在管道系统中在线使用的晶片形的中空纤维模块

摘要

一种适于在管道系统中在线使用的晶片形的中空纤维模块。管道系统可包括两个标准栓接法兰连接件以及密封在这两个标准栓接法兰连接件之间的至少一个晶片形的中空纤维模块。晶片形的中空纤维模块包括：圆筒形壳体，该圆筒形壳体具有开口端和封闭端，该封闭端具有第一密封表面和入口；至少一个侧口，所述至少一个侧口穿过所述圆筒形壳体；以及端盖，该端盖联接到所述开口端，所述端盖具有第二密封表面和出口。

说明书

相关申请

本申请要求于2008年6月5日提交的序列号为No.61/059,054的美国临时申请的权益。

发明领域

本申请涉及中空纤维模块，具体而言，涉及一种在新的或现有的管道系统中在线使用的晶片形的中空纤维模块及其制造方法。

发明背景

中空纤维膜接触器可用于多种用途，包括但不限于：从液体中去除所带有的气体、对液体脱泡、过滤液体、以及向液体添加气体。膜接触器可用于多种不同的应用中，例如，中空纤维膜接触器可用于水的在线pH调节。

细长的圆筒形的中空纤维膜接触器的当前设计包括嵌入在由封装材料制成的相对的孔环中的中空纤维衬垫，这里，中空纤维构件的端部是开口的。然后，这些嵌入的衬垫沿着中空纤维构件的主轴线插入到细长的圆筒形壳体中，以形成装置。当前设计是有效的，但会有一个或多个问题。

当前设计可能存在的一个问题是壳体可能使得模块不能容易地与新的或现有的管道系统(如管道、管子、导管等)在线地安装、替换或维护。当前设计可能存在的另一问题是与流体经过装置的移动相关联的压降的量。

设计了根据本发明至少一个实施例的在新的或现有的管道系统中在线使用的晶片形的中空纤维模块，以解决这些问题中的一个或多个。

发明内容

根据本发明的至少一个实施例包括一种在管道系统中在线使用的晶片形的中空纤维模块。在这个实施例中，管道系统包括：两个标准栓接法兰连接件，以及密封在这两个标准栓接法兰连接件之间的至少一个晶片形的中空纤维模块。在至少一个实施例中，晶片形的中空纤维模块包括：圆筒形壳体，该圆筒形壳体具有开口端和封闭端，该封闭端具有带入口的第一密封表面；穿过圆筒形壳体的至少一个侧口；联接到所述开口端的端盖，该端盖具有带出口的第二密封表面；包括多个中空纤维的位于圆筒形壳体内的膜衬垫的层叠件；封装材料，该封装材料将膜衬垫彼此相粘接，同时将所述层叠件的一端粘接到圆筒形壳体的封闭端，并将层叠件的另一端粘接到端盖，从而在壳体内限定内室和至少一个外室；以及入口和出口与内室连通。

对附图的简要说明

为了说明本发明，在附图中示出了现在为优选的实施方式；但是，应该理解，本发明不限于所示出的具体布置和构造。

图1是根据本发明至少一个实施例的晶片形的中空纤维模块的立体剖视图。

图2是带有在线安装的图1中的晶片形的中空纤维模块的管道系统的立体图。

图3是带有在线安装的图1中的晶片形的中空纤维模块的图2中的管道系统的剖视图。

图4是根据本发明至少一个实施例的处理至少一个流体流路的方法的一个实施例的示图。

图5是根据本发明至少一个实施例的晶片形的中空纤维模块的制造方法的一个实施例的示图。

图6A-6C是根据本发明所选择的实施例的叠排的模块的示意图。

对发明的详细说明

参照附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，在图1中示出了晶片形的中空纤维模块14的实施例。晶片形的中空纤维模块14可用于提供与新的或现有的管道系统10在线安装、替换或维护的中空纤维模块，如图2所示。晶片形的中空纤维模块14一般可包括圆筒形壳体16、端盖28、封装材料38以及层叠的膜衬垫(一叠膜衬垫、膜衬垫的层叠件)34。可优选的是：模块14可包括再生的、天然的、能再生的、能循环利用的、生物基的或类似的材料，或者模块14可由再生的、天然的、能再生的、能循环利用的、生物基的或类似的材料制成；模块14可被制成为易于再循环，例如模块14可由能拆分的部件构成；和/或圆筒形壳体16可以是能重复使用的，等等。该模块可用于商业、工业、公共事业、住宅、军事、航天、航空、海事、市政、和/或类似的应用。

对于晶片形的中空纤维模块14，可包括圆筒形壳体16。见图1。圆筒形壳体16可用于容纳层叠的膜衬垫34。圆筒形壳体16可以为任何用于容纳层叠的膜衬垫34的装置。圆筒形壳体16可以为具有封闭端20、开口端18以及至少一个侧口26的普通晶片形壳体。圆筒形壳体16的大小可以用于容纳层叠的膜衬垫34。圆筒形壳体16可具有任何内部形状，包括但不限于圆形内部形状或双“D”形内部形状。封装材料38可将圆筒形壳体16划分成内室40和至少一个外室42。圆筒形壳体16、侧口26和端盖28可以由任何材料制成，包括金属、塑料或合成物。优选地，圆筒形壳体16可以为模制件。例如，圆筒形壳体16、侧口26和端盖28可以由刚性材料诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene，“ABS”)或聚碳酸酯(polycarbonate)制成。圆筒形壳体16可具有由从中心到其外边缘的距离限定的壳体直径44。

