高压液体脱气薄膜接触器及制造和使用方法

摘要

按照本发明的至少选中实施例，改进的液体脱气薄膜接触器或模块包括高压外罩和在其中的至少一个脱气筒。可能优选的是：高压外罩是标准ASME合格反向渗透(RO)或水净化压力外罩或容器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕玻璃纤维加强环氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600psi的压力参数，并且具有例如4或6个端口、和在每个端部处的端盖)；并且脱气筒是独立空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合在RO高压外罩中。

说明书

相关申请的横向引用

本申请要求2009年8月17日提交的美国专利申请No.61/234,465 和2010年8月16日提交的No.12/857,199的优先权和利益。

技术领域

本申请涉及薄膜接触器、和它们的制造和使用方法。在至少选中 的实施例中，本发明的目的在于高压液体脱气薄膜接触器和/或它们 的制造和/或使用方法。在至少某些实施例中，本发明的目的在于， 用空心纤维薄膜接触器将高压液体脱气，该高压液体具有夹带或溶解 的气体。在至少特别可能的优选实施例中，接触器具有高压容器或外 罩，该高压容器或外罩包围至少一个薄膜筒，该薄膜筒包括开孔芯 部、多个空心纤维薄膜、加热管隔板、及外壳或壳体，该加热管隔板 附加到空心纤维的每个端部上。

背景技术

薄膜接触器可以用于多种目的，这些目的包括但不限于从液体中 除去夹带气体、将液体脱气泡、过滤液体、及将气体添加到液体中。 薄膜接触器已知用在多种不同的用途中，例如，薄膜接触器可以用来 从油墨中除去夹带气体，这些油墨用在打印中。

薄膜接触器也可以提供完成气体/液体、和液体/液体(它可包含液 体/溶解固体)分离的手段。薄膜接触器典型地用来将两种不能混合的 流体相，例如第一液体和第二液体、或气体和液体，带到彼此接触， 以实现来自一种流体的一种或多种成分与另一种流体的分离、和/或 来自一种流体的一种或多种成分到另一种流体的转移。

空心纤维薄膜接触器典型地包括微孔空心纤维束、和刚性外壳或 外罩，该刚性外壳或外罩包含纤维束。外壳可以设有四个流体端口： 用来引入第一流体的进口、用来排出第一流体的出口、用来引入第二 流体的进口、及用来排出第二流体的出口。空心纤维可以将两个端部 都装在外罩内，以形成聚合物加热管隔板，该聚合物加热管隔板具有 纤维孔，这些纤维孔在每个端部上通到外壳的共用第一和第二端盖部 分中。在“管-侧”或“孔腔-侧”接触器中，第一端盖可以包含用于第一 流体的进口，该第一流体指定为“管-侧”或“孔腔-侧”流体，因为它是 通过纤维的内部孔腔的流体。第二端盖包含用来排出孔腔-侧流体的 出口。第二流体，指定为“外壳-侧”流体，典型地穿过进口和出口端 口进入和离开外罩，这些进口和出口端口布置在加热管隔板之间，借 此外壳-侧流体接触纤维的外表面。外壳-侧流体流过在纤维束的纤维 之间的空隙，并且可以引导成与纤维长度平行或垂直的流动。作为例 子，授予Prasad等的美国专利No.5,352,361可以帮助在外壳内跨过空 心纤维薄膜的流体接触的背景理解，该美国专利全部以引用方式包括 在这里。

在“外壳-侧”接触器中，接触器可以包括中央芯部，该中央芯部 穿过端盖，并且具有第一端部，该第一端部用作用于第一流体的进 口，该第一流体指定为“外壳-侧”流体，因为它是越过空心纤维的外 部或外壳的流体。第一端盖可以包含用于第二流体的进口，该第二流 体指定为“管-侧”或“孔腔-侧”流体，因为它是通过纤维的内部孔腔的 流体。第二端盖包含用来排出孔腔-侧流体的出口。第一流体，指定为 “外壳-侧”流体，典型地通过开孔芯部的进口和出口端口(敞开端部)进 入和离开外罩，并且典型地离开和重新-进入在加热管隔板之间的芯部 中的开孔，借此外壳-侧流体接触纤维的外表面。外壳-侧流体流过在纤 维束的纤维之间的空隙，并且可以引导成与纤维长度平行或垂直的流 动。

因为加热管隔板将孔腔-侧流体与外壳-侧流体隔离，所以孔腔-侧 流体不与外壳-侧流体相混合，并且在孔腔-侧流体与外壳-侧流体之间 的转移仅通过空心纤维的壁发生。在纤维壁中的细孔通常用两种流体 之一的静止层填充，由于表面张力和/或压力差效应，将另一种流体 从孔排除。质量转移和分离通常由扩散引起，该扩散由在两相之间的 转移物种的浓度差驱动。典型地，没有对流或大量流动发生跨过薄膜。

在气体/液体分离的情况下，薄膜接触器典型地用疏水空心纤维 微孔薄膜建造。由于薄膜是疏水的，并且具有非常小的孔，所以液体 将不容易通过孔。薄膜起惰性支撑件的作用，该惰性支撑件将液体和 气体相带到直接接触，而没有分散。在两相之间的质量转移由被转移 的气体种类的分压差支配。

对于液体系统，在每个孔处的液体/液体界面典型地通过薄膜和 液相压力的适当选择而固定。在这种情况下，薄膜也起惰性支撑件的 作用，以促进两种不能混合相的直接接触，而没有混合。

这样的已知薄膜接触器可用于各种用途，这些用途包括成分与流 体的分离、或将一种流体的成分转移到另一种流体。例如，薄膜接触 器可用来从流出流中除去污染物。在多种工业过程中，作为副产品产 生污染流出流。鉴于环境担心、和/或改进过程效率的努力，常常希 望的是，从流出流中除去一种或多种污染物，从而污染物不污染环 境，不会不利地影响设备，或者从而它可以再循环。现有工业过程常 常必须升级，以减少环境排放和/或提高效率。因此，常常产生对于 过程和系统的需要，该过程和系统可经济地改装现有设备，以减少排 放、保护设备、再循环、或改进效率。

几个因素在薄膜接触器的设计方面是重要的，这些因素包括分离 特性、成本、压降、重量、及效率。跨过接触器的压降应该很低，以 减少对于较昂贵高压设备的需要。低压降在改装项目中特别重要，在 该处，薄膜接触器要添加在流出过程流的排出点处，因为在这个点处 的过程压力典型地在大气压力下或接近大气压力。质量转移的高效率 对于减小接触器的尺寸是希望的。低重量对于降低安装和维护成本是 希望的，并且在海上用途中特别重要。至少一些现有薄膜接触器已经 发现，对于特定用途、对于极端条件、等等，在满足这些目标的方面 不完全满意。例如，典型薄膜接触器的外壳部分显著地添加它们的重 量和费用。外壳-型接触器也典型地必须在升高压力下操作。相应地， 存在对于改进薄膜接触器的需要，该改进薄膜接触器对于在特定用途 中的使用、对于在极端条件下的使用、等等，具有优于已知薄膜接触 器的特性。本发明的至少选中实施例的目的可能在于，提供微孔空心 纤维薄膜装置和/或方法，该微孔空心纤维薄膜装置和/或方法满足这 些和/或其它需要。

能够分离流体的障板式薄膜接触器是已知的，例如，见美国专利 No.5,264,171；No.5,352,361；及No.5,938,922，这些专利的每个全部 通过引用包括在这里。这样的接触器的至少一些可以包括开孔中心 管、多根空心纤维、加热管隔板、障板、及外壳，这些空心纤维围绕 管，这些加热管隔板附加到空心纤维的端部上，该障板位于加热管隔 板之间，该外壳包围管、纤维、加热管隔板、及障板。与在5,938,922 专利中公开的不同，纤维通常在障板处是敞开的，从而通过空心纤维 孔腔从一块加热管隔板至另一块有流体连通。5,938,922专利公开了使 纤维在障板处封闭，以防止在加热管隔板之间在纤维的中点附近通过 空心纤维孔腔的流体连通。

这样的接触器具有多种工业用途，这些接触器能够分离流体，例 如将溶解气体与水分离。这些用途包括：防锈系统，用于锅炉或发电 厂涡轮机；防锈系统，用于饮用水、冷却水、或热水管线；超纯水源， 用于电子工业(例如，在制造期间冲洗半导体晶片)；超声波清洗过程； 水源，用于食品加工；等等。

以上用途的两种特别有兴趣。它们是在水管线中的防锈和用于电 子工业的超纯水源。在每种用途中，从水中除去溶液氧极为重要。在 水管线中的防锈方面，氧与溶解铁或来自管线的铁反应而形成铁锈， 该铁锈可能沉淀。在瓶装水中，铁锈沉淀物令从讨厌，并且引起污 染；并且在管线中，它可引起管子的阻塞。在用于电子工业的超纯水 中，水用来在制造期间冲洗半导体晶片。在冲洗水中的溶解氧可蚀刻 晶片的表面，并且溶解它；它也可涂敷晶片表面，并且妨碍有效冲 洗。相应地，从水中除去溶解气体极为重要。

