脱盐系统及其元件 技术领域 本发明涉及脱盐系统， 具体地涉及包括多个压力容器的反渗透 (RO) 脱盐系统、 其 中使用的脱盐膜、 用于安装所述膜的设备以及用于评估其工作状态的装置。
背景技术
RO 脱盐系统在本领域中是广为人知的。参照图 1， 示出了 RO 脱盐系统的一个实例： 整体用 1 标出的如上所述类型的 RO 脱盐系统包括 ： 由支撑结构 3 支持的多个压力 容器 (PV)2， 所述结构 3 包括用于将每个 PV2 支撑在水平方向上的支架 4。事实上， 每个 PV 均通过支撑结构 3 悬置， 从而使得在沿着其长度的几个点处从下面对其进行支撑。
每个 PV 2 均具有前端和后端， 并具有居中设置的渗透管， 该渗透管在 PV 的前端连 接至前部生产线 5， 并在 PV 的后端连接至后部生产线 ( 未示出 )。 此外， 每个 PV 2 均在其前 端连接至用于向 PV 供应待脱盐的原料流体的进料管线 6， 并在其后端连接至盐水 (brine)
管线 ( 未示出 )。
每个 PV 2 均具有安装于其中的多个 RO 膜 10， 图 2 中示出了该膜的典型设计。如 图 2 所示， 膜 10 包括多孔渗透管 12， 该渗透管上缠绕有构成膜芯的多层膜片 14， 并且包括 包封外壳 18。
缠绕的多层膜片 14 在其一个表面上限定与进料水接触的废物侧 (reject side)， 并在其相对的表面上限定与已由于反渗透而通过该膜片的进料水 ( 即， 渗透物 ) 接触的渗 透物侧。渗透管 12 形成有适于收集所述渗透物的孔 13， 所述渗透物适于经由分别由膜 10 的渗透管 12 的前端和后端构成的前部中心端口 12a 和后部中心端口 12b 从 PV 离开。
多层膜片 14 包括两个膜层 14a、 设置于这两个膜层之间的渗透层 14b、 以及进料垫 片 16。多层膜片 14 缠绕在渗透管 12 上， 渗透管的前端 12a 适于与进料管线 6 流体连通， 从 而构成 PV 的用于引导待脱盐的原料流体的周向进料入口 17a， 并且渗透管的后端 12b 适于 与盐水管线流体连通， 从而构成 PV 的用于使盐水从此离开的周向盐水出口 17b。
在工作中， 在 PV 的前端 12a 处向周向进料入口 17a 提供进料水 F， 以使进料水在箭 头 19 的方向上轴向地流动。渗透管 12 收集渗透物 P， 以分别通过前部渗透物端口 15a 和后 部渗透物端口 15b 离开， 并且通过位于 PV 的后端 12b 处的周向出口 17b 去除盐水 ( 有时被 称做 “浓缩物” )B。
在组装时， 将膜 10 定位于 PV 2 内， 从而使得前部渗透物端口 15a 和后部渗透物端 口 15b 分别连接至前部和后部渗透管线 5， 前部周向端口 17a 连接至进料管线 6， 并且后部 周向端口 17b 连接至盐水管线。
当将膜 10 装入 PV 2 中时， 将膜 10 水平地插入 PV 2 中， 并且在 PV 2 内移动， 直到 此膜到达其在 PV 中的期望位置为止。当卸除膜 10 时， 打开 PV 2 的两端， 从而可从 PV 2 的 一侧推动膜 10， 以从 PV 的另一侧离开。
然而， 已知的设计是其中 PV 竖直地设置， 即， PV 具有顶端和底端， 并且其中， 膜的装入和卸除通过 PV 的顶端来执行。由于膜的装入和卸除通常是一个复杂且耗时的过程， 所 以已知这种 PV 采用少量的膜， 例如， 一个或两个， 并且这些膜具有更小的直径 ( 因此对应地 具有更小的重量 )。 发明内容
根据以下描述的本发明的不同方面， 提供了脱盐系统、 脱盐膜、 用于将脱盐膜安装 在脱盐系统中的设备、 其工作的方法以及用于监控其工作的方法， 上述各项尤其适于反渗 透 (RO) 脱盐， 但也可用在其它类型的脱盐系统中， 例如， 纳米过滤 (NF)、 微过滤 (MF) 和超过 滤 (UF)。其适于本说明书中详细描述的螺旋膜， 并也适于空心纤维膜。
根据本发明的一个方面， 提供了一种脱盐系统， 包括多个细长的压力容器 (PV)， 每 个压力容器均具有纵向轴线， 定向成使得其纵向轴线具有竖直定向， 每个所述 PV 均适于在 其中接收 n 个脱盐膜， 位于 PV 内最下面的膜上方的多个膜具有的总重量允许将这多个膜用 作限制最下面的膜的轴向膨胀的机构， 从而该 PV 没有任何额外的限制机构。
还应该指出， 由于 PV 的竖直定向以及参数 n 和 D， 膜的重量还允许防止在脱盐工序 的开始和结束过程中膜在 PV 内的位移。 防止膜的热膨胀、 以及其在 PV 内的位移防止了将高压海水区域与低压脱盐产品 区域隔离的 O 形环的扭曲， 这种扭曲可导致隔离的丧失以及海水浸入脱盐产品中。
另外， 上述设备允许消除对适于防止膜在 PV 内的位移的填垫组件 (shimming assembly) 的需求。现有的人工填垫方法以垫片和垫圈为基础， 这些垫片和垫圈并非很有 效， 因为需要一年打开 PV 若干次， 以重新进行填垫。现有的自动填垫机构复杂且通常不使 用。
例如， D 可以至少是 20″， 更具体地， 至少是 18″， 甚至更具体地， 至少是 16″。对 于后一种情况， 即， 16″膜， 膜的个数 n 可以至少是 10， 更具体地， 至少是 8， 甚至更具体地， 至少是 5。对于较大直径的膜， 例如 18″， 膜的个数 n 可以至少是 8， 更具体地， 至少是 6， 并 且更具体地， 至少是 4。上述实例是指重量为大约 80Kg 的脱盐膜。
具体地， 在温差为 15℃时， 热膨胀效果可导致每个膜膨胀大约 3mm。因此， 还应该 理解， 在水平构造中， 这种膨胀可阻碍 PV 的适当关闭， 需要对膜施加压力或缩短其导管的 一部分， 通过使用上面建议的竖直设备能很好地避免此工序。
PV 可以都安装在水平基面上， 从而使得其所述纵向轴线垂直于所述水平基面， 即， 具有竖直定向， 从而允许通过所述 PV 的远离所述水平基面的端部将所述膜装入所述 PV 中 和从所述 PV 中卸除。
通过以上设计， 可提供同时将多个膜装入单个 PV 中和从单个 PV 中卸除， 并从相同 的高度水平统一地接近每个 PV。
在下文中， 所述 PV 的靠近所述水平基面的端部将被称为 “底端” ， 并且远离所述水 平基面的端部 ( 即， 通过其执行装入和卸除的端部 ) 将被称为 “顶端” 。所述水平基面将被 称为 “底部基面” 。
所述 PV 的底端和顶端可适于连接至底部和顶部管道网格 (grid)， 以为所述系统 供给待脱盐的流体， 将由此产生的渗透物、 以及盐水从所述系统移除。
所述底部管道网格可设置在所述底部基面上， 并且所述顶部管道网格可设置在位
于所述底部基面上方的顶部基面上。因此， 所述底部基面可构成至少用于所述底部管道网 格的底部维修 / 维护平台， 并且所述顶部基面可构成至少用于所述顶部管道网格和用于所 述膜的装入 / 卸除的顶部维修 / 维护平台。
应该指出， 在以上系统中可使用几种构造的管道网格， 例如， 以下各项之一 ：
a) 底部管道网格可提供进料供应和前部渗透物移除， 并且顶部管道网格可提供盐 水和后部渗透物移除 ；
b) 底部管道网格可提供盐水和后部渗透物移除， 并且顶部管道网格可提供进料供 应和前部渗透物移除 ； 以及
c) 以上构造 (a) 和 (b) 的组合， 其中， 部分 PV 根据构造 (a) 连接， 并且部分 PV 根 据构造 (b) 连接。
当 PV 中容设有多个膜时， 每个膜均具有纵向轴线， 所述膜以其纵向轴线与所述 PV 的纵向轴线重合的方式一个堆叠在另一个的顶部上。
因此， 根据本发明的另一方面， 提供了一种适于接收在 PV 内的膜， 所述膜包括具 有沿着其限定的纵向轴线的主导管 ( 例如， 膜中的渗透管 )、 缠绕在所述主导管周围的多层 膜片、 以及包封所述膜片的外壳， 其中， 所述外壳具有这样的机械特性以使得当位于所述 PV 内时轴向地支撑堆叠在其上的预定个数的类似膜的大部分重量。 相对于本发明的以上方面和前面论述的管道网格设备， 应该理解， 当使用管道网 格构造 (a) 时， 待脱盐流体的向上流动在向上方向上对膜施加压力， 这可有效地减小施加 在每个膜的外壳上的负载。
