CN103463864B - 一种双级多通道水过滤装置 - Google Patents

Abstract

一种双级多通道水过滤装置，包括通道选择装置、粗过滤单元、精过滤单元和壳体。粗过滤单元和精过滤单元串行排布于壳体内部，通道选择装置穿过精过滤单元内部，分别与精过滤单元和粗过滤单元固定连接。精过滤单元包括若干精过滤板，每个精过滤板之间局部紧贴且为同轴串行排布，通道选择装置包括中心筒和柱塞，中心筒和柱塞构成旋塞阀结构，柱塞为内部开有若干路通道的圆柱形阀芯，通过旋转柱塞来选择不同的通道进行过滤。本发明不仅提高了过滤精度，还减少了过滤装置整体体积和重量；本发明通过设计旋塞阀结构的多层过滤板工作状态切换，增加过滤单元面积，提高了纳污容量和过滤装置的使用寿命，结构紧凑，操作便利。

Description

一种双级多通道水过滤装置

技术领域

本发明涉及一种过滤装置，特别是涉及适用于空间站的水过滤装置。

背景技术

空间站水处理系统主要功能是对空间站内部的冷凝水、尿液及其他混合水等进行再生利用，以提供航天员所需的各种水资源。水处理一般需要先对收集的水进行过滤，用于去除水中的固体颗粒物，毛发和大分子污染物等，减小其对后续各类阀体和处理器的污染。一般航天用水过滤装置多采用单级结构，一旦过滤网组件失效，会造成过滤装置整体失效，影响整个系统的性能；同时过滤装置中过滤网和膜均为耗材，在其寿命周期内需要进行更换，但该结构不适宜进行过滤网和膜的更换，只能对过滤装置进行整体更换，且由于采用单层结构，过滤装置整体寿命较短，更换次数较多，增加了空间站航天员的操作。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种双级多通道水过滤装置，减少过滤元件的更换次数，延长过滤装置的寿命，提高过滤效果，特别适合空间站内部冷凝水、尿液及其他混合水的过滤要求。

本发明的技术解决方案是：一种双级多通道水过滤装置，包括通道选择装置、粗过滤单元、精过滤单元和壳体。

所述粗过滤单元和精过滤单元串行排布于壳体内部，所述通道选择装置穿过精过滤单元内部，分别与精过滤单元和粗过滤单元固定连接；

所述粗过滤单元为圆筒形过滤网装置，过滤网装置的一个端面与通道选择装置连接，过滤网装置的外圆面紧贴于壳体的内表面；

所述精过滤单元包括若干精过滤板，每个精过滤板为带有中心孔的圆盘形过滤板，每个精过滤板之间局部紧贴且为同轴串行排布，每个精过滤板之间有间隔距离，每个精过滤板的外圆面紧贴于壳体的内表面；

所述通道选择装置包括中心筒和柱塞，所述中心筒和柱塞构成旋塞阀结构，并分别作为旋塞阀结构的阀体和阀芯；所述中心筒的底端分别与壳体的内表面凹槽和粗过滤单元固定连接，中心筒的外圆面上与中心筒的轴线平行的方向开有通孔；所述柱塞为内部开有若干路通道的圆柱形阀芯，通过旋转柱塞来选择不同的通道进行过滤，柱塞的外圆面紧贴于中心筒的内壁，柱塞上的每条通道包括滤前通路和滤后通路，滤前通路的入口位于柱塞的一个端面，滤前通路的出口和滤后通路的入口与中心筒上的通孔对接，中心筒穿过每个精过滤板的中心孔，每个精过滤板位于滤前通路的出口和滤后通路的入口之间，并与中心筒的外圆面固定；

壳体上靠近粗过滤单元的一端为过滤装置的总入口，靠近精过滤单元的一端为过滤装置的总出口；水先由总入口进入粗过滤单元，再由精过滤单元过滤后从总出口流出。

所述精过滤板采用钛合金滤板，精过滤板的中心孔的内表面上焊接有圆环形的内撑环，内撑环上固定有滤板密封圈，所述滤板密封圈与中心筒的外圆面紧贴固定；精过滤板的外圆面焊接有圆环形的外撑环；壳体的内表面有与每个精过滤板对应的壳体密封圈，使每个精过滤板上的外撑环的外圆面紧贴于壳体的内表面，每个精过滤板上的外撑环的端面相互贴紧，外撑环的高度比内撑环的高度高出mm。

