CN106145231A - 用于除氧的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于除氧的装置和方法，其中涉及的一种用于除氧的装置，其包括：气体扩散膜，其包括第一侧和与之相对的第二侧；第一隔室，其位于所述气体扩散膜的第一侧，用于收容包含氧气的水流；和第二隔室，其位于所述气体扩散膜的第二侧，用于收容消耗液，所述消耗液消耗从所述第一隔室扩散而来的氧气。本发明还涉及相应的用于除氧的方法。

Description

用于除氧的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于除氧的装置和方法，尤其是用于去除水中氧气的装置和方法。

背景技术

例如溶解于水中的溶解氧等水中氧气因为腐蚀盛水容器、输水管道等原因而需要在进入锅炉、输水管等容器、管道前从水中去除。

现有装置和方法通常采用抽真空或气体吹扫等方式来去除水中氧气，但这些装置和方法的除氧效果并不总能适应各种不同需求。

因而，需要新的用于除氧的装置和方法。

发明内容

一方面，本发明的实施例涉及用于除氧的装置，其包括：气体扩散膜，其包括第一侧和与之相对的第二侧；第一隔室，其位于所述气体扩散膜的第一侧，用于收容包含氧气的水流；及，第二隔室，其位于所述气体扩散膜的第二侧，用于收容消耗液，所述消耗液消耗从所述第一隔室扩散而来的氧气。

另一方面，本发明的实施例涉及用于除氧的方法，其包括：将所述包含氧气的水流输入本发明的实施例涉及的用于除氧的装置的第一隔室；及，将所述消耗液输入所述第二隔室，以消耗来自所述第一隔室的所述氧气。

附图说明

参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中：

图1-3所示为根据本发明的实施例的装置的示意图。

具体实施方式

除非本发明中清楚另行定义，用到的科学和技术术语的含义为本发明所属技术领域的技术人员所通常理解的含义。本发明中使用的“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。

本发明中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”、“左右”等修饰一个数值，意为本发明不限于所述精确数值。一些实施例中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中的数值范围可以合并及/或互换，除非另行清楚说明，数值范围包括其所涵盖的所有数值子范围。

在说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，所有项目的单复数不加以限制。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的元件或实施例等。

除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。

本发明说明书中提及“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以任何适合的方式结合。

在下文中，将参照附图说明本发明的实施方式，将不会详细描述众所周知的功能和结构，以避免因不必要的细节而使本发明显得令人费解。

图1至3所示为根据本发明的实施例的用于除氧的装置10，20，30的示意图。装置10，20，30包括：气体扩散膜11，21，31，其包括第一侧12，22，32和与之相对的第二侧13，23，33；第一隔室14，24，34，其位于所述气体扩散膜11，21，31的第一侧12，22，32，用于收容包含氧气40，50，60的水流15，25，35；及，第二隔室16，26，36，其位于所述气体扩散膜11，21，31的第二侧13，23，33，用于收容消耗液17，27，37，所述消耗液17，27，37消耗从所述第一隔室14，24，34扩散而来的氧气40，50，60。

本发明提及的“气体扩散膜”或者类似用语指的是气体可以从其一侧扩散至另一侧但液体不能通过的膜。一些实施例中，所述气体扩散膜11，21，31疏水且多孔。一些实施例中，所述气体扩散膜11，21，31为微滤膜。一些实施例中，所述气体扩散膜11，21，31为超滤膜。一些实施例中，所述气体扩散膜11，21，31由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯或者聚氯乙烯等材料制得。

收容于第一隔室14，24，34中的水流15，25，35可以是含有氧气40，50，60的任何水流。一些实施例中，水流15，25，35中除了氧气40，50，60，还含有其他物质，例如溶解于水中的氯化钠等盐类。一些实施例中，氧气40，50，60溶解于水流15，25，35中。

如图1所示，一些实施例中，所述装置10包括支撑一对所述气体扩散膜11的支架18。所述气体扩散膜11为平板膜，与支架18一起构成膜组件41。所述第一隔室14位于所述一对气体扩散膜11的第一侧12之间。