可替代地， 应该理解， 当使用管道网格构造 (b) 时， 待脱盐流体的向下流动在向下 方向上对膜施加压力， 这可防止在系统的启动过程中膜在 PV 内的位移， 当使用向上流动时 可能出现该位移。
根据本发明的又一方面， 提供了一种包括主导管的膜， 该主导管具有沿着其限定 的纵向轴线， 其中， 所述主导管适于在其中接合地接收用于将所述脱盐膜悬置在竖直方向 上以插入竖直定向的 PV 中的锚定设备。
根据本发明的另一方面， 提供了一种用于悬吊具有直径为 d 的中心导管的膜的锚 定设备， 所述锚定设备包括中心管线， 沿着该中心管线布置有周向悬挂件， 其中， 每个所述 悬挂件均适于呈现第一收回位置和第二展开位置， 在该第一收回位置， 每个悬挂件围绕所 述管线的径向延伸的直径 d1 ＜ d， 以允许在所述收回位置将锚定设备插入所述导管中， 并且 在该第二展开位置， 每个悬挂件围绕所述管线的径向延伸的直径 d2 ＞ d， 以允许在其所述展 开位置中悬挂件与中心导管的表面之间的接合。
所述锚定设备可以是吊钩机构的形式， 适于接合预形成在所述主导管中的锚定元 件， 以悬吊所述膜。例如， 所述导管可形成有适于接收所述锚定设备的对应吊钩的凹槽。应 该理解， 所述锚定元件不应干涉所述膜的工作。
可替代地， 所述主导管可以具有至少一层可弹性变形材料， 允许主导管在未刺破 的情况下变形， 并且所述锚定设备可形成有悬挂件， 该悬挂件适于通过使可变形材料弹性 地变形至足以提供对所述膜的安全悬吊的程度而接合所述可变形材料。
根据一种具体设计， 所述悬挂件可以是凸起的形式， 从而使得锚定设备具有蜂刺 状的形状。根据另一种具体设计， 所述悬挂件可以是形成有中心部分和设置在所述中心部
分的相对侧上的至少两个端部的连接件的形式， 所述连接件铰接地连接至所述中心管线， 允许连接件呈现第一松开位置和第二连接位置， 在该第一松开位置， 连接件大体上平行于 中心管线延伸， 并且在该第二连接位置， 连接件大体上横切于所述中心管线延伸。 当处于所 述松开位置时， 所述连接件适于在所述主导管内移动， 并且当处于所述连接位置时， 所述端 部适于抵靠所述主导管的内表面， 从而牢固地接合此膜。
根据一个具体实例， 所述锚定设备可包括至少一个可充气构件， 该可充气构件适 于呈现第一放气位置和第二充气位置， 在该第一放气位置， 其可插入所述主导管中， 并且在 该第二充气位置， 其适于牢固地接合主导管的内表面， 以允许锚定所述膜， 进而允许将所述 膜插入所述 PV 单元中 / 从所述 PV 单元中移除。
所述至少一个可充气构件可由弹性材料制成， 适于在所述充气位置呈现比由此在 所述放气位置呈现的那些尺寸大的尺寸。特别地， 可充气构件在充气位置过程中的尺寸可 大于主导管的尺寸。
根据以上实例， 所述可充气构件可由不可渗透的材料制成， 并且由于将流体 ( 液 体或气体 ) 材料引入其中而适于呈现充气位置。
根据以上实例的锚定设备可包括围绕所述中心管线并沿着其延伸 360°的单个可 充气构件， 从而使得由于膜的重量而施加在锚定设备上的负载围绕中心管线均匀地分布。 可替代地， 所述锚定设备可包括围绕中心管线并沿着其均匀地设置的多个可充气构件， 以 使施加在中心管线上的负载均匀地分布。
根据又一实例， 所述锚定设备可包括主体和多个可充气构件， 每个可充气构件均 接收在形成于主体中的凹槽内。可充气构件可适于接收来自外部源的空气 ( 或任何其它气 体 )。
根据又一实例， 锚定设备可包括中心管线， 并具有铰接地连接至所述中心管线的 枢轴元件， 每个枢轴元件均具有第一端和第二端， 并在第一端和第二端中的每个装配有适 于接合膜的导管的压板。
这样布置可以使得枢轴元件在偏离枢轴元件的中心的一点处铰接至中心管线， 即， 枢轴点与第一端之间的距离大于枢轴点与第二端之间的距离。 因此， 当竖直地定位锚定 设备时， 枢轴元件的不对称性可适于使锚定设备偏移到其展开位置。
以上锚定设备可设置有适于使锚定设备偏移到收回位置的触发元件， 因此允许将 锚定设备插入所述导管中。
当上述膜装配在根据本发明的第一方面的脱盐系统中时， 所述膜一旦被悬吊， 就 可以使其处于 PV 的顶端上方的期望位置， 从而使得所述膜的纵向轴线与所述 PV 的纵向轴 线对准。然后， 可以使膜降低到所述 PV 中， 直到其到达 PV 的底端或邻接已经位于所述 PV 内的另一个膜为止。
当使用竖直定向的 PV 时， 上述锚定设备允许同时将多个膜插入其中或从其中移 除。特别地， 由于多个膜一个堆叠在另一个的顶部上从而使得其主导管彼此对准， 可将所 述锚定设备插入顶部膜的主导管中， 并可选地降低而穿过其它膜的主导管， 直到其到达期 望膜的主导管为止， 并接合期望膜的导管， 从而可同时从锚定设备悬吊多个膜。 为了允许这 样， 此接合应足够坚固， 以承受所述多个膜的重量。
根据本发明的又一方面， 提供了一种适于将至少一个脱盐膜从竖直定向的 PV 的顶端移除的两级锚定设备， 所述锚定设备包括适于固定地附接至所述 PV 的第一锚定组件 以及适于附接至所述至少一个脱盐膜的第二锚定组件， 其中， 所述第二锚定组件适于与所 述脱盐膜一起相对于所述第一锚定组件竖直地移动， 并且所述第一锚定组件适于与所述第 二锚定组件和所述脱盐膜一起相对于所述 PV 竖直地移动。
所述第一锚定组件可适于安装在轨道系统上， 允许该第一锚定组件沿着轨道系统 移动。所述第二锚定组件可大体上类似于相对于本发明的前一方面描述的锚定设备。
每两个相邻膜之间可设置有接合器， 该接合器适于以彼此完全对准的方式密封地 连接其相邻端。
根据一个实例， 接合器可由设置在膜的主导管内部的接合单元提供， 该接合单元 可具有第一部分和第二部分， 该第一部分可装配在一个膜的导管中， 该第二部分可装配在 相邻膜的导管中。根据另一实例， 所述接合单元可以是设置在膜的主导管外部的紧固件的 形式。
根据本发明的又一方面， 提供了一种脱盐系统， 包括 ： 至少一个 PV， 具有纵向轴 线、 且适于在其中接收两个或更多个脱盐膜 ； 以及可选的接合器， 适于连接至相邻脱盐膜， 所述系统进一步包括沿着所述纵向轴线设置的多个感测器， 其中， 所述多个感测器中的每 个均至少位于一个所述 PV、 一个所述脱盐膜和可选的接合器中， 并且其中， 所述多个感测器 中的每个均适于测量以下各项中的至少一项 ： a) 通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的质量 ； 以及
b) 通过所述两个或更多个脱盐膜中的至少一个的流体的流速。
根据本发明的又一方面， 提供了一种适于连接两个相邻脱盐膜的接合器， 所述接 合器包括适于测量以下各项中的至少一项的至少一个感测器 ：
a) 通过位于接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的质量 ； 以及
b) 通过位于接合器的区域处的所述膜中的至少一个的流体的流速。
根据本发明的又一方面， 提供了一种包括适于测量以下各项中的至少一项的至少 一个感测器的脱盐膜 ：
c) 通过所述膜的流体的质量 ； 以及
d) 通过所述膜的流体的流速。
所述感测器可持续地工作， 从而测量脱盐系统的工作过程中的参数。 可替代地， 所 述感测器可适于分段工作， 从而按照预定时间段对以上参数取样。
所述感测器可适于利用内部电源 ( 例如电池 ) 或外部源 ( 例如通过来自该外部源 的电感 ) 工作。
所述感测器可适于将基于由此进行的测量而产生的数据传输至外部源， 例如， 位 于所述 PV 外部的读取器。
