CN201727994U - 一种大通量高纳污量的折叠式滤芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高通量滤芯，包括过滤介质层(3)，中心管(2)、外壳(1)和上、下端盖(10，11)，过滤介质层(3)折叠成弧形折叠褶，将弧形折叠褶围绕中心管(2)叠置，形成整体的过滤圆筒，外壳(1)套设在过滤圆筒的外侧，其中，过滤介质层包括过滤层(3b)和位于过滤层两侧的塑料网层(8)，所述过滤层由至少2层的过滤材料(3d)组成，中心管(2)和外壳(1)的上、下端固定连接上、下端盖。本实用新型的高通量折叠滤芯的流道宽阔、流体阻力相对较小，滤芯进水和出水端水流分布更均匀，比普通W型直线折叠褶设计滤膜的装填密度提高30％以上，过滤面积和总纳污容量高，滤芯的使用寿命长。

Description

一种大通量高纳污量的折叠式滤芯

技术领域

本实用新型涉及一种过滤滤芯，尤其涉及一种可以持续保持大通量和高纳污量折叠式滤芯。

背景技术

滤芯式过滤广泛应用于水处理和各种工艺过程中，而滤芯则分为熔喷滤芯，线绕滤芯和折叠滤芯等。折叠滤芯是由超细纤维制成的具有一定空隙结构的薄膜组合、无纺布和塑料网层格等组成，采用先进的热熔和焊接工艺经过拉伸、打褶、滤材边封、固定内芯外罩、熔封端盖等流程制作而成。这种滤芯具有过滤精度高、过滤面积大，纳污容量高和可多次反冲洗使用和高压灭菌消毒等特点，是目前发展最快速的一种过滤技术，被广泛应用于化工、医药、能源、环保等领域的多种精密过滤过程中。

折叠式滤芯的折叠形状有：弧形、W波纹形、锯齿形、瓦楞形等，滤芯材质有高分子纤维材料和金属膜材料等。无论采用何种折叠方式，目的都是为了增加滤芯内滤膜面积。面积增加则滤芯的纳污容量就增加，从而其使用寿命就得到延长。滤芯的使用寿命和滤膜面积之间的关系如下：

Le/Lo＝(Ae/Ao)^N，1≤N≤2

其中Le是滤芯延长后的寿命，Lo是滤芯原使用寿命，Ae滤面积增加后的面积，Ao滤芯原面积。由上式可以看出，增加滤芯滤膜面积一倍，滤芯使用寿命可以延长达四倍。通常地，折叠式滤芯的褶数多达几十甚至上百个，以此来获得较大的过滤面积，提高滤芯的纳污容量。为此，无论是采用W型褶还是弧形褶，折叠式滤芯的折叠褶间都是紧密排列，以尽可能地增加折叠褶数，即增加滤芯滤膜面积。

折叠式滤芯一般由纤维滤膜、塑料网层格以及塑料材质的滤芯骨架组成。塑料网层格分别用在进水和出水侧，起到导流布水的作用。由于采用折叠褶式设计，进水和出水靠塑料网层格提供的空隙通过，流道皆狭窄，如图5、6、6a所示。一般应用的塑料网层格是热熔法制造的，两组塑料丝一般粗细相同，交角一般为90°，如图6所示。当两层这种普通塑料网层格叠合在一起时，留下供水流通过的缝隙更加狭小，如图示5，在大流量时就会造成压差过高。网格在折叠褶处网格上塑料丝互相叠合后，由此导致滤芯过滤压差过高。特别是在进水侧，当被截留的污染物积聚在折褶处后，使本已狭窄的流道更加流动不畅，造成过滤压力升高，通量下降，使用寿命降低。

CN92244291.6提供了一种多功能折叠式过滤芯，折叠式膜堆内侧置有筒形增厚导流层，中心集水管外侧表面具有导流槽，以增大滤液流量、减小阻力。这样的设计部分改善了进水侧折叠褶入口处的水流分布及流体阻力问题，但并没有解决折叠褶内流道狭窄的问题。