一些实施例中，容器19收容若干所述支架18和对应的气体扩散膜11。所述第二隔室16位于容器19内、膜组件41外。

如图2所示，一些实施例中，所述装置20包括位于一对所述气体扩散膜21之间的隔网28。一些实施例中，隔网28和气体扩散膜21缠绕于枢轴29上，构成膜组件51。一些实施例中，所述气体扩散膜21为平板膜。气体扩散膜21的第一侧22之间为第一隔室24，第二侧23之间为第二隔室26。

如图3所示，一些实施例中，所述气体扩散膜31是中空纤维膜，自身构成膜组件61。一些实施例中，所述第一侧32为内侧，所述气体扩散膜31定义所述第一隔室34于其内。一些未图示的实施例中，所述第二侧为内侧，中空纤维膜定义所述第二隔室于其内。

一些实施例中，容器39收容若干所述气体扩散膜31并定义所述第二隔室36于其内。所述第二侧33为气体扩散膜31的外侧，第二隔室36位于气体扩散膜31之外。一些未图示的实施例中，容器收容中空纤维膜并定义所述第一隔室于其内。所述第一侧为气体扩散膜的外侧，第一隔室位于气体扩散膜之外。

可以根据具体应用环境，例如不同的水流15、25、35，消耗液17、27、37，气体扩散膜11、21、31，或者除氧要求等，来选择容器、支架、枢轴或隔网。一些实施例中，容器19、39由玻璃、塑料(如纤维强化塑料)或合金(如不锈钢)等制得。一些实施例中，容器为圆柱形、长方体、或正方体等构造。一些实施例中，支架18由玻璃、塑料(如纤维强化塑料)或合金(如不锈钢)等制得。一些实施例中，支架18为方框形构造。一些实施例中，枢轴和隔网由塑料制得。

将所述包含氧气40，50，60的水流15，25，35输入第一隔室14，24，34。将所述消耗液17，27，37输入所述第二隔室16，26，36，以消耗来自所述第一隔室14，24，34的氧气40，50，60。第一隔室14，24，34和第二隔室16，26，36分别位于气体扩散膜11，21，31的相邻两侧。

第一隔室14，24，34的氧气40，50，60扩散至第二隔室16，26，36，被消耗液17，27，37消耗掉，水流15，25，35中的氧气40，50，60被去除，从第一隔室14，24，34输出的水流42，52，62中氧气浓度低于输入第一隔室14，24，34的水流15，25，35中氧气40，50，60的浓度。

一些实施例中，所述消耗液17，27，37与所述氧气40，50，60反应从而消耗所述氧气40，50，60。一些实施例中，所述消耗液17，27，37为还原性溶液。一些实施例中，所述消耗液17，27，37包含亚硫酸钠。一些实施例中，从装置10，20，30流出的消耗液43，53，63里的亚硫酸钠浓度低于输入装置10，20，30的消耗液17，27，37里的亚硫酸钠浓度。

一些实施例中，水流15，25，35一次流过第一隔室14，24，34。一些实施例中，水流15，25，35循环流过第一隔室14，24，34。一些实施例中，消耗液17，27，37一次流过第二隔室16，26，36。一些实施例中，消耗液17，27，37循环流过第二隔室16，26，36。

根据对于除氧效果的要求以及具体水流成分的不同，可调整消耗液17，27，37的成分及浓度、可调整消耗液17，27，37的流量相对于水流15，25，35的流量的比例、使用合适的循环过程、或选择气体扩散膜11，21，31的种类或设计参数。