所述感测器还可适于通过所述读取器来操作， 其中， 所述读取器甚至可用作该感 测器的外部电源。所述读取器可适于在不同的感测器之间移动， 以使其邻近所述感测器定 位。 在这种情况下， 当读取器邻近所述感测器定位时， 两个物品之间的电感可使得感测器进 行测量并向所述读取器提供数据。 数据从所述感测器到所述读取器的传输可以无线方式执 行。
所述读取器可适于沿着特定 PV 在其外侧上向上和向下移动， 并处于与不同感测
器对准的位置， 以允许任何上述的其工作。 为了允许此模式的工作， 可提供适于沿着水平面 移动的位移机构， 该水平面可以是所述顶部维护平台， 并且该位移机构包括悬吊装置和一 端连接至所述装置且另一端连接至读取器以用于悬吊读取器的电缆。 将读取器附接至所述 悬吊装置的电缆可以是数据电缆， 并且所述装置又可直接或无线地连接至主机 (MFC)， 从而 可将通过读取器收集的所有数据传输至所述 MFC。
在脱盐系统的工作中， 将所述位移机构定位在竖直定向的 PV 的阵列上方， 并且为 了收集来自容纳在一个竖直设置的 PV 内的一个感测器的测量结果， 可执行以下步骤 ：
a) 沿着水平面移动所述位移机构， 以位于期望的 PV 上方 ；
b) 沿着 PV 的竖直方向移动所述读取器， 以与所述感测器对准 ；
c) 可能地通过读取器操作所述感测器， 以进行所需的测量 ；
d) 通过读取器收集所述测量的数据 ； 以及
e) 将所述数据传输至 MFC。
通常， 相对于诸如感测器、 读取器等的附件， PV 的竖直定向由于竖直悬吊而可轻松 地操纵所述附件， 消除了对用于水平位移的复杂运输构造的需求。
从各感测器收集的数据可用来执行对不同 PV 内的不同膜的状态的分析。例如， 对 从特定 PV 的所有膜收集的数据的分析可提供关于一个膜失效或故障的指示。 一旦已经检测到故障膜， 就可将其替换掉。为了替换 PV 中的这种膜， 可将处于收 回位置的所述锚定设备从 PV 的顶端插入膜的主导管中， 可能地已穿过前面的膜 ( 即， 比受 损膜更靠近 PV 的顶端设置的膜 ) 的主导管。然后， 锚定设备可开始呈现其展开位置， 以固 定地接合所述受损膜， 并且可选地， 接合堆叠在受损膜上的所有前面的膜， 并且可升高， 承 载所述故障膜以及定位为堆叠在其上的所有前面的膜。
然后， 可将故障膜移动至 PV 外部的位置， 以放置在一表面上， 例如， 所述底部维护 表面， 在该底部维护表面处， 所述锚定设备可与故障膜脱离， 并继续获得替换膜， 以插入所 述 PV 中。
对于仅将故障膜从 PV 中移除的情况， 即， 没有堆叠在其上的额外的膜， 锚定设备 可呈现收回位置， 并从所述受损膜的主导管向上离开。
对于所述故障膜上已堆叠多个额外的膜的情况， 所述锚定设备可呈现收回位置， 在该收回位置， 其仅从故障膜的主导管离开， 即， 仍接收在所有前面的膜的主导管内。一旦 离开， 所述锚定设备可重新呈现展开位置， 从而至少接合最底部的前一膜， 即， 定位为直接 位于所述受损膜上方的膜。在此位置， 可悬吊所有所述前面的膜， 并重新引入所述 PV 中。
在将所述前面的膜重新引入所述 PV 中时， 所述锚定设备可进一步继续获得替换 膜， 以替换所述故障膜， 并且将替换膜放在所述 PV 内的所述前面的膜的顶部上。可替代地， 所述锚定设备可首先将新的膜插入所述 PV 中， 然后仅将所述前面的膜重新引入所述 PV 中， 如前面所描述的。
根据本发明的又一方面， 提供了一种用于监控 PV 中的多个脱盐膜的状态的方法， 包括 ： 为所述膜设置如上所述的感测器 ； 接收从所述感测器收集的输入数据 ； 分析所述数 据； 以及提供表示关于至少一个所述膜的所述状态的输出数据。
所述分析可包括对由至少一个感测器测量的值进行归一化， 以显示膜状态的定性 图表， 该定性图表的形式为允许提醒操作者可能有故障但不要求操作者了解所述值。
其中， 上述方法可允许接近实时的膜故障检测、 故障膜的精确定位 (pin-point)、 以及精确且节省成本的测量。
根据本发明的又一方面， 提供了一种脱盐系统， 包括 ：
a) 竖直设置的 PV 的阵列， 每个 PV 均容纳一个或多个脱盐膜 ；
b) 管道网格， 适于将待脱盐的流体引导至所述 PV 并将产生的渗透物从所述 PV 导 出；
c) 多个感测器， 沿着每个 PV 的纵向轴线设置、 且适于测量通过所述一个或多个膜 的流体的流速和 / 或质量 ； 以及
d) 读取器， 连接至 MFC、 且适于沿着所述 PV 移动， 以与所述多个感测器中的至少一 个对准， 以接收来自该感测器的数据。
所述系统可以是全自动的， 并由 MFC 控制， 消除了对人工执行测量、 替换膜等的需 求。例如， 每个 PV 和其中的每个膜均可具有其自己的可被 MFC 识别的索引号 (indexing number)， 从而在检测到受损膜时， 如下执行膜的替换 ：
a)MFC 接收 PV 和需要替换的膜的索引号 ；
b) 向锚定设备 ( 同样与 MFC 连接并由其控制 ) 发出指令， 以移动至所述 PV 上方的 一位置 ； 以及 c) 如前所述地替换所述膜。
所述系统可进一步适于自动地执行监控 PV 中的多个脱盐膜的状态的方法， 如上 所述， 从而甚至可以自动化的方式实现受损膜的检测。
根据本发明的又一方面， 提供了一种脱盐系统， 包括至少一行 PV， 每个 PV 均在其 第一端具有进料入口， 并在其第二端具有盐水出口， 且每个 PV 均装有至少一个脱盐膜， 所 述 PV 适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通过， 其中， 所述进料入口装配 有适于获得引入所述流体中且在 PV 内部沿着 PV 通过的测试物质的第一组参数的第一感测 器， 并且所述盐水出口装配有适于获得测试物质的第二组参数的第二感测器。
获得的这些组参数可用在对从所述流体入口通过所述 PV 流至所述流体出口的流 体的参数的诊断中。
特别地， 所述第一感测器和所述第二感测器都可适于检测所述测试物质的存在并 适于检测其浓度。因此， 每个感测器均可提供两个参数 ： C- 测试物质的浓度以及 t- 检测测 试物质的时间， 从而总共得出四个参数。这些参数可用于确定每个 PV 内的流速。精确的公 式和说明将在详细描述中论述。
还应该理解， 利用测试物质来确定 PV 内的流速， 消除了对复杂且昂贵的流量计的 需求。另外， 流量计通常装配在主进料管线的远端处， 向整行 PV 提供进料， 并且， 在进入各 行 PV 之前， 在流量计的位置之前和之后要求预定长度的主进料管线， 以允许精确地测量流 速 ( 例如， 对于直径 D 的进料管线， 需要在流量计之前等于 2D 且在流量计之后等于 5D 的长 度， 以消除湍流影响 )。 因此， 使用如上建议的测试物质， 可有效地缩短一行 PV 的总长， 从而 有助于 PV 在脱盐系统中的更紧凑且节省空间的布置。
根据本发明的又一方面， 提供了一种脱盐系统， 包括 ： 至少一个共用进料管线， 具 有第一端和第二端 ； 以及至少一行 PV， 沿着所述共用进料管线布置， 每个 PV 均在其第一端 具有与所述共用进料管线流体连通的进料入口， 并在其第二端具有盐水出口， 且每个 PV 均
装有至少一个脱盐膜， 每个 PV 均适于使待脱盐的流体在所述第一端与所述第二端之间通 过， 其中， 进料流体从所述共用进料管线的所述第一端及所述第二端引入所述共用进料管 线中， 即， 所述共用进料管线具有双侧进料。
应该理解， 相对于具有单侧进料的共用进料管线， 当使用双侧进料时， 共用进料管 线的直径可减小一半。减小共用进料管线的直径可允许两个相邻行 PV 之间的更紧密间隔， 从而进一步有助于 PV 在脱盐系统中的更紧凑且节省空间的布置。
根据本发明的又一方面， 提供了一种脱盐设备， 包括具有顶部、 且适于在其中容纳 至少一个 PV 的结构， 该 PV 具有远端和近端以及其间的长度 L， 并且定向成使得所述远端比 所述近端更靠近所述顶部， 其中， 所述 PV 适于接收经由所述远端装入 PV 中或从 PV 中卸除 的至少一个脱盐膜， 并且其中， 所述远端与位于所述远端上方的顶部之间延伸有距离 M， 使 得 M ≤ L。