因此，有开发用于液体脱气的新的或改进的接触器和系统的需 要。

而且，薄膜接触器的当前设计对于某些用途是有效的，但可能具 有某些问题或限制，这些问题或限制与如下有关：例如，大流量液体 和/或高压液体的脱气，如在约50gpm或更大和/或约300psi或更高下 的海水；高压参数；ASME代码参数；客户熟悉性和接受度；高成本； 大重量；金属或其它腐蚀性材料的使用；模块性；可更换独立筒；端 口选项；模块尺寸；模块阵列尺寸；高压筒；过长纤维；液体流量； 气体浓度变化；不允许工业生产；及/或类似问题。

大流量、高压力薄膜接触器长期一直是对于薄膜开发者感兴趣的 主题。例如，选中气体转移薄膜接触器可处置大流量(高达400gpm)和 高压(高达100psi)液体，这些选中的气体转移薄膜接触器由Liqui-Cel  business of Mebrana-Charlotte开发和制造，该Liqui-Cel business of  Mebrana-Charlotte是位于North Carolina州Charlotte市的Celgard， LLC公司的部门。

除例如Extra-Flow^TM薄膜接触器系统的最近使用之 外，大多数大规模工业脱气系统仍然利用非常大的真空塔，以将水、 海水等脱气。例如，发电厂和海上油井设备典型地使用巨大真空塔(30 英尺高或更高)，以将水、生产用水、存储罐水、海水、盐水等脱气。

新的或改进的液体脱气薄膜接触器允许比较小、模块式、脱气模 块在工业过程中、在发电厂处、在海上油井设备或钻井平台上使用， 以代替或加强真空塔，而提供模块性和可更换筒等的益处。相应地， 有对于如下的需要：新的或改进的液体脱气薄膜接触器和其制造和/ 或使用方法；新的或改进的高压液体脱气薄膜接触器和/或其制造和/ 或使用方法；新的或改进的高压液体脱气系统；等等。

发明内容

本申请涉及薄膜接触器、和它们的制造和使用方法。在至少选中 的实施例中，本发明的目的在于高压液体脱气薄膜接触器和/或它们 的制造和/或使用方法。在至少某些实施例中，本发明的目的在于， 用空心纤维薄膜接触器将高压液体脱气，该高压液体具有一种或多种 夹带或溶解气体。优选地，接触器具有高压容器或外罩，该高压容器 或外罩包围至少一个薄膜筒，该薄膜筒包括开孔芯部、多个空心纤维 薄膜、加热管隔板、及外壳或壳体，该加热管隔板附加到空心纤维的 每个端部上。更优选地，空心纤维的孔腔与残气(洗提气体)、真空、或 两者流体连通，并且待被脱气(或去气泡)的液体经开孔芯部的敞开端部 进入到接触器中，并且通过芯部开孔径向离开，跨过空心纤维的外部 (外壳侧面或外壳侧)，选择性地越过至少一块障板并且跨过空心纤维的 另一部分的外部，通过开孔返回到芯部，及在较少溶解或夹带气体的 情况下离开接触器。夹带或溶解气体从液体跨过空心纤维薄膜扩散或 通过，并且扩散或通到孔腔中。

在至少选中的实施例中，本发明的目的在于高压液体脱气薄膜接 触器，这些高压液体脱气薄膜接触器具有高压容器或外罩，这些高压 容器或外罩典型地用在反渗透(reverse osmosis，RO)设备中(而不是用 在液体脱气薄膜接触器中)。这样的RO高压容器或外罩可能需要修改 或改装，以使渗入物或气体端口在真空或降低压力条件下正确地起作 用。大多数RO高压容器或外罩具有端口，这些端口设计成在压力下 而不是在真空下工作。

在至少某些实施例中，本发明的目的在于，用薄膜接触器将液体 脱气，该液体具有溶解或夹带气体(一种或多种)，该薄膜接触器包括一 个或多个空心纤维薄膜筒，这些空心纤维薄膜筒适于配合在高压容器 或外罩内，优选地配合在标准或可买到高压容器或外罩内，如在标准 RO压力容器内。优选地，接触器具有高压容器或外罩，该高压容器 或外罩包围至少一个薄膜筒，该至少一个薄膜筒包括开孔芯部、多个 空心纤维薄膜、加热管隔板、选择性障板、及外壳，该加热管隔板附 加到所述空心纤维的每个端部上。更优选地，空心纤维孔腔与残气(洗 提气体)、真空、或两者流体连通，并且待被脱气(或去气泡)的液体经 开孔芯部的敞开端部进入到接触器中，并且通过芯部开孔径向离开， 跨过在外壳内的薄膜的外部，选择性地跨过障板并且跨过在外壳内的 薄膜的其它部分的外部，通过其它开孔重新进入到芯部中，及在较少 溶解或夹带气体的情况下离开接触器。这样，接触器是外壳-侧液体接 触器，并且溶解或夹带气体从液体跨过薄膜扩散，并且扩散到孔腔中 (并且通过侧部或端部气体或真空端口出去)。

按照本发明的至少选中的实施例，目前新的或改进的薄膜接触器 消除现有接触器的缺陷；对于一些用途是有效的；适用于大流量液体 和/或高压液体的脱气，如在约50gpm或更大和/或约300psi或更高下 的海水；具有高压参数；具有ASME代码参数；将具有立即的客户熟 悉性和接受度；具有比较低成本；具有比较轻的重量；不使用金属或 其它腐蚀性材料；不使用PVC；是模块式的；具有可更换独立筒；供 给开端口选项；具有改进或标准的外罩模块尺寸；具有改进的模块阵 列尺寸；具有一个或多个高压筒；不具有过长纤维；消除或减少气体 浓度变化；允许工业生产；等等。

大流量、高压力薄膜接触器长期一直是对于薄膜开发者感兴趣的 主题。例如，选中气体转移薄膜接触器可处置大流量(高达400gpm)和 高压(高达100psi)液体，这些选中的气体转移薄膜接触器由Liqui-Cel  business of Mebrana-Charlotte开发和制造，该Liqui-Cel business of  Mebrana-Charlotte是位于North Carolina州的Charlotte市的Celgard， LLC公司的部门。

除例如Extra-Flow^TM薄膜接触器系统的最近使用之 外，大多数大规模工业脱气系统仍然利用非常大的真空塔，以将水、 海水等脱气。例如，发电厂和海上油井设备典型地使用巨大金属真空 塔(30英尺高或更高)，以将水、生产用水、存储罐水、海水、盐水等 脱气。

按照本发明的至少某些实施例，新的或改进的液体脱气薄膜接触 器允许比较小、模块式、脱气模块在工业过程中、在发电厂处、在海 上油井设备或钻井平台上使用，以代替或加强真空塔，而提供模块性 和可更换筒等的益处。相应地，本发明的至少某些实施例提供新的或 改进的液体脱气薄膜接触器，该液体脱气薄膜接触器满足对于新的或 改进的液体脱气薄膜接触器和/或其制造和/或使用方法的需要。

按照本发明的至少选中实施例，改进的液体脱气薄膜接触器或模 块包括高压外罩、和在其中的至少一个脱气筒。可能优选的是：高压 外罩是标准(或改装或修改)ASME合格反向渗透(RO)或水净化高压外 罩或容器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕玻璃纤维 加强环氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600psi的压 力参数，并且具有例如3、4、或6个端口、和在每个端部处的端盖)； 并且脱气筒是独立空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合 在高压外罩或容器中。

在至少一个实施例中，这样一种独立液体薄膜接触器筒可以包 括：开孔中心管；第一垫，包括多个第一空心纤维薄膜，这些第一空 心纤维薄膜每个具有第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部都 是敞开的；选择性障板，将空心纤维垫分离成两个区域；筒外壳、壳 体或外罩；及在每个端部处的封装。第一和第二薄膜端部是敞开的， 例如，以允许洗提气体或残气通过那里。可能优选的是，障板由中心 管连接器和由环氧树脂形成，该中心管连接器接合中心管的第一和第 二段，在穿过空心纤维垫的整个厚度缠绕形成坝或块的同时，将该环 氧树脂涂敷在垫或束的中心中的中心管连接器上。也可能优选的是： 封装由环氧树脂制成；并且切去封装的端部，以在封装之后形成敞开 的第一和第二端部。

按照至少一个实施例，中心管在筒的每个端部中形成开口，并且 沿其长度开孔，以保证液体流过筒和越过空心纤维。在筒的每个端部 中的中心管开口适于与在高压外壳或容器的端盖中的相应端口流体连 通。例如，空心或管状适配器或管路可以用来将筒开口与在端盖中的 端口相连接。

