中空纤维膜组件及其制备方法
【专利摘要】中空纤维膜组件，包括：集水管；和插入至所述集水管中的薄板块，其中所述薄板块包括：中空纤维膜块，其中所述中空纤维膜块包括在以垂直于所述集水管轴向的方向上以有规律间隔排列的多个中空纤维膜；形成在所述多个中空纤维膜的各端上并且接触所述集水管的内壁以固定到所述集水管的树脂块，其中，用灌封剂填充形成在所述多个中空纤维膜之间的从所述树脂块的上面到所述集水管的入口的空间，以固定所述中空纤维膜。
【专利说明】中空纤维膜组件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中空纤维膜组件及其制备方法。更具体地，本发明涉及中空纤维膜组件及其制备方法，可通过不需要密封工艺的简单方法制成的所述中空纤维膜组件呈现优异的水通过效率，并通过有规律间隔排列的中空纤维膜能够被均匀地灌注(pot)。
【背景技术】
[0002]中空纤维膜组件根据它的操作模式分成加压型和浸溃型。在加压型过滤器中，通过对将被处理的液体施加压力，除了例如杂质、淤泥等的固体以外，只有液体被允许通过中空纤维膜的表面渗透进中空内。
[0003]虽然所述加压型过滤器需要用于液体循环的单独的设备，但是它具有每单位时间渗透进水的量大于浸溃型过滤器每单位时间渗透进水的量的优点。相反地，在浸溃型过滤器中，所述中空纤维膜直接浸入储存有将被处理的液体的罐中，并对所述中空纤维膜的内部施加负压，从而除了例如杂质、淤泥等的固体以外，只让所述液体选择性地通过所述中空纤维膜的表面渗透进入中空内。虽然所述浸溃型过滤器提供的每单位时间渗透进水的量比所述加压型过滤器提供的每单位时间渗透进水的量少，但是所述浸溃型过滤器通过消除用于液体循环的设备，具有减少用于设备和操作的费用的优点。
[0004]所述加压型过滤器和所述浸溃型过滤器都可分成两端水收集类型和单端水收集类型，在两端水收集类型中，所述中空纤维膜的两端收集通过所述中空纤维膜流入中空内的渗透进的水，在单端水收集类型中，所述中空纤维膜的末端收集渗透进的水。
[0005]通过将具有固定长度的中空纤维膜束固定到集水管而制备这种中空纤维膜组件。图7和图8说明了用于制备中空纤维膜组件的典型的方法。所述中空纤维膜组件必须被最后处理以具有开口端，使得它的末端能暴露于液体中。为了这个目的，所述中空纤维膜束或薄板10浸入可溶解于水中的凝胶型逸散性材料(fugitive material) 500中，然后引入灌封剂400以进行灌注工艺。这里，术语“中空纤维膜束”是指多个中空纤维膜，与根据本发明的实施方式的薄板10不同，其不以恒定的形式排列。所述凝胶型逸散性材料500用于密封所述中空纤维膜的末端，并在灌封剂400固化后，通过在水中溶解凝胶液体而使所述中空纤维膜的末端打开。图8说明了所述逸散性材料去除后的所述中空纤维膜组件。
[0006]这样，用于制备中空纤维膜组件的方法包括灌注工艺，其中，组件集水管选择性地收集渗透进所述中空纤维膜的液体，并且中空纤维膜束固定到水收集单元上。如果浸入灌注材料的一些中空纤维膜被灌注材料堵塞，则不能通过中空纤维膜进行过滤，且水通过效率劣化。因此，在用可去除的材料灌注所述组件集水管的灌注前后，有密封所述中空纤维膜末端的需要。
[0007]因此，有对在提高水通过效率的同时可通过不需要单独密封工艺的简单方法制备的中空纤维膜组件的需要。
【发明内容】
[0008]本发明涉及提供中空纤维膜组件及其制备方法。所述中空纤维膜组件可通过简单的方法制备，所述中空纤维膜组件具有优异的水通过效率，通过有规律间隔排列的中空纤维膜而被均匀地灌注，并通过最小化固化时间及消除密封工艺而改善制备效率。此外，所述中空纤维膜组件可提高灌注在所述集水管中的所述中空纤维膜的密度，不会经历灌封剂的泄露，并通过消除堵塞所述中空纤维膜的末端的工艺而不需要密封或切割工艺，并可减小将被废弃的所述中空纤维膜的量。
