空心纤维过滤器组件的制作方法

专利名称:空心纤维过滤器组件的制作方法
本发明论述水净化器用的空心纤维过滤器组件。更专门论述了适用于这样一类水净化器的空心纤维过滤器组件，这类净化器用来处理含金属离子和胶体微粒的相当大量的水(例如为核动力发电厂供水)。
在已知的用来除去水中铁锈与悬浮物的水净化器中，一般采用一种超滤器。但是，这样的过滤器易于堵塞。此外，由这类水净化器所能除去的颗粒尺寸有一定限度，而且不可能除去金属离子。
例如，在采用沸水反应器的核动力发电厂的叶轮机所回收的蒸汽冷凝物中，约含有15/10°(15PPb)的铁离子和胶体微粒一类的杂质。要使此种冷凝物直接再循环到沸水反应器中，则前述杂质将凝聚而沉积于其中，而降低发电的效率。为此，在将这种冷凝液直接再循环到反应器之前，应将其中的杂质浓度净化到约0.5ppb或更低。
当有必要如前所述来高效地除去蒸汽冷凝物中的杂质(即很细的胶体微粒与金属离子等)时，可采取适合常规水处理的那种应用一种逆渗透膜的水净化设备。但是，这种使用逆渗透膜的设备往往要求有很高的压力以用于过滤目的，因而必须是大尺寸的。这样，此种设备就不适用作，例如对核动力发电厂回收的蒸汽冷凝物进行处理的过滤器组件，因为这时的处理必须在封闭系统中进行。
另一方面，空心纤维形式的多孔性过滤器薄膜件虽有优越的净化水能力，但当用来要求处理含有相当多的胶体微粒与金属离子等的大量水时，常常发生堵塞。由于难于从薄膜上除掉这种堵塞状况而恢复其过滤功能，它们已很少使用。此外，从处理核动力发电厂循环水的既有工艺状态参考，不仅从容量上，同时还着眼于经济、维修与水的处理，也仍需发展实用的过滤器组件。
本发明的一个目的在于提供一种空心纤维过滤器组件，以用于净化含有相当多的金属离子和很细的胶体微粒的大量的水。
本发明的另一个目的在于提供一种空心纤维过滤器组件，它能允许对其进行回洗处理，不需从水净化设备上卸下这种组件，就可容易地恢复这一已堵塞的过滤器薄膜件的过滤功能。
按照本发明提供的空心纤维过滤器组件，包括(a)一种环形件、(b)由大量空心纤维组成的滤板、(c)连接到此环形件内表面的一个固定件，用来将一批空心纤维集束和固定成U形结构，并使纤维的两端保持敞开、(d)由一批支柱或一柱体组成的支撑件，该支撑件连接到上述环形件上，并沿空心纤维的U形部分延伸、(e)空心纤维的一种保持件，连接到上述支撑件上，并通过空心纤维U形部分包围的空间延伸。
上面谈到的那种空心纤维保持件最好配备一个管状分隔件，它的置放位置与支撑件平行。
图1a和1b是本发明的空心纤维过滤器组件一个实施例的示意图，图1a为透视图(空心纤维未示明)，而图1b为沿图1a中A-A线所取的剖面图;
图2a和2b是类似图1a和1b的示意图，说明本发明中空心纤维过滤器组件的另一个实施例;
图3和图4是说明本发明空心纤维过滤器组件中包括的，空心纤维保持件与管状分隔件邻近部位的几个实施例中零件放大透视图;
图5至图8仍然是说明本发明空心纤维过滤器组件其他几个实施例的示意式透视图;
图9是一个曲线图，表明采用了若干种空心纤维过滤器组件进行过滤时，所观察到的压差随时间变化的情形。
下面对照所附的图，对本发明的空心纤维过滤器组件作更专门的描述。
图1a和1b示意地说明本发明空心纤维过滤器组件的一个实施例。如这些图中所示，本发明中空心纤维过滤器组件主要包括一种环形件1、一种固定件2、集束并固定成U形结构的空心纤维3、一种支撑件(或支柱)4，以及一种空心纤维保持件5。
