集成有限流器和传感器的螺旋卷式组件制造技术

一种螺旋卷式组件，所述螺旋卷式组件包括：压力容器，所述压力容器包括内部腔室、进料入口、浓缩物出口和渗透物出口；以及位于所述压力容器的内部腔室内的螺旋卷式膜模块；其中，所述组件的特征为包括：i)限流器，所述限流器包括：彼此密封接触的第一板和第二板；以及流体通道，所述流体通道位于所述第一板与所述第二板之间，并且所述流体通道包括与所述浓缩物出口和所述渗透物出口中的至少一个处于流体连通的第一端、以及适于从所述螺旋卷式组件排出流体的第二端；以及ii)传感器片，所述传感器片包括至少一个位于所述第一板与所述第二板之间并且与所述流体通道接触的传感器元件，其中，所述传感器片适用于测量穿过所述流体通道的流体的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成有限流器和传感器的螺旋卷式组件
本专利技术涉及适合用于液体分离的螺旋卷式膜组件。
技术介绍
螺旋卷式膜组件在各种各样的流体分离中使用。在常规的住宅实施例中，单个螺旋卷式反渗透(RO)膜模块(“元件”)容纳在压力容器内，该压力容器包括进料(例如，未过滤的水)入口，浓缩物(排出)出口和渗透物(例如净水)出口。在操作期间，加压的进料流体经由进料入口被引入容器中，穿过模块并且分成至少两股流离开容器：浓缩物和渗透物。螺旋卷式膜组件通常被设计为在特定通量和回收率范围内操作。在大型RO系统中，通常单独控制施加的压力和排出流量以获得最佳操作，并且定期清洁和维护操作进一步延长系统寿命。相比之下，住宅用RO系统会遇到广泛范围的进料压力和操作条件品质，并且最终用户很少进行系统维护。此外，为了适应可变的进料条件(特别是压力和渗透强度)和最终用户对高流量的普遍期望二者，可以将系统配置成在高且不可持续的初始通量下进行操作(“过通量”)。这继而导致膜过早积垢和结垢。当在高回收率下运行时，这些问题可能会加剧。已经描述了各种技术来修改RO模块的流分布。例如，US5119860、US7017611和US2017/0247266描述了限流器的使用，以提供浓缩物从RO模块到排放口的流动阻力。US2017/0050149描述了位于或固定至渗透物收集管内的限流器(例如，顺应性构件、面积可变孔口等)，该限流器提供了随渗透物流量而变化的流动阻力。US8043512描述了类似的系统。US4046685描述了在容器的渗透通路内的限流器，以允许从容器的两端获得区分流。US2007/0272628利用具有不同标准特定的通量值的元件的组合来更好地管理整个容器的操作条件的差异，并且实施例利用渗透物收集管内的限流器将液体与不同类型的元件隔离。WO2012/086478利用固定在上游元件的渗透物收集管内的阻力管来减少渗透物流量。US7410581描述了限流器的使用，该限流器可以沿互连模块的渗透物收集管移动到替代位置。还参见JP2000/167358和JP2001/137672。虽然没有公开对RO应用的适用性，但是US4418723也描述了限流器。在操作之后，模块的积垢和结垢导致压力减小以及因此分离性能下降。对组件中的一个或多个位置处的压力或电导率进行监测可以识别压力损失并且允许操作者采取适当措施，例如，选择性地更换模块、增加对进料流体的预处理、使用更积极的清洁等。已经开发了各种技术，参见例如：US2014/0180610、US8808539、US8617397、US8568596、US8519559、US8272251、US8210042、US7886582、US2011/10114561、WO2012/117669以及JP2016/019932。也已经对其他类型的过滤装置使用类似技术，例如，US6936160、US7048775和US8221522。在US7225683和US20160178418中描述了更通用的流速传感器。尽管没有描述对RO系统的适用性，但是JP64054220描述了一种包括限流器的流量计。
技术实现思路
