氣體擴散器的制造方法
【專利摘要】氣體擴散器包含在共用水平面內隔開并相互平行排列的通氣管網格，以及與通氣管流體連通的歧管。給定的通氣管(12)包括:在兩個端部之間延伸并定義軸(Z)的長度(L)，水動力直徑(Dh)，定義了包含交叉通過中心(C)的豎直軸(Y)和水平軸(X)的豎直平面的橢圓形橫截面，其與軸(Z)垂直，由第一段圓弧(20)和第二段圓弧(22)限定的外圓周。在扇形內第二段圓弧周圍四個或更多不同位置上的沿長度(L)分隔開的多個(N)排放孔，以及在第一段圓弧內沿長度(L)隔開的多個(M)排水孔(34);第二段圓弧(22)包含四個不重疊的15°扇形。
【專利說明】氣體擴散器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體擴散器，尤其是適合與沉浸式薄膜過濾系統(tǒng)一同使用或用作其部件的氣體擴散器。
【背景技術】
[0002]壓力驅動的薄膜過濾系統(tǒng)的性能會因薄膜表面上污垢堆積而顯著降低。該現(xiàn)象通常被稱之為“積垢”。為了減輕積垢，許多沉浸式薄膜過濾系統(tǒng)包括定位在薄膜下的氣體擴散器(也被稱之為“氣體分布器”或“通氣器”)。在運行時，氣體(例如空氣)氣泡從擴散器中排出，向上運行，在它們上升時摩擦薄膜表面。這種系統(tǒng)的例子在US 5248424、US5482625,US 6511602,US 6555005,US 2010/0224556,US 2011/0049038,US 61/526539,CN101893164中進行了描述。由于氣泡的生成是能量密集型的，所以需要更高效的氣體擴散器設計。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明包括改進的氣體擴散器,其中與各個排放孔(discharge hole)相關聯(lián)的氣體流速比較一致，包括位于通氣管周圍不同位置上的、水動力直徑不同的孔。在一個優(yōu)選的實施方式中，氣體擴散器包含在共用水平面內隔開并相互平行排列的通氣管網格，以及與通氣管流體連通的歧管。給定的通氣管(12)包括:在兩個端點之間延伸并定義軸(Z)的長度(L);水動力直徑(Dh);定義包含交叉通過中心(C)的豎直軸(Y)和水平軸(X)的豎直平面的橢圓形橫截面， 其與軸(Z)垂直；由第一段圓弧(20)和第二段圓弧(22)限定的外圓周:第一段圓弧由位于(X)軸下方且被(Y)軸平分的30°圓弧組成；第二段圓弧由與第一段圓弧(20)不重疊的330°圓弧組成。在扇形內第二段圓弧周圍的四個或更多個不同位置上的沿長度(L)分隔開的多個(N)排放孔，以及在第一段圓弧內沿長度(L)隔開多個(M)排水孔(drainage hole)；
[0004]第二段圓弧包含四個不重疊的15°扇形，各個扇形包含:
[0005]i)至少10個最小水動力直徑(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔；
[0006]ii)等于以米測量的、扇形內所有排放孔沿Y軸的平均位置的值(y);和
[0007]iii)等于以米測量的、扇形內所有排放孔水動力直徑平均值(d)四次方的值(F)；
[0008]其中以下關系適用于四個扇形中的任意兩個:
[0009]Abs [l-Fj/Fii+2.6xl08m 5N2 (Yi1-Yi) Fi) ] ^ 0.5
[0010]其中“ i ”和“ i i ”分別指沿Y軸的較高和較低扇形。
[0011]附圖簡要描述
[0012]圖1是氣體擴散器的透視圖，包括與通氣管網格流體連通的歧管；
[0013]圖2是圖1通氣管的透視圖；
[0014]圖3是圖2中沿線3-3所取的的通氣管的橫斷面視圖?！揪唧w實施方式】
[0015]本發(fā)明包括多個實施方式，既包括氣體擴散器，也包括含有氣體擴散器的沉浸式薄膜過濾系統(tǒng)。對沉浸式薄膜過濾系統(tǒng)沒有特別限制，該系統(tǒng)包括【背景技術】中引用的專利文件中描述的中空纖維和平板膜配置。