[0009]本发明的一个方面涉及中空纤维膜组件。所述中空纤维膜组件包括集水管和插入至所述集水管中的薄板块，其中，所述薄板块包括:中空纤维膜块，其中所述中空纤维膜块包括以垂直于所述集水管轴向的方向上以有规律间隔排列的多个中空纤维膜；形成在所述多个中空纤维膜的各端上并且接触所述集水管的内壁以固定到集水管的树脂块，其中，用灌封剂填充形成在所述多个中空纤维膜之间的从所述树脂块的上面到所述集水管的入口的空间，以固定所述中空纤维膜。
[0010]在一个实施方式中，所述树脂块可由热塑性树脂形成。
[0011]在一个实施方式中，从所述树脂块的下面到所述集水管的内表面的空间可形成水收集部，所述中空纤维膜可伸入所述水收集部。
[0012]在另一个实施方式中，从所述树脂块的下侧至所述集水管的内表面的空间形成水收集部，所述中空纤维膜可不伸出至所述水收集部。
[0013]所述集水管可进一步包括凸块，所述树脂块的下面安装在所述凸块上。
[0014]本发明的另一个方面涉及制备中空纤维膜组件的方法。所述方法包括:将多个中空纤维膜排成一行排列并制备多个薄板，其中，所述多个中空纤维膜的末端通过树脂结合部彼此结合，以使彼此以预定的距离隔开；堆叠所述多个薄板以制备薄板块，在所述薄板块上形成树脂块以具有大于所述多个中空纤维膜的排列宽度(wl)的宽度(w2);将所述薄板块插入到所述集水管中，使得所述树脂块接触所述集水管的内壁以固定所述树脂块；和通过灌注将所述多个中空纤维膜固定在从所述树脂块的上面至所述集水管的入口的空间内。
[0015]以相对于所述中空纤维膜的轴向垂直的方向形成所述树脂结合部。
[0016]所述树脂结合部可由热塑性树脂形成。
[0017]所述薄板块可插入至不存在密封剂的空的集水管中。
[0018]从所述树脂块伸出的所述中空纤维膜的远端可在被切掉后可插入至所述集水管中。
[0019]在所述薄板块中，所述多个中空纤维膜的排列宽度(wl)与所述多个薄板的堆叠高度(h)的比可为3:1至10:1。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1至图4为制备根据本发明的一个实施方式的中空纤维膜组件的方法的流程图。
[0021]图5为根据本发明的一个实施方式的中空纤维膜组件的示意性截面图。
[0022]图6为根据本发明的另一个实施方式的中空纤维膜组件的示意性截面图。
[0023]图7和图8为结合典型的中空纤维膜组件部分的集水管的示意图。
[0024]图9为图6中所示的表面A的示意图。【具体实施方式】
[0025]下文将参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。通过说明的方式给出以下实施方式，以为本领域技术人员提供对本发明的全面理解。同样地，应注意的是附图不是按照准确的比例，一些尺寸例如宽度、长度、厚度等为了附图中描述的清楚而被放大。虽然为了描述的方便在附图中说明了一些元件，但是本领域普通技术人员将易于理解其它元件。应注意的是从观察者的视角说明全部的附图。应理解的是当一个元件被称为在另一个元件“上面”或“下面”时，所述元件可直接形成在另一个元件的上面或下面，或者其间还可存在插入元件。此外，应理解的是本领域普通技术人员可以不同的方法实现本发明，而不背离本发明的范围。
[0026]在这里，表示空间方向的表述，例如“上(部)”和“下(部)”应理解为表示相对方向而非绝对方向。
[0027]图1至图4为根据本发明的一个实施方式的制备中空纤维膜组件的方法的流程图。如图1所示，多个中空纤维膜I以有规律间隔排成一行排列，并且该多个中空纤维膜的末端通过树脂结合部20彼此结合，从而彼此隔开预定的距离。例如，在沿圆柱形辊缠绕将以有规律间隔排列的多个中空纤维膜后，在相对于排列方向垂直的方向上通过在该多个中空纤维膜上涂布热塑性树脂而形成第一树脂结合部，并在该垂直方向上通过在该多个中空纤维膜的另一个部分上涂布上述树脂而形成第二树脂结合部。涂布上述树脂以具有大于该多个中空纤维膜的排列宽度(wl)的涂布宽度，使得树脂结合部的宽度大于多个中空纤维膜的排列宽度(wl)。
