发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于膜元件原水侧的堵塞可能性,提升膜元件的抗污染能力和寿命,提供了一种自适应流道膜元件及滤芯。该方案中原水侧浓水端的水流速度的自动增加,从而避免堵塞,抗污染能力强,寿命更长。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种原水局部导流膜元件,用于错流过滤;包括
至少一个膜袋,膜袋具有相对的第一长边、第二长边,以及相对的第一短边、第二短边,卷膜后,第一短边位于最外层;原水导流网,设置在膜片的所述内侧面;
每个膜袋具有两个相对的膜片,膜片的内侧面形成原水流道,其连通膜袋的原水进水口和浓水出水口,且浓水出水口位于第一短边位置处;膜片的外侧面形成纯水流道;
所述原水导流网在宽度方向上与第二短边大致相等,在长度方向局部设置原水导流网,且原水导流网覆盖原水进水口区域。
作为进一步地改进,在膜片内侧面,第二短边位置处为原水进水口,在第一长边和第二长边处形成密封。
作为进一步地改进,在膜片内侧面,第二短边处形成密封,在第一长边或第二长边上设置原水进水口,该原水进水口靠近第二短边一端。
作为进一步地改进,在膜片内侧面,在靠近第一长边或第二长边中部位置处设置原水进水口,在原水进水口与第二短边之间区域设置原水导流网;第一短边和第二短边位置处均作为浓水出水口。
作为进一步地改进,在膜片外侧面,在第一长边或第二长边局部位置处设置纯水出水口,或在第二短边处设置纯水出水口。
作为进一步地改进,所述膜袋的两个膜片在第一长边处通过折叠角膜连接,所述折叠角膜与膜片为一体结构;
或:所述折叠角膜一侧边与膜片为一体结构,另一侧边通过胶连或薄膜焊接方式与膜片连接;
或:所述折叠角膜两侧边均通过胶连或薄膜焊接方式与膜片连接。
作为进一步地改进,所述折叠角膜的厚度为0.01~0.08mm,柔软度为2.0~20.0g,使得其能够消容卷膜时在第一长边处形成的褶皱。
作为进一步地改进,在膜袋的纯水侧,至少在靠近第一短边、第二短边和第二长边处形成密封,使得过滤后纯水从第一长边所在端部流出。
作为进一步地改进,还包括中心管和纯水导流布,所述纯水导流布设置在膜袋的一侧,纯水导流布和膜袋从第二短边处卷绕在中心管上。
作为进一步地改进,所述原水导流网在周向上至少环绕中心管有3/4圆周。
本发明的一种原水局部导流膜元件,包括膜元件和中心管,所述膜元件卷绕在中心管上,该膜元件包括:
至少一个膜袋,膜袋具有相对的第一长边、第二长边,以及相对的第一短边、第二短边,卷膜后,第二短边位于最内层,第一短边位于最外层;
原水导流网,设置在膜片的所述内侧面;
每个膜袋具有两个相对的膜片,膜片的内侧面形成原水流道,其连通膜袋的原水进水口和浓水出水口;膜片的外侧面形成纯水流道;
所述原水导流网在宽度方向上与第二短边大致相等,在长度方向局部设置原水导流网,且原水导流网覆盖原水进水口区域;工作时,原水进水口与浓水出水口之间的压力差使得两个膜片之间的部分区域被水流冲开,形成自适应流道区域。
作为进一步地改进,所述原水进水口位于靠近中心管的一侧,浓水出水口位于第一短边位置处。
作为进一步地改进,所述膜片具有一定形变能力,在水流压力下,能够形变形成流道,且膜元件表面为平整的曲面。
本发明的一种滤芯,包括前述的膜元件,所述膜元件至少一端具有端盖,另一端具有端盖或Y形密封圈。
