CN113929191A - 水处理结构和净水设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种水处理结构和净水设备，其中，水处理结构包括多段相串联的膜堆，每段膜堆内设有多组膜组，膜组包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，在阳离子交换膜和阴离子交换膜之间设有第一离子隔板，在阴离子交换膜远离第一离子隔板的一侧设有第二离子隔板；第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设于多段膜堆的两侧，且第一电极和第二电极的极性相异，其中，流体能够沿由第一电极至第二电极的方向在多段膜堆内流动。通过本发明的技术方案，靠近第一电极的膜堆中的间距大于靠近第二电极的膜堆中的间距，可增加靠近出水侧的流体流速，从而提升极限电流密度，有利于降低膜堆极化风险，以提升膜堆寿命。

Description

水处理结构和净水设备

技术领域

本发明涉及净水领域，具体而言，涉及一种水处理结构和一种净水设备。

背景技术

家用净水器一般采用活性炭或是外置过滤器来实现水中杂质的去除，然而在实际生活中，活性炭和过滤器均属于耗材类，用户常常由于需要更换耗材而不得不额外支出，影响产品的使用，现有技术中，通常选用电渗析的技术实现净化，然而通过电渗析进行净化时，其脱盐率存在一定的不足，无法满足用户的高质量水质的使用需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种水处理结构。

本发明的另一个目的在于提供一种净水设备。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种水处理结构，包括：多段相串联的膜堆，每段膜堆内设有多组膜组，膜组包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，在阳离子交换膜和阴离子交换膜之间设有第一离子隔板，在阴离子交换膜远离第一离子隔板的一侧设有第二离子隔板；第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设于多段膜堆的两侧，且第一电极和第二电极的极性相异，其中，流体能够沿由第一电极至第二电极的方向在多段膜堆内流动，靠近第一电极的膜堆中第一离子隔板与第二离子隔板之间的间距大于靠近第二电极的膜堆中第一离子隔板与第二离子隔板之间的间距。

根据本发明的第一方面技术方案提出的水处理结构，包括多段膜堆、第一电极和第二电极，具体地，多段互相串联的膜堆可使得水可从多段膜堆的一侧流向另一侧，形成水路的串联，进一步地，每段膜堆内设有多组膜组，使得水流入到每段膜堆中时通过多组膜组对水进行渗析，此外，还通过设置极性不同且分别设于多段膜堆的两侧的第一电极和第二电极，以形成笼罩多段膜堆的电场，而在膜组的作用下，可对流入膜堆的水进行电渗析，以实现对水的净化。

其中，膜组包括阳离子交换膜、阴离子交换膜以及第一离子隔板和第二离子隔板，其中，阳离子交换膜和阴离子交换膜分别能够选择性透过阳离子和阴离子，并在第一离子隔板和第二离子隔板的作用下分隔呈离子浓度不同的两条水路，更利于对流入水处理结构的水予以电渗析净化以及对电极电压发生转变时的倒极。

进一步地，每个膜组中交换膜和离子隔板的相对位置沿水的流动方向依次为阳离子交换膜、第一离子隔板、阴离子交换膜和第二离子隔板。

需要强调的是，每个膜堆中的第一离子隔板和第二离子隔板之间的间距可以相同可以不同，沿流体的流动方向，间距呈下降的趋势，具体地，在流体沿第一电极向第二电极流动时，入口侧的间距大于出口侧的间距，即靠近第一电极的膜堆中的间距大于靠近第二电极的膜堆中的间距。可增加靠近出水侧的流体流速，从而提升极限电流密度，有利于降低膜堆极化风险，以提升膜堆寿命。

从原理上说，由于多个膜堆的水路连接方式为串联，故而在多个膜堆中水的流量是固定的，而由于水在流动过程中，截面积呈变小趋势，从而在后段膜堆中的流速会有所提高，故而在流体依次流经不同的膜堆时，间距沿流动方向呈下降趋势，将置于后侧的膜堆中的膜组数量减小，以增加流速，从而提高后侧的极限电流密度，降低膜堆极化风险，提升膜堆寿命。

