ПОЛОВОЛОКОННЫЙ МЕМБРАННЫЙ УЗЕЛ, РАБОТАЮЩИЙ ПРИ ВНЕШНЕМ ДАВЛЕНИИ, ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ МЕМБРАННЫЙ УЗЕЛ И МЕМБРАННЫЙ ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ МОДУЛЬ Российский патент 2024 года по МПК B01D63/02 B01D65/02 C02F1/44 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области отделения путем мембранной фильтрации, в частности к половолоконному мембранному узлу, работающему при внешнем давлении, к фильтрационному мембранному узлу и мембранному фильтрационному модулю.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Технология мембранного отделения примесей широко используется в таких областях, как очистка воды или фильтрационное отделение жидкости. Как правило, половолоконные мембранные узлы подразделяются на два типа в зависимости от разных направлений фильтрации: узлы, работающие под действием внутреннего давления, и узлы, работающие под действием внешнего давления. При эксплуатации половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, неочищенная вода поступает снаружи половолоконной мембраны в корпус под давлением, а затем проходит через половолоконную мембрану во внутреннюю полость указанной мембраны с образованием фильтрата, при этом загрязняющие вещества задерживаются на наружной поверхности половолоконной мембраны. Таким образом, половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, может использоваться для работы с неочищенной водой, содержащей загрязняющие вещества в высокой концентрации.

Однако когда половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, используется для фильтрации неочищенной воды, содержащей загрязняющие вещества в высокой концентрации, существует вероятность накопления загрязняющих веществ, оставшихся снаружи половолоконной мембраны, у основания указанной мембраны. Следовательно, для поддержания производительности по воде необходимо увеличить потребление энергии, затрачиваемой на фильтрацию половолоконным мембранным узлом, работающим при внешнем давлении, что оказывает влияние на указанный узел. В худшем случае эффективность фильтрации при помощи половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, даже снижается.

Кроме того, согласно известному уровню техники на нижнем конце фильтрационного мембранного узла обычно выполнен канал для передачи газа, предназначенный для перемещения отфильтрованных загрязнений или крупных твердых частиц под действием давления воздуха, чтобы избежать отделения на фильтрационной мембране. Однако из-за наличия канала для передачи газа при формировании мембранного фильтрационного модуля путем сборки нескольких фильтрационных мембранных узлов необходимо обеспечить несколько газопроводов, соединенных с указанным каналом, так что конструкция мембранного фильтрационного модуля является сложной, и указанный модуль занимает большое пространство.

СУЩНОСТЬ

В свете вышеуказанных проблем существует необходимость в создании половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении и способного эффективным образом уменьшать накопление загрязняющих веществ у основания нитей половолоконной мембраны, а также фильтрационного мембранного узла, обеспечивающего получение мембранного фильтрационного модуля, который в собранном виде имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

Согласно одному аспекту в данном изобретении предложен половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении и содержащий:

корпус, имеющий внутреннюю камеру, и

два концевых элемента, расположенных соответственно на двух концах внутренней камеры корпуса, причем каждый из концевых элементов имеет свободные каналы, проходящие через концевой элемент вдоль осевого направления корпуса, и каналы для сбора воды, сообщающиеся друг с другом, при этом свободные каналы и каналы для сбора воды расположены с чередованием.

В вышеописанном половолоконном мембранном узле, работающем при внешнем давлении, оба концевых элемента имеют свободные каналы, так что неочищенная вода или газ для аэрации могут быть беспрепятственно выведены из внутренней камеры корпуса. В результате загрязняющие вещества, находящиеся снаружи нитей половолоконной мембраны, могут с легкостью выходить из свободных каналов с исключением тем самым чрезмерного накопления загрязняющих веществ у основания указанных нитей. Таким образом, может быть уменьшено потребление энергии, затрачиваемой на фильтрацию половолоконным мембранным узлом, работающим при внешнем давлении, с одновременным обеспечением эффективности фильтрации посредством указанного узла.

Согласно варианту выполнения направление протяженности свободного канала в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, соответствует прямолинейному направлению, и свободные каналы параллельны друг другу.

Согласно варианту выполнения половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, дополнительно содержит пакеты половолоконной мембраны, расположенные во внутренней камере корпуса, причем ширина указанных пакетов меньше или равна 60 мм.

Согласно варианту выполнения отношение ширины канала для сбора воды к ширине свободного канала составляет менее 6.

Согласно варианту выполнения половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, дополнительно содержит пакеты половолоконной мембраны, расположенные во внутренней камере корпуса, причем в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, пакет половолоконной мембраны имеет круглое поперечное сечение с наружным диаметром менее 60 мм.

Согласно варианту выполнения в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, поперечное сечение свободного канала имеет форму веера или кольцевого сектора.

Согласно варианту выполнения площадь поперечного сечения свободного канала, которое перпендикулярно осевому направлению корпуса, постепенно уменьшается снаружи внутрь в осевом направлении корпуса.

Согласно варианту выполнения половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, дополнительно содержит первую торцевую крышку, герметично присоединенную к концу корпуса, при этом на стороне первой торцевой крышки, ближней к внутренней камере корпуса, расположен импульсный аэратор.

Согласно варианту выполнения импульсный аэратор имеет отверстие для выпуска газового потока, расположенное вблизи концевого элемента и соосное с импульсным аэратором.

Согласно другому аспекту в данном изобретении также предложено фильтрационное устройство, содержащее половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, выполненный согласно данному изобретению.

В вышеуказанном фильтрационном устройстве оба из указанных двух концевых элементов имеют свободные каналы, так что неочищенная вода или газ для аэрации могут быть беспрепятственно выведены из внутренней камеры корпуса. В результате загрязняющие вещества, находящиеся снаружи нитей половолоконной мембраны, могут с легкостью выходить из свободных каналов с исключением тем самым чрезмерного накопления загрязняющих веществ у основания указанных нитей. Таким образом, может быть уменьшено потребление энергии, затрачиваемой на фильтрацию половолоконным мембранным узлом, работающим при внешнем давлении, с одновременным обеспечением эффективности фильтрации посредством указанного узла.

Согласно еще одному аспекту в данном изобретении также предложен фильтрационный мембранный узел, содержащий:

корпус, имеющий внутреннюю камеру, а также первый и второй концы, противоположные друг другу, и

первую торцевую крышку, жестко и герметично соединенную с первым концом корпуса, при этом первая торцевая крышка имеет канал для передачи газа, который сообщается с внутренней камерой корпуса и открыт с обеих сторон.

Когда фильтрационные мембранные узлы, описанные выше, собраны в мембранный фильтрационный модуль, каналы для передачи газа смежных фильтрационных мембранных узлов соединены, что исключает необходимость обеспечения отдельного газопровода для каждого фильтрационного мембранного узла. Таким образом, в собранном виде мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

Согласно варианту выполнения первая торцевая крышка также имеет первый канал для потока воды, который сообщается с внутренней камерой корпуса и открыт с обеих сторон, при этом указанный канал может быть соединен встык с каналом для потока воды другого фильтрационного мембранного узла.

Фильтрационный мембранный узел также содержит соединительный узел, который может быть с возможностью разъединения соединен как с отверстием канала для передачи газа, так и с отверстием первого канала для потока воды.

Согласно варианту выполнения соединительный узел содержит две половины обода со сдвоенным отверстием, которые могут быть соединены встык с возможностью разъединения, причем после соединения встык указанных двух половин обода образуются два отверстия для соединения соответственно с отверстием канала для передачи газа и отверстием первого канала для потока воды.

Согласно варианту выполнения наружная боковая стенка канала для передачи газа, ближайшая к одному из отверстий, образует первую контактную часть, а наружная боковая стенка канала для передачи газа, ближайшая к другому из отверстий, образует вторую контактную часть.

Согласно варианту выполнения фильтрационный мембранный узел также содержит вторую торцевую крышку, которая герметично и жестко соединена со вторым концом корпуса, при этом первая торцевая крышка герметично соединена с корпусом при помощи узла герметичного соединения и/или вторая торцевая крышка герметично соединена с корпусом при помощи узла герметичного соединения, причем каждая из первой торцевой крышки и второй торцевой крышки имеет соединительную часть, которая может быть установлена на корпус, при этом наружная поверхность соединительной части имеет наружную резьбу.

Узел герметичного соединения содержит:

резьбовую втулку, которая может быть установлена на корпус, причем внутренняя поверхность резьбовой втулки имеет внутреннюю резьбу, которая соответствует наружной резьбе первой торцевой крышки, и контактную поверхность, и

противосдвиговый элемент, который может быть установлен на корпус, при этом наружная боковая поверхность указанного элемента предназначена для упора в контактную поверхность резьбовой втулки.

