本發(fā)明涉及分離裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種采用中空纖維的分離裝置。

背景技術(shù)：

高比表面積的中空纖維對水、氣、血液等介質(zhì)具有吸附能力，以及作為復(fù)合材料時和基體材料的過濾結(jié)合能力，在一定程度上不僅提高了纖維的剛度和硬挺度，而且還提高了纖維的抗彎性能和耐磨性能，中空纖維在過濾分離領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。目前，中空纖維的品種越來越豐富，它的尺寸大小不一，功能性中空纖維的涌現(xiàn)大大拓寬它的應(yīng)用前景及市場需求，尤其在工業(yè)和分離技術(shù)方面。

傳統(tǒng)的分離與過濾方法有鼓式真空過濾、板框壓濾、離子交換、離心分離、溶媒抽提、靜電除塵、袋式過濾、吸附/再生、絮凝/共聚、傾析/沉淀、蒸發(fā)、結(jié)晶等多種。這些方法主要用機械的或增加動能的方法將氣液兩相流中的空氣與水分分離。目前，常用的水氣分離方法是重量條件下的密度差別法；在微重力條件下，第一種表面張力或毛吸力法，第二種慣性或離心力法。雖然這種方法降低材料浪費，節(jié)約成本，且避免了復(fù)雜的后處理過程，更加高效，但是操作仍然比較復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用中空纖維的分離裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、分離效果好，分離過程為節(jié)省能源，并且不產(chǎn)生二次污染。分離出的水可以循環(huán)利用，對分離出的空氣進(jìn)行提純后可應(yīng)用在航空、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：一種采用中空纖維的分離裝置，包括：循環(huán)水箱、中空纖維過濾器、氣體收集裝置；所述循環(huán)水箱的輸出端與所述中空纖維過濾器的輸入端連通，所述中空纖維過濾器的輸出端與所述循環(huán)水箱的輸入端連通；所述中空纖維過濾器內(nèi)設(shè)置有一個或多個中空纖維部，所述中空纖維部具有空氣輸出端，所述氣體收集裝置伸入所述中空纖維過濾器內(nèi)，且臨近于所述中空纖維部的空氣輸出端。

優(yōu)選地，所述中空纖維部還具有相對所述空氣輸出端設(shè)置的密封端。

優(yōu)選地，所述采用中空纖維的分離裝置還包括給所述中空纖維過濾器內(nèi)的水加熱的加熱元件，所述循環(huán)水箱的輸出端與中空纖維過濾器之間通過第一管道連通；所述加熱元件置于所述中空纖維過濾器內(nèi)，或者所述加熱元件布置在所述第一管道上。

優(yōu)選地，所述加熱元件的加熱溫度在0-200℃之間，所述循環(huán)水箱內(nèi)盛有冰塊和/或液氮。

優(yōu)選地，所述中空纖維過濾器內(nèi)設(shè)置有第一浮子和第二浮子，所述第一浮子位于所述第二浮子的上方。

優(yōu)選地，所述循環(huán)水箱的輸出端與所述中空纖維過濾器通過第一管道連通，所述第一管道上設(shè)置有第一水泵和第一閥門；所述循環(huán)水箱的輸入端與所述中空纖維過濾器通過第二管道連通，所述第二管道上設(shè)置有第二水泵和第二閥門。

優(yōu)選地，所述氣體收集裝置包括集氣瓶、與所述集氣瓶連通的氣泵，所述氣泵的輸入端與一插入所述循環(huán)水箱內(nèi)的進(jìn)氣管連通，所述氣泵施加的壓力小于所述水氣分離器中水被抽出的壓力。

優(yōu)選地，所述中空纖維過濾器的輸入端的數(shù)量為多個，多個所述中空纖維過濾器的輸入端沿周向間隔排布。

優(yōu)選地，所述中空纖維部的數(shù)量為多個，多個所述中空纖維部并列設(shè)置且相鄰的中空纖維部相互粘結(jié)。

優(yōu)選地，所述中空纖維過濾器內(nèi)設(shè)置有隔板，所述隔板將所述中空纖維過濾器的內(nèi)部分割成空氣集合腔和盛水腔，所述循環(huán)水箱的輸入端和輸出端與盛水腔連通；所述中空纖維部的空氣輸出端伸入至空氣集合腔，或者，所述隔板上開設(shè)有與所述空氣輸出端對接的開口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果包括：。

中空纖維的分離裝置具有裝填密度大、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點；

由于水可內(nèi)部循環(huán)，實現(xiàn)了水資源的重復(fù)利用。

附圖說明

在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本發(fā)明的理解，并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發(fā)明。

圖1為本申請實施例一中的采用中空纖維的分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實施例二中的采用中空纖維的分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請實施例三中的采用中空纖維的分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1至圖3中a-a的剖視圖；

