侧流式反渗透滤芯组件的制作方法

本发明涉及一种侧流式反渗透滤芯组件，属于水处理技术领域。

背景技术：

随着人们对于饮用水水质要求的提高，纯水系统正逐渐进入家家户户的饮水体系中。目前市场上的净水机一般都会采用反渗透滤芯组件，反渗透滤芯组件可以对原水中的有机物、胶体、细菌、病毒等杂质进行过滤，尤其对无机盐、重金属离子等杂质有着极高的过滤效率。因而反渗透滤芯组件构成了净水机的核心部件，净水机的过滤效果与反渗透滤芯组件的过滤效果直接相关。反渗透滤芯组件的结构可以是多种多样的，但是在反渗透滤芯组件中都会使用到膜元件和中心管。大部分现有产品中，都只采用了一根中心管，膜元件缠绕在中心管上形成反渗透滤芯，过滤时，原水从反渗透滤芯端部进水，并沿着反渗透滤芯的轴向移动，将过滤后的纯水收集到中心管内，浓水则从反渗透滤芯的另一个端部流出。这种结构的反渗透滤芯组件进水量低，制水流道短，原水与膜元件的表面接触的滞留时间短的问题，因此，相对于流入到反渗透膜滤芯组件的原水流入量，通过反渗透膜滤芯组件净化后通过纯水出水口排出的纯水量相对地低，水资源浪费严重。同时还存在内部压力不稳定，脱盐率低，膜元件得不到完全利用，膜元件利用区域不均衡等一系列问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种侧流式反渗透滤芯组件，包括安装头、外壳和位于外壳内的反渗透滤芯，所述反渗透滤芯和外壳之间具有第一过水间隙，所述安装头上设有原水进水口、纯水出水口和浓水出水口，所述反渗透滤芯包括纯水导水层和原水导水层，所述纯水导水层被密封于两层膜元件之间，所述原水导水层与纯水导水层间隔排布，其特征在于，所述反渗透滤芯的两端分别包括第一过水部、第一封闭部和第二过水部、第二封闭部，所述第一过水部和第一封闭部位于反渗透滤芯靠近安装头一端，所述第一封闭部和第二封闭部分别位于第一过水部和第二过水部的外围，所述反渗透滤芯的中心设有第一通道和第二通道，所述第一过水部和第二过水部连通原水导水层和第一通道，所述第二通道连通纯水导水层和纯水出水口，其中，所述原水导水层的径向层数为m，所述第一过水部和第二过水部对应的原水导水层的径向层数分别为n1和n2，1/4≤n1/m≤1/2，1/4≤n2/m≤1/2。

进一步的，所述第一过水部和第二过水部构成原水导水层的原水进水端，所述膜元件的末端构成原水导水层的浓水排放端，所述第一通道和原水进水口连通，所述第一过水间隙和浓水出水口连通，其中，1/3≤n1/m≤1/2，1/3≤n2/m≤1/2；或者，所述膜元件的末端构成原水导水层的原水进水端，所述第一过水部和第二过水部构成原水导水层的浓水排放端，所述第一通道和浓水出水口连通，所述第一过水间隙和原水进水口连通，其中，1/4≤n1/m＜1/3，1/4≤n2/m＜1/3。

进一步的，n1＜n2。

进一步的，所述反渗透滤芯的两端设有第一端盖和第二端盖，所述第一端盖位于第二端盖和安装头之间，所述第一端盖和第二端盖密封反渗透滤芯的部分端部，进而构成反渗透滤芯端部的第一封闭部和第二封闭部。

进一步的，所述第一端盖具有供第一通道和第二通道通过的通孔，所述通孔的孔沿具有向安装头方向延伸的环状的第一密封筋，所述第一密封筋与安装头形成密封配合，进而将所述第一过水部与第一过水间隙隔离开。

进一步的，所述反渗透滤芯的中心设置第一中心管和嵌套在第一中心管内的第二中心管，所述第二中心管的内部形成了第一通道，所述第一中心管和第二中心管之间形成了第二通道，所述安装头包括外端盖和水路转换器，所述水路转换器具有与第一通道连通的中央流道，所述中央流道的侧壁与第二中心管的管壁密封配合，所述水路转换器在中央流道的外围具有第一流道，所述第一流道的侧壁与第一中心管的管壁密封配合，进而第一流道与第二通道连通，所述水路转换器在第一流道的外围具有过水腔，所述水路转换器和外端盖密封配合，所述水路转换器的外壁和外端盖的内壁之间具有与第一过水间隙相通的第二过水间隙，所述第二过水间隙位于水路转换器和外端盖密封配合处内侧，所述水路转换器的外壁和第一密封筋密封配合而将过水腔和第二过水间隙隔离开，所述水路转换器具有连通中央流道和过水腔的横向延伸段，所述第一过水部通过过水腔和横向路延伸段而与中央流道连通，所述水路转换器在中央流道的外围具有第二流道，所述第二流道与第二过水间隙连通。