所述至少一个脱盐膜可使用适于接合所述脱盐膜并移动至所述远端 / 从所述远 端移开的锚定设备装入所述 PV 中 / 从所述 PV 中卸除， 并且， 所述顶部可以是设计成使得至 少其位于所述远端上方的顶部适于打开以允许所述锚定设备在所述装入 / 卸除过程中穿 过其中的可调节顶部。 附图说明
为了理解本发明并为了明白其在实践中如何实现， 现在将参照附图仅以非限制性 实例的方式描述实施方式， 附图中 ：
图 1 示出了具有多个水平安装的压力容器 (PV) 的已知 RO 脱盐系统 ；
图 2 示出了在图 1 所示系统中使用的传统 RO 膜的一个实例 ；
图 3A 是根据本发明的脱盐系统的一个实例的示意性剖视图 ；
图 3B 是图 3A 所示脱盐系统的示意性俯视图 ；
图 4A 是在图 3A 和图 3B 所示脱盐系统中使用的单个 PV 的示意性剖视图， 其具有 多个膜 ；
图 4B 是图 4A 中的局部 “A” 的放大图 ；
图 4C 和图 4D 是根据本发明的其中具有锚定设备的膜的一个实例的示意性剖视 图， 其分别处于收回和展开位置 ；
图 5A 是图 4A 所示 PV 的示意图， 其装配有根据本发明的一个实施方式的读取器 ；
图 5B 是图 5A 中的局部 B 的放大图 ；
图 6A 是图 4 所示 PV 的示意图， 以及通过图 5A 所示读取器收集的测量结果的图示 的实例 ；
图 6B 是图 6A 的 PV 的示意图， 以及在利用适当的算法对其进行分析之后所示的测 量结果 ；
图 7A 是当附接至 PV 单元时根据本发明的另一方面的锚定设备的示意性等轴视 图；
图 7B 是图 7A 所示锚定设备的示意性底部等轴视图 ；
图 7C 是图 7A 所示锚定设备的示意性等轴剖视图 ；
图 8A 是在图 7A 至图 7C 所示锚定设备中使用的锚定组件的第一实施方式的示意性等轴视图 ；
图 8B 是当插入由此锚定的膜的导管中时图 8A 所示锚定组件的示意性等轴剖视 图；
图 8C 是当插入由此锚定的膜的导管中时、 在图 7A 至图 7C 所示锚定设备中使用的 锚定组件的第二实施方式的示意性等轴剖视图 ；
图 8D 是当插入由此锚定的膜的导管中时、 在图 7A 至图 7C 所示锚定设备中使用的 锚定组件的第三实施方式的示意性等轴剖视图 ；
图 8E 是当插入由此锚定的膜的导管中时、 在图 7A 至图 7C 所示锚定设备中使用的 锚定组件的第四实施方式的示意性等轴剖视图 ；
图 8F 是当定位在膜的导管内时图 8E 所示锚定设备的示意性俯视图 ；
图 8G 是当从膜的导管移除时图 8E 所示锚定设备的示意性等轴视图 ；
图 8H 是与由此锚定的膜一起示出的、 在图 7A 至图 7C 所示锚定设备中使用的锚定 组件的第五实施方式的示意性等轴视图 ；
图 8I 是图 8E 所示锚定组件的示意性等轴视图， 此时移除了锚定组件的卡口短 柱；
图 8J 是图 8E 所示卡口短柱的示意性等轴视图 ；
图 9A 是根据本发明的另一方面的吊架构造的示意性等轴视图 ；
图 9B 是当定位在根据本发明的结构的顶部下方时图 9A 所示吊架构造的示意性侧 视图 ；
图 10A 是根据本发明的又一实施方式的包括感测设备的 PV 的示意性等轴视图 ；
图 10B 是当附接至共用进料管线时图 10A 所示 PV 的示意性等轴视图 ；
图 10C 是由图 10A 所示感测设备收集的数据的示意图 ；
图 11A 是根据一种布置的包括多个 PV 的脱盐系统的示意性俯视图 ； 以及
图 11B 是根据本发明的另一种布置的包括多个 PV 的脱盐系统的示意性俯视图。 具体实施方式
图 3A 和图 3B 示出了根据本发明的脱盐系统的一个实例， 其是整体用 20 标出的反 渗透 (RO) 脱盐系统， 包括竖直安装在基部平台上的多个压力容器 (PV)30， 该基部平台构成 底部基面 21B 并具有共用顶部基面 21T。
每个 PV 30 均包括一个堆叠在另一个的顶部上从而使得它们完全对准的多个 RO 脱盐膜 40。
每个膜 40 均具有与在图 2 中示出并在本发明的背景技术中描述的已知膜 10 的构 造相似的构造。具体地， 参照图 4C 和图 4D， 膜 40 包括 ： 具有中心轴线 X 和直径 DP 的渗透管 42、 缠绕在渗透管 42 上的膜芯 44、 以及外壳 46。然而， 根据本发明的膜 40 可具有一些尤其 适于 PV 的竖直布置的特殊特征， 如稍后将详细说明的。
底部基面 21B 和顶部基面 21T 在其上具有相应的底部管道网格 PGB 和顶部管道网 格 PGT。底部管道网格 PGB 包括进料管线 26 和前部渗透物管线 24F， 并且顶部管道网格 PGT 包括后部渗透物管线 24R 和盐水管线 28。
每个 PV 30 均具有基本上为圆柱形的本体 32， 该本体具有范围在大约 8″至 16″之间的直径 D。PV 本体 32 具有底端 32B， 该底端形成有进料入口 33、 前部渗透物出口 34F， 并具有顶端 32T， 该顶端形成有盐水出口 35 和后部渗透物出口 34R。PV 30 在其顶端 30T 装 配有可移除的盖 31， 该盖中至少形成有后部渗透物出口 34R， 如在图 4A 中更好地看到的。
在组装时， 将 PV 30 竖直地定位在底部基面 21B 上， 从而使得进料入口 33 和前部 渗透物出口 34F 分别连接至进料管线 26 和前部渗透物管线 24F， 并且， 在顶部基面 21T 上， 盐水出口 35 和后部渗透物出口 34R 分别连接至浓缩物管线 28 和后部渗透物管线 24R。为 了使底部和顶部管道网格的上述管线与 PV 的相应端口对准， 底部基面 21B 和顶部基面 21T 形成有将这些管线接收于其中的支撑通道 23B 和 23T。
此外参照图 3B， PV 30 成多行地布置在底部基面 31B 上， 并且这多行 PV 之间安装 有平行于彼此且平行于底部基面 21B 延伸的前部渗透物管线 24F 和进料管线 26。各行 PV 30 彼此隔开得足够远， 以允许操作者或维护人员在其间通过， 并解决任何维护问题， 例如故 障、 日常检查等。因此， 底部基面 21B 构成用于维护底部管道网格 PGB 的底部维护表面， 并 且顶部基面 21T 构成用于维护顶部管道网格 PGT 和膜 40 的顶部维护表面。
然而， 应该理解， 以上管道网格布置可以是这样的以使得入口位于 PV 30 的顶端 处， 并且出口位于 PV 的底端处， 从而使得 PV 内的流动仅在向下方向上。这种布置可以防止 在 PV 的工作开始 ( 即， 流体在向上方向上推动膜 ) 期间膜在 PV 内的位移， 这在使用向上流 动时易于发生。 现在转到图 4A， 示出了 PV 30 处于装入 / 卸除位置， 其中， 膜 40 的组 41 在装入 PV 中前面或在从 PV 中卸除之后位于 PV 外部。在此位置， 盖 31 从 PV 30 移除。示出了可沿着 锚定管线 60 移动的锚定设备 50 将膜 40 的组 41 悬吊在上述位置。应该指出， 从顶端 30T 装入和卸除膜 40 允许将多个膜 40 同时插入 PV 30 中。然而， 如果希望的话， 可以使用相同 的锚定设备 50 一个接一个地装入 / 卸除这些膜。
图 4C 和图 4D 示出了锚定设备 50 的一种可行设计。这些图中示出的锚定设备 50 包括中心管线 52 和沿中心管线布置的周向悬挂件 54， 每个悬挂件均形成有几个膜接合元 件 55， 这些膜接合元件的尖端 57 可从中心管线 52 伸出至其中悬挂件 54 处于其收回位置并 具有直径 d1 的最小程度 ( 图 4C)， 并可伸出至其中悬挂件 54 处于其展开位置并具有直径 d2 的最大程度 ( 图 4D)。
