一种可拆卸的中空纤维膜组件及其组装方法与流程

本发明属于一种中空纤维膜组件。更具体地，本发明涉及一种可拆卸的中空纤维膜组件结构。

背景技术：

中空纤维膜(hollow fiber membrane)外形像纤维状。中空纤维外径0.4-2.0mm，内径0.3-1.4mm，中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。中空纤维膜的种类包括混合纤维酯微孔滤膜、硝酸纤维素滤膜、聚偏氟乙烯滤膜、醋酸纤维素滤膜、再生纤维素滤膜、聚酰胺滤膜、聚四氟乙烯滤膜以及聚氯乙烯滤膜等。中空纤维膜常用于进行水处理，应用于制药、酿造、餐饮、化工、市政污水回用、医院、小区污水回用、造纸等生产生活污水处理领域。采用膜技术进行污染物与水分子进行分离，可将宝贵的水资源进行二次利用，同时污染物中的贵重金属离子也可以过滤浓缩回收使用，经济效益十分可观，且不占地，不耗费能源，石油化工、羊绒制造、饮料、医药、城市污水处理等单位已大规模应用，投资收益明显，前景极为广阔。此外，近年来微藻新生物能源事业兴起，中空纤维膜也被应用到微藻收获工艺的藻液浓缩过程。

膜组件由膜壳、膜丝/膜束、封装部和端盖组成，封装方法是通过环氧树脂胶将中空纤维膜丝固定到膜壳内，起到密封作用。例如，CN 105120987 A公开了一种纤维膜组件，如图1所示：膜丝41组成的膜束，安装在壳体部1内，用于形成封装部2的模具在壳体部的两端覆盖。用于形成封装部的组合物(如环氧树脂等)被注入模具中填充中空纤维膜之间的缝隙，然后固化组合物，从而密封壳体部1的两端。在揭开模具之后，切掉固化的封装部突出的末端而露出中空纤维膜束4的端部，再在壳体部1的两端盖上具有流体进出口51的盖部5而制成。在壳体部1上注入口121和排出口122。但是，由于中空纤维膜膜丝为高分子材料，不具有刚性特质，无法利用刚性的螺纹、抱箍等连接方式进行密封。而用环氧树脂胶封装膜丝过程中，环氧树脂完全干燥需要几天时间，这样耗费工时。当膜污染或发生断丝而无法使用时，包括膜壳、接口等的整个膜组件就得报废处理。而膜壳和接口都是可重复使用的工程材料，报废就意味着这些材料的浪费并有可能造成环境污染。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种无需胶封、装配简单、可拆卸的膜丝组件结构及其组装方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的方案为：

一种可拆卸的中空纤维膜组件，其包括：

至少一根中空纤维膜膜丝，以及用于安装所述膜丝的膜壳，所述膜壳设有产水口；

所述纤维膜膜丝的两端分别插入一个中间具有通孔的针头，所述纤维膜膜丝的外部对应所述针头的位置设有一个箍环；所述纤维膜膜丝放入所述膜壳内，所述纤维膜膜丝的两端及所述箍环露出在所述膜壳的外部；

两个端盖，分别用于连接到所述膜壳的两端，该端盖连接膜壳的一端设有一个内孔，其中所述内孔的形状与所述箍环的形状相配合；当所述端盖连接所述膜壳时，所述端盖的内孔孔壁压迫所述箍环，将所述纤维膜膜丝与所述针头箍紧；

所述针头未插入到所述纤维膜膜丝的一外端穿出所述端盖。

其中，所述箍环为O型圈；所述内孔的孔径与所述箍环的外径相配合。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述端盖还设置有一个贯穿所述端盖的针头孔，所述针头孔供所述中空纤维膜膜丝两端的针头穿出所述端盖。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述膜壳的两端设有外螺纹，所述端盖的内孔孔壁设有与之配合的内螺纹。

