平板接触器和方法
【专利摘要】本发明提供了多孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及平板中空纤维或平片膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。在至少特定的可能优选的实施方案中，接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC管道系统)中，且具有封闭至少一个缠绕的中空纤维阵列或膜束的矩形框架或壳体。
【专利说明】平板接触器和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求保护2011年6月3日提交的美国临时专利申请系列N0.61/492.839的益处和优先权，该临时专利申请据此通过引用并入本文。
发明领域
[0003]本申请涉及平板多孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及平板微孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及平片和/或中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些所选择的实施方案中，本发明涉及平板中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。在至少特定的所选择的实施方案中，接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC导管)中，且具有封闭至少一个缠绕的、打褶的或折叠的平片和/中空纤维阵列、灌封粘贴缠绕的、打褶的或折叠的平片和/中空纤维阵列的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与缠绕的、打褶的或折叠的平片和/或中空纤维的开放端部连通的第一流体，和与缠绕的、打褶的或折叠的平片的外表面和/或中空纤维的壳连通的第二流体。在至少特定的可能优选的实施方案中，接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC导管)中，且具有封闭包括多个中空纤维膜的至少一个缠绕的、打褶的或折叠的中空纤维阵列、灌封粘贴中空纤维的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与中空纤维的开放端部连通的第一流体且和与中空纤维的壳连通的第二流体。
[0004]发明背景
[0005]膜接触器可以用于许多目的，包括但不限于，从液体除去夹带的气体、使液体脱泡、过滤液体，和将气体加入液体中。已知膜接触器用于许多不同的应用中，例如，膜接触器可以用于从用于印刷的油墨除去夹带的气体。
[0006]膜接触器还可以提供实现气体/气体、气体/液体、和液体/液体(其可以包括液体/溶解的固体)分离、转移或添加的手段。膜接触器通常用于使两种不混溶的流体相一例如第一液体和第二液体或气体和液体彼此接触，以实现一种或多种组分从一种流体到另一种流体的分离和/或转移。
[0007]中空纤维膜接触器通常包括圆柱形的微孔中空纤维束或丛(mat)，和封闭纤维束的刚性圆柱形壳或壳体。壳可以设置有多个端口，例如，四个流体端口:用于引入第一流体的入口，用于排出第一流体的出口，用于引入第二流体的入口，和用于排出第二流体的出口。中空纤维可以在两个端部被罐装在壳体内，以形成具有纤维孔的聚合物管片，纤维孔在每一个端部通向壳的共同的第一端盖部分和第二端盖部分。在〃管侧(tube-side) 〃或〃腔侧(lumen-side) 〃接触器中，第一端盖可以包含用于第一流体的入口，第一流体被指定为〃管侧〃或〃腔侧〃流体，因为其是经过纤维的内部腔的流体。第二端盖包含用于排出腔侧流体的出口。被指定为〃壳侧〃流体的第二流体，通常通过布置在管片之间的入口和出口端口进入和离开壳体，借此壳侧流体接触纤维的外表面。壳侧流体流过在纤维束的纤维之间的间隙，且可以被引导成平行于或垂直于纤维长度流动。
[0008]在〃壳侧〃接触器中，接触器可以包括经过端盖且具有用作用于第一流体的入口的第一端部的中心芯，第一流体被指定为〃壳侧〃流体，因为其是在中空纤维的外部或壳上经过的流体。第一端盖可以包含用于第二流体的入口，第二流体被指定为〃管侧〃或〃腔侧"流体，因为其是经过纤维的内部腔的流体。第二端盖包含用于排出腔侧流体的出口。指定为〃壳侧〃流体的第一流体，通常通过穿孔的芯的入口和出口端口(开放端部)进入和离开壳体，且通常离开和再进入芯中的在管片之间的穿孔，借此壳侧流体接触纤维的外表面。壳侧流体流过在纤维束的纤维之间的间隙，且可以被引导成平行于或垂直于纤维长度流动。 [0009]因为管片将腔侧流体与壳侧流体分开，所以腔侧流体没有与壳侧流体混合，且在腔侧流体和壳侧流体之间的唯一传递通过中空纤维的壁而发生。纤维壁中的细孔通常填充有两种流体中的一种的固定层，另一种流体由于表面张力和/或压力差影响而被排出孔。质量传递和分离通常通过扩散来引起，扩散通过转移物质在两相之间的浓度差来驱动。通常，没有发生跨过膜的对流或总体流动。