环形件1起支承作用，在将空心纤维过滤器组件固定到水净化器中时，用来支承整个组件。环形件1典型的形式为环状，但也可取矩形或其他形式的横截面。此外，根据该组件安装在水净化器中的方式，此环形件的外周边可以有不同的形状。环形件1的内表面连接到固定件2上，后者将空心纤维3固定，同时用作待净化的水与已净化的水之间的隔板，使空心纤维起到一种过滤隔板的作用。借助此固定件2，空心纤维3集束并固定成U形结构，且保留其两端敞开。一般地说，固定件2是由聚氨酯、非饱和的聚酯、环氧树脂或硅酮树脂之类的材料制成。环形件1上连接有两个支柱4，它们的配置方式使之沿空心纤维束外侧上的空心纤维3之U形部分延伸，而且这两个支柱基本上是相互平行的。支柱4可也有各种各样的横截面形状，典型的为圆弧形、圆形和矩形等等。不过，支柱4最好不要有锐利的棱边，以免接触时损伤空心纤维3。支柱4的下端或某个居中的点上连接着空心纤维保持件5，后者通过空心纤维3的U形部分围成的空间而延伸(如图1b中所示)，它自始至终用来把空心纤维3保持成U形结构。
图2a和2b的示意图，说明本发明中空心纤维过滤器组件的另一个实施例。在该实施例中，围绕空心纤维保持件5的中心连接有一种管状分隔件6，它所处的位置与上述支柱平行。对于这种管状隔离件6，可以采用任何形式的管状件。它的横截面并不局限于圆形，而是可以选用椭圆形、顶角圆化了的多边形等等形状。此外，管状分隔件6也可以取漏斗形的管状，使其较薄的一端面接环形件1。或者，这一漏斗形的管件也可相反放置，即让它的较厚一端面接环形件1。
图3和4是一些放大的零件透视图，说明本发明的空心纤维过滤器中所包括的，空心纤维保持件5与管状分隔件6相邻部位的几个部件。如图4中所示，下面的这样一个实施例是可能的，其中的空心纤维保持件5通过管状分隔件6延伸，并借它将后者固定于此。管状分隔件6的尺寸不能作出统一的规定，这是因为它应根据空心纤维过滤器组件的大小才能适当地确定。但是，以下的规定是可取的，即管状分隔件6的内部横截面积不小于环形件1内部横截面积的1/50。管状分隔件6的长度最好要使得，它的下端略为从排成U形结构的空心纤维3的束向外凸出，而它的上端要允许气泡引入到空心纤维3所成束的内部中央部分，与空心纤维保持件5相反，管状分隔器并不具有把空心纤维3保持成U形结构的作用。如同前述的支柱4，空心纤维保持件5与管状分隔件6也最好取不带锐利梭边的环形结构。
支柱4的件数并不限于图1a与2a中的两个，而是可以为3个或更多。包括有管状分隔件6的实施例中，空心纤维保持件5可以如下分叉，使它的分叉按照3个或多个径向从管状分隔器探出。图5表明了这样一种实施例，其中的空心纤维保持件有4个分叉沿4个径向伸出。
空心纤维保持件5的分叉数，可以根据空心纤维过滤器的整个外形与全面尺寸、它的强度和空心纤维的数量等等来适当决定。
此外，空心纤维保持件6可以包括图6和7所示的一种环形部件。当空心纤维保持件6包括有一个环形部件时，排列成U形结构的空心纤维束，就能沿着此环形部件以分散的方式分布。这样，由于此种空心纤维间的孔口，与图1a、5与8中所示的那种采用类棒状的空心纤维保持件的情形相比，已经扩大，气泡就能供给到数量要多得多的空心纤维，而这些空心纤维也能在气泡的处理过程中有效地振动。此外，由于此环状的空心纤维保持件确定了一个中空的部位，从而能起到管状分隔件的类似作用，这就没有提供一种管状分隔件的特殊需要，因而可以简化空心纤维过滤器组件的结构。