CN200810138261.4提供了一种高过滤通量折叠滤芯的制作方法，在板式滤膜的两侧面分别附着一层弹性支撑网格，用折叠机将其折叠成圆弧状滤膜，再将滤膜两端粘合在一起形成圆柱状，用内层不锈钢网和外层不锈钢网将滤膜加固定型，最后用滤芯固定封头将圆柱状的滤膜顶端和底端密封固定，做成圆筒式的折叠滤芯。支撑网格的弹性作用会使滤膜折叠成圆弧形状，避免了以往折叠形状造成的死角，大大增加了滤膜的过滤通量，但是，该发明的滤芯水流流道狭窄，过滤压差高，滤膜需要反复反冲洗，缩短了滤芯的使用寿命。

CN200820059126.6提供了一种亲水性聚四氟乙烯微孔膜折叠式滤芯，由过滤介质层、内支撑筒和外支撑筒构成，过滤介质层折叠成翅片后围绕在内支撑筒的外圆周上，过滤介质层的折叠线平行于内支撑筒的轴向，外支撑筒套设在过滤介质层构成的圆筒外侧，过滤介质层由一层长纤维无纺布、一层细短纤维无纺布、一层聚四氟乙烯亲水性微孔滤膜和一层平面导流网叠合构成，细短纤维无纺布设置在滤膜的上游，长纤维无纺布设置在细短纤维无纺布的上游，平面导流网设置在滤膜的下游，任意相邻的两个翅片的径向端面均焊接连接。细短纤维无纺布起到预过滤及保护滤膜的作用，增加了滤芯的纳污量；长纤维无纺布增强折叠层的挺括性；平面导流网减少了流体阻力，提高了滤芯的流量，同时克服了纤维脱落。但是该设计同样没能解决翅片内和相邻两个翅片间由于导流网格叠压造成的流道狭窄，流体阻力过高，造成过滤压差高的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种大通量折叠滤芯，本实用新型制备的滤芯进水和出水端水流分布更均匀，滤芯中各个凸褶的过滤通量基本相同，降低了过滤流体阻力，延长了滤芯使用寿命。

为实现本实用新型的目的，本实用新型一方面提供一种大通量折叠式滤芯，包括：

中心管；

过滤介质层，围绕中心管折叠成具有多个叠置的弧形折叠褶的过滤圆筒；

外壳，套设在过滤介质层的外围；

上、下端盖，封闭在中心管、过滤介质层和外壳的两端；

其中，过滤介质层包括过滤层和位于过滤层两侧的塑料网层。

其中，过滤层由至少2层过滤材料组成。

其中，上端盖将中心管、过滤介质层和外壳组成的滤芯密封，下端盖用于与水流管道相连接。

其中，塑料网层由经线塑料丝和纬线塑料丝热熔粘结组成，经线塑料丝的直径大于纬线塑料丝的直径。

特别是，经线塑料丝或纬线塑料丝由聚乙烯、聚丙烯或尼龙制成。

其中，经线塑料丝的直径为0.5-1.5mm，纬线塑料丝的直径为0.1-0.5mm。

特别是，经线、纬线塑料丝分别在两个不同的平面内彼此平行排列，即经线塑料丝在第一平面内彼此平行排列，纬线塑料丝在第二平面内彼此平行排列，其中，在第一平面内相邻两根经线塑料丝之间的垂直距离为5-10mm；在第二平面内相邻两根纬线塑料丝之间的垂直距离为1-5mm。

其中，所述塑料网层中的经线塑料丝与纬线塑料丝交叉排列，其中交叉排列形成的锐角α的角度＜90°，优选为30-75°，进一步优选为45-60°。

特别是，所述塑料网层中的纬线塑料丝与过滤层贴合在一起，经线塑料丝远离过滤层。

其中，过滤介质层的折叠褶呈弧形，过滤层之间的邻接塑料网层的经线塑料丝或纬线塑料丝之间在垂直于中心管轴线的平面内相对叠合，以便使相邻折叠褶之间的间隙保持最大。

特别是，所述的相对叠合是指经线塑料丝或纬线塑料丝在垂直于中心管轴线的平面内塑料丝之间沿直径相对，形成叠合，以便使相邻折叠褶之间的间隙保持最大，即形成的水流流道的间隙为经线塑料丝或纬线塑料丝的直径的2倍。