在收回位置， 每个悬挂件 54 的膜接合元件 55 均接近轴向地 ( 即， 沿着中心管线 52) 定向， 从而膜接合元件的尖端 57 限定悬挂件 54 围绕中心管线 52 的直径 d1 ＜ DP， 其中， DP 是膜 40 的渗透管 42 的直径。在此位置， 锚定设备 50 可沿着膜 40 的渗透管 42 自由地移 动。在展开位置， 每个悬挂件 54 的膜接合元件 55 均接近径向地 ( 即， 横切于中心管线 52) 定向， 从而膜接合元件的尖端 57 限定悬挂件 54 围绕中心管线 52 的直径 d2 ＞ DP。在此位 置， 每个悬挂件 54 的元件 55 的尖端 57 均使膜 40 的渗透管 42 变形。
锚定设备 50 或任何可替代的锚定设备必须设计成在不损坏膜 40 的渗透管 42 的 情况下与之接合。关于这一点， 应该注意， 为了与图 4C 和图 4D 所示锚定设备一起使用， 渗 透管 42 应由可变形的弹性材料制成， 允许悬挂件在不刺破渗透管的情况下进入其中。这种 材料可以是例如 FRP、 PVC、 PP。
应该理解， 根据其它可行设计， 渗透管 42 可预先形成有适于接收元件 55 的尖端 57 的凹槽或凹部。
锚定设备 50 进一步包括以可移动的方式附接至锚定管线 60 的锚定模块 56， 并还 可以装配有用于升高和降低中心管线 52 以及由此承载的膜或几个膜 40 的吊架、 单轨等。
在工作中， 为了悬吊膜 40， 首先使锚定设备 50 沿着锚定管线 60 移动至其位于膜 40 上方的位置， 即， 移动至其中锚定设备的中心管线 52 与膜 10 的渗透管 42 的中心轴线 X 对准的位置。此后， 通过锚定模块 56 降低中心管线 52 以及处于其收回位置的悬挂件 54， 直到中心管线 52 的一部分以及悬挂件 54 接收在膜 40 的渗透管 42 内为止 ( 图 4C 所示 )。 一旦中心管线 52 的一部分接收在渗透管 42 内， 悬挂件 54 就呈现其展开位置， 在此位置， 其 膜接合元件 55 进入渗透管 42 中， 从而与之牢固地接合 ( 图 4D 所示 )。在此位置， 膜 40 可 以悬吊并移动至期望的位置。
因此， 显而易见的是， 上述布置允许同时悬吊多个膜 40， 如图 4A 所示， 上述布置又 允许在一次工作中将单个 PV 30 装满膜， 类似地卸除这些膜， 例如， 当希望替换并非 PV 中最 上面的膜的故障膜时。为了将一个堆叠在另一个上的一组膜 40 同时装入 PV 30 中或从 PV 30 中卸除， 悬挂件 54 可以接合下列各项之一的渗透管 ：
堆叠的所有膜 40 ；
仅是堆叠的一部分膜 40， 包括最下面的膜 ； 以及甚至 仅是堆叠的最下面的膜 40。
为了替换 PV 中的故障膜， 首先， 通过移除 PV 的盖 31 而使 PV30 呈现装入 / 卸除位 置 ( 图 4A 所示 )。此后， 使锚定设备 50 沿着锚定管线 60 水平地移动成正好定位在 PV 30 上方。 一旦处于适当位置， 将锚定设备 50 的中心管线 52 以及处于收回位置的悬挂件 54( 图 4C 所示 ) 插入前面的膜 ( 那些设置在故障膜上方的膜 ) 的渗透管 42 中， 直到将其接收在故 障膜的渗透管 42 内为止。然后， 使锚定设备 50 的悬挂件 54 开始呈现展开位置 ( 图 4D 所 示 )， 从而悬挂件 54 牢固地接合故障膜的渗透管 42， 并且， 如果希望的话， 接合所有或一部 分其面前的膜。
一旦牢固地接合， 就升高中心管线 52 以及悬吊于此的膜 40， 直到将膜从 PV 30 中 移除为止。一旦移除， 可以使锚定设备 50 和膜 40 沿着锚定管线 60 移动， 从而使锚定设备 50 和膜 40 例如处于维修平台 ( 未示出 ) 上方。此后， 再次降低中心管线 52 以及膜， 从而将 故障膜留在维修平台上。
在膜 40 的此位置， 使锚定设备 50 的悬挂件 54 重新呈现收回位置， 并且稍微升高 中心管线 52， 从而从故障膜中移除， 即， 仅接收在前面的膜的渗透管 42 内。此后， 可使悬挂 件 54 重新呈现展开位置， 从而牢固地接合前面的膜的渗透管 42。然后， 可以类似的方式使 前面的膜返回到 PV 30。
首先可使前面的膜返回到 PV 30， 此后将新的膜 40 插入 PV 中、 且位于前面的膜的 顶部上。可替代地， 首先可将新的膜插入 PV 30 中， 然后仅将前面的膜定位在新的膜的顶部 上。
一旦已将膜 40 重新引入 PV 30 中， 便可将顶盖 31 放回到 PV 30 的顶部上， 从而使 PV 处于其工作位置。
在这点上， 应该指出， 通常是这样 ： 当将膜长时间定位在 PV 内时， 化学残渣、 剥落 污垢和其它物质堆积在膜的外壳与 PV 的内表面之间， 从而导致脱盐膜变得 “卡绊 (lodge)” 在 PV 内， 即， 较不易沿着 PV 的纵向轴线改变膜的位置。因此， 当试图移除这种脱盐膜时， 在
将膜从 PV 中移除之前， 首先需要将膜从其 “卡绊” 位置释放。
在脱盐膜的这种 “解除卡绊 (unlodge)” 过程中施加在锚定设备 50 上的负载比在 膜的悬吊过程中施加在其上的负载大得多。 对于此问题的一种可行解决方案是使用能够承 受在 “解除卡绊” 过程中对其施加的负载的更具鲁棒性的锚定设备和吊架。 然而， 应该理解， 这种解决方案将是一种 “过度设计 (over-design)” ， 因为相对于装入 / 卸除工作所需的全 部时间， “解除卡绊” 工作仅占用少量时间。
参照图 7A 至图 7C 示出了另一种解决方案， 其中， 示出了整体用 AR 标出的适于将 一个或多个膜从 PV 中移除的两级锚定设备， 其包括整体用 110 标出的第一级锚定组件和由 前面公开的锚定设备 50 构成的第二级锚定组件， 仅示出了前面公开的锚定设备的中心管 线 52。
该两级锚定设备设计成使得在卸除的第一阶段时， 第一级组件 110 将脱盐膜从其 “卡绊” 位置释放， 同时在卸除的第二阶段时， 前面描述的锚定设备 50 继续将脱盐膜悬吊并 移动至期望的位置。
第一级锚定组件 110 包括适于附接至 PV 的远端的 PV 附接部分 120 和适于附接至 第二级锚定组件 50 的第二级附接部分 130。 部分 120、 130 通过适于在卸除的第一阶段过程 中向脱盐膜提供足够的空间以便移动的间隔阵列 140 隔开。
还应该理解， 当 PV 中堆满脱盐膜时， 即， 脱盐膜占据 PV 内的所有空间时， 此空间是 非常有用的。换句话说， 最靠近通过其执行卸除的 PV 端部定位的脱盐膜位于自身的远端。 因此， 还应理解， 对于未堆满的 PV， 可以使用第一部分 120 和第二部分 130， 而无需间隔阵列 140。
PV 附接部分 120 形成有圆盘 122， 该圆盘形成有中心开口 121， 并具有锚定面 122a 和 PV 面 122b， 从而使得当第一级锚定组件 110 安装在 PV 30 上时， 锚定面 122a 面向第二级 锚定部分 130， 并且 PV 面 122b 面向 PV 的远端。圆盘 122 的 PV 面 122b 具有适于在 PV 安装 于其上时与 PV 30 的远端的唇缘 39( 图 7C 所示 ) 接触的接触区域 123。
PV 附接部分 120 进一步包括附接至 PV 面 122b 的三个定心元件 124， 每个定心元 件均形成有适于与 PV 30 的外表面 32 接触的倾斜部分。定心元件 124 围绕圆盘 122 的中 心轴线 X 均匀地 ( 即， 以 120°间隔 ) 设置， 从而允许第一级锚定组件 120 变得与 PV 对准， 即， 从而使得圆盘的中心轴线 X 与 PV 30 的纵向轴线对准。