按照至少选中实施例，高压脱气模块在单个RO高压外罩中包括 两个或更多个筒。根据至少特别可能的优选实施例，高压脱气模块在 单个高压外罩或容器中包括两个或更多个筒，在相邻筒之间具有足够 空间，以提供环形区域，该环形区域用作在模块中的孔腔的长度内的 混合腔室或‘Gas Concentration Equalizing Gap(气体浓度平衡间隙)’。 这个腔室或间隙允许在最靠近中心管的孔腔内的残气一路向外到最远 直径，以在模块的长度内(在筒之间)重新混合和平衡。这样做允许纤维 的驱动力，在纤维的效率最高处(在中心管处)增大，并且在纤维的效率 最低处(在最外直径处)减小。最终结果是，与没有这种特征具有等效薄 膜面积的模块相比，整体性能的显著提高。在一个例子中，本发明的 8×40模块(具有两个薄膜筒的8″×40″接触器，这两个薄膜筒在它们之 间具有间隙)的溶解氧(DO)除去效率显著地比常规脱气模块好(在100 gpm以下的液体流量下)，即使薄膜区域大致等效。

按照至少一个实施例，优选RO外罩是8″×40″或8″×80″RO外罩， 并且薄膜筒的长度是约20″、40″或80″。

按照至少一个实施例，两个或更多个8″×40″或8″×80″脱气模块的 阵列，由连接在一起的6端口RO外罩形成。

按照本发明的至少选中实施例，改进的液体脱气薄膜接触器或模 块包括高压外罩或容器、和在其中的至少一个脱气筒。可能优选的 是：高压外罩是标准(或修改或改装)ASME合格反向渗透(RO)或水净 化高压外罩或容器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕 玻璃纤维加强环氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600 psi的压力参数，并且具有例如4或6个端口、和在每个端部处的端盖)； 并且脱气筒是独立空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合 在RO高压外罩或容器中。

另外，本薄膜接触器可以为多种用途供给模块式选项，并且它们 可放在建筑物的实际任何区域中。它们可以迅速地移动在新系统以及 多个较旧系统中的强制通风除气器和真空塔。

本薄膜接触器优选地使用可买到材料(例如，玻璃纤维高压外罩、 ABS筒外壳、聚丙烯空心纤维)、容纳容器及端盖元件。封装材料优选 地是环氧树脂，环氧树脂用在多种其它产品中，并且已经 在本领域中证明多年。优选的高性能X40和X50微孔疏水聚 丙烯空心纤维对于从水中除去溶解CO₂和O₂都是非常成本有效的。

这样的优选装置可以清洁得足以用在半导体设备的装配(make  up)环路中。更明确地说，它们可以用来给巨大装配系统脱氧和将在 TFT工厂中使用的巨大水流脱氧。另外，它们可以供给用来在混合床 或EDI技术之前除去二氧化碳(CO₂)的完美解决方案，以消除或减少 化学制品使用和改进离开这些技术的水质量。它们也可以用在锅炉给 水用途中，用来除去氧气(O₂)，以保护锅炉和管路免受腐蚀。在锅炉 用途中，它们也可以具有较低操作成本，因为降低放空频率，并且 对于接触器系统操作要求较少能量。

对于材料、产品设计、使用及更换进行的优选变化允许优选装置 的更有利经济性，这些优选装置用于多种巨大工业和补充用途。如果 纯度和FDA符合在最终使用用途中是重要的，则高纯度8×40或8×80 薄膜接触器实施例适于这些最终使用。

按照至少选中可能优选实施例，本薄膜接触器(或薄膜筒)利用数千 根：微孔聚烯烃(polyolefin，PO)空心纤维，如疏水聚丙烯 (polypropylene，PP)或聚甲基戊烯[polymethyl pentene，PMP、或 poly(4-methyl-1-pentene)，聚(-4-甲基-1-戊烯)]；或空心纤维，由聚偏氟 乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、微孔疏水PVDF、聚偏氟乙烯的 共聚物-如聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF:HFP)、其它聚烯烃 (例如，聚乙烯、聚丁烯)、聚砜类(例如，聚砜、聚醚砜、聚芳砜)、纤 维素和其衍生物、聚苯氧化物(PPO)、PFAA、PTFE、其它氟化聚合物、 聚酰胺、聚醚酰亚胺(polyether imides，PEI)、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚 胺、及/或类似材料制成，编织成阵列，该阵列绕分配管缠绕，该分配 管具有中心障板。在优选操作期间，液体流过空心纤维的外壳侧或外 壳侧面(外侧)。优选设计包括在接触器(或筒)中在空心纤维束中间的障 板，该障板引导液体径向跨过阵列。洗提气体或真空或者分离地或者 组合地施加在空心纤维的孔腔侧或孔腔侧面(内侧)上。

因为其疏水性质，薄膜起惰性支撑件的作用，以允许在气体与液 体相之间的直接接触，而没有分散。在液体中的溶解气体通过相对于 气流将较高压力施加到液体流上穿过孔行进。

本发明的薄膜接触器可以在全世界使用，用来在半导体、电力、 制药、摄影、食品和饮料、及多种其它工业中，将氧气(O₂)、二氧化 碳(CO₂)及氮气(N₂)添加到不同液体中或将它们从不同液体中除去。这 样的接触器也可以用来将气体添加到液体中，以增强超声波清洗 (megasonic)。饮料业指望用于碳酸化作用、氮化作用、及O₂除去的薄 膜接触器。这些仅反映各种用途的几个例子，其中可以使用本薄膜接 触器。

另外，Mebrana-Charlotte供给液环式真空泵、排泄器、以及 Orbisphere传感器，以补足这样的薄膜接触器。

本发明的至少选中实施例的目的在于，用薄膜接触器将液体脱 气。将具有溶解气体的液体引入到接触器中，该接触器连接到洗提气 体和/或真空源上。接触器(或一个或多个筒)优选地具有开孔芯部、多 个空心纤维薄膜、加热管隔板、及外壳，该加热管隔板附加到纤维的 每个端部上，该外壳具有气体和液体开口。外壳包围纤维、加热管隔 板、以及芯部。空心纤维孔腔与洗提气体和/或真空源流体连通。液 体经芯部的敞开端部进入到接触器中，径向离开芯部，跨过在外壳内 的薄膜，重新进入芯部，及离开接触器(或筒)。溶解气体由此从液体跨 过薄膜扩散到孔腔中。离开接触器或接触器阵列的脱气或去气泡液 体，可以具有小于100ppb，优选地小于50ppb，更优选地小于20ppb， 的溶解气体含量(或残余O₂)。

按照本发明的一定实施例，提供有新颖接触器、接触器阵列、以 及/或用来将液体脱气的系统，该系统包括一个或多个这样的接触器或 阵列。

按照本发明的至少一个实施例，接触器包括开孔芯部、多根微孔 空心纤维、及外壳、外罩或容器。纤维围绕芯部，并且具有两个端 部。加热管隔板附加到纤维的端部上。障板位于加热管隔板之间。空 心纤维是在障板处敞开或封闭的纤维。外壳、外罩或容器包围纤维、 加热管隔板、及障板。

按照本发明的至少另一个实施例，用来将液体脱气的系统包括液 体源、真空源、及至少一个接触器，该液体源包含气体，该至少一个 接触器包括开孔芯部、多根微孔空心纤维、障板、及外壳、外罩或容 器。液体源与芯部的一个端部流体连通。真空源通过加热管隔板与空 心纤维的孔腔流体连通。液体从芯部出去，跨过纤维，绕过障板，跨 过纤维，及返回到芯部中。

按照本发明的至少一个目的，提供有新的和改进的螺旋式空心薄 膜织物-包含筒和模块，这些螺旋式空心薄膜织物-包含筒和模块包含 流动-导向障板，用于分离和其它相接触用途。

本发明的至少选中实施例的另一个目的是提供这样的筒和模块， 在这些筒和模块中，将流动-导向障板轴向定位，以促进流体贯穿空 心纤维束的径向流动。

本发明的至少某些实施例的又一个目的是提供这样的筒和模块， 在这些筒和模块中，进给流体流动在芯部的一部分附近和/或通过其 间断地导向，并且以后向外导向到束的周缘。

本发明的至少具体实施例的再一个目的是提供多种筒和模块设 计，这些筒和模块设计产生径向进给流体流动图案，对于特别希望的 薄膜接触状况可选择该径向进给流体流动图案。

本发明的至少某些实施例的另外目的是，提供用来建造改进接触 器和/或筒的方法。

另外的目的可以在下面的讨论中陈述。

本发明的至少某些实施例的目的在于，用多个高压薄膜接触器的 串联或并联阵列或系统将诸如海水之类的液体脱气。将液体引入到阵 列或系统的接触器中-该液体具有溶解气体，并且将接触器连接到残 气、洗提气体、及/或真空源上。优选地，每个接触器具有至少一个 薄膜筒，该薄膜筒包括开孔芯部、多个空心纤维薄膜、加热管隔板、 及圆柱形外壳，该加热管隔板附加到所述纤维的每个端部上。外壳大 体包围纤维、加热管隔板、及芯部。更优选地，空心纤维孔腔与残 气、洗提气体、及/或真空源流体连通。液体经芯部的敞开端部的延 伸部进入到接触器中，径向离开芯部，跨过在外壳内的薄膜，绕至少 一块障板流动，及经芯部的另一个敞开端部的延伸部离开接触器。溶 解气体由此从液体跨过薄膜扩散到孔腔中。离开多个高压薄膜接触器 的阵列或系统的液体，可以具有到小于10ppb的溶解气体含量。多个 高压薄膜接触器的阵列或系统优选是至少三个高压薄膜接触器的滑撬 式或托盘式活动阵列，这三个高压薄膜接触器每个具有高压外罩或容 器、和在其中的至少一个薄膜筒。优选阵列或系统具有多个高压薄膜 接触器，这些高压薄膜接触器每个具有RO高压外罩或容器。优选阵 列或系统具有多个高压薄膜接触器，这些高压薄膜接触器每个包括至 少两个薄膜筒，这两个薄膜筒在它们之间具有选择性气体平衡间隙。

