用於分離空氣中成分的裝置的製作方法
2023-12-09 03:03:41 1
專利名稱：用於分離空氣中成分的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有柔韌結構構件的、用於分離空氣中成分的裝置(以下稱為空氣成分分離裝置)。
背景技術：
氮分離裝置具有使用樹脂製成的中空纖維的結構，以分離空氣中的氧和氮。由樹脂材料製成的空氣成分分離裝置已經公知，並廣泛而大量的應用，特別是用來分離空氣中的氮，以在焊接操作中使用，而不是使用氮氣瓶。氮用於抗氧化劑、防爆劑或用於存儲產品。
圖5為示出了一般公知的傳統空氣成分(氮)分離模塊的剖視圖，該分離模塊具有由樹脂或金屬製成的外殼101；以及位於上下端的氣密端子結構。中空纖維膜體102儲存在外殼101中。壓縮空氣於是從圖5中外殼的上端注入，而從外殼的下端提取氮氣。排出孔103設置成用於釋放在通過中空纖維膜的過濾過程中分離的氧氣。本發明人檢索到的其它現有技術為2002年9月17日出版的日本公報JP 2002-263454，以及2004年8月17日授權的美國專利6,776,820。
發明內容
在傳統的空氣成分分離裝置中，採用聚醯亞胺用於由樹脂製成的、具有特定尺寸的中空纖維。然而，由於其實心結構，傳統的空氣成分分離裝置的缺點在於在安裝和運輸過程中缺乏靈活性。
本發明的目的在於提供這樣一種用於分離空氣中成分的裝置，所述用於分離空氣中成分的裝置具有柔韌結構，從而能將所述裝置製造得較小，而且能柔韌地調節所述裝置，以進行運輸和安裝。
一種空氣成分分離裝置，其具有具有柔韌結構的、用於分離含氮氣體和含氧氣體的多根中空纖維；以及外套筒構件，所述外套筒構件具有用於覆蓋所述多根中空纖維的構件的柔韌結構，以及用於釋放所述多根中空纖維的構件分離的含氧氣體的開口。
所述多根中空纖維的構件以及外套筒構件保持為氣密，而且所述開口形成在壓縮空氣進入端部的附近區域內。
通過在所述氮氣出口端處緊固至少所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件，並通過沿著從氮氣出口端向著壓縮氣體進入端的方向、通過所述多根中空纖維的構件和所述外套筒構件之間的空間，形成含氧氣體流動，從而所述多根中空纖維的構件的外面部分保持為氣密。
所述多根中空纖維的構件由諸如聚碸或聚醯亞胺的具有柔韌性的樹脂製成。
所述外套筒構件由形成有波紋的金屬、樹脂、橡膠或織物中的任何一種製成。
所述外套筒構件由樹脂膜製成，該樹脂膜由呈樹脂膜形式的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)製成。
殼體用於在其內存儲所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件，並具有用於獲得壓縮空氣的進入端孔，所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件的一端緊固在一起或保持敞開，而另一端連接到用於取出所述含氮氣體的出口端孔，所述殼體具有排氣出口，用於釋放從所述排氣出口由所述殼體排出的含氧氣體。
根據本發明，所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件具有柔韌特性，從而所述裝置能柔韌地變形，所述裝置的長度能調節為任意長度，所述裝置能根據安裝地點和運輸裝置而製成為較小並柔韌地應用。
圖1為示出了具有本發明的柔韌結構的空氣成分分離裝置的第一實施例的剖視圖，該空氣成分分離裝置在外套筒的壓縮空氣進入端的附近區域內具有氧排出孔。
