一种净水器用膜器件及其封装方法与流程

本发明属于膜水处理技术，特别为家用净水器领域，本发明涉及一种净水器用膜器件及其封装方法。

背景技术：

所谓家用净水器就是对自来水进行深度处理的饮水装置。家用净水器开始于20世纪50年代，到20世纪70年代开始流行，一致持续至今。在当下的日常生活中，家庭用水污染的问题困扰着很多人，给家庭用水造成很多麻烦。随着生活水平提高，家用净水器需求在不断增加，而膜器件作为家用净水器的核心过滤部件受到膜水处理技术人员的不断技术改进优化，还存在下述问题。

目前，膜器件封装采用大束膜丝U型折叠插入到膜壳中，该折叠存在缺点：大膜束U型折叠外部与内部膜丝长度相差很大，折叠处膜丝容易折断，膜束聚拼严重使膜丝外表面之间相互叠加减少实际膜过滤面积。

第二，封装成器件后因为聚拼现象，器件的单位时间单位面积初始纯水通量只有单根膜丝单位时间单位面积纯水通量的25-40％，即器件实际过滤的有效面积只占25-40％。

第三，追求膜器件的流量，在膜丝通量和器件膜壳尺寸一定的基础上，为了得到大流量的膜器件，目前采取的方法一般为：1.增加膜壳填充膜丝数量，2.减小膜丝外径增加膜丝填充密度。上述两种方法都存在相似缺点：膜丝聚拼现象，实际有效膜面积没有相应比例增加，反而增加了器件的膜丝成本。

第四，净水器用膜器件采用死端过滤方式，第一次使用时膜壳内的气体较难完全排除干净，在膜器件内形成气阻，使部分的膜丝难以完全被水浸没，影响膜丝过滤面积的利用率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种净水器用膜器件及其封装方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种净水器用膜器件，包括膜壳，以及用封装胶浇注于膜壳中的总膜束；所述总膜束由4～16个并列设置的中膜束组成；中膜束具有如下结构：由20～200根并列的过滤中空纤维膜丝与若干根活性炭纤维混合成为小束，每2～20个小束的中间放置1～5 根等长的排气中空纤维膜丝；将小束和排气中空纤维膜丝经U型折叠后，以分隔网包裹形成中膜束；

本发明中，所述活性炭纤维与过滤中空纤维膜丝混合的方式是：活性炭纤维均匀地并列混于过滤中空纤维膜丝中；或者，以活性炭纤维螺旋方式缠绕于过滤中空纤维膜丝外侧。

本发明中，所述活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的1/20～1/5。

本发明中，所述过滤中空纤维膜丝的外径为0.2～1.0mm，内径为0.1～0.8mm。

本发明中，所述排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.2～1.0mm。

本发明中，所述过滤中空纤维膜丝为亲水膜丝，是聚砜膜丝、聚醚砜膜丝、聚乙烯膜丝、聚丙烯膜丝或聚偏氟乙烯膜丝中的任意一种。

本发明中，所述分隔网是活性炭纤维分隔网、聚丙烯分隔网或聚酯分隔网中的任意一种。

本发明中，所述活性炭纤维为长丝纤维，是聚丙烯腈基活性炭纤维或沥青基活性炭纤维中的任意一种。

本发明中，所述封装胶是聚氨酯或环氧树脂胶的一种。

本发明进一步提供了前述净水器用膜器件的封装方法，具体步骤为：将20～200根并列的过滤中空纤维膜丝与活性炭纤维混合成为小束，混合的方式是：活性炭纤维均匀地并列混于等长的过滤中空纤维膜丝中，或者活性炭纤维以螺旋方式缠绕于过滤中空纤维膜丝外侧；然后在每2～20个小束的中间放置1～5根等长的排气中空纤维膜丝，将小束和排气中空纤维膜丝经U型折叠后，以分隔网包裹形成中膜束；再将4～16个并列设置的中膜束作为总膜束，用封装胶浇注于膜壳中，制得净水器用膜器件；

