜元件，对与对之间为并联连接，每一对膜元件的高压进液口设 置在压力容器的同一侧，而每一对膜元件的低压出液口设置在压力容器的相同的另一侧，高压出液口和低压进液口分别设置在压力容器的两端端板的中心。
18.螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其包括螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件和 外壳，所述膜元件具有一个膜袋、中心管束导流器和两个端盘；所述膜袋在一个纵向端部上与低压进液管(4)连接以构成低压进液口，并且在另一个 纵向端部上在侧向开口以构成低压出液口(2)，在膜袋内部形成低压通道(7’)，并且膜袋 之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道(6)；所述膜元件的中心管束导流器包括两个半圆柱形的扇形导流杆，两个扇形导流杆分别 在两侧具有一个半圆形管槽并且在安装情况下共同形成两个圆形的管槽，其中一个管槽用 于容纳多孔的高压中心管(3)，另一个管槽用于容纳一根低压进液管(4)，所述膜袋共同地 螺旋卷绕在中心管束导流器上；或者所述中心管束导流器构成为整体式的圆柱体，在圆柱 体的圆周上构成两个管槽，其中一个管槽用于容纳多孔的高压中心管，另一个管槽用于容 纳一根低压进液管，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的高压进液端上的高压端盘(17)，而 另一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的低压出液端上的低压端盘(16)，在高压端 盘(17)的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶液通过外壳的高压进液口(23)和所述空隙进 入膜元件的高压通道(6)，所述低压端盘(16)的圆周相对于外壳密封并且具有与膜袋的低 压出液口(2)连通的出液孔(19’)，从低压出液口(2)排出的低压溶液通过低压端盘(16) 的出液孔(19’ )和外壳的低压出液口(24)排出；所述外壳用于容纳膜元件，并且具有与膜元件的高压通道连通的高压进液口(23)、与 膜元件的高压中心管(3)连通的高压出液管口(28)、与膜元件的低压进液管(4)连通的低 压进液管口(27)以及与膜元件的低压出液口(2)连通的低压出液口(24)。
19.螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件，所述膜元件具有多条膜袋、中心管束导流器和 两个端盘；所述膜袋在一个纵向端部上与低压进液管(4)连接以构成低压进液口，并且在另一个 纵向端部上在侧向开口以构成低压出液口(2)，在膜袋内部形成低压通道(7’)，并且膜袋 之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道(6)；所述中心管束导流器构成为分散式的，其包括多个扇形导流杆，在各扇形导流杆中分 别设置与高压中心管连通的径向沟槽(10)，在扇形导流杆之间构成用于容纳低压进液管 (4)的管槽，这些扇形导流杆将低压进液管(4)固定在作为高压出液口的高压中心管(3)周 围，从而形成圆柱形的管束，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；或者所述中心 管束导流器构成为整体式的圆柱体，在圆柱体的中心构成中心管孔作为膜元件的高压中心 管，而在圆柱体的圆周构成用于容纳低压进液管的管槽(4’)，以及在管槽之间构成与高压 中心管连通的进液孔(5’)，所述膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上；其中一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的高压进液端上的高压端盘(17)，而 另一个端盘是安装在膜元件的中心管束导流器的低压出液端上的低压端盘(16)，在高压端 盘(17)的圆周与外壳之间具有空隙，高压溶液通过外壳的高压进液口(23)和所述空隙进 入膜元件的高压通道(6)，所述低压端盘(16)的圆周相对于外壳密封并且具有与膜袋的低 压出液口(2)连通的出液孔(19’)，从低压出液口(2)排出的低压溶液通过低压端盘(16) 的出液孔(1 9’ )和外壳的低压出液口(24)排出。
专利摘要一种螺旋卷式双流道对流反渗透膜组件，其包括螺旋卷式双流道对流反渗透膜元件和外壳，所述膜元件具有膜袋、中心管束导流器和两个端盘。所述膜袋构成低压进液口和低压出液口，在膜袋内部形成低压通道，并且膜袋之间在两侧封闭，以便在膜袋之间形成高压通道(6)。所述中心管束导流器包括多个围绕多孔的高压中心管(3)固定的扇形导流杆，各扇形导流杆分别设置与高压中心管连通的径向沟槽以及连续的进液孔，在扇形导流杆之间构成用于容纳低压进液管的管槽，膜袋共同地螺旋卷绕在中心管束导流器上。在高压端盘的圆周与外壳之间具有空隙，低压端盘的圆周相对于外壳密封并且具有与膜袋的低压出液口连通的出液孔。该膜组件结构简单且特别紧凑。
文档编号B01D61/08GK201578990SQ20092017402
公开日2010年9月15日 申请日期2009年8月24日 优先权日2009年8月24日
发明者高耀祖, 高雷 申请人:高耀祖;高雷