CN104607047B - 一种卷式反渗透膜元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷式反渗透膜元件，包括含有一个密封端且管上开有多个纯水收集通孔的中心产水管以及卷绕在所述中心产水管上的至少一组净水膜片，所述净水膜片由反渗透膜片、纯水导流网、进水导流网层叠构成；在膜元件出水端处所述净水膜片与中心产水管在膜元件的长度方向上平齐，且在靠近膜元件出水端处的中心产水管内部设置有用于放置中心管密封圈且对所述中心管密封圈进行限位的机构。本发明的膜元件内密封方式能很好地解决因中心管密封圈R的老化、脱落或破裂而导致膜元件的寿命达不到预计值的问题。此外，本发明还会使得使得膜元件和含有该膜元件的净水器向小体积化方向发展。

Description

一种卷式反渗透膜元件

技术领域

本发明属于净水处理技术领域，涉及去除水中泥沙、淤泥、胶体、微生物、病毒、有机物和无机盐等杂质的反渗透膜元件，尤其涉及一种卷式反渗透膜元件。

背景技术

目前，公知的卷式反渗透膜元件是包括含有一个密封端(膜元件进水端处)且管上开有多个纯水收集通孔的中心产水管以及卷绕在所述中心产水管上的至少一组净水膜片，所述净水膜片由反渗透膜片、纯水导流网、进水导流网层叠构成；所述反渗透膜片经折叠其内表面间形成进水流道，进水导流网位于进水流道中；其相邻外表面之间形成产水流道，纯水导流网位于产水流道中；所述反渗透膜片的折叠线与所述中心产水管邻近且与其长度方向线平行；所述产水流道仅具有面向中心产水管的纯水出水口，其他三侧边用胶水粘合因而密封；所述进水流道在垂直于中心产水管的两侧边上的一边为原水进水口，另一边为浓水出口，其平行于中心产水管的远端侧边密封；净水膜片组缠绕在中心管后，整个外表面用胶带进行包裹密封。这种结构的卷式反渗透膜元件，原水从元件的一端面流入进水流道中，一部分水经反渗透膜片过滤形成纯水从纯水导流网流进中心产水管内，剩下未过滤形成纯水的浓水(约占原水体积的10～30％)沿着进水流道中的进水导流网从元件的另一端面流出，如图3所示。

从图3中可见，目前市面上的反渗透膜元件的中心产水管都是在进水端和出水端各伸出一段(净水膜片的长度小于中心产水管的长度)，在膜元件出水端，中心管密封圈R连接在中心产水管的外壁上用于密封出水端处产生的纯水和浓水。但随着膜元件使用时间的延长，该中心管密封圈R可能出现老化、脱落或破裂情况，而一旦出现这其中的一种情况，都会需要更换整个膜元件，这使得膜元件的寿命在很多情况下都不能达到预计值。此外，目前市场上的反渗透膜由于进水流道长(即净水膜片的长度)，原水中的污染物在膜表面停留时间长，易造成膜表面结垢污染，使得膜元件脱盐率和产水量降低明显，膜元件寿命缩短。

发明内容

目前市面上的反渗透膜有一个非常重要的应用领域，即家用净水器市场。本发明所要解决的技术问题是提供一种用于家用净水器的卷式反渗透膜元件，用以防止卷式反渗透膜元件的中心管密封圈R出现老化、脱落或破裂现象从而使得膜元件的寿命达不到预计值的情况。更进一步地，本发明还通过改变膜元件的结构提供一种含较短净水膜片的膜元件，用于减缓现有卷式反渗透膜元件表面易结垢，克服膜元件污染问题，延长膜元件的使用寿命，同时大大降低膜元件的体积，为净水器产品设计节省更多空间。