第二级附接部分 130 也形成有圆盘 132， 该圆盘形成有中心开口 134， 并进一步包 括附接至锚定管线 137 的锚定活塞 136， 该锚定管线适于附接至第二级锚定组件 50。锚定 活塞 136 进一步包括适于附接至主吊架 ( 未示出 ) 的吊眼 138， 该主吊架又适于将整个锚定 设备从 PV 30 移走。
间隔阵列 140 包括多个间隔杆 142， 这些间隔杆在 PV 附接部分 120 的圆盘 122 的 外围部分与第二级锚定附接部分 130 的圆盘 132 的对应外围部分之间延伸。每个间隔杆 142 均使用螺母 144 和 146 固定在适当位置。
具体参照图 7C， 观察到， PV 30 形成有加厚的顶端 37 并具有上唇缘 39， 从而使得 当定位在 PV 30 的顶端上时， PV 面 122 的接触区域 123 与 PV 的顶端的唇缘 39 齐平， 并且 定心元件 126 的倾斜部分 126 与 PV 的顶端的外表面齐平。
这样布置以使得当第二级锚定组件 50 附接至锚定管线 137 时， 活塞 136 的启动导致中心管线 52 从 PV 离开， 因而导致整个第二级锚定组件 52 离开， 因此使膜 / 多个膜脱离 其在 PV 30 内的 “卡绊” 位置。应该理解， 通过用 PV 30 本身作为支点， 以与螺旋拔塞器的 工作类似的方式， 使膜 “解除卡绊” 所需的大负载现在并非由主吊架 ( 未示出 ) 承受而是由 第一级锚定组件 110 的构造承受。
一旦使膜 / 多个膜 “解除卡绊” ， 并且这些膜能够在 PV 内自由地滑动， 那么主吊架 利用吊眼 138 升高第一级锚定组件 110、 以及第二级锚定组件和悬吊的膜 / 多个膜， 以将膜 / 多个膜移动至期望的位置。
参照图 8A 至图 8G， 第二级锚定组件可以具有各种设计， 而不限于前面公开的锚定 设备 50 的设计。
具体参照图 8A 和图 8B， 示出了整体用 150 指出的第二级锚定设备的另一种设计， 并且其包括中心管线 152、 适于围绕该中心管线枢转的枢轴元件 155、 以及适于与膜 40 的主 导管 42 的内表面接合的压板 157。
中心管线 152 形成有两个叉状部分 153， 这两个叉状部分之间延伸有一间隙。在 该间隙内， 几个枢轴元件 155( 在本实例中， 仅示出两个枢轴元件 ) 经由枢轴点 154 枢转地 铰接。观察到， 枢轴点 154 并非位于枢轴元件 155 的中间， 而是偏移以形成两个非对称的部 分 -155a 和 155b， 155a 比后者稍长。
枢轴元件 155 装配有压板 157， 所述压板经由形成在从压板 157 伸出的板条 156 中 的铰链 158 枢转地附接至每个部分 155a、 155b。
这样布置以使得第二级锚定组件 150 可呈现第一收回位置， 在该收回位置， 枢轴 元件 155 大体上平行于中心管线 152 延伸， 从而组件 150 可插入膜 40 的主导管 42 中， 并且 可呈现第二展开位置， 在该展开位置， 枢轴元件 155 大体上横切于中心管线 152， 从而使得 压板 157 与主导管 42 的内表面接触， 以对主导管的内表面施加压力。膜的导管 42 的内表 面上的压力应足够大， 以允许膜 40 的悬吊。
因为部分 155a 在重量上超过部分 155b， 以与平行四边形机构相似的方式工作， 锚 定设备 150 由于重力可能偏移至其展开位置。因此， 从展开位置到收回位置的转换利用触 发元件 ( 未示出 ) 实现， 该触发元件可以是电机、 拉杆等的形式。
在工作中， 将第二级锚定组件 152 在其收回位置插入主导管 42 中， 直到其到达期 望的膜 / 位置。此后， 暂停触发元件的工作， 从而允许锚定设备 150 由于重力而移动至其展 开位置， 从而使得压板 157 与主导管 42 的内表面齐平。在此位置， 由于部分 155a 和 155b 具有不相等的长度， 所以拉动中心管线 152 将导致枢轴元件 155 围绕枢轴点 154 枢转， 使这 些枢轴元件进一步朝着展开位置偏移， 因此增大了施加至主导管的内表面的压力， 并在锚 定组件 150 与脱盐膜 40 之间提供了更牢固的接合。
现在转到图 8C， 示出了整体用 160 指出的第二级锚定组件的另一种设计， 并且其 包括中心管线 162、 主腔室 164 和外围可充气部分 166。
中心管线 162 形成有适于向主腔室 164 提供空气的进气口 163， 该主腔室又形成有 适于将空气输送至由不可渗透的材料制成的外围可充气部分 166 中的多个排气孔 165。
锚定组件 160 可呈现第一放气位置， 在该第一放气位置， 外围可充气部分 166 呈现 比主导管 42 的内径小的直径 D1， 因此允许锚定组件 160 在主导管 42 内并沿着其自由地移 动， 并且可呈现第二充气位置， 在该第二充气位置， 外围可充气部分 166 呈现比主导管 42 的内径大的直径 D2， 从而对其施加压力， 并允许由于摩擦力而悬吊膜 40。在充气位置， 外围可 充气部分 166 与主腔室 164 的壁之间延伸有间隙 168。
在工作中， 将锚定组件 160 在其放气位置移动到主导管 42 内， 直到到达期望的位 置为止。此后， 通过进气口 163 向主腔室 164 提供空气 ( 就此而言， 或任何其它气体 )， 并从 主腔室经由孔 165 向外围可充气部分 166 提供。将空气引入外围可充气部分 166 中导致给 外围可充气部分充气， 从而使得其直径从 D1 增加至 D2， 因此接合膜的主导管 42 的内表面。
现在转到图 8D， 示出了整体用 170 指出的第二级锚定组件的又一种设计， 并且其 具有与前面公开的锚定组件 160 类似的构造。然而， 在本设计中， 锚定组件包括主体 174 和 多个单独的可充气部分 176， 这些可充气部分适于不经由中心管线 172 和主体 174 接收空气 ( 或任何其它气体 )， 而是直接从气源 ( 未示出 ) 接收到其中。
主腔室 172 在其外部上形成有适于容纳可充气部分 176 的多个凹槽 175。可充气 部分 176 可通过任何已知的维持可充气部分 176 的不渗透性的方法保持在凹槽 175 内。可 替代地， 可充气部分可以不固定至凹槽 175， 而是与主体 174 一起悬吊并在主体的顶端锚定 于主体。
与前面公开的锚定组件 160 更相似， 锚定组件 170 适于呈现第一放气位置， 在该放 气位置， 外围可充气部分 176 放气， 从而使得锚定组件 170 的直径 D1 比主导管 42 的内径小， 因此允许锚定组件 170 在主导管 42 内并沿着其自由地移动， 并且呈现第二充气位置， 在该 充气位置， 可充气部分 176 呈现比主导管 42 的内径大的直径 D2， 从而对其施加压力， 并允许 由于摩擦力而悬吊膜 40。
现在转到图 8H 至图 8J， 示出了整体用 180 指出的锚定适配器形式的第二级锚定组 件的又一种设计， 该锚定适配器适于附接至定位在 PV 内的最近端的膜 40( 即， 其主导管 42 密封地连接至 PV 的前部渗透物端口 34F 的膜 )。更具体地， 最近端的膜 ( 最下面的 ) 形成 有将该膜连接至前部渗透物管线的流体适配器。此适配器可替换或改变， 以变成附接至锚 定适配器 180。
锚 定 组 件 180 包 括 适 于 固 定 地 附 接 至 主 导 管 42 的 端 部 的 卡 口 环 (bayonet ring)182， 从而将该锚定组件定位在此端部与前部渗透物端口 34F 之间， 并包括适于固定 地附接至中心管线 ( 未示出 ) 且与卡口环 182 卡口接合的卡口短柱 (bayonet stub)184。 卡口环 182 和卡口短柱 184 形成有相应的卡口元件 183 和 185。
因此， 当希望将一个或多个膜 40 从 PV 移除中时， 降低中心管线以及卡口短柱 184， 直到短柱 184 到达卡口环 182 为止。此后， 卡口短柱 184 可接合卡口环 182， 从而拉动中心 管线将使得最下面的膜 40 及位于其上方的任何另外的膜一起移动。
