專利名稱：分離膜片端蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分離流體中各種成分的分離元件。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于密封相鄰的分離元件的密封結(jié)構(gòu)。
壓力驅(qū)動流體分離系統(tǒng)的應(yīng)用是眾所周知的。在這樣的系統(tǒng)中，流體混合物通過能夠起選擇阻擋(selective barrier)作用的膜片的表面，所述選擇膜允許流體組合物中的某些成分比其它成分更容易地通過。
在商用的流體分離工藝中，通常采用空心纖維和螺旋纏繞膜片。采用螺旋纏繞膜片的優(yōu)點在于其享有較大的膜片接觸面積同時允許相對小的整體保護(hù)殼。提供用于商業(yè)用途的螺旋纏繞膜片的標(biāo)準(zhǔn)方法是采用膜片元件的形式，所述膜片元件包括一段滲透管或?qū)Ч懿糠?，所述膜片被纏繞在所述滲透管或?qū)Ч苌?。所述膜片元件然后可以被單獨地或通過將它們的滲透導(dǎo)管部分串聯(lián)地相互連接而結(jié)合起來使用。使用螺旋纏繞膜片的常見方法是，將它們單獨地或多個地裝在保護(hù)殼中而形成流體分離模塊。所述模塊，然后，能夠被單獨地或者能夠被方便地以串聯(lián)或并聯(lián)的構(gòu)造相互連接使用，從而提供所需要的處理。
螺旋纏繞膜片通常由包裹著包含有用于回收中央滲透流的孔的中央導(dǎo)管的一片或多片膜片材料形成?？梢圆捎瞄g隔層或其它裝置來保持流入—滯留通道(feed-retentate channel)，流入的混合物通過所述通道并被分離成滯留物成分或穿過所述膜片表面的滲透物成分。在美國專利5,538,642和5,681,467中提供了螺旋纏繞元件的實例。
當(dāng)多個膜片元件在一個單獨的模塊中以串聯(lián)形式被采用時，要求對相鄰元件，特別是所對應(yīng)的相鄰滲透管彼此密封，以防止輸送的流體流入到所述滲透管中。通常，這是通過利用滑動密封裝置來實現(xiàn)的，例如公開在美國專利No.5,851,267中的授予Schwartz的裝置。在這樣一種滑動密封裝置中，一種相互連接的管子或?qū)Ч鼙蝗菁{到相鄰分離元件的相鄰滲透管的端部。所述相互連接的管子在其端部限定了一對彼此間隔的溝槽，其中每個溝槽容納并保持一個O形圈。所述O形圈被排列成，通過在相互連接的管子的外端和各自的滲透管的內(nèi)表面之間施加徑向壓力來隔離所述滲透和滯留流體。
美國專利No.5,581,267還公開了一對位于所述分離膜片各端上的端蓋。每個端蓋限定了一個用于容納分離元件的滲透管的內(nèi)側(cè)開口和一個用于將相鄰分離元件鎖合在一起的外側(cè)鎖合環(huán)。一個O形圈被固定在鎖合環(huán)上，以提供對所述端蓋的徑向外側(cè)周圍的密封。所述密封介于相鄰的端蓋之間，并提供密封以防止輸送流或滯留流沿著壓力容器壁在相鄰的分離元件之間流動。
其它的端蓋結(jié)構(gòu)見日本公告No.11207156，其中所述端蓋包括一個整體的相互連接的管子，所述管子具有一種配置在每一端的密封結(jié)構(gòu)，用以插入一個相鄰的滲透管。一種類似的結(jié)構(gòu)見美國專利No.6,224,767。日本公告No.11267467也顯示了一種其任意端部都具有密封件的相互連接的管子。
將管子相互連接的另一種方法見日本專利No.2000015064。在這種裝置中，具有各種內(nèi)徑的相互連接的管子被用于控制所述滯留物管道中的壓力損失。
每種所述方法要求相互連接的某種類型的管子具有比起滲透管直徑相對地較小的直徑。相互連接的管子被插入到相鄰滲透管的端部，導(dǎo)致了壓力的損失。另外，由于相互連接的管子的插入，所述O形圈受到變形或者從所述溝槽中被擠出，從而導(dǎo)致密封失效。在這種類型的相互連接的管子的某些裝置中，人們已經(jīng)知道向O形圈加入潤滑劑來幫助安裝。所述潤滑劑會在滲透流中造成污染問題。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種能夠連接到相鄰的分離元件上以便放入到一種分離模塊中的分離元件。所述分離元件包括一種可滲透的分離主體，分離主體限定了與所述分離主體的第一側(cè)面之間流體連通著的一種滲透通道，以便匯集滲透物。所述分離元件還包括與所述滲透通道流體地連通的滲透管。所述滲透管橫跨在第一和第二端之間。分離元件還包括在可滲透的分離主體的第二側(cè)面上的一種滯留物通道。所述分離元件，還包括連接著管子且能夠與密封元件相配合的密封面，并在所述密封面和相鄰的分離元件的密封面之間軸向地壓縮所述密封件。這防止了流體在滲透管的端部，從滯留物通道流入到所述滲透管中。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種處于相鄰分離元件之間的密封結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)減少了密封面的數(shù)量，從而減小了滲透流中污染的危險。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在連接著所述滲透管的相鄰分離元件之間的密封結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)被軸向地壓縮而在相鄰的分離元件的滲透管之間提供一種液體密封的連接。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種密封結(jié)構(gòu)，在分離元件被安裝到分離模塊中的過程中，所述結(jié)構(gòu)消除了所述密封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動或滑動。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種密封結(jié)構(gòu)，在分離元件被安裝到分離模塊中的過程中，所述結(jié)構(gòu)減小了密封結(jié)構(gòu)變形的可能性。
