CN102000510A - 用于滤水器的中空纤维膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有优良的透气性的中空纤维膜组件，其通过快速将水区的空气替换为水，而能够缩短用从进水口引进的水将箱体完全充满的时间周期，因此提高了水流效率。

Description

用于滤水器的中空纤维膜组件
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2009年8月26号提交的韩国专利申请No.10-2009-0078994的权益，通过引用将其全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种过滤水的滤水器组件，并且更具体地，涉及一种具有优良透气性(ventilativity)的用于滤水器的中空纤维膜组件。
背景技术
工业的发展造成各种环境污染，尤其是严重的水污染。由于水被用作家庭中的饮用水，因此水污染应该被慎重处理。
蓄水池中旧的供水管道和污水箱可能通过大肠杆菌、伤寒杆菌和痢疾杆菌之类的微生物、杆菌和细菌的繁殖造成饮用水的污染。被污染水对健康有害，并且喝了被污染的水的人，由于被污染的水的难闻的味道而感觉不舒服。
为了有效地从饮用水中滤除污染物，使用离子交换树脂的滤水器、吸附过滤器或膜组件的滤水器已经被广泛地使用。
膜组件由于其各种不同的用途，可以在大范围内使用。分离膜可以被归类为平片膜和中空纤维膜。中空纤维膜是一种其内部空心的管型膜。中空纤维膜，其每单位面积上具有大的表面积，能够实现高的过滤效率。从这个方面来说，中空纤维膜组件一般应用于滤水器。
应用于滤水器的中空纤维膜组件，包括设置有进水口和渗出口的箱体。箱体内有封装层将箱体的内部空间划分为水区和渗透区。并且，中空纤维膜束被封装进封装层中。中空纤维膜束将污染物质(polutants)从通过进水口供应到箱体的水区的水中移除。由于通过各自的中空纤维膜，水被过滤成为渗透水。然后，渗透水顺序通过中空纤维膜的空心和箱体渗透空间，通过渗出口被排放到箱体的外面。
箱体的水区被箱体和封装层包围并坚固地密封。因此，当通过进水口引入水时，存在于水区的空气只能通过中空纤维膜束被移动到渗透区，并且能够通过渗出口被排放到箱体的外面。
也就是说，直到存在于水区的空气通过中空纤维膜束被完全从水区移动到渗透区，水区才能完全充满通过进水口引入水区的水。如果水区没有完全充满水，则不可避免地存在中空纤维膜束的水流量的限制。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于滤水器的中空纤维膜组件，基本上避免了由于现有技术的限制和不足造成的一个或多个问题。
本发明的一个方面是提供一种具有优良透气性的中空纤维膜组件，其能够缩短用从进水口引进的水将箱体完全充满的时间周期。
本发明的其它优点、目的和功能将会在下面的描述中提出，并且部分的所述其它优点、目的和功能通过分析下文是显而易见的，或者可以通过实施本发明而了解。本发明的目的以及其他优点可通过书面说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构实现并获得。
为了实现这些目的以及其他的优点并且与本发明的目的相一致，如在此具体地和概括地描述的，提供一种中空纤维膜组件，包括：箱体，其包括进水口和渗出口；封装层，其位于箱体中，将箱体的内部空间分为水区和渗透区；以及中空纤维膜束，用于过滤水区中的水，其中，所述每一个中空纤维膜包括至少一个封装在封装层内的末端部分，所述至少一个末端部分具有开口端，以便所述中空纤维膜与所述渗透区流动连通，其中，所述中空纤维膜束包括多个亲水中空纤维膜和至少一个憎水中空纤维膜，以及其中所述至少一个憎水中空纤维膜的表面积与空气容积的比值为0.20至1.00cm-1，所述空气容积定义为从所述水区的容积减去所述亲水中空纤维膜的容积而得到的容积。
应当理解，前面提到的概括描述以及下面的详细描述都是示范的和说明性的，并且旨在提供所主张的本发明的更进一步的说明。
附图说明
