CN209679879U - 膜元件和过滤组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种膜元件和过滤组件，所述膜元件包括层叠的一层产水导流网、至少一层分离膜和一层导流网，所述导流网在一进水侧上定义一有效进水宽度，并在一出水侧上定义一有效出水宽度。本实用新型通过所述导流网的结构设计，改变原水的进水流向，使得原水流动方向由轴向流动变成径向流动，以加长过滤流道的长度。

Description

膜元件和过滤组件

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种膜元件和以及应用该膜元件的过滤组件。

背景技术

随着人们健康饮水意识的提高，人们对饮用水质要求不断提升，各种净水设备进入市场，走入千家万户。现在有越来越多的家庭开始使用应用反渗透膜(RO)或纳滤膜(NF)的家用纯水机。

RO膜纯水机与NF膜纯水机均采用错流过滤技术(cross flow filtration)。请参见图1，图1所示的是错流过滤的原理图，其中图1中箭头代表液体的流动方向。如图1所示，在错流过滤技术中，在泵的推动下，图1中左侧的原液平行于膜面100向图1中右侧流动，并在流动过程中向下流经所述膜面100进行过滤。因此，在原液平行于膜面100流动时，会产生剪切力而将膜面上滞留的颗粒200带走，从而使沉积于所述膜面100表面上的污染层保持在一个较薄的水平。

因此，在图1所示的错流过滤技术中会产生大量需排放的浓水(即图1中右侧)。随着环保意识抬头及友善环境的需求，减少浓水排放量是RO膜纯水机与NF膜纯水机进行推广普及使用需突破的瓶颈。

请参见图2A为传统的RO膜和/或NF膜过滤组件的结构示意图。如图2A所示，传统的RO膜和/或NF膜过滤组件呈圆柱状，由中心管300及绕着所述中心管300卷制的膜元件400组合而成。为了使得原水流动并完成过滤，所述膜元件400通常设置至少一层导流网。请参见图2B，图2B为传统RO膜和/或NF膜过滤组件的展开图，其中仅显示了导流网410。本领域技术人员根据本领域公知常识可知，所述膜元件400还包括与所述导流网410层叠的过滤膜及出水导流层。这些膜层在图2B中为设置于所述导流网410的下方，因而在如图2B中无法体现。

在传统的RO膜和/或NF膜过滤组件的膜元件中，如图2B中箭头所示，原水从所述导流网410的进水侧流入，而浓缩水则从所述导流网410的出水侧流出。在过滤过程中，水流以所述中心管300的轴向方向流动。

因此，在传统的RO膜和/或NF膜过滤组件中，存在进水流道宽、过滤流程短的结构特性，使得整体过滤流速慢。同时，该种过滤组件中，膜片表面容易产生浓差极化现象造成结垢堵塞，从而使得膜元件脱盐率及纯水产量降低，进而严重影响膜元件的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，解决上述问题，提供一种导流网以及应用该导流网的膜元件和过滤组件。通过所述导流网的结构设计以改变膜元件内原水的水流方向，使得原水流动方向由轴向流动变成径向流动，从而加长过滤流道的长度。因此，利用本实用新型所述导流网的过滤组件，尤其是错流过滤组件，可以实现冲刷分离膜表面污染物并降低污染物沉淀结垢，以减缓膜元件中末端出水侧的结垢速度问题，改善结垢问题，从而大幅提高膜元件乃至过滤组件的使用寿命。

根据本实用新型的一方面，提供一种膜元件，包括层叠的一层产水导流网、至少一层分离膜和一层导流网；所述导流网具有相对的一进水侧和一出水侧，在所述进水侧上定义一有效进水宽度，在所述出水侧上定义一有效出水宽度；所述产水导流层与所述分离膜的侧边相互粘合，所述导流网的侧边在除所述有效进水宽度及所述有效出水宽度外的其余部分与所述分离膜及所述产水导流层的侧边相互粘合；其中，

所述有效出水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的60％～90％，

所述有效进水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的110％～140％，并且，所述进水侧的所述有效进水宽度在所述出水侧的投影不落入所述有效出水宽度的范围内；

所述导流网在所述出水侧的所述有效出水宽度范围内具有一包含至少一梳齿的梳状结构，所述梳齿的宽度为W1，所述梳齿的长度为L1，W1的范围为18～22mm，L1的范围为80～100mm。

在一实施例中，在所述导流网的所述进水侧上定义至少一开口，所述导流网的所述进水侧的侧边在所述开口处不与所述分离膜及所述产水导流层的侧边相互粘合，以在所述进水侧上形成至少一个辅助进水通道。

在一实施例中，所述开口的宽度为3～8mm；当定义多个开口时，所述开口之间的间距为60～80mm。

在一实施例中，当定义多个开口时，所述开口等距设置或不等距设置。

在一实施例中，当具有多个梳齿时，所述梳齿等距设置或不等距设置。

在一实施例中，当具有多个梳齿时，所述梳齿之间的间距范围为8～12mm。

在一实施例中，所述导流网与所述分离膜的进水面接触；所述产水导流网与所述分离膜的出水面接触。

在一实施例中，所述分离膜为反渗透膜或纳滤膜。

在一实施例中，所述膜元件包括一层所述分离膜，并且所述分离膜对折设置，所述产水导流网夹设在对折设置的所述分离膜内。

根据本实用新型的另一方面，提供一种过滤组件，包括一中心集水管，以及至少一层上述的膜元件。

在本实用新型一实施例中，所述过滤组件为错流过滤组件。

在本实用新型一较佳实施例中，提供一种过滤组件，包括一中心集水管和围绕所述中心集水管的膜元件，所述膜元件包括层叠的一层进水导流网、至少一层分离膜和一层产水导流网；其中，

所述进水导流网具有相对的一进水侧和一出水侧，在所述导流网的所述进水侧上设置一第一胶粘剂，以密封部分所述进水侧并在所述进水侧上定义一有效进水宽度；在所述导流网的所述出水侧上设置一第二胶粘剂，以密封部分所述出水侧并在所述出水侧上定义一有效出水宽度；所述导流网在所述出水侧的所述有效出水宽度范围内具有一包含至少一梳齿的梳状结构；并且，所述进水侧的所述有效进水宽度在所述出水侧的投影不落入所述有效出水宽度的范围内。

在上述较佳实施例中，所述有效进水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的110％～140％；并且，所述有效出水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的60％～90％。

本实用新型的所述膜元件中，通过在所述导流网上定义有效进水宽度及有效出水宽度，改变了膜元件的进水宽度和出水宽度；同时，通过将有效进水宽度与有效出水宽度错位设置将原水的流动方向由传统的沿着中心管的轴向方向改为了沿着中心管的径向方向，有效地增加了原水的过滤流程长度。这样，在进水流量恒定时，有效地增加了流经膜元件的原水流速，有效降低了膜元件的进水端与出水端之间的流体流速差异，从而改善浓差极化现象。

此外，由于原水的过滤流程长度的增加，且流体流速的增加，能够更有效地冲刷膜元件表面污染物，从而降低污染物在膜元件表面上的沉淀和结垢，进而延长了膜元件的使用寿命。

再者，通过在导流网的出水侧的所述有效出水宽度范围内的梳状结构，进一步增加了原水的过滤流道空间，从而进一步减缓污染物在膜元件表面上的沉淀和结垢。同时，通过在进水侧上定义多个开口，以增加原水的有效进水量，可以消除膜元件的死区并增加末端流速，并同时产生冲洗稀释污染物的作用，从而进一步减缓污染物在膜元件表面上的沉淀和结垢。

由此，在本实用新型中，通过所述导流网的结构设计以改变膜元件内原水的水流方向，使得原水流动方向由轴向流动变成径向流动，从而加长过滤流道的长度。因此，利用本实用新型所述膜元件的过滤组件，尤其是错流过滤组件，可以实现冲刷分离膜表面污染物并降低污染物沉淀结垢，以减缓膜元件中末端出水侧的结垢速度问题，改善结垢问题，从而大幅提高膜元件乃至过滤组件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为错流过滤的原理图；

图2A为传统的RO膜和/或NF膜过滤组件的结构示意图；

图2B为图2A所示传统RO膜和/或NF膜过滤组件的膜元件展开状态的结构示意图；

图3为根据本实用新型一实施例的一导流网的结构示意图；

图4为图3的局部放大图；

图5A至图5C为不同实施例中所述梳齿的结构示意图；

图6A至图6C为根据本实用新型不同实施例的膜元件的结构示意图；

图7为根据本实用新型一实施例的过滤组件的结构示意图，其中，过滤组件的膜元件呈展开状态；

图8A至图8C为根据本实用新型一实施例的过滤组件的实验验证数据。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书以及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本专利文档中，下文论述的附图以及用来描述本实用新型公开的原理的各实施例仅用于说明，而不应解释为限制本实用新型公开的范围。所属领域的技术人员将理解，本实用新型的原理可在任何适当布置的系统中实施。将详细说明示例性实施方式，在附图中示出了这些实施方式的实例。此外，将参考附图详细描述根据示例性实施例的终端。附图中的相同附图标号指代相同的元件。

本实用新型说明书中使用的术语仅用来描述特定实施方式，而并不意图显示本实用新型的概念。除非上下文中有明确不同的意义，否则，以单数形式使用的表达涵盖复数形式的表达。在本实用新型说明书中，应理解，诸如“包括”、“具有”以及“含有”等术语意图说明存在本实用新型说明书中揭示的特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性，而并不意图排除可存在或可添加一个或多个其他特征、数字、步骤、动作或其组合的可能性。附图中的相同参考标号指代相同部分。

本实施例提供一膜元件，该膜元件具有一导流网。以下结合图3和图4进行详细说明。

为了清晰描述本实用新型所述膜元件，以下先结合图3及图4描述所述导流网涂布胶粘剂后的状态。

参见图3，图3是本实用新型一实施例的所述膜元件的一导流网1的结构示意图。如图3所示，所述导流网1具有相对的一进水侧11和一出水侧12。

如图3所示，在所述导流网1的所述进水侧11上设置一第一胶粘剂111，以密封部分所述进水侧11并在所述进水侧上定义一有效进水宽度EW1。而在所述导流网1的所述出水侧12上设置一第二胶粘剂121，以密封部分所述出水侧12并在所述出水侧12上定义一有效出水宽度EW2。

请继续参见图3，所述导流网1在所述出水侧12的所述有效出水宽度EW2范围内具有一包含至少一梳齿122的梳状结构。在设置于所述进水侧11上的所述第一胶粘剂111上形成至少一开口112，以在被所述第一胶粘剂111密封的部分所述进水侧11上形成多个辅助进水通道。

如图3所示，所述进水侧11的所述有效进水宽度EW1在所述出水侧12的投影不落入所述有效出水宽度EW2的范围内。本领域技术人员可以理解的是，所述有效进水宽度EW1与所述有效出水宽度EW2之间的位置关系可以不限于图3所示的示例，也可以具有其他位置关系，只需要满足所述有效进水宽度EW1在所述出水侧12的投影不落入所述有效出水宽度EW2的范围内即可。

请继续参见图3，所述有效进水宽度EW1为所述进水侧11与所述出水侧12之间垂直距离D的110％～140％。所述有效出水宽度EW2为所述进水侧11与所述出水侧12之间垂直距离D的60％～90％。

在本实施例中，所述隔水材料为聚氨酯胶水，是一种市售商品。

以下，结合图4，详细描述所述包含至少一梳齿122的梳状结构以及所述第一胶粘剂111上的开口112。

如图4所示，定义：所述梳齿122的宽度为W1，所述梳齿的长度为L1，所述梳齿122与相邻梳齿之间的间距为S1。所述梳齿122的宽度W1的范围为18～22mm，所述梳齿122的长度L1的范围为80～100mm，所述梳齿122之间的间距S1的范围为8～12mm。如图3所示，定义：所述开口112的宽度为W2，所述开口112与相邻开口之间的间距为S2。所述开口112的宽度W2的范围为3～8mm，所述开口112之间的间距S2的范围为60～80mm。

本领域技术人员可以知晓的是，所述梳齿122可以是如图3和图4所示的等距设置，也可以是不等距设置；所述开口112可以是如图3和图4所示的等距设置，也可以是不等距设置。此外，本领域技术人员可以知晓的是，所述齿条121也可以具有其他形状，而不限于图3或图4所示的结构。例如，所述齿条121也可以具有如图5A～图5C所示的结构。