作为进一步地改进,还包括膜壳,所述膜元件安装在膜壳内,所述膜壳内壁与膜元件之间具有间隙,用于浓水排出。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明的原水局部导流膜元件,其膜袋中所设置的原水导流网仅设置在局部区域,且覆盖主原水进水口,从而能够形成原水导流作用,且能够在未被原水导流网覆盖区域,利用压力差自动形成水流流道,原水侧浓水端的水流速度的自动增加,从而避免堵塞,抗污染能力强,寿命更长。此外,由于省去部分原水导流网所占用空间,在相同径向尺寸下可设置更多的膜片,具有更大的膜面积,净水量得到大幅提高。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
针对净水滤芯中纯水流道较长的问题,行业内提出过较多的解决方案,但其实施方案较为复杂,或者是仅仅在理论层面存在实施的可能性。在此情况下,提出本申请的原水局部导流膜元件。
结合图2、图3,本实施方式的一种原水局部导流膜元件,包括至少一个膜袋,该膜袋具有相对的第一长边101和第二长边102,以及相对的第一短边103和第二短边104,该膜袋沿第一长边101延伸方向卷绕,卷膜后,第一短边103位于最外层,第二短边104位于最内层。为了清楚的说明膜元件的结构,本实施方式中会结合膜元件的展开状态或卷绕状态进行说明,以便清楚的展示出膜元件的结构。
每个膜袋具有两个相对的膜片1,膜片1的内侧面形成原水流道,其连通膜袋的原水进水口和浓水出水口,且浓水出水口位于第一短边103位置处,使得原水能够绕着膜元件周向从内层向外层流动。膜片1的外侧面形成纯水流道,过滤后的纯水从纯水出水口流出。
在两个膜片1之间的内侧面设置有原水导流网3,该原水导流网3在宽度方向上与第二短边104大致相等,在长度方向局部设置原水导流网3,且原水导流网3覆盖原水进水口区域。
图3展示了一种具体的进水实施方式,第二短边104位置处为原水进水口,原水导流网3在宽度方向上与第二短边104长度大致相等,在长度方向上可以具有一定长度,使其能够包绕在中心管上。由于原水从垂直与第二短边104的方向进入,因此,该原水导流网3至少与第二短边104相适应,以使原水能够被引入到膜袋内。
值得说明的是,本申请中所指的大致相等,包含了相等以及具有一定尺寸差的情况。例如,如果膜袋内侧均作为原水流道,则原水导流网3的宽度可以与膜片1宽度大致相等;如果膜袋内侧经过胶条进行密封,该胶条会占据一定的位置宽度,虽然有一定的宽度差,此时仍可认为原水导流网3的宽度与膜片1宽度大致相等。
膜片的外侧面为纯水侧,其可以采用现有的密封方式形成出水流道。例如其可以在两个长边中的一条长边上,在靠近第二短边104或第一短边103位置处开口,作为纯水出水口;其余部分通过胶条密封,形成纯水流道。
本实施例把浓水出水口设置在第一短边103位置处,即两个膜片1在第一短边103处不密封,形成浓水出水口,用于浓水排出。卷绕后的膜元件,其内层具有原水进水口,压力较高,在压力条件下,能够自动撑开两片膜片,在两个膜片之间形成一定厚度的流动水膜,使得水流自动向浓水出水口流动。越是接近浓水出水口,原水侧的压力越小,两个膜片之间厚度越薄,即流道越来越小。在流量不变的情况下,流道越小,流速越大,从而使得浓水具有较大流速,避免了浓水端浓差极化现象,降低了对膜片表面的污染,使得膜片的寿命增加。
此外,现有技术中的膜袋由于具有原水导流网,会占据一定的空间。本申请方案中仅局部设置原水导流网,在相同的径向空间中,能够缠绕更长的膜袋,从而使得可用于过滤的膜面积增加,净水能力得到大幅提升。
对上述实施方式的进一步改进,对于原水侧的密封,由于膜片1的内侧面具有分离层,该分离层能够隔离水中的盐或颗粒物等,如果在内侧粘胶,将会导致分离层与膜的基础层脱离,导致浓水能够透过膜片,影响膜元件使用寿命。因此,作为优选的方案,本实施例中的膜元件可以在膜元件两端密封,例如在端部涂胶;或者配合设置端盖,在端盖与膜片端面之间打胶,从而实现对端面的密封。对于端面预留的纯水出水口或原水进水口,可以在端面形成环形的未封闭区域,作为水流通道。
图4展示了进水口的另一种改进,在膜片1内侧面,第二短边104处形成密封,在第二长边102上设置原水进水口,该原水进水口靠近第二短边104一端,其能够在卷绕的膜元件中心处形成一个环形进水口。同样的,第一短边103作为浓水出水口。在纯水侧,其可以采用现有的密封方式形成纯水出水口,例如在第二短边104处形成纯水出水口。该方案在膜元件端部进原水,原水逐步过滤形成浓水从第一短边103处流出,透过膜片1的纯水沿纯水侧的流道,从第二短边104处的纯水出水口流出,例如可以结合中心管,使得纯水从中心管流出。
图5展示了对进水口的另一种改进,在膜片1内侧面,在靠近第二长边102中部位置处设置原水进水口,在原水进水口与第二短边104之间区域设置原水导流网3;第一短边103和第二短边104位置处均作为浓水出水口。
本实施方式中,由于是从中部进水,为了实现压降,需要在原水进水口与第二短边104之间的区域均设置原水导流网3,形成向内层流动的流道,并在第二短边104处设置为浓水出水口。同时,原水进水口与第一短边103的流道上,可以采用自适应流道,无需在设置原水导流网3,由于压力作用,过滤后浓水能够从第一短边103排出。对于形成原水侧的密封结构,可以采用现有的端部打胶密封方式,只要能够实现相应的进水方式,没有特别限定。
在以上实施方式中,两个膜片1为独立的膜片,或者是一张膜片在第二短边104处折叠形成两个膜片1,第一长边101和第二长边102通过密封形成对原水侧的封闭。当然,可以仅具有一个膜袋,也可以具有多个膜袋,例如具有3个或4个或5个膜袋。
图6展示了膜袋沿长边折叠的一种实施方案。
该方案中,膜袋的两个膜片1在第一长边101处通过折叠角膜105连接,折叠角膜105与膜片1为一体结构。如图6、图7所示,大的膜片在第一长边101处折叠形成两个膜片1。在原水侧,第一长边101不需要密封,仅需要对第二长边102根据需要密封。在纯水侧,整个第一长边101形成纯水出水口,纯水流道变短,更有利于纯水出水。
作为具体的实施结构,可以是第二短边104处作为原水进水,第一短边103处作为浓水出水口。该膜元件可以具有中心管2,并在中心管2上开设导流孔201,用于原水进水。工作时,原水从中心管2端部进入内腔,然后从导流孔201进入到原水进水口,再从第一短边103的浓水出水口排出。
当然,采用该方案,还可以采用上述的其他进水方式,例如在第二长边102上形成进水口等,不再赘述。
为了保证膜元件具有较好的效果,作为进一步的改进,折叠角膜105的厚度为0.01~0.08mm,柔软度为2.0~20.0g,使得其能够消容卷膜时在第一长边101处形成的褶皱。
现有的膜片厚度大多是大于0.1mm的,其厚度较大,如果采用本申请的长边折叠方式,卷绕后的膜元件在第一长边一端的径向尺寸较大,另一端由于没有折叠,径向尺寸较小,整体呈现出锥形结构。采用常规膜按照本申请的方式在长边折叠后,还要通过中心管沿长边进行卷绕,卷绕时膜袋内外侧的径向周长不同,同样具有位移差,则会在卷绕后形成较为明显的褶皱。由于本身的厚度影响,会存在较多的尖角,这些褶皱和尖角在过滤时会藏污纳垢,滤芯使用寿命较短,甚至会不符合标准。
在本申请中,为了消除或降低这种厚度和硬度造成的褶皱,所采用的膜片1的厚度为0.01~0.08mm。在该厚度范围内,柔软度限定在2.0~20g,使得反渗透膜具有较好的拉伸形变和压缩形变能力,从而消容卷膜时在第一长边处形成的褶皱,能够正常的进行过滤工作。当然,作为其他一些实施方案,厚度可以进一步限定在0.01~0.04mm之间,柔软度可限定在2.2~15.0g。该膜片可以是具有相应厚度的反渗透膜片,或者是微滤、超滤、纳滤水处理膜,能够实现本实施方式的错流过滤。
本发明中柔软度测试采用柔软度仪Handle-O-Meter测试,其标准测量范围为0-100g,加重测量范围为0-1000g,所用单位g即为该仪器测量范围中的单位。本申请中的柔软度即为其测量显示柔软度数值。测量时,可分为横向柔软度测试和纵向柔软度,其值在本申请限定的2.0~20g范围内。采用该仪器测定的现有反渗透膜柔软度为220~280g左右。当然,也可以采用其他类似柔软度测试仪检测,进行不同单位间的换算。
作为进一步的限定,在其他实施方式中,膜片1的硬挺度为2.0~4.2cm,卷绕的膜袋表面为平整的曲面。这里的硬挺度可以参考国家标准GB/T 18318-2001中对弯曲长度的检测方式检测。对于膜袋沿第一长边101方向的长度可以大于1.0m,例如2.0m、3.2m、4.5m等。目前的膜片长度基本都1m以内,因为膜片太长会导致纯水流道压力不足。而本申请采用短流道结构,从而能够增加膜片长度,会形成更长的原水流道,从而能够提升流速,提升抗污染能力。
较软的膜材料可以降低褶皱的影响,但由于材料本身较软,支撑强度不够,很容易形变,而在限定的硬挺度范围内能够使的卷绕的膜元件表面大致为较为平整的曲面,消减了褶皱。
作为进一步的实施例方式,膜片1的厚度为0.01~0.04mm,例如0.020mm、0.025mm、0.032mm。该膜片可以是聚烯烃微多孔膜形成的膜片等。例如采用反渗透的聚烯烃微多孔膜,其可以是在较薄的基膜上涂覆过滤材料形成,具体可以参考现有的膜材料加工工艺。
在一些实施方式中,原水导流网110的厚度可以为0.05~0.8mm,例如0.08mm、0.25mm、0.50mm;可以进一步限定在0.015~0.500mm。在本实施方案中,可以选用相对较薄的原水导流网110,其与膜片1的配合效果更好,能够避免膜片1较大的形变。
作为膜元件的另一中实施方式,该膜元件包括中心管2和纯水导流布4,该纯水导流布4设置在膜袋的纯水侧,用于形成纯水水流通道。纯水导流布4和膜袋从第二短边104处卷绕在中心管2上。
在一些实施方式中,例如采用带有折叠角膜105的方案中,如图7所示方案,纯水导流布4可以连接在中心管2上,膜袋与中心管之间具有一定距离,形成非接触式结构。
在一种实施方式中,纯水导流布4可以连接在中心管2上,膜袋与中心管相接,卷绕形成膜元件,原水导流网3在周向上至少环绕中心管2有3/4圆周。设置一定长度的原水导流网3,一方面能够对原水具有较好的引流作用,另一方面能够在轴向形成一定长度的支撑,避免由于失去原水导流网3而存在较为明显的高度差而影响膜性能。
图8还展示了纯水侧的一种密封方式,在膜袋的纯水侧,在第一短边103、第二短边104和第二长边102处张贴有胶条120,形成U形密封结构。该密封是采用胶条120粘贴在膜袋的纯水侧,卷绕后,胶条120与膜袋纯水侧表面形成一个封闭区域,可以与原水及浓水形成隔离。进一步地,可以在胶条可包括主胶条121和侧胶条122,主胶条121用于短边密封,侧胶条122密封在主胶条121与中心管2之间的区域。在膜袋原水侧,原水进入后能够周向流动,具体的进出水方式可以参考现有膜元件的进出水方式。净水时,原水进入后,透过膜片1的纯水向第一长边101方向流动,纯水从膜元件的第一长边101所在的端面流出。为了方便密封后设置纯水流通水路,还可以使得侧胶条122在长度方向上超出主胶条121。
本实施例中对膜袋沿第一长边101方向的长度进一步限定,可以为1.0~4.6m。本实施的方案中,由于采用短流道结构,纯水水流不受膜袋长度的影响。可以采用较长的膜元件,通过加长原水流道,能够使得原水侧的水流流速增加,避免形成沉淀。
基于上述的可折叠的膜性能,在其他实施方式中,如图9a所示方案中,折叠角膜105两侧边均通过胶连方式与膜片1连接。连接时,折叠角膜105的挖侧面与膜片1外侧面通过粘胶方式连接。也可以通过膜焊接方式连接。还可以如图9b中的翻折边式连接。
由于折叠角膜105的结构和性能使得其能够折叠后仍然保证膜元件的性能,采用该折叠角膜105可以与现有的相对较厚的膜材料相结合,通过粘胶连接或薄膜焊接的方式进行连接,同样能够形成较好性能的膜元件。胶连方式可以是粘贴胶条,薄膜焊接可以采用现有的激光薄膜焊接或加热焊接等已知的焊接方式。
作为膜元件的另一种实施方式,包括膜元件和中心管2,所述膜元件卷绕在中心管2上,该膜元件包括至少一个膜袋,膜袋具有相对的第一长边101、第二长边102,以及相对的第一短边103、第二短边104,卷膜后,第二短边104位于最内层,第一短边103位于最外层。
原水导流网3设置在膜片1的所述内侧面;每个膜袋具有两个相对的膜片1,膜片1的内侧面形成原水流道,其连通膜袋的原水进水口和浓水出水口;膜片1的外侧面形成纯水流道。原水导流网3在宽度方向上与第二短边104大致相等,在长度方向局部设置原水导流网3,且原水导流网3覆盖原水进水口区域;工作时,原水进水口与浓水出水口之间的压力差使得两个膜片1之间的部分区域被水流冲开,形成自适应流道区域。在一定的缠绕支撑情况下,可以将第二短边104设置为浓水出水口,该种实施方式需要采用柔软度较大的膜片,并控制压力范围,避免内部膜相互挤压而导致水流不畅发生膜损伤的情况。
本发明还提供了一种滤芯,作为其具体的实施方式,采用的膜元件为上述各实施方式中的膜元件,或者不同实施方式中各部分相结合的膜元件。
作为一种具体的实施方式,结合图10,该膜元件中的中心管2与膜袋的第二短边104平行,膜元件从第二短边104侧卷绕在中心管2上,第一长边101所在的端部为纯水出水端;原水沿原水导流网110进入膜袋,过滤后的纯水沿纯水导流布4从纯水出水端流出。滤芯还包括第一端盖51和第二端盖52,所述第一端盖51安装在第一长边101一端,第一端盖51内端面与第一长边101之间具有一定间隙形成纯水集水腔501;第二端盖52安装在第二长边102一端,在第二端盖52内端面至少局部设置胶液,与膜元件端面形成密封。还可以在一端设置Y形密封圈,利用该Y形密封圈限定水路结构。
进一步地,在一种实施例中,在第二长边102靠近中心管2的一侧设置原水进水口,第一短边103为浓水出水口,使得滤芯一端为原水进水端,另一端为纯水出水端。以上实施方式中所指的进水端和出水端更多的是相对膜元件而言,最终形成在完整的滤芯壳体结构上,是否位于同一端或两端,可以通过中心管或壳体内侧的其他水路进行改良。
在以上一些实施方式中,当不采用中心管2进水或出水时,中心管2可以只是起到支撑作用,不具有水路结构。作为其他实施方式,中心管2可为中空结构,形成流水腔,用于作为原水或纯水或浓水的水路流道。
相比现有的滤芯,在采用相同大小的膜壳情况下,本方案中每个膜袋的原水导流滤网长度减少,在相同径向尺寸范围内,能够设置更长的膜袋,净水用膜片面积增加,提高了净水能力。在自适应流道中,两个膜片间间水流厚度减小,从而提升流速,避免水浓度增加而影响流速的问题,延长了使用寿命。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。