CN113087080A - 一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，包括进口滤芯、增压泵、反渗透滤芯，进口滤芯、增压泵、反渗透滤芯之间依次通过水管连接在一起，反渗透滤芯包括壳体、第一半透膜、第二半透膜和泄放口，壳体内部被第一半透膜和第二半透膜分隔为依次的三个流道，分别是第一流道、第二流道和第三流道，第一流道一端作为反渗透滤芯进口、一端连接至泄放口，第一流道连接至泄放口的管路上设置第一调压阀，第二流道一端封闭、一端连接至泄放口，第二流道连接至泄放口的管路上设置第二调压阀，第三流道一端封闭、一端作为反渗透滤芯的净水出口。
Description
技术领域
本发明涉及净水技术领域，具体为一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备。
背景技术
反渗透净水设备是对较为干净的水的净化提纯设备，其处理过的自来水或者河流水可以直接饮用，其核心是反渗透膜的反渗透作用。
反渗透膜是一种表面带微孔的薄膜，也称半透膜，水从一侧的高浓度状态可以因为受到压力而穿过膜到达另一侧的低浓度状态，达到提纯水，浓缩废水的目的。因为连续性作业且不需要加热，所以，应用越来越广泛。
现有技术中，因为反渗透原理的限制，在产出净水的同时，必然带有废水的排出，废水与净水的比例如果较高，则水浪费严重，而这一比例受限于反渗透膜所能承受的压力差，承受能力越小，所能加载的压差越小，则废水与净水的浓度比值无法进一步提高，从而废水量较大，水资源的浪费是反渗透净水设备推广的较大的一个难题；半透膜在长期使用后，也有一定的概率结出水垢，水垢影响半透膜的净水作用，将半透膜拆出进行冲洗较难实现，且也容易损伤半透膜，因此，一般采用直接更换的形式，对于容易结水垢的源水，更换周期过于频繁影响使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，包括进口滤芯、增压泵、反渗透滤芯，进口滤芯、增压泵、反渗透滤芯之间依次通过水管连接在一起，反渗透滤芯包括壳体、第一半透膜、第二半透膜和泄放口，壳体内部被第一半透膜和第二半透膜分隔为依次的三个流道，分别是第一流道、第二流道和第三流道，第一流道一端作为反渗透滤芯进口、一端连接至泄放口，第一流道连接至泄放口的管路上设置第一调压阀，第二流道一端封闭、一端连接至泄放口，第二流道连接至泄放口的管路上设置第二调压阀，第三流道一端封闭、一端作为反渗透滤芯的净水出口。进水从进口滤芯处进入到装置内，首先进口滤芯对水中的较大的杂物、异味等等进行消除，之后，增压泵将水体增压送入到反渗透滤芯内，进行有机物、重金属离子等等的去除，从反渗透滤芯中排放出来的水体达到应用标准，在后续的水龙头处被接走，反渗透滤芯内设置两个级别的半透膜，实行分级浓度反渗透，半透膜因为自身材料、结构等因素而无法承受两侧的较大压差，而两侧的压差又是直接与渗透压相关的，所以，分成两级进行浓缩处理后，第二流道内的浓度介于第一流道和第三流道之间，其中，以第一流道内的水体的浓度最高，单次反渗透所需要的压力差对应的浓度差组合后，可以在相同地第三流道排出组分下，让第一流道的浓度增大一倍，减小第一流道在其出口的废液排出量，对于较薄的半透膜使其承受的压力差减小，增大其使用寿命。
进一步的，第一半透膜和第二半透膜为圆柱状，第一半透膜和第二半透膜同心布置且第一半透膜在内，第一半透膜为波纹管状。同心套式的两层半透膜，可以保证流动的水体均匀地与膜表面接触，不存在远离半透膜的死角区域，而波纹管状的第一半透膜，则可以增大的有限空间内第一级半透膜面积，从而在相同地渗透压下，水体从第一流道渗入第二流道的流量更大。
进一步的，第一半透膜和第二半透膜之间加载直流电源，第一半透膜和第二半透膜上带有性质相反的电荷。水分子穿过半透膜是依靠其分子直径较小的特性，一些小直径离子，也能够穿过半透膜而通往后续的排出口，只是因为，常见的一些小直径离子例如钠离子、钙离子、氯离子等等，就算到后续的饮用阶段也并不产生影响，所以，净水器消不消除并不限定，但在本申请中，因为是双级反渗透作用，所以，中间级内溶液的浓度需要进行一定的调整，主要是，可控的吸纳一部分的离子进入到第二流道内，调配三个流道内溶液的浓度差比例，当第一半透膜上带正电荷时，水分子作为极性分子，以负电荷端朝向第一半透膜的姿态穿过第一半透膜，正电荷端朝向第一流道，吸引第一流道内的氯离子为代表的小直径负离子紧挨水分子穿过第一半透膜进入到第二流道内，第一流道内的单纯正电荷则受到一定的排斥力而不容易接近第一半透膜，达到选择性的透过效果，进入到第二流道内的水分子和氯离子作为主要组分部分，在第二流道内流动时，在压差的作用下，水分子调转正负极继续穿过第二半透膜进入到第三流道内成为净水，而大部分的氯离子则被阻挡在第二半透膜外，第二流道内的氯离子作为第二流道内溶液的主要溶质。