[发明专利]用于薄膜分离装置的能量管理系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种用于薄膜分离装置的能量管理系统。例如，本发明尤其涉及调节清洗流量以减少过量的清洗流体的消耗。

背景技术

在本领域中已知的是，可对具有包括在食品包装、制药实验室以及集成电路制造中的多种用途的压缩空气进行处理以去除污染物和水汽。压缩空气在用于制造系统之前被处理以去除空气中的水汽和污染物，这些水汽和污染物可能损坏终端产品或者至少通过消耗系统的功率和效率而增加生产成本。当未经处理的压缩空气运动通过系统时，温度可能下降，这依次可能使得水汽凝结。水分的引入可能使得空气管道生锈或泄露。对于传统的压缩空气处理设备，可通过从压缩空气中去除水汽来保持系统功率、降低运行费用并且提高生产质量。

在本领域中已知的是，利用薄膜干燥器清洗压缩空气去除了污染物和水汽，并且也降低了其用于水汽成分凝结成水的露点，所述露点为在恒定大气压下空气一定会被冷却的温度。可使压缩空气运动通过一束由特别设计为吸收水汽的薄膜组成的中空纤维。因此，当压缩空气通过薄膜的一侧时，水汽被吸收进薄膜中，水汽迅速地穿过薄膜并在薄膜的相反侧上被解吸成清洗气流。干燥器由穿过薄膜的水汽压差来驱动。传统的薄膜干燥器利用一部分经干燥的压缩空气作为清洗气流。使该经干燥的空气膨胀到低压以进一步降低水汽分压，从而增大用于处理的驱动力。清洗气流冲洗来自中空纤维的渗透侧的水汽并因此连续地清洗薄膜的水汽。

相似地，其他流体混合物的分离可以通过使流体混合物穿过半渗透薄膜的一侧来实现，只要存在一个以上高渗透成分和其它的较低渗透成分即可。之后，薄膜可以通过利用已经脱去了高渗透成分的气流冲扫系统而被清洗。之后，清洗气流将更多的可渗透成分运送出系统。

在传统的薄膜气体分离装置中，可以使用连续冲扫或清洗以增加驱动系统的分压差、提高产出气体纯度并且增大薄膜的生产率。然而，薄膜的连续清洗是非常昂贵的。在薄膜空气干燥器的情况下，利用来自于干燥器出口的恒流对薄膜干燥器的连续清洗浪费了资源，因为每当以小于设计容量使用干燥器时，可能会使用更低的清洗率以保持产出的纯度。

许多薄膜气体分离系统需要使用清洗气流以带走渗透薄膜壁的气体成分。大多数传统的薄膜分离系统以恒定的流量连续地清洗。已经尝试过降低用于冲扫薄膜的气体的量，但是这些之前的系统通过监控出口气体纯度来控制清洗，因为能够在出口处监控轻微污染物的仪器通常很贵，因此这会非常昂贵。因为该清洗气流包括与操作薄膜分离系统相关的主要运行费用，因此存在最小化清洗流量而不会给系统增加昂贵仪器的优点。因此，需要提供一种选择性地清洗薄膜同时避免过量清洗的系统。

发明内容

为了通过本发明最大程度地满足上述需要，其中能量管理特征的方案可以增加到薄膜分离系统以允许选择性清洗薄膜。本发明使得气体分离系统能够通过监控由清洗出口气流带走的渗透量而选择性地清洗薄膜。本发明的示范性实施例提供了一种能量管理系统，其基于清洗出口气流的相对湿度(RH)调节清洗流量。

依照本发明的实施例，用于薄膜分离装置的能量管理系统可包括薄膜分离装置，所述薄膜分离装置具有：薄膜，其具有渗透部和非渗透部；薄膜外壳，其包住所述薄膜；供给流体入口管；清洗入口管；非渗透产出流体出口管；以及，清洗出口管，其被配置为将清洗流体运送出薄膜分离装置。在一些实施例中，薄膜分离装置包括整体清洗控制特征。在另一些实施例中，薄膜分离装置可包括中空纤维薄膜。薄膜分离装置还可包括薄膜干燥器。

能量管理系统还可包括：至少一个清洗入口流量控制阀，其连接到所述清洗入口管；排出传感器，其被配置为测量从清洗出口管排出的流体的排出渗透流体浓度；以及，控制器，其接收来自于排出传感器的输出信号并将阀控制信号发送到至少一个清洗入口流量控制阀。在一些实施例中，排出传感器可包括相对湿度发送器(transmitter)，所述相对湿度发送器被配置为测量从清洗出口管排出的流体的排出相对湿度。在示范性实施例中，至少一个清洗入口流量控制阀被配置为提供可连续变更的流量。在一些实施例中，至少一个清洗入口流量控制阀包括多个开关阀，每个开关阀连接到控制器上，所述控制器例如可包括两个电磁阀。

能量管理系统可包括入口传感器，所述入口传感器被配置为测量进入到供给流体入口管中的流体的入口渗透流体浓度。能量管理系统还可包括孔，所述孔用于计量进入安装到薄膜外壳上的清洗入口管和/或歧管的流量。在这样的实施例中，至少一个清洗入口流量控制阀可安装到歧管上。