因此，本发明提供一种卷式反渗透膜元件，包括含有一个密封端且管上开有多个纯水收集通孔的中心产水管以及卷绕在所述中心产水管上的至少一组净水膜片，所述净水膜片由反渗透膜片、纯水导流网、进水导流网层叠构成；所述反渗透膜片经折叠其内表面间形成进水流道，进水导流网位于进水流道中；所述反渗透膜片的相邻外表面之间形成产水流道，纯水导流网位于产水流道中；所述反渗透膜片的折叠线与所述中心产水管邻近且与其长度方向线平行；所述产水流道仅具有面向中心产水管的纯水出水口，其他三侧边密封；所述进水流道在垂直于中心产水管的两侧边上的一边为原水进水口，另一边为浓水出口，其平行于中心产水管的远端侧边密封；且在膜元件出水端处所述净水膜片与中心产水管在膜元件的长度方向上平齐，且在靠近膜元件出水端处的中心产水管内部(管内壁以内的内空处)设置有用于放置中心管密封圈且对所述中心管密封圈进行限位的机构。

本领域技术人员能理解的，现有技术中所述中心产水管1的进水端密封，使得原水7无法从进水端进入中心产水管1。所述产水流道的其他三侧边密封的方式例如为通过粘胶将相邻的两片反渗透膜片2的所述三侧边均闭合粘接。

本领域技术人员知晓的，现有技术中位于出水端附近中心产水管外壁上的中心管密封圈R是用于隔离出水端处中心产水管1中的纯水和出水端的浓水，且中心管密封圈R是膜元件中必不可少的一个部件。因此，中心管密封圈R的老化、脱落或破裂将导致已经通过膜元件进行分离的纯水受到污染。本发明的膜元件中采用内密封的方式来解决该问题，在本发明中，所述膜元件中一般并不包含中心管密封圈R，而将中心管密封圈R设置为脱离膜元件以外的单独部件，或将中心管密封圈R设置为膜壳的一部分。本发明的内密封方式(膜元件使用过程中，中心管密封圈R位于中心产水管1内部)与现有技术的外密封方式(膜元件使用过程中，中心管密封圈R位于中心产水管1一端的外壁上)相比，中心管密封圈R不再有脱落情况，且其破损概率大幅降低、老化情况得到减缓。

本发明中的中心管密封圈R可以是随生产膜元件而装配，但更优选的是本发明中的膜元件并不包含中心管密封圈R，而将中心管密封圈R设置在膜壳上(膜壳一般由净水器生产商生产，膜元件一般由膜件生产商生产)，在这样的条件下，即使偶有内密封的中心管密封圈R出现破损的情况，也仅需更换价值为几元人民币的膜壳，而不需要更换价值为上百元人民币的膜元件。

综上所述，本发明的膜元件使用内密封方式能很好地解决因中心管密封圈R的老化、脱落或破裂而导致膜元件的寿命达不到预计值的问题。此外，本发明中出水端处所述净水膜片与中心产水管1在膜元件的长度方向上平齐还会使得本发明提供的膜元件在并不影响膜分离效率的前提下膜元件的整体长度能缩短大约20mm；膜元件长度的缩短能使得膜元件和含有该膜元件的净水器向小体积化方向发展。

在一种具体的实施方式中，所述中心产水管的内壁上设有台阶，在膜元件的轴向上，所述台阶至膜元件出水端处的中心产水管的内径比所述台阶至膜元件进水端处的中心产水管的内径大0.5～1.5mm，优选大0.8～1.2mm；且所述台阶至膜元件出水端的轴向距离为5～40mm，优选为15～25mm。本领域技术人员容易理解地，这是本发明中在实现内密封时，对位于中心产水管中的中心管密封圈R进行限位的一种方式。在这种方式中，所述中心管密封圈R的尺寸(直径)与现有技术中的中心管密封圈R的尺寸可以一致，因而这是本发明中的优选实施方式。

在另一种具体实施方式中，所述限位机构为设置在中心产水管内壁上的凸起；且所述凸起与所述膜元件出水端的轴向距离为5～40mm。优选所述凸起与所述膜元件出水端92的轴向距离为15～25mm。所述凸起的形状可以是环状凸起，或多个均布的点状凸起，该内容在本发明中不受限制。此外，在所述限位机构为凸起的方案中，在膜元件的轴向上所述中心产水管1的内径可以一致，也可以不一致。此外，本领域技术人员容易理解地，本发明膜元件中的凸起和台阶完全可以同时存在。