根据本发明的至少选中实施例，提供高压螺旋式空心纤维薄膜织 物-包含模块或接触器的改进，这些高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包 含模块或接触器包括：

1)高压模块外罩；

2)一对端盖，适于配合在所述模块外罩的端部中或其上；

3)液体端部端口，在所述端盖的每一个中；

4)至少一个气体端口，在所述端盖的至少一个中，或者在所述模 块外罩的侧面中靠近其一个端部；

5)至少一个薄膜筒，适于配合在所述模块外罩中，每个薄膜筒包 括：

a.多个空心纤维薄膜，每个具有孔腔，所述薄膜形成织物状阵 列，在该织物状阵列中，空心纤维大体是相互平行的和构成织物纬 线，并且由丝按间隔开关系保持，这些丝构成织物经线；

b.将阵列在轴线上缠绕成螺旋缠绕薄膜束，该轴线大体平行于 空心纤维，该螺旋缠绕薄膜束具有两个束端部和圆柱形外表面；

c.两个束端部的每一个在树脂封装材料中封装，该树脂封装材料 用来将束端部密封到相邻单块加热管隔板中，在两块加热管隔板之间 的束的一部分没有封装材料，以形成外壳侧区域，并且空心纤维的孔 腔端部构成束端部的第一端部，该第一端部被暴露，并且与束的外部 连通；

d.筒外壳、壳体或外罩，具有第一和第二外罩端部和圆柱形外罩 内部，并且适于成形为包含薄膜束，与第一筒外罩相邻的加热管隔板 (封装)将第一束端部密封到圆柱形外罩内部上，所述筒外罩限定两个区 域，该筒外罩包含束，这两个区域通过薄膜相互连通，这两个区域包 括：(i)外壳侧空间，在加热管隔板之间的束部分的外面，并且在外罩 内；和(ii)孔腔侧空间，包括空心纤维孔腔和第一束端部；

6)其中，所述端盖的第一个的内部正面和与第一筒外罩端部相邻 的所述模块外罩的内部、与圆柱形外罩内部和第一束端部一起，密封 第一模块外罩端部，并且限定第一腔室，该第一腔室与薄膜孔腔连通；

7)其中，所述端盖的第二个的内部正面和与第二筒外罩端部相邻 的所述模块外罩的内部、与圆柱形外罩内部和第二束端部一起，密封 第二模块外罩端部，并且限定第二腔室，该第二腔室与薄膜孔腔连通；

8)所述液体端部端口可操作地连接到每个所述薄膜筒的外壳侧 空间上，并且布置成，允许穿过其的流体注入和抽出；及

9)至少一个气体端口与第一和第二腔室的至少一个连通，并且布 置成，允许穿过其的气体注入和抽出。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还 包括：

1)至少两个气体端口，使一个气体端口在所述端盖的至少每一个 中，或者在所述模块外罩的每一侧中在其每个端部附近。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)至少两个薄膜筒，适于配合在所述模块外罩中。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)在所述薄膜筒的每一个中的空心卷筒，具有纵向轴线和圆柱形 外表面、轴向钻孔、及沿表面的开孔，这些开孔与钻孔连通。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)空心纤维的两个孔腔端部都暴露，并且与束的外部连通。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)其中，所述模块外罩是高压容器或外罩，如RO高压容器。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)其中，筒外罩不必支撑高压，因为模块外罩将防止筒外罩破裂， 并且如果筒外罩在压力下膨胀，则模块外罩将包含和约束筒外罩。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还包 括：

1)其中，如果筒外壳在压力下膨胀或失效，则模块外罩将包含和 约束筒外壳。

以上改进高压螺旋式空心纤维薄膜织物-包含模块或接触器，还 包括：

1)其中，如果薄膜筒失效，则模块外罩和端盖将包含和约束薄膜 外壳。

本发明的至少选中实施例也提供用于以上螺旋式空心纤维薄膜织 物-包含模块和/或筒的制造和/或使用方法。

按照本发明的至少选中实施例，至少某些目的提供对于一些用途 有效的接触器或模块，这些接触器或模块：适用于大流量液体和/或高 压液体的脱气，如在约50gpm或更大和/或约300psi或更高下的海水； 具有高压参数；具有ASME代码参数；具有客户熟悉性和接受度；具 有较低成本；具有较轻的重量；不使用金属或其它腐蚀性材料；具有 模块性；具有可更换独立筒；具有开端口选项；具有不同的模块尺寸； 具有不同的模块阵列尺寸；包括高压筒；不具有过长纤维；具有大液 体流量；消除或减少气体浓度变化；允许工业生产；等等。

按照本发明的至少选中实施例，至少某些目的提供非金属、非 PVC、模块式、大流量、高压薄膜接触器，这些接触器长期一直是对 于薄膜开发者感兴趣的主题，这些接触器可代替或加强巨大真空塔， 以将水、海水、等脱气(例如，在发电厂处、在海上油井设备上、或在 类似地方，将水、生产用水、存储罐水、海水、盐水、等等脱气)。

按照本发明的至少选中实施例，至少某些目的提供改进的液体脱 气薄膜接触器，并且/或者提供改进的液体脱气薄膜接触器、和/或其 制造和/或使用方法、等等，该改进的液体脱气薄膜接触器允许比较 小、模块式、脱气模块在工业过程中、在发电厂处、在海上油井设备 或钻井平台上使用，以代替或加强真空塔，而提供模块性和可更换筒 的益处。

另外的实施例和/或各种实施例可以在下面的讨论中描述或详细 说明，并且限定在附属权利要求书中。

附图说明

为了说明本发明的实施例或方面，在附图中表示有目前可能是优 选的形式；然而，要理解，本发明不限于表示的精确实施例、方面、 布置、及/或手段。

图1是立体图，表明本发明至少一个实施例的示范模块或接触 器；

图2是示意纵向横截面，说明图1的模块，该示意纵向横截面沿 在图3中的线A-A得到(使侧端口向下转动)；

图3是图1的模块的端视图；

图4是来自图1的模块实施例的示范筒的立体图；

图5是图4的筒的示意纵向横截面视图，该示意纵向横截面视图 沿在图6中的线B-B得到；

图6是图4的筒的端视图；

图7和图8是图6的筒外罩或外壳的立体侧视图和端视图；

图9和图10是图1的压力外罩或容器的立体侧视图和端视图；

图11和图12是立体侧视图和端视图，这些视图表示本发明至少 一个实施例的筒外罩或外壳的另一个例子；

图13、图14及图15是相应立体图、横截面图及端视图，这些图 表示本发明至少一个实施例的筒外罩或外壳的又一个例子，并且图14 是图13的外壳的横截面，该横截面沿在图15中的线C-C得到；

图16和图17是图2和图5的两件中心管的一半的立体侧视图和 端视图；

图18和19是图2和5的组装两件中心管的立体侧视图和端视图；

图20和21是实心中心管连接器的立体侧视图和端视图，该实心 中心管连接器适于接合如图18所示的两个中心管段；

图22和23是立体侧视图和端视图，这些视图表示图2的适配 器，该适配器用来将筒连接到端盖的端部端口上；

图24是侧视图，表明本发明至少一个实施例的另一种示范模块 或接触器；

图25是示意纵向横截面，说明图24的模块，该示意纵向横截面 沿在图26中的线D-D得到；

图25A是图25的空心筒连接器的立体图；

图26是图24的筒的端视图；

图27是示意纵向横截面，说明本发明至少一个实施例的又一种 示范模块或接触器，表示模块的一种使用；

图28是示意放大横截面，说明跨过空心纤维薄膜的一部分的气 体转移；

图29、30及31是在相应Sweep Gas Mode(残气模式)、Vacuum  Mode(真空模式)及Combo Mode中模块的使用的示意说明；

图32和33是相应并联和串联接触器构造的示意说明；

图34是示意立体图，表明本发明至少一个实施例的模块阵列的 一个例子；

图35是本发明至少一个实施例的脱气滑橇的例子，该脱气滑橇 使用像图34的模块阵列那样的多个模块阵列；

图36和37是立体端视图，表示按照本发明至少一个实施例的高 压接触器的相应侧面气体端口和端部气体端口例子；

图38是示意横截面图，说明按照本发明至少一个实施例的示范 接触器，该接触器具有两个筒，这两个筒具有在它们之间的Gas  Equalization Gap(气体平衡间隙)；