Согласно варианту выполнения контактная поверхность резьбовой втулки представляет собой коническую поверхность, противосдвиговый элемент имеет форму разорванной петли, внутренняя поверхность противосдвигового элемента представляет собой зубчатую поверхность, и твердость указанного элемента превышает твердость корпуса.

Согласно варианту выполнения узел герметичного соединения также содержит второе уплотнительное кольцо, расположенное между корпусом и соединительной частью первой торцевой крышки или соединительной частью второй торцевой крышки.

Согласно варианту выполнения узел герметичного соединения также содержит стопор, установленный на корпус, причем внутренняя поверхность соединительной части первой торцевой крышки имеет первую ограничительную поверхность, а стопор имеет вторую ограничительную поверхность, которая расположена напротив первой ограничительной поверхности и не параллельна осевому направлению корпуса, при этом оба конца второго уплотнительного кольца упираются в первую ограничительную поверхность и вторую ограничительную поверхность, а конец стопора, удаленный от второго уплотнительного кольца, упирается в противосдвиговый элемент.

Согласно варианту выполнения фильтрационный мембранный узел также содержит половолоконную мембрану и вторую торцевую крышку, жестко и герметично соединенную со вторым концом корпуса, при этом вторая торцевая крышка имеет второй канал для потока воды и канал для потока очищенной воды, причем второй канал для потока воды сообщается с наружной стороной половолоконной мембраны, при этом мембранный фильтрационный модуль также содержит нагнетающий трубопровод, сообщающийся со вторым каналом для потока воды, причем расстояние между нагнетающим трубопроводом и вторым концом корпуса превышает расстояние между каналом для потока очищенной воды и вторым концом корпуса.

Согласно варианту выполнения половолоконная мембрана представляет собой половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, предложенный в данном изобретении.

Согласно еще одному аспекту в данном изобретении также предложен мембранный фильтрационный модуль, содержащий:

фильтрационный мембранный узел, предложенный в данном изобретении, и

соединительный узел для обеспечения соединения отверстий каналов для передачи газа смежных фильтрационных мембранных узлов.

Вышеописанный мембранный фильтрационный модуль облегчает соединение каналов для передачи газа смежных фильтрационных мембранных узлов и, таким образом, исключает необходимость в обеспечении газопровода для каждого отдельного фильтрационного мембранного узла. Другими словами, в собранном состоянии мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает схематический вид конструкции половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, выполненного согласно варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 2 изображает схематический вид части конструкции половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, показанного на фиг. 1.

Фиг. 3 изображает разрез концевого элемента, показанного на фиг. 1.

Фиг. 4 изображает схематический вид конструкции импульсного аэратора, показанного на фиг. 1.

Фиг. 5 изображает разрез концевого элемента половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, выполненного согласно другому варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 6 изображает схематический вид конструкции половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, выполненного согласно другому варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 7 изображает схематический вид конструкции фильтрационного мембранного узла, выполненного согласно варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 8 изображает разрез фильтрационного мембранного узла, показанного на фиг. 7.

Фиг. 9 изображает схематический покомпонентный вид конструкции соединительного узла, показанного на фиг. 7.

Фиг. 10 изображает увеличенный вид фрагмента А на фиг. 8.

Фиг. 11 изображает схематический вид конструкции контактной части двух каналов для передачи газа в фильтрационном мембранном узле, выполненном согласно варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 12 изображает схематический вид конструкции мембранного фильтрационного модуля, выполненного согласно варианту выполнения данного изобретения.

Фиг. 13 изображает схематический вид, иллюстрирующий режим работы мембранного фильтрационного модуля, показанного на фиг. 12.

Фиг. 14 изображает схематический вид, иллюстрирующий другой режим работы мембранного фильтрационного модуля, показанного на фиг. 12.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Для пояснения и облегчения понимания целей, особенностей и преимуществ данного изобретения приведено подробное описание конкретных вариантов выполнения данного изобретения со ссылкой на чертежи. В нижеследующем описании для всестороннего понимания данного изобретения изложен ряд конкретных подробностей. Тем не менее, данное изобретение может быть реализовано многочисленными другими способами, отличающимися от способов, описанных в данном документе, и специалисты в данной области техники могут выполнить аналогичные модификации без отклонения от идеи данного изобретения. Таким образом, данное изобретение не ограничено конкретными вариантами выполнения, описанными ниже.

Следует отметить, что в том случае, когда элемент упоминается как «прикрепленный» к другому элементу, он может быть расположен непосредственно на другом элементе или также может быть использован промежуточный элемент. Когда элемент считается «соединенным» с другим элементом, он может быть непосредственно соединен с другим элементом или может быть использован промежуточный элемент.

Если не указано иное, все научные и технические термины, используемые в данном документе, имеют те же значения, которые общеизвестны обычному специалисту в области техники, к которой относится данное изобретение. Термины, используемые в данном документе при описании изобретения, служат лишь для описания конкретных вариантов выполнения, которые не должны считаться ограничивающими данное изобретение. Выражение «и/или», используемое в данном документе, охватывает любые комбинации из одного или более соответствующих перечисляемых элементов.

Как изображено на фиг. 1-4, половолоконный мембранный узел 100-1, работающий при внешнем давлении, выполненный согласно варианту выполнения данного изобретения, содержит корпус 110-1, имеющий внутреннюю камеру 111-1, и концевой элемент 130-1.

В частности, концевой элемент 130-1 расположен на конце внутренней камеры 111-1 корпуса 110-1. Концевой элемент 130-1 имеет свободные каналы 131-1, проходящие через концевой элемент 130-1 в осевом направлении корпуса 110-1, и каналы 133-1 для сбора воды, сообщающиеся друг с другом. Свободные каналы 131-1 и каналы 133-1 для сбора воды расположены с чередованием. Осевое направление корпуса 110-1 показано на фиг. 1 пунктирной линией.

Как можно понять, свободный канал 131-1 используется для отвода загрязняющих веществ, находящихся снаружи нитей половолоконной мембраны, поэтому ширина указанного канала 131-1 должна обеспечивать указанный отвод.

Следует отметить, что выражение «свободные каналы 131-1» означает, что количество каналов 131-1 равно по меньшей мере двум. Выражение «каналы 133-1 для сбора воды» означает, что количество каналов 133-1 также равно по меньшей мере двум.

В половолоконном мембранном узле 100-1 оба из указанных двух концевых элементов 130-1 имеют свободные каналы 131-1, так что в процессе поступления неочищенной воды или газа для аэрации во внутреннюю камеру корпуса 110-1 и их последующего выхода из внутренней камеры 111-1 корпуса 110, указанная вода или газ вводится или выводится через два конца камеры 111-1. По существу, когда неочищенная вода или газ для аэрации поступает во внутреннюю камеру 111-1 корпуса 110-1 или выходит из нее, исключено принудительное изменение направления потока неочищенной воды или газа для аэрации, так что указанная вода или указанный газ могут быть беспрепятственно выведены из внутренней камеры корпуса. Свободные каналы 131-1 могут способствовать оттоку загрязняющих веществ, находящихся снаружи нитей половолоконной мембраны, при этом исключено чрезмерное накопление загрязняющих веществ у основания указанных нитей, что снижает потребление энергии, затрачиваемой на фильтрацию узлом 100-1 с одновременным обеспечением эффективности фильтрации посредством указанного узла 100-1.

В данном варианте выполнения свободные каналы 131-1 двух концевых элементов 130-1 расположены напротив друг друга. Другими словами, выступающие части свободных каналов 131-1 двух концевых элементов 130-1 в плоскости, перпендикулярной осевому направлению корпуса 110-1, перекрываются. Это обеспечивает более равномерное введение и выведение неочищенной воды и газа для аэрации. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения свободные каналы 131-1 двух концевых элементов 130-1 также могут быть расположены не точно напротив друг друга.

Как можно понять, внутренняя камера нити половолоконной мембраны сообщается с каналом 133-1 для сбора воды. Свободный канал 131-1 и канал 133-1 для сбора воды расположены с чередованием, то есть среди указанных каналов 133-1 для сбора воды каждые два из них отнесены друг от друга. Кроме того, каждый канал 133-1 соответствует отдельному пакету половолоконной мембраны. Следовательно, пакет половолоконной мембраны, соответствующий каждому каналу 133-1 для сбора воды, расположен независимым образом.