[0010]在气体/液体分离的情况下，膜接触器通常由疏水性的中空纤维微孔膜制造。因为膜是疏水性的且具有非常小的孔，所以液体将不容易经过孔。膜作为使液相和气相直接接触而不分散的惰性载体。在两相之间的质量传递通常受正被转移的气体物质的分压差支配。
[0011]对于液体系统，每一个孔处的液体/液体界面通常通过适当选择膜和液相压力而固定不动。在该情况下，膜还作为促进两种不混溶的相的直接接触而不混合的惰性载体。
[0012]这样的已知的大体上圆柱形的膜接触器可以用于各种应用，包括从流体分离组分或将一种流体的组分转移到另一种流体。例如，膜接触器可以用于从流出物流除去污染物。在许多工业工艺中，被污染的流出物流作为副产物被生成。考虑到环境关心、分离组分的愿望、保护设备的需要、和/或改进工艺效率的努力，常常需要或期望例如从流出物流除去一种或多种组分或污染物，使得组分或污染物不会污染环境，不利地影响设备，或使得其可以被回收。现有的工业工艺经常必须被升级以减少环境排放物和/或增加效率。因此，常常产生对可以经济地对现有设备进行改型以减少排放物、保护设备、循环、或改进效率的工艺和系统的需求。
[0013]已经发现至少某些现有的膜接触器在特定应用中对于某些条件或类似物是达不到完全令人满意的。例如，大部分壳型接触器通常必须在高压下操作。因此，对用于特定应用、用于某些条件和/或类似物的具有比已知的膜接触器改进的设计或特征的改进的中空纤维膜接触器存在需求。期望提供满足本发明的至少所选择的实施方案可以涉及的这些和/或其他需求的多孔中空纤维膜装置和/或方法。
[0014]已知多孔材料用于气体的选择性通过和液体的堵塞的用途。例如，由Celgard的部门 Membrana-Charlotte (Charlotte 的 LLC, North Carolina)销售的 LIQU1-CEL?
中空纤维膜接触器，用于使液体脱气或脱泡。更特别地，LIQU1-CEL?』莫接触器在世界范围内广泛用于微电子学、药物、电力、食物、饮料、工业、摄影、油墨和分析市场中的液体的排气。[0015]可能已知多孔材料用于湿气(水分蒸气)的选择性通过和液体水、液体干燥剂或其他水溶液的堵塞的用途。在这样的液体干燥剂系统中，温度和湿气可以通过吸收或散发水蒸气的盐溶液(或干燥剂)来控制。
[0016]在能量回收通风(ERV)方面，可能已知多孔材料用于水蒸气(热和湿气)的选择性通过和气体(排出气体和吸入气体)的堵塞的用途，其中热和湿气在通风系统中的补给空气和排出空气之间交换。
[0017]已知具有气体可渗透的分离层例如PMP或硅氧烷的膜用于选择性的气体/气体和气体/液体交换。这样的应用可以用于从空气流分离选择性的气体例如水蒸气。
[0018]尽管用于气体或湿气(水分蒸气)的选择性通过和液体水或盐水的堵塞的可能某些这样的多孔材料可能已经获得商业成功，例如由Dow Chemical销售的RO膜、或由W.L.Gore, BHA销售的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜、以及其他，但对改进的多孔材料存在需求，使得它们可以用于更宽的应用谱，可以在某些条件下更好地进行用于特定目的，或类似的。并且，对用于特定应用、用于某些条件和/或类似物的具有比已知的膜接触器改进的设计或特征的改进的膜接触器存在需求。期望提供满足本发明的至少某些所选择的实施方案可以涉及的这些和/或其他需求的多孔膜装置和/或方法。
[0019]发明概述
[0020]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及平板多孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。这样的平板多孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法可以解决上述需求或缺点中的一个或多个。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及平板微孔膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及平片和/或中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些所选择的实施方案中，本发明涉及平板中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。