图39是示意立体图，说明本发明至少一个实施例的三个6端口接 触器的例子，这些6端口接触器使它们的气体端口并联连接；

图40是本发明至少一个实施例的筒例子的示意立体图，该筒例 子具有在外部壳体中的开孔；

图41是空心纤维薄膜阵列的例子的示意大比例放大表面视图；

图42是空心纤维薄膜的示意立体端视图，该空心纤维薄膜像来 自图41的空心纤维薄膜；

图43是图42的空心纤维的外部(外壳侧)的一部分的示意放大表面 视图；及

图44是按照本发明至少一个实施例的具体多接触器构造或接触 器阵列的示意说明。

具体实施方式

本申请涉及薄膜接触器、和它们的制造和使用方法。在至少选中 的实施例中，本发明的目的在于高压液体脱气薄膜接触器和它们的制 造和使用方法。在至少某些实施例中，本发明的目的在于，用薄膜接 触器将液体脱气，该液体具有溶解或夹带气体。优选地，接触器具有 压力容器或外罩，该压力容器或外罩包围至少一个薄膜筒，该薄膜筒 包括开孔芯部、多个空心纤维薄膜、加热管隔板、及外壳，该加热管 隔板附加到所述空心纤维的每个端部上。优选地，空心纤维孔腔与残 气、真空、或两者流体连通，并且待被脱气的液体经开孔芯部的敞开 端部进入到接触器中，径向离开芯部开孔，跨过在外壳内的薄膜的外 部(孔腔侧)，及在较少溶解或夹带气体的情况下离开接触器。溶解气体 优选地从液体跨过微孔薄膜扩散到孔腔中。

按照本发明的至少选中实施例，一种改进的液体脱气薄膜接触器 或模块包括高压外罩、和在其中的至少一个脱气筒。可能优选的是： 高压外罩是标准(或修改或改装)ASME合格反向渗透(RO)或水净化压 力外罩或容器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕玻璃 纤维加强环氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600psi 的压力参数，并且具有例如4或6个端口、和在每个端部处的端盖)； 并且脱气筒是独立空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合 在高压外罩或容器中。

按照本发明的至少可能优选选中实施例，一种改进的液体脱气薄 膜接触器或模块包括高压外罩、和在其中的至少一个脱气筒。可能优 选的是：高压外罩是标准ASME合格反向渗透(RO)或水净化压力外罩 或容器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕玻璃纤维加 强环氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600psi的压力 参数，并且具有例如4或6个端口，具有在压力或真空下工作(密封) 的至少侧面或气体端口、和在每个端部处的端盖)；并且脱气筒是独立 空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合在RO高压外罩中。

在至少一个实施例中，这样一种独立液体薄膜接触器筒可以包 括：开孔中心管；第一垫，包括多个第一空心纤维薄膜，这些第一空 心纤维薄膜每个具有第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部都 是敞开的；选择性障板，将空心纤维垫分离成两个区域；筒外壳、壳 体或外罩；及在每个端部处的封装。第一和第二薄膜端部是敞开的， 例如，以允许洗提气体或残气通过那里。可能优选的是，障板由中心 管连接器和由环氧树脂形成，该中心管连接器接合中心管的第一和第 二段，在穿过空心纤维垫的整个厚度缠绕形成坝或块的同时，将该环 氧树脂涂敷在垫或束的中心中的中心管连接器上。也可能优选的是： 封装由环氧树脂制成；并且切去封装的端部，以在封装之后形成敞开 的第一和第二端部。

按照至少一个实施例，中心管在筒的每个端部处形成开口，并且 沿其长度开孔，以保证液体流过筒和越过空心纤维。在筒的每个端部 中的开口适于与在RO外罩的端盖中的端口流体连通。例如，空心或 管状适配器或管路可以用来将筒开口与在端盖中的端口相连接。

按照至少选中实施例，高压脱气模块在单个RO外罩中包括两个 或更多个筒。

按照至少一个实施例，优选RO外罩是8″×40″或8″×80″RO外 罩，并且筒的长度是约20″、40″或80″。

按照至少一个实施例，两个或更多个8″×40″或8″×80″脱气模块的 阵列，由连接在一起的6端口RO外罩形成。

按照本发明的一个可能优选方面，提供有一种商业可行高压脱气 接触器，该商业可行高压脱气接触器具有高压外罩或容器、和在其中 的至少一个薄膜筒。

按照本发明的另一个可能优选方面，提供有一种商业可行高压脱 气接触器，该商业可行高压脱气接触器具有标准RO高压外罩或容 器、和在其中的至少一个薄膜筒。

按照本发明的又一个可能优选方面，提供有一种商业可行高压脱 气接触器，该商业可行高压脱气接触器具有标准RO高压外罩或容 器、和在其中的至少两个薄膜筒。

按照本发明的再一个可能优选方面，发现的是，一种商业可行高 压液体脱气接触器可使用标准RO高压外罩或容器和至少一个薄膜筒 建造，该至少一个薄膜筒适于配合在容器中。

本发明的可能优选薄膜接触器可以使得可能的是，将气体转移到 含水流或将气体从含水流转移走，而没有分散。这样的薄膜接触器可 以包含数千根微孔聚烯烃-例如疏水聚丙烯-空心纤维，这些 空心纤维使用聚丙烯线(见图41)编织成阵列，该聚丙烯线绕分配管和 收集管(开孔中心管的部分)缠绕。空心纤维优选地按均匀疏松填充布 置，允许较大流动容量和总薄膜表面面积的利用。因为空心纤维薄膜 优选地是疏水的，所以含水流将不透入到孔中。通过相对于气体流将 较高压力施加到含水流上，在孔处使气体/液体界面不动。不像诸如 填充塔之类的分散-相接触器，本可能优选薄膜接触器为在流量的整 个操作范围上的转移提供恒定界面面积。

空心纤维也可以由如下制成：聚甲基戊烯(PMP、或聚(-4-甲基-1- 戊烯))；聚偏氟乙烯(PVDF)；微孔疏水PVDF；聚偏氟乙烯的共聚物， 如聚偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF:HFP)；其它聚烯烃(例如， 聚乙烯、聚丁烯)；聚砜类(例如，聚砜、聚醚砜、聚芳砜)；纤维素和 其衍生物；聚苯氧化物(PPO)；PFAA；PTFE；其它氟化聚合物；聚酰 胺；聚醚酰亚胺(PEI)；聚酰亚胺；聚酰胺酰亚胺；及/或类似材料。

尽管可能优选的本薄膜接触器利用微孔薄膜，但分离原理实质上 与诸如过滤和气体分离之类的其它薄膜分离不同。关于这样的优选空 心纤维薄膜接触器，没有通过孔的对流流动，该对流流动如发生在其 它薄膜分离中。代之以，优选薄膜起惰性支撑件的作用，该惰性支撑 件将液体和气体相带到直接接触，而没有分散。在两相之间的质量转 移完全由气体相的压力支配。因为优选空心纤维和接触器几 何形状，表面面积每单位体积是比传统技术，如填充塔、强制通风除 气器及真空塔，高的数量级。表面面积对于体积的这种高水平导致对 于给定性能水平，接触器/系统尺寸的急剧减小。

要注意，尽管带有障板的薄膜设计显得是优选的，但对于目前描 述的薄膜接触器显得有三种设计变形。带有障板的薄膜设计使用绕中 心障板的径向液体流动路径。液体在空心纤维的外侧(外壳侧或外壳 侧面)上流动。NB-或无障板设计，不利用中心障板，但它仍然是径向 流动装置。关于无障板设计的液体出口端口位于装置的中部，而不是 如在带有障板的设计中那样在接触器端部处。NB接触器的一个端部 带有盖，并且允许液体从中心分配管向外或径向跨过纤维流动。这种 变形显得最好地适于真空操作。第三种变形或设计允许在空心纤维内 (孔腔侧或孔腔侧面)的液体流动。这些装置不是径向流动装置，并且显 得最好地适于小流量用途。

目前可能优选的接触器可以利用几种纤维类型之一，如PP、 PMP、或PVDF，这些纤维类型可以较好地适于对于水的吸附/洗提工 艺。PVDF纤维可以较好地处置添加到海水中的卫生消毒剂。 X-40薄膜比X-50具有较厚的壁，具有较小内径，并且推荐 用于氧气除去。X-50具有稍薄的壁，具有较大内径。(见图 41和42)这种特征与X-40薄膜相比，允许较大二氧化碳除去。

下面是X-40和X-50空心纤维的比较。

表1：X-40和X-50空心纤维比较

将可能第三种纤维变形-微孔聚烯烃，引入到较小接触器中-这些较 小接触器用于低表面张力流体的气体转移，并且流体在这些装置中始 终在外壳侧流动。此外，微孔PVDF纤维已经为了在水中的氧化物质 的较好容裕度而引入。另外，将XIND纤维引入到较大工业接触器 中，并且适合于无-FDA脱气用途。

当在气体吸附用途，如气化作用或碳酸化作用、等等，中使用带 有障板或无障板薄膜接触器时，将气体引入到空心纤维薄膜的内侧(孔 腔侧)中，并且将液相引入到空心纤维薄膜的外侧(外壳侧)。气体的分 压和水温控制在液相中溶解的气体量。当在这种用途中使用孔腔侧液 体薄膜接触器(非径向流动装置)时，将液体引入到孔腔侧，而将气体引 入到外壳侧。