В данном варианте выполнения концевой элемент 130-1 имеет по меньшей мере два свободных канала 131-1, при этом свободные каналы 131-1 и каналы 133-1 для сбора воды расположены с чередованием, что увеличивает открытую площадь пакетов половолоконной мембраны, так что, когда неочищенная вода или газ для аэрации поступает во внутреннюю камеру 111-1 корпуса 110-1, она/он может контактировать с нитями половолоконной мембраны по большей площади с обеспечением вымывания большего количества загрязняющих веществ, осевших на указанных нитях.

Кроме того, в данном варианте выполнения открытая площадь пакета половолоконной мембраны увеличена для уменьшения толщины слоя загрязняющих веществ, прилипших к наружной поверхности указанного пакета, так что адгезия загрязняющих веществ оказывает меньшее влияние на эффективность фильтрации посредством пакета половолоконной мембраны, что, в свою очередь, облегчает очистку загрязняющих веществ с поверхности пакета. Это экономит время очистки половолоконного мембранного узла 100-1 и дополнительно повышает эффективность фильтрации посредством указанного узла 100-1.

Как вариант, материал концевого элемента 130-1 может представлять собой пластмассу, резину, нержавеющую сталь или смолу. Если концевой элемент образован из смолевого материала, концевой элемент 130-1 изготавливают путем отливки и при этом отливают вместе с внутренней стенкой корпуса 110-1 и нитями половолоконной мембраны, причем выходы указанных нитей на торцевой поверхности остаются открытыми.

В данном варианте выполнения половолоконный мембранный узел 100-1 дополнительно содержит коллекторный водопровод 150-1, сообщающийся с каналами 133-1 для сбора воды. Фильтрат, находящийся во внутренней полости половолоконной мембраны, по меньшей мере частично поступает в канал 133-1 для сбора воды, а затем проходит в центральный коллекторный водопровод 150-1, сообщающийся с указанным каналом 133-1. После этого фильтрат выводится.

Как можно понять, концевой элемент 130-1 должен иметь конструкцию для присоединения коллекторного водопровода 150-1, так чтобы указанный водопровод 150-1 сообщался с каналом 133-1 для сбора воды. В частности, в данном варианте выполнения концевой элемент 130-1 содержит средство 135-1 сопряжения с коллекторным водопроводом, которое сообщается с каналами 133-1 для сбора воды и выровнено с водопроводом 150-1. В осевом направлении корпуса 110-1 ось средства 135-1 сопряжения расположена на одной прямой с осью концевого элемента 130-1. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения ось указанного средства сопряжения также может быть смещена относительно оси концевого элемента в осевом направлении корпуса.

В данном варианте выполнения концевой элемент 130-1 и корпус 110-1 с возможностью разъединения собраны друг с другом при помощи обода. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения концевой элемент 130-1 и корпус 110-1 также могут быть собраны и соединены путем склеивания и т.п.

В данном варианте выполнения оба из указанных двух концевых элементов 130-1 имеют каналы 133-1 для сбора воды, так что фильтрат, находящийся во внутренней полости половолоконной мембраны, может беспрепятственно поступать в каналы 133-1 с обеспечением облегчения его выведения. В частности, в процессе использования два концевых элемента 130-1 обычно расположены на разной высоте в направлении, перпендикулярном горизонтальной плоскости, так что под действием силы тяжести фильтрат, находящийся во внутренней полости половолоконной мембраны, может свободно поступать в каналы 133-1 для сбора воды в нижнем концевом элементе 130-1. Разумеется, когда давление неочищенной воды выше, чем давление очищенной воды, находящейся в каналах 133-1 верхнего концевого элемента 130-1, фильтрат, находящийся во внутренней полости половолоконной мембраны, также легко может отводиться в каналы 133-1 верхнего концевого элемента 130-1. То есть фильтрат, находящийся во внутренней полости половолоконной мембраны, может быть выведен с обоих концов одновременно с увеличением тем самым скорости выведения фильтрата из внутренней полости мембраны, что, в свою очередь, повышает эффективность фильтрации посредством узла 100-1.

В данном варианте выполнения в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса 110-1, направление протяженности свободных каналов 131-1 представляет собой прямую линию, и свободные каналы 131-1 параллельны друг другу. В данном варианте выполнения направление протяженности свободных каналов 131-1 является направлением поверхности, в которой сходятся свободный канал 131-1 и канал 133-1 для сбора воды, как показано в виде направления m-m на фиг. 2.

Соответственно, направление протяженности каналов 133-1 для сбора воды совпадает с направлением протяженности свободных каналов. Конструкция пакетов половолоконной мембраны также выполнена в соответствии с конструкцией каналов 133-1 для сбора воды. То есть конструкция пакетов половолоконной мембраны также проходит вдоль прямой линии.

С обеих сторон канала 133-1 для сбора воды расположены свободные каналы 131-1, что предотвращает локальное накопление загрязняющих веществ в пакетах половолоконной мембраны и обеспечивает возможность равномерной очистки указанных пакетов. Ситуация, при которой невозможно убрать загрязняющие вещества, местами прилипшие к половолоконной мембране, исключена.

В данном варианте выполнения половолоконный мембранный узел 100-1 также содержит пакеты 170-1 половолоконной мембраны, расположенные во внутренней камере 111-1 корпуса 110-1. Ширина d пакета 170-1 меньше или равна 60 мм. При большей ширине пакета 170-1 к его поверхности прилипнет больше загрязняющих веществ.

Как вариант, отношение ширины D1 канала 133-1 для сбора воды к ширине D2 свободного канала 131-1 составляет менее 6. Ширина D1 канала 133-1 для сбора воды больше или равна ширине d пакета 170-1 половолоконной мембраны. Следовательно, отношение ширины d пакета 170-1 к ширине D2 свободного канала 131-1 составляет менее 6. Таким образом, крупные загрязнения могут беспрепятственно проходить через свободный канал 131-1 и могут быть выведены с исключением ситуации, при которой канал 131-1 забивается крупными загрязнениями, которые не могут быть выведены, в результате чего узел 100-1 не может работать надлежащим образом. Кроме того, в процессе очистки половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, путем аэрации более крупные пузырьки также могут беспрепятственно проходить через свободный канал 131-1, что обеспечивает улучшенную очистку грязи с поверхности пакета 170-1.

В частности, в данном варианте выполнения отношение ширины канала 133-1 для сбора воды к ширине свободного канала 131-1 может составлять 6; 5,5; 5; 4,5; 4; 3; 2; 1 или 0,5.

Ниже со ссылкой на перепады трансмембранного давления, приведенные в Таблице 1, представлена подробная иллюстрация работы половолоконных мембранных узлов 100-1 при различных отношениях ширины D1 канала 133-1 для сбора воды к ширине D2 свободного канала 131-1.

D1 представляет собой ширину канала для сбора воды, a D2 - ширину свободного канала. Более подробно это показано на фиг. 3. Данные, приведенные в Таблице 1, измерены при следующих предварительных условиях: концентрация осадка в неочищенной воде составляет 14000 мг/л, производительность по воде составляет 30 л/ч м², температура воды составляет 25°С, размер концевого элемента 130-1 остается неизменным, и количество каналов 133-1 для сбора воды и количество свободных каналов 131-1 остается неизменным.

Кроме того, если объем производимой воды остается неизменным, при накоплении на поверхности пакета 170-1 половолоконной мембраны все большего количества загрязняющих веществ перепад трансмембранного давления будет увеличиваться. Соответственно, для обеспечения работы оборудования потребуется большее потребление энергии.

Как следует из данных, приведенных в Таблице 1, в течение одинакового времени работы узла 100-1 чем меньше отношение ширины D1 канала 133-1 для сбора воды к ширине D2 свободного канала 131-1, тем меньше перепад трансмембранного давления. Другими словами, чем меньше отношение ширины D1 канала 133-1 для сбора воды к ширине D2 свободного канала 131-1, тем меньше загрязняющих веществ прилипает к наружной поверхности пакета 170-1 половолоконной мембраны. Более того, чем меньше отношение ширины D1 канала 133-1 для сбора воды к ширине D2 свободного канала 131-1, тем меньше ширина канала 133-1 для сбора воды и тем больше ширина свободного канала 131-1. Таким образом, при уменьшении ширины пакета 170-1 увеличивается ширина свободного канала 133-1, а при уменьшении перепада трансмембранного давления к поверхности пакета 170-1 прилипает меньшее количество загрязняющих веществ.