在一个实施例中，圆筒形壳体16的尺寸大小可以用于提供模块14的形状和大小，以允许模块14被定位在管道系统10的两个标准栓接法兰连接件12之间(见图2和图3)。例如，对于4英寸直径的管道，壳体直径44可以为大约6.75英寸。这可允许在适于装配4英寸直径管道62的标准栓接法兰连接件12的螺栓13之间容易地安装、替换或维护模块14。

端盖28可联接到圆筒形壳体16的开口端18。见图1。端盖28可以用于封闭圆筒形壳体16。在层叠的膜衬垫34插入到圆筒形壳体16之后，端盖28可被联接到圆筒形壳体16的开口端18。优选地，端盖28可通过气密密封联接到圆筒形壳体16的外壁。这样的密封手段可包括胶粘、焊接、旋转焊接、螺纹连接、O形环等。出口32可以被包括在端盖28中。端盖28还可包括第二密封表面30。在一个实施例中，端盖28可包括在内侧的环形槽，以允许气流通过所有顶部空间70。

入口24和出口32可被包括在晶片形的中空纤维模块14中。见图1。封闭端20可包括用于接收流体进入到圆筒形壳体16中的入口24。可通过封闭端20中的开口25来限定圆形入口24。端盖28可包括用于从圆筒形壳体16中排出流体的出口32。可通过端盖28中的开口33来限定圆形出口32。入口24和出口32可通过内室40而彼此连通。入口24和出口32相结合可允许流体流路或流体流在内室40中移动通过圆筒形壳体16。入口24和出口32可以为可逆的，允许流体流路沿着任一方向流过晶片形模块14。入口24和出口32可以分别是在封闭端20和端盖28中的开口。在开口端18和封闭端20中的这些开口可以是任何形状，包括但不限于圆形。

流体流路可以是任何流体流路，包括但不限于液体流路、气体流路、真空流路、环境空气流路、超临界流体、或者取决于模块14的预期应用的任何其它流体流路。这里所使用的液体或液体流路可以是任何类型的液体，包括但不限于：RO渗透、RO浓缩、地下水、地表水、去离子水、蒸馏水、超纯水、显影溶液、涂渍溶液、尿、血、化学品、人类消费用的液体、或者任何其它液体或混合物。这里所使用的气体或气体流路可以为任何类型的气体，包括但不限于：烟气、排出气体、氨、氩、硫化氢、氯化氢、氯水、CO₂、SO₂、NO₂/NO(NO_X)、氨水、H₂S、或者任何其它气体或混合物。

至少一个侧口26可以设置在圆筒形壳体16中。见图1和图2。侧口26可以位于开口端18和封闭端20之间的任何位置。侧口26可经由外室42与层叠件34的中空纤维36连通。优选地，存在一个位于各外室42的中心的侧口26。另外，每个侧口26可设有可拆卸的配件，包括但不限于：快速连接配件、螺纹配件、压缩配件、扭锁配件、鲁尔(Luer)配件、或者其它用于与真空流路、气体流路、液体流路或任何其它类型的流体流路相连的配件。在一个实施例中，侧口26可用于经由外室42对中空纤维36提供真空或部分真空。在另一实施例中，侧口26可用于使通过模块14的气体从一个外室42经过中空纤维36掠向另一外室42。在又一实施例中，侧口26可用于经由一个或多个外室42向中空纤维36提供增压气体。在又一实施例中，侧口26可用于使液体经由一个或多个外室42移动通过中空纤维36。

第一密封表面22可包括在封闭端20上。见图1。第一密封表面22可用于提供用标准栓接法兰连接件12b来密封晶片形的中空纤维模块14的表面(应理解，模块14是可逆的，第一密封表面22可被密封至栓接法兰连接件12a或12b)。见图2。第一密封表面22可以为封闭端20上能够利用标准栓接法兰连接件12b密封晶片形的中空纤维模块14的任何表面，包括但不限于平坦表面。这个平坦表面可以通过任何手段被密封到标准栓接法兰连接件12，包括平坦壁或标准垫圈(诸如塑料垫圈、橡胶垫圈、O形环、环形纸垫圈、胶、填缝等等)。在一个实施例中，第一密封表面22可由第一外侧半径50和第一内侧半径52限定。第一外侧半径50可以为圆筒形壳体16的半径，第一内侧半径52可以为入口24的半径。在一个实施例中，第一密封表面22可以由第一外侧半径50与第一内侧半径52之间的至少约0.1英寸的差限定。在优选实施例中，第一密封表面22可以由第一外侧半径50与第一内侧半径52之间的至少约0.188英寸的差限定。

