专利名称：中空纤维膜膜壳、膜壳密封结构及膜组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中空纤维膜膜壳、膜壳密封结构及膜组件，具体地涉及在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳及其膜壳密封结构和该中空纤维气体分离膜组件。
背景技术：
气体分离膜技术的工业化应用始于20世纪70年代末，最初的应用领域是从合成氨驰放气中回收氢气，经过三十余年的发展，气体分离膜的应用范围扩大到工业气体生产、空分、CO2分离、有机蒸汽回收等领域。气体膜分离技术的核心部件是高性能的中空纤维气体分离膜组件。中空纤维气体分离膜组件是将上万根中空纤维膜丝制成纤维束装在不锈钢膜壳内，中空纤维束的两端通过浇铸树脂粘合剂使膜丝与膜壳之间达到密封的效果。中空纤维丝之间的缝隙也由树脂粘合剂密封。图1是显示现有技术中的膜壳的两端结构，从图1中可以看出，膜壳包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端。现有膜壳的两端口内侧有螺纹，其目的是防滑，即防止树脂粘合剂环从膜壳上脱落下来。但在实际试验过程中发现，即使有防滑螺纹，树脂粘合剂和膜壳内壁粘接的仍然不牢固。因为两种材质的热膨胀系数不同，环境温度的变化会导致树脂粘合剂从膜壳上脱落，再者中空纤维气体分离膜组件在使用过程中膜壳内气体压力较大(一般在0.5MPa 3MPa)，这也会促使树脂粘合剂与膜壳内壁分离，严重时粘合剂会在高压下发生变形。这样的最终结果是膜组件漏气，无法使用。
实用新型内容为了改善树脂粘合剂与膜壳之间的密封，本实用新型提供了一种新型的膜壳结构，和使用该膜壳结构的膜壳密封结构，以及使用本实用新型的膜壳密封结构的膜组件。本实用新型的膜壳结构是一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳，所述膜壳包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口处开有台阶孔，优选在垂直于圆筒形壳体的轴向的方向上距离端口 l_5cm处，更优选距离端口 2-3cm处开有台阶孔。本实用新型的另一方面是提供一种膜壳密封结构，其包括本实用新型的膜壳结构，并且还包括带有内槽的膜壳盖(2);置于所述膜壳(I)和膜壳盖(2)之间的垫片(3);以及用于装配膜壳(I)和膜壳盖(2)的紧固装置。本实用新型的再一个方面是提供一种膜组件，所述膜组件除包括本实用新型的膜壳密封结构之外，还包括放置在膜壳内的膜丝。
[0010]图1显示现有技术中的膜壳的两端结构的剖面图，图中7为侧孔，8为焊接处，9为防滑槽，10表示没有台阶孔，11为圆筒形壳体，12为密封端。图2是显示现有技术中膜壳装配时的局部剖面图，图中I为膜壳，2为膜壳盖，3为垫片，4，5，6分别指的是螺栓、金属垫片、螺母。图3是本实用新型的膜壳结构的剖面图，图中7为侧孔，8为焊接处，9为防滑槽，13为台阶孔，11为圆筒形壳体，12为密封端。图4显示本实用新型的膜壳、垫片以及膜壳盖之间的配合关系，图中2为膜壳盖，14为平垫片。图5是显示本实用新型的膜壳装配时的局部剖面图，其中I为膜壳，2为膜壳盖，3为垫片，4，5，6分别指的是螺栓、螺母，金属垫片。
具体实施方式
在本实用新型中，所述的台阶孔是指平行于膜壳的圆筒形壳体的轴线的横截面为台阶状的孔。本实用新型的一个方面是提供一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳，所述膜壳包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口处开有台阶孔。优选地，所述膜壳在垂直于圆筒形壳体的轴向的方向上距离密封端的端口 l-5cm处开有台阶孔，更优选地在距离密封端的端口处2-3cm处开有台阶孔。台阶孔的形状(从垂直于膜壳的圆筒形壳体的轴线看)没有特别限制，可以为圆形、椭圆形或其他截面类似阶梯状的形状等。