其中，经线塑料丝在垂直于中心管轴线的平面内相对叠合。

其中，所述过滤层由4-6层过滤材料层组成。

特别是，所述过滤材料按照过滤精度沿着水流方向由低到高的顺序依次排列。

通过具有不同过滤精度的过滤材料组合，使滤膜层间形成具有梯度过滤精度的立体过滤网络，从而使滤芯在工作时，按照分级方式使整个滤层都能充分发挥作用，形成典型的深层过滤方式。这种设计提高了滤层的纳污量，也大幅度的延长了滤芯的使用寿命。

其中，过滤材料层的过滤精度为1-100μm，优选为1-20μm。

特别是，所述的过滤材料选择有机纤维膜材料、无机纤维膜材料或金属纤维膜材料。

其中，所述的有机纤维膜材料选择聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙；所述无机纤维膜材料选择玻璃纤维、碳纤维、石棉；所述金属纤维膜材料选择金属丝网或烧结金属多孔材料。所述烧结金属多孔材料选择粉末烧结金属不锈钢、钛。

其中，过滤介质层的弧形折叠褶的弧度为

优选为

特别是，塑料网层中的经线塑料丝的伸展方向与过滤介质层折叠成弧形的折叠褶的弧度伸展方向一致，即经线塑料丝的弯曲弧度与折叠褶的弧度相同，也即说经线塑料丝的弧度为

优选为

折叠成弧形折叠褶的过滤介质层中的塑料网层中的经线塑料丝的伸展方向由滤芯中心向外沿呈辐射状螺旋形延伸，并与水流在折叠褶内与折叠褶间的流动方向一致，使得滤芯进水和出水端水流分布更均匀，滤芯中各个凸褶的过滤通量基本相同。

本实用新型的大通量滤芯具有如下优点：

1、本实用新型的大通量高纳污量折叠式滤芯采用了弧形折叠褶设计，与普通W型直线折叠褶设计比较，滤芯进水和出水端水流分布更均匀，滤芯中各个凸褶的过滤通量基本相同，在不牺牲滤膜面积的情况下，降低流体阻力，延长滤芯使用寿命；

而普通W型直线折叠褶设计中，滤芯的水流分布不均匀，褶根处水通量大，而褶顶处水通量小。水通量分布的不均匀，会造成滤芯使用寿命的缩短；

2、本实用新型滤芯的过滤面积和总纳污容量高，本实用新型的折叠弧形结构的滤芯对于同样体积和褶数的其他形状的滤芯，弧形折叠褶设计比普通W型直线折叠褶设计滤膜的装填密度提高30％以上；

3、本实用新型的折叠式滤芯中采用了结构独特的网格支撑层，为水流提供了一个较大的导流通道，降低了过滤压差，延长滤芯使用寿命；

4、本实用新型的折叠式滤芯单支滤器过滤面积3-9.5m²，滤芯精度1-100μm，最大通量可达100M³/H，最大允许压差0.34Mpa(80℃)。

附图说明

图1是本实用新型大通量滤芯的轴向剖视图；

图2是本实用新型大通量滤芯的横截面视图；

图2a是图1中A部的局部放大图；

图2b是沿图2中线A-A的局部剖视放大示意图；

图3是现有技术的W形直线折叠滤芯的横截面剖视图；

图4是本实用新型的塑料网层的局部示意图；

图5是现有技术的网格支撑层设计示意图；

图6是现有技术的塑料网层的局部示意图；

图6a图6中沿B-B方向的剖视示意图。

附图标记说明：1.外壳；2.中心管；3.过滤介质层；3a.网格支撑层；3b.过滤层；3c.折叠褶；4.水流流道；5.水流；6.经线塑料丝；7.纬线塑料丝；8.塑料网层；10.上端盖；11.下端盖