应该指出， 如上公开的锚定组件 180 适于仅与最下面的膜一起使用。然而， 可以设 计类似的锚定组件， 其中， 一个或多个卡口环位于每两个脱盐膜 40 之间。
相对于所有前面公开的第二级锚定组件 50、 150、 160、 170 和 180， 应该理解， 锚定 组件的锚定部分可以沿着其整个中心管线延伸， 即， 从而使得当插入主导管中时， 锚定部分 在中心管线的全长上延伸。可替代地， 锚定组件可以设计成使得锚定部分仅延伸与单个膜 的长度相等的长度， 或延伸任意多个该长度。
另外， 相对于上述整个锚定设备， 应该理解， 锚定设备和主吊架可以作为单独的元 件工作。换句话说， 锚定设备可以用于将膜 40 从其在 PV 30 中的位置移动预定量， 以使这些膜 “未卡住” ， 然后使这些膜返回至其在 PV 内的初始位置， 此后与膜 40 脱离。在此位置， 当膜不再 “卡绊” 时， 主吊架可以与大体上与前面公开的第二级锚定组件相似的锚定组件一 起使用， 以接合膜， 并将这些膜从 PV 中移除。
现在转到图 9， 示出了整体用 200 指出的吊架构造， 其包括绞车 (winch) 机构 210、 上下轨道 220、 前后轨道 230 和左右轨道 240。
绞车机构 210 包括绞车 212 和绞车壳体 216， 该绞车上缠绕有绞车管线 214。绞车 壳体 216 固定地铰接至上下轨道 220 的两条轨道 222。
上下轨道 220 的支架 224 滑动地接收在前后轨道 230 的平行轨道 232 内， 允许整 个上下轨道 220 与绞车机构 210 一起沿着 X 轴线在水平方向上移动。前后轨道 230 的末端 部分装配有适于沿着左右轨道 240 的平行轨道 242 滚动的轮子 234， 允许整个前后轨道 230 与上下轨道 220 和绞车机构 210 一起沿着 Y 轴线在水平方向上移动。
整个吊架构造适于定位在脱盐设备的 PV 阵列上方， 以使以上布置允许绞车机构 210 沿着主要的 X、 Y 和 Z 方向移动， 从而使得绞车机构 210 可处于任何一个 PV 上方的位置 并处于其上方的特定高度。
现在将描述使用绞车机构和两级锚定设备的卸除工作。在卸除工作开始时， 使轨 道 222 和绞车机构 210 一起位于向下的位置， 即， 使绞车机构 210 靠近支架 224， 并且使轨道 222 在轨道 232 和 242 下方竖直地延伸。将两级锚定设备 ( 图 7A 至图 7C 所示 ) 附接至绞 车管线 214， 该两级锚定设备包括第一级锚定组件 110 和可以是锚定组件 50、 150、 160、 170 或 180 中的任何一个的第二级锚定组件。
此后， 使整个上下轨道 220 沿着轨道 232 和 242 移动， 以使该上下轨道处于从其中 移除一个或多个膜的期望的 PV 上方的位置。 一旦处于适当位置， 就启动绞车机构 210， 以朝 着 PV 30 的顶端降低绞车管线 214 以及两级锚定设备。
降低两级锚定设备， 直到可将第一级锚定组件 110 固定至 PV 30 的顶端为止。 一旦 固定， 就降低第二级锚定组件的中心管线， 直到其接合期望的膜为止， 如前面关于图 8A 至 图 8C 所论述的。一旦接合， 通过第一级锚定组件 110 释放， 通过绞车机构 210 升高绞车管 线 214， 以将两级锚定设备及悬吊的膜 / 多个膜升高期望的量。
此后， 沿着支架 224 升高绞车机构 210 及轨道 222， 并且， 通过沿着轨道 232 和 242 移动而使整个上下轨道 220 处于新的位置。
还应该理解， 上下轨道 220 及绞车机构 210 可以是安装在传统的吊架构造上的附 加设备， 传统的吊架构造包括左右轨道 240 和前后轨道 230， 其用于除膜的装入 / 卸除以外 的脱盐设备中的各种任务。
现在转到图 9B， 示出了位于包括整体用 300 指出的顶部结构的结构内时的吊架构 造 200， 该顶部结构包括顶部表面 302 和可调节部分 304。观察到， 顶部表面 302 与轨道 232 与 242 之间的距离 M 比上下轨道 220 的长度 L 小得多。因此， 顶部结构 300 的可调节部分 304 适于打开至图 9B 所示的位置， 从而在顶部表面中形成开口 306， 允许轨道 222 及绞车机 构 210 向上移动。
应该指出， 虽然这里示出为经由铰链打开， 但是， 顶部可以是可滑动板条、 可移除 板条、 可伸缩设备等的形式。
还应该理解， 顶部结构 300 可以形成有与位于该结构内的 PV 30 的个数对应的多个可调节顶部 304， 从而允许将膜装入位于该结构内的任意一个 PV 30 或将膜从该 PV 中卸 除。另外， 顶部可以适于打开在一整行 PV 上方， 从而允许吊架构造沿着该行自由地移动。
另外， 根据具体设计， 吊架构造 200 可以定位在该结构外部， 即， 在顶部上方， 并且 在膜的装入 / 卸除过程中降低而穿过顶部， 例如， 穿过打开的顶部。
此外， 应该理解， 这种布置提供一种该结构的显著更紧凑的设计， 并且其顶部可以 紧邻 PV 30 的顶端设置。
现在转到图 5A 和图 5B， 示出了多个膜 40 一个堆叠在另一个的顶部上地容纳在 PV 30 内， 这些膜的渗透管 42 完全对准， 以形成 PV 30 的共用渗透管。每个膜 40、 或至少最下 面的膜、 以及前部渗透物出口 34F 设计成使得当膜处于其在 PV 30 的底端 32B 处的位置时， 膜的渗透管 42 密封地连接至前部渗透物出口 34F。类似地， 每个膜 40、 或至少最上面的膜、 以及盖 31 设计成使得在将盖 31 放置到其在 PV 30 的顶端 32T 处的位置时， 形成于盖中的 后部渗透物出口 34R 密封地连接至最上面的膜的渗透管 42。
膜 40 此外适于彼此连接。出于此目的， 每个膜 40 的渗透管 42 和外壳 46 均比螺 旋缠绕元件 44 轴向地延伸更远， 即， 每个渗透管 42 和外壳 46 均具有超出螺旋缠绕元件 44 的延伸部分 43 和 48。因此， 当如图 5B 所示的定位两个膜 40a、 40b 时， 其渗透管 42a 和 42b 的延伸部分 43a、 43b 彼此接触， 并且因此其外壳 46a 和 46b 的延伸部分 48a、 48b 彼此接触。
因此， 上膜 40a 的重量大部分由下膜 40b 的外壳 46b 支撑。出于此目的， 每个膜 40 的外壳 46 均设计成具有足够的厚度， 并且由允许外壳 46 支撑堆叠在其上的期望个数的膜 40 的重量的适当材料制成。这种材料可以是例如 FRP 纤维和 / 或环氧树脂。
图 5B 示出了将两个膜 40a、 40b 彼此接合的一种可行方式。这通过使用紧固件 72 形式的接合器 70 来实现， 该紧固件安装在渗透管 42a、 42b 的延伸部分 43a、 43b 的外部上以 用于在其间提供牢固的密封接合。接合器 70 的紧固件 72 可替代地安装在渗透管 42 的延 伸部分 43a、 43b 的内部上 ( 未示出 )。
接合器可以可选地包括用于测量膜 40 和 / 或通过该膜的流体的工作参数的感测 系统， 以用于确定膜的工作状态。
图 5B 示出了一个这种感测系统， 该感测系统包括两个感测器 74 和 76， 它们适于以 本身已知的方式分别测量通过接合器 70 的水的质量和流速。
每个感测器 74、 76 均可以持续地工作， 测量在脱盐系统 20 的整个工作过程中的参 数。可替代地， 每个感测器 74、 76 均可以适于分段工作， 按照预定时间段、 或依据来自外部 源的提醒对以上参数取样。
每个感测器 74、 76 还适于将基于由此进行的测量而产生的数据传输至外部源， 例 如， 位于所述 PV 30 外部的读取器， 如将参照图 5A 进一步说明的。
感测器 74、 76 可以适于利用内部电源 ( 例如电池 ) 或外部源 ( 例如通过来自该外 部源的电感 ) 工作。