台阶孔的孔径(如果台阶孔的形状不是圆形，可以使用台阶孔的等效圆直径作为其孔径)大于膜壳内径且小于膜壳内径的两倍，最优选为膜壳内径的1.23倍。在本实用新型中，所述膜壳的内径与本领域中所述的膜壳内径的含义相同。值得指出的是，在距离膜壳端口的开孔距离依照固化后树脂的力学性质而定，t匕如树脂在固化后脆性较强，则需要增大台阶孔到膜壳端口的距离，来防止树脂开裂；相反如果固化后的树脂韧性较强，则可以减小台阶孔到膜壳端口的距离，从而减少树脂的使用量，也同时节约了成本，根据我们使用的灌封用树脂的力学性质，距离膜壳端口 2-3cm设计台阶孔最为合适。所述开孔距离是指从台阶孔的圆心或台阶孔等效圆的圆心至端口的距离。此外，在本实用新型的膜壳结构中，所述膜壳的密封端的两端口内侧也可以具有螺纹。防滑槽位于密封端的中部。膜壳还可以具有侧孔，以用于注入树脂粘合剂，侧孔位于在与圆筒形壳体的轴向的方向上距离密封端9至Ilcm处，即，在与圆筒形壳体的轴向的方向上，从侧孔的中心至密封端的距离为9至11cm。本实用新型的新型膜壳结构一个实例如图3所示。所述膜壳是一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳，从图3中可以看出，其包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端，其中在所述密封端的端口开有台阶孔。密封端通常可以为圆形法兰，与圆筒形壳体可以通过焊接连接。图1和图3还给出了焊接点的位置。本实用新型的另一个方面是提供一种使用了本实用新型的这种中空纤维膜膜壳的膜壳密封结构。本实用新型的膜壳密封结构除包括本实用新型的中空纤维膜膜壳，还包括:带有内槽的膜壳盖；置于所述膜壳和膜壳盖之间的垫片；以及用于装配膜壳和膜壳盖的紧固装置。所述紧固装置没有特别限制，只要其能够实现膜壳和膜壳盖之间的紧密配合固定即可。通常地，这种紧固装置为包括螺栓、螺母和金属垫片的紧固装置。本实用新型的新型膜壳结构的具体装配方式的实例如图4和5所示，其中I为膜壳，2为膜壳盖，3为垫片，4、5、6分别指的是螺栓、螺母和金属垫片，其中螺栓、螺母和金属垫片构成紧固装置，用于膜壳与膜壳盖之间的装配。在图3-5中，新型膜壳在离膜壳密封端的端口处2-3cm处开出台阶孔。本实用新型的新型膜壳开有台阶孔，台阶孔的作用是:把原来只靠树脂粘结力的密封转嫁为主要依靠机械挤压力来密封。新型膜壳的台阶孔能够很好的防止固化的树脂脱落发生位移。本实用新型的新型膜壳在组装成膜组件时，膜壳盖与膜壳壳体之间的垫片尺寸也有要求:如果垫片为圆环形，垫片内径要比膜壳台阶孔的内径小，垫片外径要比膜壳盖内槽的直径大，这样灌封好的组件在装配时，靠近垫片内径的部分会与固化好的树脂接触，靠近垫片外径的部分会与膜壳的壳体接触，而树脂与膜壳粘结处会被垫片埋在中间，这样能很好的防止膜壳灌封处漏气。垫片除采用圆环形之外，还可以采用其他形状。如图4所示。在浇铸膜组件时，浇铸的树脂固化后高出膜壳端口 0.5-lmm，这样在组装膜壳盖和壳体时，树脂与垫片直接接触，受到垫片的挤压，成为密封的主要部位，且膜壳和树脂粘结处会压在垫片内，防止了树脂与膜壳内壁粘结处漏气。可见，通过本实用新型的这种创新性的在膜壳端口处开出台阶孔的结构改进，能够使得膜壳与膜壳盖之间的密封更好，从而改善了膜组件的密封性。实施例下面通过实施例来描述本实用新型的这种结构上的改进，以及由这种结构改进所带来的膜组件密封性能的改进。但是，值得指出，这些实施例不应当被解释为对本实用新型的范围的限制。实施例1在加工膜壳时,在离膜壳端口 2cm处开出一个圆形台阶孔，台阶孔直径为185mm。然后在膜壳中装入3000根膜丝。从膜壳的侧孔注入树脂粘合剂，注满后，等待树脂固化。树脂固化后，用刀把高于膜壳端口 Imm以上的中空纤维膜丝和树脂切割掉。然后组装膜组件。在膜组件中使用的垫片是圆形的，而且尺寸满足:内径比膜壳台阶孔的内径小，外径比膜壳盖内槽的直径大，垫片内径为160mm，垫片外径为210mm，膜壳盖内槽直径为150mm。对组装好的膜组件进行耐压实验检测，从0.2MPa开始加压，压力逐渐升高到3MPa，膜组件不漏气，保持6小时后也不漏气。