一种可拆卸模块式中空纤维膜组件

1.本实用新型涉及膜组件装置，具体涉及一种可拆卸模块式中空纤维膜组件。


背景技术：

2.随着人们对生活品质的要求越来越高，人们越来越关注室内空气环境中的温湿度对舒适度的影响。实际表明，当室内空气相对湿度为45％-65％时，人会感觉最为舒适。而利用膜的半透性对空气进行加湿或除湿可以达到调节室内湿度的效果。此外，淡水资源作为人类发展的不可或缺的自然资源，海水淡化成为了解决淡水资源紧缺的重要手段，而海水淡化方法中，同样可以通过对空气的加湿和除湿得到淡水资源。
3.目前海水淡化方法中，膜蒸馏(md)因其相比于传统的海水淡化技术费用更低、更节能而备受学者关注。md利用跨膜蒸汽压差，将热膜侧表面的料液汽化形成水蒸气分子通过膜孔扩散到冷膜侧，从而获得淡水。中空纤维膜因其具有远高于平板式膜的填充密度而具有非常良好的发展前景，通常将成千上万的中空纤维膜填充在一个膜组件中，但是目前中空纤维膜组件还存在着一些不足的地方。
4.(1)如公告号cn201445903u中国专利申请公开说明书公开了一种非接触式液体除湿器通过在封头上开多个孔，然后将中空纤维膜分别通过这些孔固定在壳体内部，这种形式能够实现膜组件的规整排布，但是需要将膜逐根固定在壳体内部，在制作过程时间成本过高，不易于实际的规模生产，无法实现产业化。(2)如公告号cn206560796u中国专利申请公开说明书公开采用的中空纤维膜管束分别密封-固定在密封板上，一旦某一管束出现漏液现象，因管束上填充有成百上千根膜且装置不可拆卸，难以定位破损位置进行修补，只能更换整个膜组件，造成材料浪费。无法满足实际需求，限制了其进一步推广。(3)如公告号cn211216191u中国专利申请公开说明书采用超过30cm长的中空纤维膜管束装填，在空气的吹动下膜振动幅度大导致膜相互粘连，带来的流动分布不均会导致性能的极大恶化，且膜管束间存在不可忽视的空隙导致绝大多数风量未经过膜管束进行处理。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的缺点和不足，提供一种可拆卸模块化中空纤维膜组件，克服现有技术中出现的制作时间成本过高、难以定位膜破损位置、无法实现产业化以及传热传质性能差的问题。
6.本实用新型至少通过如下技术方案之一实现。
7.一种可拆卸模块式中空纤维膜组件，包括至少一个壳体、置于壳体中设有若干中空纤维膜管束，壳体两侧设有第一封头、第二封头；第一封头开设有出水口，第二封头开设有进水口；壳体的宽度方向，一端为进气口，另一端为出气口；液体通过进水口进入若干中空纤维膜管束，再由出水口流出；空气通过进气口进入壳体并与中空纤维膜管束的外表面接触，再由出气口排出。
8.优选地，所述第一封头、第二封头上均安装有第一法兰盘，所述第一法兰盘上设有
法兰孔，所述壳体相对应的两个侧面设有第二法兰盘，所述第一封头、第二封头与壳体可拆卸式连接。
9.优选地，所述第二法兰盘开设有多组穿孔，所述穿孔内插入所述若干中空纤维膜管束。
10.优选地，每个中空纤维膜管束两端设有外螺纹，所述外螺纹与螺母螺纹连接，所述螺母内设有橡胶垫片。
11.优选地，所述壳体内设置有限制空气从中空纤维膜管束之间吹过多层隔板。
12.优选地，所述中空纤维膜管束被局部镂空。
13.优选地，每个中空纤维膜管束中填充有若干中空纤维膜管。
14.优选地，中空纤维膜管束两端灌有环氧树脂胶。
15.优选地，每个中空纤维膜管束设有支撑中空纤维膜管的支撑体。
16.优选地，模块式中空纤维膜组件包括若干壳体，所述若干壳体中包括一个根部壳体和多个中间壳体，所述根部壳体的隔板与根部壳体的第二法兰盘之间设有连接体；根部壳体和最末端的中间壳体与第一封头、第二封头分别通过螺栓进行密封连接，多个中间壳体之间可拆卸连接。
17.所述中空纤维膜组件应用于海水淡化过程中，是作为膜式加湿器使用的，具体加湿步骤如下：管程流动的是热海水，而壳程流动的是常温的空气，在膜两侧的蒸气压差作用下，热海水侧的水蒸气会穿过膜孔到达空气侧，从而实现对空气的加湿功能，随后将离开膜组件的热湿空气进行冷凝得到淡水。
18.进一步，当应用于海水淡化过程中，所述壳体、封头和管束空腔均采用316l不锈钢材质，避免海水对组件产生腐蚀。
19.所述中空纤维膜组件应用于调节空气湿度除湿时，是作为膜式除湿器使用的，即管程走的是licl溶液、cacl2或者libr溶液，壳程走的是待处理的空气，在膜两侧的蒸气压差作用下，空气中的水蒸气进入管程，实现对空气的除湿功能。
20.与现有的技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.(1)通过旋下连接第一法兰盘和第二法兰盘的第一螺栓即可实现第一封头和第二封头的拆卸工作，再通过旋下第二螺母可将中空纤维膜管束两端拆卸，此时即可将中空纤维膜管束从穿孔中抽出，从而完成拆卸工作，如果其中某一个管束发生漏液现象，将该管束拆卸下来进行更换即可。
22.(2)当需要增加处理量时，将一侧封头拆下，安装中间模块式壳体，并将封头重新安装上去即可，降低了更换整个中空纤维膜组件的费用和时间。
23.(3)采用短中空纤维膜管束，有效地避免了在空气的吹动下较大的膜振动幅度导致膜相互粘连引起的性能下降。
24.(4)通过将螺栓部件设置在封头和壳体之间，并在中空纤维膜管束之间焊接多层隔板，限制了空气从管束之间流过，保证了可拆卸模块式膜组件的处理效率。
附图说明
25.图1为本实施例单个可拆卸模块式中空纤维膜的爆炸结构示意图；
26.图2为本实施例单个可拆卸模块式中空纤维膜的俯视图；
27.图3为本实施例单个中间模块式壳体的主视图；
28.图4为本实施例两个模块组成的可拆卸模块式中空纤维膜组件的爆炸结构示意图；
29.图5为本实施例中空纤维膜管束的爆炸结构示意图；
30.图6为图2中a-a剖面结构示意图；
31.1、第一封头，2、第二封头，3、壳体，4、中空纤维膜管束，5、进水口，6、出水口，7、第一法兰盘，8、橡胶密封垫，9、第二法兰盘，10、第一螺栓，11、第一橡胶垫片，12、第一螺母，13、隔板，14、连接体，41、中空纤维膜，42、支撑板，43、环氧树脂，44、橡胶垫片b，45、第二螺母，46、外螺纹。
具体实施方式
32.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“前”“后”“左”“右”、“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
37.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
38.如图1-图6所示，一种可拆卸模块式中空纤维膜组件，包括至少一个模块化壳体3、若干中空纤维膜管束4、第一封头1以及第二封头2。
39.第一封头1的底部设有出水口6，第二封头2的顶部设有进水口5，可以分别接入相应的水侧管路，形成完整通路。液体通过进水口5进入若干中空纤维膜管束4，再由出水口6流出；空气通过壳体3中的进气口进入壳体3内并与中空纤维膜管束4的外表面接触，再由壳体3中的出气口排出。
40.第一封头1和第二封头2均安装有第一法兰盘7，壳体3两端安装有第二法兰盘9，法兰盘(7、9)上均设有一圈法兰孔，第一封头1、第二封头2和壳体3通过第一螺栓10和第一螺母12进行可拆卸式连接，且在第一螺栓10内侧和第一螺母12内侧均安装第一橡胶垫片11进行加强密封。
41.安装时在第一法兰盘7和第二法兰盘9表面加1～10mm的橡胶密封垫8，保证第一封头1和第二封头2内液体不发生泄漏。