在至少特定的所选择的实施方案中，接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC导管)中，且具有封闭至少一个缠绕的、打褶的或折叠的平片和/中空纤维阵列、灌封粘贴缠绕的、打褶的或折叠的平片和/中空纤维阵列的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与缠绕的、打褶的或折叠的平片和/或中空纤维的开放端部连通的第一流体，和与缠绕的、打褶的或折叠的平片的外表面和/或中空纤维的壳连通的第二流体。在至少特定的可能优选的实施方案中，接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC导管)中，且具有封闭包括多个中空纤维膜的至少一个缠绕的、打褶的或折叠的中空纤维阵列、灌封粘贴中空纤维的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与中空纤维的开放端部连通的第一流体和与中空纤维的壳连通的第二流体。
[0021]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些所选择的实施方案中，本发明涉及平板中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。
[0022]在至少特定的可能优选的实施方案中，矩形平板接触器适合于放置在空气导管(例如，HVAC导管)中，且具有封闭包括多个多孔中空纤维膜的至少一个缠绕的(例如,长椭圆形的或长方形的)或打褶的或折叠的(例如，手风琴折叠的)中空纤维阵列、灌封粘贴中空纤维的每一个端部的矩形框架或壳体、与中空纤维的壳连通的大的壳侧流体开口、和与中空纤维的开放端部和腔连通的腔侧流体顶部空间。中空纤维阵列或织物的绕组或层的数量决定板的深度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的中空纤维阵列。中空纤维阵列可以被直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。在至少一个实施方案中，待处理的空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列，而液体(热的、冷的、增湿或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)。
[0023]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及用于加热、冷却、增湿、和/或减湿经过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统或通过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统处理的空气的改进的装置。在至少一个实施方案中，待处理的热的湿空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的板接触器阵列，而液体(冷的和/或吸收剂液体、盐溶液或干燥剂)经过板接触器阵列的腔侧。在至少一个其他实施方案中，待处理的冷的干空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的板接触器阵列，而液体(热的和/或增湿液体、盐溶液、或干燥剂)经过板接触器阵列的腔侧。在至少一个其他实施方案中，待处理的湿空气将以错流模式经过壳侧上的板接触器阵列。可以使用具有优选地对水蒸气比对空气(氮气、C02、和氧气)更有选择性的分离层的膜。可以将真空施加到膜的腔侧以产生将水蒸气抽入膜的腔侧的驱动力。
[0024]在至少某些实施方案中，本发明涉及生产或制造平板中空纤维阵列接触器的方法。在至少一个实施方案中，板接触器通过包括围绕桨状物缠绕中空纤维膜阵列以形成正方形或矩形形式的纤维束的方法来生产。绕组或层的数量决定板的深度或厚度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的纤维阵列。然后，将缠绕的阵列从桨状物除去并直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。如果需要，中空纤维的端部是开放的，且在每一个端部处形成或加入腔侧流体顶部空间。这样的板接触器适合于使空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的阵列，而液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)或真空施加到接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)。