所包括的附图用于提供本发明的进一步理解，包括在本申请中且构成本申请的一部分，其示出了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是示出了根据本发明一个实施例的未示出中空纤维膜束的中空纤维膜组件的剖视图。
图2是示出了根据本发明一个实施例的具有中空纤维膜束的中空纤维膜组件的剖视图。以及
图3是根据本发明一个实施例具有中空纤维膜束封装其内的封装层的顶面图，其通过扫描电子显微镜获得。
具体实施方式
现在将参照附图来详细地说明本发明的实施例，在附图中例示了所述实施例的例子。
下文中，将参照附图来描述根据本发明的用于滤水器的中空纤维膜组件。
图1是示出了根据本发明一个实施例的未示出中空纤维膜束的中空纤维膜组件的剖视图。图2是示出了根据本发明的一个实施例具有中空纤维膜束的中空纤维膜组件的剖视图。
根据本发明的一个实施例，中空纤维膜组件100包括在其内的中空纤维膜束130，其中包括在中空纤维膜束130中的每一个中空纤维膜形成空心的管状，以能够使渗透水从其外表面到内表面，或从其内表面到外表面透过每一个中空纤维膜。
中空纤维膜束130至少一端被封装进封装部分中。封装部分可由诸如环氧橡胶、聚氨酯树脂或硅橡胶的热固橡胶形成。或者，热固橡胶可以由诸如硅石、碳黑或氟化碳的填料混合，以增强封装部分的强度，并且同时减少封装部分的凝结收缩。
然后，封装部分的预定部分被切割，以在中空纤维膜束130的一端打开空心。结果，包括在中空纤维膜束130中的每一个中空纤维膜至少有一个末端部分被封装在封装层120中，并且至少有一个末端部分提供有开口端。
根据本发明的一个实施例，如图1和2所示，每一个中空纤维膜的另一末端部分被封装进封装层120中，以便中空纤维膜束130全部弯成U型。
虽然未示出，但根据本发明的另一个实施例，只有每一个中空纤维膜的一个末端部分可被封装进封装层120中，借此，中空纤维膜束130可以全部形成I型。在这种情况下，每一个中空纤维膜的另一末端部分可以被热固橡胶密封。
封装有中空纤维膜束130在其中的封装层120被密封剂固定地粘在在箱体110的内表面。箱体110包括进水口111和渗出口112。进水口111和渗出口112可以互相面对。
由密封剂固定地粘在箱体110内表面的封装层120，将箱体110的内部空间分为水区(WS)和渗透区(PS)。通过中空纤维膜束130的开口端，被封装进封装层120中的中空纤维膜束与渗透区(PS)流动连通。
中空纤维膜束130将污染物质从通过进水口111引入水区(WS)的水中移除。然后，渗透过中空纤维膜的渗透水依次通过空心和渗透区(PS)，然后通过渗出口112排放到箱体110的外面。由于水区(WS)和渗透区(PS)被封装层120物理分隔，因此可以防止渗透过中空纤维膜束130并通过中空纤维束130流入渗透区(PS)的渗透水，与通过进水口111引入水区(WS)的水混合。
可选地，根据本发明的中空纤维膜组件100可以更进一步包括非纺织的织物(未示出)，以保护中空纤维膜束130。
当通过进水口111将水引进中空纤维膜组件100的内部时，由于箱体110的水区(WS)由箱体110和封装层120包围并坚固地密封，因此已经存在于水区(WS)的空气可以只通过中空纤维膜束130移动到渗透区(PS)，并通过渗出口112被排放到中空纤维膜组件100的外面。也就是说，直到存在于水区(WS)的空气被完全从水区(WS)通过中空纤维膜束130移动到渗透区(PS)后，水区(WS)才能完全充满从进水口111引入到水区(WS)的水。如果水区不能完全充满水，则不可避免地存在中空纤维膜组件100的流量的限制。
因此，中空纤维膜组件100的最初的流量取决于中空纤维膜束130的透气性，也就是，中空纤维膜束130能够多快地将存在于水区(WS)的空气从其中传递过去。
下面将说明测量根据本发明的中空纤维膜束130的透气性的方法。
首先，在关闭渗出口112的情况下，将空气通过进水口111提供给水区(WS)，直到气压升至0.15Kgf/cm2。然后，打开渗出口112，并且测量每个组件100的气压降低时间。气压降低时间为水区(WS)内部的气压降至0.01Kgf/cm2所需的时间。气压降低时间越短，中空纤维膜束130的透气性越好。
