試所收集的數(shù)據(jù)。
[013 引
[0139] 該表中的數(shù)據(jù)顯示當(dāng)在滲透?jìng)?cè)抽真空時(shí)膜模塊保持機(jī)械完整性?？諝夤┙o是在接 近大氣壓下。少量的空氣可能通過(guò)膜中的缺陷而泄漏。壓力降測(cè)量顯示經(jīng)過(guò)該模塊的壓力 降在1. 54m/s的Vg下是約0. 63厘米水W及在2.Im/s的Vg下是約0. 95厘米水。Vg是經(jīng) 過(guò)該模塊的供給空氣表面線速度。
[0140] 圖10A示出用于對(duì)在2化/min的流動(dòng)速率和21. 0°C的溫度下引入的進(jìn)入供給空氣 進(jìn)行除濕的膜設(shè)備的除濕性能結(jié)果。如該圖中所示出的，在室溫ore)和恒定供給空氣流 動(dòng)的條件下，當(dāng)空氣的相對(duì)濕度（RH)從20%增加到80%時(shí)，水分滲透量保持穩(wěn)定。&0/成 分離因子呈現(xiàn)隨著供給空氣RH增大。&0/成選擇率隨著供給空氣濕度的增大對(duì)于溫暖空 氣（31°C)變得更顯著。圖10B示出用于對(duì)在2化/min的流動(dòng)速率和31.re的溫度下引入 的供給空氣進(jìn)行除濕的膜設(shè)備的除濕性能結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示對(duì)于溫暖空氣分離因子隨著供給 空氣濕度迅速增大。溫暖空氣的水分滲透量是室溫空氣的水分滲透量的約2到3倍，運(yùn)可 歸因于水在沸石膜中的分子擴(kuò)散性隨溫度增大。分離因子隨著供給空氣濕度的增大可歸因 于水分子到沸石膜的孔隙上的吸附增大W及堵塞了空氣滲透。
[0141] 在室溫下測(cè)試供給空氣速度對(duì)除濕性能的影響。在目前的測(cè)試系統(tǒng)中，當(dāng)供給空 氣速率變化時(shí)很難控制除室溫之外的溫度。圖10C-圖10D示出供給空氣的速度對(duì)用于對(duì) 供給空氣進(jìn)行除濕的膜設(shè)備的性能的影響。數(shù)據(jù)示出滲透量和分離因子隨著空氣速度急劇 增大。所述增大源自在高空氣速度下水通量的增強(qiáng)。除濕的程度隨著空氣速度降低，運(yùn)是 因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間減少。對(duì)于一個(gè)給定的膜模塊，當(dāng)滲透壓力、供給空氣壓力、濕度W及溫度被 保持恒定時(shí)，則水通量隨著空氣速度的變化可能是由于流體動(dòng)力效應(yīng)和質(zhì)量轉(zhuǎn)移效應(yīng)造成 的。通過(guò)增大供給空氣流動(dòng)速率（相當(dāng)于增大空氣速度），從與供給空氣一起從al/4W管 引入的水分可被更均勻地分配到膜通道（lmmX40mm)內(nèi)。
[0142] 還通過(guò)在相同的條件下在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量空氣除濕性能來(lái)核查膜模塊的穩(wěn)定性。 圖11標(biāo)繪了關(guān)于膜設(shè)備的水滲透量和分離因子數(shù)據(jù)作為評(píng)定膜模塊的穩(wěn)定性的用于對(duì)潮 濕溫暖空氣（90%RH，32°C)進(jìn)行除濕的流上時(shí)間（time-on-stream)的函數(shù)。如該圖中所 示出的，在開(kāi)始處示出高達(dá)20000的分離因子并且逐漸穩(wěn)定在大約7000-8000處。滲透量 停留在近似恒定的水平。可通過(guò)在膜中存在一小部分非晶形材料來(lái)解釋結(jié)果。微多孔非晶 形材料（諸如，娃±) -般不是穩(wěn)定相。在開(kāi)始時(shí)，運(yùn)樣的非晶形材料可允許水分滲透同時(shí) 阻擋空氣。隨著非晶形相逐漸變成多晶，可形成減小&0/空氣選擇率的泄漏空氣的大孔隙。
[0143] [實(shí)施例3]
[0144][用于濕度交換和熱量交換的膜模塊]
[014引用配置有4cmX10cm有效面積的單個(gè)50ym厚的沸石/Ni膜片制造逆流膜模塊并 且對(duì)該逆流膜模塊進(jìn)行空氣除濕和熱洽交換（enthalpyexchange)測(cè)量。該模塊具有對(duì)稱(chēng) 設(shè)計(jì)。相同的基底材料被放置在該膜片的兩側(cè)上。一個(gè)0.5mm厚的織物聚醋片被放置在該 膜片的后側(cè)上。一個(gè)0.5mm厚的織物聚醋片被放置在該膜片和蓋板之間。從該膜片的一側(cè) 引入供給氣體流。從該膜片的另一側(cè)引入掃掠氣體流。通過(guò)=個(gè)入口端口供給氣體流被分 布在10cm寬的膜片上。供給氣體流在與掃掠氣體流動(dòng)流相反的方向上流過(guò)該膜。流動(dòng)路 徑的長(zhǎng)度是4cm。在恒定的供給氣體流動(dòng)速率和恒定掃掠氣體流動(dòng)速率下、在室溫下進(jìn)行濕 度交換。膜的兩側(cè)恰被維持在大氣壓W下。在表4中總結(jié)了結(jié)果。
[0146] 表4列出了對(duì)于在室溫（20. 9°C)下進(jìn)行的與逆流模塊的濕度交換的結(jié)果。
[0147]
[0149] 使用全面水滲透量值和&0/成分離因子來(lái)表征該模塊的性能。從濕度交換測(cè)量到 的水滲透量和分離因子接近于針對(duì)空氣除濕所測(cè)量到的值。表5比較了對(duì)于相同的模塊所 獲得的濕度交換結(jié)果和熱交換結(jié)果。
