本實(shí)用新型涉及中空纖維膜，具體地，涉及一種新型中空纖維膜噴絲頭。

背景技術(shù)：

中空纖維膜是水處理、血透析、海水淡化、氣體分離、液體分離等領(lǐng)域設(shè)備的核心部件，應(yīng)用于反滲透膜、微濾膜，納濾膜和超濾膜等方面的一種重要新材料，在環(huán)保水處理、血透析、氣體分離等領(lǐng)域逐漸得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著對(duì)中空纖維膜的質(zhì)量和性能要求的提高，需求量的增大，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝和設(shè)備越來(lái)越難于滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，大部分依賴(lài)進(jìn)口。

如何能生產(chǎn)出高性能中空纖維膜并提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，已成為研究中空纖維膜領(lǐng)域最熱門(mén)、也是最關(guān)鍵的問(wèn)題之一。中空纖維膜的生產(chǎn)成型過(guò)程，簡(jiǎn)要的概述就是將紡絲料液和芯液從噴絲頭基座的不同位置注入噴絲頭，通過(guò)噴絲頭內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，從噴絲頭蓋噴出中空纖維絲狀物—俗稱(chēng)膜絲。從整個(gè)制膜過(guò)程來(lái)看，除制膜設(shè)備和工藝參數(shù)影響膜絲性能外，噴絲頭的優(yōu)劣直接影響到膜絲的一些關(guān)鍵性能和參數(shù)。因此，要獲得合適尺寸、外觀和性能優(yōu)良的中空纖維膜絲，優(yōu)質(zhì)的噴絲頭設(shè)計(jì)是首要任務(wù)。

目前國(guó)內(nèi)紡制中空纖維膜廣泛采用的是單孔噴絲頭，單孔噴絲頭紡絲時(shí)每次只能出一根絲，生產(chǎn)效率極低，不能規(guī)?；罅可a(chǎn)。大部分該類(lèi)型噴絲頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再次組裝精度降低，影響產(chǎn)品質(zhì)量和浪費(fèi)大量的調(diào)機(jī)和維護(hù)時(shí)間。如專(zhuān)利 200420019464.9、2011200281810、、200420019464.9、92215496.1、932222865.8、 2013200597367、201420104073、CN204570097U公開(kāi)資料所述。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)申請(qǐng)?zhí)枮?01520229656.0，名稱(chēng)為一種噴絲頭的實(shí)用新型公開(kāi)了一種噴絲頭，但具有如下不足：

第一、對(duì)多個(gè)獨(dú)立噴絲頭進(jìn)行成倍效率的多頭擴(kuò)展時(shí)，對(duì)流道模組設(shè)計(jì)、生產(chǎn)要求非常高，多孔的一致性要求很難實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品的合格率會(huì)受生產(chǎn)參數(shù)影響而波動(dòng)非常大，合格率較低；其一致性差的中空纖維膜膜絲組裝成膜組后，單位體積內(nèi)的膜絲的濾水的面積將大打折扣，通量達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

第二、膜絲的性能除了與膜材料的配方、噴絲頭質(zhì)量、工藝參數(shù)等有并以外，還與后處理的溫度及其他參數(shù)密切相關(guān)，尤其是膜絲離開(kāi)噴絲頭之后進(jìn)入固化浴之前的階段也十分重要，而常規(guī)的噴絲頭設(shè)計(jì)無(wú)法滿(mǎn)足高性能中空纖維膜對(duì)工藝參數(shù)控制的需求。

第三、現(xiàn)在的噴絲頭也無(wú)法實(shí)現(xiàn)中空纖維膜的在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，在線(xiàn)智能反饋、調(diào)節(jié)和控制的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型中空纖維膜噴絲頭。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的新型中空纖維膜噴絲頭，包括噴絲頭主體、噴絲頭輔助功能環(huán)以及芯液導(dǎo)流管；