现有技术中的半透膜多使用高分子制成，其中以醋酸纤维素膜、芳香聚胺膜等为主要材料，高分子物具有连续的分子链，共轭电子云作为电荷传递通道，尽管导电性能比不上金属，但是，在一定的直流电压下，仍然能够在膜表面积累一些电荷，应当注意，此处只是在半透膜上积累电荷，并不是作为电极来对溶液进行电离作用，其加载的电压不易过大。
进一步的，第一调压阀和第二调压阀独立进行流量控制。独立控制流量的两个调压阀，让第一流道和第二流道内水体的流动流量可控，当半透膜反渗透滤水进行较长时间后，半透膜表面容易结出水垢，主要是钙镁离子的氢氧化物，而且，水垢较多概率地析出在第一半透膜上，因为其两侧的水体浓度较高，水流在顺着流道流动时，正常都处于压力状态，但是，当需要清洗水垢或者粘结物时，调大两个调压阀的开度，增压泵泵送更多的水体进入到第一流道内，第一流道内浓度下降，流量更多，浓度更小的水体更容易渗透到第二流道内，较大的流量在第一半透膜处又有加速作用，因为第一半透膜表面带波纹，从而使得第一半透膜表面附近的实际水流速度大于平整状态下的第一半透膜的假设流速，流速的增加使得该局部区域的绝对压力减小，水体在低压下容易气化，第一半透膜的两侧中，以第二流道侧的压力较低，所以，第二流道内第一半透膜处产生一簇簇气泡，气泡在遇见流道拓宽时，又因为压力增大而溃灭，溃灭过程制造一定的冲击波在水体内扩散，相当于第一半透膜的第二流道一侧不断有轻微密集的震动敲打在膜上，让其在表面的水垢掉落下来，而水垢多结于第一半透膜的第一流道一侧，气泡从第一半透膜一面弹拨另一面的水垢，使其掉落，完成清洁过程，清洁过程需要第一流道和第二流道具有较大的水流速度，此时是两个调压阀调大开度的时刻，清洁完毕后，调小调压阀开度，回到正常的净水流量。
进一步的，反渗透滤芯还包括回流管，增压泵的出水口通往第一流道的管路上设置一引流器，回流管一端连接泄放口、一端连接至引流器，引流器吸引泄放口处水体重新进入第一流道内。在半透膜清洁水垢时，引流一部分第一流道和第二流道排放的水体重新进入第一流道内，从而不需要增压泵从进口滤芯处引流过多的水过来，节省水的消耗量，一引流器是一文丘里管，主路是增压泵往第一流道，喉部抽吸回流管。
进一步的，第一半透膜接正极，第二半透膜接负极。第一半透膜带正电荷，选择性地阻绝正离子进入到第二流道内，结水垢时，水垢以更大的概率在第一半透膜的第一流道一侧结出，配合后续的气泡来弹动第一半透膜，使水垢掉落，减少第二半透膜上结水垢的概率。
进一步的，净水设备还包括稳压罐，稳压罐设置在半透膜滤芯的净水出口水路上。稳压管稳定水龙头的出水压力，积攒一部分水来反向穿过第二半透膜对第二半透膜进行清洁。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过两级半透膜来调配废水比例，在相同地单级膜压差和净水排放流量下，具有较少的废水流量，单级膜压差较小，膜寿命不受到影响，双级膜上，带有电荷，选择性的让一部分小直径电荷进入到第二流道内，让大部分的正电荷保留在第一流道内，结出的水垢存在于第一半透膜的第一流道一侧，在清洁水垢时，增大第一流道和第二流道流量，波纹状的第一半透膜附近水体流速较高发生空化作用，从第一半透膜的第二流道一侧给到密集的微小冲击，不损伤膜的同时，将膜上的水垢弹落。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的流程结构示意图；
图2是本发明的反渗透滤芯的原理结构示意图；
图3为图2中的视图A；
图4为图2中的视图B；
图5为带有回流管的反渗透滤芯流动示意图；
图中：1-进口滤芯、2-增压泵、3-反渗透滤芯、301-第一流道、302-第二流道、303-第三流道、31-壳体、32-第一半透膜、33-第二半透膜、341-第一调压阀、342-第二调压阀、35-泄放口、36-回流管、4-稳压罐、5-水龙头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供技术方案：
