气体扩散器的制造方法
【专利摘要】气体扩散器包含在共用水平面内隔开并相互平行排列的通气管网格，以及与通气管流体连通的歧管。给定的通气管(12)包括:在两个端部之间延伸并定义轴(Z)的长度(L)，水动力直径(Dh)，定义了包含交叉通过中心(C)的竖直轴(Y)和水平轴(X)的竖直平面的椭圆形横截面，其与轴(Z)垂直，由第一段圆弧(20)和第二段圆弧(22)限定的外圆周。在扇形内第二段圆弧周围四个或更多不同位置上的沿长度(L)分隔开的多个(N)排放孔，以及在第一段圆弧内沿长度(L)隔开的多个(M)排水孔(34);第二段圆弧(22)包含四个不重叠的15°扇形。
【专利说明】气体扩散器
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体扩散器，尤其是适合与沉浸式薄膜过滤系统一同使用或用作其部件的气体扩散器。
【背景技术】
[0002]压力驱动的薄膜过滤系统的性能会因薄膜表面上污垢堆积而显著降低。该现象通常被称之为“积垢”。为了减轻积垢，许多沉浸式薄膜过滤系统包括定位在薄膜下的气体扩散器(也被称之为“气体分布器”或“通气器”)。在运行时，气体(例如空气)气泡从扩散器中排出，向上运行，在它们上升时摩擦薄膜表面。这种系统的例子在US 5248424、US5482625,US 6511602,US 6555005,US 2010/0224556,US 2011/0049038,US 61/526539,CN101893164中进行了描述。由于气泡的生成是能量密集型的，所以需要更高效的气体扩散器设计。
【发明内容】
[0003]本发明包括改进的气体扩散器,其中与各个排放孔(discharge hole)相关联的气体流速比较一致，包括位于通气管周围不同位置上的、水动力直径不同的孔。在一个优选的实施方式中，气体扩散器包含在共用水平面内隔开并相互平行排列的通气管网格，以及与通气管流体连通的歧管。给定的通气管(12)包括:在两个端点之间延伸并定义轴(Z)的长度(L);水动力直径(Dh);定义包含交叉通过中心(C)的竖直轴(Y)和水平轴(X)的竖直平面的椭圆形横截面， 其与轴(Z)垂直；由第一段圆弧(20)和第二段圆弧(22)限定的外圆周:第一段圆弧由位于(X)轴下方且被(Y)轴平分的30°圆弧组成；第二段圆弧由与第一段圆弧(20)不重叠的330°圆弧组成。在扇形内第二段圆弧周围的四个或更多个不同位置上的沿长度(L)分隔开的多个(N)排放孔，以及在第一段圆弧内沿长度(L)隔开多个(M)排水孔(drainage hole)；
[0004]第二段圆弧包含四个不重叠的15°扇形，各个扇形包含:
[0005]i)至少10个最小水动力直径(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔；
[0006]ii)等于以米测量的、扇形内所有排放孔沿Y轴的平均位置的值(y);和
[0007]iii)等于以米测量的、扇形内所有排放孔水动力直径平均值(d)四次方的值(F)；
[0008]其中以下关系适用于四个扇形中的任意两个:
[0009]Abs [l-Fj/Fii+2.6xl08m 5N2 (Yi1-Yi) Fi) ] ^ 0.5
[0010]其中“ i ”和“ i i ”分别指沿Y轴的较高和较低扇形。
[0011]附图简要描述
[0012]图1是气体扩散器的透视图，包括与通气管网格流体连通的歧管；
[0013]图2是图1通气管的透视图；
[0014]图3是图2中沿线3-3所取的的通气管的横断面视图。【具体实施方式】
[0015]本发明包括多个实施方式，既包括气体扩散器，也包括含有气体扩散器的沉浸式薄膜过滤系统。对沉浸式薄膜过滤系统没有特别限制，该系统包括【背景技术】中引用的专利文件中描述的中空纤维和平板膜配置。