其中，所述芯液導(dǎo)流管連接所述噴絲頭主體的頂端面；所述噴絲頭輔助功能環(huán)連接所述噴絲頭主體的底端面；

所述噴絲頭主體的側(cè)面設(shè)置有料液注入孔，在噴絲頭主體底端部設(shè)置有與料液注入孔相連通的噴絲成型孔；

所述噴絲頭主體內(nèi)設(shè)置有一芯液管，芯液管穿設(shè)在噴絲成型孔內(nèi)并與所述芯液導(dǎo)流管相連通形成芯液流道。

優(yōu)選地，所述噴絲頭主體、所述噴絲頭輔助功能環(huán)以及所述芯液導(dǎo)流管同軸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述芯液管、所述芯液導(dǎo)流管、所述芯液流道同軸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述噴絲頭主體的頂端面上設(shè)置有一環(huán)形的密封槽。

優(yōu)選地，所述噴絲頭主體的側(cè)面設(shè)置有沿周向均勻分布的若干料液注入孔。

優(yōu)選地，所述噴絲頭輔助功能環(huán)內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置。

優(yōu)選地，所述噴絲頭輔助功能環(huán)的直徑d和高度h之間滿(mǎn)足如下關(guān)系：

ξQ/(Q_R·η)＝hπ(d·π^1/2·S^1/2/2-1)，其中，ξ為修正系數(shù)；Q為總熱量；Q_R為導(dǎo)體單位長(zhǎng)度發(fā)熱量；S為導(dǎo)體截面積。

優(yōu)選地，所述噴絲頭輔助功能環(huán)內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和測(cè)量傳感器。

優(yōu)選地，所述噴絲頭輔助功能環(huán)內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置和濕度調(diào)節(jié)裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

1、本實(shí)用新型為新型噴絲頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，在噴絲的生產(chǎn)過(guò)程中，芯液、料液的流動(dòng)更均勻，同時(shí)，這種噴絲頭可以單獨(dú)使用，也可易于實(shí)現(xiàn)在一個(gè)噴絲模組上進(jìn)行噴絲孔數(shù)量的無(wú)限擴(kuò)展，可突破性提高生產(chǎn)效率，對(duì)多個(gè)獨(dú)立噴絲頭進(jìn)行成倍效率的多頭擴(kuò)展時(shí)，對(duì)流道模組設(shè)計(jì)、生產(chǎn)要求低，本實(shí)用新型中的芯液導(dǎo)流管使模組中每個(gè)芯液管中的芯液流動(dòng)均習(xí)，一致性高，膜絲合格率大幅度提升；

2、本實(shí)用新型中噴絲頭輔助功能環(huán)能夠安裝溫度調(diào)節(jié)裝置和多種傳感器，可以對(duì)膜絲在離開(kāi)噴絲頭之后進(jìn)入固化浴之前的生產(chǎn)工藝參數(shù)如溫度梯度進(jìn)行控制，使膜絲的性能大大提高；此外，噴絲頭輔助功能環(huán)的設(shè)置也可以實(shí)現(xiàn)膜絲的在線(xiàn)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，在線(xiàn)智能反饋、生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制的多功能模塊的架設(shè)，實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)的情況下，監(jiān)測(cè)和控制膜絲的質(zhì)量，可以提升膜絲的性能，提升生產(chǎn)系統(tǒng)水平。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的一種截面示意圖；

圖3(a)、圖3(b)示出了本實(shí)用新型第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖和截面示意圖；

圖4(a)、圖4(b)為本實(shí)用新型第一實(shí)施例、第二實(shí)施例變形例的一種截面示意圖。

圖中：

1-噴絲頭主體；2-噴絲頭輔助功能環(huán)；3-芯液導(dǎo)流管；4-料液注入孔；5-噴絲成型孔；6-芯液管；7-芯液流道；8-密封槽；9-溫度調(diào)節(jié)裝置/溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

圖1、圖2示出本實(shí)用新型第一實(shí)施例中新型中空纖維膜噴絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖；在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供的新型中空纖維膜噴絲頭，包括噴絲頭主體1、噴絲頭輔助功能環(huán)2以及芯液導(dǎo)流管3；