附圖標(biāo)記說明：1-循環(huán)水箱，21-第一水泵，22-第二水泵，3-第一管道，4-中空纖維過濾器，5-中空纖維部，6-氣泵,7-氣體，8-集氣瓶，9-第二管道，10-水，11-進(jìn)氣管，131-第一閥門，132、第二閥門，133、第三閥門，141-第一浮子；142、第二浮子，15-加熱箱，16-隔板；20-單向閥，23-加熱元件。

具體實施方式

結(jié)合附圖和本發(fā)明具體實施方式的描述，能夠更加清楚地了解本發(fā)明的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本發(fā)明的具體實施方式，僅用于解釋本發(fā)明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本發(fā)明的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本發(fā)明的范圍。

參見圖1，本申請實施例一公開了一種采用中空纖維的分離裝置，包括循環(huán)水箱1、第一水泵21、中空纖維過濾器4、氣體收集裝置、第二水泵22、設(shè)置在所述中空纖維過濾器4內(nèi)的第一浮子141和第二浮子142；所述循環(huán)水箱1的輸出端通過所述第一水泵21與所述中空纖維過濾器4的輸入端連通，所述中空纖維過濾器4的輸出端通過所述第二水泵22與所述循環(huán)水箱1的輸入端連通；所述第一浮子141位于所述第二浮子142的上方，所述中空纖維過濾器4內(nèi)設(shè)置有一個或多個中空纖維部5，所述中空纖維部具有相對設(shè)置的第一端和第二端，所述第一端為開口，定義為空氣輸出端，所述第二端被密封，定義為密封端。通過此種設(shè)置使得該中空纖維部5的內(nèi)部產(chǎn)生壓強差，以提高氧氣在水中的溶解度。所述氣體收集裝置伸入所述中空纖維過濾器4內(nèi)，且臨近于所述中空纖維部5的空氣輸出端。所述循環(huán)水箱的輸出端與所述中空纖維過濾器4通過第一管道3連通，所述第一管道3上設(shè)置有第一水泵21和第一閥門131；所述循環(huán)水箱1的輸入端與所述中空纖維過濾器4通過第二管道9連通，所述第二管道9上設(shè)置有第二水泵21和第二閥門132。所述氣體收集裝置包括集氣瓶8、與所述集氣瓶8連通的氣泵6，所述氣泵6的輸入端與一插入所述循環(huán)水箱1內(nèi)的進(jìn)氣管11連通，所述氣泵6施加的壓力小于所述水氣分離器4中水被抽出的壓力。所述集氣瓶8通過進(jìn)氣管11伸入至中空纖維過濾器4中以臨近中空纖維部5的空氣輸出端，所述氣泵6設(shè)置在所述進(jìn)氣管11上，所述進(jìn)氣管11上還是在有第三閥門133。

具體的，所述循環(huán)水箱1的輸出端通過第一管道3與第一水泵21的輸入端連接。所述第一水泵21的輸出端與所述中空纖維過濾器4的下端連接，所述中空纖維過濾器4內(nèi)部設(shè)置有多個中空纖維部5。中空纖維過濾器4的下端與循環(huán)水箱1通過第二管道9連接。中空纖維過濾器4的上端連接有進(jìn)氣管11，進(jìn)氣管11深入集氣瓶8內(nèi)部。在本實施例中，所述中空纖維過濾器4內(nèi)設(shè)置有隔板16，所述隔板16將所述中空纖維過濾器4的內(nèi)部分割成空氣集合腔和盛水腔。所述循環(huán)水箱的輸入端和輸出端與盛水腔連通。所述中空纖維部的空氣輸出端伸入至空氣集合腔，或者，所述隔板16上開設(shè)有與所述空氣輸出端對接的開口。通過此種設(shè)置，通過空氣集合腔將中空纖維部所釋出的空氣集合以便于氣體收集裝置收集。在本實施例中，所述中空纖維部的數(shù)量為多個，多個所述中空纖維部并列設(shè)置且相鄰的中空纖維部相互粘結(jié)，另外，隔板16與中空纖維部被粘結(jié)成一個整體。當(dāng)水位達(dá)到第二浮子142時，第一管道3的第一閥門131以及第一水泵21自動打開，此時第二管道9的第二閥門132和進(jìn)氣管11的第三閥門133都保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)水位到達(dá)或超過第一浮子141時，第一管道3的第一閥門131關(guān)閉，而第二管道9的第二閥門132開啟。此過程通過第一浮子141和第二浮子142實現(xiàn)自動補水、放水，實現(xiàn)了水循環(huán)利用。

如圖4所示，所述中空纖維過濾器4的輸入端的數(shù)量為多個，多個所述中空纖維過濾器4的輸入端沿周向間隔排布。因為中空纖維過濾器4設(shè)有四個沿周向間隔排布的開口，所以水10通過第一管道3排出后，在中空纖維過濾器4內(nèi)部循環(huán)流動。讓循環(huán)水箱1中的水10和氣體7被第一水泵21抽到中空纖維過濾器4中，等中空纖維過濾器4內(nèi)的水位達(dá)到第一浮子141之后，第一管道3處第一閥門13關(guān)閉。