第二密封表面30可包括在端盖28上。见图1。第二密封表面30可以用于提供用标准栓接法兰连接件12a来密封晶片形的中空纤维模块14的表面(应理解，模块14是可逆的，第二密封表面30可被密封至栓接法兰连接件12a或12b)。见图2。在一个实施例中，第二密封表面30的尺寸可与第一密封表面22的尺寸相同，但在晶片形的中空纤维模块14的相对端部上。第二密封表面30可为端盖28上能够利用标准栓接法兰连接件12a密封晶片形的中空纤维模块14的任何表面，包括但不限于平坦表面。这个平坦表面可以通过任何手段被密封到标准栓接法兰连接件12，包括平坦壁或标准垫圈(诸如塑料垫圈、橡胶垫圈、O形环、环形纸垫圈、胶、填缝等等)。在一个实施例中，第二密封表面30可由第二外侧半径56和第二内侧半径58限定。第二外侧半径56可为端盖28的半径，第二内侧半径58可为出口32的半径。在一个实施例中，第二密封表面30可由第二外侧半径56与第二内侧半径58之间的至少约0.1英寸的差限定。在优选实施例中，第二密封表面30可由第二外侧半径56与第二内侧半径58之间的至少约0.188英寸的差限定。

膜衬垫的层叠件34可插入到圆筒形壳体16中。见图1。膜衬垫的层叠件34可夹置于封闭端20和端盖28之间。封装材料38可将层叠件34粘接在一起，并将其在圆筒形壳体16中保持入位。层叠件34中的膜衬垫可被叠置以使得每个膜衬垫的中空纤维构件36对齐，从而允许气体掠过晶片形的中空纤维模块14。层叠件34中的膜衬垫也可被叠置以使得每隔一个膜衬垫的中空纤维构件36垂直对齐，从而允许气体在模块14中沿两个不同方向掠过或者允许两种不同气体掠过模块14。可以以包含多个结合在一起的中空纤维构件36的大致平面结构将膜衬垫编织、针织或结合在一起。膜衬垫可大体垂直于圆筒形壳体16的纵轴线叠置。层叠件34中的膜衬垫的尺寸可稍小于圆筒形壳体16，使得当层叠件34插入到圆筒形壳体16中时，在层叠件34的周向边缘68与圆筒形壳体16的内壁之间可产生顶部空间70(见图1)。层叠件34中的膜衬垫可被切割成任何形状，包括但不限于圆形或双“D”形。

根据至少一个实施例，有效的膜衬垫的层叠件34的纵横比(“有效层叠纵横比”)定义为有效层叠直径(封装材料内部的直径或者入口的直径，两者之中较小的那个值)相对于层叠厚度之比。例如，根据所选择的实施例，有效层叠纵横比可以在约1～8的范围内，优选取自约1～6，更优选取自约1～4，最优选取自1.5～3。应理解，取决于模块的具体用途、预期压降、模块制造工艺、和/或类似方面，有效层叠纵横比可以更大或更小。

根据至少某些具体示例，模块14可包括具有如下近似有效层叠直径和层叠厚度的膜衬垫层叠件：1英寸直径及1/2英寸厚度，2英寸直径及3/4英寸厚度，3英寸直径及1英寸厚度，4英寸直径及1.5英寸厚度，6英寸直径及3英寸厚度，8英寸直径及3英寸厚度，等等。

中空纤维构件36可包括在层叠的膜衬垫34中。见图1。中空纤维构件36可具有经由一个或多个外室42与侧口26连通的开口端。中空纤维构件36可用于在内室40和一个或多个外室42之间连通，允许例如从液体中去除所带的气体、对液体脱泡、过滤液体、对液体加气、对气体增湿等等。在一个实施例中，中空纤维构件36可从内室40延伸穿过封装材料38进入一个或多个外室42。层叠的膜衬垫34的中空纤维构件36可以具有相同的材料和特性，或者可以具有各种不同的材料和/或特性。中空纤维构件36可以是具有腔和围绕该腔的壁的纤维。中空纤维构件36可具有无孔壁、多孔壁或多微孔壁(例如，匀称孔、非匀称孔、皮膜等)。中空纤维构件36可由任何合适的材料制成。这样的材料包括聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯)、聚砜类(例如，聚砜、聚醚砜、聚芳砜)、纤维素及其衍生物、PVDF、聚苯醚(poly phenyl oxide，PPO)、PFAA、PTFE、其它氟化聚合物、聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺、离子交换膜(例如，Nafion)等等。

封装材料38可用于在晶片形的中空纤维模块14内提供防流体泄漏的环形壁或部分环形壁。见图1。封装材料38可以是将圆筒形壳体16划分成内室40和至少一个外室42的防流体泄漏的环形壁或部分环形壁。由封装材料38限定的防流体泄漏的环形壁或部分环形壁可被粘接到封闭端20和端盖28，并且可在层叠件34的每个膜衬垫之间进一步连续或构成整体。这可允许封装材料38将装置的强度分布至圆筒形壳体16和端盖28。封装材料38可保持圆筒形壳体16与在封闭端20和端盖28之间的膜衬垫的层叠件34之间的防流体泄漏的接合。封装材料38可以为任何材料，例如，任何合适的热固性材料或任何合适的热塑性材料。用作封装材料38的示例性材料包括但不限于环氧树脂、聚烯烃和聚亚安酯(聚氨酯，polyurethane)。