В данном варианте выполнения свободные каналы 131-1, образованные в концевых элементах 130-1, имеют одинаковую конструкцию и ширину. Следует понимать, что в другом возможном варианте выполнения свободные каналы также могут иметь разную ширину. Аналогичным образом, свободные каналы могут иметь разную конструкцию. Например, в одном и том же концевом элементе одновременно могут иметься прямоугольные и веерообразные свободные каналы.

В данном варианте выполнения половолоконный мембранный узел 100-1, работающий при внешнем давлении, дополнительно содержит первую торцевую крышку 190-1, герметично соединенную с одним концом корпуса

110-1, при этом первая торцевая крышка 190-1 выполнена с импульсным аэратором 180-1, расположенным на стороне, ближайшей к внутренней камере

111-1 корпуса 110-1. В отличие от традиционного процесса непрерывной аэрации, при котором поток газа подается непосредственно во внутреннюю камеру корпуса через газопроводную трубу, пузырьки воздуха, выпускаемые импульсным аэратором 180-1, могут попадать во внутреннюю камеру 111-1 корпуса 110-1 непосредственно через свободные каналы 131-1 с обеспечением тем самым возможности более качественной очистки загрязняющих веществ с поверхности пакетов 170-1.

Кроме того, импульсный аэратор 180-1 испускает поток газа в импульсном режиме. В частности, в процессе работы импульсный аэратор 180-1 обеспечивает непрерывную подачу потока газа. Импульсный аэратор 180-1 может накапливать энергию непрерывного газового потока в течение определенного периода времени, а затем обеспечивать мгновенную аэрацию для образования пузырьков большего размера, так что сила воздействия испускаемого газового потока увеличивается с обеспечением тем самым еще более качественной очистки загрязняющих веществ с поверхности пакетов 170-1.

В данном варианте выполнения импульсный аэратор 180-1 имеет отверстие 181-1 для выпуска потока газа, расположенное вблизи концевого элемента 130-1 и соосное с аэратором 180-1. По существу, аэратор 180-1 имеет только одно отверстие 181-1 для выпуска газового потока, так что ударные пузырьки, выпускаемые из указанного отверстия 181-1, имеют больший размер, что, в свою очередь, обеспечивает большее воздействие на поверхность пакетов 170-1 половолоконной мембраны с достижением более качественной очистки загрязняющих веществ с поверхности пакетов 170-1.

В данном варианте выполнения первая торцевая крышка 190-1 имеет отверстие 191-1 для обеспечения сообщения газопередающего порта 183-1 импульсного аэратора 180-1 с окружающей средой. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения, если конструкция импульсного аэратора изменена, указанное отверстие также может использоваться в качестве канала для передачи газа, обеспечивающего сообщение с газопередающим портом импульсного аэратора.

Как можно понять, в данном варианте выполнения первая торцевая крышка 190-1 имеет канал 193-1 для потока воды, предназначенный для переноса неочищенной воды во внутреннюю камеру 111-1 корпуса 110-1 или отвода собранной воды из указанной камеры. Конфигурация импульсного аэратора 180-1 не должна препятствовать сообщению между каналом 193-1 для потока воды и внутренней камерой 111-1 корпуса 110-1, и должна обеспечивать возможность беспрепятственной подачи неочищенной воды во внутреннюю камеру корпуса 110-1 или беспрепятственный выпуск собранной воды из канала 193-1.

Понятно, что в другом возможном варианте выполнения конструкции свободного канала и канала для сбора воды не ограничены вышеописанными конструкциями. Соответственно, конструкция пакета половолоконной мембраны не ограничена вышеописанной конструкцией. Например, в возможном варианте выполнения в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, поперечное сечение пакета половолоконной мембраны является круглым, а наружный диаметр составляет менее 60 мм для предотвращения прилипания большего количества загрязняющих веществ к указанному пакету. Как вариант, в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, канал для сбора воды имеет круглую форму, а пакет половолоконных мембран и канал для сбора воды имеют одинаковую конструкцию. Разумеется, следует понимать, что в другом возможном варианте выполнения конструкция пакета половолоконной мембраны не ограничена конструкцией, аналогичной конструкции канала для сбора воды.

Ниже со ссылкой на перепады трансмембранного давления, приведенные в Таблице 2, представлена подробная иллюстрация работы половолоконных мембранных узлов, работающих при внешнем давлении.

Следует отметить, что в обычном половолоконном мембранном узле, работающем при внешнем давлении, только один концевой элемент имеет свободный канал, и используется режим непрерывной аэрации. Импульсная аэрация в половолоконном мембранном узле 100-1 заменена на непрерывную аэрацию. То есть импульсный аэратор узла 100-1 удален, а для введения ударного потока газа во внутреннюю камеру корпуса для выполнения промывки пакета 170-1 половолоконной мембраны используется труба для передачи газа.

Данные, приведенные в Таблице 2, измерены при следующих предварительных условиях: концентрация осадка в неочищенной воде составляет 14000 мг/л, производительность по воде составляет 30 л/ч м², поток непрерывно подаваемого воздуха составляет 2 м³/ч, температура воды составляет 25°С, и половолоконные мембранные узлы, работающие при внешнем давлении, имеют одинаковый размер.

Как следует из Таблицы 2, если сравнивать по отдельности данные в каждом столбце, например данные в первом столбце С1, то можно обнаружить, что по мере работы половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, перепад трансмембранного давления все более увеличивается. То есть на поверхности пакетов половолоконной мембраны накапливается все больше и больше загрязняющих веществ.

Сравнение данных первого столбца С1 и данных второго столбца С2 показывает, что перепады трансмембранного давления, приведенные в столбце С2, меньше для одного и того же периода времени работы половолоконных мембранных узлов. Соответственно, после работы в течение одного и того же периода времени на поверхности пакетов половолоконной мембраны, соответствующих столбцу С2, накапливается меньшее количество загрязняющих веществ. Таким образом, можно видеть, что путем выполнения свободных каналов 131-1 в обоих из указанных двух концевых элементов 130-1 часть загрязняющих веществ может быть легко удалена в процессе выпуска неочищенной воды с обеспечением уменьшения накопления загрязняющих веществ на поверхности пакетов половолоконной мембраны.

Сравнение между данными второго столбца С2 и данными третьего столбца С3 показывает, что перепады трансмембранного давления, приведенные в столбце С3, меньше для одного и того же периода времени работы половолоконных мембранных узлов. Соответственно, после работы в течение одного и того же периода времени на поверхности пакетов половолоконной мембраны, соответствующих столбцу С3, накапливается меньшее количество загрязняющих веществ. Таким образом, можно видеть, что в процессе очистки половолоконного мембранного узла, работающего при внешнем давлении, использование импульсного аэратора может обеспечить большее воздействие на поверхность пакетов половолоконной мембраны и тем самым более глубокую очистку указанной поверхности.

Как вариант, в другом возможном варианте выполнения, в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, поперечное сечение свободного канала также может иметь правильную или неправильную форму, такую как форма веера, форма кольцевого сектора и т.п., при условии, что загрязняющие вещества могут проходить через свободный канал.

Кроме того, как вариант, концевой элемент имеет по меньшей мере четыре свободных канала, распределенных кольцевым образом, так что ширина канала для сбора воды между двумя свободными каналами или соответствующий центральный угол являются не слишком большими. То есть ширина пакета половолоконной мембраны, соответствующая каналу для сбора воды или соответствующему центральному углу, не слишком велика, что позволяет избежать осаждения большего количества загрязняющих веществ на наружной поверхности указанного пакета.

В частности, как показано на фиг. 3, в половолоконном мембранном узле, работающем при внешнем давлении и выполненном согласно другому варианту выполнения данного изобретения, поперечное сечение свободных каналов 231-1 имеет форму веера в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса. Концевой элемент 230-1 имеет шесть свободных каналов 231-1, распределенных кольцевым образом, а ширина D1 каналов 233-1 для сбора воды составляет менее 60 мм.

В частности, в данном варианте выполнения наружный диаметр корпуса составляет 9 дюймов (22,86 см), а центральный угол α свободного канала составляет 60°. В направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, канал 233-1 для сбора воды имеет прямоугольную форму.

Как видно из данных, приведенных в Таблице 3, когда половолоконные мембранные узлы, работающие при внешнем давлении, работают в течение одного и того же периода времени, чем меньше ширина D1 канала 233-1 для сбора воды, тем меньше перепад трансмембранного давления. Другими словами, когда ширина D1 канала для сбора воды меньше, а площадь поперечного сечения свободного канала больше, к поверхности пакета половолоконной мембраны будет прилипать меньшее количество загрязняющих веществ. То есть из внутренней камеры корпуса может быть выведено большее количество загрязняющих веществ.