[0016]参照附图，一个气体扩散器的实施方式总的显示在图1的(10)上，包括在共用水平面内隔开并相互平行排列的通气管(12、12’、12”、12”’)网格和与所述通气管流体连通的集流管或“歧管”(14)。虽然没有特别限制，但每个歧管的通气管数量优选为2至24。构造材料没有特别限制，包括金属(例如钢、铝等)和塑料(例如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等)。通气管和歧管可采用焊接和粘胶相互连接，如本领域中常见的一样。
[0017]单根通气管(12)具有在两端(16、18)之间延伸并定义轴(Z)的优选为0.5至3米的长度(L)。通气管(12)具有一个定义了包含交叉通过中心(C)的竖直轴(Y)和水平轴(X)的竖直平面的椭圆形横截面，其与轴(Z)垂直。虽然显示为具有圆形横截面，但通气管(12)可以具有椭圆形横截面。为了描述之目的，术语“水动力直径”定义为4A/P，其中“A”是横截面积和“P”是横截面的湿周。因此，对于包含圆形横截面的通气管(12)，水动力直径(Dh)仅仅是指管(12)的内径。虽然没有限制，但通气管(12)的水动力直径优选为0.010至
0.050m。通气管的端部(16、18)优选被密封。并且在优选的实施方式中，通气管(12、12’、12”、12”’ )具有基本上相同的长度(L)和水动力直径(Dh)。
[0018]通气管(12)进一步包括由第一段圆弧(20)和第二段圆弧(22)限定的外圆周--第一段圆弧由位于(X)下方并被(Y)轴平分的30°圆弧组成；第二段圆弧由330°圆弧组成，并被细分为22个大小相同、不重叠的15°扇形一其中四个在以下提到，与发明的实施方式相关。第一段圆弧(20)和第二段圆弧(22)不重叠。
[0019]在图1中所述的实施方式中，歧管(14)位于通气管(12、12’、12”、12”’)的端部之间的中央，在垂直方向上延伸，即在由通气管网格限定的共用水平面上或下沿着水平轴(Y)延伸。歧管(14)通过进气口(24)与各个通气管流体连通。虽然没有显示，但歧管也可以位于通气管(12、12’、12”、12”’ )的一端(16)或两端(16、18)。
[0020]通气管(12)包括在第二段圆弧(22)周围的四个或更多不同位置上沿长度(L)分隔开的多个(N)排放孔(26、28、30、32);以及在第一段圆弧(20)内沿长度(L)隔开的多个(M)排水孔；这些孔优选是椭圆形的，例如圆形，但也可以采用其他形状，例如多边形。
[0021]排放孔和排水孔的数量(N，M)没有特别限制，但N优选为10至100 ;M优选为2至20。为了描述的目的,水动力直径小于Imm的孔被忽略。在一个优选的实施方式中,排放孔和排水孔具有以下特点:
[0022]i)最小水动力直径(Clniin)等于或大于0.0Olm ；
[0023]ii)水动力直径中值(dj为0.001至0.01m,并更优选为0.002至0.005m ;和
[0024]iii)最大水动力直径(dMX)等于或小于0.01m。
[0025]此外，通气管(12)的横截面积与以下的总横截面积的比率为:
[0026]iv)与所有排放孔(24、26、28、30)的总横截面积的比率大于1，并优选大于1.2 ；
[0027]V)与所有排水孔的总横截面积的比率小于1，并更优选小于0.5。
[0028]在一个优选的实施方式中，多个(N)排放孔(26、28、30、32)位于四个不重叠的15°扇形内的第二段圆弧(22)周围，其中这四个扇形中的每个都包含:
[0029]vi)至少10个最小水动力直径(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔；
[0030]vii)等于以米测量的、扇形内所有排放孔沿Y轴的平均位置的值(y)；
[0031]viii)等于以米测量的、扇形内所有排放孔水动力直径平均值(d)四次方的值(F)。
[0032]其中以下关系适用于四个扇形中的任意两个:
[0033]Abs[l-Fi/Fii+2.6x1 OV5N2 (Y11-Y1) Fi)]≤ 0.5
[0034]其中“ i ”和“ i i ”分别指沿Y轴的较高和较低扇形。
[0035]在另一个优选的实施方式中，气体扩散器进一步满足如下:
[0036]N2Abs (0.5-0.025 (L/Dh)) (dmax/Dh)4 ≤ 0.3
[0037]在运行时，加压气体(例如空气)例如通过气体压缩机的方式等引入到歧管(14)中(由图1中的箭头表示)，并通过进气口(24)分配至通气管(12、12’、12”、12”’)。由于排放孔(26、28、30、32)和排水孔(34)的尺寸和间隔的缘故，所述气体扩散器(10)提供了改进的气流分布，使得在运行过程中，单个排放孔的气流速度与通气管内所有排放孔的气流速度中值相差小于20%，并更优选小于10%。在优选的实施方式中，这种气流速度与气体分配器内所有排放孔的气流速度中值相差小于20%，并甚至是10%。这种在排放孔之间的均匀气体分布(与其大小和在Y轴上的位置无关)导致更高效和有效的运行。
[0038]已经描述了本发明的许多实施方式，并且在一些例子中，某些实施方式、选择、范围、构成或其他特征被描绘为“优选的”。对于“优选”特征的描述不应该以任何方式解释为将该特征视为对发明是必需的、必不可少的和关键的。所述范围包括端点。上述每一个专利文件的完整主题通过过引用并入本文。
【权利要求】
1.气体扩散器(10)，其包括在共用水平面内隔开并相互平行排列的通气管(12、12’、12”、12”’ )网格，和与所述通气管流体连通的歧管(14)， 其中通气管(12)包括: 在两个端点(16、18)之间延伸并定义轴(Z)的长度(L)， 水动力直径(Dh)， 定义包含交叉通过中心(C)的竖直轴(Y)和水平轴(X)的竖直平面的椭圆形横截面，其与轴⑵垂直， 由第一段圆弧(20)和第二段圆弧(22)限定的外圆周:所述第一段圆弧由位于(X)轴下方且被(Y)轴平分的30°圆弧组成，所述第二段圆弧(22)由与第一段圆弧不重叠的330°圆弧组成，并且其中所述第二段圆弧(22)包含有四个不重叠的15°扇形； 在所述扇形内的所 述第二段圆弧(22)周围的四个或更多不同位置上的沿长度(L)分隔开的多个(N)排放孔(26、28、30、32)，和在所述第一段圆弧(20)内沿长度(L)隔开的多个(M)排水孔； 其中所述第二段圆弧(22)的所述四个扇形中的每一个都包含: 至少10个最小水动力直径(Clniin)等于或大于0.0Olm的排放孔； 等于以米测量的、所述扇形内所有排放孔沿Y轴的平均位置的值(y);和 等于以米测量的、所述扇形内所有排放孔水动力直径平均值(d)四次方的值(F)； 其中以下关系适用于所述四个扇形中的任意两个:
Abs[l-Fi/Fii+2.BxlOV5N2(Yi1-Yi)Fi)]≤ 0.5
其中“ i ”和“ i i ”分别指沿Y轴的较高和较低扇形。
2.权利要求1所述的气体扩散器，其中所述通气管(12)的横截面积与所有排放孔(26、28、30、32)的总横截面积的比率大于I。
3.权利要求1所述的气体扩散器，其中所述通气管(12)的横截面积与所有排水孔(34)的总横截面积的比率小于I。
4.权利要求1所述的气体扩散器，其中所有排放孔(26、28、30、32)的水动力直径(d)大于或等于0.0Olm并且小于或等于0.01m0
5.权利要求1所述的气体扩散器，其中所有排水孔(34)的水动力直径(d)大于或等于0.0Olm并且小于或等于0.01m0
6.权利要求1的所述气体扩散器，其中所有排放孔具有最小水动力直径(dmin)和最大水动力直径(dmax)，并且dmax与dmin的比率小于2。
【文档编号】B01D65/08GK103537194SQ201310308707
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】蔡启祥, 蔡宁, S·J·格卢克, B·G·史密斯, 王城峰, 袁泉 申请人:陶氏环球技术有限责任公司