进一步的，所述反渗透滤芯的中心设置第一中心管和嵌套在第一中心管内的第二中心管，所述第二中心管的内部形成了第一通道，所述第一中心管和第二中心管之间形成了第二通道，所述安装头包括外端盖和水路转换器，所述水路转换器具有与第一通道连通的中央流道，所述中央流道的侧壁与第二中心管的管壁密封配合，所述水路转换器在中央流道的外围具有第一流道，所述第一流道的侧壁与第一中心管的管壁密封配合，进而第一流道与第二通道连通，所述水路转换器在第一流道的外围具有过水腔，所述水路转换器的外壁和外端盖的内壁之间具有与第一过水间隙相通的第二过水间隙，所述第二过水间隙与外界相通，所述水路转换器的外壁和第一密封筋密封配合而将过水腔和第二过水间隙隔离开，所述水路转换器具有连通中央流道和过水腔的横向延伸段，所述第一过水部通过过水腔和横向路延伸段而与中央流道连通。

进一步的，所述反渗透滤芯的中心设置相互隔开的第三中心管和第四中心管，所述第三中心管和第四中心管的内部分别形成了第一通道和第二通道。

进一步的，所述第二端盖内表面的中心区域具有连通第二过水部和第一通道的过水槽，进而原水导水层、第二过水部、过水槽和第一通道四者连通。

进一步的，所述第一端盖和第二端盖的外沿具有向反渗透滤芯方向竖直延伸的限位侧壁，所述限位侧壁与反渗透滤芯的外侧固定。

进一步的，所述第一端盖和第二端盖分别与第一封闭部和第二封闭部之间通过热熔胶或者环氧树脂密封。

本发明中，原水导水层的径向层数为m，第一过水部和第二过水部对应的原水导水层的径向层数分别为n1和n2，1/4≤n1/m≤1/2，1/4≤n2/m≤1/2。对于侧流式反渗透滤芯而言，一方面，原水导水层的流道较长，其后端的压力较小，另一方面，流道呈螺旋状，单位流道长度的压降大于常规轴向流动的反渗透膜，为了抵消上述原因带来的原水导水层末端的反渗透膜利用率较低的问题，需充分降低滤芯组件内部水路对水流的阻碍作用，则要求上述参数关系满足n1/m≥1/4，n2/m≥1/4，使得水流顺畅的通过第一过水部和第二过水部，以保持足够的膜前压力，并且，足够的流道宽度避免了在第一过水部和第二过水部过窄而使得该位置流速过快，进而损坏第一过水部和第二过水部位置处的膜元件。另一方面，如果n1/m＞1/2，n2/m＞1/2，第一封闭部和第二封闭部对于的原水导水层的层数太少，而使水流在原水导水层中的流道过短，原水与膜元件的表面接触的滞留时间短，而造成废水比较大，并且，由于第一过水部的过水面积过宽且较靠近原水进水口，将有大量水流通过第一过水部，而不选择通过第二过水部，而造成反渗透滤芯两端利用率严重不均，不利于膜元件的长时间使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1是本发明实施例一侧流式反渗透滤芯组件的纵截面示意图；

图2是图1中的局部示意图；

图3是本发明实施例一侧流式反渗透滤芯组件的另一个角度纵截面的局部示意图；

图4是本发明侧流式反渗透膜展开状态下的示意图；

图5是本发明实施例二侧流式反渗透滤芯组件的纵截面示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图4所示，一种侧流式反渗透滤芯组件，包括安装头1、外壳2和位于外壳2内的反渗透滤芯3，反渗透滤芯3和外壳2之间具有第一过水间隙21，安装头1上设有原水进水口13、纯水出水口14和浓水出水口15。需要说明的是，反渗透膜是由两层膜元件对向粘合形成的封闭的袋状结构，一般的，可以由两片膜元件对向粘合形成，或者由单片膜元件对折后粘结形成的封闭的袋状结构，其中，膜元件的脱盐层位于袋状反渗透膜的外表面，而反渗透滤芯3则是由一片或者一片以上反渗透膜卷成。反渗透滤芯3包括纯水导水层31和原水导水层32，纯水导水层31被密封于两层膜元件之间，原水导水层32与纯水导水层31间隔排布，即纯水导水层31位于袋状反渗透膜的内部，而卷膜后相邻反渗透膜的脱盐层之间的流道为原水导水层32。纯水通过膜元件进入袋状反渗透膜内，并沿着内部的纯水导水层流动，为了提高流动效率，会在袋状膜元件内设置隔离网，以拓宽纯水导水层的间隙宽度，另一方面，原水沿着原水导水层32流动并在浓水排放端形成浓水，排出反渗透滤芯3外。