即使有滤水器制造商要求中空纤维膜组件能够满足气压降低时间在15s以下，也没有中空纤维膜组件制造商能够满足这个要求。然而，根据本发明的中空纤维膜组件能够满足气压降低时间在15s以下。为此，根据本发明的中空纤维膜束130包括至少一个憎水中空纤维膜132以及多个亲水中空纤维膜131，以满足滤水器的流量要求。
根据本发明的实施例，至少一个憎水中空纤维膜132与空气容积的表面积比值为0.20至1.00cm-1，其中空气容积定义为从水区(WS)的容积中减去亲水中空纤维膜131的容积而获得的容积。如果，该比值低于0.20cm-1，则很难满足气压降低时间小于15s的要求。同时，如果该比值高于1.00cm-1，则中空纤维膜束130的透气性被无意义的提高并且生产成本被大大增加。
多个亲水中空纤维膜131中的每一个和至少一个憎水中空纤维膜132具有300至2000mm的长度和0.1至2mm的外径。优选地但不是必须地，中空纤维膜束130的容积占水区(WS)的30至60％。如果中空纤维膜束130的容积大于60％，则通过进水口111引入到水区(WS)的水量有限，使得中空纤维膜组件100的水流量减少。同时，如果中空纤维膜束130的容积低于30％，则难以满足滤水器要求的水流量。
多个亲水中空纤维膜131可由聚砜或聚醚砜形成。
憎水中空纤维膜132可由包括聚乙烯的聚烯烃树脂形成。并且，憎水中空纤维膜132具有平均直径为0.1至0.5μm的微孔。微孔的平均直径和憎水中空纤维膜132中的孔隙度，可根据当制造憎水中空纤维膜132时进行的熔体纺丝和拉伸过程的条件来调节，其能够影响具有透气性的组件性能。也就是，如果微孔的平均直径小于0.1μm，则由于降低的透气性，不得不提供许多憎水组件。同时，如果微孔的平均直径大于0.5μm，则具有大直径的微孔不能过滤污染物，也就是，污染物质可能从中通过。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，至少一个憎水中空纤维膜132的两个末端部分以这种方式被封装进封装层120内部：至少一个的憎水中空纤维膜132被放置在离中空纤维膜束130中心最远处。由于空气主要存在于箱体110和中空纤维膜束130之间的预定空间，憎水中空纤维膜132被放置于中空纤维膜束130离中心最远处，以改善中空纤维膜束100的透气性。
下文中，各种实施例和对比实例将会描述如下，但是本发明的范围不限于下面的实施例和对比实例。
实施例1
U型中空纤维膜组件通过使用聚砜中空纤维膜和四聚乙烯中空纤维膜制成。在这种情况下，四聚乙烯中空纤维膜沿着中空纤维膜束离中心最远处放置，并且中空纤维膜组件中的水区(WS)的容积为40cm3。
实施例2至6和对比实例1至3
除了用于制造中空纤维膜组件的聚乙烯中空纤维膜的数量如下表1所示地改变之外，中空纤维膜组件通过与上述实施例1相同的条件和方法制造。
[表1]
分类   用于制造中空纤维膜组件的聚乙烯中空纤维膜的数量
 实施例2   2
 实施例3   3
 实施例4   5
 实施例5   7
 实施例6   8
 对比实例1   0
 对比实例2   1
 对比实例3   9
在通过下面的实施例1至6，以及对比实例1至3制造的每个中空纤维膜组件中测量空气容积，聚乙烯中空纤维膜的表面积以及透气性。
测量空气容积
在不采用聚乙烯中空纤维膜的中空纤维膜组件的对比实例1中测量空气容积。
向其中包括完全干燥的聚砜中空纤维膜的水区(WS)供给水，直到充满水区。在这种情况下，测量所供给用来充满对比实例1的中空纤维膜组件的水量。结果，空气容积为20cm3。
除了由实施例1至6和对比实例2和3制造的各个中空纤维膜组件设有聚乙烯中空纤维膜之外，它们与对比实例1的中空纤维膜组件相似。因此，可以认为定义为从水区(WS)中减去聚砜中空纤维膜的容积所获得的空气容积，与根据实施例1至6和对比实例1至3制造的各个中空纤维膜组件是相同的。
测量聚乙烯中空纤维膜的总表面积