[0016]參照附圖，一個氣體擴散器的實施方式總的顯示在圖1的(10)上，包括在共用水平面內隔開并相互平行排列的通氣管(12、12’、12”、12”’)網格和與所述通氣管流體連通的集流管或“歧管”(14)。雖然沒有特別限制，但每個歧管的通氣管數(shù)量優(yōu)選為2至24。構造材料沒有特別限制，包括金屬(例如鋼、鋁等)和塑料(例如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等)。通氣管和歧管可采用焊接和粘膠相互連接，如本領域中常見的一樣。
[0017]單根通氣管(12)具有在兩端(16、18)之間延伸并定義軸(Z)的優(yōu)選為0.5至3米的長度(L)。通氣管(12)具有一個定義了包含交叉通過中心(C)的豎直軸(Y)和水平軸(X)的豎直平面的橢圓形橫截面，其與軸(Z)垂直。雖然顯示為具有圓形橫截面，但通氣管(12)可以具有橢圓形橫截面。為了描述之目的，術語“水動力直徑”定義為4A/P，其中“A”是橫截面積和“P”是橫截面的濕周。因此，對于包含圓形橫截面的通氣管(12)，水動力直徑(Dh)僅僅是指管(12)的內徑。雖然沒有限制，但通氣管(12)的水動力直徑優(yōu)選為0.010至
0.050m。通氣管的端部(16、18)優(yōu)選被密封。并且在優(yōu)選的實施方式中，通氣管(12、12’、12”、12”’ )具有基本上相同的長度(L)和水動力直徑(Dh)。
[0018]通氣管(12)進一步包括由第一段圓弧(20)和第二段圓弧(22)限定的外圓周--第一段圓弧由位于(X)下方并被(Y)軸平分的30°圓弧組成；第二段圓弧由330°圓弧組成，并被細分為22個大小相同、不重疊的15°扇形一其中四個在以下提到，與發(fā)明的實施方式相關。第一段圓弧(20)和第二段圓弧(22)不重疊。
[0019]在圖1中所述的實施方式中，歧管(14)位于通氣管(12、12’、12”、12”’)的端部之間的中央，在垂直方向上延伸，即在由通氣管網格限定的共用水平面上或下沿著水平軸(Y)延伸。歧管(14)通過進氣口(24)與各個通氣管流體連通。雖然沒有顯示，但歧管也可以位于通氣管(12、12’、12”、12”’ )的一端(16)或兩端(16、18)。
[0020]通氣管(12)包括在第二段圓弧(22)周圍的四個或更多不同位置上沿長度(L)分隔開的多個(N)排放孔(26、28、30、32);以及在第一段圓弧(20)內沿長度(L)隔開的多個(M)排水孔；這些孔優(yōu)選是橢圓形的，例如圓形，但也可以采用其他形狀，例如多邊形。
[0021]排放孔和排水孔的數(shù)量(N，M)沒有特別限制，但N優(yōu)選為10至100 ;M優(yōu)選為2至20。為了描述的目的,水動力直徑小于Imm的孔被忽略。在一個優(yōu)選的實施方式中,排放孔和排水孔具有以下特點:
[0022]i)最小水動力直徑(Clniin)等于或大于0.0Olm ；
[0023]ii)水動力直徑中值(dj為0.001至0.01m,并更優(yōu)選為0.002至0.005m ;和
[0024]iii)最大水動力直徑(dMX)等于或小于0.01m。
[0025]此外，通氣管(12)的橫截面積與以下的總橫截面積的比率為:
[0026]iv)與所有排放孔(24、26、28、30)的總橫截面積的比率大于1，并優(yōu)選大于1.2 ；
[0027]V)與所有排水孔的總橫截面積的比率小于1，并更優(yōu)選小于0.5。
[0028]在一個優(yōu)選的實施方式中，多個(N)排放孔(26、28、30、32)位于四個不重疊的15°扇形內的第二段圓弧(22)周圍，其中這四個扇形中的每個都包含:
[0029]vi)至少10個最小水動力直徑(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔；
[0030]vii)等于以米測量的、扇形內所有排放孔沿Y軸的平均位置的值(y)；
[0031]viii)等于以米測量的、扇形內所有排放孔水動力直徑平均值(d)四次方的值(F)。
[0032]其中以下關系適用于四個扇形中的任意兩個:
[0033]Abs[l-Fi/Fii+2.6x1 OV5N2 (Y11-Y1) Fi)]≤ 0.5