圖2為示出了本發明的空氣成分分離裝置的第二實施例的剖視圖，該空氣成分分離裝置具有從外套筒釋放氧的開口端。
圖3A為示出了本發明的空氣成分分離裝置的第三實施例的平面圖，其在殼體中具有硬體端孔(插孔)。
圖3B為沿圖3A的虛線A-A的剖視圖，示出了本發明的空氣成分分離裝置的第三實施例。
圖3C為局部剖視的側視圖，示出了本發明第三實施例殼體中的連接孔、通道和氧釋放孔。
圖4為示出了本發明具有柔韌結構的空氣成分分離裝置的組裝形式的外部的平面圖。
圖5為示出了傳統空氣成分(氮)分離模塊的剖視圖。
具體實施例方式
以下通過參考附圖詳細描述本發明的實施例。本發明涉及通過利用樹脂製成的中空纖維來分離空氣中的氮的空氣成分分離裝置。使用樹脂製成的中空纖維的膜分離方法，採用基於通過膜的滲透速度不同的成分分離方法。
因此，空氣成分分離裝置具有適於快速初始化的簡單結構，並適於較小的製造操作。
本發明的上述或其它目的、特徵和優點以及實現它們的方式，將從以下對附圖中所示優選實施例的描述的說明中變得顯而易見，並且本發明本身也將得到最好的理解。
圖1示出了根據本發明的柔韌空氣成分分離裝置的剖視圖，其中由高聚合體製成的中空纖維膜(多根中空纖維的構件)，具有空氣中的氧、氫和水能比氮容易穿過的性質。
壓縮空氣供應到中空纖維膜(多根中空纖維的構件)中，氧被分離，從而提取分離速度比氧低的氮，這樣就利用了空氣成分的不同滲透速度。
中空纖維的內徑小於0.2mm，結合了上萬個中空纖維，從而構成膜模塊。
聚碸的特徵在於，其容易處理的柔韌性、低成本的可獲得性以及低的老化損耗率，而且具有99.90％的空氣成分分離性能。然而，如果聚醯亞胺材料具有柔軟特性，則可使用聚醯亞胺。
如圖1所示，根據本發明的空氣成分分離裝置，多根中空纖維的構件1具有柔韌性，且外套管構件3具有柔韌性，排氧出口孔8位於壓縮空氣進入端附近，用於釋放分離的氧，端蓋2聯結在外套筒3的兩端，用於將外套筒構件3和多根中空纖維的構件1保持在其內，支架5聯結在端蓋2上，且密封件4(膠帶或粘合劑)用於在氮出口端處緊固外套筒構件3與端蓋2，從而保持外套筒構件3的氮出口端氣密。
聚碸用於中空纖維的構件1，從而為中空纖維的構件1提供柔韌性。外套筒構件3由具有波紋的金屬、諸如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)的樹脂、橡膠或織物製成，這些材料中的任何一種都具有氣密性。如果外套筒構件3由金屬製成，則需要形成波紋來提供柔韌性。如果外套筒構件由織物、樹脂或橡膠製成，則必須加塗層來提供屏蔽空氣的功能。
在本實施例中，多根中空纖維1構成膜，該膜具有超過一千根的多根中空纖維，每根中空纖維的長度為1800mm，並採用聚碸樹脂來製成這些中空纖維。(然而，中空纖維膜1可具有少於一千根的中空纖維。)構成膜的中空纖維的構件1的厚度為200μm，且外徑為500μm。如果材料是柔韌的，則可將聚醯亞胺用於中空纖維，從而構成膜。
首先，通過在壓縮空氣進入端的附近區域內提供氧氣出口孔8作為開口，從而將多根中空纖維的構件1插入到直徑為22mm的、由聚丙烯(PP)製成的外套筒構件3中。
長度為25mm、外徑為22mm的由聚丙烯(PP)製成的支架5聯結到由聚丙烯(PP)製成的端蓋2上，用以結合多根中空纖維的從外套筒構件3的兩個端部暴露的兩個端部，從而通過將外套筒3配合到支架5中，而連接外套筒3的兩個端部。
通過卷繞由聚氨脂或橡膠製成的密封件4或者利用粘合劑，對外套筒構件3和端蓋2之間的連接部分以及氮出口端處的支架5進行密封。
圖4為示出了根據本發明的組裝形式的內部的平面圖，空氣成分分離裝置7能彎曲成具有320mm的圓直徑，從而放在紙箱中用於裝運。