此時打開進(jìn)氣管11處第三閥門13，讓氣體7通過氣泵6收集到集氣瓶8內(nèi)。由于中空纖維部5的一端是密封的，在負(fù)壓狀態(tài)下，水10分子物質(zhì)被截留在中空纖維部5外部，而氣體7分子透過在中空纖維部5內(nèi)部。

等集氣瓶8中氣體7收集完畢后，打開第二管道9處的第二閥門13，讓水10收集到循環(huán)水箱1內(nèi)，實現(xiàn)水循環(huán)利用。收集的氣體經(jīng)過進(jìn)一步的提純制得氧氣，可以被應(yīng)用到航天、醫(yī)療供氧和消防救生等領(lǐng)域。

需要注意的是，氣泵6、第一水泵21和第二水泵22中的壓力可調(diào)，只要保證氣泵6不將水從中空纖維過濾器4中抽出即可，其中氣泵的壓力大于或等于0。

氣體分離機理

貝努力方程如下：

其中p——流體的壓強；

v——流體速度；

ρ——流體物質(zhì)的量；

b——常數(shù)。

分離原理及特點：水中含有氣體，其中含量較多的是o2。負(fù)壓狀態(tài)下的中空纖維分離裝置通過纖維表面的微孔結(jié)構(gòu)對物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。在負(fù)壓作用下，當(dāng)水氣混合物流經(jīng)纖維表面時，中空纖維過濾器內(nèi)部的壓強p減小，由貝努力方程可知，p水減小，v水就增加，由表1可知，氧氣在水中的溶解度隨著壓力變大而增加，隨著溫度增加而減小。當(dāng)p水減小，水中氧氣的溶解度減小，所以水分子物質(zhì)被截留在纖維外部，而氣體分子透過在中空纖維內(nèi)部，從而實現(xiàn)水分子、氣體分子的分離、凈化的目的。

參照圖2所示，本申請還公開了另一個實施方式(實施例二)，在該實施方式中的分離裝置與實施例一的區(qū)別在于，所述第一管道3上設(shè)置有加熱箱15，中空纖維部5的第二端不密封。具體的，所述加熱箱15的輸入端與所述第一水泵21的輸出端連通。所述加熱箱15的輸出端與所述中空纖維過濾器4的輸入端連通。所述加熱箱15內(nèi)設(shè)置有用于對進(jìn)入其內(nèi)的水進(jìn)行加熱的加熱元件(例如，加熱棒、加熱電阻等)。所述加熱元件的加熱溫度在0-200℃之間。

水中含有氣體，其中含量較多的是o2。由表1可知，氧氣在水中的溶解度隨著壓力變大而增加，隨著溫度增加而減小。因此氣體在冰水狀態(tài)下的溶解度比在熱水中溶解度大。當(dāng)冰水經(jīng)過加熱箱15加熱后，溶解在冰水中的氣體含量減小，所以氣體更容易被集氣瓶收集。收集的氣體經(jīng)過進(jìn)一步的提純制得氧氣，可以被應(yīng)用到航天、醫(yī)療供氧和消防救生等領(lǐng)域。

參見圖3所示，與實施例二類似的，該實施例三與實施例二的區(qū)別在于：為了更好的將氣體(特別是氧氣)分離出來，所述中空纖維過濾器4內(nèi)可以設(shè)置有加熱元件23。加熱元件23可以為加熱棒、加熱電阻或者熱得快等。與上個實施方式還不同點還在于，所述中空纖維過濾器4內(nèi)設(shè)置有大量的中空纖維部5，所述進(jìn)氣管11從所述中空纖維過濾器4的上部收集氣體。所述進(jìn)氣管11上可以設(shè)置有單向閥20，以防止逆流。所述加熱元件的加熱溫度在0-200℃之間。

表1

在實施例二、實施例三中，為了提高水的溫度差，所述循環(huán)水箱盛有冰塊和/或液氮，從而快速降低循環(huán)水箱中水的溫度。

另外，在實施例一中，為了提高氧氣在水中的溶解度，該采用中空纖維的分離裝置還可以包括給所述中空纖維過濾器內(nèi)的水加熱的加熱元件，所述循環(huán)水箱的輸出端與中空纖維過濾器之間通過第一管道連通；所述加熱元件置于所述加熱裝置內(nèi)，或者所述加熱裝置布置在所述第一管道上。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)具有下述優(yōu)點：

中空纖維的分離裝置具有裝填密度大、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點；

由于水可內(nèi)部循環(huán)，實現(xiàn)了水資源的重復(fù)利用；

中空纖維過濾器4中水位通過浮子感應(yīng)，實現(xiàn)自動補水、放水。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。