以下，结合图6A至图6C，详细描述所述膜元件的结构。

如图6A所示，所述膜元件2包括层叠的一层产水导流网21、至少一层分离膜22和一层所述导流网1。所述导流网1与所述分离膜22的进水面221接触，所述产水导流网21则与所述分离膜22的出水面222接触。

在本实用新型中，所述分离膜22可以是反渗透膜或纳滤膜。

为清晰的目的而没有在图6A中所述分离膜22及所述产水导流网21侧边上的胶粘剂的涂布结构，而仅显示了所述导流网1上的胶粘剂的涂布结构。

本领域技术人员可以理解的是，所述产水导流网21、所述分离膜22及所述导流网1之间通过胶粘剂相互粘合。该种胶粘剂为本领域已知的产品。例如，如图6A所示的，所述产水导流网21、所述分离膜22及所述导流网1四周侧边对齐，在所述产水导流网21、所述分离膜22及所述导流网1的至少三条侧边上涂布胶粘剂，使得所述产水导流网21、所述分离膜22及所述导流网1在例如但不限于图6A中所示的上边缘、右边缘和下边缘处粘合，并且，所述导流网1的进水侧在所述有效进水宽度EW1处与所述分离膜22及所述产水导流网21不粘合；所述导流网1的出水侧在所述有效出水宽度EW2处与所述分离膜22及所述产水导流网21不粘合。也就是说，在一实施例中，除了所述有效进水宽度EW1及所述有效出水宽度EW2外，所述导流网1与所述分离膜22及所述产水导流网21的其余各边均粘合。

进一步地，在本实用新型的另一实施例中，图6A中的所述膜元件2还可以具有如图6B所示的结构。与图6A的的结构差异在于：所述分离膜22为折叠设置。因此，在该实施例中，如图6B所示的，所述产水导流网21被夹设于所述分离膜22的折叠面。也就是说，在图6B所示的所述膜元件2中，由于所述分离膜22是折叠设置的，使得所述产水导流网21的两侧表面均与所述分离膜22的出水面222接触。

进一步地，在本实用新型的另一实施例中，图6A的所述膜元件2还可以层叠设置，以作为一过滤组件的一部分。所述膜元件2的层叠结构请参见图6C。如图6C所示的，所述膜元件2’具有与所述膜元件2完全相同的结构，所述膜元件2’与所述膜元件2层叠设置。这样，由于第一层的所述膜元件2的所述分离膜22是折叠设置的，且所述产水导流网21夹设于所述分离膜22之间，使得第一层的所述膜元件2的所述分离膜22的进水面221与第二层的所述膜元件2’的所述导流网1’接触。当然，在三层或多层层叠的情况依次类推，即，上一层膜元件的分离膜的进水面与下一层膜元件的导流网接触，使得每一层分离膜的进水面可以通过对应的导流网进行进水。

进一步地，本实用新型还提供一种过滤组件3，如图7所示，所述过滤组件3包括一中心集水管31和围绕所述中心集水管31的至少一层如图6A或图6B所示的膜元件2。当然，当所述过滤组件3包括多层膜元件时，所述膜元件的层叠结构如图6C所示。在图7的展开图中，由于所述膜元件2为层叠结构，因而图7中仅能显示所述导流网1。并且为了清晰的目的，图7中未显示所述中心集水管31的细节结构。本领域技术人员可以知晓的是，所述中心集水管31为本领域的常规部件，具有任何本领域已知的结构。在图7所示的过滤组件3中，箭头方向代表了水流方向。

如图7所示，当水流通过所述导流网1的所述进水侧11流入所述导流网1并进入所述过滤组件3时，由于在所述进水侧11上设置有所述第一胶粘剂111，使得原水只能从所述有效进水宽度EW1进入。并且，由于所述出水侧12上与所述有效进水宽度EW1对应的为所述第二胶粘剂121，因而使得水流只能沿着所述导流网1的宽度方向(即与所述进水侧11与所述出水侧12之间的垂直距离D相垂直的方向)流动。随后通过所述出水侧12的有效出水宽度EW2流出。与图2B中传统RO膜和/或NF膜过滤组件内的水流方向不同的，本实用新型所述的导流网1的原水的流动方向由传统的沿着中心管的轴向方向改为了沿着中心管的径向方向，有效地增加了原水的过滤流程长度。同时，通过在所述导流网1的出水侧12的所述有效出水宽度EW2范围内的梳状结构，进一步增加了原水的过滤流道空间(使原水更多地接触导流网1下方的分离膜)，从而进一步减缓污染物在膜元件表面上的沉淀和结垢。此外，通过在所述导流网1的所述进水侧11的所述第一胶粘剂111上形成多个开口112，以增加原水的有效进水量，可以消除膜元件的死区并增加末端流速，并同时产生冲洗稀释污染物的作用，从而进一步减缓污染物在膜元件表面上的沉淀和结垢。