具体实施方式

如图1、2、2a、2b所示，本实用新型的大通量滤芯由过滤介质层3，中心管2、外壳1和上、下端盖10、11组成，过滤介质层3围绕滤芯的中心管2的外圆周表面侧折叠成弧形结构的折叠褶3c，过滤介质层3的两端粘合在一起，由此形成围绕中心管2的圆筒状结构，外壳1套设在由过滤介质层3折叠构成的圆筒状结构的外侧，其中过滤介质层3包括过滤层3b和位于过滤层两侧的塑料网层8，过滤层3b由至少2层的过滤材料层组成，中心管2和外壳1的上端焊接固定上端盖10，中心管2和外壳1的下端焊接固定下端盖11。

滤芯的上端盖封闭，下端盖设有孔，用于与水流管道相连接。

过滤介质层3的折叠线与中心管2的轴线相平行，其过滤层3b由4-6层过滤材料层组成。

过滤材料层的过滤精度为1-100μm，优选为1-20μm，相邻两层过滤材料层的过滤精度不同，过滤材料层的过滤精度沿着水流流过滤芯的方向由低到高的顺序排列，例如，过滤材料层为4层时，其精度由低到高依次是20μm、15μm、10μm、5μm；又如，过滤材料层为6层时，其精度由低到高依次是60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm。

通过具有不同过滤精度的过滤材料组合，使滤膜层间形成具有梯度过滤精度的立体过滤网络，从而使滤芯在工作时，按照分级方式使整个滤层都能充分发挥作用，形成典型的深层过滤方式。这种设计提高了滤层的纳污量，也大幅度的延长了滤芯的使用寿命。

过滤材料选择有机纤维膜材料、无机纤维膜材料或金属纤维膜材料。其中，有机纤膜维材料选择聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙；无机纤维膜材料选择玻璃纤维、碳纤维、石棉；所述金属纤维膜材料选择金属丝网或烧结金属多孔材料，烧结金属多孔材料选择粉末烧结金属不锈钢、钛。

如图2a、2b、4所示，网格支撑层3a由两层塑料网层8叠合形成，塑料网层8由圆柱状的经线塑料丝6和纬线塑料丝7热熔后粘结而成，经线塑料丝的直径大于纬线塑料丝的直径。其中经线塑料丝6的直径为0.5-1.5mm；纬线塑料丝7的直径为0.1-0.5mm。

经线、纬线塑料丝6、7分别在不同的平面内平行排列，即经线塑料丝在第一平面内彼此平行排列，纬线塑料丝在第二平面内彼此平行排列，其中，在第一平面内相邻两根经线塑料丝6之间的垂直距离为5-10mm；在第二平面内相邻两根纬线塑料丝7之间的垂直距离为1-5mm。

塑料网层8中的两组塑料丝即经线塑料丝6、纬线塑料丝7呈交叉排列，其交叉形成锐角α，即α＜90°，优选为30-75°，最优选为45-60°。

塑料网层8的经线塑料丝6或纬线塑料丝7由聚乙烯、聚丙烯或尼龙制成。

过滤介质层3折叠形成弧形折叠褶3c的过程中，过滤介质层3的过滤层3b两侧黏附的塑料网层8相互叠合，其中折叠褶过滤介质层3的塑料网层8中的经线塑料丝6在垂直于中心管2轴线的平面内(即图2所示的截面)相对叠合，如图2a、2b所示，即在垂直于中心管2轴线的平面内经线塑料丝6沿直径两两相对叠合，形成网格支撑层3a，以便使相邻折叠褶之间的间隙保持最大，即形成的水流流道的间隙为经线塑料丝直径的2倍。

过滤介质层3的折叠形成的弧形结构的折叠褶3c的弧度为

优选为

塑料网层8中的经线塑料丝6的伸展方向(如图2a所示)与过滤介质层3折叠形成的弧形折叠褶3c的弧度方向一致。相邻两个折叠褶3c的塑料网层8的经线塑料丝6两两沿弦向方向相对叠合。