本发明实施例涉及的用于除氧的装置和方法迥异于传统的装置和方法，且成本低、效率高、除氧效果佳、占地面积小。

实验示例

以下实验示例可以为本领域中具有一般技能的人实施本发明提供参考。这些例子并不限制权利要求的范围。

例1

用孔径0.22微米的疏水性聚四氟乙烯膜作为气体扩散膜。用两张气体扩散膜和一个不锈钢支架组成一个厚5毫米，长200毫米，宽150毫米的膜组件，膜组件盛水的容积为150毫升，膜面积为480平方厘米。把膜组件放入玻璃容器。将去离子水输入所述膜组件内两张气体扩散膜第一侧之间的第一隔室，使其以60毫升/分钟的流速流动。将500毫升、1摩尔/升的亚硫酸钠溶液注入容器内、膜组件外的第二隔室作为消耗液。用梅特勒·托利多(MettlerToledo)溶氧仪对流出膜组件的去离子水中氧气浓度进行测量。测得的随实验时间变化的氧气浓度如下表1所示：

表1

实验时间(秒)	氧气浓度(ppm)
		0	7.46
30	4.33
		60	1.12
90	0.96
		120	0.34
150	0.12
		180	0.02
210	0.01
		240	0.01
270	0.01
		300	0.01

从表1数据可以看出，实验开始时，去离子水中氧气浓度为7.46ppm，在随后的大约210秒内，所述去离子水中氧气浓度降至0.01ppm左右。由此可见，该装置和方法有效去除了所述去离子水中的氧气，将氧气浓度降到了非常低的水平。

例2

重复例1，但去离子水中氧气的初始浓度为10ppm。把去离子水流分别以60毫升/分钟，90毫升/分钟，120毫升/分钟，250毫升/分钟，270毫升/分钟的流速注入所述膜组件内两张气体扩散膜第一侧之间的第一隔室，容器内、膜组件外的第二隔室中消耗液为浓度为2.46摩尔/升的亚硫酸钠溶液。记录水在膜组件里的停留时间，测量不同流速流出膜组件的去离子水中氧气浓度，即最终浓度，用水流流速除以膜面积得到单位面积的膜在单位时间内处理的水量，即膜处理量，用氧气的初始浓度减去流出膜组件时的最终浓度后除以初始浓度得到的百分比为除氧率。前述数据列于下表2。

表2

从表2数据可见，所述装置和方法在流速从60毫升/分钟到270毫升/分钟范围的除氧率高于约99.5％，而且在流速高达250毫升/分钟的情况下还可把氧气浓度降到10ppb(0.01ppm)，从而膜处理量较大。相较于现有技术而言，除氧率提高了，而且单位面积的膜在单位时间内处理的水量也增大了，从而在相同水量的情况下，膜的用量减少了，且消耗液价格低廉，成本得到降低。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了表明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (11)

1.一种用于除氧的装置，包括：

气体扩散膜，其包括第一侧和与之相对的第二侧；

第一隔室，其位于所述气体扩散膜的第一侧，用于收容包含氧气的水流；及，

第二隔室，其位于所述气体扩散膜的第二侧，用于收容消耗液，所述消耗液消耗从所述第一隔室扩散而来的氧气。

2.如权利要求1所述的装置，其包括支撑一对所述气体扩散膜的支架，其中所述第一隔室位于所述一对气体扩散膜的第一侧之间。

3.如权利要求2所述的装置，其包括收容若干所述支架和对应气体扩散膜的容器。

4.如权利要求1所述的装置，其包括位于一对所述气体扩散膜之间的隔网。

5.如权利要求4所述的装置，其包括枢轴，其中所述隔网和所述气体扩散膜缠绕于所述枢轴上。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述气体扩散膜是定义所述第一隔室于其内的中空纤维膜。

7.如权利要求6所述的装置，其包括收容若干所述气体扩散膜并定义所述第二隔室于其内的容器。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述气体扩散膜疏水且多孔。

9.一种用于除氧的方法，包括：

将所述包含氧气的水流输入如权利要求1-8中任何一项所述的装置的第一隔室；和

将所述消耗液输入所述第二隔室，以消耗来自所述第一隔室的所述氧气。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述消耗液与所述氧气反应。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述消耗液包含亚硫酸钠。