在圆筒形壳体16内，内室40可通过封装材料38而与一个或多个外室42分隔开。见图1。内室40可与入口24以及出口32连通。内室40可用于允许流体流路或流(气体、液体、空气等)移动通过晶片形的中空纤维模块14中的层叠的膜衬垫34。内室40的直径可等于周围封装材料38的直径。

至少一个外室42可包括在圆筒形壳体16中。见图1。一个或多个外室42可用于为层叠的膜衬垫34的周向边缘提供空间，这里，中空纤维构件36的端部可保持打开并与侧口26连通。顶部空间70可包括在一个或多个外室42中。外室42可允许中空纤维构件36从顶部空间70连通到侧口26。

顶部空间70可包括在外室42中。见图1。顶部空间70可由层叠的膜衬垫34的周向壁与圆筒形壳体16的内表面之间的空间限定。顶部空间70可允许侧口26与层叠的膜衬垫34的中空纤维构件36的开口端之间连通。在一个实施例中，顶部空间70可包括多个导流片，用于引导流体流过顶部空间70。

晶片形的中空纤维模块14可作为短筒管件(本领域中称为“晶片”)插在两个标准栓接法兰连接件12之间。见图2。将晶片形的中空纤维模块14插在两个标准栓接法兰连接件12之间可允许模块14容易地与新的或现有的管道系统10在线地安装、替换或维护。为了本发明的目的，模块14与新的或现有的管道系统“在线”地安装、替换或维护指的是模块14被直接安装在管道系统的管路的流动路径中。标准栓接法兰连接件12可连接到管路62以形成管道系统10。

管道系统10可以是任何新的或现有的管道系统，包括但不限于管道系统、导管系统、管子系统、或任何类似的其它管路系统。管道系统10可包括任何公知的管道系统部件。在一个实施例中，管道系统10可包括安装在两个标准栓接法兰连接件12之间的晶片形的中空纤维模块14。见图2和图3。管道系统10可包括被连接到管路62的标准栓接法兰连接件12。管路62可以是任何管路，包括但不限于管道、导管、管子或者任何类似的其它管路。管道系统10可具有任何尺寸的管路。在一个实施例中，管道系统10可具有直径在1/2英寸和24英寸之间的管路。

标准栓接法兰连接件12可包括在管道系统10中。见图2。标准栓接法兰连接件12可用于允许晶片形的中空纤维模块14与任何新的或现有的管道系统在线地使用。标准栓接法兰连接件12可以是能够允许晶片形的中空纤维模块14与任何新的或现有的管道系统在线使用的任何标准栓接法兰连接件，包括但不限于任何尺寸、任何材料以及任何形状的栓接法兰连接件。在一个实施例中，标准栓接法兰连接件12可以是日本工业标准(“JIS”)栓接法兰连接件。在另一实施例中，标准栓接法兰连接件12可以是由美国标准协会确定的美国国家标准学会(“ANSI”)栓接法兰连接件。两个标准栓接法兰连接件12(在图2中由12a和12b表示)可通过多个螺栓13连接，并可通过第一密封件48和第二密封件54密封到晶片形模块14的两侧。

多个螺栓13可包括在标准栓接法兰连接件12中。见图2和图3。螺栓13可用于将栓接法兰连接件12连接在晶片形模块14的每侧。多个螺栓13可包括任何数目的螺栓，包括但不限于4个螺栓、5个螺栓、6个螺栓、7个螺栓、8个螺栓、12个螺栓、16个螺栓或20个螺栓。螺栓13可具有任意的直径。螺栓13的直径可稍小于相关联的螺栓孔的直径47。见图3。例如，螺栓13可具有比螺栓孔直径47小约1/8英寸的直径。螺栓孔直径47可以为任意大小。为了将模块14安装在两个标准栓接法兰连接件12之间，至少一半螺栓13可被移除并且剩余螺栓可被松开，以允许模块14被定位在两个法兰连接件12之间。一旦模块14被定位在两个法兰连接件12之间，所移除的螺栓13可被插回到它们相应的螺栓孔中。然后，可紧固螺栓13以在标准栓接法兰连接件12与晶片形模块14之间产生密封。

多个螺栓13可具有螺栓圆直径46，该螺栓圆直径46由从标准栓接法兰连接件12的中心到每个螺栓13的中心的距离限定。螺栓13的内侧部分可将晶片形的中空纤维模块14定位在标准栓接法兰连接件12之间。因此，壳体直径44应近似为螺栓圆直径46与螺栓孔直径47之差。在一个实施例中，壳体直径44可稍小于螺栓圆直径46与螺栓孔直径47之差。这可允许模块14更易于安装在多个螺栓13之间。在另一实施例中，壳体直径44可近似等于螺栓圆直径46与螺栓孔直径47之差。在另一实施例中，壳体直径44可近似等于螺栓圆直径46与螺栓孔直径47之间所设置的容差。在又一实施例中，壳体直径44可比螺栓圆直径46与栓孔直径47之差小约0.015英寸。