在本发明的一个实施例中，所述端盖的内孔中设有密封胶垫。

进一步的，所述密封胶垫设有供针头穿过的孔或者不设置孔。

在本发明的一个实施例中，所述密封胶垫为设于所述内孔的底部的片体垫片；或者为衬套于所述内孔中与所述内孔相匹配的筒形垫片。

在本发明的一个实施例中，所述端盖连接膜壳的远端设有与他元件连接的组装部。

在本发明的一个实施例中，所述针头的外端为尖锐的斜面，可轻易刺破所述密封胶垫。

在本发明的一个实施例中，所述纤维膜膜丝的数量为1～30根。

在本发明的一个实施例中，所述中空纤维膜膜丝的内径略大于或等于所述针头的外径。

基于上述可拆卸的中空纤维膜组件，本发明还提供一种可拆卸的中空纤维膜组件的组装方法，所述组装方法为：

将中空纤维膜膜丝放入膜壳内，所述膜丝的两端伸出至所述膜壳之外；

在所述中空纤维膜膜丝的两端分别插入一根针头，针头的外端露出在所述膜丝的外部；

在所述中空纤维膜膜丝对应插入所述针头的外部结合一个箍环；

将端盖结合到所述膜壳的两端，所述端盖连接膜壳的一端的内孔孔壁压迫所述箍环，使所述箍环紧紧箍在所述中空纤维膜膜丝的外部，所述针头自所述端盖的针头孔伸出所述端盖外。

在发明的一个实施例中，当所述中空纤维膜膜丝的数量为多根时，还包括一个齐整步骤：将所述多根中空纤维膜膜丝并排整齐成一个膜束后，在所述膜束的各中空纤维膜膜丝的两端分别插入所述针头，在所述膜丝组成的膜丝束外侧捆绑所述箍环。

本发明的有益技术效果包括：

由于在中空纤维膜膜丝的两端插入刚性的针头，针头具有供液体进入的孔，如此便可通过箍环紧固环等方式，将针头箍紧在中空纤维膜膜丝的两端；并且该箍紧作用是借助膜壳两端的端盖的内孔孔壁压迫来实现的，因而使端盖同时实现膜壳的封闭，和中空纤维膜膜丝与针头的密封连接。

在端盖的内孔中设有密封胶垫，所述针头可轻易刺破所述密封胶垫伸出至所述端盖外部连接液体供应管路；进一步地，可在端盖的另一端设置组装部，供本发明的膜组件与其他装置连接，从而使本发明的膜组件可组装而投入实际的实验或应用中。

本发明的膜组件，无需胶封、装配简单、可拆卸、便于更换膜丝，特别适用于实验室单丝膜组件，或数量不多的膜丝组成的膜组件使用。

附图说明

图1为现有技术中膜组件结构示意图。

图2为本发明实施例一的可拆卸的中空纤维膜组件结构示意图。

图3为本发明实施例二的可拆卸的中空纤维膜组件结构示意图。

图4A-图4B是可拆卸的中空纤维膜组件中密封胶垫结构示意图。

图示中：

1-端盖、11-内孔、12-针头孔、2-膜壳、21产水口、22-外螺纹、3-中空纤维膜膜丝、4-针头、5-箍环、6-密封胶垫。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。

实施例1

如图2所示，为本发明实施例一的可拆卸的中空纤维膜组件结构示意图，该结构为一种单丝膜组件结构，其通常应用在实验室中，用来测试某一中空纤维膜的过滤性能，以及渗透压力、反洗时间等各种工作参数。膜壳2包括两个产水口，设于膜壳2内部的一根中空纤维膜膜丝3，该中空纤维膜膜丝3中间具有通孔，其长度大于所述膜壳2的长度，使中空纤维膜膜丝3可以伸出至所述膜壳2的外部；膜壳2的两端还设有端盖1。中空纤维膜膜丝3中设有针头4，针头4约1/2的长度插入到膜丝3的通孔中，针头4约1/2露在膜丝3的外部。在中空纤维膜膜丝3的外部对应插入所述针头4的位置设有一个箍环5，该箍环5可以直接将所述膜丝3与所述针头4密封箍紧，或者还可以借助端盖1使所述箍环5将所述膜丝3与所述针头4密封箍紧。具体如下文所述：

端盖1包括两端，第一端为结合所述膜壳2的一端，第二端为远离膜壳2的一端。在膜壳2的第一端设有内孔11，第二端设有针头孔12，内孔11与针头孔12贯穿，针头孔12供针头4穿出，所以针头12的孔径(如图2)系远小于内孔11的孔径。内孔11的孔壁四周环设有内螺纹，而膜壳2的两端各设有一段缩径部，在所述缩径部外表面设有外螺纹22。因此，当端盖1借助其内孔11螺接到膜壳2的外螺纹22上时，内孔11的四周孔壁会压迫箍环5，该箍环优选为O型圈，O型圈被端盖1的内孔11的孔壁旋转、压迫而不断收紧，将O型圈所环绕的中空纤维膜膜丝3与针头4紧紧捆绑在一起。当端盖1螺接膜壳2的外螺纹22到位后，O型圈被挤压在膜壳2的端部与端盖1内孔11的底部之间。