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、过滤中空纤维膜丝被分扎成多个小束后进行U型封装，使得更多膜丝得到暴露，最大程度上减少了膜丝与膜丝之间聚拼的几率，增加了实际有效的膜过滤面积(膜丝与膜丝的聚拼会让膜与水接触表面减少，使实际有效过滤面积减少)。

2、每个中膜束之间以分隔网隔开，能让更多膜丝暴露。

3、活性炭纤维和过滤中空纤维膜丝混合封装成为每个小束，使膜丝之间很好隔开。活性炭纤维具有超强吸附能力，能吸附过滤中空纤维膜丝截留产生的微生物等蛋白类二次污染物，延长过滤中空纤维膜丝使用寿命。

4、在小束的膜丝中间封装疏水的排气中空纤维膜丝，很好地起到排气作用。

附图说明

图1是传统技术中大膜束经U型折叠后的示意图；

图2是本发明中小束(膜丝)经U型折叠后的示意图；

图3是膜束在膜壳内分布截面示意图；其中图3a、图3b是本发明中多个中膜束在膜壳中的分布示意图，图3c是传统技术中大膜束在膜壳中的分布示意图。

图4是活性炭纤维并列混入膜丝的示意图；

图5是活性炭纤维螺旋缠绕在膜丝外侧的示意图；

图6是分隔网结构示意图。

图中附图标记：1膜丝，2膜束，3膜壳，4分隔网，5活性炭纤维。

具体实施方式

实施例1：

每50根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入过滤中空纤维膜丝中，并切割成150mm长；4个小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝，经U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3a所示，4个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径36mm，长度70mm，器件膜面积为0.15m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的3/50，过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

实施例2：

每50根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图5所示螺旋缠绕在过滤中空纤维膜丝外侧，并切割成150mm长；4小束中间加入等长的1根排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束，如图3a所示4个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径36mm，长度70mm，器件膜面积为0.15m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的3/50，过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

对比实施例1：

800根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径36mm，长度70mm，器件膜面积为0.14m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm。

对比实施例2：

1000根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径36mm，长度70mm，器件膜面积为0.18m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm。

表1

注：单根膜丝纯水通量为4000L/h_*m²(压力0.1MPa)

将实施例1、2和对比实施例1、2对比实验，从表1结果显示：实施例1和2初始通量比相同数量的膜丝制成器件对比实施例1增加20％多，与增加200根膜丝的对比实施例2的初始通量相当，采用本发明方法可以有效增加实际的过滤面积。实施例1和2制成器件的单位时间单位面积初始通量为单根膜丝单位时间单位面积通量的35％和34％，大于对比实施例1和对比实施例2的30％和30％。器件过滤800L自来水后终通量显示实施例1和2制成器件要远高于对比实施例1和对比实施例2，膜器件的寿命明显优于对比实施例。

实施例3：

每25根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成250mm长，8小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3b所示，6个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为内径41mm，长度100mm，器件膜面积为0.43m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的2/25，过滤中空纤维膜丝的外径为0.6mm，内径为0.4mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.6mm。

实施例4：

每25根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图5所示螺旋缠绕并切割成250mm长，8小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3b所示，6个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成 净水器用膜器件，膜壳尺寸为内径41mm，长度100mm，器件膜面积为0.43m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的2/25，过滤中空纤维膜丝的外径为0.6mm，内径为0.4mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.6mm。

对比实施例3：

1200根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为内径41mm，长度100mm，器件膜面积为0.41m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.6mm，内径为0.4mm。

表2

注：单根膜丝纯水通量为3000L/h_*m²(压力0.1MPa)

将实施例3、4和对比实施例3对比实验，结果显示：实施例3和4初始通量比相同数量的膜丝制成器件对比实施例3增加10％多，采用本发明方法可以有效增加实际的过滤面积。实施例3和4制成器件的单位时间单位面积初始通量为单根膜丝单位时间单位面积通量的30.7％和31.6％，大于对比实施例1的27.9％。器件过滤1200L自来水后终通量显示实施例3和4制成器件要远高于对比实施例3，膜器件的寿命明显优于对比实施例。

实施例5：

每20根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，沥青基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成280mm长，12小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3b所示，6个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径52mm，长度120mm，器件膜面积为0.65m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的1/10，过滤中空纤维膜丝的外径为0.6mm，内径为0.4mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.6mm。

对比实施例5：

1440根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为内径41mm，长度100mm，器件膜面积为0.62m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.6mm，内径为0.4mm。

表3

注：单根膜丝纯水通量为3000L/h_*m²(压力0.1MPa)

将实施例5和对比实施例5对比实验，结果显示：实施例5初始通量比相同数量的膜丝制成器件对比实施例5增加10％多，采用本发明方法可以有效增加实际的过滤面积。实施例5制成器件的单位时间单位面积初始通量为单根膜丝单位时间单位面积通量的28％，大于对比实施例5的25.8％。器件过滤3000L自来水后终通量显示实施例5制成器件要远高于对比实施例5，膜器件的寿命明显优于对比实施例。

实施例6：

每25根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成200mm长，6小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3a所示，4个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径20mm，长度90mm，器件膜面积为0.13m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的2/25，过滤中空纤维膜丝的外径为0.4mm，内径为0.3mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

对比实施例6：

600根聚砜材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径20mm，长度90mm，器件膜面积为0.12m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.4mm，内径为0.3mm。

表4

注：单根膜丝纯水通量为4500L/h_*m²(压力0.1MPa)

将实施例6和对比实施例6对比实验，结果显示：实施例6初始通量比相同数量的膜丝制成器件对比实施例6增加20％多，采用本发明方法可以有效增加实际的过滤面积。实施例6制成器件的单位时间单位面积初始通量为单根膜丝单位时间单位面积通量的31.8％，大于对比实施例6的27.8％。器件过滤800L自来水后终通量显示实施例6制成器件要远高于对比实施例6，膜器件的寿命明显优于对比实施例。

实施例7：

每100根聚丙烯材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成360mm长，8小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3a所示，4个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径52mm，长度170mm，器件膜面积为1.53m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的1/10，过滤中空纤维膜丝的外径为0.4mm，内径为0.3mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

对比实施例7：

3200根聚丙烯材质的过滤中空纤维膜丝如图1所示U型折叠后用分隔网包裹成膜束，如图3c所示1个膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径52mm，长度170mm，器件膜面积为1.50m²。所用过滤中空纤维膜丝的外径为0.4mm，内径为0.3mm。

表5

注：单根膜丝纯水通量为200L/h_*m²(压力0.1MPa)

将实施例7和对比实施例7对比实验，结果显示：实施例6初始通量比相同数量的膜丝制成器件对比实施例6增加20％多，采用本发明方法可以有效增加实际的过滤面积。实施例7制成器件的单位时间单位面积初始通量为单根膜丝单位时间单位面积通量的39.2％，大于对比实施例7的32.0％。器件过滤800L自来水后终通量显示实施例7制成器件要高于对比实施例7，膜器件的寿命明显优于对比实施例。

实施例8：

每200根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成300mm长，2小束中间加入5根等长的排气中空纤维膜丝并U型折叠后用分隔网包裹成中膜束。如图3a所示，4个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径52mm，长度140mm，器件膜面积为0.69m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的1/20，过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

实施例9：

每25根聚醚砜材质的过滤中空纤维膜丝分成小束，聚丙烯腈基活性炭纤维如图4所示均匀混入并切割成300mm长，4小束中间加入1根等长的排气中空纤维膜丝并U 型折叠后用分隔网包裹成中膜束。16个中膜束用封装胶浇注在膜壳中制成净水器用膜器件，膜壳尺寸为直径52mm，长度140mm，器件膜面积为0.70m²。所用活性炭纤维的根数是过滤中空纤维膜丝根数的2/25，过滤中空纤维膜丝的外径为0.5mm，内径为0.35mm，排气中空纤维膜丝为疏水膜丝，其外径为0.4mm。

表6

注：单根膜丝纯水通量为4000L/h_*m²(压力0.1MPa)。