所述噴絲頭主體1的側(cè)面設(shè)置有沿周向均勻分布的若干料液注入孔4，在噴絲頭主體1底端部中心設(shè)置有與料液注入孔4相連通的噴絲成型孔5，在噴絲頭主體1內(nèi)設(shè)置有一芯液管6，芯液管6穿設(shè)在噴絲成型孔5內(nèi)并與所述噴絲成型孔5同軸設(shè)置。所述芯液管6內(nèi)設(shè)置有一與其同軸并貫穿至芯液導(dǎo)流管3的芯液流道7。所述芯液導(dǎo)流管3 設(shè)置在噴絲頭主體1頂端并與噴絲頭主體1同軸設(shè)置。所述噴絲頭輔助功能環(huán)2為一圓柱環(huán)，設(shè)置在噴絲頭主體1底端并與噴絲頭主體1同軸。

作為一種改進(jìn)，在噴絲頭主體1的頂端設(shè)置了一環(huán)形的密封槽8。

本實(shí)用新型提供的新型中空纖維膜噴絲頭時(shí)，在噴絲過(guò)程中，料液從料液注入孔4 流入，在壓力作用下，均勻的以料液流的形式從噴絲成型孔5噴出。另一方面，芯液由芯液導(dǎo)流管導(dǎo)3流進(jìn)噴絲頭，在壓力和重力的作用下經(jīng)過(guò)芯液流道7，從芯液管6中流出。

由于芯液管6的直徑比噴絲成型孔5的直徑小，因此芯液流被料液流圍繞，使得料液流形成管狀，從而在之后工序中形成所需的中空膜纖維絲。

圖3(a)、圖3(b)示出本實(shí)用新型中第二實(shí)施例中新型中空纖維膜噴絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖；本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將本實(shí)施例理解為圖2所示實(shí)施例的一個(gè)變化例，具體地，本實(shí)施例與圖2所示實(shí)施例的區(qū)別之處在于，在本實(shí)施例中，噴絲頭輔助功能環(huán)2的直徑大于噴絲頭主體1的直徑。

圖4(a)、圖4(b)示出本實(shí)用新型中第一實(shí)施例、第二實(shí)施例的變形例。在變形例中，噴絲頭輔助功能環(huán)2內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置。本實(shí)用新型提供的新型中空纖維膜噴絲頭的設(shè)置高度與固化浴水面之間的距離δ為10cm，被研究對(duì)象只取10cm長(zhǎng)絲介質(zhì)，對(duì)此段長(zhǎng)絲介質(zhì)設(shè)定不同的溫度梯度并對(duì)外放換熱，其維持膜性能所設(shè)計(jì)的溫度梯度而需要的熱量主要三部分：1、介質(zhì)向空間的輻射換熱；2、空氣對(duì)流帶走的熱量；3、認(rèn)為分界面處介質(zhì)橫截面溫度與環(huán)境(液體)溫度相近(等)，此段介質(zhì)向下端介質(zhì)的熱傳導(dǎo)。

設(shè)定膜絲離開(kāi)本實(shí)用新型提供的噴絲頭的分界面為第一截面，理論設(shè)定溫度為60℃；設(shè)定固化浴分界面為第二截面，理論設(shè)定溫度為30℃，先考慮此段介質(zhì)對(duì)空氣的放熱，則此段介質(zhì)會(huì)通過(guò)本身的熱傳導(dǎo)向下部分介質(zhì)傳熱，那么第一截面到第二截面間會(huì)形成溫度梯度，那么理論上計(jì)算推導(dǎo)必然是偏微分?jǐn)?shù)學(xué)公式，在此實(shí)施案例中，為了便于工程計(jì)算和本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理闡述，因此做簡(jiǎn)化處理后，可用工程計(jì)算公式計(jì)算。

1、計(jì)算介質(zhì)向空間的輻射換熱

設(shè)絲介質(zhì)溫度60℃,周?chē)h(huán)境溫度30℃，溫差小，且向空氣輻射，此部分換熱量可忽略不計(jì)。

2、計(jì)算空氣對(duì)流帶走的熱量，

具體為，Q_f＝αA(t_w-t_f)