在一种优选的实施方案中，进水导流网的厚度为0.38mm-0.55mm，且在所述膜元件的轴向上所述净水膜片的长度为180～220mm。

本发明该实施方案中的进水导流网选用比现有技术中厚度小得多的进水导流网(现有技术中的进水导流网一般厚度在0.68mm以上)，因而在膜元件的主体外径(不包含膜片外围密封圈8的膜元件主体外径在52mm以下，一般为42～50mm，更优选为44～48mm)相同的前提下，本发明中的净水膜片可以在中心产水管1上卷绕更多层，同时净水膜片的长度与现有技术中同规格(如50加仑)的膜元件相比要短得多(现有的该规格膜元件的长度是298±5mm，而净水膜片的长度为260mm左右)。也就是说，进水导流网3厚度特征的改变会使得整个膜元件的长度相比现有技术缩短大约60mm时并不会影响膜分离效率。这可以至少带来如下两个优势：一是本发明中的膜元件长度和体积大幅缩小，有利于膜元件和净水器向小型化发展。更重要的是，进水导流网的减薄和膜元件长度的大幅缩短均有利于减轻原水对膜层的污染，进而大幅延长膜元件的使用寿命。具体地，较薄的进水导流网可使原水在膜元件内部更好地形成湍流，降低膜元件的污染程度。且净水膜片长度的缩短使得单位体积的原水在膜元件内部的路径也缩短，因此原水中污染物的流经路径也相应缩短，这样可大幅降低污染物与膜表面的接触范围，从而降低膜元件的污染速度。

因此，本发明在保证膜元件水通量和脱盐率的前提下，缩短原水在膜元件内的路径，这样也缩短了原水中污染物的流经路径，降低原水对膜元件的污染速度，延长了膜元件的使用寿命。同时，大幅缩短膜元件长度，节省使用空间，为水质较差地区膜元件寿命短的问题提供了解决方案。

在另一种优选的实施方案中，在膜元件进水端处所述净水膜片与中心产水管在膜元件的长度方向上平齐，且中心产水管含有内部密封端，所述内部密封端设置在离膜元件进水端的距离为5～40mm处，优选该距离为15～25mm。本领域技术人员容易理解的，内部密封端13至膜元件进水端91之间的中心产水管段为本发明中膜元件的装配段14。本领域技术人员知晓，现有技术中的装配段是通过在膜元件进水端91处设置比净水膜片更长的一段中心产水管来实现外装配(膜元件安装在净水器中)，而本发明中将此处改为内装配，可以使得在并不影响膜分离效率的前提下整个膜元件的长度进一步缩短约20mm，因而膜元件的整体体积进一步减小。

在一种具体的实施方式中，所述膜元件还包括净水膜片外表面上缠绕的密封胶带，以及设置在所述密封胶带外侧且用于固定膜元件的膜片外围密封圈。在另一种具体的实施方式中，所述卷式反渗透膜元件包含两组净水膜片。

在另一种优选的具体实施方式中，所述卷式反渗透膜元件的总长度与所述净水膜片的长度相同，且均为180～220mm。优选所述卷式反渗透膜元件的总长度不大于200mm。使用该优选实施方案时，本发明所述卷式反渗透膜元件总长度较传统同类型膜元件长度缩短25～40％，膜元件的整体体积较传统膜元件降低25～40％，为净水器产品节省了更多空间，为净水器往小型化方向发展提供了基础。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步的说明，其中：

图1为本发明的卷式反渗透膜元件未缠绕之前的展开结构示意图；

图2为本发明的卷式反渗透膜元件结构示意图及使用时水流方向示意图；

图3为现有技术中的卷式反渗透膜元件整体结构示意图及使用时水流方向示意图；

图4为本发明实施例1与传统50GPD卷式反渗透膜元件对比测试通量变化示意图；

附图中的标号为：

1、中心产水管；11、台阶；12、纯水收集通孔；13、内部密封端；14、装配段；15、中心产水管的内壁；16、中心产水管的外壁；2、反渗透膜片；3、进水导流网；4、纯水导流网；5、密封胶带；6、产水；7、原水；8、膜片外围密封圈；9、卷式反渗透膜元件；91、膜元件进水端；92、膜元件出水端；921、纯水出口；922、浓水出口。

