薄膜蒸馏领域专利技术综述

2014-12-17

中国科技信息 2014年2期

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510600

1.膜蒸馏的技术概况

膜蒸馏技术兼具一般蒸馏与薄膜分离的优点，过程原理是利用只允许水蒸气分子通过的多孔疏水性薄膜将两种工作水体分隔开来，此种疏水性细小孔洞借由两侧液体表面张力的作用而防止两侧液体水相相互混合，若控制疏水性微孔膜两侧液体具有一定的温度差，就将导致微孔道两端具有不同的水蒸气压力，从而致使由高温侧的液体蒸发而形成的高的蒸汽压力并流向低温侧进行冷凝，维持这种温度差，则高温侧的液体将持续蒸发，微孔通道内的蒸汽将在低温侧的液体表面持续冷凝，从而持续得到蒸馏液体。要维持疏水性膜两侧的温度差，就需要对原料液进行加热，对蒸馏液进行冷却，是否能够有效获取加热原料液的热源以及冷却蒸馏液的冷源是膜蒸馏过程能否实现的关键问题。

2.膜蒸馏领域的专利技术演进

近年来，国内对于膜蒸馏技术的应用研已经经历了近40年，但是2010年以后两国在该方面的专利几乎处于停滞阶段。图1可以看出，中、美、日三国在膜蒸馏领域的专利发展状况。

2.1 中国膜蒸馏技术的发展

国内目前的专利申请主要集中在对于膜蒸馏组件的结构设计。

（1）利用太阳能或废热的膜蒸馏式水处理装置。该装置以非挥发性物质的水溶液（如海水、苦咸水等）为蒸馏处理对象，有效利用太阳能或者废热，使用疏水性膜，通过膜蒸馏过程，以获取所需要的生活与饮用淡水。

（2）汽、水四级分离蒸馏水机。该发明提供一种汽、水四级分离蒸馏水机，这样生产出来的纯蒸汽十分干燥，制得的蒸馏水空前的纯净。

（3）复合裂隙蒸馏膜膜件及装置。该发明旨在提高产水质量和产水量，如图1所示，装置由高分子材料热传导版1 和耐温疏水膜2 组成，高分子材料热传导板1 一侧为平面，另一侧上设有若干个凸点，相邻凸点的间距为1.0mm～1.5mm，凸点高度为0.3mm～0.5mm。

图1 复合裂隙蒸馏膜膜件装置

2.2 美国膜蒸馏技术的发展

（1）海水淡化的设备。如图2所示，该专利利用平板微孔疏水膜制成的螺旋型膜组件，使原料液与蒸馏液反向流动，原料液可以有效吸收馏出液冷凝时放的冷凝热，在实施例中，每产生1 千克馏出液仅仅消耗212 千焦的能量，获得较高的能量利用率。

图2 海水淡化的设备

3.膜蒸馏案例的实际审查

通过对膜蒸馏技术领域的专利技术进行系统的梳理，使审查员对于该领域技术的发展背景有了整体的了解，并掌握了该领域的常规技术知识和技术手段，可以帮助审查员更加接近本领域普通技术人员的技术水平。当需要审查该领域的专利申请时，对于该技术领域系统的了解将有助于审查员快速、正确的理解待审案件的技术方案，从而准确把握专利申请的发明点，并快速找到最接近的现有技术，提高检索效率。以下的审查实例，说明了整体把握专利技术对于审查实践的重要性。

【实际案例】

申请号：200710086618.4

发明名称：海水淡化环形波节管降膜蒸发器

技术方案：本发明涉及一种利用环形波节管制做海水淡化用降膜蒸发器技术，该装置充分利用环型球体状体设计结构，改变了传统直管降膜蒸发机理，进一步提高了蒸发效率，该蒸发器适用于多效蒸发海水淡化模式。

如图3所示，该蒸发器主要由环形波节蒸发管、管顶板、冷凝器、淡水盘、海水喷淋器、折流板组成。其特别之处是：经喷淋的海水或其他需浓缩的液体经过球体结构设计的蒸发管时，在环形波节管球体表面均匀分布并凝结成膜，在高温流体通过环形波节管蒸发管时，内传热流体在管内形成扰动，其热能均匀分布到每一个波节，加快管外降膜蒸发。在新型环形波节管蒸发模块中，蒸发气体在冷凝器凝结成水，由下部的淡水盘收集送出蒸发器，经蒸发浓缩的海水经排出口排出。

图3 海水淡化环形波节管降膜蒸发器

审查过程：审查员通过全面阅读本申请的原始申请文件了解到，本申请的目的在于提高蒸发效率，进而进一步提高海水淡化产量。基于对本领域技术背景的完整了解，审查员可以迅速将本申请的发明点归于环型球体状设计结构的环形波节管，从而想到这种通过突起或波节扩大蒸发器的传热面积从而改善蒸发性能并提高传热效率的技术在日本已经被公开了。因此，审查员可以做出本申请不具备创造性的初步判断。在此基础上，找出更适合评价本申请创造性的申请文件。

检索后，确定CN2539124Y 就是可以评价本申请创造性的一篇对比文件。该对比文件公开了一种新型波纹管换热器，形状为螺旋波纹性。其波峰与波谷之间的高度差，使管内外流体受到充分扰动，即在低流速下也能形成湍流状态，换热效率很高。而且螺纹管的管形决定了物料在随螺纹管旋转的同时实现了直线传动，物料不会沉积。因此，该波纹管换热器兼具换热效率高和物料不沉积的特点。