Разумеется, в другом возможном варианте выполнения конструкция свободного канала не ограничена вышеописанными конструкциями, а может также иметь любую другую правильную или неправильную форму.

Аналогичным образом, распределение свободных каналов не ограничено вышеописанной конфигурацией, а может представлять собой равномерное или неравномерное распределение, например распределение в виде прямоугольной структуры.

Как показано на фиг. 6, в половолоконном мембранном узле 300-1, работающем при внешнем давлении, выполненном согласно другому варианту выполнения данного изобретения, свободные каналы 331-1 и каналы 333-1 для сбора воды также расположены с чередованием, аналогично узлу 300-1, за исключением того, что площадь поперечного сечения свободного канала 331-1, перпендикулярного осевому направлению корпуса 110-1, постепенно уменьшается снаружи внутрь в осевом направлении указанного корпуса. Неочищенная вода или газ для аэрации проходит через свободный канал 331-1 во внутреннюю камеру 111-1 корпуса 110-1. При прохождении неочищенной воды или газа для аэрации через свободный канал 331-1, поскольку площадь поперечного сечения канала 331-1, перпендикулярного осевому направлению корпуса 110-1, постепенно уменьшается снаружи внутрь, скорость потока неочищенной воды или для аэрации газа увеличивается. То есть скорость неочищенной воды или газа для аэрации увеличивается, когда он(а) выходит из сводного канала, в результате чего увеличивается сила воздействия указанной воды или газа на основание пакета половолоконной мембраны.

Как правило, загрязняющие вещества прилипают к пакету половолоконной мембраны последовательно, от основания к середине, и к основанию указанного пакета прилипает большее количество загрязняющих веществ. Увеличение силы воздействия неочищенной воды на основание пакета половолоконной мембраны может эффективно уменьшить количество загрязняющих веществ, прилипших к основанию половолоконной мембраны. Увеличение силы воздействия газа для аэрации на основание пакета половолоконной мембраны может обеспечить более быстрое удаление грязи с указанного основания.

Согласно варианту выполнения данного изобретения также предложено фильтрационное устройство, содержащее половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, выполненный в соответствии с данным изобретением.

В вышеуказанном фильтрационном устройстве оба из двух концевых элементов имеют свободные каналы, так что неочищенная вода или газ для аэрации могут быть беспрепятственно выведены из внутренней камеры корпуса. В результате загрязняющие вещества, находящиеся снаружи нитей половолоконной мембраны, могут легко выходить из свободных каналов, и чрезмерное накопление загрязняющих веществ у основания указанных нитей исключено. Таким образом, уменьшено потребление энергии, затрачиваемой на фильтрацию половолоконным мембранным узлом, работающим при внешнем давлении, с одновременным обеспечением эффективности фильтрации посредством указанного узла.

Как показано на фиг. 7-10, фильтрационный мембранный узел 100 согласно варианту выполнения данного изобретения содержит корпус 110 и первую торцевую крышку 130. В частности, корпус 110 имеет внутреннюю камеру 111 и расположенные напротив друг друга первый конец 113 и второй конец 115. Первая торцевая крышка 130 герметично и жестко соединена с первым концом 113 корпуса 110. Первая торцевая крышка 130 имеет канал 131 для передачи газа, который сообщается с внутренней камерой корпуса 110 и открыт с обеих сторон. Отверстия канала 131 для передачи газа расположены на боковых сторонах, что облегчает стыковое соединение указанного канала 131 с каналом 131 для передачи газа в другом фильтрационном мембранном узле 100.

Когда фильтрационные мембранные узлы 100 собраны в мембранный фильтрационный модуль, каналы 131 для передачи газа смежных узлов 100 соединены встык, и в собранном состоянии мембранный фильтрационный модуль требует наличия только одного газопровода с исключением тем самым необходимости в выполнении отдельного газопровода для каждого узла 100. Таким образом, в собранном виде мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

Поскольку фильтрационные мембранные узлы 100 могут быть собраны в мембранный фильтрационный модуль, указанные узлы 100 могут подвергаться манипулированию или транспортировке по отдельности и могут быть собраны после их транспортировки к месту эксплуатации. Крове того, поскольку узлы 100 могут быть собраны в мембранный фильтрационный модуль, нет необходимости в выполнении газопровода для каждого отдельного фильтрационного узла 100, так что мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и удобен для транспортировки.

В отличие от обычного фильтрационного мембранного узла, в котором отверстия канала для передачи газа расположены внизу, в данном варианте выполнения отверстия канала 131 для передачи газа расположены на боковых сторонах. Таким образом, когда каналы для передачи газа двух узлов 100 соединены встык, оператор может легко наблюдать открытые положения канала 131. Понятно, что когда два канала 131 соединяют встык, положение манипуляции также находится с боковой стороны фильтрационного мембранного узла 100, и два канала для передачи газа могут быть легко соединены без необходимости подъема или переворачивания указанного узла.

Как можно понять, фильтрационный мембранный узел 100 также содержит половолоконную мембрану 150, расположенную во внутренней камере корпуса. Фильтрационный мембранный узел 100 осуществляет фильтрацию с помощью внешнего давления, и канал 131 для передачи газа сообщается с наружной стороной половолоконной мембраны 150. Разумеется, в альтернативном варианте выполнения, если фильтрационный мембранный узел осуществляет фильтрацию с помощью внутреннего давления, канал для передачи газа сообщается с внутренней полостью половолоконной мембраны.

Как можно понять, канал 131 используется для формирования канала для введения аэрационного газа, обеспечивающего очистку грязи, осажденной на поверхности половолоконной мембраны 150.

В данном варианте выполнения два отверстия канала 131 расположены напротив друг друга, и две прямые линии, перпендикулярные указанным отверстиям канала 131, являются коллинеарными или параллельными. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения два отверстия канала 131 не ограничены расположением напротив друг друга. То есть прямые линии, перпендикулярные двум отверстиям канала 131, могут не быть параллельными. В частности, конфигурация фильтрационного мембранного узла 100 может быть выполнена в соответствии с конкретным применением, и в этом случае открытое положение канала 131 может быть обеспечено соответствующим образом.

В данном варианте выполнения первая торцевая крышка 130 имеет первый канал 133 для потока воды, который сообщается с внутренней камерой 111 корпуса 110 и открыт с обеих сторон. Первый канал 133 для потока воды может быть соединен встык с первым каналом 133 для потока воды, выполненным в другом фильтрационном мембранном узле 100. Аналогичным образом, при сборке мембранного фильтрационного модуля первые каналы 133 смежных узлов 100 соединены встык, что исключает необходимость выполнения отдельного трубопровода для подачи воды для каждого фильтрационного мембранного узла. Таким образом, в собранном виде мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

Аналогичным образом, в данном варианте выполнения фильтрационный мембранный узел 100 осуществляет фильтрацию с помощью внешнего давления, и первый канал 133 для потока воды сообщается с наружной стороной половолоконной мембраны 150. Разумеется, в альтернативном варианте выполнения, если фильтрационный мембранный узел осуществляет фильтрацию с помощью внутреннего давления, канал 133 сообщается с внутренней полостью половолоконной мембраны.

В данном варианте выполнения канал 131 для передачи газа и первый канал 133 для потока воды расположены параллельно. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения канал для передачи газа и канал для потока воды могут не быть параллельными, и направления протяженности указанных канала также могут быть нелинейными.

В данном варианте выполнения фильтрационный мембранный узел 100 дополнительно содержит соединительный узел 180, который может быть с возможностью разъединения соединен с отверстием канала 131 для передачи газа и с отверстием первого канала 133 для потока воды. Другими словами, соединительный узел 180 используется для обеспечения стыкового соединения между каналом 131 для передачи газа и каналом 131 для передачи газа, выполненным в другом узле 100, а также для стыкового соединения между первым каналом 133 для потока воды и первым каналом 133 для потока воды в другом узле 100. Соединительный узел 180 обеспечивает возможность одновременного соответствующего соединения каналов для передачи газа и каналов для потока воды двух фильтрационных мембранных узлов с обеспечением еще большего упрощения процесса сборки двух узлов 100.

В частности, как показано на фиг. 9, в данном варианте выполнения соединительный узел 180 содержит две половины 181 обода со сдвоенным отверстием, которые могут быть соединены встык с возможностью разъединения. В частности, в данном варианте выполнения две половины 181 обода со сдвоенным отверстием соединены встык при помощи болтов 185. Указанные две половины 181 обода соединены встык с образованием двух отверстий 182 для соединения соответственно с отверстием канала 131 для передачи газа и с отверстием первого канала 133 для потока воды, что обеспечивает возможность стыкового соединения двух каналов 131 для передачи газа и стыкового соединения двух первых каналов 133 для потока воды.