根據本實施例的空氣成分分離裝置7，具有柔韌特性的外套筒3的氮出口能放置在靠近操作的合適位置。
在將壓縮空氣供應到本實施例的空氣成分分離裝置7中時，本發明者獲得了濃度在95.00％至99.90％之間的氮，且其在大氣中的氣體露點為-11℃的低露點。煙霧以及排放後供應的壓縮空氣在0.5MPa、20℃的狀況下、以0.5Nm3/hr的流量釋放。
氮氣的生成量和濃度取決於壓縮空氣的供應壓力和溫度。隨著壓縮空氣的壓力增高，氮生成量增加，而大氣溫度增加，但濃度保持恆定。
在第一實施例中，空氣成分分離裝置7，具有柔韌性的多根中空纖維的構件1由外套管構件3覆蓋，外套管構件3的端部由壓縮空氣進入端的端部處的端蓋2固定，而且氧氣出口開口8設置在外套筒3的壓縮空氣進入端的附近區域內。然而結構不限於該結構。
如圖2所示，與第一實施例的唯一不同之處在於，在壓縮空氣進入端的端部處，外套筒構件3的一個端部與端蓋2不必通過密封件4(膠帶或粘合劑)緊固，來覆蓋所述多根中空纖維的構件1，從而在所述多根中空纖維的構件1以及外套筒構件3由於它們的彎曲而變形時，所述外套筒構件3自由地從端孔2滑落，從而在壓縮空氣進入端部的附近區域內在端蓋2與外套筒構件3之間形成開口8。
通過這一結構，當在含有空氣的氣體通過所述多根中空纖維的構件1和所述外套筒構件3之間的空間、從氮氣出口端、在向著壓縮空氣進入端的方向上流出的同時，所述多根中空纖維的構件1和所述外套筒構件3在任選方向上變形時，可在長度方向上容易地調節尺寸，在該氮氣出口端處，外套管構件3通過密封件4與端蓋2緊固，而在該壓縮空氣進入端處形成有開口8。通過這一結構，能將所述多根中空纖維的構件1保持為氣密，並且防止其外表面乾燥。
圖3A為示出了本發明的空氣成分分離裝置的第三實施例的平面圖，該空氣成分分離裝置具有壓縮空氣進入硬體端孔9以及氮出口硬體端孔10(或由金屬製成的插孔)，這些端孔9、10用於將支架5聯結到內殼6上。圖3B為示出了本發明的空氣成分分離裝置的第三實施例的沿圖3A的虛線A-A的剖視圖。
圖3C為局部剖視的側視圖，示出了本發明的第三實施例，其具有連接孔11、通道12以及氧釋放孔13。
如圖3A至3C所示，根據該實施例，與實施例1的唯一不同之處在於，由外套管構件3覆蓋的以及由支架5緊固的多根中空纖維的構件1存儲在殼體6中。殼體6安裝了壓縮空氣進入硬體端孔(插孔)9以及氮出口硬體端孔(插孔)10，用於將支架5保持在其內。
存儲在殼體6中的所述多根中空纖維的構件1由外套管構件3覆蓋，並由支架5緊固。在壓縮空氣進入端的端部處，支架5配合到孔11中，而通道12用於在壓縮空氣進入端的端部附近區域內連接在壓縮空氣進入硬體端孔9和支架5之間。位於氮出口端的端部處的另一支架5配合到另一孔11中，而另一通道12用於在氮出口端處連接在氮出口硬體端孔10與支架5之間，而且氧出口孔13用於將分離的氧和其它成分釋放出殼體6。
由於與實施例1和實施例2之間的僅有區別在於，是否將空氣成分分離裝置存儲在殼體6中，因此省略了實施例2中的所有其它描述，從而避免重複。實施例2適用於在固定地點使用氮的操作。
儘管氮的濃度由於本發明的空氣成分分離裝置7而大約為99.90％，但是可通過具有多根中空纖維的構件1、端蓋2、外套筒構件3、密封件4以及支架5的簡單結構，來將裝置的尺寸保持為較小。
空氣成分分離裝置7由於沒有易出故障部分或消耗部分，因而不會帶來任何麻煩，從而提供了無需維護的裝置。
根據本發明，多根中空纖維的構件分離空氣成分，從而用於初始化到指定濃度的時間較短，通過將分離裝置連接到高壓縮空氣供應源上，就可簡單地獲得高提純的氮氣。