当在气体洗提用途，如脱碳酸或脱氧，中使用带有障板或无障板 薄膜接触器时，将真空或洗提气体或这些的组合施加到空心纤维的孔 腔侧。将液体流引入到纤维的外侧。将气体的分压降低，以从液相中 除去溶解气体。当在这种用途中使用孔腔侧液体薄膜接触器(非径向 流动装置)时，将液体引入到孔腔侧，而将气体/真空施加到外壳侧。

参照附图-其中类似附图标记指示类似元素，在图1中表示有模块 或接触器100的一个实施例，如高压液体脱气薄膜接触器。模块100 包括：压力外罩或容器110；端部端口112、114；端盖116、118；端 盖块120、122；及侧部端口124、126。最优选地，模块适于液体脱 气，并且端部端口112、114是液体端口，以优选地接收待被脱气、去 气泡等的液体，并且侧部端口124、126是气体端口，以优选地分别接 收和除去残气、洗提气体等，并且/或者用于待连接到真空上(待连接到 真空源或泵上)的一个或两个侧部端口，以促进夹带或溶解气体(一种或 多种)的除去或控制。

尽管可能不如以上优选，但模块可能适于将一种或多种气体添加 到液体中，并且端部端口112、114可以是液体端口，以接收待被处理 和改性的液体，及侧部端口124、126可以是气体端口，以分别接收或 除去二氧化碳、氮气、真空等，或者用于待连接到气体或真空上(待连 接到气体或真空源或泵上)的两个侧部端口，以促进气体(一种或多种) 的控制或添加。

尽管可能仍然不如以上优选，但模块可能适于控制水分或将水分 添加到气体或空气流中，并且端部端口112、114可以是液体端口，以 接收水，及侧部端口124、126可以是气体端口，以分别接收和除去残 气、洗提气体、空气等，并且/或者用于待连接到真空上(待连接到真空 源或泵上)的一个或两个侧部端口，以促进水蒸汽、水分等的产生、添 加、除去、及/或控制。

尽管可能还不如以上优选，但端部端口112、114可以是气体端 口，并且侧部端口124、126可以是液体端口。尽管可能仍然还较不 优选，但端部端口112、114可以是液体端口，并且侧部端口124、 126可以是液体端口，或者端部端口112、114可以是气体端口，并且 侧部端口124、126可以是气体端口。

对于至少某些用途，优选布置可以是液体和气体的逆流流动。例 如，液体可以从端口112流动到端口114，而气体可以从端口126流 动到端口124，或者液体可以从端口114流动到端口112，而气体可以 从端口124流动到端口126。对于至少某些其它用途，优选布置可以 是液体和气体的同向流动。例如，液体可以从端口112流动到端口 114，而气体可以从端口124流动到端口126，或者液体可以从端口 114流动到端口112，而气体可以从端口126流动到端口124。对于至 少某些另外其它用途，优选布置可以是液体从一个液体端口到另一个 的流动，而将气体从两个气体端口抽出。例如，气体端口124和126 都可以连接到真空上(如连接到真空泵上)。对于至少某些进一步其它用 途，优选布置可以是液体从一个液体端口到另一个的流动，而强迫气 体进入两个气体端口中。例如，气体端口124和126都可以连接到气 体上，该气体待被引入到液体中(如对于碳酸化作用、氮化作用等)。

多个行业具有在液体中除去、添加或控制溶解气体的需要。这里 所表示和描述的模块或接触器100和类似薄膜接触器可用在这样的行 业中，其中气体需要除去、控制或添加。换句话说，有多种薄膜脱气 和气体转移用途，其中，可使用本液体除气器。

参照图2和图4至6，模块100可以包括筒130。筒130包括圆柱 形外壳、壳体或外罩132，该圆柱形外壳、壳体或外罩132具有外部o 形圈沟槽134、136和内表面133(见图7和8)。而且，筒130包括封装 138、140，该封装138、140用来密封在壳体内部133与中心管154之 间的筒的端部，用来密封空心纤维的端部，及用来形成加热管隔板。 封装138、140具有相应中心端部开口142、144，这些相应中心端部 开口142、144由中心管154的外部限定。

如图2所示，模块100优选地包括筒130和适配器或连接器146、 148，这些适配器或连接器146、148每个具有升起部分149、和第一 端部150和第二端部152，该第一端部150和第二端部152适于分别与 中心管开口151和端部端口开口153配对或配合在其中。

如图5所示，筒130也优选地包括中心管154、障板155及薄膜垫 156。

图1表示示范模块或接触器100，该示范模块或接触器100是4 端口模块，该4端口模块具有两个端部或外壳侧端口112、114和两个 侧部或孔腔侧端口124、126。按照可能最优选实施例，外罩或容器 110具有标准反渗透(RO)或高压水净化型高压外罩或容器的外观，并 且优选地是标准反渗透(RO)或高压水净化型高压外罩或容器，该外罩 或容器具有端盖、端盖锁、端部端口、及侧部端口。例如，外罩110 可以是100psi，优选地300psi或更高额定值，的RO或高压水净化型 外罩，例如像8″×40″、8″×80″、或16″×80″或高压水净化型外罩或容 器，如玻璃纤维或不锈钢容器。对于油井设备或海上钻井平台脱气用 途，优选的是，使用非金属耐腐蚀玻璃纤维外罩。

按照可能较优选实施例，模块100具有标准反渗透(RO)或高压水 净化型高压外罩或容器的外观，该外罩或容器具有端盖、端盖锁、端 部端口、及侧部端口，并且优选地侧部端口124、126的密封对于降低 压力气体或真空用途已经修改。一些标准RO或高压水净化型侧部端 口密封仅适于加压液体用途，并且当将降低压力气体或真空施加其上 时可能泄漏。

图2和图3表示图1的模块100，该模块100转动180度使侧部端 口124、126向下指。

优选地，模块100的外罩或容器110具有细长恒定直径中央部分 160、和加大端部部分162、164(见图1至3、9及10)。在外罩110的 端部162、164中的开口166、168的直径可以优选地大于中央段160 的细长圆柱形开口170的内径(见图10)，该细长圆柱形开口170适于 接收筒130。按照可能优选例子，筒130具有比开口170的直径稍小 的外径，并且筒在其端部附近由例如在沟槽134、136中的相应o形圈 172、174，密封在开口170中。如关于标准RO外罩那样，端部开口 166、168适于接收端盖116、118和端盖锁120、122，这些端盖锁 120、122将端盖在外罩110中固定到位，该外罩110具有端部端口 112、114，这些端部端口112、114接收适配器146、148或者与它们 配对，这将适配器146、148放置或保持到位，并且由中心管154接 收。当将端盖锁定到位时，那么优选地将筒、中心管、适配器、及端 部端口锁定或保持到位。升起部分149和适配器146、148的肩部180 限制相应适配器端部152、150可插入在相应端部端口和中心管开口 153、151中的最大值。适配器146、148优选地也包括例如o形圈沟槽 182、184，这些o形圈沟槽182、184用来接收相应o形圈，这些相应 o形圈与中心管的端部和端部端口的内部部分形成流体紧密密封。

如以上描述的那样，优选模块100具有非常简单而非常有效的构 造。外壳侧流体或液体与孔腔侧流体或气体分离(除在薄膜界面处外)。 优选地，标准部分，如标准外罩、端盖、端部端口、侧部端口、及端 盖锁，与定制部分，如筒、中心管、及适配器，一起使用。依据模块 最终使用或用途，可能需要使用定制端部端口、侧部端口、及/或端 盖。

尽管中心管154可以是单件开孔管(具有或没有中心塞或限流器)， 但如图2、5和16至21所示，优选的是，中心管154可以由至少三部 分制成：第一开孔管部分190、第二开孔管部分192、及实心管连接器 194。如表示的那样，管连接器194优选地具有相应螺纹端部191和 193，这些相应螺纹端部191和193适于与内螺纹配对，这些内螺纹在 管190和192的、与连接器194相邻的端部中。而且，管连接器194 优选地具有升起中央开槽部分195，该升起中央开槽部分195用来将 管190、192间隔开，并且当薄膜垫或织物绕管154包裹时，用来帮助 由例如环氧树脂形成障板155，及帮助障板155在形成之后保持到 位。类似地，管190、192的每一根可以在端部相对连接器194附近包 括肋或沟槽202，这些肋或沟槽202用来在薄膜垫或织物绕管154包 裹并且放置在壳体132中之后，帮助由例如环氧树脂形成封装138、 140，并且帮助封装138、140在形成之后保持到位。优选地，管 190、192的每一根在端部中具有光滑开孔自由内表面，该光滑开孔自 由内表面适于接收适配器146、148的端部150。