В данном варианте выполнения соединительный узел 180 также содержит два первых уплотнительных кольца 183. Два первых уплотнительных кольца 183 могут быть соответственно расположены в двух отверстиях 182, образованных после скрепления двух половин 181 обода, и использованы для установки соответственно на наружных боковых стенках двух каналов 131 в месте соединения и на наружных боковых стенках двух каналов 133 в месте соединения для исключения протечки соответственно газового потока и жидкости. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения герметичное соединение двух каналов 131 для передачи газа и герметичное соединение двух первых каналов 133 для потока воды не ограничены вышеописанных способом. Также возможны другие способы, такие как уплотнение с помощью уплотняющего материала или воздушное уплотнение.

В данном варианте выполнения первая торцевая крышка 130 и корпус 110 герметично соединены при помощи узла 120 герметичного соединения. В частности, как показано на фиг. 10, первая торцевая крышка 130 имеет соединительную часть 135, которая может быть установлена на корпус 110, причем наружная поверхность соединительной части 135 имеет наружную резьбу. В частности, узел 120 герметичного соединения содержит резьбовую втулку 121, установленную на корпус 110, и противосдвиговый элемент 127, установленный на корпус 110. Внутренняя поверхность резьбовой втулки 121 имеет внутреннюю резьбу, которая соответствует наружной резьбе первой торцевой крышки 130, и контактную поверхность 1211. Наружная боковая поверхность противосдвигового элемента 127 предназначена для упора в контактную поверхность 1211 резьбовой втулки 121. Понятно, что наружная боковая поверхность 1271 элемента 127 представляет собой его поверхность, удаленную от корпуса 110. Как можно понять, между внутренней поверхностью резьбовой втулки 121 и наружной поверхностью корпуса 110 образован зазор 10, так что соединительная часть 135 может быть расположена между внутренней поверхностью втулки 121 и наружной поверхностью корпуса 110. По существу, между втулкой 121 и соединительной частью 135 может быть обеспечено резьбовое соединение. Таким образом, при соединении первой торцевой крышки 130 и корпуса 110 необходимо только установить крышку 130 и корпус 110 в надлежащем взаимном положении и навинтить резьбовую втулку 121. Это может эффективным образом гарантировать, что положение крышки 130 и корпуса 110 является перпендикулярным осевому направлению корпуса 110, так что каналы 131 для передачи газа, выполненные в первых торцевых крышках 130 двух фильтрационных мембранных узлов 100, могут быть успешно соединены встык. Как можно понять, осевое направление корпуса 110 показано на фиг. 8 пунктирной линией.

При необходимости сборки первой торцевой крышки 130 и корпуса 110 с помощью узла 120 герметичного соединения необходимо лишь установить крышку 130 в надлежащее положение и навинтить резьбовую втулку 121. Конструкция является простой и удобной в эксплуатации.

В данном варианте выполнения контактная поверхность 1211 резьбовой втулки 121 представляет собой коническую поверхность, так что часть втулки 121, соответствующая контактной поверхности 1211, может быть легко надета на противосдвиговый элемент 127.

В данном варианте выполнения противосдвиговый элемент 127 имеет форму разорванной петли, так что, когда втулка 121 плавно надевается на элемент 127, он может упруго деформироваться и прилегать к корпусу 110. По существу, на корпус 110 оказывается давление, перпендикулярное осевому направлению корпуса 110, что увеличивает трение между корпусом и элементом 127. В результате обеспечено эффективное предотвращение осевого скольжения противосдвигового элемента относительно корпуса 110. В то же время элемент 127 оказывает усилие на резьбовую втулку 121 в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса 110, с увеличением тем самым трения между втулкой 121 и элементом 127. В результате обеспечено эффективное предотвращение осевого скольжения втулки 121 относительно элемента 127 вдоль корпуса 110. Таким образом, обеспечено эффективное предотвращение скольжения втулки 121 относительно корпуса 110 в его осевом направлении, что эффективно предотвращает соскальзывание втулки 121.

В данном варианте выполнения внутренняя поверхность противосдвигового элемента 127 представляет собой зубчатую поверхность, и твердость элемента 127 превышает твердость корпуса 110. Таким образом, при большой силе сжатия между элементом 127 и корпусом 110 наружная поверхность корпуса 110 может деформироваться в направлении внутрь. Когда зубцы, имеющиеся на внутренней поверхности элемента 127, вдавливаются в углубления наружной поверхности корпуса 110, скольжение элемента 127 относительно корпуса 110 в осевом направлении корпуса 110 еще больше ограничено.

В данном варианте выполнения узел 120 герметичного соединения дополнительно содержит второе уплотнительное кольцо 125, расположенное между корпусом 110 и соединительной частью 135 первой торцевой крышки 130 для обеспечения уплотнения между корпусом 110 и крышкой 130 и предотвращения протечки потока газа или жидкости.

В данном варианте выполнения узел 120 герметичного соединения дополнительно содержит стопор 123, неподвижно установленный на корпус 110. В частности, в данном варианте выполнения внутренняя поверхность соединительной части 135 первой торцевой крышки 130 имеет первую ограничительную поверхность 1351, а стопор 123 имеет вторую ограничительную поверхность 1231, расположенную напротив первой ограничительной поверхности 1351. Вторая ограничительная поверхность 1231 не параллельна осевому направлению корпуса 110, так что, когда первая ограничительная поверхность 1351 и вторая ограничительная поверхность 1231 упираются друг в друга непосредственным или опосредованным образом, крышка 130 и стопор 123 взаимно зафиксированы в осевом направлении корпуса 110, в результате чего крышка 130 и корпус 110 взаимно зафиксированы в осевом направлении корпуса 110.

В данном варианте выполнения два конца второго уплотнительного кольца 125 упираются соответственно в первую ограничительную поверхность 1351 и вторую ограничительную поверхность 1231, что предотвращает соскальзывание кольца 125 со стопора 123 в осевом направлении корпуса 110. Кроме того, конец стопора 123, удаленный от второго уплотнительного кольца 125, упирается в противосдвиговый элемент 127. То есть стопор 123 расположен между элементом 127 и уплотнительным кольцом 125 с обеспечением предотвращения скольжения кольца 125 к одному концу элемента 127 в осевом направлении корпуса 110. Таким образом, положение второго уплотнительного кольца 125 в осевом направлении корпуса 110 может быть ограничено более эффективно с обеспечением более качественного уплотнения между корпусом 110 и первой торцевой крышкой 130.

В данном варианте выполнения как первая ограничительная поверхность 1351, так и вторая ограничительная поверхность 1231 являются плоскими и перпендикулярны осевому направлению корпуса 110. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения первая и вторая ограничительные поверхности не ограничены прохождением перпендикулярно осевому направлению корпуса при условии, что указанные поверхности не параллельны оси корпуса. Кроме того, первая ограничительная поверхность и вторая ограничительная поверхность не ограничены только плоскими поверхностями, а могут иметь правильные или неправильные формы, например, представлять собой изогнутые или складчатые поверхности. Понятно, что если первая и вторая ограничительные поверхности не являются плоскими, то поверхности, по которым второе уплотнительное кольцо граничит с первой ограничительной поверхностью и второй ограничительной поверхностью, также являются изогнутыми поверхностями, что улучшает герметизирующий эффект между вторым уплотнительным кольцом и соответственно первой и второй ограничительными поверхностями, то есть улучшает герметизирующий эффект между корпусом и первой торцевой крышкой.

В данном варианте выполнения форма первой ограничительной поверхности и форма второй ограничительной поверхности являются одинаковыми. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения первая и вторая ограничительные поверхности могут иметь различные конфигурации при условии, что указанные поверхности могут соответственно упираться во второе уплотнительное кольцо.

В данном варианте выполнения стопор 123 представляет собой стопорное кольцо. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения стопор 123 не ограничен именно стопорным кольцом при условии, что он способен ограничивать положение второго уплотнительного кольца 125 в осевом направлении корпуса 110.