本实用新型是在滤膜即过滤层3b的两侧分别黏附一层弹性塑料网层8，形成过滤介质层3，其中，板式滤膜由至少2层过滤材料组成，本实用新型的滤膜由4-6层过滤材料按照过滤精度由低到高的顺序排列，然后采用折叠机将两侧黏附有塑料网层的板式滤膜折叠成圆弧状折叠褶过滤滤膜3，再将折叠褶过滤膜的两端粘合在一起形成圆筒状，用内层中心管2和外层外壳1将折叠褶过滤滤膜3夹持固定，然后用上端盖10将圆柱状的折叠滤膜3顶端密封固定，用下端盖11将圆柱状的折叠滤膜3底端固定，形成本实用新型所述的大通量滤芯，其中弹性塑料网层8由直径不等的两组塑料丝(即经线塑料丝、纬线塑料丝)热熔后粘结而成，经线塑料丝、纬线塑料丝交叉排列，经线塑料丝与纬线塑料丝之间的交叉夹角＜90°，优选为30-75°，最优选为45-60°，经线塑料丝6的直径大于纬线塑料丝7的直径，并且纬线塑料丝7紧贴板式滤膜的表面，而经线塑料丝6远离滤膜的表面，折叠过程中，经线塑料丝6的伸展方向与过滤介质层折叠成弧形的折叠褶的弧度伸展方向一致，即经线塑料丝的弯曲弧度与折叠褶的弧度相同，使得滤芯进水端和出水端水流分布更均匀，滤芯中各个凸褶的过滤通量基本相同，并且相邻两个折叠褶3c的经线塑料丝6沿弦向两两相对叠合，水流流道宽，褶根处和褶顶水流通量相同，降低了过滤压差，延长滤芯使用寿命。

本实用新型实施例以塑料网层8的纬线塑料丝7与过滤层3b贴合，经线塑料丝6远离过滤层3b，经叠合后经线塑料丝在垂直于中心管2的轴线的平面内相对叠合，即折叠过程中沿着塑料网层8的经线塑料丝进行折叠，形成弧形的折叠褶3c，使折叠成多个折叠褶的过滤介质层3围绕在中心管2的外侧，整体成圆筒状，也即是经线塑料丝中的每一根塑料丝分别在垂直于中心管2的轴线的平面内自身相对贴合，经线塑料丝以直径相对贴合，形成网格支撑层3a，形成水流流道4的间隙保持最大。

大通量滤芯的工作过程：水流从中心管2进水后，水流5由内而外即从中心管2向着外壳1沿弧形折叠褶3c布水至滤面，依次穿过过滤介质层3的多个过滤层3b，以便进行过滤，最后穿过外壳1，由外壳1的外侧流出，完成过滤。

实施例  制备6″大通量高纳污量折叠式滤芯

1、制备过滤层

将厚度、过滤精度不同的4层聚丙烯材料，按照过滤时水流的方向，将聚丙烯材料按照过滤精度由低到高的顺序排列，铺装成板式滤膜(即过滤层3b)，其中过滤材料层的过滤精度依次为100μm、50μm、20μm、5μm；厚度依次为0.2mm、0.2mm、0.36mm、0.4mm；过滤层3b的总厚度为1.16mm，过滤精度为5μm，总过滤面积为5.8m²。

2、制备塑料网层

将一组直径为0.9mm的聚丙烯丝(即经线塑料丝6)与另一组直径为0.3mm的聚丙烯丝(即纬线塑料丝7)以45°的角度交叉排列，经热熔后粘结固定形成塑料网层8，其中，经线塑料丝6相互平行，位于第一平面内，并且相邻两根聚丙烯丝即经线塑料丝6之间的垂直距离为5-10mm；纬线塑料丝7之间相互平行，位于第二平面内，并且相邻两根纬线塑料丝7之间的垂直距离为1-5mm，如图4所示。