薄膜垫156优选地由障板155分离成两个薄膜部分196和198。例 如，如果待脱气的液体正在穿过模块100从端部端口112流到端部端 口114，则液体流过在端部端口112中的开口113，流过在适配器146 中的开口186，流过在管190中的开151，穿过在管190中的开孔或 开口200流出，绕例如在薄膜垫部分196中的空心纤维流动，越过障 板155(在障板155与壳体内部133之间)，绕例如在薄膜垫部分198中 的空心纤维流动，流过在管192中的开孔或开200，流过在管192 中的开口151，流过在适配器148中的开口186，及穿过在端部端口 114中的开口115流出。在这个例子中，管190是液体分配管，并且 管192是液体收集管。

在另一个例子中，待脱气的液体正在穿过模块100从端部端口114 流到端部端口112，液体流过在端部端口114中的开口115，流过在适 配器148中的开口186，流过在管192中的开151，穿过在管192中 的开孔或开口200流出，绕例如在薄膜垫部分198中的空心纤维流动， 越过障板155(在障板155与壳体内部133之间)，绕例如在薄膜垫部分 196中的空心纤维流动，流过在管190中的开孔或开口200，流过在管 190中的开151，流过在适配器146中的开口186，及穿过在端部端 口112中的开113流出。在这个例子中，管192是液体分配管，并 且管190是液体收集管。

尽管图1至图6表示在模块100的外罩110中的单个筒130，但想 到的是，可以使用两个或更多个筒(见图25、27及39)。而且，尽管优 选的是，在外罩110中使用一个或多个筒130，但人们通过直接封装 薄膜垫和在其中的中心管，可以在外罩110中形成整体薄膜接触器。 进一步，尽管优选的是，筒130具有外壳或壳体132，但人们在外罩 110中可使用无外壳筒。

尽管优选的是，使用一个或多个筒，这些筒在其中具有带有障板 的薄膜垫，但要理解，可使用无障板或多障板构造。例如，短筒的薄 膜垫可以是无障板的，而长筒的那些薄膜垫可以包括两块或更多块障 板。

参照图11和图12，另一种示范圆柱形外壳、壳体或外罩300具有 外部o形圈沟槽302、304和内表面306。

参照图13至15，又一种示范圆柱形外壳、壳体或外罩320具有外 部o形圈沟槽322、324、内表面326、及开槽或加肋部分328、330， 以帮助在其端部部分中形成和保持封装。

参照图4至6，要注意，筒优选地是独立薄膜接触器单元，具有 合理的尺寸和重量，以被装运、搬运、插入、及更换。这样的筒使模 块的建造和维护容易。按照可能优选例子，8″直径筒的长度是40″或 更小，并且16″直径筒的长度是20″或更小。

参照图7和图8，在一个可能优选例子中，筒外罩或外壳132具有 约39.75英寸的整体长度、和约7.9英寸的外径，并且由ABS聚合物 形成。

在另一个可能优选例子中，筒外罩或外壳132具有约79.75英寸 的整体长度、和约7.9英寸的外径。

在又一个可能优选例子中，筒外罩或外壳132具有约79.75英寸 的整体长度、和约15.9英寸的外径。

参照图9和图10，在一个可能优选例子中，压力外罩或容器110 具有约58.25英寸的整体长度、和约7.95英寸的内径，并且由玻璃纤 维、不锈钢等形成。

参照图11和图12，在一个可能优选例子中，筒外罩或外壳300 具有约19.88英寸的整体长度、和约7.9英寸的外径，并且由ABS聚 合物形成。

参照图13、14及15，在一个可能优选例子中，筒外罩或外壳320 具有约20.28英寸的整体长度、和约7.9英寸的外径，并且由ABS聚 合物形成。

参照图18和19，在一个可能优选例子中，中心管154具有约21 英寸的整体长度、约1.3英寸的外径、约1英寸的内径，并且由聚合 物形成。

参照图22和23，适配器或连接器146、148每个具有中心开口 186，该中心开口186保证穿过其的流体流动。

参照图24至26，6端口模块400具有：压力外罩410，具有4个 侧部端口412、414、416、及418；两个端部端口；两个端盖；两个 适配器；等等。模块或接触器400包含两个薄膜筒420、422，这两个 薄膜筒420、422优选地由空心连接器424连接在一起，该空心连接器 424适于与在筒的中心管中的开口配对，并且接收在这些开口中。

具体地参照图25A，连接器424优选地包括升起中心部分426，该 升起中心部分426适于将筒420和422的相邻端部(或加热管隔板)间隔 开小段距离。按照一个例子，连接器424将筒间隔开约0.25英寸。这 个间隔或间隙优选地保证孔腔侧气体、或离开一个筒并且进入下个筒 的气体的平衡。在空心纤维的敞开端部(加热管隔板的外边缘)之间的 这样一种间隙可以优选地从约0.01英寸至约2英寸，更优选地约0.1 英寸至约0.5英寸，及最优选地约0.15英寸至约0.35英寸。连接器424 也优选地包括相应端部428和430，并且具有中央开口432，这些相应 端部428和430适于与o形圈相配合，并且接收在筒420和422的中 心管的相应敞开端部中，该中央开口432允许外壳侧液体从一个筒的 中心管流到另一个筒的中心管。这种两筒构造提供薄膜接触器，该薄 膜接触器具有优于其它接触器和构造的性能。

图27表示4端口模块500，该4端口模块500像模块100，但像 模块400那样具有两个筒。例如，模块500可以是8″×80″模块，或者 能是16″×40″模块，该8″×80″模块具有两个40″筒，该16″×40″模块具 有两个20″筒。在模块500中的筒的每一个具有开孔中心管、障板、 多根空心纤维、及壳体，该障板连接到实心管连接器上，这些空心纤 维在每个端部处具有加热管隔板。如表示的那样，液体和残气具有穿 过模块的逆流流动，用来将液体脱气。

参照图28，优选地为了将诸如水之类的液体脱气，空心纤维是疏 水微孔薄膜，这些疏水微孔薄膜具有孔，这些孔阻塞液体的通过，但 允许气体和蒸汽的通过或转移。

图29、图30及图31表明模块或接触器的各种使用或模式[Sweep  Gas(残气)、Vacu um(真空)、或两者]。

图32和33表示相应并联和串联接触器构造。

图34示意地描绘本发明的示范多模块阵列。图35提供模块阵列 (像图34的模块阵列)的一个例子，该模块阵列用作脱气滑橇，该脱气 滑橇用在例如油井设备或钻井平台上，以将超过100,000桶的海水每 天脱气(依据实际构造或设计、选中材料、模块的尺寸和数量等，流量、 重量、及其它技术规格可大大地改变)。

图36表示本发明至少一个实施例的4端口模块，该4端口模块具 有优选侧部气体端口布置。模块600具有外罩610、端盖612、端盖锁 614、端部端口616、及侧部端口618。

图37表示本发明至少一个实施例的4端口模块，该4端口模块具 有可选择气体端口布置。模块700具有外罩710、端盖712、端盖锁 714、端部端口716、及端部气体端口718。

图38表明示范接触器800，该接触器800具有两个筒，这两个筒 具有在它们之间的Gas Equalization Gap(气体平衡间隙)。

图39表示至少三个6端口接触器400的阵列900，这些6端口接 触器400像图24的那些接触器，使它们的侧部端口(气体端口)由侧部 端口联接器401并联连接，这些侧部端口联接器401适于与相邻侧部 端口配对，接收在相邻侧部端口中，或者接收在其上。图34的阵列的 接触器可以优选地具有侧部端口，这些侧部端口如图39或44所示连 接，以节省空间、减小质量、等等。

参照图40，筒930包括开孔圆柱形外壳、壳体或外罩932，该开 孔圆柱形外壳、壳体或外罩932具有开孔933、和外部o形圈沟槽 934、936。筒930也包括封装938、中心管等(见图5)。由于筒930适 于用在高压外罩或容器内，所以开孔933允许高压液体穿过开口并且 在壳体与容器的内部之间流出，由此将壳体932免除压力的至少一 些。这样的开孔933可以保证壳体932的厚度、筒930的质量、等等 的减小。

进一步地，穿过壳体或外壳的开孔允许液体压力在筒内外相等。 作为结果，外壳壁不必具有显著的圆周强度。因此，可能的是，使用 较便宜和较薄的外壳或管材，并且仍然保持本发明的基本外壳-内-外 罩设计。这种结构可以为现行脱气系统提供比常规系统轻的重量和低 的成本。

如在图41中示意表示的那样，优选空心纤维薄膜阵列940包括多 根空心纤维942，例如X-40空心纤维，这些空心纤维942由 横向线946连接，这些横向线946例如是聚丙烯线，沿它们的长度间 隔开。示范空心纤维可以具有约300μm的外径。

在图42中，一根这样的空心纤维942可以具有例如约300μm的 外径、和约200至220μm的内径。

如图43所示，优选空心纤维942具有缝隙状微孔，这些缝隙状微 孔具有例如0.03μm的平均孔尺寸。这样的空心纤维可以是聚丙烯，并 且由环境友好干式拉伸过程制成。

图44表明按照本发明至少一个实施例的优选具体多接触器构造 或阵列。这种具体构造特别好地适于使用6端口模块或接触器、和N₂残气和真空组合(Combo Mode)将海水脱气。尽管仅表示三个接触器， 但要理解，可以使用更多或更少接触器。而且，这种具体构造可应用 于图34和39的相应阵列。按照本发明的具体方面，这种具体构造特 别好地适于用来替换或增强在海上油井设备或钻井平台上的常规真空 塔。例如，使用处于这种具体构造的多个6端口高压脱气模块或接触 器(优选地具有非金属外罩)和N₂残气和真空，可容易地生产50,000桶 每天或更多脱气海水。