所述粗过滤单元包括过滤网、过滤网密封圈、支撑筒、支撑环、上端盖和下端盖；所述过滤网为圆筒形，过滤网内侧安装有用于支撑过滤网的支撑筒，支撑筒的筒壁为镂空结构，确保水流通过；支撑筒和过滤网两端分别用上端盖和下端盖固定，支撑筒和过滤网与上端盖和下端盖之间用支撑环进行密封，上端盖上开有通孔，并与中心筒的底端固定连接，上端盖的侧面与壳体的内表面密封。

所述支撑环采用聚四氟乙烯；

所述精过滤板的过滤精度为5μm。

所述通道选择装置还包括手柄，所述手柄固定连接于柱塞的外圆面，用于旋转柱塞。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明通过采用双级过滤结构，将粗过滤与精过滤集中于一个整体中，不仅提高了过滤精度，还减少了过滤装置整体体积和重量；更重要的是，本发明通过设计旋塞阀结构的多层过滤板工作状态切换，增加过滤单元面积，提高了纳污容量和过滤装置的使用寿命，结构紧凑，操作便利；

（2）本发明主体结构采用钛合金材料作为精过滤的滤板，能够适应水过滤要求的各种介质，同时满足航天器轻量化要求；

（3）本发明通过设计精过滤单元和粗过滤单元的内外部结构，实现了精过滤单元内部的不同通道的精密切换，以及粗过滤单元与精过滤之间的有效隔离；

（4）本发明通过设计壳体内表面与精过滤单元和粗过滤单元的密封结构，实现了水流的有效过滤；

（5）本发明通过设计手柄，加强了装置的操作便利性，提高工作效率。

附图说明

图1本发明的结构分解示意图；

图2本发明中粗过滤单元结构图；

图3本发明中粗过滤单元的上端盖和下端盖的示意图；

图4本发明中精过滤板结构图；

图5本发明中通道选择装置与精过滤单元的配合示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括壳体1、粗过滤单元2、通道选择装置3、精过滤单元6。壳体1为具有不同直径的圆柱段的组合，内部中空。粗过滤单元2和精过滤单元6串行排布于壳体1内部，通道选择装置3穿过精过滤单元6内部，分别与精过滤单元6和粗过滤单元2固定连接。壳体1上靠近粗过滤单元2的一端为过滤装置的总入口，靠近精过滤单元6的一端为过滤装置的总出口；水先由总入口进入粗过滤单元2，再由精过滤单元6过滤后从总出口流出。

如图2所示，粗过滤单元为圆筒形过滤网装置，如图1所示，过滤网装置的一个端面与通道选择装置3连接，过滤网装置的外圆面紧贴于壳体1的内表面。过滤网装置可以采取多种结构形式，起到对水的初级过滤效果即可。图2所示的过滤网装置中重要的过滤元件为过滤网11，过滤网11为圆柱筒，为保证过滤网11有一定的结构刚度并保证水质，过滤网11采用不锈钢，过滤精度要求为20～30μm。过滤网相比其他粗过滤结构的优点在于过滤面积大，成本较低。图2所示的过滤网装置包括过滤网11、过滤网密封圈8、支撑筒7、支撑环10、上端盖12和下端盖9。过滤网11内侧安装有用于支撑过滤网11的支撑筒7，支撑筒7的筒壁为镂空结构，确保水流顺利通过。如图3所示，上端盖12和下端盖9在各自的中心都带有连接段，上端盖12和下端盖9分别在各自的连接段固定连接。如图2所示，支撑筒7和过滤网11两端分别用上端盖12和下端盖9固定，支撑筒7和过滤网11与上端盖12和下端盖9之间用支撑环10进行密封，确保水流全部经过粗过滤单元的过滤网11。支撑环10优选材料为聚四氟乙烯，对水质无污染无毒害，而且制造工艺成熟、密封效果好，市场可获得性好。上端盖12上开有通孔，且上端盖12与中心筒18的底端固定连接，实现粗过滤装置2与通道选择装置3的固定连接，上端盖12的侧面通过过滤网密封圈8与壳体1的内表面密封，使水流从总入口进入后，先进入粗过滤单元中的过滤网进行初级过滤，再通过上端盖12上的通孔进入精过滤单元，实现粗过滤与精过滤的有效隔离。