具体实施方式

本实施例中提供一种卷式反渗透膜元件，包括含有一个密封端且管上开有多个纯水收集通孔的中心产水管以及卷绕在所述中心产水管上的两组净水膜片，所述净水膜片由反渗透膜片、纯水导流网、进水导流网层叠构成；所述反渗透膜片经折叠其内表面间形成进水流道，进水导流网位于进水流道中；其相邻外表面之间形成产水流道，纯水导流网位于产水流道中；所述反渗透膜片的折叠线与所述中心产水管邻近且与其长度方向线平行；所述产水流道仅具有面向中心产水管的纯水出水口，其他三侧边密封；所述进水流道在垂直于中心产水管的两侧边上的一边为原水进水口，另一边为浓水出口，其平行于中心产水管的远端侧边密封；且在膜元件的进水端和出水端处所述净水膜片与中心产水管均在膜元件的长度方向上平齐，且在靠近膜元件出水端处的中心产水管内部设置有用于放置中心管密封圈且对所述中心管密封圈进行限位的台阶。

卷式反渗透膜元件的总长度为180～220mm，优选180～200mm，进水导流网厚度为0.38～0.55mm，优选为0.38～0.5mm。

图1中右边的净水膜片以逆时针的方向缠绕在图中的中心产水管1上，纯水导流网4在缠绕后与中心产水管1的外表面紧邻设置(纯水导流网4的宽度比反渗透膜片的宽度大得多，使得净水膜片缠绕在中心产水管1后紧贴中心产水管外壁的一层均为纯水导流网4)。进水导流网例如为PP或PE材质，使用本领域常用的材质即可。纯水导流网例如为PET材质，其厚度很薄，因而其厚度的改进对膜元件的体积影响甚微，因而在本发明中使用现有技术中常用的纯水导流网4即可。本发明中的进水导流网和纯水导流网均可以通过商购获取。

图2中，从膜元件进水端91至台阶11段的中心产水管1内径为10mm左右(例如为10～10.4mm，优选10.2mm)，外径为17mm左右，这与现有技术中的中心产水管1的结构相同。只是，本发明的中心产水管在膜元件出水端92至台阶间的中心产水管的内径要更大1mm左右(例如为0.8～1.2mm)，即11.2mm，用于在此处设置中心管密封圈R，实现内密封(装配时，中心管密封圈R从膜元件出水端92处置入中心产水管中并向膜元件进水端91处推进)，此处台阶的设置可以防止中心管密封圈R朝向膜元件进水端91滑入中心产水管的更深处，也就是说，该台阶的设计是用于对中心管密封圈R限位。同样地，在台阶处改为设置成凸起时，中心管密封圈R安装在本发明的膜元件中的方式相同。从图2中可见，中心产水管上均布有纯水收集通孔12，中心产水管靠近膜元件进水端91的附近设置有内部密封端13，且在最靠近膜元件进水端91处为中心产水管的装配段14，本发明中装配段对应的中心产水管外表面也缠绕有反渗透膜片。因此，仅此设计也能使得整个膜元件的长度减少约20mm。

本发明中，所述中心产水管例如为带有均匀分布的开孔的ABS管(包括密封端13的材质也为ABS)。

本实施例采用对比方式描述卷式反渗透膜元件性能的变化情况，实验情况如下：

按照本发明描述取厚度为0.43mm的原水导流网制备总长度为180mm、主体直径为47mm的卷式反渗透膜元件，与传统50GPD卷式反渗透膜元件进行对比测试。

测试工具为家用反渗透净水机，配备50GPD自吸泵，并配制500ppmCaCl₂与1000ppmNaHCO₃混合溶液作为测试液，模拟实际应用中CaCO₃结垢，根据实际测试水通量变化情况绘制通量变化曲线，如图4所示。