本专利技术包括螺旋卷式组件(38)，所述螺旋卷式组件包括：i)压力容器(40)，所述压力容器包括内部腔室(39)、进料入口(42)、浓缩物出口(44)和渗透物出口(46)；ii)螺旋卷式膜模块(2)，所述螺旋卷式膜模块包括至少一个包膜(4)，所述包膜缠绕于在第一端(13’)与第二端(13)之间沿轴线(X)延伸的渗透物收集管(8)上并且形成入口卷面(30)和出口卷面(32)；其中，所述螺旋卷式膜模块(2)位于所述压力容器的内部腔室(39)内，其中所述入口卷面(30)与所述进料入口(42)处于流体连通，并且所述出口卷面(32)与所述浓缩物出口(44)处于流体连通，并且所述渗透物收集管(8)与所述渗透物出口(46)处于流体连通；并且其中，所述螺旋卷式组件(38)的特征为包括：iii)限流器(54)，所述限流器包括：a)彼此密封接触的第一板(56)和第二板(58)；b)位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间的流体通道(62/74)，并且所述流体通道包括与所述浓缩物出口(44)和所述渗透物出口(46)中的至少一个处于流体连通的第一端(64/76)、以及适于从所述螺旋卷式组件(38)排出流体的第二端(66/78)；并且iv)传感器片(68)，所述传感器片包括至少一个位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间并且与所述流体通道(62/74)接触的传感器元件(70/80)，其中，所述传感器片(68)适用于测量穿过所述流体通道(62/74)的流体的特性。附图说明附图未按比例绘制并且包括理想化视图以方便描述。在可能的情况下，在所有附图和书面描述中使用了相似的附图标记来表示相同或类似的特征。图1是螺旋卷式膜模块的部分剖切透视图。图2是螺旋卷式膜组件的局部截面视图，示出了位于压力容器(壳体)内的螺旋卷式膜模块。图3是部分组装的(无端盖(41))螺旋卷式膜组件的截面视图，示出了主题限流器的实施例。图4A和图4B是透视分解视图和部分剖切视图，示出了压力容器以及主题限流器和传感器的实施例。图5是通过可变形片的压缩来限制流动之前和之后的流体通道的截面视图。图6是示出了传感器片的实施例的局部剖切放大透视图。具体实施方式反渗透(RO)和纳滤(NF)是基于膜的分离过程，其中压力在半渗透膜的一侧上被施加至进料溶液。施加的压力引起“溶剂”(例如水)穿过膜(即形成“渗透物”)，而“溶质”(例如盐)不能穿过膜并且浓缩在剩余的进料中(即形成“浓缩物”溶液)。一旦浓缩超过其溶解度极限，保留的盐(例如CaCO3)开始在膜上形成水垢。这种水垢对于高回收率的住宅用RO系统的长期运行尤其成问题。本专利技术包括适合用于反渗透(RO)和纳滤(NF)系统中的螺旋卷式模块。这种模块包括缠绕在渗透物收集管上的一个或多个RO或NF包膜和进料间隔片。用于形成包膜的RO膜相对几乎不渗透所有溶解的盐并且典型地阻隔大于约95％的具有一价离子(比如氯化钠)的盐。RO膜典型地还阻隔大于约95％的无机分子以及分子量大于约100道尔顿的有机分子。NF膜比RO膜具有更好的渗透性并且典型地阻隔小于约95％的具有一价离子的盐，而取决于二价离子的种类，阻隔大于约50％(并且通常是大于90％)的具有二价离子的盐。NF膜典型地还阻隔纳米范围内的颗粒以及分子量大于大约200到500道尔顿的有机分子。为了本说明书的目的，术语“超滤”涵盖RO和NF两者。图1中用2概括示出了代表性螺旋卷式膜模块。通过将一个或多个包膜(4)和可选的进料间隔片(“进料间隔件”)(6)同心地缠绕在渗透物收集管(8)上来形成模块(2)。渗透物收集管(8)具有沿着轴线(X)在相反的第一与第二端(13’，13)之间延伸的长度，并且沿其长度的一部分包括多个开口(24)。