[0025]在至少一个其他实施方案中，板接触器通过包括打褶或折叠(例如，z字形折叠的、手风琴折叠的、或打褶的，且然后任选地缠绕的)中空纤维膜阵列以形成正方形或矩形形式的纤维束的方法来生产。折叠或层的数量可以确定板的深度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的纤维阵列。然后，折叠的或打褶的阵列被直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。如果需要，中空纤维的端部是开放的，且在每一个端部处形成或加入腔侧流体顶部空间。这样的板接触器适合于使空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的阵列，而液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)或真空施加到接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)。
[0026]在至少某些实施方案中，本发明涉及使用平板中空纤维阵列接触器的方法或平板中空纤维阵列接触器的用途。在至少一个实施方案中，板接触器通过包括在液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)的同时使待处理的空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列的方法来使用。因而，接触器是腔侧液体接触器。[0027]在至少一个其他实施方案中，板接触器通过包括在第二液体或气体经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)的同时使待处理的液体以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列的方法来使用或在该方法中使用。因而，接触器是壳侧液体接触器。
[0028]在至少一个其他实施方案中，板接触器通过包括在真空或吹扫气体经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)的同时使待处理的空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列的的方法来使用或在该方法中使用。因而，接触器是壳侧气体/气体接触器。
[0029]本发明的板接触器的其他用途可以包括:
[0030]CO2 洗漆，
[0031]温室气体洗涤，
[0032]SOx 洗漆，
[0033]NOx 洗漆，
[0034]HCL 洗涤，
[0035]氨洗涤，
[0036]气体的增湿，
[0037]气体的减湿，
[0038]HVAC系统中水分的液体干燥剂吸收和用于能量回收的潜热，
[0039](有害气味的一例如在猪(pig)或猪(hog)场)空气排放控制，和/或
[0040]通过改变湿气水平的气体温度控制(例如在蒸发冷却或在沼泽冷却器(swampcooler)中)。
[0041]根据本发明的至少所选择的实施方案，本新的或改进的中空纤维膜接触器解决了先前接触器的缺点，对于一些应用来说是有效的，尤其适合于某些条件，装配在标准HVAC管道系统中，可以具有直接的用户熟悉度和接受度，不使用金属或其他腐蚀性材料，不使用PVC,是模块化的，是可替换的，具有标准空气过滤器尺寸，适应高的空气流动速率，具有低的壳侧压降，允许商业生产，和/或类似物。
[0042]根据本发明的至少某些实施方案，新的或改进的中空纤维膜平板接触器允许矩形的、模块化的流体处理接触器用于空气处理、液体干燥剂系统、温度和湿度控制系统、ERV、HVAC和/或类似物中。因此，本发明的至少某些实施方案提供解决对新的或改进的膜接触器的需求的新的或改进的中空纤维膜接触器和/或其制造和/或使用方法。
[0043]在至少一个实施方案中，整装的中空纤维膜接触器、过滤器或筒可以至少包括包含多个至少第一中空纤维膜的第一中空纤维阵列，每一个第一中空纤维膜具有均为开放的第一端部和第二端部、至少一个矩形框架、壳、套管或壳体，且在每一个端部处灌封。第一膜端部和第二膜端部是开放的，例如，以允许液体经过那里。可以是优选的是，中空纤维是聚烯烃，框架是ABS，灌封由环氧树脂制备，且在灌封之后灌封的端部被切去以形成开放的第一中空纤维端部和第二中空纤维端部。
[0044]根据至少所选择的实施方案，平板接触器的组合或系统包括串联或并联连接的两个或更多个中空纤维膜板接触器。根据至少特定的可能优选的实施方案，平板接触器的组合或系统包括与邻接的邻近接触器的框架串联连接且彼此对齐的两个或更多个中空纤维膜板接触器(任选的衬垫可以放置在邻接框架之间和/或在端部框架和管道系统之间以在它们之间提供气密密封)。
[0045]根据至少特定的实施方案，优选的平板接触器框或壳体具有标准空气、炉、AC、ERV、MERV 或 HVAC 过滤器外部尺寸(例如，20〃x20〃xl〃、20〃x20〃x2〃、20〃x20〃x4"、20"x20"x5"、20"x25"xr、20"x25"x2"、20"x25"x4"、20"x25"x5"、或类似尺寸)。
[0046]此外，本发明膜接触器可以为许多应用提供模块化选项且它们实际上可以放进建筑物的任何区域，放进任何管道系统，放进任何AC、ERV或HVAC系统和/或类似物中。它们可以迅速地替换其他空气处理过滤器或装置。