与现有反渗透滤芯轴向过水方式不同的是，本发明的反渗透滤芯3的两端分别包括第一过水部331、第一封闭部332和第二过水部341、第二封闭部342，第一过水部331和第一封闭332部位于反渗透滤芯3靠近安装头1一端，并且，第一封闭部332和第二封闭部342分别位于第一过水部331和第二过水部341的外围。其中，第一过水部331和第二过水部332供原水进入原水导水层32，而后由于反渗透滤芯3的两端分别具有第一封闭部341和第二封闭部342，原水在前端压力的作用下，将沿着原水导水层32自内向外螺旋式流动，并在流动过程中逐渐产生纯水进入纯水导水层31。

本实施例中，反渗透滤芯3的中心设置第一中心管41和嵌套在第一中心管41内的第二中心管42，第二中心管42的下端与第一中心管41的内壁密封配合，或者，第二中心管的下端伸出第一中心管下端，且第一中心管下端的内壁与第二中心管的外壁密封配合。第二中心管42的内部形成了第一通道43，第一中心管41和第二中心管42之间形成了第二通道44。第一过水部331和第二过水部341连通原水导水层32和第一通道43，第二通道44连通纯水导水层31和纯水出水口14。

原水导水层32的径向层数为m，第一过水部331和第二过水部341对应的原水导水层32的径向层数分别为n1和n2，1/4≤n1/m≤1/2，1/4≤n2/m≤1/2。需要说明的是，上述层数都是指从反渗透滤芯的中心到其外侧的层数。对于侧流式反渗透滤芯而言，一方面，原水导水层32的流道较长，其后端的压力较小，另一方面，流道呈螺旋状，单位流道长度的压降大于常规轴向流动的反渗透膜，为了抵消上述原因带来的原水导水层末端的反渗透膜利用率较低的问题，需充分降低滤芯组件内部水路对水流的阻碍作用，则要求上述参数关系满足n1/m≥1/4，n2/m≥1/4，使得水流顺畅的通过第一过水部和第二过水部，以保持足够的膜前压力，并且，足够的流道宽度避免了在第一过水部和第二过水部过窄而使得该位置流速过快，进而损坏第一过水部和第二过水部位置处的膜元件。另一方面，如果n1/m＞1/2，n2/m＞1/2，第一封闭部332和第二封闭部342对应的原水导水层32的层数太少，而使水流在原水导水层32中的流道过短，原水与膜元件的表面接触的滞留时间短，而造成废水比较大，并且，由于第一过水部331过水面积过宽且较靠近原水进水口13，将有大量水流通过第一过水部331，而不选择通过第二过水部341，而造成反渗透滤芯3两端利用率严重不均，不利于膜元件的长时间使用。

而就本实施例来说，第一过水部331和第二过水部341构成原水导水层32的原水进水端，膜元件的末端构成原水导水层32的浓水排放端，相应的，第一通道43和原水进水口13连通，第一过水间隙21和浓水出水口15连通。考虑到第一过水部331和第二过水部341是原水导水层32的原水进水端，由于原水的水量是浓水和纯水的水量之和，那么则要求n1和n2的层数较多。另外，由于本实施例中水流通过第一过水部331和第二过水部341进入原水导水层32时需被膜元件的边缘切分，并且由于过水量较大，因此需匹配较大的过水面积，降低水流流速避免损坏膜元件的边缘。较优的，1/3≤n1/m≤1/2，1/3≤n2/m≤1/2。

作为另外实施方式，侧流式反渗透滤芯组件内部的水流方向也可以与上述自内向外的流向相反，具体的说，膜元件的末端构成原水导水层的原水进水端，第一过水部和第二过水部构成原水导水层的浓水排放端，相应的，第一通道和浓水出水口连通，第一过水间隙和原水进水口连通。由于第一过水部和第二过水部是原水导水层的浓水排放端，浓水的水量是小于原水的水量的，另一方面，适当降低浓水排放端的过水面积，有利于保持膜前压力。较优的，1/4≤n1/m＜1/3，1/4≤n2/m＜1/3。值得一提的是，本实施方式中，由于越靠近外侧的曲率越小，而水在曲率越小的间隙内流动的阻力越小，那么，水流的压降越小。那么在同等原始水压的情况下，本发明的方案能够使更大面积的膜元件得到高效利用。并且由于产水效率高，则明显提升了原水在膜元件表面的切面流速，降低表面结垢的风险。