下表基于将要在线安装的管道系统模块14的直径给出了相应圆筒形壳体16的直径的近似尺寸的例子(见图3)：

上表中的这些数字基于ANSI B16.5150级锻造法兰。但是，这些数字仅仅是用以确定壳体直径44的计算的代表，本发明不限于这些特定的栓接法兰连接件。

第一密封件48和第二密封件54可包括在管道系统10中。见图2。第一密封件48可将栓接法兰连接件12a密封至端盖28的第二密封表面30，第二密封件54可将栓接法兰连接件12b密封至封闭端20的第一密封表面22，反之亦然。第一密封件48和第二密封件54可以是适于将栓接法兰连接件12密封到晶片形模块14的任何类型的密封件，包括但不限于平坦表面或标准栓接法兰垫圈。

晶片形的中空纤维模块14可提供超过本领域中公知的用于从液体中去除所带的气体或对液体脱泡的其它装置的多种性能增强。这些优点包括但不限于：由于非常小的横向流动距离以及最大的横截面流动面积而带来的最小的壳侧压降；可以以最小的结构变形来将模块14容易地安装、替换、或维护于新的或现有的管道系统中(绝大部分现有的设计是庞大的，并经常涉及复杂的管道变更)；由于对膜衬垫的公知的制造技术而带来的低制造成本(例如，见美国专利申请公开文献No.2006/0163140和No.2007/0278145)；以及该设计是能层叠的(换言之，能够背对背或背对面地串联放置多个晶片)。

例如，晶片形的中空纤维模块14由于其设计而可以被安装和密封在两个标准栓接法兰连接件12之间。模块14的晶片形状允许模块14容易地与新的或现有的管道系统在线地安装(或后期替换或维护)，如管道系统10。还因为中空纤维模块14的晶片形设计，具有与其直径相比较低的轮廓，所以其可以提供从入口24到出口32的较少限制的流动路径，这使得移动通过内室40的流体的压降较小。这个压降由图2中的箭头66表示。移动通过内室40的流体的压降越小，晶片形模块14对管道系统10中的流体流路可能具有的影响越小。在一个实施例中，对于约4英寸直径的内室40来说，在10标准升/分钟的气体流速的情况下，穿过内室40的压降66(如通过两个标准栓接法兰连接件12之间的压降来测量)可以小于约1.5psi(磅/平方英寸)。在优选实施例中，对于约4英寸直径的内室40来说，在10标准升/分钟的气体流速的情况下，在两个标准栓接法兰连接件12之间穿过内室40的压降可以小于约0.1psi。在一个实施例中，对于具有约4英寸直径的内室40以及约2英寸厚度的层叠的膜衬垫34的模块14来说，流速为1.0升/分钟的氯化钠盐水溶液的压降(dP)可以小于1.0psi。在一个实施例中，水以10升/分钟流过4英寸直径的内室40的压降可以小于1.5psi。作为这些增强性能的结果，晶片形的中空纤维模块14可容易地与新的或现有的管道系统在线地定位(安装、替换或维护)。

晶片形的中空纤维模块14可理想地适合于多种需要气体处理(与水处理相对)的气体传输应用。示例包括但不限于：在利用化学吸收剂或非化学吸收剂的净化工艺中从空气或沼气中去除CO₂、SO₂、NO₂/NO(NO_X)、氨、H₂S(或者任何其它不期望的物种)；通过水蒸气在气相和液相之间转变来对空气或工艺气体加湿或除湿。在上面列出的气体处理应用的两个例子中，气相在壳侧(外侧)流动，液体流过中空纤维36的内部。因为在壳侧的实质上可忽略的压降，所以可“在线地”安装这些装置，而无需升级现有的空气移动设备(鼓风机或压缩机)。

本发明的晶片形的中空纤维模块14不限于气体流。其还非常有效地作用于液体流的脱气和加气应用，例如饮料的在线碳化、水的在线pH调节、以及从水溶液脱除所溶的气体。在这些应用中，水在壳侧流动，气相(处于高压或真空下)流过腔侧。

参看图6，此装置的另一应用是首尾相连地叠置多个这样的模块14，每个模块14具有相同或不同的纤维类型。例如，一个晶片形模块14可选择性地从气流中去除一种成分，第二个晶片形模块14可选择性地去除不同的成分，第三个晶片形模块14可用于热交换、过滤等等。图6A示出了两个模块，图6B示出了三个模块，图6C示出了五个模块。应明白的是，可能需要更长的螺栓，并且垫圈可用于模块之间。

在操作中，晶片形的中空纤维模块14可与新的或现有的管道系统10在线地使用，以从流体中去除所带的气体、对流体脱泡、过滤流体、对液体加气、或对流体增湿。例如，第一流体流路(即，气体、液体、空气等)可经由入口24引入到晶片形的中空纤维模块14中，并经由出口32排出(或者反之亦然)。随着流体经过中空纤维构件36的外表面，可经由第二流路(气体、液体、空气、真空等)去除气体(所携带的气体或气泡)或添加气体，以及可阻滞不期望的物质(过滤)。取决于模块的应用，中空纤维36的特性可改变(可使用不同类型的中空纤维和/或可使用不同的中空纤维布置)。