每个包膜(4)优选地包括两段大致矩形的膜片(10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋卷式组件(38)，其包括：/ni)压力容器(40)，所述压力容器包括内部腔室(39)、进料入口(42)、浓缩物出口(44)和渗透物出口(46)；/nii)螺旋卷式膜模块(2)，所述螺旋卷式膜模块包括至少一个包膜(4)，所述包膜缠绕于在第一端(13’)与第二端(13)之间沿轴线(X)延伸的渗透物收集管(8)上并且形成入口卷面(30)和出口卷面(32)；/n其中，所述螺旋卷式膜模块(2)位于所述压力容器(40)的内部腔室(39)内，其中所述入口卷面(30)与所述进料入口(42)处于流体连通，并且所述出口卷面(32)与所述浓缩物出口(44)处于流体连通，并且所述渗透物收集管(8)与所述渗透物出口(46)处于流体连通；并且/n其中，所述螺旋卷式组件(38)的特征为包括：/niii)限流器(54)，所述限流器包括：/na)彼此密封接触的第一板(56)和第二板(58)；以及/nb)流体通道(62/74)，所述流体通道位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间并且包括与所述浓缩物出口(44)和所述渗透物出口(46)中的至少一个处于流体连通的第一端(64/76)、以及适于从所述螺旋卷式组件(38)排出流体的第二端(66/78)；以及/niv)传感器片(68)，所述传感器片包括至少一个位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间并且与所述流体通道(62/74)接触的传感器元件(70/80)，其中，所述传感器片(68)适于测量穿过所述流体通道(62/74)的流体的特性。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180115 US 62/6173721.一种螺旋卷式组件(38)，其包括：
i)压力容器(40)，所述压力容器包括内部腔室(39)、进料入口(42)、浓缩物出口(44)和渗透物出口(46)；
ii)螺旋卷式膜模块(2)，所述螺旋卷式膜模块包括至少一个包膜(4)，所述包膜缠绕于在第一端(13’)与第二端(13)之间沿轴线(X)延伸的渗透物收集管(8)上并且形成入口卷面(30)和出口卷面(32)；
其中，所述螺旋卷式膜模块(2)位于所述压力容器(40)的内部腔室(39)内，其中所述入口卷面(30)与所述进料入口(42)处于流体连通，并且所述出口卷面(32)与所述浓缩物出口(44)处于流体连通，并且所述渗透物收集管(8)与所述渗透物出口(46)处于流体连通；并且
其中，所述螺旋卷式组件(38)的特征为包括：
iii)限流器(54)，所述限流器包括：
a)彼此密封接触的第一板(56)和第二板(58)；以及
b)流体通道(62/74)，所述流体通道位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间并且包括与所述浓缩物出口(44)和所述渗透物出口(46)中的至少一个处于流体连通的第一端(64/76)、以及适于从所述螺旋卷式组件(38)排出流体的第二端(66/78)；以及
iv)传感器片(68)，所述传感器片包括至少一个位于所述第一板(56)与所述第二板(58)之间并且与所述流体通道(62/74)接触的传感器元件(70/80)，其中，所述传感器片(68)适于测量穿过所述流体通道(62/74)的流体的特性。


2.如权利要求1所述的螺旋卷式组件(38)，其中，所述流体通道包括浓缩物流体通道(62)，所述浓缩物流体通道包括与浓缩物出口(44)处于流体连通的第一端(64)以及适于从所述螺旋卷式组件(38)排出流体的第二端(66)，并且其中，所述传感器片(68)与所述浓缩物流体通道(62)接触并且适于测量穿过所述浓缩物流体通道(62)的流体的压力、温度或传导率中的至少一个。


3.如权利要求1所述的螺旋卷式组件(38)，其中，所述流体通道包括渗透物流体通道(74)，所述渗透物流体通道包括与所述渗透物出口(46)处于流体连通的第一端(76)以及适于从所述螺旋卷式组件(38)排出流体的第二端(78)，并且其中，所述传感器片(68)与所述渗透物流体通...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·琼斯，L·富兰克林，
申请(专利权)人：DDP特种电子材料美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US