一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，包括进口滤芯1、增压泵2、反渗透滤芯3，进口滤芯1、增压泵2、反渗透滤芯3之间依次通过水管连接在一起，反渗透滤芯3包括壳体31、第一半透膜32、第二半透膜33和泄放口35，壳体31内部被第一半透膜32和第二半透膜33分隔为依次的三个流道，分别是第一流道301、第二流道302和第三流道303，第一流道301一端作为反渗透滤芯3进口、一端连接至泄放口35，第一流道301连接至泄放口35的管路上设置第一调压阀341，第二流道302一端封闭、一端连接至泄放口35，第二流道302连接至泄放口35的管路上设置第二调压阀342，第三流道303一端封闭、一端作为反渗透滤芯3的净水出口。如图1、2所示，进水从进口滤芯1处进入到装置内，首先进口滤芯1对水中的较大的杂物、异味等等进行消除，之后，增压泵2将水体增压送入到反渗透滤芯3内，进行有机物、重金属离子等等的去除，从反渗透滤芯3中排放出来的水体达到应用标准，在后续的水龙头5处被接走，反渗透滤芯3内设置两个级别的半透膜，实行分级浓度反渗透，半透膜因为自身材料、结构等因素而无法承受两侧的较大压差，而两侧的压差又是直接与渗透压相关的，所以，分成两级进行浓缩处理后，第二流道302内的浓度介于第一流道301和第三流道303之间，其中，以第一流道301内的水体的浓度最高，单次反渗透所需要的压力差对应的浓度差组合后，可以在相同地第三流道303排出组分下，让第一流道301的浓度增大一倍，减小第一流道301在其出口的废液排出量，对于较薄的半透膜使其承受的压力差减小，增大其使用寿命。
第一半透膜32和第二半透膜33为圆柱状，第一半透膜32和第二半透膜33同心布置且第一半透膜32在内，第一半透膜32为波纹管状。如图2所示，同心套式的两层半透膜，可以保证流动的水体均匀地与膜表面接触，不存在远离半透膜的死角区域，而波纹管状的第一半透膜32，则可以增大的有限空间内第一级半透膜面积，从而在相同地渗透压下，水体从第一流道301渗入第二流道302的流量更大。
第一半透膜32和第二半透膜33之间加载直流电源，第一半透膜32和第二半透膜33上带有性质相反的电荷。如图3所示，水分子穿过半透膜是依靠其分子直径较小的特性，一些小直径离子，也能够穿过半透膜而通往后续的排出口，只是因为，常见的一些小直径离子例如钠离子、钙离子、氯离子等等，就算到后续的饮用阶段也并不产生影响，所以，净水器消不消除并不限定，但在本申请中，因为是双级反渗透作用，所以，中间级内溶液的浓度需要进行一定的调整，主要是，可控的吸纳一部分的离子进入到第二流道302内，调配三个流道内溶液的浓度差比例，当第一半透膜32上带正电荷时，水分子作为极性分子，以负电荷端朝向第一半透膜32的姿态穿过第一半透膜32，正电荷端朝向第一流道301，吸引第一流道301内的氯离子为代表的小直径负离子紧挨水分子穿过第一半透膜32进入到第二流道302内，第一流道301内的单纯正电荷则受到一定的排斥力而不容易接近第一半透膜32，达到选择性的透过效果，进入到第二流道302内的水分子和氯离子作为主要组分部分，在第二流道302内流动时，在压差的作用下，水分子调转正负极继续穿过第二半透膜33进入到第三流道303内成为净水，而大部分的氯离子则被阻挡在第二半透膜33外，第二流道302内的氯离子作为第二流道302内溶液的主要溶质。现有技术中的半透膜多使用高分子制成，其中以醋酸纤维素膜、芳香聚胺膜等为主要材料，高分子物具有连续的分子链，共轭电子云作为电荷传递通道，尽管导电性能比不上金属，但是，在一定的直流电压下，仍然能够在膜表面积累一些电荷，应当注意，此处只是在半透膜上积累电荷，并不是作为电极来对溶液进行电离作用，其加载的电压不易过大。
第一调压阀341和第二调压阀342独立进行流量控制。如图2、3所示，独立控制流量的两个调压阀，让第一流道301和第二流道302内水体的流动流量可控，当半透膜反渗透滤水进行较长时间后，半透膜表面容易结出水垢，主要是钙镁离子的氢氧化物，而且，水垢较多概率地析出在第一半透膜32上，因为其两侧的水体浓度较高，水流在顺着流道流动时，正常都处于压力状态，但是，当需要清洗水垢或者粘结物时，调大两个调压阀的开度，增压泵2泵送更多的水体进入到第一流道301内，第一流道301内浓度下降，流量更多，浓度更小的水体更容易渗透到第二流道302内，较大的流量在第一半透膜32处又有加速作用，如图4所示，因为第一半透膜32表面带波纹，从而使得第一半透膜32表面附近的实际水流速度大于平整状态下的第一半透膜的假设流速，流速的增加使得该局部区域的绝对