专利名称：一种大通量高纳污量的折叠式滤芯的制作方法
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 彡 N 彡 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勻，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l_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°。
4[0024]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ο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1-100 μ m，优选为1_20 μ m。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裙的弧度为I π，优选为I π °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
的弧度为务“,优选为去π _鲁π。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勻，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勻，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勻，褶根处水通量大，而褶顶 处水通量小。水通量分布的不均勻，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_100 μ m,最大 通量可达100M7H，最大允许压差0. 34Mpa(80°C )。
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l、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1-100 μ m，优选为1_20 μ m，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20 μ m、15 μ m、10 μ m、5 μ m ；又如，过滤材料层 为6层时，其精度由低到高依次是60 μ m、50 μ m、40 μ m、30 μ m、20 μ m、10 μ m。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。
6[0059]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l~5mm0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a，g卩a <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
权利要求一种折叠式滤芯，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1 2—π -— π。3 3
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。
专利摘要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。
文档编号B01D29/23GK201727994SQ20102025505
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年3月11日
发明者李光辉, 陆方 申请人:浙江瑞普环境技术有限公司