如图1所示，精过滤单元包括若干精过滤板，每个精过滤板为带有中心孔的圆盘形过滤板，每个精过滤板之间局部紧贴且为同轴串行排布。每个精过滤板之间有间隔距离，每个精过滤板的外圆面紧贴于壳体的内表面。精过滤板的数量越多，本发明的使用寿命越长，但同时装置的体积也越大，所以，根据不同需求重点，确定精过滤板的数量。图1中所示为4个精过滤板。

如图4所示，每个精过滤板采用过滤精度为5μm的钛合金滤板14，精过滤板的中心孔的内表面上焊接有圆环形的内撑环16，内撑环16上固定有滤板密封圈15，滤板密封圈15与中心筒18的外圆面紧贴；精过滤板的外圆面焊接有圆环形的外撑环13。如图1所示，壳体1的内表面有与每个精过滤板对应的壳体密封圈5，使每个精过滤板上的外撑环13的外圆面紧贴于壳体1的内表面。滤板密封圈15与壳体密封圈5的设计，确保了每个精过滤板之间的有效隔离；每个精过滤板上的外撑环的端面相互贴紧，外撑环的高度比内撑环的高度高出2mm，保证每个精过滤板之间有一定的间隔距离。

如图5所示，通道选择装置包括中心筒18和柱塞17，所述中心筒18和柱塞17构成旋塞阀结构，并分别作为旋塞阀结构的阀体和阀芯。旋塞阀结构为常见的选择性通路结构。本发明利用旋塞阀结构，实现多层滤板之间工作状态的切换，增加过滤单元面积，提高了纳污容量和过滤装置的使用寿命，结构紧凑，操作便利。中心筒18的底端分别与壳体1的内表面和粗过滤单元2固定连接，中心筒18的外圆面上与中心筒的轴线平行的方向开有通孔，通孔的数量与精过滤板的数量相同。柱塞17为内部开有若干路通道的圆柱形阀芯，通道的数量与精过滤板的数量相同。柱塞17的外圆面有固定连接的手柄4，便于旋转柱塞，通过旋转柱塞17来选择不同的通道进行过滤，当柱塞17旋转时，中心筒18固定于壳体1静止不动。柱塞17的外圆面紧贴于中心筒18的内壁，柱塞17上的每条通道包括一个滤前通路19和一个滤后通路20，滤前通路19的入口位于柱塞17上远离手柄4的一端的端面，滤前通路19的出口和滤后通路20的入口与中心筒18上的通孔对接，中心筒17穿过每个精过滤板的中心孔，每个精过滤板位于滤前通路19的出口和滤后通路20的入口之间，并与中心筒17的外圆面固定。

本发明的具体过滤过程示例如下：

壳体1上的总入口和总出口通过航天标准柱塞接头分别与外部的入水端和出水端连接，过滤初始时，过滤水介质从壳体1的总入口进入壳体内部，从粗过滤单元2的外侧进入粗过滤单元2的过滤网11中，去除直径大于20～30μm的固体颗粒物和大分子污染物，进入粗过滤单元中的支撑筒7的内部；

然后通过粗过滤单元上端盖12上的通孔进入精过滤单元6。介质首先从滤前通路19的入口进入，通过滤前通路19的出口进入到中心筒18的外侧，经过该滤前通路19的出口和对应的滤前通路20的入口之间的精过滤板，进行精过滤，去除直径大于5μm的固体颗粒物和大分子污染物，从滤前通路20的入口进入滤前通路20中，经滤前通路20的出口流出精过滤单元，最后由壳体1的总出口流出，完成一次过滤。