构成本发明中空心纤维过滤器组件的所有部件(即环形件、支撑件、空心纤维保持件与管状分隔件)，最好用可以烧毁而不释出有害气体的碳氢化合物树脂制成。用作过滤隔板的空心纤维3可以是下述各种材料制成的空心纤维，这些材料包括，例如纤维素材料、聚烯烃类、聚砜、聚乙烯醇与聚甲基丙烯酸甲酯(即有机玻璃)。但是，由多孔性聚烯烃薄膜制成的空心纤维比较理想，这是因为它们有优越的耐久性与良好的过滤性能。尤其理想的是由薄膜件来制成空心纤维，它适用于过滤掉极细的胶体微粒，并能经受回洗作业中作用的外力。回洗作业通常用作恢复已堵塞的滤板的过滤功能。这类空心纤维的例子包括聚乙烯空心纤维，日本三菱人造丝公司有商品出售，商品名称为聚乙烯空心纤维EHF。
当本发明的空心纤维组件用于有必要处理含有相当多肢体微粒的大量的水时，这时的滤板不可避免的要发生堵塞。不过，在本发明的空心纤维过滤器组件中，可以简易而有效地进行一种恢复其初始性能的再生处理。在较好的一种再生处理中包括如下几道工序使水流取与过滤作业中所用方向相反的方向，同时从该空心纤维过滤器的底部鼓入气体，用气泡碰撞其中的空心纤维3，使之受到机械振动，由此抖落下凝聚并附着在空心纤维3表面上的胶体微粒和其他杂质。但要是让通常的空心纤维过滤器组件接受这样一项鼓泡处理的还原作业，则在鼓泡影响下发生的液体紊流可使空心纤维3相互缠结，削弱了它们的过滤功能。在极端情形会发生这样的严重情况，此时，上述缠结现象可能使某些空心纤维3受伤，而不能再起到滤板的作用。
但是，由于本发明的空心纤维过滤器装配有连接到支柱4上面的空心纤维保持件5，而它能用于将空心纤维保持成U形结构，这样，空心纤维3的U形配置就能在鼓泡处理的还原过程中，使扰动不致达到不适合的程度。而且，还能允许气泡相当均匀地通过空心纤维3所形成的束的内部，使得恢复空心纤维3过滤功能的还原作业能够有效地进行。除此，连接到支柱4上的空心纤维保持件5，还能防止空心纤维3在过滤过程中由于水流的影响而隆起，并能使空心纤维3避免因过度的弯曲疲劳而过早的变质。再有一点，本发明的空心纤维过滤器组件包括有管状分隔器，当该组件通过鼓泡处理来进行上述的还原作业，以恢复空心纤维3的过滤功能时，此种管状分隔器6即可允许气泡通过它而到达排成U形结构的空心纤维3所成之束的内部中央部分。这就不仅能使空心纤维3之束的外层，而且能使其内部受到气泡的碰撞，从而使还原处理能更快速更有效地进行。
图8是一个示意的透视图，继续说明本发明的空心纤维过滤器组件的另一个实施例。图中没有再绘出空心纤维。在该实施例中，支撑件4是一个柱体，而带有管状分隔件6的空心纤维保持件，则连接到此柱形支撑件4的下部内表面。此柱形支撑件4不仅用作固定空心纤维保持件5的支架，而且还能在空心纤维过滤器组件制造和实际应用过程中，使空心纤维3在贮存或输运期间避免受到损伤。应该认识到，虽则环形件1和柱形支撑件4在本实施例中是独立地构成，但它们是可以构成一个整体结构的。此外，在柱形支撑件4靠近环形件1的部位设有一个开孔7，用来防止空心纤维过滤器组件借鼓泡处理来进行前述还原作业过程中，有气泡聚集于组器内部，使这样的气泡得以排出此组件。开孔7的大小可以任意，只要它能让引入柱形支撑件4的气泡易于排出。但是，适当的条件是，应使流过此开孔7的阻力实际上达到可以忽视的程度。这样，开孔7的大小最好要等于或大于柱形支撑件4的内部横截面积。