由于第一过水部331较靠近原水进水口13，而原水则需通过第一通道43后方能通过第二过水部341而进入原水导水层32，较长的路径会形成较大的阻碍，而造成反渗透滤芯3两端进水不均，严重的情况下第二过水部342可能无法进水，甚至被压出来水，那么，膜元件的两端利用率将存在显著差异，不利于膜元件整体寿命。针对上述问题，较优的，采用n1＜n2，即第二过水部341的过水面积大于第一过水部331，使得原水更容易从第二过水部341通过，抵消因距离原水进水口13较远而产生的较大水阻。同样的，该结构适用于水流方向自外向内的实施方式。

本实施例中，反渗透滤芯3的两端设有第一端盖51和第二端盖52，第一端盖51位于第二端盖52和安装头1之间，第一端盖51和第二端盖52密封反渗透滤芯3的部分端部，进而构成反渗透滤芯3端部的第一封闭部332和第二封闭部342。并且，第一端盖51和第二端盖52分别与第一封闭部332和第二封闭部342之间通过热熔胶或者环氧树脂密封。本结构密封效果可靠，第一端盖51和第二端盖52和外壳2或者安装头1等配合，便于反渗透滤芯3的安装固定。当然，也可以在膜元件的边沿涂抹胶水，在卷膜过程中粘接而形成第一封闭部和第二封闭部。

第二端盖52内表面的中心区域具有连通第二过水部341和第一通道43的过水槽521，进而原水导水层32、第二过水部341、过水槽521和第一通道43四者连通。其中，过水槽521为外轮廓为圆形的凹槽，原水自第一通道43流出后汇入过水槽521，随后通过第二过水部341进入原水导水层32。第二端盖52内表面的其它部分与反渗透滤芯3的端部密封配合形成第二封闭部342。另外，第二端盖52的外表面具有与内侧过水槽521相应的凸起结构，外壳2的底壁具有相应凹槽，该凸起结构插入凹槽内实现了反渗透滤芯3下端的固定。

第一端盖51和第二端盖52的外沿分别具有向反渗透滤芯3方向竖直延伸的限位侧壁512和限位侧壁522，限位侧壁512和限位侧壁522分别与反渗透滤芯3的上下端的外侧壁固定。水流在原水导水层32内螺旋式流动，对于反渗透滤芯3具有向外扩张的趋势，限位侧壁512和限位侧壁522的设置，有助于对反渗透滤芯3的上下端拉紧限位，避免发生扩张形变。另外，限位侧壁522的外侧还可以与外壳2的内侧抵靠，对反渗透滤芯3形成进一步限位。而限位侧壁512来说，其外侧需与外壳2的内侧具有一定间隙以供过水，较好的，可以限位侧壁512的外侧设置纵向延伸的定位筋条，定位筋条与外壳2的内侧抵靠，既对反渗透滤芯3具有定位作用，防止其横向串动，对水流也不产生阻碍。

侧流式反渗透滤芯组件内部的水路方面，第一端盖51具有供第一通道43和第二通道44通过的通孔511，通孔511的孔沿具有向安装头方向延伸的环状的第一密封筋513，第一密封筋513与安装头1形成密封配合，进而将第一过水部331与第一过水间隙21隔离开，避免串水。本实施例中，安装头1包括外端盖11和水路转换器12，当然，以上两者也可以一体成型，但是从便于出模的角度考虑，本实施例中的外端盖11和水路转换器12为分体件。具体来说，水路转换器12具有与第一通道43连通的中央流道121，中央流道121的侧壁与第二中心管42的管壁密封配合。水路转换器12在中央流道121的外围具有第一流道122，第一流道122的侧壁与第一中心管41的管壁密封配合，进而第一流道122与第二通道44连通。水路转换器12在第一流道122的外围具有过水腔123，水路转换器12和外端盖11密封配合，水路转换器12的外壁和外端盖11的内壁之间具有与第一过水间隙21相通的第二过水间隙22，第二过水间隙22位于水路转换器12和外端盖11密封配合处内侧。水路转换器12的外壁和第一密封筋513密封配合而将过水腔123和第二过水间隙22隔离开，水路转换器12具有连通中央流道121和过水腔123的横向延伸段124，第一过水部331通过过水腔123和横向路延伸124段而与中央流道121连通。水路转换器12在中央流道121的外围具有第二流道125，第二流道125与第二过水间隙21连通。本实施例的第二流道125和第一流道122的纵向延伸段距离中央流道121的径向尺寸相同，有利于减小部件的直径；或者，第二流道也可以位于第一流道的外围。其中，中央流道121和第一流道122、第二流道125是相互隔开的。另外，为了便于水路转换器制造，本实施例中的水路转换器12还分为上水路转换器16和下水路转换器17。横向延伸段124位于下水路转换器17内，并且中央流道121由上水路转换器16和下水路转换器17连接形成。下水路转换器17还包括内密封壁和外密封壁，内密封壁的上端与上水路转换器16的中央流道的下端密封配合，内密封壁的下端与第一中心管41的上端密封配合，外密封壁的上端与上水路转换器16上的过水腔123的内壁密封配合，外密封壁的下端与第二中心管42的上端密封配合。

