專利名稱：中空纖維膜膜殼、膜殼密封結(jié)構(gòu)及膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種中空纖維膜膜殼、膜殼密封結(jié)構(gòu)及膜組件，具體地涉及在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼及其膜殼密封結(jié)構(gòu)和該中空纖維氣體分離膜組件。
背景技術(shù)：
氣體分離膜技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代末，最初的應(yīng)用領(lǐng)域是從合成氨馳放氣中回收氫氣，經(jīng)過(guò)三十余年的發(fā)展，氣體分離膜的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到工業(yè)氣體生產(chǎn)、空分、CO2分離、有機(jī)蒸汽回收等領(lǐng)域。氣體膜分離技術(shù)的核心部件是高性能的中空纖維氣體分離膜組件。中空纖維氣體分離膜組件是將上萬(wàn)根中空纖維膜絲制成纖維束裝在不銹鋼膜殼內(nèi)，中空纖維束的兩端通過(guò)澆鑄樹(shù)脂粘合劑使膜絲與膜殼之間達(dá)到密封的效果。中空纖維絲之間的縫隙也由樹(shù)脂粘合劑密封。圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的膜殼的兩端結(jié)構(gòu)，從圖1中可以看出，膜殼包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端。現(xiàn)有膜殼的兩端口內(nèi)側(cè)有螺紋，其目的是防滑，即防止樹(shù)脂粘合劑環(huán)從膜殼上脫落下來(lái)。但在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即使有防滑螺紋，樹(shù)脂粘合劑和膜殼內(nèi)壁粘接的仍然不牢固。因?yàn)閮煞N材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同，環(huán)境溫度的變化會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂粘合劑從膜殼上脫落，再者中空纖維氣體分離膜組件在使用過(guò)程中膜殼內(nèi)氣體壓力較大(一般在0.5MPa 3MPa)，這也會(huì)促使樹(shù)脂粘合劑與膜殼內(nèi)壁分離，嚴(yán)重時(shí)粘合劑會(huì)在高壓下發(fā)生變形。這樣的最終結(jié)果是膜組件漏氣，無(wú)法使用。

實(shí)用新型內(nèi)容為了改善樹(shù)脂粘合劑與膜殼之間的密封，本實(shí)用新型提供了一種新型的膜殼結(jié)構(gòu)，和使用該膜殼結(jié)構(gòu)的膜殼密封結(jié)構(gòu)，以及使用本實(shí)用新型的膜殼密封結(jié)構(gòu)的膜組件。本實(shí)用新型的膜殼結(jié)構(gòu)是一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼，所述膜殼包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口處開(kāi)有臺(tái)階孔，優(yōu)選在垂直于圓筒形殼體的軸向的方向上距離端口 l_5cm處，更優(yōu)選距離端口 2-3cm處開(kāi)有臺(tái)階孔。本實(shí)用新型的另一方面是提供一種膜殼密封結(jié)構(gòu)，其包括本實(shí)用新型的膜殼結(jié)構(gòu)，并且還包括帶有內(nèi)槽的膜殼蓋(2);置于所述膜殼(I)和膜殼蓋(2)之間的墊片(3);以及用于裝配膜殼(I)和膜殼蓋(2)的緊固裝置。本實(shí)用新型的再一個(gè)方面是提供一種膜組件，所述膜組件除包括本實(shí)用新型的膜殼密封結(jié)構(gòu)之外，還包括放置在膜殼內(nèi)的膜絲。