当上述精过滤单元中的任意一片精过滤板达到纳污容量后，通过操作手柄4转动柱塞17，使相邻的另一片精过滤板与相应的通路连接，实现新过滤板的更换；当所有精过滤单元均达到纳污容量要求时，从系统中拆除过滤装置进行更换。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：包括通道选择装置(3)、粗过滤单元(2)、精过滤单元(6)和壳体(1)；

所述粗过滤单元(2)和精过滤单元(6)串行排布于壳体(1)内部，所述通道选择装置(3)穿过精过滤单元(6)内部，分别与精过滤单元(6)和粗过滤单元(2)固定连接；

所述粗过滤单元(2)为圆筒形过滤网装置，过滤网装置的一个端面与通道选择装置(3)连接，过滤网装置的外圆面紧贴于壳体(1)的内表面；

所述精过滤单元(6)包括若干精过滤板，每个精过滤板为带有中心孔的圆盘形过滤板，每个精过滤板之间局部紧贴且为同轴串行排布，每个精过滤板之间有间隔距离，每个精过滤板的外圆面紧贴于壳体(1)的内表面；

所述通道选择装置(3)包括中心筒(18)和柱塞(17)，所述中心筒(18)和柱塞(17)构成旋塞阀结构，并分别作为旋塞阀结构的阀体和阀芯；所述中心筒(18)的底端分别与壳体(1)的内表面凹槽和粗过滤单元(2)固定连接，中心筒(18)的外圆面上与中心筒(18)的轴线平行的方向开有通孔；所述柱塞(17)为内部开有若干路通道的圆柱形阀芯，通过旋转柱塞(17)来选择不同的通道进行过滤，柱塞(17)的外圆面紧贴于中心筒(18)的内壁，柱塞(17)上的每条通道包括滤前通路(19)和滤后通路(20)，滤前通路(19)的入口位于柱塞(17)的一个端面，滤前通路(19)的出口和滤后通路(20)的入口与中心筒(18)上的通孔对接，中心筒(18)穿过每个精过滤板的中心孔，每个精过滤板位于滤前通路(19)的出口和滤后通路(20)的入口之间，并与中心筒(18)的外圆面固定；

壳体(1)上靠近粗过滤单元(2)的一端为过滤装置的总入口，靠近精过滤单元(6)的一端为过滤装置的总出口；水先由总入口进入粗过滤单元(2)，再由精过滤单元(6)过滤后从总出口流出。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：所述精过滤板采用钛合金滤板(14)，精过滤板的中心孔的内表面上焊接有圆环形的内撑环(16)，内撑环(16)上固定有滤板密封圈(15)，所述滤板密封圈(15)与中心筒(18)的外圆面紧贴固定；精过滤板的外圆面焊接有圆环形的外撑环(13)；壳体(1)的内表面有与每个精过滤板对应的壳体密封圈(5)，使每个精过滤板上的外撑环(13)的外圆面紧贴于壳体(1)的内表面，每个精过滤板上的外撑环(13)的端面相互贴紧，外撑环(13)的高度比内撑环(16)的高度高出2mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：所述粗过滤单元(2)包括过滤网(11)、过滤网密封圈(8)、支撑筒(7)、支撑环(10)、上端盖(12)和下端盖(9)；所述过滤网为圆筒形，过滤网(11)内侧安装有用于支撑过滤网(11)的支撑筒(7)，支撑筒(7)的筒壁为镂空结构，确保水流通过；支撑筒(7)和过滤网(11)两端分别用上端盖(12)和下端盖(9)固定，支撑筒(7)和过滤网(11)与上端盖(12)和下端盖(9)之间用支撑环(10)进行密封，上端盖(12)上开有通孔，并与中心筒(18)的底端固定连接，上端盖(12)的侧面与壳体(1)的内表面密封。

4.根据权利要求3所述的一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：所述支撑环(10)采用聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：所述精过滤板的过滤精度为5μm。

6.根据权利要求1所述的一种用于空间站的双级多通道水过滤装置，其特征在于：所述通道选择装置(3)还包括手柄(4)，所述手柄(4)固定连接于柱塞(17)的外圆面，用于旋转柱塞(17)。