[0034]其中“ i ”和“ i i ”分別指沿Y軸的較高和較低扇形。
[0035]在另一個優(yōu)選的實施方式中，氣體擴散器進一步滿足如下:
[0036]N2Abs (0.5-0.025 (L/Dh)) (dmax/Dh)4 ≤ 0.3
[0037]在運行時，加壓氣體(例如空氣)例如通過氣體壓縮機的方式等引入到歧管(14)中(由圖1中的箭頭表示)，并通過進氣口(24)分配至通氣管(12、12’、12”、12”’)。由于排放孔(26、28、30、32)和排水孔(34)的尺寸和間隔的緣故，所述氣體擴散器(10)提供了改進的氣流分布，使得在運行過程中，單個排放孔的氣流速度與通氣管內所有排放孔的氣流速度中值相差小于20%，并更優(yōu)選小于10%。在優(yōu)選的實施方式中，這種氣流速度與氣體分配器內所有排放孔的氣流速度中值相差小于20%，并甚至是10%。這種在排放孔之間的均勻氣體分布(與其大小和在Y軸上的位置無關)導致更高效和有效的運行。
[0038]已經描述了本發(fā)明的許多實施方式，并且在一些例子中，某些實施方式、選擇、范圍、構成或其他特征被描繪為“優(yōu)選的”。對于“優(yōu)選”特征的描述不應該以任何方式解釋為將該特征視為對發(fā)明是必需的、必不可少的和關鍵的。所述范圍包括端點。上述每一個專利文件的完整主題通過過引用并入本文。
【權利要求】
1.氣體擴散器(10)，其包括在共用水平面內隔開并相互平行排列的通氣管(12、12’、12”、12”’ )網格，和與所述通氣管流體連通的歧管(14)， 其中通氣管(12)包括: 在兩個端點(16、18)之間延伸并定義軸(Z)的長度(L)， 水動力直徑(Dh)， 定義包含交叉通過中心(C)的豎直軸(Y)和水平軸(X)的豎直平面的橢圓形橫截面，其與軸⑵垂直， 由第一段圓弧(20)和第二段圓弧(22)限定的外圓周:所述第一段圓弧由位于(X)軸下方且被(Y)軸平分的30°圓弧組成，所述第二段圓弧(22)由與第一段圓弧不重疊的330°圓弧組成，并且其中所述第二段圓弧(22)包含有四個不重疊的15°扇形； 在所述扇形內的所 述第二段圓弧(22)周圍的四個或更多不同位置上的沿長度(L)分隔開的多個(N)排放孔(26、28、30、32)，和在所述第一段圓弧(20)內沿長度(L)隔開的多個(M)排水孔； 其中所述第二段圓弧(22)的所述四個扇形中的每一個都包含: 至少10個最小水動力直徑(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔； 等于以米測量的、所述扇形內所有排放孔沿Y軸的平均位置的值(y);和 等于以米測量的、所述扇形內所有排放孔水動力直徑平均值(d)四次方的值(F)； 其中以下關系適用于所述四個扇形中的任意兩個:
Abs[l-Fi/Fii+2.BxlOV5N2(Yi1-Yi)Fi)]≤ 0.5
其中“ i ”和“ i i ”分別指沿Y軸的較高和較低扇形。
2.權利要求1所述的氣體擴散器，其中所述通氣管(12)的橫截面積與所有排放孔(26、28、30、32)的總橫截面積的比率大于I。
3.權利要求1所述的氣體擴散器，其中所述通氣管(12)的橫截面積與所有排水孔(34)的總橫截面積的比率小于I。
4.權利要求1所述的氣體擴散器，其中所有排放孔(26、28、30、32)的水動力直徑(d)大于或等于0.0Olm并且小于或等于0.01m0
5.權利要求1所述的氣體擴散器，其中所有排水孔(34)的水動力直徑(d)大于或等于0.0Olm并且小于或等于0.01m0
6.權利要求1的所述氣體擴散器，其中所有排放孔具有最小水動力直徑(dmin)和最大水動力直徑(dmax)，并且dmax與dmin的比率小于2。
【文檔編號】B01D65/08GK103537194SQ201310308707
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月17日 優(yōu)先權日:2012年7月17日
【發(fā)明者】蔡啟祥, 蔡寧, S·J·格盧克, B·G·史密斯, 王城峰, 袁泉 申請人:陶氏環(huán)球技術有限責任公司