其中，可以理解，在中间部分的相邻两段膜堆的间距可以相同，还可小幅度增长，但最靠近入口侧的间距一定要大于最靠近出口侧的间距，对膜堆寿命的提升效果最好。

在上述技术方案中，每个膜堆中第一离子隔板与第二离子隔板之间的间距相同；或每个膜堆中第一电极的第一离子隔板与第二离子隔板之间的间距，沿由第一电极至第二电极的方向逐渐减小。

在该技术方案中，每个膜堆中控制两个离子隔板之间的间距相同，即膜堆中存在多组膜组，每个膜组内或是膜组与膜组之间的隔板间距保持一致，从而便于加工，也利于多个膜堆之间的流速控制，还可以地，对于每个膜堆而言，其内部的间距沿第一电极至第二电极的方向逐渐减小，从而使得在膜堆内部流体的流速就已经发生了变化，更利于流速的渐变。

在上述技术方案中，沿由第一电极至第二电极的方向，任意相邻的两段膜堆中后一膜堆的膜组数量小于或等于前一膜堆的膜组数量，且多段膜堆中，靠近第一电极的膜堆的膜组数量大于靠近第二电极的膜堆中的膜组数量。

在该技术方案中，通过限定沿流体的流动方向，对于相邻的两段膜堆而言，后一膜堆的膜组数量不大于前一膜堆的膜组数量，使得多段膜堆整体的膜组数量呈下降趋势，可能中间部分存在数量不变，但在入口侧的膜组数量大于出口侧的膜组数量的基础上，即可实现延长膜堆使用寿命的效果。

在上述技术方案中，还包括：膜堆隔板，设于相邻的两段膜堆之间，流体能够沿由第一电极至第二电极的方向，由前一膜堆经膜堆隔板流向后一膜堆。

在该技术方案中，通过膜堆隔板可实现水路分隔，具体地，在相邻的两段膜堆之间通过膜堆隔板分隔开，流体在流动时，沿由第一电极至第二电极的方向，通过膜堆隔板在相邻的两段膜堆之间流动，以便于对水的分段净化。

其中，水在每段膜堆中流动时，均沿第一离子隔板和第二离子隔板的延伸方向流动，在流动过程中可使得离子会穿过阳离子交换膜和阴离子交换膜以形成不同离子浓度的腔室，而通过膜堆隔板，可使得水在流经一段膜堆后，继续流向下一段膜堆。

在上述技术方案中，膜堆隔板上设有流通孔，多段膜堆中后一膜堆隔板的流通孔的孔径小于前一膜堆隔板的流通孔的孔径。

在该技术方案中，在膜堆隔板上设有流通孔，通过对不同膜堆隔板上的流通孔的孔径进行改变，可改变流体经过膜堆隔板时的流速，可以理解，孔径越小，流速越快，具体地，将沿第一电极至第二电极的方向上，较后的膜堆隔板的孔径设置为大于较前的孔径，从而可提高进入后段膜堆的极限电流密度，从而也可实现降低膜堆极化风险，提升膜堆使用寿命的效果。

在上述技术方案中，膜组中至少部分设于第一电极和第二电极之间形成的电场。

在该技术方案中，通过限定膜组中至少部分设于电场内，即离子交换膜可在电场作用下使得流体中的离子选择性的通过离子交换膜，即电场可驱动流体中离子的移动，从而实现在不同的离子隔板之间内流体的离子浓度的变化。