在本发明的空心纤维过滤器组件中，由固定件2集束并固定的空心纤维3之安装密度〔更正确地说，是嵌入于固定件2的所有空心纤维3(包括它们的孔径)的总的横截面积sf，相对于环形件1中与空心纤维3垂直的内横截面积sr之比R〕最好应能满足下述条件0.11≤RC＝sf/SR)≤0.60如果这些空心纤维的安装密度R不适当的高，则难以按下述方式来构制此空心纤维过滤器组件，即难以用固定件的材料来充填这些空心纤维之间的所有空隙，从而使固定件不能起分隔作用。这时，自然取R值的上限。但是，在尺寸相当大的空心纤维过滤器组件中，安装密度R大于0.60时，即令固定件能够正常地起分隔作用，也常常是不希望的。尤为特殊的是，当使待处理的液体从空心纤维的外侧流入其内侧时，此种液体将不能到达空心纤维束的内部，而当此种液从空心纤维的外侧流入其内侧时，已通过纤维束内部之空心纤维的液体将不能越出空心纤维束。结果将降低位于纤维束内部的空心纤维的有效利用率。此外，在前述的鼓泡处理中，气泡变得难以通入空心纤维束的内部，而仅仅使得位于纤维束外表面邻域的空心纤维才有可能重新恢复其过滤功能。这种现象对于前述的内部横截面积sr为10平方厘米或更大的尺寸空心纤维过滤器组件，特别显著。对于此种内部横截面积sr为30平方厘米或更大的情形，R的值最好不超过0.5。
另一方面，当R的值很小时，就不会产生上述问题。但是，当R的值小得不适当，即小于0.11时，则每一空心纤维过滤器组件所能处理的水量就要减少。这样就和紧致组件的要求的相抵触，而使它的实用性稍有降低，根据这一结果，R的值不要小于0.2，而最好不小于0.3。
这样，由于本发明的空心纤维过滤器组件装配有一种空心纤维保持器，这种空心纤维束的U形配置就不会受到干扰，而这此空心纤维就能相当均匀地受到气泡的碰撞，并在以鼓泡处理此组件来恢复其过滤功能的整个还原作业进程中都是如此。还有，在过滤处理期间，此种空心纤维保持器能防止空心纤维在水流的影响下发生隆起现象，而且也能避免纤维有过度的弯曲疲劳。这就使得本发明的空心纤维过滤器组件在用于水净化器时，表现出优异的性能。
还应指出，要是本发明的空心纤维过滤器组件的结构，如上所述是采取这样的形式时，即嵌入在环形件的空心纤维安装密度不大于一规定值时，则待处理的液体，当它是从空心纤维的外侧流到内侧，就可容易地到达空心纤维束的内部;并在使此液体从空心纤维的外侧流到内侧时，能让已通过位于纤维束内部空心纤维的液体，容易流出此空心纤维束。其结果，从整体上提高了空心纤维的有效利用率。本发明的空心纤维束过滤器组件的另一个特征在于，由于气泡在鼓泡处理过程中能够通入空心纤维束的内部，这样，借鼓泡处理来恢复此滤板的过滤性能的还原作业，就能依靠此鼓泡方法平缓地进行，而不必从水净化设备上卸下这种组件。因此，整个的空心纤维束就能在很长的时间内起到滤板的作用，这就使得本发明的空心纤维过滤器组件在用作工业规模的水净化器中时，显示出优越的性能。
本发明通过以下各例作进一步的说明。
例1至例6内径65毫米，高70毫米的环形件连接到两个支柱上，支柱长740毫米，宽20毫米，厚5毫米。这些支柱的下部固定上一个直径8毫米的空心纤维保持器。依此而获得了图1a和1b所示的，空心纤维过滤器组件的一套支架构件，在该支架构件中，有一束配置成U形结构的聚乙烯空心纤维EHF(每一根纤维的横截面积为0.119平方毫米)，并使之通过空心纤维保持件的上方。然后用一个聚乙烯树脂制的固定件来组合一空心纤维过滤器组件。每根空心纤维从固定件开始再回到此固定件的U形部分长度，平均约为1400毫米。改变表1中示明的所用的空心纤维数目，已组装了总数为6个的空心纤维安装密度R不等的空心纤维过滤器组件。