[0047]本发明膜接触器优选地使用商购的材料(例如，ABS壳体、ABS端口、聚丙烯中空纤维、环氧树脂灌封材料和类似物)。可能优选的高性能Celgard? X40和X50微孔疏水性聚丙烯中空纤维是耐用的和非常有成本效益的。
[0048]这样的优选的装置可以是足够干净的，以用于半导体设备中。它们还可以提供ERV或HVAC操作成本。优选的尺寸、形状、材料、产品设计、用途和/或替换可以使优选的装置对于许多大的工业应用来说是更有利的经济因素。如果纯度和FDA顺应性在最终用途应用中是重要的，则对于那些最终用途，预期高纯度膜接触器实施方案。
[0049]根据至少所选择的可能优选的实施方案，本发明板膜接触器(或膜筒)优选地利用数千Celgard?微孔聚烯烃(PO)中空纤维，例如，诸如围绕桨状物或相似的形式缠绕、打褶、折叠和/或其组合而编织成阵列的疏水性聚丙烯(PP)或聚甲基戊烯(PMP，或聚(4-甲基-1-戊烯))中空纤维。在优选的操作期间，待处理的空气在中空纤维的壳侧或壳侧(外部)上流动，而液体干燥剂流过中空纤维的腔侧或腔侧(内部)或在中空纤维的腔侧或腔侧(内部)中流动。由于其疏水性性质，膜充当允许在气相和液相之间直接接触而不分散的惰性载体。
[0050]根据本发明的某些实施方案，提供了用另一种流体处理一种流体的新的接触器、接触器系统、方法、和/或类似物。
[0051]根据本发明的至少另一个实施方案，接触器系统包括液体源、空气或气体源和至少一个平板接触器，平板接触器包括多个微孔中空纤维和矩形框架、壳、壳体或容器。液体源优选地与中空纤维的腔流体连通。空气或气体优选地越过或横穿纤维并通过接触器。
[0052]根据本发明的至少一个目的，提供了新的或改进的包含中空纤维膜织物的平板接触器。
[0053]本发明的至少所选择的实施方案的另一个目的是提供这样的板接触器的制造和/或使用方法。
[0054]本发明的至少某些实施方案的另外的目的是提供用于构造改进的接触器和/或接触器系统的方法。
[0055]根据本发明的至少所选择的实施方案的至少一个目的，提供了新的或改进的多孔平片膜接触器。
[0056]本发明的至少所选择的实施方案的另一个目的是提供这样的平片接触器的制造和/或使用方法。
[0057]根据本发明的至少一个目的，提供了新的或改进的多孔膜平板接触器。
[0058]本发明的至少所选择的实施方案的另一个目的是提供这样的平板接触器的制造和/或使用方法。
[0059]本发明的至少某些实施方案的另外的目的是提供用于构造新的或改进的平板接触器和/或接触器系统的方法。
[0060]另外的目的可以在下文的讨论中阐明。
[0061]另外的实施方案和/或各种实施方案可以在下文的讨论中描述或详述和在所附的权利要求中界定。
[0062]附图简述
[0063]为了阐明本发明的实施方案或方面的目的，在附图中示出了目前可能优选的形式；然而，应理解，本发明不限于示出的精确的实施方案、方面、布置和/或手段。
[0064]图1是本发明的至少一个实施方案的示例性的平板接触器的透视正视图；
[0065]图2是图1的示例性的平板接触器的透视后视图；
[0066]图3是图1的示例性的平板接触器的示意性透视侧视图，平板接触器根据本发明的至少一个实施方案插入到空气处理管道系统中；
[0067]图4是根据本发明的至少一个实施方案的中空纤维膜阵列的一部分的实例的示意性的高度放大表面图；
[0068]图5是根据本发明的至少一个实施方案的与图4的中空纤维膜相似的中空纤维膜的示意性透视端视图；和，
[0069]图6是图5的根据本发明的至少一个实施方案的中空纤维的外部(壳侧)的一部分的示意性的放大表面图。
[0070]发明详细描述
[0071]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。
[0072]优选地，板接触器具有矩形框架或壳体，该矩形框架或壳体封闭包括多个中空纤维膜的至少一个中空纤维阵列，和灌封或矩形片粘贴所述中空纤维的每一个端部。优选地，中空纤维腔(内部或腔侧)与第一流体(液体、气体、吹扫气体、真空或其组合)流体连通，且中空纤维壳(外部或壳侧)与第二流体(液体、气体、吹扫气体、空气、加压空气、或其组合)流体连通。在一个实施方案中，第一流体是液体干燥剂，且第二流体是待处理的空气。
[0073]虽然矩形框架是优选的，但涵盖其他形状。
[0074]膜接触器具有壳侧和腔侧。可以使液体在壳侧上运行且使气体在腔侧上运行，或反之亦然。然而，对于增湿应用，从压降考虑，通常优选的是使气体流过壳侧(较低的压降)。离开膜接触器的气体的湿度取决于许多因素。主要工艺参数是液体和气体温度、液体和气体流速、膜面积和气体压力。一般而言，当气体流速增加时，流出物气体的湿度下降。提供另外的膜面积将增加湿度。