其中，Q_f為熱(流)量，單位W；α為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/(m²·℃)；A為換熱壁面面積，單位為m²(在此即為介質(zhì)外表面積)；t_w為壁面溫度，單位℃(在此簡(jiǎn)化取第一截面、第二截面溫度的平均值，t_w＝(t₁+t₂)/2，假設(shè)為45℃)；t_f為周?chē)黧w(空氣),單位℃。

3、計(jì)算此段介質(zhì)向下端介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，

Q_t＝λA(t₁-t₂)/δ

其中，Q_t為熱(流)量，單位W；λ為熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位W/(m·℃)；A為物體橫截面積(垂直于導(dǎo)熱方向)，單位m²(在此即為介質(zhì)橫截面積)；t₁、t₂為兩個(gè)截面溫度，單位℃；δ為物體厚度，單位m(在此即為介質(zhì)長(zhǎng)度10cm)；

則向外總傳熱為Q＝Q_f+Q_t，計(jì)算時(shí)，可以加個(gè)修正系數(shù)如1.1，因此總熱量Q＝1.1 (Q_f+Q_t)即是為了維持膜絲高性能所設(shè)計(jì)的介質(zhì)溫度梯度所需要的總熱量。此實(shí)施例中所需的熱量Q設(shè)定為電伴熱，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，電伴熱發(fā)熱量57.23％，設(shè)符號(hào)η為有效加熱 (維持介質(zhì)溫度)，其他熱量進(jìn)入環(huán)境產(chǎn)生損失。

導(dǎo)體單位長(zhǎng)度發(fā)熱量Q_R為：

Q_R＝I_w²R_ac；

R_ac＝ρ[1+α_t(t₁-20)]K_s/S

其中，Q_R為導(dǎo)體單位長(zhǎng)度發(fā)熱量，單位W；I_w為通過(guò)導(dǎo)體的電流，單位A；R_ac為導(dǎo)體單位長(zhǎng)度交流電阻，單位Ω；ρ為導(dǎo)體20℃時(shí)直流電阻率，單位Ω·m；α_t為電阻溫度系數(shù)；t₁為導(dǎo)體運(yùn)行溫度，單位℃；K_s為集膚系數(shù)；S為導(dǎo)體截面積，單位m²；

設(shè)所需導(dǎo)體(電阻器)長(zhǎng)L，單位m，電伴熱功率為Q_T＝Q_R·L；

等式Q＝Q_T·η＝Q_R·L·η；

噴絲頭輔助功能環(huán)2的直徑d和高度h滿(mǎn)足計(jì)算公式：

ξQ/(Q_R·η)＝hπ(d·π^1/2·S^1/2/2-1)，其中ξ為修正系數(shù)。

在變形例中，噴絲頭輔助功能環(huán)2中僅設(shè)置有溫度傳感器和測(cè)量傳感器等傳感器，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝所需要的功能，即圖4所示中9從溫度調(diào)節(jié)裝置替換成相應(yīng)的溫度傳感器和測(cè)量傳感器等傳感器。

在變形例中，噴絲頭輔助功能環(huán)2中不僅設(shè)置有溫度傳感器、測(cè)量傳感器等傳感器的同時(shí)，還設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)裝置、濕度調(diào)節(jié)裝置等裝置，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝所需要的功能，即圖4所示中9可為溫度調(diào)節(jié)裝置、濕度調(diào)節(jié)裝置、溫度傳感器、濕度傳感器及測(cè)量傳感器等。

在變形例中，在某些情況下，噴絲頭輔助功能環(huán)不需設(shè)置額外的設(shè)備、夾具、傳感器等，只以合適的直徑和高度所形成的腔體，既可以保護(hù)噴絲成型孔及芯液孔端部不被劃傷、碰傷等物理?yè)p傷，也可以形成半密閉的膜絲成型所需要溫濕度環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝所需要的功能。

以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。