实验结果：图4描述的是两种膜元件在进行污染测试时膜元件水通量衰减的比例，实施例和传统50GPD卷式反渗透膜元件对比测试其水通量的衰减情况存在一定差异，当污染时间达到10h时，传统50GPD卷式反渗透膜元件水通量衰减比例达到28.3％，而实施例水通量衰减比例为15.7％，实施例抗污染性能优势明显，在使用过程能有效的延长膜元件的寿命。同时，本申请中卷式反渗透膜元件较传统卷式反渗透膜元件缩短近40％，体积也缩小近40％，为下游净水器往小型化方向发展提供了有力的支持；此外，制备本申请中卷式反渗透膜元件较现在技术中的制作成本降低了10％左右。

根据前文所述应当理解，尽管为了解释的目的已经在此描述了本发明的具体实施方案，但仍然可以进行各种改变而不违背本发明的精神和范围。因此，本发明仅受所附权利要求书限制。

Claims (8)

1.一种卷式反渗透膜元件(9)，包括含有一个密封端且管上开有多个纯水收集通孔(12)的中心产水管(1)以及卷绕在所述中心产水管(1)上的至少一组净水膜片，所述净水膜片由反渗透膜片(2)、纯水导流网(4)、进水导流网(3)层叠构成；所述反渗透膜片(2)经折叠其内表面间形成进水流道，进水导流网(3)位于进水流道中；所述反渗透膜片(2)的相邻外表面之间形成产水流道，纯水导流网(4)位于产水流道中；所述反渗透膜片(2)的折叠线与所述中心产水管(1)邻近且与其长度方向线平行；所述产水流道仅具有面向中心产水管(1)的纯水出水口，其他三侧边密封；所述进水流道在垂直于中心产水管(1)的两侧边上的一边为原水进水口，另一边为浓水出口(922)，其平行于中心产水管(1)的远端侧边密封；

其特征在于：在膜元件出水端(92)处所述净水膜片与中心产水管(1)在膜元件(9)的长度方向上平齐，且在靠近膜元件出水端(92)处的中心产水管(1)内部设置有用于放置中心管密封圈(R)且对所述中心管密封圈(R)进行限位的机构；所述限位的机构为在中心产水管(1)的内壁上设置的台阶(11)，在膜元件的轴向上，所述台阶(11)至膜元件出水端(92)处的中心产水管(1)的内径比所述台阶(11)至膜元件进水端(91)处的中心产水管(1)的内径大0.5～1.5mm，且所述台阶(11)至膜元件出水端(92)的轴向距离为5～40mm；或者所述限位的机构为设置在中心产水管(1)内壁上的凸起，且所述凸起与所述膜元件出水端(92)的轴向距离为5～40mm。

2.根据权利要求1所述的膜元件，其特征在于，所述台阶(11)至膜元件出水端(92)处的中心产水管(1)内径比所述台阶(11)至膜元件进水端(91)处的中心产水管(1)内径大0.8～1.2mm，且所述台阶(11)至膜元件出水端(92)的轴向距离为15～25mm。

3.根据权利要求1～2中任意一项所述的膜元件，其特征在于，进水导流网(3)的厚度为0.38mm-0.55mm，且在所述膜元件的轴向上所述净水膜片的长度为180～220mm。

4.根据权利要求1～2中任意一项所述的膜元件，其特征在于，在膜元件进水端(91)处所述净水膜片与中心产水管(1)在膜元件(9)的长度方向上平齐，且中心产水管(1)含有内部密封端(13)，所述内部密封端(13)设置在离膜元件进水端(91)的距离为5～40mm处。

5.根据权利要求4所述的膜元件，其特征在于，所述内部密封端(13)与所述膜元件进水端(91)的轴向距离为15～25mm。

6.根据权利要求1～2中任意一项所述的膜元件，其特征在于，所述膜元件还包括净水膜片外表面上缠绕的密封胶带(5)，以及设置在所述密封胶带(5)外侧且用于固定膜元件的膜片外围密封圈(8)。

7.根据权利要求1～2中任意一项所述的膜元件，其特征在于，所述卷式反渗透膜元件(9)包含两组净水膜片。

8.根据权利要求1～2中任意一项所述的膜元件，其特征在于，所述卷式反渗透膜元件的总长度与所述净水膜片的长度相同，且均为180～220mm。