[0010]圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)中的膜殼的兩端結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖中7為側(cè)孔，8為焊接處，9為防滑槽，10表示沒(méi)有臺(tái)階孔，11為圓筒形殼體，12為密封端。圖2是顯示現(xiàn)有技術(shù)中膜殼裝配時(shí)的局部剖面圖，圖中I為膜殼，2為膜殼蓋，3為墊片，4，5，6分別指的是螺栓、金屬墊片、螺母。圖3是本實(shí)用新型的膜殼結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖中7為側(cè)孔，8為焊接處，9為防滑槽，13為臺(tái)階孔，11為圓筒形殼體，12為密封端。圖4顯示本實(shí)用新型的膜殼、墊片以及膜殼蓋之間的配合關(guān)系，圖中2為膜殼蓋，14為平墊片。圖5是顯示本實(shí)用新型的膜殼裝配時(shí)的局部剖面圖，其中I為膜殼，2為膜殼蓋，3為墊片，4，5，6分別指的是螺栓、螺母，金屬墊片。
具體實(shí)施方式
在本實(shí)用新型中，所述的臺(tái)階孔是指平行于膜殼的圓筒形殼體的軸線的橫截面為臺(tái)階狀的孔。本實(shí)用新型的一個(gè)方面是提供一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼，所述膜殼包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口處開(kāi)有臺(tái)階孔。優(yōu)選地，所述膜殼在垂直于圓筒形殼體的軸向的方向上距離密封端的端口 l-5cm處開(kāi)有臺(tái)階孔，更優(yōu)選地在距離密封端的端口處2-3cm處開(kāi)有臺(tái)階孔。臺(tái)階孔的形狀(從垂直于膜殼的圓筒形殼體的軸線看)沒(méi)有特別限制，可以為圓形、橢圓形或其他截面類(lèi)似階梯狀的形狀等。臺(tái)階孔的孔徑(如果臺(tái)階孔的形狀不是圓形，可以使用臺(tái)階孔的等效圓直徑作為其孔徑)大于膜殼內(nèi)徑且小于膜殼內(nèi)徑的兩倍，最優(yōu)選為膜殼內(nèi)徑的1.23倍。在本實(shí)用新型中，所述膜殼的內(nèi)徑與本領(lǐng)域中所述的膜殼內(nèi)徑的含義相同。值得指出的是，在距離膜殼端口的開(kāi)孔距離依照固化后樹(shù)脂的力學(xué)性質(zhì)而定，t匕如樹(shù)脂在固化后脆性較強(qiáng)，則需要增大臺(tái)階孔到膜殼端口的距離，來(lái)防止樹(shù)脂開(kāi)裂；相反如果固化后的樹(shù)脂韌性較強(qiáng)，則可以減小臺(tái)階孔到膜殼端口的距離，從而減少樹(shù)脂的使用量，也同時(shí)節(jié)約了成本，根據(jù)我們使用的灌封用樹(shù)脂的力學(xué)性質(zhì)，距離膜殼端口 2-3cm設(shè)計(jì)臺(tái)階孔最為合適。所述開(kāi)孔距離是指從臺(tái)階孔的圓心或臺(tái)階孔等效圓的圓心至端口的距離。此外，在本實(shí)用新型的膜殼結(jié)構(gòu)中，所述膜殼的密封端的兩端口內(nèi)側(cè)也可以具有螺紋。防滑槽位于密封端的中部。膜殼還可以具有側(cè)孔，以用于注入樹(shù)脂粘合劑，側(cè)孔位于在與圓筒形殼體的軸向的方向上距離密封端9至Ilcm處，即，在與圓筒形殼體的軸向的方向上，從側(cè)孔的中心至密封端的距離為9至11cm。本實(shí)用新型的新型膜殼結(jié)構(gòu)一個(gè)實(shí)例如圖3所示。所述膜殼是一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼，從圖3中可以看出，其包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端，其中在所述密封端的端口開(kāi)有臺(tái)階孔。密封端通?？梢詾閳A形法蘭，與圓筒形殼體可以通過(guò)焊接連接。圖1和圖3還給出了焊接點(diǎn)的位置。本實(shí)用新型的另一個(gè)方面是提供一種使用了本實(shí)用新型的這種中空纖維膜膜殼的膜殼密封結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的膜殼密封結(jié)構(gòu)除包括本實(shí)用新型的中空纖維膜膜殼，還包括:帶有內(nèi)槽的膜殼蓋；置于所述膜殼和膜殼蓋之間的墊片；以及用于裝配膜殼和膜殼蓋的緊固裝置。所述緊固裝置沒(méi)有特別限制，只要其能夠?qū)崿F(xiàn)膜殼和膜殼蓋之間的緊密配合固定即可。通常地，這種緊固裝置為包括螺栓、螺母和金屬墊片的緊固裝置。本實(shí)用新型的新型膜殼結(jié)構(gòu)的具體裝配方式的實(shí)例如圖4和5所示，其中I為膜殼，2為膜殼蓋，3為墊片，4、5、6分別指的是螺栓、螺母和金屬墊片，其中螺栓、螺母和金屬墊片構(gòu)成緊固裝置，用于膜殼與膜殼蓋之間的裝配。