当然，可以理解，相邻的两个离子交换膜在电场中的重合区域越多，对流体的净化效果越高。

在上述技术方案中，还包括：进水口，设于多段膜堆中靠近第一电极的一侧；出水口，设于多段膜堆中靠近第二电极的一侧。

在该技术方案中，通过在多段膜堆中靠近第一电极的一侧设置进水口，靠近第二电极的一侧设置出水口，流体可由进水口流向多段膜堆，并通过出水口向外流出，以实现水路的流通。

其中，进水口和出水口可以分别设于第一电极和第二电极的相同的一侧，或者可以分别设于第一电极和第二电极的相反的两侧，例如第一电极和第二电极均沿上下方向设置，进水口设于第一电极的上侧，出水口设于第二电极的下侧，或者进水口设于第一电极的上侧，出水口设于第二电极的上侧。

在上述技术方案中，进水口设于第一电极的第一端，靠近第一电极的膜堆隔板由第一电极的第二端向第一端延伸，其中，相邻的两段膜堆靠近第一电极设置的膜堆隔板的延伸方向相反。

在该技术方案中，进水口可设于第一电极的第一端，此时靠近第一电极的膜堆所对应的膜堆隔板由第二端向第一端延伸，即最靠近第一电极的膜堆隔板由第二端向第一端延伸，此外，通过限定相邻的两端膜堆靠近第一电极的膜堆隔板的延伸方向相反，使得通过进水口流入的流体可在多段膜堆中呈蛇形流动，具体地，在第一端为上端，第二端为下端时，流体在第一段膜堆中由上向下流动，而由于第二段膜堆靠近第一电极的膜堆隔板是由上至下延伸，故而在第一段膜堆的流体可通过下端与第二段膜堆相连通的部分流入第二段膜堆，而第三段膜堆靠近第一电极的膜堆隔板是由下至上延伸，故而第二段膜堆中的水可通过上端连通的部分流入第三段膜堆，以此类推实现多段膜堆的分级净化。

在上述技术方案中，电极组还包括：第一电极槽和第二电极槽，分别设于多段膜堆的两侧，其中，第一电极与第一电极槽可拆卸连接，第二电极与第二电极槽可拆卸连接。

在该技术方案中，在多段膜堆的两侧设有第一电极槽和第二电极槽，通过将第一电极和第二电极分别对应于第一电极槽和第二电极槽的可拆卸连接，可使得在第一电极和第二电极出现故障时，可单独将第一电极或第二电极拆卸下，进行更换，以利于提高维修效率。此外由于第一电极和第二电极可拆卸，在运输时可单独存放。

本发明第二方面的技术方案提出了一种净水设备，包括壳体；水箱，设于壳体内；上述第一方面技术方案中任一水处理结构，设于壳体内，且水处理结构中靠近第一电极的一侧的进水口与水箱相连通；接水口，设于壳体上，且接水口与水处理结构中靠近第二电极的一侧的出水口相连通。

根据本发明第二方面技术方案提出的净水设备，包括壳体、水箱以及水处理结构，其中，水箱和水处理结构均设于壳体内，其中，水箱与水处理结构的进水口相连，从而使得水箱可以作为水处理结构的水源，而在壳体上通过设置接水口，可将水处理结构对水箱中的水进行净化后产生的淡水从接水口排出，以便于用户的使用或饮用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的水处理结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明的又一个实施例的水处理结构的结构示意图；

图3示出了根据本发明的又一个实施例的膜组的结构示意图；

图4示出了根据本发明的又一个实施例的第一离子隔板的结构示意图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的第二离子隔板的结构示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的膜堆隔板的结构示意图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的膜堆隔板的结构示意图；

图8示出了根据本发明的一个实施例的净水设备的结构示意图；

图9示出了根据本发明的又一个实施例的水处理结构的结构示意图。

其中，上述附图中标记与结构的对应关系如下：

10膜堆，20膜组，202阳离子交换膜，204阴离子交换膜，206第一离子隔板，208第二离子隔板，302第一电极，304第二电极，40膜堆隔板，402流通孔，502进水口，504出水口，602第一电极槽，604第二电极槽，702壳体，704水箱，706接水口。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图8描述根据本发明的一些实施例。