聚乙烯中空纤维膜的总表面积可通过下面使用聚乙烯中空纤维膜的平均外径和平均长度的公式1来测量。
[公式1]
S＝D×π×L×N
其中，S、D、L和N分别代表聚乙烯中空纤维膜的总表面积、平均外径、平均长度和数量。
测量透气性
以在压强1Kgf/cm2下流过中空纤维膜组件的方式，向制造的中空纤维膜组件供给水。然后，在渗出口关闭的情况下，通过进水口将空气供给到水区(WS)，直到气压升至0.15Kgf/cm2。然后，打开渗出口，并且测量每个组件的气压下降时间。气压下降时间是水区(WS)内部的气压降至0.01Kgf/cm2所需的时间。为实施例1至6和对比实例1至3中的每一个测试三次气压下降时间，并且计算所测量的气压下降时间的平均值。
下表2示出了在各个中空纤维膜组件中所测量的空气容积、聚乙烯中空纤维膜的表面积以及透气性。
[表2]
Figure G2009102601632D00081
从上表2可知，就对比实例1和2来说，其聚乙烯中空纤维膜的表面积与空气容积的比值低于0.20cm-1，不能满足滤水器制造商所要求的气压降低时间低于15s的要求。与所述比值为0.09cm-1的对比实例6中的透气性相比，比值高于1.00cm-1的对比实例3中的透气性被无意义地提高了。
因此，根据本发明的中空纤维膜组件能够降低将箱体的水区充满通过进水口引入的水的时间周期，由此增加了中空纤维膜组件的最初的水流量。
当滤水过程被停止时，留在箱体水区的水很快地被空气替换，以便能够防止箱体内的水污染，因此延长中空纤维膜的寿命。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行多种改进和变型。因此，如果对本发明的改进和变型在所附权利要求或其等价物的范围内，则本发明意在涵盖本发明的改进和变型。

Claims (8)

1.一种中空纤维膜组件，包括：
箱体，其包括进水口和渗出口；
封装层，其位于箱体中，所述封装层将所述箱体的内部空间分为水区和渗透区；以及
中空纤维膜束，用于过滤所述水区中的水，
其中，每一个所述中空纤维膜包括至少一个封装进所述封装层内的末端部分，所述至少一个末端部分具有开口端，以便所述中空纤维膜与所述渗透区流动连通，
其中，所述中空纤维膜束包括多个亲水中空纤维膜和至少一个憎水中空纤维膜，以及
其中所述至少一个憎水中空纤维膜的表面积与空气容积的比值为0.20至1.00cm-1，所述空气容积定义为从所述水区的容积减去所述亲水中空纤维膜的容积而得到的容积。
2.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述中空纤维膜束的容积占所述水区的30％至60％。
3.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述至少一个憎水中空纤维膜的微孔具有0.1至0.5μm的平均直径。
4.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述多个亲水中空纤维膜由聚砜或聚醚砜形成。
5.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述至少一个憎水中空纤维膜由聚烯烃树脂形成。
6.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，所述至少一个憎水中空纤维膜的两个末端部分都被封装进所述封装层中。
7.如权利要求6所述的中空纤维膜组件，其中，所述至少一个憎水中空纤维膜被放置于距中空纤维膜束中心最远处。
8.如权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，气压下降时间不超过15秒，在关闭渗出口的情况下，将空气从所述进水口提供给所述水区并，直到气压升至0.15Kgf/cm2，然后打开渗出口之后，所述水区内的气压下降为0.01Kgf/cm2所需要的时间为所述气压下降时间。
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