根據上述實施例，描述了作為空氣成分分離裝置7的示例，該空氣成分分離裝置7利用空氣中成分的滲透速度的不同，從而通過分離氧來分離氮氣，氮氣從空氣的分離速度較低。然而，也能有效利用從空氣成分分離裝置7的外套筒構件3的開口中提取的氧。
儘管通過優選實施例描述了本發明，但上述實施描述的是本發明的示例，從而在不偏離本發明的精神和預期範圍的情況下，根據以上教導並在所附權利要求的範圍內存在大量的改進和變化。
權利要求
1.一種空氣成分分離裝置，其包括多根中空纖維的構件，所述多根中空纖維的構件具有柔韌結構，並用於分離含氮氣體和含氧氣體，以及外套筒構件，所述外套筒構件具有用於覆蓋所述多根中空纖維的構件的柔韌結構，以及用於釋放所述多根中空纖維的構件分離的含氧氣體的開口。
2.根據權利要求1所述的空氣成分分離裝置，其中所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件保持為氣密，而且所述開口形成在所述壓縮空氣進入端的附近區域內。
3.根據權利要求2所述的空氣成分分離裝置，其中通過在所述氮氣出口端處緊固至少所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件，並通過沿著從所述氮氣出口端向著所述壓縮氣體進入端的方向、通過所述多根中空纖維的構件與所述外套筒構件之間的空間，形成含氧氣體流動，從而所述多根中空纖維的構件的外部保持為氣密。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的空氣成分分離裝置，其中所述多根中空纖維的構件由諸如聚碸或聚醯亞胺的、具有柔韌性的樹脂製成。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的空氣成分分離裝置，其中所述外套筒構件由形成有波紋的金屬、樹脂、橡膠或織物中的任何一種製成。
6.根據權利要求5所述的空氣成分分離裝置，其中所述外套筒構件由樹脂膜製成，該樹脂膜由呈樹脂膜形式的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)製成。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的空氣成分分離裝置，其中殼體用於在其內存儲所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件，並具有用於獲得所述壓縮空氣的進入端孔，所述多根中空纖維的構件以及所述外套筒構件的一端緊固在一起或保持敞開，而另一端連接到用於取出所述含氮氣體的出口端孔，所述殼體具有排氣出口孔，用於釋放從所述殼體的所述排氣出口孔排出的含氧氣體。
全文摘要
一種空氣成分分離裝置，其包括多根中空纖維的構件，其具有柔韌結構，並用於分離含氮氣體和含氧氣體；以及外套筒構件，其具有用於覆蓋所述多根中空纖維的構件的柔韌結構，以及用於釋放所述多根中空纖維的構件分離的含氧氣體的開口；其中，所述多根中空纖維的構件以及外套筒構件保持為氣密，而且所述開口形成在壓縮空氣進入端部的附近區域內。其中，所述多根中空纖維的構件由諸如聚碸或聚醯亞胺的、具有柔韌性的樹脂製成，而且所述外套筒構件由形成有波紋的金屬、樹脂、橡膠或織物中的任何一種製成。
文檔編號B01D63/02GK101015764SQ20061017241
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年2月9日
發明者青沼三郎 申請人:薩塔克株式會社