В данном варианте выполнения ограничительная поверхность 1232 для резьбовой втулки расположена на конце стопора 123, удаленном от первого конца 113 корпуса 110, а контактная поверхность 1212 для стопора, соответствующая ограничительной поверхности 1232 для резьбовой втулки, расположена с внутренней стороны резьбовой втулки 121. В данном варианте выполнения ограничительная поверхность 1232 представляет собой плоскую поверхность, перпендикулярную осевому направлению корпуса 110. По существу, также имеется возможность дополнительного ограничения положения стопора в осевом направлении корпуса 110, так что стопор 123 может упираться во второе уплотнительное кольцо 125 с обеспечением более надежного ограничения положения кольца 125 в осевом направлении корпуса 110. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения ограничительная поверхность 1232 не ограничена именно плоской поверхностью при условии, что она не является перпендикулярной осевому направлению корпуса 110.

Кроме того, наличие стопора 123 дополнительно ограничивает положение противосдвигового элемента 127 в осевом направлении корпуса 110 с обеспечением упора указанного элемента 127 в контактную поверхность 1211. В результате резьбовая втулка 121 может быть лучше закреплена относительно корпуса 110.

В данном варианте выполнения стопор 123 также служит для ограничения положения первой торцевой крышки 130 в осевом направлении корпуса 110, так что после их сборки крышка 130 и корпус 110 зафиксированы относительно друг друга. Кроме того, когда стопор используется для ограничения положения первой торцевой крышки 130 в осевом направлении корпуса 110, крышка 130 упирается в стопор 123, так что стопор 123 принимает на себя по меньшей мере часть давления, оказываемого крышкой 130 на корпус 110, что, в свою очередь, обеспечивает эффективное уменьшение или устранение давления, оказываемого крышкой 130 на конец корпуса 110. Следовательно, конец корпуса 110 не так подвержен повреждению, вызванному воздействием большого усилия.

Кроме того, в данном варианте выполнения стопор 123 также имеет третью ограничительную поверхность 1233, которая соответствует торцевой поверхности 1353 соединительной части 135 первой торцевой крышки 130 и служит для ослабления давления, оказываемого крышкой 130 на вторую ограничительную поверхность 1231 стопора 123.

Разумеется, следует понимать, что в других возможных вариантах выполнения способы крепления первой торцевой крышки относительно корпуса в его осевом направлении не ограничены способами, описанными выше. Например, положение первой торцевой крышки в осевом направлении корпуса может быть ограничено непосредственно с помощью торцевой поверхности корпуса.

Как вариант, стопор 123 герметично соединен с корпусом 110, и второе уплотнительное кольцо 125 также упирается в наружную поверхность корпуса 110 с обеспечением дополнительного улучшения эффекта уплотнения между корпусом 110 и первой торцевой крышкой 130.

Разумеется, в другом возможном варианте выполнения способ обеспечения уплотнения между корпусом 110 и крышкой 130 не ограничен вышеописанным. Также возможны другие способы, такие как уплотнение с помощью уплотняющего материала и т.п.

В данном варианте выполнения между соединительной частью 135 первой торцевой крышки 130 и корпусом 110 образован второй зазор 20, и стопор 123 расположен в указанном втором зазоре 20 между корпусом 110 и соединительной частью 135 крышки 130. Разумеется, в другом возможном варианте выполнения местоположение стопора не ограничено именно вторым зазором между соединительной частью первой торцевой крышки и корпусом. Соответственно, размер второго зазора между корпусом и соединительной частью первой торцевой крышки также может быть выбран меньшим при условии, что соединительная часть может быть легко установлена на корпус.

В данном варианте выполнения фильтрационный мембранный узел 100 дополнительно содержит вторую торцевую крышку 170, которая герметично и жестко соединена со вторым концом 115 корпуса 110. Во второй торцевой крышке 170 образованы два канала 171 для потока воды, при этом оба из указанных двух каналов 171 сообщаются с внутренней камерой 111 корпуса 110. В частности, указанные два канала 171 представляют собой соответственно второй канал 171b для потока воды и канал 171а для потока очищенной воды. Второй канал 171b для потока воды используется для введения неочищенной воды, выпуска собранной воды или выпуска газа для аэрации, а другой канал 171а для потока воды используется для выпуска отфильтрованной воды. Фильтрационный мембранный узел 100 представляет собой фильтрационный мембранный узел, работающий при внешнем давлении. Таким образом, второй канал 171b для потока воды сообщается с наружной стороной половолоконной мембраны 150, а канал 171а для потока очищенной воды сообщается с внутренней полостью половолоконной мембраны 150.

В данном варианте выполнения вторая торцевая крышка 170 и корпус 110 жестко и герметично соединены таким же образом, как герметично и жестко соединены первая торцевая крышка 130 и корпус 110. Такое же описание в данном документе повторно не приводится.

Понятно, что в другом возможном варианте выполнения сквозное соединение каналов для передачи газа двух фильтрационных мембранных узлов не ограничено использованием соединительного узла. Также может быть предусмотрена соединительная конструкция, обеспечивающая стыковое соединение только каналов для передачи газа двух фильтрационных мембранных узлов.

Разумеется, в другом возможном варианте выполнения также может быть предусмотрен механизм, расположенный на наружной боковой стенке канала для передачи газа вблизи отверстия, для обеспечения непосредственного стыкового соединения отверстий каналов для передачи газа двух фильтрационных мембранных узлов. Например, отверстия двух каналов для передачи газа двух фильтрационных мембранных узлов могут быть соединены встык путем соединения наружных боковых стенок указанных каналов у их отверстий.

На фиг. 11 проиллюстрирован способ стыкового соединения каналов 231 для передачи газа двух фильтрационных мембранных узлов согласно другому варианту выполнения данного изобретения. В частности, наружная боковая стенка канала 231 вблизи одного отверстия образует первую контактную часть 232, а наружная боковая стенка канала 231 вблизи другого отверстия образует вторую контактную часть 234. Первая контактная часть 232 может быть герметично и жестко установлена на вторую контактную часть 234 другого фильтрационного мембранного узла.

В частности, в данном варианте выполнения первая контактная часть 232 и вторая контактная часть 234 герметично соединены с помощью третьего уплотнительного кольца 236. Разумеется, в другом возможном варианте герметичное соединение между первой и второй контактными частями также может быть обеспечено другими способами, такими как уплотнение с помощью уплотняющего материала или воздушное уплотнение.

В данном варианте выполнения первая контактная часть 232 и вторая контактная часть 234 жестко соединены друг с другом при помощи посадки с натягом. Понятно, что в другом возможном варианте выполнения способ, которым первая и вторая контактные части жестко соединены друг с другом, не ограничен описанным выше. Также возможно соединение указанных частей путем зажима.

Как показано на фиг. 12-14, мембранный фильтрационный модуль 300, выполненный согласно варианту выполнения данного изобретения, содержит фильтрационный мембранный узел 100, выполненный в соответствии с данным изобретением.

В модуле 300 каналы для передачи газа смежных фильтрационных мембранных узлов соединены встык, и, таким образом, отсутствует необходимость в выполнении отдельного газопровода для каждого фильтрационного мембранного узла. Таким образом, в собранном состоянии мембранный фильтрационный модуль имеет простую конструкцию и занимает небольшое пространство.

В данном варианте выполнения модуль 300 дополнительно содержит нагнетающий трубопровод 310, сообщающийся со вторым каналом 171b для потока воды. Расстояние между нагнетающим трубопроводом 310 и вторым концом 115 корпуса 110 превышает расстояние между каналом 171а для потока очищенной воды и вторым концом 115 корпуса 110. Как правило, в процессе использования вторая торцевая крышка 170 расположена выше первой торцевой крышки 130. Следовательно, наличие нагнетающего трубопровода 310 может обеспечить повышение уровня воды во внутренней камере корпуса 110 с облегчением тем самым проникновения очищенной воды через половолоконную мембрану 150. Таким образом, может быть повышена эффективность фильтрации, обеспечиваемая мембранным фильтрационным модуле.

Как вариант, разница по высоте между нагнетающим трубопроводом 310 и каналом 171а для потока воды составляет от 200 мм до 3000 мм.

Как вариант, в соответствии с фиг. 13 один из способов применения мембранного фильтрационного модуля 300 заключается в том, что первый канал 133 для потока воды используют в качестве канала для введения неочищенной воды и выпуска собранной воды, а канал 171а для потока воды используют в качестве канала для выпуска фильтрованной воды. Канал 131 для передачи газа используют для введения сжатого воздуха для обеспечения очистки половолоконной мембраны. После завершения очистки собранная вода, находящаяся во внутренней камере 111 корпуса 110, может быть выведена через первый канал 133 для потока воды.

Разумеется, когда уровень жидкости в корпусе 110 повышается до положения нагнетающего трубопровода 310, собранная вода также может быть выведена через указанный трубопровод 310.