现有技术膜组件短时间耐压一般为2MPa，但长时间(2个小时)测试时，耐压只能达到IMPa。实施例2在离膜壳端口 3cm处开出一个椭圆形台阶孔，台阶孔大径直径为185mm，小径为180mm。然后在膜壳中装入3500根膜丝。从膜壳的侧孔注入树脂粘合剂，注满后，等待树脂固化。树脂固化后，用刀把高于膜壳端口 Imm以上的中空纤维膜丝和树脂切割掉。然后组装膜组件。在膜组件中使用的垫片尺是圆形的，而且尺寸满足:内径比膜壳台阶孔的内径小，外径比膜壳盖内槽的直径大，垫片内径为155mm，垫片外径为215mm，膜壳盖内槽直径为150mm。对膜组件进行耐压实验检测，从0.2MPa开始加压，压力逐渐升高到5MPa，膜组件不漏气，保持6小时后也不漏气。现有技术膜组件短时间耐压一般为2MPa，但长时间(2个小时)测试时，耐压只能达到IMPa。
权利要求1.一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳，所述膜壳包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口处开有台阶孔。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜膜壳，所述膜壳在垂直于圆筒形壳体的轴向的方向上距离密封端的端口 l-5cm处开有台阶孔。
3.根据权利要求2所述的中空纤维膜膜壳,所述膜壳在垂直于圆筒形壳体的轴向的方向上距离密封端的端口 2-3cm处开有台阶孔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜膜壳，台阶孔的形状为圆形或椭圆形。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜膜壳，台阶孔的孔径大于膜壳内径且小于膜壳内径的两倍。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜膜壳，所述膜壳的密封端的中间部分具有防滑槽，端口内侧有螺纹。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜膜壳，所述膜壳有两个侧孔，所述侧孔靠近密封端口且在圆筒形壳体的轴向的方向上距离密封端的端口 9至I Icm处。
8.—种膜壳密封结构，所述膜壳密封结构包括:根据权利要求1至7中任一项所述的膜壳⑴；带有内槽的膜壳盖⑵；置于所述膜壳⑴和膜壳盖⑵之间的垫片⑶；以及用于装配膜壳(I)和膜壳盖(2)的紧固装置。
9.根据权利要求8所述的膜壳密封结构，所述紧固装置包括螺栓(4)，螺母(5)和金属垫片⑶。
10.根据权利要求8所述的膜壳密封结构，其中所述垫片(3)为圆环形，并且垫片(3)的内径比膜壳台阶孔的内径小，其外径比膜壳盖内槽的直径大。
11.一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件包括权利要求8至10中任一项所述的膜壳密封结构，以及放置在膜壳内的膜丝。
12.根据权利要求11所述的中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜组件，其中在浇铸膜组件时，浇铸的树脂固化后高出膜壳端口 0.5-lmm。
专利摘要本实用新型公开了一种在中空纤维气体分离膜组件中使用的中空纤维膜膜壳，所述膜壳包括圆筒形壳体和位于所述圆筒形壳体两端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口处开有台阶孔；而且还公开了包含本实用新型的这种新型膜壳的膜壳密封结构，以及包含本实用新型的这种新型膜壳和膜丝的膜组件。通过本实用新型的这种创新性的在靠近膜壳端口处开出台阶孔的结构改进，能够使得膜壳与膜壳盖之间的密封更好，从而改善了膜组件的密封性。
文档编号B01D53/22GK202983522SQ20122046957
公开日2013年6月12日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者张砚龙, 李红宾, 季鹏飞 申请人:新奥科技发展有限公司