按照至少一个实施例，这样一种独立液体薄膜接触器筒可以包 括：开孔中心管；第一垫，包括多个第一空心纤维薄膜，这些第一空 心纤维薄膜每个具有第一端部和第二端部，该第一端部和第二端部都 是敞开的；选择性障板，将空心纤维垫分离成两个区域；筒外壳或外 罩；及在每个端部处的封装。第一和第二薄膜端部是敞开的，例如， 以允许洗提气体或残气通过那里。可能优选的是，障板由中心管连接 器和由环氧树脂形成，该中心管连接器接合中心管的第一和第二段， 在穿过空心纤维垫的整个厚度缠绕形成坝或块的同时，将该环氧树脂 涂敷在垫或束的中心中的中心管连接器上。也可能优选的是：封装由 环氧树脂制成；并且切去封装的端部，以在封装之后形成敞开的第一 和第二端部。

按照至少一个实施例，中心管在筒的每个端部中形成开口，并且 沿其长度开孔，以保证液体流过筒和越过空心纤维。在筒的每个端部 中的开口适于与在RO外壳的端盖中的端口流体连通。例如，空心或 管状适配器或管路可以用来将筒开口与在端盖中的端口相连接。

按照至少选中实施例，高压脱气模块在单个RO外罩中优选地包 括两个或更多个筒。

按照至少一个实施例，优选RO外罩是8″×40″或8″×80″RO高压 外罩，并且筒的长度是约20″、40″或80″。

按照至少一个实施例，两个或更多个8″×40″或8″×80″脱气模块的 阵列由6端口RO外罩形成，这些6端口RO外罩具有其中的薄膜筒。

8″×80″模块的好处

·RO样式容器

·定到300psi或更高的ASME

·熟悉的设备设计

·简单的筒更换

·较短停机时间

·更换筒的较方便存储/搬运

·不用专用工具

·低更换成本

·紧凑的滑橇设计

·低的总高度

模块的RO压力外罩保证：如果筒失效，或者如果筒外罩或外壳 向外弯曲，则失效或筒包含在压力外罩中。这样，筒外壳可由较薄或 较弱原料制成，并且筒不必定到RO压力外罩或容器的完全压力。可 能优选的是，在筒外壳的外表面与RO压力外罩或容器的内表面之间 的间隙小于1.0英寸，更优选地小于0.5英寸，及最优选地小于0.25 英寸。间隙越小，如下机会越小：筒外壳将失效(裂缝、封装的脱离)， 并且它将仅向外弯曲，直到它接触RO外罩。

按照至少选中实施例，标准RO外罩或容器可以从各种商标中选 择，这些商标包括但不限于例如：

1.CodeLine(Pentair Water)-Model 80S30

2.Hangzhou MEY Membrane Technology Co.，Ltd-8″SS容器

3.ROPV-R80S Series

4.PROTEC(Bekaert Progressive Composites)-PRO 8-300-SP(这 种容器仅可以同正清扫压力一道工作，而不是真空一道工作)。

尽管具体侧部端口或气体端口密封设计不受限制，但优选的是将 与正和负压力都一道工作的密封设计。一些容器制造商制成仅同正压 力一道工作的密封设计，如打算使用是对于正压力RO那样。

聚合物成分的一些可以从例如如下选择：聚氯乙烯(PVC， polyvinyl chloride)、氯化聚氯乙烯(CPVC，chlorinated polyvinyl  chloride)、高冲击强度聚苯乙烯(HIPS，high impact polystyrene)、聚丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS，polyacrylonitrile-butadi-ene-styrene)、聚丙 烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈(ASA，polyacrylate-styrene-acrlonitrile)、及聚碳 酸酯(PC，polycarbonate)。

按照本发明的至少选中实施例，用于列出元件的每一个的优选材 料如下：

模块容器-玻璃纤维、不锈钢(SS)

筒外壳-ABS、PVC、FRP、SS或将用环氧树脂粘合的其它材料

中心管-ABS、PVC

中心管连接器-ABS、PVC

端部端口-Noryl、ABS、Delrin(Acetal)、钢、或SS

中心管对于端部端口适配器-Noryl、Delrin(Acetal)、ABS、SS

侧部端口-SS

空心筒连接器-Delrin(Acetal)、Noryl、ABS、SS

端盖-Noryl或其它玻璃-填充树脂(具有或没有铝支撑板)、SS

用于空心纤维阵列的线-PP

在常规外壳侧流动接触器中的限制之一是纤维长度。具有过长纤 维使纤维的孔腔侧变得用气体饱和，在残气可离开纤维的相对端部之 前，人们正在试图除去该气体。这种效应由如下事实进一步加剧：最 靠近中心管的纤维-在该处速度最高，比在最外直径处的纤维较高 效。最终结果是，最内纤维将具有剩余的很小驱动力以除去吸附气 体，而最外纤维将仍然具有除去气体的能力。问题是，具有最高驱动 力的纤维位于最低效率外壳-侧流动位置中。

按照本发明的至少一个方面，将混合腔室或‘Gas Concentration Equalizing Gap(气体浓度平衡间隙)’添加在模块中的孔腔的长度内。 这个间隙允许在最靠近中心管的孔腔内的残气一路向外到最远直径， 以在模块的长度内重新混合和平衡。这样做允许纤维的驱动力，在纤 维的效率最高处(在中心管处)增大，并且在纤维的效率最低处(在最外 直径处)减小。最终结果是，与没有这种特征具有等效薄膜面积的模块 相比，整体性能的显著提高。具有间隔开筒的目前8×40模块的DO除 去效率显著地比常规脱气接触器好(在100gpm以下的液体流量下)， 即使薄膜区域大致等效。

按照本发明的可能其它优选方面，将空心纤维微孔疏水薄膜筒插 入到压力容器中，筒是独立的，并且在没有辅助支撑结构帮助的情况 下可能能够或可能不能够承受内部压力，RO压力容器可以是优选容 器，不像反渗透，将气体和/或真空用在与液体相对的侧部端口上， 一旦安装，就可以允许筒壁挠曲到它接触压力容器的内径的点，可以 提供筒与外罩的间隙-该间隙足够松以便允许容易安装，而间隙可以 足够地紧，以便当由于内部压力等筒外罩挠曲时，提供支撑结构。

根据至少一个实施例，空心纤维垫通过如下方法嵌入/封装在树 脂中：将空心纤维垫原料引入到外罩中。在第一步骤中，在外罩正在 绕其中心轴线自旋的同时，经开口将暂时或可除去液体或胶引入到外 罩中。作为结果，暂时或可除去液体或胶形成层，空心纤维的端部嵌 在该层中。在第二步骤中，将液体可硬化树脂引入到外罩中，并且通 过离心效应在暂时或可除去液体或胶的第一层上形成树脂层，从而沿 纤维长度在纤维端部附近分段将空心纤维嵌在树脂层中。在树脂的硬 化之后，除去暂时或可除去液体或胶，并且将空心纤维嵌在硬化树脂 中，从而纤维延伸使它们的端部超越树脂层。然后，修整纤维端部， 以形成加热管隔板，使纤维的敞开端部在外表面上。

按照本发明的至少选中实施例，改进的液体脱气薄膜接触器或模 块包括高压外罩或容器、和在其中的至少一个脱气筒。可能优选的 是：高压外罩是标准ASME合格反向渗透(RO)或水净化压力外罩或容 器(由例如聚乙烯、聚碳酸酯、不锈钢、耐腐蚀丝缠绕玻璃纤维加强环 氧树脂管制成，具有例如150、250、300、400、或600psi的压力参数， 并且具有例如4或6个端口、和在每个端部处的端盖)；并且脱气筒是 独立空心纤维薄膜筒，该独立空心纤维薄膜筒适于配合在RO高压外 罩中。

封装或热固性材料可以包括但不限于环氧树脂、聚氨基甲酸乙 酯、及热塑性塑料。环氧树脂是优选的。热塑性塑料，如这里使用的 那样，是指高分子聚合物，该高分子聚合物当暴露于热量时软化，并 且当冷却到室温时返回其原始状态；术语通常应用于合成物质，如聚 氯乙烯、尼龙、氟碳聚合物、线型聚乙烯、聚氨基甲酸乙酯预聚物、 聚苯乙烯、聚丙烯、及纤维素和丙烯酸类树脂。示范热塑性塑料包括 聚烯烃，如聚丙烯和聚乙烯。

不同的封装方法可以用来形成封装或加热管隔板。这样的不同封 装方法包括但不限于模压封装、离心封装、及重力封装。

本发明可以按其它形式实施，而不脱离其精神和基本属性，并且 相应地，应该对附属权利要求书进行参考，而不是对于以上说明书， 如在本发明的范围中指示的那样。