Как вариант, в соответствии с фиг. 14 другой способ применения фильтрационного мембранного узла 100 заключается в том, что канал 171b для потока воды используют в качестве канала для введения неочищенной воды, а канал 171а для потока воды используют в качестве канала для выпуска фильтрованной воды. То есть неочищенную воду подают с того конца канала 171b, который удален от нагнетающего трубопровода 310. Канал 131 для передачи газа используют для введения сжатого воздуха для обеспечения очистки половолоконной мембраны. После завершения очистки собранная вода, находящаяся во внутренней камере 111 корпуса 110, может быть выведена через первый канал 133 для потока воды. Разумеется, когда уровень жидкости в корпусе 110 повышается до положения нагнетающего трубопровода 310, собранная вода также может быть выпущена через указанный трубопровод 310.

Технические признаки вышеописанных вариантов выполнения могут быть скомбинированы любым способом. Для краткости изложения, в описание не включены абсолютно все возможные комбинации различных технических признаков вышеописанных вариантов выполнения. Однако до тех пор, пока комбинация данных технических признаков не противоречит принципу данного изобретения, ее следует рассматривать как находящуюся в рамках объема данного описания.

Вышеописанные варианты выполнения иллюстрируют лишь несколько способов реализации данного изобретения, которые описаны особенно подробно. Однако они не должны считаться ограничивающими объем данной заявки на выдачу патента на изобретение. Следует отметить, что специалистами в данной области могут быть выполнены изменения и модификации без отклонения от принципа данного изобретения, при этом все такие изменения и модификации находятся в рамках объема правовой охраны данного изобретения. Таким образом, объем правовой охраны данной заявки должен определяться прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к мембранному разделению. Половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, содержит корпус, имеющий внутреннюю камеру, два концевых элемента, расположенных соответственно на двух концах внутренней камеры корпуса, при этом каждый из концевых элементов имеет по меньшей мере два свободных канала, проходящих через концевой элемент вдоль осевого направления корпуса, и по меньшей мере два канала для сбора воды, сообщающихся друг с другом, при этом свободные каналы и каналы для сбора воды расположены с чередованием, причем отношение ширины канала для сбора воды к ширине свободного канала составляет менее 6, и пакеты половолоконной мембраны, расположенные во внутренней камере корпуса, причем ширина указанных пакетов меньше или равна 60 мм. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил., 3 табл.

1. Половолоконный мембранный узел, работающий при внешнем давлении, содержащий:

корпус, имеющий внутреннюю камеру,

два концевых элемента, расположенных соответственно на двух концах внутренней камеры корпуса, при этом каждый из концевых элементов имеет по меньшей мере два свободных канала, проходящих через концевой элемент вдоль осевого направления корпуса, и по меньшей мере два канала для сбора воды, сообщающихся друг с другом, при этом свободные каналы и каналы для сбора воды расположены с чередованием, причем отношение ширины канала для сбора воды к ширине свободного канала составляет менее 6, и

пакеты половолоконной мембраны, расположенные во внутренней камере корпуса, причем ширина указанных пакетов меньше или равна 60 мм.

2. Половолоконный мембранный узел по п. 1, в котором направление протяженности свободного канала в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, соответствует прямолинейному направлению, и указанные по меньшей мере два свободных канала параллельны друг другу.

3. Половолоконный мембранный узел по п. 1, в котором в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, пакет половолоконной мембраны имеет круглое поперечное сечение с наружным диаметром менее 60 мм.

4. Половолоконный мембранный узел по п. 1, в котором поперечное сечение свободного канала в направлении, перпендикулярном осевому направлению корпуса, имеет форму веера или кольцевого сектора.

5. Половолоконный мембранный узел по п. 1, в котором площадь поперечного сечения свободного канала, перпендикулярного осевому направлению корпуса, постепенно уменьшается снаружи внутрь в осевом направлении корпуса.

6. Половолоконный мембранный узел по п. 1, содержащий первую торцевую крышку, герметично присоединенную к концу корпуса, при этом на стороне первой торцевой крышки, ближней к внутренней камере корпуса, расположен импульсный аэратор.

7. Половолоконный мембранный узел по п. 6, в котором импульсный аэратор имеет отверстие для выпуска газового потока, расположенное вблизи концевого элемента и соосное с импульсным аэратором.

8. Фильтрационный мембранный узел, содержащий:

корпус, имеющий внутреннюю камеру, а также первый и второй концы, противоположные друг другу,

первую торцевую крышку, герметично и жестко соединенную с первым концом корпуса, при этом первая торцевая крышка имеет канал для передачи газа, который сообщается с внутренней камерой корпуса и открыт с обеих сторон,

половолоконную мембрану, которая представляет собой половолоконный мембранный узел по любому из пп. 1-7, и

вторую торцевую крышку, жестко и герметично соединенную со вторым концом корпуса, при этом вторая торцевая крышка имеет второй канал для потока воды и канал для потока очищенной воды, причем второй канал для потока воды сообщается с наружной стороной половолоконной мембраны.

9. Фильтрационный мембранный узел по п. 8, в котором первая торцевая крышка имеет первый канал для потока воды, который сообщается с внутренней камерой корпуса и открыт с обеих сторон, при этом указанный первый канал для потока воды может быть соединен встык с каналом для потока воды другого фильтрационного мембранного узла, при этом фильтрационный мембранный узел содержит соединительный узел, который с возможностью разъединения соединен как с отверстием канала для передачи газа, так и с отверстием первого канала для потока воды.

10. Фильтрационный мембранный узел по п. 9, в котором соединительный узел содержит две половины обода со сдвоенным отверстием, выполненные с возможностью разъемного стыкового соединения, причем при соединении встык указанных двух половин обода образованы два отверстия для соединения соответственно с отверстием канала для передачи газа и отверстием первого канала для потока воды.

11. Фильтрационный мембранный узел по п. 9, в котором наружная боковая стенка канала для передачи газа, ближайшая к одному из отверстий, образует первую контактную часть, а наружная боковая стенка канала для передачи газа, ближайшая к другому из отверстий, образует вторую контактную часть.

12. Фильтрационный мембранный узел по п. 8, содержащий вторую торцевую крышку, которая герметично и жестко соединена со вторым концом корпуса, причем первая торцевая крышка герметично соединена с корпусом при помощи узла герметичного соединения и/или вторая торцевая крышка герметично соединена с корпусом при помощи узла герметичного соединения, при этом каждая из первой торцевой крышки и второй торцевой крышки имеет соединительную часть, выполненную с возможностью установки на корпус, причем наружная поверхность соединительной части имеет наружную резьбу,

при этом узел герметичного соединения содержит:

резьбовую втулку, выполненную с возможностью установки на корпус, причем внутренняя поверхность резьбовой втулки имеет внутреннюю резьбу, которая соответствует наружной резьбе первой торцевой крышки, и контактную поверхность, и

противосдвиговый элемент, выполненный с возможностью установки на корпус, при этом наружная боковая поверхность противосдвигового элемента предназначена для упора в контактную поверхность резьбовой втулки.

13. Фильтрационный мембранный узел по п. 12, в котором контактная поверхность резьбовой втулки представляет собой коническую поверхность, противосдвиговый элемент имеет форму разорванной петли, внутренняя поверхность противосдвигового элемента представляет собой зубчатую поверхность, и твердость противосдвигового элемента превышает твердость корпуса.

14. Фильтрационный мембранный узел по п. 12, в котором узел герметичного соединения содержит второе уплотнительное кольцо, расположенное между корпусом и соединительной частью первой торцевой крышки или соединительной частью второй торцевой крышки.

15. Фильтрационный мембранный узел по п. 12, в котором узел герметичного соединения содержит стопор, установленный на корпус, причем внутренняя поверхность соединительной части первой торцевой крышки имеет первую ограничительную поверхность, а стопор имеет вторую ограничительную поверхность, которая расположена напротив первой ограничительной поверхности и не параллельна осевому направлению корпуса, при этом оба конца второго уплотнительного кольца упираются в первую ограничительную поверхность и вторую ограничительную поверхность, а конец стопора, удаленный от второго уплотнительного кольца, упирается в противосдвиговый элемент.

16. Фильтрационный мембранный узел по п. 8, в котором мембранный фильтрационный узел содержит нагнетающий трубопровод, сообщающийся со вторым каналом для потока воды, причем расстояние между нагнетающим трубопроводом и вторым концом корпуса превышает расстояние между каналом для потока очищенной воды и вторым концом корпуса.

17. Мембранный фильтрационный модуль, содержащий фильтрационный мембранный узел по любому из пп. 8-16.