优选的，在端盖1的内孔11中还安装一个密封胶垫6。如图4A所示的密封脚垫为一个圆形片体垫片6，表面无针孔；或者如图4B为一个筒形垫片6，该垫片可设于该端盖1的内孔11中，与内孔11内部空间形状匹配。如此，当端1旋紧到膜壳2的外螺纹22时，针头4会扎破密封胶垫6，穿到针头孔12中。如图2所示，所述针头4的外端较佳设为尖锐的斜面，不仅可以增加中空纤维膜膜丝3通孔的进液口面积(弥补因针头4中间的通孔小于中空纤维膜3中间的通孔带来的进液量误差)，还能轻易刺破密封胶垫6。

端盖1的第二端可设有与其他实验或工作装置的部件的组装部，供膜组件与其他装置连接，从而使本发明的膜组件可组装而投入实际的实验或应用中。由于针头4是刚性的，故可以通过捆扎的方式将中空纤维膜膜丝3组装和固定起来，且针头4中间的孔，仍然可以供液体进入到中空纤维膜膜丝3中间，通过膜丝3表面的微孔实现过滤分离作用。在微藻的收获中，中空纤维膜组件常用于对藻液的初步浓缩过程，藻液从膜组件的一端进入到中孔纤维膜膜丝3中的通孔中，水分子不断地从膜丝3内部渗透至膜丝3外，汇集到膜壳2内，并从膜壳2的产水口21获得产水，而从膜组件的另一端获得浓藻液，该浓藻液被导入到离心设备进一步分离藻生物质。

不同的中空纤维膜膜丝的材质不同、孔径大小也不同，因此其工作参数也不一样，此外应用的环境不同，通入的液体不同，也会有不同的工作参数。为此，在对一种液体进行过滤/浓缩处理之前，往往需要做大量的小试实验。采用本发明实施例一的可拆卸的中空纤维膜组件结构，不需要使用环氧树脂胶封，且膜壳2和端盖1等都可重复利用料，提高效率、减少材质的浪费。

实施例2

图3为本发明实施例二的可拆卸的中空纤维膜组件结构示意图。实施例2与实施例1的区别仅在于，在实施例2中，膜壳2内装的中空纤维膜膜丝3不是单根，而是多根。对于需要组装多根膜丝3的膜组件，其膜组装结构上基本与实施例1相同，只是在将中空纤维膜膜丝3塞入到模块2之前，还有一个膜丝的齐整步骤：将多根中空纤维膜膜丝3并排整齐成一个膜束，膜束的横截面较佳与膜壳2的端口形状相同，然后将膜束塞入到所述膜壳2内，膜束的两端露出在膜壳2外部。然后，在所述各中空纤维膜膜丝的两端分别插入所述针头4，在所述膜丝组成的膜丝束外侧捆绑所述箍环5，其中箍环5优选为O型圈。其中，可以用一种可水解的粘胶将多根待组装的膜丝3粘接整齐成膜束(箍环5对应的位置不涂胶，如图3所示阴影处为涂胶)，或者采用其他的方式将多根中空纤维膜膜丝3齐整成一个膜束，但前提是不影响中空纤维膜膜丝3工作性能，也就是说液体通过中空纤维膜膜丝3中间的通孔不能被挤压变窄。

当中空纤维膜膜丝3为多根时，针头4扎破密封脚垫6，伸出到端盖1的针头孔12外部。其中所述中空纤维膜膜丝3的内径略大于或等于所述针头的外径，由此，当箍环5将针头4与膜丝3紧紧捆绑在一起时，一些膜丝3材料被堆栈和挤压，以进一步提高膜丝3与针头4连接处的密封度。

对于多根中空纤维膜膜丝3的膜组件，除了实施例2的组装结构和方法外，还可在所述多根膜丝的每一根膜丝3的两端分别插入针头4，各自用一个箍环5箍紧针头4和膜丝3，其中箍环5为若干个小箍环，其数量与膜丝3的数量相同。然后得到若干个独立的、两端固定有针头4的膜丝，然后将这些两端固定有针头4的膜丝，分别安装到膜壳2内，然后旋紧端盖1，针头4的外端穿至端盖1的针头孔12中。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。