实施例一

如图1所示，根据本发明的一个实施例的水处理结构，包括形成电渗析膜堆的四段膜堆10、第一电极302和第二电极304，第一电极302和第二电极304极性不同且分别设于四段膜堆10的两侧，四段膜堆10之间可形成水路和电路的串联，具体地，水可从四段膜堆10的一侧流向另一侧，形成水路的串联，而每段膜堆10内设有多组膜组20，使得水流入到每段膜堆10中时通过多组膜组20对水进行渗析。

在对第一电极302和第二电极304施加电压的基础上，会形成笼罩四段膜堆10的电场，而在膜组20的作用下，可对流入膜堆10的水进行电渗析，以实现对水的净化。

其中，对于每段膜堆10而言，膜组20中第一离子隔板206与第二离子隔板208之间的距离沿水的流动方向呈下降趋势。

在一个具体的实施例中，膜堆10的段数为两段，每段膜堆包括相同数量的膜组20，如图9所示，膜组20内部的间距相同，但后一膜堆中的间距比前一膜堆中的间距小。

另一个实施例中，膜组20内部的间距从左至右呈逐渐减小的趋势。

每个膜组20内的结构构成如图3至图5所示，沿水的流动方向依次为阳离子交换膜202、第一离子隔板206、阴离子交换膜204和第二离子隔板208，其中，阳离子交换膜202和阴离子交换膜204分别能够选择性透过阳离子和阴离子，并在第一离子隔板206和第二离子隔板208的作用下分隔呈离子浓度不同的两条水路。

在另一个具体的实施例中，如图1所示，膜堆10的数量为四段沿从左至右的顺序串联排布，每段膜堆10中依次包括六个、五个、四个、四个膜组20，同一膜组20中的间距不变。

实施例二

在实施例一的基础上，如图6和图7所示，而对于多段膜堆10而言，在相邻的两段膜堆10之间设有膜堆隔板40，流体在流动时，沿由第一电极302至第二电极304的方向，通过膜堆隔板40在相邻的两段膜堆10之间流动。

进一步地，在每个膜堆隔板40上设有流通孔402。

其中，膜堆隔板40可以与第一离子隔板206或第二离子隔板208为同一板件，即对于每段膜堆10的两侧的膜组20而言，膜堆隔板40即为最边缘的离子隔板。

实施例三

如图1所示，在实施例一的基础上，在多段膜堆10靠近第一电极302的一侧设有进水口502，靠近第二电极304的一侧设有出水口504，进水口502和出水口504设于不同侧，即进水口502设于第一电极302的上侧，出水口504设于第二电极304的下侧。在设置四段膜堆10的基础上，并将后两段膜堆10的膜组20数量设置为相同的四组，从而在流体由进水口502流入时，可先通过六组膜组20向下流动，然后在第二段膜堆10中通过五组膜组20向上流动，最后通过两段四组的膜堆10向下流动，从而通过出水口504向外流出，以实现多段膜堆中膜组数量的下降趋势。

从原理上说，各分段之间水路及电路均为串联关系，即膜堆10分段之间浓淡水流量相同，电流相同，因此需要各分段极限电流密度相等或相近。理论极限电流密度受到淡水流速及进出水浓度的影响，理论极限电流密度(i_m)经验公式为：i_m＝k_vC_m，其中，k为水力学常数、v为淡水流速、C_m为淡水进出口平均对数浓度，经验计算公式为

C₁和C₀分别为淡水进出水浓度。一级多段水路中，随着水净化过程，若保持(C₁-C₀)不变，随着后段淡水水路进出口浓度降低，C_m相应降低，理论极限电流密度随之降低，膜堆10易发生极化影响膜堆10寿命及脱盐率。增大淡水流速可以在一定程度提升极限电流密度，从而降低膜堆10极化风险。

如图2所示，当然，在流动时，还可以将出水口504设于进水口502的同侧，即在流体由进水口502流入时，可先通过第一段膜堆10的六组膜组20向下流动，然后在第二段膜堆10中通过五组膜组20向上流动，再通过第三段膜堆10的四组膜组20向下流动，最后通过第四段膜堆10的四组膜组20向上流动并通过出水口504向外流出。