[0075]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少所选择的实施方案中，本发明涉及平板中空纤维膜接触器和/或它们的制造和/或使用方法。在至少某些特定的实施方案中，本发明涉及中空纤维阵列平板接触器、接触器系统、和/或它们的制造和/或使用方法。
[0076]在至少特定的可能优选的实施方案中，矩形的平板接触器适合于放置在空气导管、通风空气导管、回路(返回空气格栅)、通风孔、扩散器、过滤器壳体、或空气处理设备(例如，HVAC(加热、通风和空气调节)、HVACR或HVAC&R(加热、通风、空气调节和冷冻)、HACR(加热、空气调节和冷冻)、ERV(能量回收通风)、AC(空气调节)、冷冻、空气处理器、强制通风和/或类似的管道)中，且具有封闭包括多个中空纤维膜的至少一个缠绕的(例如，长椭圆形的或长方形的)或打褶的或折叠的(例如，z字形折叠的或手风琴折叠的)中空纤维阵列、灌封粘贴中空纤维的每一个端部的矩形框架或壳体、与中空纤维的壳连通的大的壳侧流体开口、和与中空纤维的开放端部和腔连通的腔侧流体顶部空间。中空纤维阵列或织物的绕组或层的数量决定板的深度或厚度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的中空纤维阵列。中空纤维阵列可以被直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。在至少一个实施方案中，待处理的空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列，而液体(热的、冷的、增湿或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧。
[0077]在至少所选择的实施方案中，本发明涉及用于加热、冷却、增湿、和/或减湿经过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统或通过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统处理的空气的改进装置。在至少一个实施方案中，待处理的热的湿空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的板接触器阵列，而液体(冷的和/或吸收剂液体、盐溶液或干燥剂)经过板接触器阵列的腔侧。在至少一个其他实施方案中，待处理的冷的干空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的板接触器阵列，而液体(热的和/或增湿液体、盐溶液或干燥齐U)经过板接触器阵列的腔侧。
[0078]在至少某些实施方案中，本发明涉及生产或制造平板中空纤维阵列接触器的方法。在至少一个实施方案中，板接触器通过包括围绕桨状物缠绕中空纤维膜阵列以形成正方形或矩形形式的纤维束的方法来生产。绕组或层的数量决定板的深度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的纤维阵列。然后，将缠绕的阵列从桨状物除去并直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。如果需要，中空纤维的端部是开放的，且在每一个端部处形成或加入腔侧流体顶部空间(和端口)。这样的板接触器优选地适合于使空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的阵列，而液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)。
[0079]在至少一个其他实施方案中，板接触器通过包括打褶或折叠(z字形折叠的、中空长椭圆形的、中空长方形的、或手风琴折叠的)中空纤维膜阵列以形成正方形或矩形形式的纤维束的方法来生产。折叠或层的数量可以确定板的深度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的纤维阵列。然后，折叠的或打褶的阵列被直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。如果需要，中空纤维的端部是开放的，且在每一个端部处形成或加入腔侧流体顶部空间(和端口)。这样的板接触器适合于使空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的阵列，而液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)。
[0080]在至少某些实施方案中，本发明涉及使用平板中空纤维阵列接触器的方法或平板中空纤维阵列接触器的用途。在至少一个实施方案中，板接触器通过包括在液体(热的、冷的、增湿和/或吸收剂液体)经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)的同时使待处理的空气以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列的方法来使用。因而，接触器是腔侧液体接触器。