在去除所带气体模式、脱泡模式和/或过滤模式下，随着液体流过内室40，通过穿过中空纤维构件36的壁、进入腔、并经由顶部空间70和外室42从侧口26流出可将气体去除。通过经由侧口26施加真空或部分真空，可促进气体的去除。通过使气体经由侧口26掠过晶片形的中空纤维模块14，也可促进气体的去除。可经由侧口26掠过晶片形模块14从而促进从液体中除气的气体包括但不限于二氧化碳、氮气、氧气等。当晶片形模块14具有不止一个侧口26时，周围空气也可用来促进从液体中去除气体。一个侧口26可保持打开，而其它侧口26接通至真空管线。因而，当施加真空时，来自晶片形模块14外部的周围空气可掠过晶片形模块14。使气体掠过晶片形模块14也可促进去除晶片形模块14中的任何凝析积聚物。在至少一个过滤模式中，经由入口24(或出口32)引入被污染的流体并经由侧口26排出(或者反之亦然)。流体从内室40经过中空纤维构件36流到一个或多个外室42，其中，中空纤维构件36的壁阻滞污染物。

或者，在向液体添加气体的模式中，气体(诸如二氧化碳、氮气、氧气等)可引入到液体中。随着液体经由入口24或出口32流过内室40，可以通过侧口26以比内室40中液体低的压力引入气体。较低的压力允许气体被吸入液体中，这可减少液体中的气体起泡。然后，气体可从侧口26移到顶部空间70、进入中空纤维腔、穿过中空纤维构件36的壁流出、进入到液体中。

在从空气或沼气中去除气体如CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种的模式中，随着空气或沼气进入内室40，通过穿过中空纤维构件36的壁进入到腔中的吸收剂液体中，可以选择性地去除CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种，液体经由顶部空间70和外室42通过侧口26流出。如果气体物种与液体化学反应，则可促进CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种的去除。

在对流体流增湿或除湿的模式中(气体或液体)，随着流体流进入内室40，通过使增压的液体经由侧口26穿过中空纤维构件36以及允许来自液体的蒸汽穿过中空纤维构件36的壁进入到内室40中，可以对流体流增湿或除湿。应该明白，对一个或多个流体流的处理还可包括这样的工艺，如渗透、动态平衡、平衡、添加溶剂、将一种流体溶解到另一流体中、吸收、降低流体的凝析(例如通过加水)、以及任何其它这样的工艺。

如图4所示，在至少一个实施例中，处理流体流路的方法72可包括在本发明中。方法72可包括以下步骤：步骤74，提供至少一个晶片形的中空纤维模块14；步骤76，在两个标准栓接法兰连接件12之间将晶片形的中空纤维模块14安装到管道系统10中；步骤78，将晶片形的中空纤维模块14的侧口26附接到第一流体流；以及步骤80，使第二流体流路或流体流经由管道系统10穿过晶片形的中空纤维模块14的内室40。

在两个标准栓接法兰连接件12之间将晶片形的中空纤维模块14安装到管道系统10中的步骤76可包括在方法72中。见图3。步骤76可包括用于在两个标准栓接法兰连接件12之间安装晶片形的中空纤维模块14的任何步骤。步骤76可以是安装新的晶片形的中空纤维模块14，或者可以是替换或维护当前的模块14。在一个实施例中，步骤76可包括以下步骤：将至多一半数目的螺栓13插入到两个标准栓接法兰连接件12上的它们相应的孔中(必须是相邻的孔，使得两个标准栓接法兰连接件12的至少一半是开口的，以允许模块14被插入)；将模块14插在标准栓接法兰连接件12之间；利用插入的螺栓13将模块14定位；插入其余螺栓13；以及紧固螺栓13，从而将模块14密封在两个标准栓接法兰连接件12之间。

去除所带的气体、脱泡或过滤液体的步骤82可包括在利用晶片形模块14处理流体流路的方法72的一个实施例中。见图4。步骤82可包括用于去除所带的气体、脱泡或过滤液体的任何步骤，包括但不限于以下步骤：步骤84，将第一流体流路附接到真空或部分真空；以及步骤86，使液体移动穿过第二流体流路；由此，经由侧口26上的真空或部分真空执行去除所带的气体、脱泡、或过滤液体。

使气体掠过液体的步骤88可包括在利用晶片形的中空纤维模块14处理流体流路的方法72的一个实施例中。见图4。步骤88可包括用于使气体掠过液体的任何步骤，包括但不限于：步骤90，使气体穿过第一流体流路，从一个侧口26经中空纤维36并从另一侧口26排出；以及步骤92，使液体移动通过第二流体流路；由此，气体通过流过中空纤维36而掠过液体。在这个实施例中，晶片形的中空纤维模块14可包括与两个分隔开的外室42连通的两个侧口26。

对液体加气的步骤94可包括在利用晶片形的中空纤维模块14处理流体流路的方法72的一个实施例中。见图4。步骤94可包括用于对液体加气的任何步骤，包括但不限于以下步骤：步骤96，使增压的气体穿过第一流体流路，从一个侧口26经中空纤维36并从另一侧口26排出；以及步骤98，使液体移动穿过第二流体流路；由此，增压的气体通过流过中空纤维36而被加到液体。