在圖3-5中，新型膜殼在離膜殼密封端的端口處2-3cm處開(kāi)出臺(tái)階孔。本實(shí)用新型的新型膜殼開(kāi)有臺(tái)階孔，臺(tái)階孔的作用是:把原來(lái)只靠樹(shù)脂粘結(jié)力的密封轉(zhuǎn)嫁為主要依靠機(jī)械擠壓力來(lái)密封。新型膜殼的臺(tái)階孔能夠很好的防止固化的樹(shù)脂脫落發(fā)生位移。本實(shí)用新型的新型膜殼在組裝成膜組件時(shí)，膜殼蓋與膜殼殼體之間的墊片尺寸也有要求:如果墊片為圓環(huán)形，墊片內(nèi)徑要比膜殼臺(tái)階孔的內(nèi)徑小，墊片外徑要比膜殼蓋內(nèi)槽的直徑大，這樣灌封好的組件在裝配時(shí)，靠近墊片內(nèi)徑的部分會(huì)與固化好的樹(shù)脂接觸，靠近墊片外徑的部分會(huì)與膜殼的殼體接觸，而樹(shù)脂與膜殼粘結(jié)處會(huì)被墊片埋在中間，這樣能很好的防止膜殼灌封處漏氣。墊片除采用圓環(huán)形之外，還可以采用其他形狀。如圖4所示。在澆鑄膜組件時(shí)，澆鑄的樹(shù)脂固化后高出膜殼端口 0.5-lmm，這樣在組裝膜殼蓋和殼體時(shí)，樹(shù)脂與墊片直接接觸，受到墊片的擠壓，成為密封的主要部位，且膜殼和樹(shù)脂粘結(jié)處會(huì)壓在墊片內(nèi)，防止了樹(shù)脂與膜殼內(nèi)壁粘結(jié)處漏氣?？梢?jiàn)，通過(guò)本實(shí)用新型的這種創(chuàng)新性的在膜殼端口處開(kāi)出臺(tái)階孔的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，能夠使得膜殼與膜殼蓋之間的密封更好，從而改善了膜組件的密封性。實(shí)施例下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述本實(shí)用新型的這種結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，以及由這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)所帶來(lái)的膜組件密封性能的改進(jìn)。但是，值得指出，這些實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)本實(shí)用新型的范圍的限制。實(shí)施例1在加工膜殼時(shí),在離膜殼端口 2cm處開(kāi)出一個(gè)圓形臺(tái)階孔，臺(tái)階孔直徑為185mm。然后在膜殼中裝入3000根膜絲。從膜殼的側(cè)孔注入樹(shù)脂粘合劑，注滿后，等待樹(shù)脂固化。樹(shù)脂固化后，用刀把高于膜殼端口 Imm以上的中空纖維膜絲和樹(shù)脂切割掉。然后組裝膜組件。在膜組件中使用的墊片是圓形的，而且尺寸滿足:內(nèi)徑比膜殼臺(tái)階孔的內(nèi)徑小，外徑比膜殼蓋內(nèi)槽的直徑大，墊片內(nèi)徑為160mm，墊片外徑為210mm，膜殼蓋內(nèi)槽直徑為150mm。對(duì)組裝好的膜組件進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，從0.2MPa開(kāi)始加壓，壓力逐漸升高到3MPa，膜組件不漏氣，保持6小時(shí)后也不漏氣?，F(xiàn)有技術(shù)膜組件短時(shí)間耐壓一般為2MPa，但長(zhǎng)時(shí)間(2個(gè)小時(shí))測(cè)試時(shí)，耐壓只能達(dá)到IMPa。實(shí)施例2在離膜殼端口 3cm處開(kāi)出一個(gè)橢圓形臺(tái)階孔，臺(tái)階孔大徑直徑為185mm，小徑為180mm。然后在膜殼中裝入3500根膜絲。從膜殼的側(cè)孔注入樹(shù)脂粘合劑，注滿后，等待樹(shù)脂固化。樹(shù)脂固化后，用刀把高于膜殼端口 Imm以上的中空纖維膜絲和樹(shù)脂切割掉。然后組裝膜組件。在膜組件中使用的墊片尺是圓形的，而且尺寸滿足:內(nèi)徑比膜殼臺(tái)階孔的內(nèi)徑小，外徑比膜殼蓋內(nèi)槽的直徑大，墊片內(nèi)徑為155mm，墊片外徑為215mm，膜殼蓋內(nèi)槽直徑為150mm。對(duì)膜組件進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，從0.2MPa開(kāi)始加壓，壓力逐漸升高到5MPa，膜組件不漏氣，保持6小時(shí)后也不漏氣。現(xiàn)有技術(shù)膜組件短時(shí)間耐壓一般為2MPa，但長(zhǎng)時(shí)間(2個(gè)小時(shí))測(cè)試時(shí)，耐壓只能達(dá)到IMPa。