42.所有中空纤维膜管束4和壳体3的连接方式采用螺纹连接，以实现中空纤维膜管束4和壳体3的可拆卸式连接。
43.所述第二法兰盘9开设有穿孔，所述穿孔的数量为多组，所述穿孔内插入中空纤维膜管束4，所述管束两端外壁开设有外螺纹46，第二螺母45则设有与外螺纹46相吻合的内螺纹，且在第二螺母45内侧设置橡胶垫片44，确保空气侧和水侧相互隔绝。
44.所述壳体3宽度方向两端通过焊接安装空气侧法兰盘，以便连接空气管路；所述壳体3中间通过焊接安装多层隔板13，避免气体从中空纤维膜管束4之间流通，降低中空纤维膜组件的处理性能。
45.每个中空纤维膜管束4中随机或者规则填充有几百上千根较短(短至9～30cm)的中空纤维膜41，所述中空纤维膜管束4被局部镂空，使得中空纤维膜管能够和空气充分接触，每个中空纤维膜管束4设有支撑体42。支撑板42起到支撑中空纤维膜管束4的作用，使用耐温性能较好的环氧树脂胶43对中空纤维膜管束4的端部进行灌封固定后，将端部前端2～10mm的位置做整体切除，使得所有中空纤维膜41不被环氧树脂胶43堵住。
46.作为优先的实施例，模块式中空纤维膜组件包括n个模块式壳体，中空纤维膜管束4、第一封头1以及第二封头2。
47.具体地，所述n个模块式壳体中包括根部模块式壳体和n-1个中间模块式壳体，如图3所示，所述中间模块式壳体的隔板与中间模块式壳体的第二法兰盘中间增加5～30mm的连接体14，避免两个模块式壳体连接时中空纤维膜管束4长度长于壳体长度导致无法连接的问题。根部模块式壳体和最末端的中间模块式壳体与第一封头、第二封头分别通过螺栓进行密封连接，n-1个中间模块式壳体之间采用螺栓实现可拆卸连接。
48.当需要增加处理量时，拆下第二封头2，并将新增中间模块式壳体与原有模块式壳体通过螺栓进行连接，并在新增中间模块式壳体一侧安装第二封头即可，降低更换设备的费用和时间。
49.如图4所示，模块式中空纤维膜组件包括两个模块式壳体，中空纤维膜管束4、第一封头1以及第二封头2。两个模块式壳体通过螺栓连接实现密封，再将第一封头1和第二封头2安装壳体两侧即可形成包含两模块式壳体的中空纤维膜组件。
50.通过旋下连接第一法兰盘7和第二法兰盘9的第一螺栓10即可实现第一封头1和第二封头2与壳体3的拆卸工作，再通过旋下第二螺母45可将中空纤维膜管束4两端拆卸，此时即可将中空纤维膜管束4从穿孔中抽出，从而完成拆卸工作，如果其中某一个管束发生漏液现象，将该中空纤维膜管束拆卸下来进行更换即可。
51.该中空纤维膜组件可应用在空气除湿、海水淡化等领域，具体如下：
52.应用于海水淡化过程中，是作为膜式加热加湿器使用的。实际过程中热海水从进水口进入膜组件，随后经过中空纤维膜管束4并从出水口6排出，而壳程流动的是常温的空
气，与热海水在组件中呈交叉流动，由于中空纤维膜管具有选择透过性，且热海水侧的蒸气压显著高于空气侧的蒸气压，在膜两侧的蒸气压差作用下，热海水侧的水蒸气会穿过膜孔到达空气侧，从而实现对空气的加热加湿作用，随后将离开膜组件的热湿空气进行冷凝得到淡水。所述壳体3、封头以及管束空腔均采用316l不锈钢材质，避免海水对组件产生腐蚀。
53.应用于调节空气湿度除湿时，是作为膜式除湿器使用的。实际过程中高浓度的licl溶液、cacl2或者libr溶液从进水口进入膜组件，随后经过中空纤维膜管束4并从出水口6排出，而壳程走的是待处理的空气，由于中空纤维膜管具有选择透过性，且高浓度的管程溶液蒸气压低于空气侧的蒸气压，在膜两侧的蒸气压差作用下，空气中的水蒸气进入管程，从而实现对空气的除湿功能。
54.本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。