[0028]如图1所示，当沿第一树脂结合部和第二树脂结合部之间的线切割时，获得薄板10，其中多个中空纤维膜I以有规律间隔排列，且它们的末端通过树脂结合部20彼此结合。
[0029]树脂结合部可由热塑性树脂形成。在加热时能够被压缩的任何树脂可应用于本发明。热塑性树脂的实例可包括乙烯-醋酸乙烯酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺等，但不限于此。这样，根据本发明，因此热塑性树脂代替热固性树脂用作灌封剂，所以不需要固化工艺，从而进一步缩短了加工时间。
[0030]为了将热塑性树脂附着到多个中空纤维膜上，可加热热塑性树脂到大于它的熔点并压缩。
[0031]如文中所使用的，术语“末端”不总是指部件确切的远端，而是包括接近远端的部分。例如，部件的“末端”可包括从部件的确切远端到对应于该部件的总长度的10%的点的部分。
[0032]如图2所示，堆积多个薄板10以形成薄板块100。这里，堆叠的薄板10的数目没有具体限制，并可根据集水管的宽度而确定。例如，可堆叠约5至约20个薄板10以形成薄板块。在一个实施方式中，在树脂块200中，多个中空纤维膜的排列宽度(wl)与薄板的堆叠高度(h)的比(wl:h)可为约3:1至约10:1,优选为约4:1至约8:1。
[0033]这样，随着薄板10的堆叠，薄板的树脂结合部20彼此结合，从而形成树脂块200。此外，在堆叠薄板10后，可进一步涂布该树脂，使得薄板彼此固定。因此，如图9所示，具有在其上面形成有树脂块200的部分具有各个中空纤维膜I嵌入树脂块200中的结构。因此，树脂块200的宽度(w2)大于多个中空纤维膜的排列宽度(wl)。[0034]如图3所示，制备的薄板块100沿集水管300的轴向方向(x_方向)的垂直方向(y-方向)插入集水管300中。应理解的是本发明不限于附图中显示的集水管的形状。最好是该集水管宽度从集水管的入口至集水管底部的中央逐渐变窄。
[0035]此外，薄板块100插入其中未提供任何材料，例如在灌注后被去除的密封剂等的集水管300的空间，因此，插入集水管中的所有中空纤维膜的末端是打开的而非被堵塞。
[0036]图4(a)和图4(b)是薄板块100连接至集水管300的部分的截面视图。参照图4(a)，树脂块200接触集水管的内壁并固定到集水管上。最好是树脂块具有足够的宽度(w2)和足够的长度，使得树脂块被抓住并固定到集水管的内壁。图4(b)说明了一个实施例，其中，凸块301形成在集水管的内壁上。参照图4(b)，当凸块301形成在集水管的内壁上时，树脂块200的下面接触凸块301，因此树脂块200可被更安全地安装。
[0037]然后，通过将灌封剂注入到从树脂块的上面到集水管的入口 310的空间并固化该灌封剂，可进一步固定多个中空纤维膜。
[0038]在制备根据实施方式的中空纤维膜组件的方法中，因为不需要密封多个中空纤维膜的末端的工艺，因此去除了在灌注工艺之前去除密封材料的工艺，所以可最小化工艺的数目。
[0039]通过根据本发明的实施方式的方法制备的中空纤维膜组件包括:集水管300和插入该集水管300的薄板块100。该薄板块100包括:中空纤维膜块150，其中所述中空纤维膜块150包括在该集水管300的垂直方向(y_方向)上以有规律间隔排列的多个中空纤维膜；以及形成在中空纤维膜块的各端上并接触集水管的内壁以固定到集水管上的树脂块，其中，用灌封剂填充形成在多个中空纤维膜之间的从树脂块的上面到集水管的入口的空间，以固定上述多个中空纤维膜。
[0040]树脂块接触集水管的内壁并固定到该集水管上。通过灌封剂固定每个中空纤维膜从树脂块的上面到集水管的入口的部分。参照图5，在这个情况下，中空纤维膜可伸出至形成在从树脂块的下面到集水管的内表面的空间内的水收集部302中。
[0041]在另一个实施方式中，在薄板块100插入到集水管之前，中空纤维膜从树脂块200伸出的部分可在切割后插入集水管。参照图6，在这个情况下，中空纤维膜可不伸出至形成在树脂块200下面的水收集部。