[0081]在至少一个其他实施方案中，板接触器通过包括在第二液体或气体经过接触器阵列的腔侧(中空纤维的内部)的同时使待处理的液体以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的接触器阵列的方法来使用。因而，接触器是壳侧液体接触器。
[0082]板接触器的其他用途可以包括但不限于:
[0083]CO2 洗漆，
[0084]温室气体洗涤，
[0085]SOx 洗漆，
[0086]NOx 洗漆，
[0087]HCL 洗涤，
[0088]氨洗涤，
[0089]气体的增湿，
[0090]气体的减湿一例如
[0091]HVAC系统中水分的液体干燥剂吸收和用于能量回收的潜热，
[0092](有害气味的一例如在猪(pig)或猪(hog)场)空气排放控制，和/或
[0093]通过改变湿气水平的气体温度控制(例如在蒸发或沼泽冷却器中)。
[0094]在至少一个实施方案中，本发明优选地涉及围绕桨状物缠绕或手风琴折叠以形成正方形或矩形形式的新的或商购的中空纤维膜阵列或织物的用途。绕组或层的数量决定板的深度。最终结果是具有X高度、Y宽度和Z深度的纤维阵列。阵列将被直接罐装入正方形或矩形框架，形状类似于HVAC空气过滤器。优选地，空气将以错流模式经过壳侧(中空纤维的外部)上的阵列，而液体(热的、冷的、增湿或吸收剂液体)经过腔侧。
[0095]根据本发明的至少某些实施方案或方面，独特的特征可以包括但不限于:
[0096]对有成本效益的产品似乎是可大规模生产的设计，
[0097]整体地被罐装(液体对液体、重力、基于聚合物的溶剂、或离心)入将被直接放置入标准空气处理管道中的框架，
[0098]筒型框架允许容易除去和替换，
[0099]顶部和底部液体头部设计使用挤压的聚合物元件，
[0100]化学上耐受的构造(优选地非金属的)，
[0101]桨状物缠绕的或手风琴折叠的连续中空纤维阵列，
[0102]通过改变经丝纤维间距和阵列缠绕张力，纤维可以是自清洗的，因为由于在空气运动通过纤维阵列(空气在纤维的OD上流动)期间中空纤维的运动/振动，
[0103]纤维间距的密度(约IOfpi (纤维每英寸)至58fpi)可以用于改变流过纤维阵列的空气压降，
[0104]表面积可以通过纤维阵列深度或阵列纤维每英寸来调节以调节接触器效率，
[0105]液体可以被重力流动或被泵送通过腔侧，
[0106]每平方英尺导管面积的高量的中空纤维表面将获得有效的洗涤器或其他质量/能量传递装置，
[0107]没有液体夹带在气体流中(相比之下，传统的方法将水或化学品喷在气体流中，后面是除雾器)，
[0108]可以使用不同的纤维来选择性除去，
[0109]可以分阶段用于更有效的单元操作，和/或[0110]优选的跨过阵列的气体压降小于0.5psi每1000SCFM(标准立方英尺每分钟)。
[0111]根据至少特定的实施方案，优选的平板接触器框架或壳体具有标准空气、炉、AC、ERV、MERV 或 HVAC 过滤器外部尺寸(例如 20"Χ20"Χ、20"Χ20"Χ2"、20"Χ20"Χ4"、20"χ20"χ5"、20"χ25"χ、20"χ25"χ2"、20"χ25"χ4"、20"χ25"χ5"、或类似尺寸)。
[0112]根据至少特定的实施方案，优选的平板接触器框架或壳体具有标准空气、炉、AC、ERV、MERV或HVAC过滤器外部尺寸(例如，以英寸列出的:
[0113]I英寸厚:
[0114]10x20xl、lll/2xlll/2x
[0115]1、12x12x1、12x18x1、12x20x1、12x24x1、14x20x1、14x24x1、14x25x1、14x30x1、15x20x1、16x16x1、
[0116]16x20x1 λ 16x24x1、16x25x1、18x18x1、18x20x1、18x24x1、18x25x1、20x20x1、20x24x1 λ 20x25x1 λ 20x30x1 λ 24x24x1 λ 24x30x1 λ 25x25x1
[0117]2英寸厚:
[0118]10x20x2、12x20x2、12x24x2、14x20x2、14x24x2、14x25x2、15x20x2、16x16x2、16x20x2、16x24x2、16x25x2、18x18x2、18x20x2、18x24x2、18x25x2、20x20x2、20x24x2、20x25x2、20x30x2、24x24x2、24x30x2、25x25x2
[0119]4央寸厚:
[0120]12x24x4、16x20x4、16x24x4、18χ24χ4> 20x20x4> 20x24x4> 20x25x4> 24x24x4
[0121]5英寸厚:
[0122]16x25x5>20x20x5>20x25x5