如图1所示，在上述任一实施例的基础上，在多段膜堆10的两侧还设有分别与第一电极302和第二电极304对应的第一电极槽602和第二电极槽604。

实施例四

如图8所示，根据本发明的一个实施例的净水设备，包括壳体702以及设于壳体702内的水箱704和上述任一实施例的水处理结构，水处理结构的进水口502与水箱704相连，同时还将水处理结构的出水口504与壳体702上的接水口706相连，可将水处理结构对水箱704中的水进行净化后产生的淡水从接水口706排出，以便于用户的使用或饮用。

综上，根据本发明提出的水处理结构和净水设备，增加靠近出水侧的流体流速，有利于降低膜堆极化风险，以提升膜堆寿命。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种水处理结构，其特征在于，包括：

多段相互串联的膜堆，每段所述膜堆内设有多组膜组，所述膜组包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，在所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜之间设有第一离子隔板，在所述阴离子交换膜远离所述第一离子隔板的一侧设有第二离子隔板；

第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别设于多段所述膜堆的两侧，且所述第一电极和所述第二电极的极性相异，

其中，流体能够沿由所述第一电极至所述第二电极的方向在多段所述膜堆内流动，靠近所述第一电极的膜堆中第一离子隔板与所述第二离子隔板之间的间距大于靠近所述第二电极的膜堆中第一离子隔板与所述第二离子隔板之间的间距。

2.根据权利要求1所述的水处理结构，其特征在于，每个所述膜堆中所述第一离子隔板与所述第二离子隔板之间的间距相同；或

每个所述膜堆中所述第一电极的所述第一离子隔板与所述第二离子隔板之间的间距，沿由所述第一电极至所述第二电极的方向逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的水处理结构，其特征在于，沿由所述第一电极至所述第二电极的方向，任意相邻的两段膜堆中后一膜堆的膜组数量小于或等于前一膜堆的膜组数量，且多段所述膜堆中，靠近所述第一电极的膜堆的膜组数量大于靠近所述第二电极的膜堆中的膜组数量。

4.根据权利要求1所述的水处理结构，其特征在于，还包括：

膜堆隔板，设于相邻的两段膜堆之间，流体能够沿由所述第一电极至所述第二电极的方向，由前一膜堆经所述膜堆隔板流向后一膜堆。

5.根据权利要求4所述的水处理结构，其特征在于，所述膜堆隔板上设有流通孔，多段所述膜堆中后一所述膜堆隔板的流通孔的孔径小于前一所述膜堆隔板的流通孔的孔径。

6.根据权利要求1所述的水处理结构，其特征在于，所述膜组中至少部分设于所述第一电极和所述第二电极之间形成的电场。

7.根据权利要求4所述的水处理结构，其特征在于，还包括：

进水口，设于多段所述膜堆中靠近所述第一电极的一侧；

出水口，设于多段所述膜堆中靠近所述第二电极的一侧。

8.根据权利要求7所述的水处理结构，其特征在于，所述进水口设于所述第一电极的第一端，靠近所述第一电极的膜堆隔板由所述第一电极的第二端向所述第一端延伸，

其中，相邻的两段所述膜堆靠近所述第一电极设置的膜堆隔板的延伸方向相反。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的水处理结构，其特征在于，所述电极组还包括：

第一电极槽和第二电极槽，分别设于多段所述膜堆的两侧，

其中，所述第一电极与所述第一电极槽可拆卸连接，所述第二电极与所述第二电极槽可拆卸连接。

10.一种水处理设备，其特征在于，包括：

壳体；

水箱，设于所述壳体内；

如权利要求1至9中任一项所述的水处理结构，设于所述壳体内，且所述水处理结构中靠近所述第一电极的一侧的进水口与所述水箱相连通；

接水口，设于所述壳体上，且所述接水口与所述水处理结构中靠近所述第二电极的一侧的出水口相连通。

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