去除CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种的步骤100可包括在利用晶片形模块14处理流体流路的方法72的一个实施例中。见图4。步骤100可包括用于去除CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种的任何步骤，包括但不限于以下步骤：步骤102，经由侧口26使液体移动穿过第一流体流路；以及步骤104，经由入口24和出口32使空气或沼气穿过第二流路；由此，通过穿过中空纤维36的液体，可以从空气或沼气中去除CO₂、SO₂、NO₂和/或其它不期望的物种。

对流体流增湿或除湿的步骤106可包括在利用晶片形的中空纤维模块14处理流体流路的方法72中的一个实施例中。见图4。步骤106可包括用于对流体流增湿或除湿的任何步骤，包括但不限于以下步骤：步骤108，经由所述侧口26使增压的液体移动通过第一流体流路；以及步骤110，经由所述入口24和所述出口32使流体流穿过第二流体流路；由此，通过水蒸气在气体流和移动穿过中空纤维36的增压的液体之间的转换可以对流体流增湿或除湿。

晶片形的中空纤维模块14可优选地制造如下：

可利用液体上液体(liquid-on-liquid)封装技术(下文详述)或者本领域公知的用于较大装置的辐射封装后机加工来生产晶片形的中空纤维模块14。

参看图1，圆筒形壳体16可填装有膜衬垫的层叠件34。层叠件34中的膜衬垫的尺寸大小可以为几乎填满圆筒形壳体16的空腔，并可以叠置成使得它们基本垂直于圆筒形壳体16的纵轴线。圆筒形壳体16和端盖28可由任何材料制成。这样的材料包括聚烯烃、聚氯乙烯、ABS、Noryl、PVDF、PFA、或其它氟化塑料、增强纤维塑料、聚砜类、聚碳酸酯、聚酰胺、金属等。

层叠件34中的膜衬垫可粘接、焊接、编织、非编织、针织、或者以其它方式结合在一起，呈大致平面结构，包含多个结合在一起的中空纤维构件36，也称为盘模块构造。膜衬垫的中空纤维构件36可以具有相同的材料和特性，或者可以具有各种不同的材料和/或特性。层叠件34中这些膜衬垫可从更大的织物切割成期望的尺寸和形状，以适配在圆筒形壳体16中。切割可通过冲切、超声波切割、刀切割(例如热刀切割)等来实现。

中空纤维构件36可以是具有腔和围绕该腔的壁的纤维。壁可具有外表面或壳。中空纤维构件36可具有无孔壁、孔壁、或微孔壁(例如，匀称孔、非匀称孔、皮膜等)。这些中空纤维可由任何材料制成。这样的材料包括聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯)、聚砜类(例如，聚砜、聚醚砜、聚芳砜)、纤维素及其衍生物、PVDF、聚苯醚(PPO)、PFAA、PTFE、其它氟化聚合物、聚酰胺、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺、离子交换膜(例如，Nafion)等等。

在层叠的膜衬垫34插入到圆筒形壳体16中之后，端盖28可放置在圆筒形壳体16的开口端18之上。端盖28可联接到圆筒形壳体16。这个联接可通过任何手段例如胶粘、焊接或螺纹连接来实现。端盖28可沿着其接触表面与圆筒形壳体16联接。圆筒形壳体16和端盖28可夹置层叠的膜衬垫34，并在制造工艺的下一操作中将层叠件34保持在适当的位置。

在旋转前，所有侧口26可被堵上。因为离心力会使得流体在侧口26所处的位置处流向圆筒形壳体16的外部，所以可将侧口26堵上以当壳体在之后的步骤中旋转时将流体保持在圆筒形壳体16中。可通过任何装置将侧口26堵上，包括但不限于软木塞、插头、阻挡件、帽盖等。可选地，可在添加封装材料之后通过例如钻或攻螺纹孔而将侧口加到壳体16。

圆筒形壳体16和端盖28可经由出口32或入口24装配到能使晶片形模块14围绕圆筒形壳体16的中心纵轴线旋转的装置上。

旋转期间，边界流体被引入到出口32或入口24中。边界流体由于离心力的作用而趋向圆筒形壳体16的内壁，从而形成边界壁或部分边界壁(取决于圆筒形壳体16的内部形状)。边界壁可为层叠的膜衬垫34的周向边缘68提供空间(外室42和顶部空间70)，从而在制造工艺的封装步骤中，中空纤维构件36的端部始终保持开口。

在引入边界流体之后，可将封装材料38引入到出口32或入口24中。封装材料38由于离心力的作用而趋向圆筒形壳体16的内壁上的边界流体。因为边界流体相对于封装材料38可为惰性的并可比封装材料38稠密，所以封装材料38在边界流体壁上形成孔环或部分孔环(取决于壳体16的内部形状)。优选地，当封装材料38已具有足够的时间凝固达到它不再流动或基本不再流动(即，保持或基本保持环形壁的形状)的程度时，停止旋转。

封装材料38可以为任何材料，例如热固化或热塑性材料。举例而言，这些材料的选择需考虑下列事项：与中空纤维构件36、圆筒形壳体16和端盖28的粘接强度，机械强度，以及耐化学性。用作封装材料38的示例性材料包括但不限于环氧树脂和聚烯烃。