3、制备弧形过滤介质层

在过滤层3b的两侧分别粘附一层塑料网层8，制得过滤介质层3，其中，塑料网层8中的纬线塑料丝7与过滤层3b贴合在一起，经线塑料丝6远离过滤层3b，经线塑料丝6的直径为0.5-1.5mm，纬线塑料丝7的直径为0.1-0.5mm；

采用折叠机将过滤介质层3折叠成圆弧状的折叠褶3c，如图2所示，其中，弧形结构的折叠褶3c的弧度为

折叠褶3c的个数为100个，折叠褶3c围绕中心管2叠置成圆筒；过滤介质层3的过滤层3b两侧的塑料网层8中，经线塑料丝6的伸展方向与过滤介质层3折叠形成的弧形折叠褶3c的弧度方向一致，其伸展方向由滤芯中心向外沿呈辐射状延伸，并与水流在折叠褶3c内的流动方向一致。相邻两个折叠褶3c间的经线塑料丝6相互平行，并且沿弦向两两相对叠合，形成水流流道4，如图2b所示。

本实施例中经线塑料丝6的直径为0.9mm，纬线塑料丝7的直径为0.3mm，相邻两根经线塑料丝6之间的垂直间距为5mm，相邻两根纬线塑料丝7之间的垂直间距为3mm，折叠褶的弧度为水流流道4的宽度为2.4mm。

4、组装

由过滤介质层3折叠形成的弧形折叠褶3c呈圆筒形叠置，将过滤介质层3的两端粘合在一起而形成整体的过滤圆筒，在过滤圆筒内设中心管2，并且其圆筒外部套设外壳1，接着将由过滤介质层3折叠成弧形并呈筒形叠置的折叠褶3c以及中心管2和外壳1的上端用上端盖10密封固定，下端用下端盖11固定，形成本实用新型所述的大通量滤芯。

Claims (10)

1.一种折叠式滤芯，包括

中心管(2)；

过滤介质层(3)，围绕中心管折叠成具有多个叠置的弧形折叠褶的过滤圆筒；

外壳(1)，套设在过滤介质层(3)的外围；

上、下端盖(10，11)，封闭在中心管、过滤介质层和外壳的两端；其特征是

过滤介质层(3)包括过滤层(3b)和位于过滤层两侧的塑料网层(8)。

2.如权利要求1所述的滤芯，其特征是所述塑料网层(8)由经线塑料丝(6)和纬线塑料丝(7)热熔粘结组成，经线塑料丝(6)直径大于纬线塑料丝(7)直径。

3.如权利要求2所述的滤芯，其特征是所述经线塑料丝(6)的直径为0.5-1.5mm，所述纬线塑料丝(7)的直径为0.1-0.5mm。

4.如权利要求2或3所述的滤芯，其特征是所述塑料网层中的经线塑料丝(6)与纬线塑料丝(7)交叉排列，其中交叉排列形成的锐角α的角度＜90°。

5.如权利要求2或3所述的滤芯，其特征是所述的折叠褶(3c)的横截面呈弧形，过滤层(3b)之间的邻接塑料网层(8)的经线塑料丝(6)或纬线塑料丝(7)之间在垂直于中心管(2)轴线的平面内相对叠合，以便使相邻折叠褶之间的间隙保持最大。

6.如权利要求2或3所述的滤芯，其特征是所述经线塑料丝(6)或纬线塑料丝(7)由聚乙烯、聚丙烯或尼龙制成。

7.如权利要求1至3任一所述的滤芯，其特征是所述过滤层(3b)由4-6层过滤材料层叠而成。

8.如权利要求7所述的滤芯，其特征是所述过滤层(3b)的过滤材料按照过滤精度沿着水流方向由低到高的顺序依次排列。

9.如权利要求1至3任一所述的滤芯，其特征是所述弧形折叠褶(3c)的弧度为

10.如权利要求1至3任一所述的滤芯，其特征是所述过滤材料选择有机纤维膜材料、无机纤维膜材料或金属纤维膜材料。

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