一种侧流式反渗透净水机的制作方法

本实用新型涉及一种侧流式反渗透净水机，属于水处理技术领域。

背景技术：

水是人体的重要组成部分，人体内的水约占一个成年人体重的50%，正常人每天平均耗水量为2000-2500毫升，体内物质氧质化可生水300毫升，故每日应该补充水分大约2000毫升，其中大部分通过饮水获得。但是，随着水污染不断的加剧，饮水健康水越来越难，人体其它器官也会因长期受到污染而受到伤害。日常饮用的自来水经过了多种清洁、杀菌消毒手段，经出厂水质检测能够达到国家卫生标准，再经过漫长的管道和二次加压的水箱，流入千家万户。流入住户前，漫长的管道经过了复杂地形和道路，有些管道年久失修，有些水管与污水管交叉，楼里的一些水管甚至先要经过厕所，才能够到达厨房。因为水管四周的渗漏和二次加压水箱很少清理消毒，而水箱里不可能一尘不染，以及水管中的铁锈等诸多原因会造成对水质的二次污染，铁锈、铅、酚等致病微生物、农药都有不同程度出现，其污染情况触目惊心。

随着人们对于饮用水水质要求的提高，净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过滤器，反渗透过滤器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。因而反渗透过滤器构成了净水机的核心部件，净水机的过滤效果与反渗透过滤器的过滤效果直接相关。反渗透过滤器的结构可以是多种多样的，但是在反渗透过滤器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，原水从反渗透滤芯表面、侧边或者双边进水，将过滤后的净水收集到中心管内。这种结构的反渗透过滤器存在进水量低，制水流道短，内压力不稳定，脱盐率低，膜元件得不到完全利用，膜元件利用区域不均衡，过滤速度慢和过滤效果不理想等一系列问题。而针对这些问题，也有人对反渗透过滤器作出优化而提出了侧流式反渗透过滤器，通过构造内部的流道使得膜元件利用率得到提高，利用区域更为均衡。现有技术中的侧流式反渗透过滤器，都是采用中心双通道的结构，该双通道分别用于导入原水和收集净水，而反渗透滤芯外侧则用于导出浓水，但是这种水路设计也会带来了原水导入效率低下，内部水阻大而压降明显等问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供了一种侧流式反渗透净水机，包括反渗透过滤器和过滤器安装座，所述反渗透过滤器固定在过滤器安装座上，进而将反渗透过滤器连接在净水机的水路中，所述反渗透过滤器包括外壳和反渗透膜，所述外壳上设有原水进水口、净水出水口和浓水出水口，其特征在于，所述过滤器的中心设有净水通道和浓水通道，所述净水通道和浓水通道分别与净水出水口和浓水出水口连通，所述膜元件缠绕于净水通道和浓水通道外形成反渗透滤芯，相邻两层膜元件之间形成螺旋状向中心延伸的制水流道，所述膜元件位于反渗透滤芯的侧壁上的末端形成了与制水流道连通的原水进口，所述反渗透滤芯的外侧和外壳的内侧之间形成原水容纳腔，所述原水进口通过原水容纳腔与原水进水口连通。

进一步的，所述原水进口纵向的总长度至少占反渗透滤芯高度的70%。

进一步的，所述反渗透过滤器内设有支撑膜元件末端的支撑结构。

进一步的，所述支撑结构包括支撑杆，所述支撑杆位于膜元件的末端。

进一步的，所述反渗透滤芯两端分别设有上端盖和下端盖，所述支撑杆两端分别与上端盖和下端盖连接。

进一步的，所述上端盖和下端盖的外沿分别设有卡槽，所述支撑杆的两端分别卡入卡槽内；或者，所述上端盖和下端盖通过螺钉与支撑杆固定；或者，所述上端盖和下端盖其一与支撑杆的一端一体成型，另一与支撑杆的另一端固定；或者，所述上端盖和下端盖分别与支撑杆的两端一体成型。

进一步的，所述上端盖和下端盖至少覆盖三层膜元件，所述上端盖和下端盖覆盖处的相邻两层膜元件之间形成了制水流道；或者，所述上端盖上设有与净水通道和浓水通道连通的出水通道，所述出水通道的末端分别形成了净水出水口和浓水出水口；或者，所述上端盖上设有供净水通道和浓水通道穿过的通孔。

进一步的，所述支撑结构还包括位于反渗透滤芯外侧的支撑筒；或者，所述支撑结构还包括位于反渗透滤芯外侧的多个支撑环；或者，所述支撑杆与反渗透滤芯侧壁的间隙沿着进水方向逐渐变小。

进一步的，所述过滤器的中心设有相互隔开的第一中心管和第二中心管，所述第一中心管和第二中心管的内部分别形成了净水通道和浓水通道。

进一步的，所述过滤器的中心设有第三中心管和嵌套于第三中心管内的第四中心管，所述第四中心管的内部形成了浓水通道，所述第三中心管和第四中心管之间形成了净水通道；或者，所述过滤器的中心设有第三中心管和嵌套于第三中心管内的第四中心管，所述第四中心管的内部形成了净水通道，所述第三中心管和第四中心管之间形成了浓水通道。

本实用新型中，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。相比于现有技术中原水进口位于反渗透滤芯中心的方案，在同等原始水压的情况下，本实用新型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。另一方面，原水容纳腔存储了一定体积的原水，能够对原水进水口处进来的高压水流起到一定缓冲，使得原水进口处的水压均匀稳定。重要的是，在非制水工况下，现有技术原水进口位于反渗透滤芯中心的方案中，在刚完成制水时，原水只填充于位于反渗透滤芯中心的中心管内，而反渗透滤芯和外壳间由浓水充斥，使得膜元件在一定时间内浸泡于高TDS的浓水中，即使一定时间后，由于扩散效应，浓水和原水的TDS趋于一致，而由于该方案下原水体积较小，而浓水体积较大，中和后的水的TDS依然是较高的，那么对于膜元件来说则会提高附着于其表面的盐层的厚度，需增加冲洗次数和时间，甚至可能对后续的净化效率以及膜的寿命都会产生不利影响，而相较之下，本实用新型的方案则相反，在刚完成制水时，反渗透滤芯则浸泡于低TDS的原水中，另外，仅有位于制水通道后端的少量浓水，大部分浓水已进入浓水通道内，在一定时间后，即使在扩散效应下，中和后的水的TDS依然是较低的，有利于减少反渗透滤芯的冲洗次数和时间，提高净化效率和膜的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1是本实用新型中侧流式反渗透过滤器的纵截面示意图；

图2是本实用新型中反渗透滤芯的展开示意图；

图3是本实用新型中反渗透滤芯的示意图；

图4是本实用新型中反渗透滤芯的横截面示意图；

图5是本实用新型中支撑结构实施方式二的示意图；

图6是本实用新型中支撑结构实施方式三的示意图；

图7是本实用新型中侧流式反渗透过滤器另一种实施例的纵截面示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型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实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图4所示，一种侧流式反渗透净水机，包括反渗透过滤器和过滤器安装座，反渗透过滤器固定在过滤器安装座上，进而将反渗透过滤器连接在净水机的水路中。反渗透过滤器包括外壳1和膜元件21，膜元件21为两片反渗透膜对向粘合形成的封闭的袋状结构，或者由单片反渗透膜对折后粘结形成的封闭的袋状结构，其中，反渗透膜的脱盐层一般位于袋状膜元件21的外表面，原水通过反渗透膜进入袋状膜元件21内，并沿着内部的净水流道211流动，为了提高流动效率，会在袋状膜元件21内设置隔离网，以拓宽净水流道211的间隙宽度。外壳1上设有原水进水口11、净水出水口12和浓水出水口13，过滤器的中心设有净水通道31和浓水通道32，净水通道31和浓水通道32分别与净水出水口12和浓水出水口13连通，膜元件21缠绕于净水通道31和浓水通道32外形成反渗透滤芯2，相邻两层膜元件21之间形成螺旋状向中心延伸的制水流道4，膜元件21位于反渗透滤芯2的侧壁上的末端形成了与制水流道4连通的原水进口41，反渗透滤芯2的外侧和外壳1的内侧之间形成原水容纳腔5，原水进口41通过原水容纳腔5而与原水进水口11连通。其中，原水进口41呈条状且纵向延伸，当然，原水进口也可以是其它异形的结构，例如沿着反渗透滤芯的侧壁螺旋状延伸，波浪状延伸等，另外，原水进口还可以是分段的，即膜元件的末端有部分与相邻内侧的膜元件粘结固定，而使得原水进口为该粘结固定部分分割为多段。

本实用新型中的侧流式反渗透过滤器，包括外壳和膜元件，外壳上设有原水进水口、净水出水口和浓水出水口，在制水工况下，原水自位于反渗透滤芯侧壁上的原水进口进入相邻两层膜元件之间的制水流道内，原水通过膜元件的部分形成了净水并沿着膜元件内部的净水流道向位于净水流道后端的净水通道汇集，同时，在制水流道后端形成了浓水并由位于制水流道后端的浓水通道收集。在结合上述结构的情况下，原水自原水进水口11进入反渗透过滤器后，汇集于原水容纳腔5内，并自原水进口41进入制水流道4内，一方面，原水通过膜元件21的部分形成了净水并沿着膜元件21内部的净水流道211向位于净水流道211后端的净水通道31汇集，另一方面，制水流道4内的原水在制水流道4后端形成了浓水并由位于制水流道4后端的浓水通道32收集。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。相比于现有技术中原水进口位于反渗透滤芯中心的方案，在同等原始水压的情况下，本实用新型的方案能够使更大面积的膜元件21得到高效利用。由于产水效率高，则明显提升了原水在膜元件21表面的切面流速，降低表面结垢的风险。为了保证原水的高效导入，较优的，原水进口41纵向的总长度至少占反渗透滤芯2高度的70%，此处的纵向是指平行于反渗透滤芯2的轴向方向，如果原水进口是单一进口的，则该参数即指该方向下的长度，如果原水进口是多段的，则该参数即指该方向下各段的长度之和。当原水进口纵向的总长度与反渗透滤芯高度的比值小于70%时，原水进入原水进口时需要原水向与原水进口错位的部分流动的过程，对于原水来说相当于增加了水阻，影响了膜元件的有效利用面积，同时，膜元件的末段与原水进口错位的部分利用效率是不及与原水进口对位的部分的，使得膜元件利用的均匀性降低。

另外，原水容纳腔5存储了一定体积的原水，能够对原水进水口11处进来的高压水流起到一定缓冲，使得原水进口41处的水压均匀稳定。重要的是，在非制水工况下，现有技术原水进口位于反渗透滤芯中心的方案中，在刚完成制水时，原水只填充于位于反渗透滤芯中心的中心管内，而反渗透滤芯和外壳间由浓水充斥，使得膜元件在一定时间内浸泡于高TDS的浓水中，即使一定时间后，由于扩散效应，浓水和原水的TDS趋于一致，而由于该方案下原水体积较小，而浓水体积较大，中和后的水的TDS依然是较高的，那么对于膜元件来说则会提高附着于其表面的盐层的厚度，需增加冲洗次数和时间，甚至可能对后续的净化效率以及膜的寿命都会产生不利影响，而相较之下，本实用新型的方案则相反，在刚完成制水时，反渗透滤芯2则浸泡于低TDS的原水中，另外，仅有位于制水通道4后端的少量浓水，大部分浓水已进入浓水通道32内，在一定时间后，即使在扩散效应下，中和后的水的TDS依然是较低的，有利于减少反渗透滤芯2的冲洗次数和时间，提高净化效率和膜的使用寿命。

值得一提的是，本实施例中的原水进水口11为单一进水口，为了提高导入原水的效率及均匀性，还可以在外壳上设置多个进水口，例如，在外壳的上下两端分别设置原水进水口。

由于反渗透滤芯的外层位于原水水压较大的前端，对于膜元件的末段形成较大向外扩张的作用力，如不采用支撑结构加以定位，长期使用下，反渗透滤芯会有扩大的风险，影响过滤器内的水路结构，甚至在一些极端情况下，会对膜元件的末段造成破坏而导致净水流道与原水容纳腔连通。为了避免上述问题，反渗透过滤器内设有支撑膜元件21末端的支撑结构，具体的，支撑结构包括支撑杆6，支撑杆6位于膜元件21的末端。其中，支撑杆6与膜元件21的末端注塑一体成型，或者，支撑杆上设置有夹持膜元件末端的夹持部。支撑杆6对膜元件21的末端起到了定位支撑作用的同时，还对原水进入制水通道4起到引导作用，另外，便于控制原水进口41的大小，降低该处的水阻，提升原水的导入效率，并且还可以作为反渗透滤芯2安装时的定位基准。较优的，支撑杆6与反渗透滤芯2侧壁的间隙沿着进水方向逐渐变小，对原水起到更好的引导作用。本实施例中，原水进口41为纵向延伸的，相应的，支撑杆6则为长条状的，如果原水进口采用上述其它异形结构，则支撑杆6亦需采用与之相对应的形状。上述支撑杆覆盖了整体原水进口，当然，支撑杆也可以仅覆盖部分原水进口，另外，支撑杆还可以是多段式的，例如，采用上下两段，并各自固定，两段之间可以留有间隙也可以互相抵靠。

本实施例中，支撑杆6的两端分别与位于反渗透滤芯2两端的上端盖71和下端盖72连接。支撑杆和上下端盖之间具体的连接方式如下：上端盖71和下端盖72的外沿分别设有卡槽，支撑杆6的两端分别卡入卡槽内，其中，上端盖71和下端盖72的外沿具有向反渗透滤芯2方向延伸的翻边，卡槽位于该翻边的内侧或外侧；或者，上下端盖不设置上述翻边，其外沿朝向反渗透滤芯一侧的端面与其中心区域在同一平面内，用于卡接固定支撑杆的卡槽则设置于上下端盖的外沿上；或者，上端盖和下端盖还可通过螺钉与支撑杆固定；或者，上端盖和下端盖其一与支撑杆的一端一体成型，另一与支撑杆的另一端固定；或者，上端盖和下端盖分别与支撑杆的两端一体成型。除了上述支撑杆的安装方式外，支撑杆也可以通过外壳来固定，例如，外壳的底部和/或顶部内侧设有供支撑杆端部插入的固定孔，或者外壳的侧壁内侧设有供支撑杆沿着平行于反渗透滤芯轴向方向插入的插槽。另外，支撑杆还可以通过位于过滤器中心处的中心管来固定，例如，中心管上下两端分别设有径向向外延伸的固定部，该固定部与支撑杆卡接固定或者螺钉固定。值得一提的是，在具有上下端盖的前提下，支撑结构还可以是位于上下端盖上的拉紧机构，该拉紧机构与膜元件末端的上下两端固定，可以是夹紧固定，也可以是一体成型，在上下端盖安装到位后，拉紧机构即对膜元件末端形成了支撑定位作用，避免膜元件的末段向外扩张。

上端盖71和下端盖72至少覆盖三层膜元件21，上端盖71和下端盖72覆盖处的相邻两层膜元件21之间形成了制水流道4。由于制水流道4的进口为原水进口41，出口为其后端与浓水通道32连通处，制水流道4的上下两端需封闭才能驱使原水在制水流道4内流动，本实施例中，通过上端盖71和下端盖72覆盖来实现对制水流道4上下两端的封闭，而上端盖71和下端盖72至少需要覆盖三层膜元件21，使制水流道4具有足够的长度，保证较高的净水效率。而在不通过上下端盖密封，甚至不设置上下端盖的方案中，还可以在膜元件完成卷膜形成反渗透滤芯后，在反渗透滤芯的上下两端打胶封闭。另外，上端盖71上设有向过滤器出水口延伸的延伸壁711，延伸壁711和净水通道或者浓水通道向上延伸的通道侧壁之间形成了净水出水口或者浓水出水口。作为另外实施方式，还可以在上端盖上设置与净水通道和浓水通道连通的出水通道，出水通道的末端分别形成了净水出水口和浓水出水口；或者，上端盖上设有供净水通道和浓水通道穿过的通孔。

本实施例中，过滤器的中心设有相互隔开的第一中心管33和第二中心管34，第一中心管33和第二中心管34的内部分别形成了净水通道31和浓水通道32。第一中心管33和第二中心管34的侧壁上分别设有通孔，分别与净水流道211和制水流道4连通。值得一提的是，在具体的卷膜过程中，反渗透膜形成袋状膜元件21前，先将第一中心管33包裹其内，而后第二中心管34置于其一侧，再后将膜元件21缠绕上述第一中心管33和第二中心管34，进而形成柱状的反渗透滤芯2。较优的，第一中心管33和第二中心管34的截面外轮廓分别为半圆，两者拼接后形成整圆便于卷膜。

作为支撑结构的另外实施方式，如图5所示，支撑结构包括支撑杆6a和支撑筒61a，支撑筒61a包覆在反渗透滤芯的外侧，支撑杆6a与支撑筒61a注塑一体成型或者插接固定在支撑筒61a上，支撑筒61a在支撑杆6a的位置处设有供原水进入的通槽。为了较好的引导原水流动，支撑杆6a相对于支撑筒61a所在的弧面翘起。本实施方式的支撑结构，对膜元件的外层起到了很好的包覆支撑，遏制了反渗透滤芯整体外扩的趋势。如图6所示，支撑结构还可以是支撑杆6b和多个支撑环62b，支撑环62b位于反渗透滤芯外侧，支撑杆6b与支撑环62b注塑一体成型或者插接固定在支撑环62b上。同样的，这种支撑结构能够遏制了反渗透滤芯整体外扩的趋势。另外，还可以在相邻支撑环62b之间设置连接杆以提高强度。当然，支撑结构也可以只设置支撑筒或者支撑环，而不设置支撑杆，简化结构，降低成本。

作为中心处净水通道和浓水通道的另外实施例，如图7所示，过滤器的中心设有第三中心管35c和嵌套于第三中心管35c内的第四中心管36c，第四中心管36c的内部形成了浓水通道32c，第三中心管35c和第四中心管36c之间形成了净水通道31c。其中，第三中心管35c的侧壁上设有供净水通过的通孔，并且反渗透滤芯2c的上下两端靠近中心的区域有部分是非封闭的，该区域可供膜元件后端的浓水从制水流道内流出，并被第四中心管36c内的浓水通道32c收集。可以理解，净水通道和浓水通道的位置也可以对调，具体的，过滤器的中心设有第三中心管和嵌套于第三中心管内的第四中心管，第四中心管的内部形成了净水通道，第三中心管和第四中心管之间形成了浓水通道。本实施例的其它结构可以借鉴上述实施例，此处不再赘述。

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