压力减小，水体在低压下容易气化，第一半透膜32的两侧中，以第二流道302侧的压力较低，所以，第二流道302内第一半透膜32处产生一簇簇气泡，气泡在遇见流道拓宽时，又因为压力增大而溃灭，溃灭过程制造一定的冲击波在水体内扩散，相当于第一半透膜32的第二流道302一侧不断有轻微密集的震动敲打在膜上，让其在表面的水垢掉落下来，而水垢多结于第一半透膜32的第一流道301一侧，气泡从第一半透膜32一面弹拨另一面的水垢，使其掉落，完成清洁过程，清洁过程需要第一流道301和第二流道302具有较大的水流速度，此时是两个调压阀调大开度的时刻，清洁完毕后，调小调压阀开度，回到正常的净水流量。
反渗透滤芯3还包括回流管36，增压泵2的出水口通往第一流道301的管路上设置一引流器，回流管36一端连接泄放口35、一端连接至引流器，引流器吸引泄放口35处水体重新进入第一流道301内。如图5所示，在半透膜清洁水垢时，引流一部分第一流道301和第二流道302排放的水体重新进入第一流道301内，从而不需要增压泵2从进口滤芯1处引流过多的水过来，节省水的消耗量，一引流器是一文丘里管，主路是增压泵2往第一流道301，喉部抽吸回流管36。
第一半透膜32接正极，第二半透膜33接负极。如图3所示，第一半透膜32带正电荷，选择性地阻绝正离子进入到第二流道302内，结水垢时，水垢以更大的概率在第一半透膜32的第一流道301一侧结出，配合后续的气泡来弹动第一半透膜32，使水垢掉落，减少第二半透膜33上结水垢的概率。
净水设备还包括稳压罐4，稳压罐4设置在半透膜滤芯3的净水出口水路上。稳压管4稳定水龙头5的出水压力，积攒一部分水来反向穿过第二半透膜33对第二半透膜33进行清洁。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述净水设备包括进口滤芯(1)、增压泵(2)、反渗透滤芯(3)，所述进口滤芯(1)、增压泵(2)、反渗透滤芯(3)之间依次通过水管连接在一起，所述反渗透滤芯(3)包括壳体(31)、第一半透膜(32)、第二半透膜(33)和泄放口(35)，所述壳体(31)内部被第一半透膜(32)和第二半透膜(33)分隔为依次的三个流道，分别是第一流道(301)、第二流道(302)和第三流道(303)，所述第一流道(301)一端作为反渗透滤芯(3)进口、一端连接至泄放口(35)，第一流道(301)连接至泄放口(35)的管路上设置第一调压阀(341)，所述第二流道(302)一端封闭、一端连接至泄放口(35)，第二流道(302)连接至泄放口(35)的管路上设置第二调压阀(342)，所述第三流道(303)一端封闭、一端作为反渗透滤芯(3)的净水出口。
2.根据权利要求1所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述第一半透膜(32)和第二半透膜(33)为圆柱状，第一半透膜(32)和第二半透膜(33)同心布置且第一半透膜(32)在内，所述第一半透膜(32)为波纹管状。
3.根据权利要求2所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述第一半透膜(32)和第二半透膜(33)之间加载直流电源，第一半透膜(32)和第二半透膜(33)上带有性质相反的电荷。
4.根据权利要求3所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述第一调压阀(341)和第二调压阀(342)独立进行流量控制。
5.根据权利要求4所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述反渗透滤芯(3)还包括回流管(36)，所述增压泵(2)的出水口通往第一流道(301)的管路上设置一引流器，所述回流管(36)一端连接泄放口(35)、一端连接至引流器，引流器吸引泄放口(35)处水体重新进入第一流道(301)内。
6.根据权利要求3所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述第一半透膜(32)接正极，第二半透膜(33)接负极。
7.根据权利要求1所述的一种带定向选择性反渗透过滤结构的净水设备，其特征在于：所述净水设备还包括稳压罐(4)，所述稳压罐(4)设置在半透膜滤芯(3)的净水出口水路上。
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