[0123]根据本发明的至少所选择的实施方案，改进的平板接触器或模块包括至少一个矩形框架或壳体和其中的至少一个中空纤维阵列。可以优选的是，壳体由例如ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、不锈钢和/或其他耐腐蚀材料制成。
[0124]预期，图1至3的中空纤维阵列可以被平片膜束替换。
[0125]根据至少所选择的实施方案，接触器包括在单一矩形壳体中的两个或更多个中空纤维阵列或束。
[0126]虽然可能优选的本发明膜接触器利用微孔膜，但分离原理基本上不同于其他膜分离，例如过滤和气体分离。关于这样的优选的中空纤维膜接触器，没有如在其他膜分离中发生的一样对流通过孔。相反，优选的膜作为使液相和气相直接接触而不分散的惰性载体。在两种相之间的质量传递完全通过气相的压力来支配。由于优选的Celgard?中空纤维和接触器几何形状，每单位体积的表面积高于传统技术的数量级。该高水平的表面积对体积导致对于给定的性能水平的接触器/系统尺寸的急剧减小。
[0127]本发明的可能优选的膜接触器可以利用用于水的吸收/汽提技术的两种主要纤维类型中的一种。Ce丨gard? X-40股具有较厚的壁和较小的内径且被推荐用于氧气去
除。Celgard? X-50膜具有稍微较薄的壁和较大的内径。(参见图4和图5)相比于X-40膜，该特征允许更多的二氧化碳去除。
[0128]下面是Celgard? X-40和X-50中空纤维的比较:
[0129]
【权利要求】
1.一种如本文所示的或描述的平板多孔膜接触器、制造方法和/或使用方法。
2.根据权利要求1所述的平板接触器，其中所述接触器为中空纤维膜接触器。
3.根据权利要求1所述的平板接触器，其中所述接触器适合于放置在空气处理、通风或导管系统(例如标准炉、AC、ERV或HVAC管道或系统)中。
4.根据权利要求3所述的平板接触器，包括封闭包括多个中空纤维膜的至少一个缠绕的、打褶的或折叠的中空纤维阵列、灌封粘贴所述中空纤维的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与所述中空纤维的开放端部连通的第一流体，和与所述中空纤维的壳连通的第二流体。
5.根据权利要求4所述的平板接触器，包括至少一个缠绕的中空纤维阵列。
6.根据权利要求4所述的平板接触器，包括至少一个打褶的或折叠的中空纤维阵列。
7.根据权利要求4所述的平板接触器，其中所述中空纤维阵列在尺寸上稍微小于所述矩形壳体，使得当被插入到所述壳体中时，在所述纤维和所述壳体的所述周围边缘之间产生顶部空间。
8.根据权利要求4所述的平板接触器，其中所述接触器具有四个端口。
9.根据权利要求8所述的平板接触器，其中所述端口中的两个是腔侧端口，且所述端口中的两个是壳侧端口。
10.一种接触器系统，包括两个或更多个根据权利要求4的所述接触器。
11.在液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统中，改进包括权利要求4所述的接触器。
12.一种用于加热、冷却、增湿、和/或减湿经过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统或通过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统处理的空气的改进装置，包括一个或多个根据权利要求4的所述接触器。
13.根据权利要求1所述的平板接触器，其中所述接触器是平片多孔膜接触器。
14.根据权利要求13所述的平板接触器，包括封闭至少一个缠绕的、打褶的或折叠的膜束、灌封粘贴所述束的每一个端部的矩形框架或壳体，且适合于具有与所述束的开放端部连通的第一流体，和与所述束的外部连通的第二流体。
15.根据权利要求14所述的平板接触器，其中所述接触器具有四个端口。
16.根据权利要求15所述的平板接触器，其中所述端口中的两个是腔侧端口，且所述端口中的两个是壳侧端口。
17.一种接触器系统，包括两个或更多个根据权利要求14的所述接触器。
18.在液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统中，改进包括根据权利要求14所述的接触器。
19.一种用于加热、冷却、增湿、和/或减湿经过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统或通过液体干燥剂、HVAC和/或ERV系统处理的空气的改进装置，包括一个或多个根据权利要求14的所述接触器。
20.根据权利要求1所述的平板接触器，其中所述多孔膜对水蒸气比对空气更有选择性。
【文档编号】B01D53/22GK103635250SQ201280029856
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年6月1日 优先权日:2011年6月3日
【发明者】加雷思·P·泰勒, 蒂莫西·D·坡赖斯, 阿密塔瓦·塞古坡塔, 保罗·A·彼得森, C·格伦·温斯利 申请人:塞尔格有限责任公司