应该指出， 感测器 74、 76 的位置并不限于接合器 70， 并且它们可以位于渗透管 42 内， 位于螺旋缠绕元件 44 内， 甚至位于 PV 30 的内侧壁上。 通常， 感测器 74、 76、 或用于测量 膜 40 和 / 或通过该膜的流体的工作参数的任何其它装置可以位于沿着膜 40 的轴向延伸的 任意位置。然而， 应该理解， 要求适于测量通过 PV 30 的水的质量的感测器 76 与通过膜 40 的流体 ( 例如， 进料、 渗透物、 废物 ) 直接接触。参照图 5A， 系统 20 可以进一步设置有数据读取设备 80， 该数据读取设备包括读取 器 82、 电缆 84 以及适于连接至锚定管线 60 且可选地连接至主机 (MFC) 的位移机构 86。数 据读取设备 80 设计成通过位移机构 86 可使其水平地移动， 并且， 读取器 82 设计成通过电 缆 84 可使其竖直地移动。
读取器 82 适于构成用于感测器 74、 76 的电源， 从而在邻近一个感测器定位时， 两 个物体之间的电感启动感测器 74、 76， 以进行测量并将测得的数据往回提供给读取器 82。 数据从感测器到读取器的传输以无线方式执行。
在组装时， 将位移机构 86 定位在系统 20 的竖直定向的 PV 30 的阵列上方， 所有 PV 都可具有如上所述的感测器。为了收集来自容纳在一个竖直设置的 PV 30 内的感测器 74、 76 中的一个测量结果， 执行以下步骤 ：
a) 将位移机构 86 水平地移动至其在期望的 PV 30 上方的位置 ；
b) 沿着 PV 30 向下移动读取器 82， 以与感测器 74、 76 对准 ；
c) 通过读取器 82 操作感测器 74、 76， 以进行所需的测量 ；
d) 通过读取器 82 收集来自感测器 74、 76 的数据 ； 以及
e) 将数据传输至 MFC。 在实践中， 可对每个 PV 30 的每个膜 40 执行以上步骤， 以接收尽可能多的数据。
通常， PV 30 的竖直定向便于对附件 ( 例如， 读取器 82 和锚定设备 50) 的操纵， 并 且便于对膜 40 的操纵。这又消除了对用于在具有水平定向的 PV 的已知脱盐系统中使用的 这些元件的水平位移的复杂运输构造的需求。
图 6A 示出了可通过读取器 82 由单个 PV 30 的 #1 到 #7 膜进行的测量。测量结果 的组 90 包括表示经过螺旋缠绕元件 44 的流速 ( 即， 渗透速度 ) 的测量结果 91 至 97， 并且， 测量结果的组 100 包括表示螺旋缠绕元件 44 的废物侧或渗透物侧上的盐度的测量结果的 101 至 107， 每个测量结果均与 #1 到 #7 膜中的一个对应。
如从以上得到的测量结果可以观察到的， 当水通过 PV 30 前进时， 废物侧的盐度 增加， 而通过螺旋缠绕元件 44 的渗透速度减小。然而， 对于系统 20 的操作者来说， 这并非 表示 #1 到 #7 膜中的任何一个出现任何故障或损坏。
转到图 6B， 同样示出了执行数据分析 ( 包括对其值进行归一化 ) 之后的测量结果。 现在可以观察到， #3 膜表明比所有其他的 #1 至 #2 和 #4 至 #7 膜在废物侧上低的渗透速度 及高的盐度。对于操作者来说， 这可能表示 #3 膜受损并需要替换。这里应该指出， 对数据 的分析允许提供关于 PV 的膜的功能但不需要操作者理解所显示的测量结果的真正意义的 图表显示。换句话说， 仅要求操作者识别表明其功能不同于其它膜的膜。
应该理解， 上文中描述的所有工作 ( 包括 PV 30 的装入、 收集测量结果、 检测故障 膜， 以及替换故障膜 ) 可通过由 MFC 控制的全自动处理来实现， 而不要求存在操作者。 例如， MFC 可编程为使得数据读取设备 80 系统地收集来自系统 20 的所有膜 40 的测量结果， MFC 分析收集的数据， 并且当检测到故障膜时， 如上所述地执行膜的自动替换。
出于此目的， 每个 PV 30、 以及每个膜 40 均可装配有指示 PV 30 和特定 PV 30 内的 膜 40 的精确位置的索引模块。该索引允许 MFC 定位膜 40 的精确位置， 指示锚定模块 56 和 位移机构 86 精确地移动至哪个位置。
现在转到图 10A 至图 10C， 示出了一种用于测量 PV 30 内的流体的流速的结构和方
法。示出了 PV 包括附接至进料管线的进料入口 Fin、 附接至盐水管线的盐水出口 B、 前部产 品出口 PF 和后部产品出口 PR。供应管线设置有测试物质入口 R 和第一测试感测器 S1， 并且 盐水管线设置有第二测试感测器 S2。
在工作中， 为了测量流速， 将测试物质 ( 例如， 若丹明 ) 引入测试物质入口 R 中， 其 中， 该测试物质首先由第一测试感测器 S1 检测， 此后与待脱盐的流体一起朝着 PV 的盐水出 口 B 流动， 在盐水出口， 该测试物质由第二测试感测器 S2 检测。
每个感测器 S1、 S2 均提供测试物质的两个测量参数 - 其浓度 C 和测量时间 t。因 此， 可形成图 10C 所示的图表， 其表示将若丹明引入 PV 中的平均时间 tF 及其在那时的浓度 CF、 以及若丹明已离开 PV 的平均时间 tB 及其在那时的浓度 CB。
从关于每个 PV 获得的以上数据， 关于每个 PV 的流速 Q 可用以下一组等式计算 ：
膜质量平衡等式 ： QFeed ＝ QProduct+QBrine ；
若丹明质量平衡等式 ： QFeed·CFeed ＝ QProduct·CProduct+QBrine·CBrine ；
应该指出， 若丹明分子很大， 以便穿过膜的壁， 因此， 进入 PV 的所有若丹明都留在 膜的盐水侧上， 因此， 浓度 CProduct ＝ 0。
因此， 得出以下等式 ：
回收率由公式给出 和以上得出以下等式 ：利用表示通过 PV 的流速的等式， 可以表示为 ： 其中， A 是用于流体流动的横截面面积， L 是 PV 的长度， Δt用 tF-tB 表示。
因此， 得出以下等式 ：
并且， 该等式中的所有参数都从 PV 的设计已知， 或通过感测器 S1、 S2获得。 感测器的以上布置和计算向每个 PV 提供流速。
另外， 应该理解， 使用这种用于测量流速的方法消除了对昂贵的流量计及其使用 所需的额外管道设计的需求 ( 通常， 为了正确地测量流速， 需要将流量计定位在不会产生 湍流的管道段内， 因而需要在流量计之前为 2D 且在流量计之后为 5D 的管道段， D 是管道的 直径 )。这极大地有助于整个脱盐系统的更紧凑和节省空间的设计。
另外， 参照图 10B， 观察到， PV 接收来自与相同行中的每个 PV 相关 ( 未示出其它 PV) 的共用进料管线的进料入口。因此， 共用进料管线具有与此 PV 行的第一端相关的第一 端和与此 PV 行的第二端相关的第二端。在本实例中， 共用进料管线适于接收来自第一端及 第二端的进料流体 ( 双侧进料 )， 因此允许减小管道的直径 D。
减小管道的直径允许对应的各行 PV 之间具有更密的间隔。
特别参照图 11A 和图 11B， 图 11A 示出了包括多行 PV 的脱盐系统， 其中， 流量计与 单侧进料一起使用， 而图 11B 示出了包括相同个数的 PV 的另一种脱盐系统， 其中， 测试物质 与双侧进料一起使用。
在图 11B 中， 整个系统的长度是 L， 宽度是 W， 这用于直径 D 的共用进料管线。还观 察到， 共用进料管线 CFL 具有直径 D。相反地， 在图 11B 中， CFL 具有直径 d ＝ D/2， 因此允 许更密且节省空间的布置。 此外， 使用若丹明而非流量计允许消除 CFL 的额外段 AS， 得到尺 寸 1 ＜ L、 且 w ＜ W 的脱盐系统。
本发明所属领域的技术人员应该容易理解， 在不背离本发明的范围的前提下， 加 上必要的变更， 能做出许多变化、 变型和修改。