前面描述的旋转步骤可进一步说明如下，应理解本发明不限于此：圆筒形壳体16可水平地旋转。旋转速度可为约150-5000rpm(例如，取决于封装材料粘度)。如果在室温下进行固化，则旋转直到基本没有流动会需要长达24小时或更长时间；但是，如果在较高温度下固化，则可缩短固化时间，例如，在50℃下固化，旋转时间可下降至约2小时，在65℃下固化，旋转时间可下降至约0.5-0.75小时。

在封装材料38固化之后，可打开侧口26。这个步骤允许倒空或去除边界流体。在打开侧口26之后通过如前面的步骤中那样旋转圆筒形壳体16可以促进边界流体的倒空。一旦边界流体被倒空，晶片形的中空纤维模块14就可处于其最终形式。

上面描述的这个液体上液体工艺(封装材料在边界液体上)可消除在封装之后对嵌入的层叠件机加工的需求，并且可消除任何额外的组装步骤。因此，与本领域公知的辐射封装后机加工的方法相比，这个工艺可显著缩短制造时间并显著降低制造成本。然而，本发明也可通过辐射封装后机加工的方法来实施。

处理流体流的方法可进一步包括从液体中去除所带的气体或气泡、或者过滤液体的步骤，该步骤具有以下步骤：将所述第一流体流路附接到真空或部分真空；以及使所述液体移动穿过所述第二流体流路；由此，通过在所述侧口上的所述真空或部分真空去除所带的气体、脱泡、或过滤所述液体。

处理流体流的方法可进一步包括使气体掠过液体的步骤，该步骤具有以下步骤：使气体穿过所述第一流体流路，从一个侧口经所述中空纤维并从另一侧口排出；以及使液体移动通过所述第二流体流路；这里，所述晶片形的中空纤维模块包括：与两个分隔开的外室连通的两个侧口；由此，所述气体通过流过所述中空纤维而掠过所述液体。

处理流体流的方法可进一步包括对液体加气的步骤，该步骤具有以下步骤：所述晶片形的中空纤维模块包括与两个分隔开的外室连通的两个侧口；使增压的气体穿过所述第一流体流路，从一个侧口经所述中空纤维并从另一侧口排出；以及使液体移动穿过所述第二流体流路；由此，所述增压的气体通过流过所述中空纤维而被加到所述液体。

处理流体流的方法可进一步包括从空气或沼气中去除CO₂、SO₂、NO₂/NO(NO_X)、氨、H₂S或其它不期望的物种的步骤，该步骤具有以下步骤：使液体移动穿过所述第一流体流路；使空气或沼气穿过所述第二流路；由此，通过所述液体穿过所述中空纤维而经由所述液体将CO₂、SO₂、NO₂/NO(NO_X)、氨、H₂S或其它不期望的物种从所述空气或沼气中去除。

处理流体流路的方法可进一步包括对流体流增湿或除湿的步骤，该步骤具有以下步骤：使液体移动穿过所述第一流体流路；以及使气体流穿过所述第二流体流路；由此，所述液体通过移动穿过所述中空纤维而对所述流体流增湿或除湿。

如图5所示，根据一个实施例，制造晶片形的中空纤维模块14的方法112可包括在本发明中。方法112可包括用于制造晶片形的中空纤维模块14的任何步骤。在一个实施例中，方法112可包括以下步骤：步骤114，通过开口端18将层叠的膜衬垫34插入到圆筒形壳体16中；步骤116，将开口端18与端盖28相联接；步骤118，堵上侧口26；步骤120，使模块14围绕穿过圆筒形壳体16的纵向中心的轴线以某一速度旋转；可选步骤121，在旋转的同时将模块14加热至某一温度，使得封装材料38粘性较小并促进封装材料38的固化；步骤122，将边界流体引入到入口24或出口32中，这里，旋转使得所述边界流体围绕圆筒形壳体16的壁形成环形边界或部分环形边界，并将中空纤维构件36的端部保持开口；步骤124，将封装材料38引入到入口24或开口32中，这里，旋转使得封装材料38在环形边界上形成环孔或部分环孔；步骤126，继续旋转模块14直到封装材料38被固化，由此，使得层叠件34中的膜衬垫彼此粘接，同时将层叠件34的一端粘接到封闭端20并将层叠件34的另一端粘接到端盖28，从而在圆筒形壳体16内限定内室40和至少一个外室42；以及步骤128，打开侧口26并倒空或去除边界流体。

在方法112的一个实施例中，圆筒形壳体16可具有圆筒形内部形状，使得封装材料38围绕内室40限定一个连续的外室42。在方法112的另一实施例中，圆筒形壳体16可具有双“D”形内部形状，使得封装材料38围绕内室40限定两个外室42。

在不脱离本发明的精神和本质属性的情况下，可以以其它方式来实施本发明。因此，应参照权利要求而非前面描述的说明书来确定本发明的范围。例如，模块14可包括圆筒形壳体和两个端盖，一个端盖限定入口24，另一端盖限定出口32。