[0042]图9为图6中所示的表面A的示意图。如图9所示，薄板10排成一行堆叠以提供其中中空纤维膜嵌入在树脂块200内的结构。这里，通过堆叠树脂结合部20而形成的树脂块200的宽度(w2)大于多个中空纤维膜的排列宽度(wl)。因此，根据本发明，相邻的中空纤维膜之间的垂直间隔和水平间隔基本上是恒定的和均匀的，从而提高中空纤维膜的密度，与中空纤维膜束用于灌注的现有方法不同。
[0043]虽然这里说明了一些实施方式，但是本领域技术人员明白这些实施方式仅以说明的方式给出，在不背离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改、改变和变化和等同实施方式。本发明的范围应仅由所附权利要求书及其等同方式限定。
【权利要求】
1.一种中空纤维膜组件，包括: 集水管；和 插入至所述集水管中的薄板块， 其中，所述薄板块包括:中空纤维膜块，其中所述中空纤维模块包括在所述集水管的垂直方向上以有规律间隔排列的多个中空纤维膜；和形成在所述多个中空纤维膜的各端上并接触所述集水管的内壁以固定到所述集水管的树脂块，并且 其中，用灌封剂填充形成在所述多个中空纤维膜之间的从所述树脂块的上面到所述集水管的入口的空间，以固定所述中空纤维膜。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中所述树脂块由热塑性树脂形成。
3.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，从所述树脂块的下面至所述集水管的内表面的空间形成水收集部，且所述中空纤维膜伸出至所述水收集部中。
4.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，从所述树脂块的下面至所述集水管的内表面的空间形成水收集部，且所述中空纤维膜不伸出至所述水收集部中。
5.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述集水管进一步包括凸块，所述树脂块的下面安装在所述凸块上。
6.一种制备中空纤维膜组件的方法，包括: 将多个中空纤维膜排成一行排列并制备多个薄板，其中，所述多个中空纤维膜的末端通过树脂结合部彼此结合，以使彼此以预定的距离隔开； 堆叠所述多个薄板以制备薄板块，在所述薄板块上形成树脂块以具有大于所述多个中空纤维膜的排列宽度wl的宽度w2 ； 将所述薄板块插入至所述集水管中，使得所述树脂块接触所述集水管的内壁以固定所述树脂块；和 通过灌注将所述多个中空纤维膜固定在从所述树脂块的上面至所述集水管的入口的空间内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，以相对于所述中空纤维膜的轴向垂直的方向形成所述树脂结合部。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述树脂结合部由热塑性树脂形成。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述薄板块插入至其中不存在密封剂的空的集水管中。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，从所述树脂块伸出的所述中空纤维膜的远端在被切掉后插入至所述集水管中。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述薄板块中，所述多个中空纤维膜的排列宽度wl与所述多个薄板的堆叠高度h的比wl: h为3:1至10:1。
【文档编号】B01D63/02GK103768952SQ201310487904
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】安炯昱, 具永林 申请人:第一毛织株式会社