[0150] 表5.針對(duì)濕度交換和熱量交換的逆流模塊的測(cè)試結(jié)果。
[0151]
[0152] *供給空氣線速度=5. 13m/s;掃掠空氣速度=6. 12m/s
[0153] 膜片的流動(dòng)路徑是僅約4cm。在運(yùn)樣短的停留時(shí)間（~8ms)下供給氣體流和掃掠 氣體流的入口和出口之間的溫度和濕度的顯著改變表明熱量交換速率和濕度交換速率二 者都是快速的。用全面水滲透量值來(lái)表征逆流模塊的質(zhì)量交換速率，用熱量交換系數(shù)值來(lái) 表征逆流模塊的熱量交換速率。水滲透量隨著供給空氣速度和掃掠空氣速度而增大。該表 中的水滲透量值與從空氣除濕測(cè)試中測(cè)量到的水滲透量值一致。該表中列出的熱量交換系 數(shù)值與對(duì)于常規(guī)金屬板熱量交換器的氣相熱量交換值一致。因此，膜設(shè)備除了能用于空氣 除濕W外還能用于熱洽回收。
[0154] 盡管示出了并描述了本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，但是應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明 不限于此，而是可W多種不同方式被體現(xiàn)W在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)踐。應(yīng)明了，在不 脫離由下面的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍情況下可做出多種改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種膜設(shè)備，包括： 一個(gè)或多個(gè)膜盒，所述一個(gè)或多個(gè)膜盒被布置成一個(gè)膜盒堆，每個(gè)膜盒均包括布置在 一個(gè)支撐框架的相應(yīng)側(cè)上的多個(gè)多孔金屬膜，所述膜盒在具有流動(dòng)通道的所述膜設(shè)備的相 應(yīng)側(cè)上提供多個(gè)供給流動(dòng)槽和多個(gè)滲透（或掃掠）流動(dòng)槽，在運(yùn)行期間所述流動(dòng)通道運(yùn)輸 選定的流體橫穿所述膜盒中的所述多孔膜的表面，所述多孔膜分離或過(guò)濾引入到所述膜設(shè) 備內(nèi)的流體中的選定尺寸的粒子或分子。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述支撐框架包括兩個(gè)半框架，每個(gè)半框架均 包括布置在其相應(yīng)面上的多個(gè)凹陷，所述凹陷形成用于所述膜設(shè)備中的所述一個(gè)或多個(gè)膜 盒的供給流動(dòng)槽和滲透（或者掃掠）流動(dòng)槽。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述膜設(shè)備的選定側(cè)上的供給槽被定向?yàn)樵谂c 所述膜設(shè)備的另一側(cè)上的滲透（或掃掠氣體）槽成90度的方向上，所述供給槽被配置成在 運(yùn)行期間以交叉流流動(dòng)型態(tài)或逆流流動(dòng)型態(tài)運(yùn)輸選定的流體或分子通過(guò)所述膜設(shè)備。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述多個(gè)多孔金屬膜被布置成在所述一個(gè)或多 個(gè)膜盒的所述支撐框架上間隔開(kāi)選定距離。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)膜盒的所述多孔金屬膜是對(duì)稱(chēng) 膜和/或非對(duì)稱(chēng)膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述多孔金屬膜包括尺寸在約0. 010ym到約 IOym之間的孔隙，具有在約20ym和約200ym之間選擇的厚度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)多孔金屬膜包括基底材料，所 述基底材料由布置在所述一個(gè)或多個(gè)多孔金屬膜的后側(cè)上的選定的多孔材料組成。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)膜盒包括一個(gè)間隔件材料，所 述間隔件材料被布置在位于所述多孔金屬膜的后側(cè)上的所述基底材料之間，所述間隔件在 所述一個(gè)或多個(gè)膜盒內(nèi)部限定供給通道，所述供給通道包括具有在約〇. 3mm到約3.Omm之 間選擇的直徑尺度的開(kāi)口。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述供給槽和/或滲透槽限定具有在約0. 3mm 到約5.Omm之間或在約0? 3mm和約3.Omm之間選擇的直徑尺度的開(kāi)口。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜設(shè)備，其中所述一個(gè)或多個(gè)膜盒中的所述多個(gè)多孔金屬 膜中的至少一個(gè)在其上包括沸石膜，所述沸石膜包括一層具有選定厚度的選定沸石，所述 沸石膜被配置以在如下一個(gè)壓力梯度下去除引入到所述膜設(shè)備內(nèi)的供給流中的選定的原 子或者分子，所述壓力梯度產(chǎn)生不存在所述選定的原子或分子的滲透流。