在制水过程中，原水自原水进水口13进入侧流式反渗透滤芯组件内，通过中央流道121，并在水路转换器12的作用下分为两路。其中一路通过横向延伸段124进入过水腔123，并在前端水压的作用下通过第一过水部331进入反渗透滤芯3内的原水导水层32内；另一路沿着第一中心管41向下流动，进入过水槽521，并在前端水压的作用下通过第二过水部341进入原水导水层32内。反渗透滤芯3两端进水后，原水沿着原水导水层32螺旋式向外流动，并逐渐产生纯水进入纯水导水层31，纯水沿着纯水导水层31通过第二中心管上42的过水孔421进入第二通道42内，并沿着第二通道42向上流动，通过第一流道122自纯水出水口14流出。另一方面，未通过膜元件的原水沿着原水导水层32继续流动，自原水排放端排出反渗透滤芯3而进入第一过水间隙21，而后依次通过第二过水间隙22和第二流道125，最后从浓水出水口15流出。至于上述水流方向自外向内实施方式的制水过程，即该过程的反向流动，此处不再赘述。

作为另一种实施方式，与上述水路的实施方式不同的是，水路转换器与外端盖之间间隙配合，而水路转换器内则具有两条流道，另一条流道由水路转换器与外端盖之间间隙形成。具体的，反渗透滤芯的中心设置第一中心管和嵌套在第一中心管内的第二中心管，第二中心管的内部形成了第一通道，第一中心管和第二中心管之间形成了第二通道。安装头包括外端盖和水路转换器，水路转换器具有与第一通道连通的中央流道，中央流道的侧壁与第二中心管的管壁密封配合，水路转换器在中央流道的外围具有第一流道，第一流道的侧壁与第一中心管的管壁密封配合，进而第一流道与第二通道连通。水路转换器在第一流道的外围具有过水腔，水路转换器的外壁和外端盖的内壁之间具有与第一过水间隙相通的第二过水间隙，第二过水间隙与外界相通。水路转换器的外壁和第一密封筋密封配合而将过水腔和第二过水间隙隔离开，水路转换器具有连通中央流道和过水腔的横向延伸段，第一过水部通过过水腔和横向路延伸段而与中央流道连通。本实施方式的水路转换器结构简单，制造成本低。

作为实施例二，如图5所示，与上述实施例不同的是，反渗透滤芯3a的中心设置相互隔开的第三中心管41a和第四中心管42a，第三中心管41a和第四中心管42a的内部分别形成了第一通道43a和第二通道44a。具体来说，本实施例的侧流式反渗透滤芯组件包括安装头1a、外壳2a和位于外壳2a内的反渗透滤芯3a，反渗透滤芯3a和外壳2a之间具有第一过水间隙21a。安装头1a上设有原水进水口13a、纯水出水口14a和浓水出水口15a。反渗透滤芯3a的两端分别包括第一过水部331a、第一封闭部332a和第二过水部341a、第二封闭部342a。第一过水部331a和第二过水部341a连通原水导水层和第一通道43a，第二通道44a连通纯水导水层和纯水出水口15a。重要的是，原水导水层的径向层数为m，第一过水部和第二过水部对应的原水导水层的径向层数分别为n1和n2，1/4≤n1/m≤1/2，1/4≤n2/m≤1/2。同样的，当水流方向为自内向外的方向时，1/3≤n1/m≤1/2，1/3≤n2/m≤1/2；当水流方向为自外向内的方向时，1/4≤n1/m＜1/3，1/4≤n2/m＜1/3。较优的，n1＜n2，有利于平衡膜元件的两端利用率。另外，就第一端盖、第二端盖及其细节结构可借鉴上一实施例，此处不再赘述。

当然，本领域内的技术人员可以理解，以上内容仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。