申请人进一步对图2A所示的传统RO膜过滤组件与本实用新型所述过滤组件3的过滤效果进行实验验证。实验验证中分别将图2A所示的传统RO膜过滤组件与本实用新型所述过滤组件3安装在反渗透净水机中，以GB34914-2017《反渗透净水机水效限定值及水效等级》中规定的测试方法，分别对图2A所示的传统RO膜过滤组件与本实用新型所述过滤组件3的流量-寿命，流量损失及脱盐率进行检测，获得图8A至图8C所示的测试结果。

由图8A至图8C所示，本实用新型所述过滤组件3能够明显降低过滤过程中的流量损失(约降低30％)，且明显提高脱盐率。

在本实用新型中，通过所述导流网的结构设计以改变膜元件内原水的水流方向，使得原水流动方向由轴向流动变成径向流动，从而加长过滤流道的长度。因此，利用本实用新型所述导流网的过滤组件，尤其是错流过滤组件，可以实现冲刷分离膜表面污染物并降低污染物沉淀结垢，以减缓膜元件中末端出水侧的结垢速度问题，改善结垢问题，从而大幅提高膜元件乃至过滤组件的使用寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种膜元件，包括层叠的一层产水导流网、至少一层分离膜和一层导流网，其特征在于，所述导流网具有相对的一进水侧和一出水侧，在所述进水侧上定义一有效进水宽度，在所述出水侧上定义一有效出水宽度；

所述产水导流层与所述分离膜的侧边相互粘合，所述导流网的侧边在除所述有效进水宽度及所述有效出水宽度外的其余部分与所述分离膜及所述产水导流层的侧边相互粘合；其中，所述有效出水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的60％～90％，

所述有效进水宽度为所述进水侧与所述出水侧之间垂直距离的110％～140％，并且，所述进水侧的所述有效进水宽度在所述出水侧的投影不落入所述有效出水宽度的范围内；

所述导流网在所述出水侧的所述有效出水宽度范围内具有一包含至少一梳齿的梳状结构，所述梳齿的宽度为W1，所述梳齿的长度为L1，W1的范围为18～22mm，L1的范围为80～100mm。

2.如权利要求1所述的膜元件，其特征在于，在所述导流网的所述进水侧上定义至少一开口，所述导流网的所述进水侧的侧边在所述开口处不与所述分离膜及所述产水导流层的侧边相互粘合，以在所述进水侧上形成至少一个辅助进水通道。

3.如权利要求2所述的膜元件，其特征在于，所述开口的宽度为3～8mm；当定义多个开口时，所述开口之间的间距为60～80mm。

4.如权利要求2所述的膜元件，其特征在于，当定义多个开口时，所述开口等距设置或不等距设置。

5.如权利要求1所述的膜元件，其特征在于，当具有多个梳齿时，所述梳齿等距设置或不等距设置。

6.如权利要求5所述的膜元件，其特征在于，当具有多个梳齿时，所述梳齿之间的间距范围为8～12mm。

7.如权利要求1所述的膜元件，其特征在于，所述导流网与所述分离膜的进水面接触；所述产水导流网与所述分离膜的出水面接触。

8.如权利要求1所述的膜元件，其特征在于，所述分离膜为反渗透膜或纳滤膜。

9.如权利要求1所述的膜元件，其特征在于，所述膜元件包括一层所述分离膜，并且所述分离膜对折设置，所述产水导流网夹设在对折设置的所述分离膜内。

10.一种过滤组件，包括一中心集水管，以及至少一层权利要求1所述的膜元件。