權(quán)利要求1.一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼，所述膜殼包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口處開(kāi)有臺(tái)階孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜膜殼，所述膜殼在垂直于圓筒形殼體的軸向的方向上距離密封端的端口 l-5cm處開(kāi)有臺(tái)階孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中空纖維膜膜殼,所述膜殼在垂直于圓筒形殼體的軸向的方向上距離密封端的端口 2-3cm處開(kāi)有臺(tái)階孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的中空纖維膜膜殼，臺(tái)階孔的形狀為圓形或橢圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的中空纖維膜膜殼，臺(tái)階孔的孔徑大于膜殼內(nèi)徑且小于膜殼內(nèi)徑的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的中空纖維膜膜殼，所述膜殼的密封端的中間部分具有防滑槽，端口內(nèi)側(cè)有螺紋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的中空纖維膜膜殼，所述膜殼有兩個(gè)側(cè)孔，所述側(cè)孔靠近密封端口且在圓筒形殼體的軸向的方向上距離密封端的端口 9至I Icm處。
8.—種膜殼密封結(jié)構(gòu)，所述膜殼密封結(jié)構(gòu)包括:根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的膜殼⑴；帶有內(nèi)槽的膜殼蓋⑵；置于所述膜殼⑴和膜殼蓋⑵之間的墊片⑶；以及用于裝配膜殼(I)和膜殼蓋(2)的緊固裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜殼密封結(jié)構(gòu)，所述緊固裝置包括螺栓(4)，螺母(5)和金屬墊片⑶。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的膜殼密封結(jié)構(gòu)，其中所述墊片(3)為圓環(huán)形，并且墊片(3)的內(nèi)徑比膜殼臺(tái)階孔的內(nèi)徑小，其外徑比膜殼蓋內(nèi)槽的直徑大。
11.一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜組件，所述中空纖維膜組件包括權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的膜殼密封結(jié)構(gòu)，以及放置在膜殼內(nèi)的膜絲。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜組件，其中在澆鑄膜組件時(shí)，澆鑄的樹(shù)脂固化后高出膜殼端口 0.5-lmm。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種在中空纖維氣體分離膜組件中使用的中空纖維膜膜殼，所述膜殼包括圓筒形殼體和位于所述圓筒形殼體兩端的密封端，其中在靠近所述密封端的端口處開(kāi)有臺(tái)階孔；而且還公開(kāi)了包含本實(shí)用新型的這種新型膜殼的膜殼密封結(jié)構(gòu)，以及包含本實(shí)用新型的這種新型膜殼和膜絲的膜組件。通過(guò)本實(shí)用新型的這種創(chuàng)新性的在靠近膜殼端口處開(kāi)出臺(tái)階孔的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，能夠使得膜殼與膜殼蓋之間的密封更好，從而改善了膜組件的密封性。
文檔編號(hào)B01D53/22GK202983522SQ20122046957
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者張硯龍, 李紅賓, 季鵬飛 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司