本發(fā)明的另一個目的是固定所述密封結(jié)構(gòu)的位置，以防止在工作期間因所述分離模塊或密封結(jié)構(gòu)的運動對所述密封結(jié)構(gòu)的磨損。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不會限制所述滲透管中的流體流動的密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不會減少分離元件的有效長度的密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種處于相鄰的分離元件之間的固定所述分離元件的鎖合裝置，并在所述密封結(jié)構(gòu)上提供一個預(yù)定的軸向壓縮量。
本發(fā)明的另一個目的是消除對于用以幫助分離元件安裝的密封結(jié)構(gòu)上的潤滑劑的需要，從而消除對滲透流污染的潛在危險。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠增加所述密封結(jié)構(gòu)的有用壽命的密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的至少一個實施例的另一個目的，是在相鄰的分離元件之間提供一種鎖合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)提供了一種聽得見或摸的著的提示，以提示所述元件被完全鎖合在一起了。
本發(fā)明的至少一個實施例的另一個目的是在安裝之前給密封面開槽，以便在分離元件的操作過程中保護(hù)密封面。
本發(fā)明的至少一個實施例的另一個目的，是提供用于容納和保持所述密封結(jié)構(gòu)的溝槽，以避免所述密封結(jié)構(gòu)的無心丟失。
本發(fā)明的一個實施例的另一個目的是提供一種滲透接觸面連接器(permeate interface adapter)，所述連接器包括與相鄰分離元件之間采用的密封結(jié)構(gòu)相同的密封結(jié)構(gòu)。
通過參照以下詳細(xì)說明，同時結(jié)合附圖進(jìn)行考慮，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)勢將更為易于理解，因為所述特點和優(yōu)勢將變得更加明白，其中

圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的局部斷開的分離模塊的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的端蓋并顯示了滲透管的一種展開視圖；圖3是顯示了所述端蓋的另一個優(yōu)選實施例的立體圖；圖4是局部斷開方式的立體圖，其顯示了另一個優(yōu)選端蓋裝置；圖5是顯示所述密封結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選構(gòu)造的局部斷開的剖視圖；圖6是端蓋裝置的一個優(yōu)選實施例的端部視圖；和圖7是一種優(yōu)選的分離元件的局部展開的立體圖。
圖1中，分離模塊被總體地顯示為附圖標(biāo)號10。模塊10包括通用地表示為附圖標(biāo)號12的多個分離元件。分離元件12可以包括任何已知的分離元件，所述分離元件具有允許流體流中的一種成分透過而不允許所述流體流中的另一種成分透過的表面。適合的分離元件12可以使用任何構(gòu)造形式的任何類型的有效分離材料，所述分離材料提供了用于使含有可滲透和不可滲透成分的流體沿著所述分離材料的一側(cè)通過的適當(dāng)?shù)耐ǖ?，以及用于從所述分離材料的相對一側(cè)收集可滲透成分的通道。用于滲透物和滯留物的合適通道可以具有輻射形，螺旋形或者其它構(gòu)造，所述構(gòu)造可以通過含有可滲透和不可滲透流體的流體軸向地進(jìn)入和軸線地流出所述分離元件，或者收集滲透流體并軸線地輸送到所述分離元件的外面。采用的構(gòu)造的實例包括螺旋纏繞構(gòu)造和空心纖維構(gòu)造。
通過分離元件的流優(yōu)選地被配置成使得存在一種同軸的流，其中滲透流處于所述元件的中央部分(即，沿著軸線A，如圖7中所顯示)。圖1中的箭頭顯示了各流體的流動方向。然而，本發(fā)明可以采用分離元件，這里一種或者兩種流體通過偏離中心的入口和出口軸向地穿過所述元件。在各種構(gòu)造中，這種類型的合適的分離元件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是眾所周知的。
如圖7中所最好地顯示的那樣，用于分離元件的最優(yōu)選的構(gòu)造包括具有多個膜片瓣14的螺旋纏繞元件12。滯留物通道片16將每個膜片瓣14隔開。滯留物通道片16包括一個網(wǎng)孔片，如本領(lǐng)域中所熟知的，用以提供相鄰瓣14之間的隔離。滯留物通道片16限定了滯留通道。每個滯留物通道與相鄰分離元件12的滯留物通道流體地連通。
每個瓣14纏繞著滲透管18。滲透管18包括穿過管的多個孔20?？?0用于接受滲透物，并允許滲透物進(jìn)入到滲透管18。
所述分離元件的徑向最外部分，處于瓣14之上，可以包括一種蓋子或包裹層。所述蓋子可以包括一種不可滲透層，所述層將限制任何輸送或滯留的材料穿過到達(dá)所述分離元件12的外面以及分離元件12與壓力容器24之間。這樣的蓋子在本領(lǐng)域是眾所周知的。所述蓋子可以包括任何適合的覆蓋層，例如玻璃纖維、環(huán)氧樹脂或者任何其它不可滲透材料的足夠多的層，包在瓣14的外面。其他可用的蓋子包括在美國專利No.6 006 254中所描述的那些。
每個瓣14限定了一種流體地連通著瓣14的第一側(cè)面的滲透物通道。所述滲透物通道由配置在瓣14內(nèi)部的滲透通道片22所限定。滲透通道片22包括一種網(wǎng)孔片，如在所述技術(shù)領(lǐng)域中所熟知的，以提供對瓣14的隔離。每個瓣14以普通的眾所周知的方式圍繞著滲透通道片22包裹，并固定在滲透管18上。瓣14的開口端被固定在滲透管18的孔20周圍。因此，限定了滲透通道的滲透通道片22與孔20流體地連接，以允許流入到滲透通道中的滲透流體流過滲透通道，并通過孔20進(jìn)入到滲透管18中。具有這種普通結(jié)構(gòu)的分離元件的一個實例是可以從FilmTec公司買到的“BW30-400”。
滲透物通道收集分離出的滲透物，用于流通所述滲透物通道，滯留物通道分配或收集滯留物，用于連通所述滯留通道。所述滲透物通道連通著孔20，孔20允許流體流入到滲透管18中。
如圖1中所最好地顯示的，模塊10還包括壓力容器24。每個分離元件12都被裝在壓力容器24中。更具體地說，壓力容器24限定了一個內(nèi)部通孔25。分離元件12被定位在內(nèi)部通孔25中。雖然在該壓力容器24中可能只存在一個元件12，但在典型的壓力容器24中可能存在多達(dá)七個或八個連接成串聯(lián)形式的分離元件12。壓力容器24由端板或承重板26來封閉。壓力容器24的兩端都包括端板26。如圖1中所顯示，端板26優(yōu)選為圓形，且包括連接到輸送管30的輸送開口28。端板26也包括一個滲透物開口或端口32。壓力容器24另一端的端板26包括一個類似于輸送開口30的滯留物排放開口(沒有示出)。滯留物排放開口允許滯留物排出壓力容器24。兩個端板26還配有滲透物出口。通常，兩個滲透出口中的第二個被塞住，以使?jié)B透流只流出壓力容器24的一端，如圖1中所顯示。
如以上所描述，這里所公開的壓力容器24的類型通常具有一個輸送入口和一個滯留物出口。然而，應(yīng)該理解，可以采用多個輸送入口、多個滯留物出口和多個滲透物出口。
每個分離元件12，在其每一端上包括一個被通用地表示為標(biāo)號34的端蓋。每個端蓋34包括一個被通用地表示為標(biāo)號36的內(nèi)轂。內(nèi)轂36限定了一個內(nèi)轂端面38。內(nèi)轂端面38優(yōu)選地是一個平面。內(nèi)轂36還具有一個從中穿過的環(huán)形通孔40。環(huán)形通孔40用于容納滲透管18。雖然環(huán)形通孔40可以是圓柱形的，在某些實施例中，環(huán)形通孔的內(nèi)徑呈錐形以利于端蓋34與滲透管18的連接，就如以下所更詳細(xì)描述的。另外，環(huán)形通孔和滲透管18，雖然優(yōu)選地具有圓形橫截面，可以采用任何適當(dāng)?shù)膸缀谓Y(jié)構(gòu)。
如圖2-4和6所最佳顯示的，多條棱(ribs)或輪輻42從內(nèi)轂36徑向地向外延伸。棱42起著抗伸縮結(jié)構(gòu)的作用。特別是，棱42與瓣14的端部相接合，以防止瓣14伸縮或彼此相對移動。因此，棱42限定了其間的瓣14。棱42還留有足夠的流道，以便輸送物或滯留物離開一個分離元件12進(jìn)入到相鄰的元件12。
在一個優(yōu)選的實施例中，如圖3和6中所顯示，每條棱上可以包括一個凸緣44。凸塊46從凸緣44上向外伸出。凸塊46用于越過相鄰端蓋的棱42，如圖6中所顯示。更具體地說，每個棱可以在其外緣表面上限定一個通道或槽口47。凸塊46越過棱42的一個向外延伸的面，并進(jìn)入到通道47中。凸塊46因而被固定在通道47中。隨著幾個凸塊同時被插入到各自的通道47中，可以觀察到有聲的以及物理的指示，以提供如以下所描述的各端蓋被鎖合到位的反饋。
端蓋34還包括一個通用地表示為48的外轂。外轂48在其上限定了一個外轂面50。通用地表示為標(biāo)號52的鎖合結(jié)構(gòu)也被配置在端蓋34上。圖1中顯示了鎖合結(jié)構(gòu)52，鎖合結(jié)構(gòu)52能夠?qū)⒍松w34固定在相鄰分離元件12的端蓋34上。鎖合結(jié)構(gòu)52優(yōu)選的被配置在外轂面50上。鎖合結(jié)構(gòu)52包括多個配置在外轂面50周圍的凸塊和塞孔。凸塊和塞孔可以采用幾種形式中的任何一種。如圖2中所顯示，凸塊包含多個鏟狀物(spades)54。每個鏟狀物54具有內(nèi)側(cè)相對較薄的部分56和外側(cè)的頭部58。頭部58的厚度大于內(nèi)側(cè)部分56的厚度。
塞孔包括處于外轂面50上的開口60。如圖所示，開口60具有一個中央?yún)^(qū)域62。中央?yún)^(qū)域62大得足以允許鏟狀物54的頭部58插入到開口60中。在外轂面50的下面形成了一個通道，以容納鏟狀物54的頭部58。開口60包括側(cè)面部分64。側(cè)面部分64具有小于中央?yún)^(qū)域62的寬度。側(cè)面部分64允許鏟狀物54的內(nèi)側(cè)部分56從中穿過，但不允許頭部58穿過。
因此，為了鎖合這種類型的端蓋，相鄰的端蓋被對正，使得鏟狀物54的頭部58與相鄰端蓋34的開口60的中央?yún)^(qū)域62對正。端蓋34被推到一起直至各自的外轂面50相接合。端蓋34之間然后沿著順時針或逆時針方向作相對運動，直至鏟狀物54的內(nèi)側(cè)部分56降至開口60的任何側(cè)面部分64的端部的最低點。一旦處于這個位置，所述端蓋彼此之間不能作軸向相對運動。要斷開端蓋34的這種連接，只需通過沿著相反方向相對轉(zhuǎn)動端蓋34，直至頭部58對齊所述開口的中央?yún)^(qū)域62來實現(xiàn)的。端蓋34，當(dāng)處于此位置時，彼此之間能夠作軸向相對運動，從而使一個分離元件12從相鄰的分離元件12上脫離連接。另外，相鄰分離元件12的圖2中的端蓋34具有相同的鎖合結(jié)構(gòu)52。因此，具有相同鎖合結(jié)構(gòu)52的端蓋34被配置在分離元件12的兩端。
如圖4中顯示一種替代的鎖合結(jié)構(gòu)52。如圖4中所顯示，所述凸塊包括多個L形的抓鉤66。L形的抓鉤66供后面的狹槽68使用。狹槽68包括用于容納L形抓鉤66的最外腳的塞孔。因此，L形抓鉤66的外腳被容納在狹槽68的后面，從而軸向地相互鎖合相鄰的端蓋34。
如圖4中所最好地顯示的，端蓋34中的一個包括一個外環(huán)凸緣70。外環(huán)凸緣70從端蓋軸向地向外凸出到超過外轂面50。凸緣70在操縱分離元件12期間保護(hù)滲透管的密封免受損壞。圖4裝置中顯示的另一個端蓋34包括外環(huán)凹座72。外環(huán)凹座72用于容納相對端蓋34的外環(huán)凸緣70。如圖1中所顯示，處于一個端蓋34上的一個或多個L形抓鉤66的外腳可以包括凸塊74。類似地，處于相鄰端蓋34上的L形抓鉤66的相反的外腳可以包括用于容納凸塊74的小凹座76。所述凸塊的用途是在當(dāng)端蓋34被鎖合而發(fā)出可聽見的和物理的反饋以指示端蓋34被完全地鎖合到位時，安裝在凹座76中。
上面具有外環(huán)凸緣70的一個端蓋34(左面的一個)的外轂面50，從棱42的最外表面稍微地向前延伸。相鄰端蓋34包括處于每個靠近最外端的棱上的槽口78。槽口78允許相鄰端蓋34的外轂面50安裝在其中。即，槽口78為相鄰端蓋34的外轂面50提供了間隙。
為了組裝這種結(jié)構(gòu)的端蓋34，分離元件12必須被構(gòu)造成，在一端上帶有具有外環(huán)凸緣70所公開類型的端蓋，而在另一端上帶有具有外環(huán)凹座72的類型的端蓋34。相鄰的分離元件12被軸向?qū)φ⑼频揭黄穑允筁形抓鉤66的外腳與狹槽68相嚙合。端蓋之間(沿圖4中顯示的順時針方向)被相對地轉(zhuǎn)動，直至L形抓鉤66在狹槽68中降到底部。在某些實施例中，凸塊74會與凹座76相接合，發(fā)出可聽見的和物理的指示，以指示所述端蓋之間被相互鎖合在一起。在某些實施例中，如圖3和6中所顯示，棱42的凸緣44上的凸塊46(只在圖3中可見)與由相鄰端蓋的棱42限定的通道47相接合，如圖6中所顯示，從而發(fā)出可聽見的或物理的反饋，以指示端蓋34被鎖合了。
相鄰端蓋34之間的連接如圖1中所最佳顯示。對于處于鎖合位置中的各端蓋34，環(huán)形凸緣70環(huán)繞著環(huán)形凹座72。以這種方式，環(huán)形凸緣70對相鄰端蓋之間的連接提供了額外的支撐，并防止兩個相鄰的分離元件之間相對彎曲，特別是在將分離元件安裝到壓力容器24的過程中。
雖然提供了兩種優(yōu)選的鎖合結(jié)構(gòu)52，應(yīng)該理解，可以采用任何適合的結(jié)構(gòu)來鎖合各端蓋34。例如，具有加大錐形頭的推型連接器可以被插入到相鄰端蓋上的孔中。作為替代，軸向延伸的銷子可以被組合到端蓋中，所述銷子徑向地偏移到相鄰端蓋的凸耳或凸塊之上。當(dāng)所述銷子的凸耳或凸塊鉤在相鄰端蓋上對應(yīng)的凸耳后面時，所述端蓋被鎖合在一起。還有另外可供選擇的方法是倚賴于單組或多組相對的螺旋槽和螺紋，以典型的螺紋方式將元件鎖合在一起。優(yōu)選地，鎖合結(jié)構(gòu)是使得在相鄰的滲透管之間的密封結(jié)構(gòu)上施加預(yù)定的最小的力，如以下將討論的。優(yōu)選地，所述鎖合結(jié)構(gòu)還將允許密封力隨著由通過模塊10的流體的軸線流動施加到分離元件12上軸向力而增加。在所述分離元件的滯留物通道片16中，所述力因流動引起的壓力降低而自然地升高。
如圖1中所顯示，端蓋還可以包括用于容納O型圈82的外側(cè)O形圈槽80。O形圈82在端蓋34的最外表面和壓力容器24的內(nèi)表面之間提供密封。密封件84防止了輸送物和滯留物的流體流穿過所述端蓋的密封件區(qū)域。O形圈82被顯示處于在端蓋34的外表面上。然而，可以理解，O形圈82可以在相鄰端蓋的各外轂面50之間提供密封。如果O形圈密封件被配置在外轂表面上，將防止輸送物和滯留物流體從分離元件12的外面通過端蓋的外轂表面流過。在這種情況下，在端蓋和壓力容器之間，可以采用也可以不采用O形圈82。還應(yīng)該理解，所述O形圈只是多種適合的密封結(jié)構(gòu)中的一種。V形杯和六瓣密封件，例如出自Precision Associates公司的Multiseal，被證明是可供選擇的。
本發(fā)明的一種重要的特性是在相鄰的分離元件12的滲透管18之間提供一種改進(jìn)密封。有必要在相鄰分離元件12的滲透管18之間提供一種可靠的密封，以防止來自輸送物或滯留物流體的任何污染物在連接處進(jìn)入到滲透管18中。
通常，密封結(jié)構(gòu)包括連接著滲透管18和密封件的密封面。所述密封面能夠與一個密封件相配合，并在第一分離元件12的密封面和鄰近所述分離元件12的密封面之間軸向地壓縮所述密封件。如以下的應(yīng)用，所述密封面能夠被連接到所述滲透管，其要么通過與所述管本身形成一個整體元件，要么可以是第二個元件，例如直接與滲透管18相鄰且能夠被連接到其上的端蓋34的內(nèi)轂來實現(xiàn)該連接。在某些實施例中，所述連接也可以是固定的，例如當(dāng)內(nèi)轂被磨擦焊接或溶解粘結(jié)到所述滲透管上的時候。所述連接也可以不固定，例如當(dāng)內(nèi)轂在所述滲透管和所述內(nèi)轂通孔之間的接觸面處與第二密封件(未示出)相接合的時候。
所述密封結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選的構(gòu)造，如圖2和5所顯示，所述密封面包括第一84和第二86滲透管端面。即，滲透管18橫跨在其第一84和第二86端面之間。所述第一84和第二86端面是環(huán)形的，優(yōu)選地截面呈圓形。每個第一84和第二86端面大致是平坦的。
第一84和第二86端面中的至少一個包括環(huán)形溝槽88。如圖2和5中所顯示，所述環(huán)形溝槽處于第一端面84上。環(huán)形溝槽88用于在其中容納和固定密封件。優(yōu)選地，如圖2中的展開視圖所顯示，所述密封件包括一個O形圈90。溝槽88的寬度稍微小于O形圈90的橫截面。以這種方式，O形圈90將被稍微壓縮而進(jìn)入到溝槽88之中。換種方式，所述O形圈的內(nèi)徑稍微小于溝槽88的內(nèi)徑。以這種方式，所述O形圈會被稍微拉伸到所述溝槽上。這樣會提供一種摩擦配合來將O形圈90保持在溝槽88中。另外，溝槽88的深度稍微小于O形圈90的橫截面。這允許O形圈90從溝槽88中凸出，來接合相鄰分離元件12的第二端面86。雖然溝槽88優(yōu)選地以適當(dāng)?shù)姆较虮３种鳲形圈90，應(yīng)該理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以利用替代的方法將所述密封件保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫鳛閷嵗?，可以采用一種適當(dāng)?shù)哪z粘劑。在這種情況下，溝槽88可以被取消，且兩個端面84、86會在整個表面上都是平坦的。O形圈90然后可以被固定到端面84、86中的一個上面。作為替代，會采用從溝槽的側(cè)壁上凸出的小棱，以產(chǎn)生有效溝槽寬度小于O形圈90的橫截面的區(qū)域。另外，雖然O形圈是優(yōu)選的密封元件，應(yīng)該理解，任何適合的密封結(jié)構(gòu)，例如具有一種壓縮密封件或帶有非圓截面的密封件，都可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用。非圓橫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。
如圖5中所顯示，端蓋34被固定在各滲透管18上，以便允許第一滲透管18的第一端面84接觸所述第二滲透管的第二端面86。在這種結(jié)構(gòu)中，處于內(nèi)轂36和滲透管18的外表面之間的流體密封件就不是決定性的。因此，內(nèi)轂36可以以任何方式固定到所述滲透管的外表面上，所述方式包括，例如摩擦配合，通過利用膠粘劑，通過磨擦焊接或通過溶解粘結(jié)。當(dāng)然，任何將內(nèi)轂36連接到滲透管18上的方式都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。作為替代，在本實施例中，端蓋34可以直接被固定到瓣14的端部或者固定到所述蓋子上。
在所述優(yōu)選實施例中，端蓋12，由一種能夠被磨擦焊接或溶解粘結(jié)到所述滲透管或者所述滲透連接管(permeate interface tube)上的材料而整體地形成，如以下所述。所述材料可以包括，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)或者任何其它的熱塑性材料，例如，聚砜PVC之類的材料。其它適合的材料會包括任何熱固性塑料或兩組份反應(yīng)成形化合物，例如氨基甲酸乙酯或者環(huán)氧樹脂。
為了改進(jìn)以上所描述類型的相鄰分離元件12的滲透管18之間的密封，要借助于兩個元件12。第一分離元件12的滲透管18的第一端面84，在其上面包括大致平坦的表面并具有溝槽88。O形圈90受到少許壓縮并安裝在溝槽88之中。第一和第二分離元件被彼此相鄰放置，使得各自端蓋對正以允許鎖合結(jié)構(gòu)如以上描述的那樣相互配合。
O形圈90在相鄰滲透管18的各自的第一84和第二86端面之間被軸向地壓縮。鎖合結(jié)構(gòu)52固定相鄰的端蓋34，從而固定相鄰的分離元件12。O形圈90防止輸送流或者滯留流中的任何流體，通過相鄰的分離元件12的連接處進(jìn)入到滲透管18中。通過將端蓋34恰當(dāng)?shù)囟ㄎ辉跐B透管18上，預(yù)定的軸向力會被加在O形圈90上，從而在相鄰滲透管18之間提供適當(dāng)?shù)拿芊狻?br> 在一種替代的優(yōu)選實施例中，如圖1、3和4中所顯示，處于端蓋34上的內(nèi)轂端面38提供了密封面。如以上所描述，端蓋34上的內(nèi)轂端面30是大致平坦的表面。端蓋34上內(nèi)轂端面38中的一個優(yōu)選地包括用于容納O形圈94的溝槽92。當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時，在內(nèi)轂36和滲透管18的外表面之間，流體密封是理想的。更具體地說，內(nèi)轂36的環(huán)形通孔40必須與滲透管18的外表面相連接并密封。這種流體密封結(jié)構(gòu)對于防止內(nèi)轂38和滲透管18的外表面之間的輸送物或者滯留物流體的流動是必須的。改進(jìn)這種流體密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)選方法是將內(nèi)轂36磨擦焊接到滲透管18上。為了便于這種連接，內(nèi)轂36的環(huán)形通孔40可以被作成錐形。在內(nèi)轂36和滲透管18之間提供流體密封連接的其它方法處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。作為實例，內(nèi)轂36可以被溶解粘結(jié)到所述滲透管上。作為替代，可以采用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)方法。另外，通過在內(nèi)轂36和滲透管18之間恰當(dāng)?shù)夭捎妹芊庠?，可以完善流體不可滲透的密封?？梢匀绱瞬捎萌魏芜m當(dāng)?shù)拿芊夥椒?，而在所述?nèi)轂36和滲透管18之間提供密封。
如以上所述，雖然溝槽適合以適當(dāng)?shù)姆较蚬潭ㄋ鯫形圈94，應(yīng)該理解，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，利用替代的方法，作為實例比如采用適合的膠粘劑，所述密封元件可以被保持在合適的位置中。在此情況下，溝槽92可以被取消，兩個相鄰的內(nèi)轂端面38在整個表面上將是平坦的。O形圈94然后可以被固定到一個內(nèi)轂端面38上。另外，雖然O形圈94是優(yōu)選的密封件，應(yīng)該理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，任何適當(dāng)?shù)拿芊饧?，作為實例比如壓縮密封件，都可以被采用。
為了改進(jìn)以上所描述類型的相鄰的分離元件12的滲透管18之間的密封，要借助于兩個元件12。相鄰分離元件的端蓋34的內(nèi)轂端面38包括大致平坦的表面。內(nèi)轂端面38中的一個上面包括有溝槽92。端蓋34被固定在各自滲透管18上，以便在端蓋34和滲透管18之間提供流體密封連接。優(yōu)選地，端蓋34被磨擦焊接到各自滲透管18上。O形圈94受到少許壓縮并定位在溝槽92中。第一和第二分離元件12被彼此相鄰放置，使得各端蓋34對正，以允許所述鎖合結(jié)構(gòu)如以上所描述的相互配合。端蓋34被固定在各自的滲透管18上，以允許第一端蓋34的內(nèi)轂端面38接觸第二端蓋34的內(nèi)轂端面38，如圖1中所顯示。
O形圈94在第一端蓋34的內(nèi)轂端面38和第二相鄰端蓋34的內(nèi)轂端面38之間被軸向壓縮。鎖合結(jié)構(gòu)52固定相鄰的端蓋34，從而固定相鄰的分離元件12。另外，通過將端蓋34適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ跐B透管18上，一個預(yù)定的軸向力可以被施加在O形圈94上，而在相鄰的內(nèi)轂端面38之間提供適當(dāng)?shù)拿芊?。密封著相鄰?nèi)轂端面38的O形圈與介于內(nèi)轂36和滲透管38之間的流體密封連接相結(jié)合，防止了輸送物和滲透物流中的任何流體在相鄰分離元件12的連接處進(jìn)入到滲透管18中。
通過在相鄰分離元件12的端蓋34的內(nèi)轂端面38之間提供密封，可以獲得某些優(yōu)點。第一，以一種相鄰滲透管18的端面84、86不必相互接觸的方式，端蓋34可以被定位在滲透管上。第二，內(nèi)轂端面38提供了一個用以安放所述密封件的較大的表面。最后，所述管子端面86相對于鎖合結(jié)構(gòu)52的軸向?qū)φ兊貌荒敲粗匾?br> 應(yīng)該理解，這里所描述的密封裝置可以相互結(jié)合使用，以便進(jìn)一步改善所述模塊的整體性。
模塊10還包括一個元件接觸面連接器，通用地標(biāo)示為標(biāo)號96。接觸面連接器96連接著處于壓力容器24中最外層分離元件12的外端蓋34，如圖1中所最佳顯示的。接觸面連接器96，用于在壓力容器24中的第一和某些實施例中的最后分離元件12的滲透管18以及滲透連接管98之間提供流體密封。所述連接允許滲透物排出，在某些實施例中進(jìn)入到壓力容器24中，而不會在壓力容器24的內(nèi)部通過輸送物和滯留物流體造成污染。
接觸面連接器96包括采用如以上所闡述和如圖1-4中所顯示的任何構(gòu)造的端蓋34。端蓋34包括如先前所描述的鎖合結(jié)構(gòu)52。端蓋34被連接到滲透連接管98。接觸面連接器96的滲透連接管98，與以上所描述的滲透管18不同，從頭至尾沒有任何孔。滲透連接管98也沒有任何瓣14連接到其上。滲透連接管98，以如上面闡述的將滲透管18與內(nèi)轂36相連接的任何方式，被連接到所述端蓋的內(nèi)轂36上。
在一種優(yōu)選實施例中，如圖1中所顯示，滲透連接管98以一種適當(dāng)?shù)牧黧w密封方式與端蓋34的內(nèi)轂36相連，例如通過磨擦焊接。另外，如以上所闡述，內(nèi)轂36可以被做成錐形以有助于磨擦焊接過程。內(nèi)轂端面38是完全平坦的。所述內(nèi)轂端面38，接合著容納在處于相鄰端蓋34的內(nèi)轂端面38上溝槽92中的O形圈94。端蓋34然后以上面所闡述的方式被鎖合。以這種方式，處于最后的分離元件12的端蓋34和接觸面連接器的端蓋34之間的O形圈94以軸向壓縮方式被固定。這在最后的分離元件12的滲透管18和滲透連接管98之間提供了一種流體密封關(guān)系。
雖然接觸面連接器96的端蓋34的內(nèi)轂端面38被顯示為在整個表面上是平坦的，應(yīng)該理解，此內(nèi)轂端面也可以包括用于容納O形圈的處于其上的溝槽。在這樣一種情況下，優(yōu)選地，所述分離元件12的相鄰端蓋34的內(nèi)轂端面38是平坦的。另外，雖然如圖1中所顯示，所述密封在相鄰端蓋34各自的內(nèi)轂端面38之間實現(xiàn)的，應(yīng)該理解，所述密封可以在滲透管18的端面84、86中的一個和滲透連接管98的端面100之間被實現(xiàn)。這是通過在滲透管18的端面84、86中的一個上，或者在滲透連接管98的端面100上配置一個溝槽來實現(xiàn)的。所述密封然后以如上面所闡述的方式得以實現(xiàn)，以便直接在相鄰分離元件12的滲透管18的端面84、86之間提供密封。
一種滲透物連接器被通用地表示為標(biāo)號102。滲透連接器102通過端板26中的滲透物開口或端口32伸出。滲透連接器102包括第一管狀部分104。第一管狀部分104具有與滲透連接管98的外徑近似匹配的內(nèi)徑。第一管狀部分104的內(nèi)表面包括用于容納O形圈108的一個環(huán)形槽106。O形圈108在第一管狀部分104的內(nèi)表面和滲透連接管98的外表面之間提供流體密封。以這種方式，得以防止輸送物或滯留物的流體通過此連接處進(jìn)入到滲透連接管98中。
滲透連接器102還包括第二管狀部分110。第二管狀部分110與第一管狀部分104構(gòu)成一個整體，并具有比起第一管狀部分104相對較小的直徑。側(cè)壁112連接著第一104和第二110管狀部分。第二管狀部分110通過端板26上的滲透開口32伸出。第二管狀部分110還包括一個有螺紋的開口114。該有螺紋的開口114用于容納帶有螺紋的管子，以便將滲透物排出到壓力容器24之外。
具有滲透連接管98的這種類型的端蓋34優(yōu)選地被用于模塊10的兩端。也就是說，處于第一元件12上的第一端蓋34包括通過那里延伸的滲透連接管98，處于最后元件上的最后端蓋34包括，如圖1中所顯示包括通過那里延伸的滲透連接管98。當(dāng)只采用一個模塊10時，滲透連接管以第一端，沒有示出，被插入到滲透連接器102中，所述滲透連接器在開口114處與一個帶有螺紋的塞子或管子相配合。所述第二端如圖1中所顯示。這種結(jié)構(gòu)允許輸送物或滯留物沿著圖1中的箭頭方向通過瓣14流動。所述滲透物通過滲透管18沿著圖1中箭頭的方向流動。隨著輸送物和滲透物繼續(xù)流過模塊10，所述流中的雜質(zhì)濃度得到濃縮。因此，相對濃縮的滯留物，通過與具有輸送開口28的端部相反的端部被排出。
在某些實施例或工藝中，要求對滯留物進(jìn)行進(jìn)一步分離。在這樣一種情況下，排出模塊10的所述滯留物可以被引導(dǎo)到相鄰模塊10的輸送管30。在所述情況下，也要求將第一和第二滲透模塊的滲透管相連接。為了實現(xiàn)此目的，第一模塊的兩個端板26都包括滯留物開口。最外側(cè)的分離元件12的每端都含有與滲透物連接器102相連的滲透物連接管98。第一模塊10的滲透連接器102中的一個，會通過連接到所述有螺紋的開口的一個適當(dāng)?shù)墓茏?，與下一個相鄰模塊10的滲透連接器相連接。如果要采用兩個模塊10，最端部的連接器102會如以上描述那樣被塞住。在此情況下，滲透物會只從一端流出所連接的模塊。
為了構(gòu)成一個整體的模塊10，提供了一個壓力容器。采用了第一分離元件12。第一分離元件12的一個端蓋34被連接到具有滲透連接管98的另一個端蓋34上。這種裝置然后被滑動到壓力容器24的通孔25中，直至第一分離元件12被完全地支撐在壓力容器24中。然后通過相對于第一分離元件12轉(zhuǎn)動第二分離元件12，第二分離元件被固定到第一分離元件12上。優(yōu)選地，發(fā)出要么可聽見的要么物理的反饋，以指示兩個端蓋34被相互鎖合在一起。這種鎖合還在相鄰的滲透管18之間實現(xiàn)密封。這種過程一直重復(fù)，直至最后的分離元件已經(jīng)被放置到壓力容器24的通孔25中。然后，具有另一個滲透連接管98的端蓋被固定在最后的分離元件12的端蓋34上。具有配置在滲透物端口32中的滲透物連接器102的端板26，然后以一種眾所周知的方式，被安裝到壓力容器24上。滲透連接器102的第一管狀部分104被配置在滲透物連接管98外表面的周圍，且O形圈108為所述元件之間提供了密封。在所述容器的第一端，開口114與一個帶螺紋的塞子相配合，且滯留物管子被連接到滯留物開口28上。在所述容器的第二端，管子116被旋入到開口114中，且輸送管30被連接到輸送開口28上。
利用相鄰元件12之間的所述連接，并利用以這種方式制成的元件接觸面連接器96，可以在滲透物管連接處提供一種更為可靠的密封。形成所述連接所需密封件的數(shù)量也被減少了。另外，由鎖合結(jié)構(gòu)52產(chǎn)生的軸向密封壓縮提供了更為可靠的密封結(jié)構(gòu)。最后，通過在滯留物通道片16中因流動所引起的壓力降低而導(dǎo)致的自發(fā)的作用力升高，所述密封的軸向壓力得到了增強(qiáng)。
所公開的實施例代表著本發(fā)明的當(dāng)前實現(xiàn)形式，僅僅是為了說明而不是對其進(jìn)行限定。顯而易見，根據(jù)以上的技術(shù)，本發(fā)明的許多改進(jìn)和變化形式都是可能的。因此，應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，本發(fā)明可以以不同于以上所特別描述的方式被實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種分離元件，其包括可滲透的分離主體，其限定了用于收集滲透物的與所述分離主體的第一側(cè)面流體連通的滲透物通道；滲透物管，其沿著第一和第二端之間的軸線延伸，并與所述滲透物通道流體連通；處于所述可滲透分離主體的第二側(cè)面上的滯留物通道；一種密封面，其連接到所述滲透物管，并能夠在所述密封面和相鄰地定位的分離元件的密封面之間軸向地壓縮一個密封元件。
2.如權(quán)利要求1所述的分離元件，其中所述密封面包括所述滲透物管的一個端面。
3.如權(quán)利要求2所述的分離元件，其中所述端面包括能夠用于容納并保持一個密封元件的環(huán)形溝槽。
4.如權(quán)利要求3所述的分離元件，其包括用于放置在所述環(huán)形溝槽中的O形密封件。
5.如權(quán)利要求1所述的分離元件，其中所述密封面包括固定在所述外表面周圍并鄰近所述滲透物管一端的環(huán)形密封面，以防止所述環(huán)形密封面和所述滲透物管之間的流體流動。