每一个这样的空心纤维过滤器组件都已用来净化下述内容的水，其中所含铁离子和细小的胶体微粒(直径约8微米)的浓度约为10PPm(10/106)。净化处理连续进行了15日，在此期间，空心纤维每单位表面积所处理的水量基本上保持恒定。然后用鼓泡处理进行上述的还原作业1小时。在此净化过程，所有的空心纤维过滤器组件都能将水净化到这样的程度，使铁离子和其他杂质的浓度降低到小于0.5ppb。不过，如表1所示，压差随时间的变化规律，根据所用的空心纤维过滤器组件而改变。每一种空心纤维过滤器组件的压差随时间的变化曲线，给出在图9中。
比较例1至比较例4采用尺寸与例1中相同的环形件，按照与例1相同的方式装配了总数为4个的空心纤维过滤器组件，但是这里不再配备支撑件和空心纤维保持件。在这些空心纤维过滤器组件中，空心纤维的安装密度R，如表1所示，随着所用的空心纤维数目而改变。当这些空心纤维过滤器组件按照同于例1中的方式进行实验时，其压差随时间的变化如表1中所示是很小的，这和装配有空心纤维保持件的例1至例6中的结果相当。但当经过鼓泡处理后，每一个这样的过滤器组件中的某些空心纤维就会弯曲或变得扁平。当将每一个这样的组件再行试验时，可以观察到有胶体微粒渗漏。
例7至例10依照与例1相同的方式总共组装了4个空心纤维过滤器组件，不过采用了类似图6中所示的空心纤维保持件，来代替棒状式空心纤维保持件。在这些空心纤维过滤器组件中，空心纤维的安装密度R，如表1所示，随所用空心纤维的数目的不同而改变。这些空心纤维过滤器组件也按照与例1相同的方式进行了试验。所得结果，也给出在表1中。
与例1至例6的结果相比，这几个例子的试验数据表明，压差随时间的增加率很小，而鼓泡处理后的压差恢复得很大。
权利要求
1.一种空心纤维过滤器组件，包括(a)环形件、(b)由大量空心纤组成的滤板、(c)接附到上述环形件内表面的固定件，用来将这些空心纤维集束并固定成一种U形结构，但是保持各根纤维的两端敞通、(d)由一批支柱或一个柱体构成的支撑件，该支撑件连接到环形件并沿空心纤维的U形部分延伸，以及(e)连接到这种支撑件上的空心纤维保持件，它通过空心纤维U形部分围成的空间延伸。
2.权利要求
1的空心纤维过滤器组件，当上述环形件的横截面是处在与空心纤维垂直的方向上时，空心纤维所占横截面积sf与环形件内部横截面件Sr之比R，满足下述条件0.11≤R(＝sf/sr)≤0.60
3.权利要求
1的空心纤维过滤器组件，其中所说的支撑件包括一个在其侧壁有开孔的柱体。
4.权利要求
1或3中的空心纤维过滤器组件，其中述及的空心纤维保持件配有一个管状分隔器，它的纵轴基本上与前述支撑件平行。
5.权利要求
1或3中的空心纤维过滤器组件，其中所说的空心纤维保持件至少有一个环形部件。
专利摘要
本发明为一种空心纤维过滤器组件，它包括(a)环形件、(b)空心纤维滤板、(c)装到环形件内表面的固定件，用来将空心纤维集束并固定成U形结构，并保留各纤维的两端敞通，(d)由一批支柱或一个柱体组成的支撑件，此支撑件与环形件连接并沿空心纤维的U形部分延伸，以及(e)与支撑件连接的空心纤维保持件，它穿过空心纤维U形部分围成的空间。本发明的组件适用作水净化器，用来处理含细小胶体微粒的水，并能通过鼓泡处理恢复其功能。
文档编号C02F1/44GK85103278SQ85103278
公开日1986年12月24日 申请日期1985年4月29日
发明者武村徹, 吉田晴彦, 藤永好和, 高桥洋, 向井琢磨 申请人:三菱人造纤维株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan