螺卷式反渗透膜元件和包括其的反渗透模块的制作方法

本发明涉及螺卷式反渗透膜(spiralwoundreverseosmosismembrane)元件。特别地，本发明提供一种具有延长寿命的螺卷式反渗透膜元件及更方便的制造这种螺卷式反渗透膜元件的方法。

背景技术：

压力驱动的螺卷式反渗透膜元件被广泛用于家用净水器来为消费者提供净化的水。螺卷式反渗透膜的使用是有利的，因为它为消费者提供了非常高质量的水。

传统上，螺卷式反渗透膜元件通过围绕中心穿孔处理的水管缠绕多个净化膜组而形成。净化膜组通过层压网状处理水引导元件、双重折叠反渗透膜和在双重折叠反渗透膜内侧的网状供水引导元件而形成。进水流动通道沿着双重折叠反渗透膜的内表面形成，并且处理水流动通道在相邻的双重折叠反渗透膜的外表面之间形成。

当这种膜元件运行时，进水从螺卷式反渗透膜元件的一端(侧表面或外表面)进入进水流动通道。通过使进水通过该膜获得处理的水。处理的水沿着处理水引导元件流动并通过集水孔进入中央处理水管。未经过滤的剩余水沿着进水引导元件流动并从螺卷式反渗透膜元件的另一端作为浓缩水排出。在这种传统的螺卷式反渗透膜元件中，水流通道很短，且因此进水的速度相对较慢。因此，杂质很容易污染膜，导致反渗透膜元件的寿命缩短。

已经进行了许多努力来改善螺卷式反渗透膜元件的寿命。然而，它们中很少可以以适合于工厂制造的方式生产。因此，本发明人认识到需要开发一种具有延长的寿命和易于制造的螺卷式反渗透膜元件以及适合于工业化的用于制造这种膜元件的方法。

技术实现要素：

在第一方面，本发明涉及一种螺卷式反渗透膜元件(1)，其包括(a)螺旋卷绕在第一中央集水管(3)周围的第一反渗透膜组(2)；(b)螺旋卷绕在第二中央集水管(5)周围的第二反渗透膜组(4)；和(c)连接器(6)，其将第一中央集水管(3)与第二中央集水管(5)流体连通地连接；其中第一反渗透膜组(2)的下游端(21)的侧表面(22)的远离第一中心管(3)的外部区域(221)和第二反渗透膜组(4)的上游端(41)的侧表面(42)的远离第二中心管(5)外部区域(421)被密封；并且两个反渗透膜组之间的接合部(7)的外侧区域(71)被密封，使得来自第一反渗透膜组(2)的下游端(21)的浓缩水能够流入第二反渗透膜组(4)的上游端(41)。

在第二方面，本发明涉及一种反渗透模块(module)，其包括(a)压力容器(8)；和(b)本发明的螺卷式反渗透膜元件(1)。

考虑到下面的详细描述和实施例，本发明的这些和其他方面将更容易变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的螺卷式反渗透膜元件的优选实施方案的前视图。

图2是图1的螺卷式反渗透膜元件的横截面图。

图3是图1的螺卷式反渗透膜元件的分解透视图。

图4是如图3所示的第一反渗透膜组的下游端及第一中央集水管的下游端的侧表面，或第二反渗透膜组的上游端及第二中央集水管的上游端的侧表面的前视图。

图5是如图3所示的连接器的正视图。

图6是根据本发明的螺卷式反渗透膜模块的优选实施方案的横截面图。

图7是在形成四个胶带(gluebelt)之后连接到整个中央集水管的处理水引导元件的正视图。

图8是双重折叠反渗透膜放置在图7的处理水引导元件上以提供螺卷式反渗透膜组合(group)之后的正视图。

图9是螺旋卷绕在整个中央集水管周围的图8的反渗透膜组合的正视图。

图10是剖开的围绕整个中央集水管螺旋卷绕的反渗透膜组合的前视图。

符号说明

1.螺卷式反渗透膜元件

2.第一反渗透膜组

21.2的下游端

22.21的侧表面

23.2的上游端

24.2的外表面

3.第一中央集水管

31.3的下游端

32.3的上游端

4.第二反渗透膜组

41.4的上游端

42.41的侧表面

43.4的下游端

44.4的外表面

5.第二中央集水管

51.5的上游端

52.5的下游端

6.连接器

61.连通管

62.环形部分

63.肋状物

7.接合部

71.7的外表面

8.压力容器

81.管状容器

82.盖

83.进水入口

84.处理水出口

85.浓缩水出口

11.整个中央集水管

12.处理水引导元件

13，14，15，16.胶带

17.双重折叠反渗透膜

18.螺旋卷绕整个中央集水管的反渗透膜组合

具体实施方式

除了在实施例中或另外明确指出的情况之外，本说明书中表示材料的量或反应的条件、材料的物理性质和/或用途的所有数字可任选地理解为由词语“约”修饰。

应当注意，在指定任何值的范围时，任何特定的上限值可以与任何特定的下限值相结合。

为避免疑义，“包含”一词旨在表示“包括”但不必然意味着“由......组成”或“由......构成”。换句话说，所列出的步骤或选项不一定是穷尽的。

如本文中所存在的本发明的公开内容被认为涵盖在权利要求中找到的所有实施方案，如同它们彼此相互多重引用一样，而无论事实上权利要求是否以无多重引用或冗余的方式存在。

在特征相对于本发明的特定方面(例如本发明的产品)公开的情况下，此类公开也被视为在必要的修改的情况下适用于本发明的任何其他方面(例如本发明的方法)。

优选地，第一反渗透膜组的上游端的侧表面和第二反渗透膜组的下游端的侧表面被密封，优选地通过胶水。优选地，第一反渗透膜组的纵向长度大于第二反渗透膜组的纵向长度。为了提供反渗透元件的最佳寿命，第一反渗透膜组的纵向长度与第二反渗透膜组的纵向长度的比率优选为1：3至5：1，更优选为1：1至4：1，甚至更优选1.2：1至4：1，最优选从1.5：1至3：1。

为了提供更高进水速率，优选地，第一反渗透膜组的外表面的至少一部分和第二反渗透膜组的外表面的至少一部分不被塑料条缠绕。或者，第一和第二反渗透膜组的外表面优选地由穿孔的塑料条缠绕。以这种方式，进水可以流入第一反渗透膜组的外表面，并且浓缩水可以从第二反渗透膜组的外表面流出。

优选地，第一反渗透膜组的下游端和第二反渗透膜组的上游端的侧表面的密封外部区域是环形的。优选地，侧表面中密封部分的面积与未密封部分的面积为1：1至15：1，优选为2：1至8：1。

为了提高连接的中央集水管的耐久性，使用连接器。优选地，该连接器包括与两个中央集水管接合的连通管，优选地通过摩擦紧固接合。优选地，连通管的外径与中央集水管的内径基本相同。以这种方式，连通管可以插入两个中央集水管的内表面中，以确保这两个中央集水管流体连通地彼此水密连接。

优选地，该连接器包括围绕连通管的环形部分和将连通管和环形部分偶联(coupling)在一起的多个肋状物。浓缩水可以流过肋状物之间的空间。优选地，环形部分围绕连通管的纵向中心。优选地，该连接器包括3至10个将连通管和环形部分偶联的肋状物。优选地，环形部分的厚度与肋状物的厚度基本相同。优选地，接合部的厚度与环形部分的厚度基本相同。优选地，环形部分的半径与第一反渗透膜组的下游端和第二反渗透膜组的上游端的侧表面的内部区域的半径基本相同。

优选地，两个反渗透膜组之间的接合部在外表面处由塑料条缠绕和密封。因此，浓缩水能够从第一反渗透膜组的下游端的侧表面的内部区域流出，并且通过第二反渗透膜组的上游端的侧表面的内部区域流入第二反渗透膜组中。

优选地，压力容器包括管状容器和与管状容器接合的盖(优选地在压力容器的上游端)。优选地，盖通过螺纹与管状容器接合。优选地，该压力容器包括在压力容器的上游端的进水入口，及在压力容器下游端的处理水出口和浓缩水出口。优选地，进水入口设置在盖处，更优选地设置在盖的中间。

优选地，第二中央集水管的下游端与处理水出口水密连接，使得处理水可以从处理水出口排出。优选地，第一中央集水管的上游端是密封的。

优选地，反渗透模块包括在反渗透膜元件和容器内壁之间的盐水密封(brineseal)，以防止进水水流绕过元件，其中盐水密封在两个反渗透膜组之间的接合部周围提供。

本发明还提供了用于制备螺卷式反渗透膜元件的方法。优选地，步骤(i)通过进行步骤(a)至(d)来代替：

(a)将处理水流动引导元件的一侧连接到中央集水管；

(b)沿着螺旋卷绕的方向将三个基本平行的胶带包覆到处理水流引导元件上，并且一个胶带在远离中央集水管的一侧；

(c)将双重折叠反渗透膜置于处理水流动引导元件上，使折叠侧朝向中央集水管以形成四个密封带，从而提供反渗透膜组合，其中进水流动引导元件提供在处理水流导向膜内侧；和

(d)任选地重复提供处理水流动引导元件的步骤，(b)和(c)。

优选地，在步骤(iv)中，通过胶水进行外部区域的密封。优选地，在步骤(vi)中，通过在接合部的外表面缠绕塑料条来进行两个反渗透膜组之间的接合部的外部区域的密封。

优选地，在步骤(v)之前进行干燥胶水的步骤(e)，优选地通过自然干燥。

在一些实施方案中，优选在步骤(iii)以及去除缠绕在第一和第二反渗透膜组的外表面上的塑料条的步骤之前进行在外表面通过塑料条缠绕螺旋卷绕反渗透膜的步骤。在其他实施方案中，优选进行在外表面通过穿孔塑料条缠绕该螺旋卷绕反渗透膜的步骤。

实施例

在图1至10中提供以下实施例以便于理解本发明。该实施例不旨在限制权利要求的范围。

如图1所示，该螺卷式反渗透膜元件1具有围绕第一中央集水管3螺旋卷绕的第一反渗透膜组2和围绕第二中央集水管5螺旋卷绕的第二反渗透膜组4。第一反渗透膜组2的下游端21与第二反渗透膜组4的上游端41之间的接合部7在外表面处通过塑料条缠绕，从而在接合部7的外表面71处封闭和密封。第一反渗透膜组2的上游端23和第二反渗透膜组4的下游端43的侧表面通过胶水密封。

每个反渗透膜组包括至少一个折叠式反渗透膜。在折叠式反渗透膜的内表面之间形成进水流动通道。将网状进水流动引导元件置于进水流动通道中。在相邻的折叠式反渗透膜的外表面之间形成处理水流动通道。将网状的处理水流动引导元件置于处理水流动通道中。处理水流动通道在沿螺旋卷绕方向的两个侧面和远离中心处理管的一侧胶合，使得处理水流动通道具有朝向中央集水管的一个开口。中央集水管具有多个穿孔以收集处理水。

如图2所示，连接器6将第一和第二中央集水管(3，5)连接在一起。连接器的连通管的外半径与中央集水管的内半径配合，使得第一集水管3与第二中央集水管5流体连通而不会泄漏。两个反渗透膜组之间的接合部7在外表面71处由塑料条缠绕并密封。

图3示出了在移除接合部外部的塑料条之后的螺卷式反渗透膜元件的分解图，和图4示出了第一反渗透膜组下游端的侧表面(或第二反渗透膜组的上游端的侧表面，因为它们基本相同)的前视图。第一反渗透膜组2的下游端21和第二反渗透膜组4的上游端41的侧表面(22，42)的远离中心管(3，5)的外部环形区域(221，421)通过胶水密封。靠近中心管(3，5)的内部环形区域(222，422)未密封。因此，浓缩水可以从第一反渗透膜组2的下游端21的侧表面22的内部环形区域222流出并流入第二反渗透膜组4上游端41的侧表面42的内部环形区域422中。

如图5所示，连接器6包括适配在两个中央集水管内侧的连通管61、环绕连通管61的中央部分的环形部分62和将连通管和环形部分偶联在一起的四个肋状物63。因此，来自第一反渗透膜组的下游端的浓缩水能够通过肋状物63之间的空间流入第二反渗透膜组的上游端。连接器6还改善了连接的中央集水管的机械耐久性。

如6所示，反渗透模块包括压力容器8和根据本发明的螺卷式反渗透膜元件1。压力容器8包括管状容器81和连接到管状容器的上游端的盖82。盖82包括在盖82的中间的进水入口83。管状容器81在管状容器81的下游端具有处理水出口84和浓缩水出口85。螺卷式反渗透膜元件1置于该管状容器81的内部。第一反渗透膜组2的上游端23和第二反渗透膜组4的下游端43的侧表面通过胶水密封。第一中央集水管3的上游端31通过胶水密封。第二中央集水管5的下游端51与处理水出口84不可渗透地连接。盐水密封9设置在两个反渗透膜组之间的接合部7周围，以及反渗透膜元件1和管状容器81的内壁之间以防止进水水流绕过该螺卷式反渗透膜元件1。

当反渗透模块运行时，进水通过进水入口83被泵送到压力容器8的内部，并通过第一反渗透膜组2的外表面24被推送入第一反渗透膜组2的内侧。因此，进水通过第一反渗透膜组2过滤以产生处理水和浓缩水。处理水流入第一中央集水管3内部。浓缩水从第一反渗透膜组2的下游端21的侧表面22的内部环形区域222流出并进入第二反渗透膜组4的上游端41的侧表面42的内部环形区域422。浓缩水被第二反渗透膜组4再次过滤，并从第二反渗透膜组4的外表面44流出。处理水通过处理水出口84排出，且浓缩水通过浓缩水出口85排出。

水流路径显著增加并且提供许多益处，包括提高水流速率和改善螺卷式反渗透膜元件的寿命。

图7至10示出了如何制备该螺卷式反渗透膜元件。网状矩形处理水流动引导元件12的第一侧连接到整个中央集水管11。然后，靠近第二和第三侧形成前两个基本平行的胶带(13，15)。第三胶带14基本上平行于前两个胶带(13，15)形成。第三胶带14设置在处理水流动引导元件的三分之二处，如图7中所示。第四胶带16靠近远离中央集水管的一侧形成。

然后，将反渗透膜双重折叠且网状矩形进水流动引导元件在折叠的反渗透膜内侧。将双重折叠反渗透膜17置于处理水流动引导元件上。将水流引导元件12和折叠的反渗透膜17通过胶带彼此粘附以提供反渗透膜组合18。再次重复提供处理水流动引导元件、形成胶带和将折叠的反渗透膜与进水流动引导元件内侧粘附的步骤，和在第一反渗透膜组合上形成第二反渗透膜组合。

如图9所示，将反渗透膜组合18螺旋卷绕在整个中央集水管11上。沿第三胶带切割该螺旋卷绕的反渗透膜组合以形成在第一中央集水管3周围螺旋卷绕的第一反渗透膜组2和在第二中央集水管5周围螺旋卷绕的第二反渗透膜组4，如图10所示。

然后，第一反渗透膜组2的下游端21和第二反渗透膜组4的上游端41的侧表面(22，42)的外部环形区域(221，421)通过胶水密封，如图4中所示。胶水通过自然干燥硬化后，连接器的连通管的两端分别插入第一中央集水管的下游端和第二中央集水管的上游端。塑料带在第一和第二反渗透膜组之间的接合部7的外表面71周围螺旋卷绕。因此，来自第一反渗透膜组2的下游端22的浓缩水能够流入第二反渗透膜组2的上游端42。

第一反渗透膜组2的上游端23和第二反渗透膜组4的下游端43的侧表面通过胶水完全密封。第一中央集水管3的上游端也通过胶水密封。环形密封元件9设置在塑料条外侧和接合部7周围。然后将螺卷式反渗透膜元件1安装到压力容器8中以产生反渗透模块。

在传统的反渗透模块a和在本实施例中制备的反渗透模块(称为e)之间使用相同的进水进行对比试验。a和e基本相同，只是a具有螺旋卷绕在整个中央处理水集水管周围的整体的反渗透膜。当处理水的流速低于150毫升/分钟时，认为需要更换反渗透模块。反渗透模块的寿命是在处理水的流速不小于150毫升/分钟时产生的水的总体积。对于模块a，处理水的初始流速为240毫升/分钟，并且在产生体积为750升的处理水后降至150毫升/分钟。相反，模块e所具有的处理水的初始流速为350毫升/分钟，并且当处理水的流速降至150毫升/分钟时，产生1380l处理水。因此，证明了反渗透膜元件的寿命显著提高。

本发明的方法仅需要一个反转渗透膜组合螺旋卷绕步骤以实现较长的水流通道。此外，胶水涂层易于在切开的侧表面上操作。因此，该方法适用于具有高效率和提高的可靠性的工厂制造。