6.如權(quán)利要求5所述的分離元件，其中所述環(huán)形密封面包括處于其中的用于容納并保持密封件的環(huán)形溝槽。
7.如權(quán)利要求6所述的分離元件，其包括用于放置在所述環(huán)形溝槽中的O形密封件。
8.如權(quán)利要求1所述的分離元件，還包括分別配置在所述滲透管的所述第一和所述第二端周圍，并在其間具有所述可滲透主體的第一和第二端蓋，所述端蓋上包括一種鎖合結(jié)構(gòu)，所述鎖合結(jié)構(gòu)能夠與相鄰定位的分離元件的對應(yīng)端蓋可釋放地嚙合。
9.如權(quán)利要求8所述的分離元件，其中每個所述第一和所述第二端蓋，各自限定了具有一個內(nèi)轂端面的內(nèi)轂，以及一個限定了一個外轂端面的外轂，所述鎖合結(jié)構(gòu)配置在所述外轂的端面上。
10.如權(quán)利要求9所述的分離元件，其中所述端蓋包括許多在所述內(nèi)轂和所述外轂之間延伸的棱。
11.如權(quán)利要求10所述的分離元件，其中所述鎖合結(jié)構(gòu)包括多個配置在所述外轂周圍的凸塊和塞孔，所述外轂的所述凸塊能夠與相鄰定位的分離元件的外轂的對應(yīng)塞孔可釋放地嚙合，以便將所述分離元件與相鄰分離元件相連接；并在其間軸向地壓縮密封元件。
12.如權(quán)利要求11所述的分離元件，還包括處于至少一個所述鎖合結(jié)構(gòu)和所述棱之一上的凸塊，以便接合處于所述鎖合結(jié)構(gòu)和所述棱之一上的槽口，從而提供反饋來指示所述鎖合結(jié)構(gòu)被鎖合了。
13.如權(quán)利要求6所述的分離元件，其中所述內(nèi)轂被摩擦焊接到所述滲透管上，以防止所述內(nèi)轂和所述滲透管之間的流體流動。
14.如權(quán)利要求1所述的分離元件，其中所述可滲透分離主體包括一種螺旋纏繞膜片。
15.一種用于分離元件的端蓋，其包括限定了內(nèi)轂端面的內(nèi)轂；限定了外轂表面的外轂；多個在所述內(nèi)轂和所述外轂之間伸展的棱；處于所述內(nèi)轂端面上，能夠在其中容納并保持密封元件的溝槽。
16.如權(quán)利要求15所述的端蓋，其包括用于放置在所述溝槽中的O形密封元件。
17.如權(quán)利要求15所述的端蓋，其包括配置在所述外轂表面上的一種鎖合結(jié)構(gòu)，所述鎖合結(jié)構(gòu)包括配置在所述外轂周圍的多個凸塊和塞孔，所述外轂的所述凸塊能夠可釋放地接合處于相鄰分離元件上的外轂上的對應(yīng)塞孔，從而將所述分離元件與相鄰分離元件相連接，并在其間軸向地壓縮其間的密封元件。
18.如權(quán)利要求15所述的端蓋，還包括以流體密封方式固定到所述內(nèi)轂上的通過那里伸展的滲透連接管。
19.如權(quán)利要求17所述的端蓋，還包括處于所述鎖合結(jié)構(gòu)或者所述棱之一上，能夠接合到對應(yīng)槽口的一個凸塊，以提供所述鎖合結(jié)構(gòu)鎖合的反饋。
20.一種螺旋纏繞分離元件，其包括沿著第一和第二端之間軸線伸展的滲透管；至少一個連接到所述滲透管上并螺旋纏繞在所述滲透管周圍的瓣；配置在所述滲透管的所述第一和所述第二端的每一個上，并具有配置在其間的所述瓣的第一和第二端蓋，所述第一和所述第二端蓋每個都具有內(nèi)轂和外轂，所述內(nèi)轂和所述外轂通過多個棱相互連接；一種配置在所述端蓋上，用于固定相鄰分離元件的端蓋的鎖合結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)包括所述第一端蓋包括一個凸塊而所述第二端蓋包括一個槽口，當(dāng)處于鎖合位置時，所述凸塊和槽口能夠嚙合處于相鄰端蓋上的對應(yīng)結(jié)構(gòu)，從而提供反饋以指示所述鎖合結(jié)構(gòu)被鎖定。
21.如權(quán)利要求20所述的螺旋纏繞分離元件，其中所述凸塊和所述槽口分別處于所述第一和所述第二端的所述外轂上。
22.如權(quán)利要求20所述的螺旋纏繞分離元件，還包括一種在相鄰分離元件的滲透管端部和相鄰分離元件的內(nèi)轂中的一種之間可軸向壓縮的密封件。
23.如權(quán)利要求20所述的螺旋纏繞分離元件，其中所述第一滲透管端部和所述端蓋的所述內(nèi)轂之一包括有處于其上的用于容納密封元件的溝槽。
全文摘要
提供了一種能夠用于連接相鄰分離元件(12)的分離端蓋(34)。所述端蓋(34)可以被定位在分離元件(12)的遠(yuǎn)端，并能夠用于與處于分離元件(12)內(nèi)部的滲透管(18)相連接。在一個實施例中，端蓋(34)包括用于容納O形圈的內(nèi)轂36，以便對處于相鄰分離元件(12)上的端蓋的內(nèi)轂(36)進(jìn)行密封。端蓋的內(nèi)轂可以被磨擦焊接到滲透管(18)的外表面上。端蓋的外轂(48)上的鎖合結(jié)構(gòu)(52)，與相鄰分離元件(12)的端蓋(34)上的鎖合結(jié)構(gòu)(52)相配合而可釋放地鎖合所述端蓋，因而鎖合相鄰分離元件。鎖合結(jié)構(gòu)(52)優(yōu)選地在O形圈(34)上提供預(yù)定的軸向力，以密封相鄰分離元件(12)的滲透管(18)之間的連接。所述密封結(jié)構(gòu)也可以提供可聽見的和/或可見的反饋，以指示相鄰端蓋之間實現(xiàn)了鎖合。
文檔編號B01D63/12GK1538871SQ02815217
公開日2004年10月20日 申請日期2002年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月1日
發(fā)明者M·J·哈倫, J·E·約翰遜, L·D·約翰遜, M J 哈倫, 約翰遜 申請人:膜技術(shù)公司, 陶氏環(huán)球技術(shù)公司