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的膜設(shè)備，其中所述沸石膜是具有選定尺寸的孔隙的水選擇 性膜，所述孔隙提供大于或等于約lE-06Mol/m2/Pa/s的水滲透量，用于選擇性地去除引入 到所述膜設(shè)備內(nèi)的供給流中的水。12. -種方法，包括： 遞送具有待被從其中過(guò)濾或分離出的成分的供給流通過(guò)一個(gè)膜設(shè)備，所述膜設(shè)備在其 中包括被堆疊成一個(gè)堆的一個(gè)或多個(gè)膜盒，所述膜盒包括布置在所述膜盒中的一個(gè)支撐框 架的相應(yīng)側(cè)上的、具有選定厚度、孔隙度和表面面積的多個(gè)多孔金屬膜，所述一個(gè)或多個(gè)膜 盒限定布置在所述膜設(shè)備的至少一側(cè)上的供給流動(dòng)槽和布置在所述膜設(shè)備的至少一個(gè)另 一側(cè)上的滲透流動(dòng)槽，所述供給流動(dòng)槽運(yùn)輸該供給流橫穿所述膜，所述滲透流動(dòng)槽遞送來(lái) 自所述膜設(shè)備的沒(méi)有待被過(guò)濾或分離的所述成分的至少一個(gè)滲透流。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括使所述供給流在相對(duì)于所 述滲透流動(dòng)流的逆流流動(dòng)方向上或交叉流流動(dòng)方向上流動(dòng)通過(guò)所述膜設(shè)備。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括將布置在所述膜設(shè)備的供 給側(cè)和所述膜設(shè)備的滲透?jìng)?cè)之間的壓力梯度設(shè)置成1巴或在1巴以上，以過(guò)濾和/或分離 所述供給流中的所述成分。15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括在小于1巴的壓力降的情 況下遞送所述供給流通過(guò)所述膜設(shè)備的所述一個(gè)或多個(gè)膜盒的所述一個(gè)或多個(gè)多孔金屬 膜。16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括運(yùn)輸所述供給流中存在的 選定分子或成分通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)膜盒的所述多孔金屬膜，并且將所述選定的分子或成 分遞送到遞送自所述膜設(shè)備的滲透?jìng)?cè)的滲透流內(nèi)。17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括將包含藻類(lèi)的供給流引入 到所述膜設(shè)備內(nèi)并且從所述膜設(shè)備釋放包含較大濃度的藻類(lèi)的供給流以及包含水的滲透 流。18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中遞送所述供給流包括將具有高達(dá)80%的相對(duì)濕 度的潮濕空氣引入到所述膜設(shè)備內(nèi)并且從所述膜設(shè)備釋放包含具有在約50%以下的相對(duì) 濕度的干燥空氣的滲透流。19. 一種用于制造膜設(shè)備的方法，包括： 將一個(gè)或多個(gè)膜盒組裝在一起形成一個(gè)膜盒堆，每個(gè)膜盒包括一個(gè)支撐框架，所述支 撐框架具有布置在所述支撐框架的相應(yīng)側(cè)上的多個(gè)多孔金屬膜，所述膜盒堆提供布置在具 有流動(dòng)通道的所述膜設(shè)備的相應(yīng)側(cè)上的多個(gè)供給流動(dòng)槽和滲透（或掃掠）流動(dòng)槽，所述流 動(dòng)通道運(yùn)輸選定的流體橫穿所述膜盒中的所述多孔膜的表面以分離或過(guò)濾引入到所述膜 設(shè)備內(nèi)的流體中的選定尺寸的粒子或分子。
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種膜設(shè)備以及用于制造和使用膜設(shè)備的方法。該膜設(shè)備可包括提供高的膜表面面積/單位體積的若干個(gè)多孔金屬膜。該膜設(shè)備提供提高吞吐量和選擇性的多種運(yùn)行模式以用于供給流動(dòng)流和滲透流動(dòng)流之間的質(zhì)量交換應(yīng)用、質(zhì)量轉(zhuǎn)移應(yīng)用、分離應(yīng)用和/或過(guò)濾應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】B01D63/08, B01D53/22, F24F3/14, B01D53/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105188890
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480022759
【發(fā)明人】劉偉, N·L·坎菲爾德
【申請(qǐng)人】巴特爾紀(jì)念研究院
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2014年2月21日
【公告號(hào)】EP2958664A1, US20140238235, WO2014130779A1