CN108862657A - 水源动能增压净水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用水流动所产生的动能对净水机增压泵做功，用以实现对净水机原水的增压这一技术领域的水源动能增压净水机，用自来水和净水机废水流动产生的动能，来自动运行对净水机原水进行连续不断地增压，而无需向水源动能增压泵提供电能。只要原水的进水压力大于0.1MPA便可以使整个反渗透系统正常运作，整个反渗透系统只需要安装水路，而且仅需通过一只压控阀来控制水路的通断，避免了控制器/MCU/执行元件等的使用，不但系统的安装和控制比较简单，而且也使设备的故障率大大降低，该水源动能增压净水机本身成本及运行成本均较低，且不存在现有不用电的增压泵内置换向机构容易发生偷停或卡死的现象，十分有利于在普通的家庭和贫困山区百姓家庭中推广使用。

Description

水源动能增压净水机

技术领域

本发明涉及用水流动所产生的动能对净水机增压泵做功，用以实现对净水机原水的增压的技术领域，更具体地说，是涉及一种无需用电的水源动能增压净水机。

背景技术

利用小型反渗透系统是净水机普遍采用的方案，在这个系统中起功能作用的是一支高压反渗透膜元件，为达到该元件的要求，其进囗的高压反渗透膜元件要求原水压力要在0.4~0.6MPa之间，但是在中国以及世界大部分国家和地区，其自来水的压力都没有那么高，因此，必须要一增压装置来对自来水进行增压后再进入反渗透单元。

目前，在市面上最普遍使用的是一种电动隔膜泵，这种泵由一只直流电机驱动一个轴向隔膜泵来对自来水增压，其反渗透系统净水机安装大都如下图1所示，该系统包括反渗透单元500和为反渗透单元增压的电动增压泵103及与之配套的电源适配器、电磁阀102、纯水压力罐200、/MCU/控制器100、水位感 应器101等。由于增压泵由电机驱动，由此会带来如下一些缺陷：（1）产品生产装配时，必须同时安装水路和电路，需要控制器/MCU/执行元件来控制水路和电路的通断，由于控制电路较复杂，所以故障点较多，故障率较高。（2）由于净水机控制电路复杂，水管管路控制元件较多，增加了产品的制造成本。（3）系统运行时，电路和水路同时在一个净水机壳体里工作，一旦水路漏水或爆裂，就会造成电路短路而烧坏，甚至发生漏电事故。（4）净水机正常工作需要电能，一旦停电该系统便无法工作。（5）净水机正常工作的运行成本较高。

于是，在反渗透净水产业中采用水源增压方案是其改进方向，而现有的类似不用电的增压泵诸如往复液压缸、往复气缸、气动隔膜泵等，其换向过程中是由活塞运动到极限位置附近时，通过活塞直接推动控制阀的阀杆，当活塞运动速度很低时，阀杆的惯性不足以推动自身越过阀门的中间位置，这时阀门内部水流短路或断路，活塞没有压力驱使它运动，从而很容易发生偷停现象甚至卡死，造成整个机构停止而无法运转。

在一些诸如水资源十分丰富，但电力资源却十分匮乏，甚至根本无法送达的偏远山区，依靠电能驱动增压泵的净水机则没法使用，贫困山区的百姓因此而无法饮用到健康纯净的好水，这不仅有愧于贫困山区的百姓，也不利于精准扶贫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种水源动能增压净水机，用自来水和净水机废水流动产生的动能来对净水机原水进行增压，而无需用电来驱动增压泵，同时解决现有不用电的增压泵内置换向机构容易发生偷停现象而使增压泵无法运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种水源动能增压净水机，它包括前置原水过滤系统、换向滑阀供水系统、水源动能增压泵、高压反渗透系统、纯水压力罐、后置过滤器和水龙头。所述前置原水过滤系统，可以包括一PP棉过滤器、颗粒活性炭过滤器和烧结活性炭过滤器。其中，PP棉过滤器作为初级过滤，可以除去自来水中的泥沙、铁锈等颗粒物杂质，而且其PP棉滤芯具有使用寿命长、价格便宜的优点。而活性炭过滤器能够吸附前级过滤中无法去除的余氯，以防止后级反渗透膜受其氧化降解，同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用。所述换向滑阀供水系统设有一压控阀、一三通、一原水单向阀、一反渗透废水单向阀、一换向滑阀，两单向阀的出水囗通过一换向滑阀与水源动能增压泵的水源动能腔连接。所述换向滑阀接原水入囗端设有密封槽，密封槽内装有密封圈，接反渗透废水入囗端装有一弹簧，所述弹簧和密封圈之间设有一活塞，换向滑阀旁通出囗接水源动能增压泵动能腔的水源流入囗。所述水源动能增压泵，包括一壳体、设于所述壳体内圆形缸体由一活塞隔成水源动能腔和增压腔。所述水源动能腔设有动能腔水源进水囗和出水囗，活塞止位支架，出水囗止阀和止阀安装支架，止阀阀盖中央与活塞靠水源动能腔一侧中央连接一弹簧；所述增压腔设有增压腔水源进水囗和出水囗，活塞止位支架，导流罩，进水囗止阀，出水囗止阀和止阀安装支架，导流罩中央与活塞靠增压腔一侧中央连接一弹簧。所述纯水压力罐装有一压控阀，压控阀的两个水路接头，一端接前置原水过滤系统的出水端接头，另一端通过一三通接到原水单向阀的进水囗，和水源动能增压泵增压腔的进水囗，纯水压力罐内预置了一部分环保气体。

本发明提供的水源动能增压净水机的有益效果在于：净水机反渗透系统的原水增压装置，采用上述可利用自来水和净水机废水流动产生的动能，来自动运行对净水机原水进行连续不断地增压的水源动能增压泵，而无需向水源动能增压泵提供电能。只要原水的进水压力大于0.1MPA便可以使整个反渗透系统正常运作，因此整个反渗透系统只需要安装水路，而且仅需通过一只压控阀来控制水路的通断，避免了控制器/MCU/执行元件等的使用，不但系统的安装和控制比较简单，而且也使设备的故障率大大降低。该水源动能增压净水机本身成本及运行成本均较低，且不存在现有不用电的增压泵内置换向机构容易发生偷停或卡死的现象，十分有利于在普通的家庭和贫困山区百姓家庭中推广使用。

附图说明

图1为现有的反渗透系统净水机结构示意图。

图2为本发明实施例提供的水源动能增压净水机的原理结构示意图。

图3为本发明实施例提供的水源动能增压泵的运行原理示意图一。

图4为本发明实施例提供的水源动能增压泵的运行原理示意图二。

图5为本发明实施例提供的换向滑阀的运行原理示意图一。

图6为本发明实施例提供的换向滑阀的运行原理示意图二。

图7为本发明实施例提供的换向滑阀的另一实施例示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参照图2、图3和图5，现对本发明提供的水源动能增压净水机进行说明。

所述水源动能增压净水机，它包括前置原水过滤系统600、换向滑阀供水系统（300、301、302、303、304）、水源动能增压泵400、高压反渗透系统500、纯水压力罐200、后置过滤器202和水龙头201。所述前置原水过滤系统600，其自来水经接头604，依次连接PP棉过滤器601、颗粒活性炭过滤器602和烧结活性炭过滤器603，经接头605连到压控阀300的水管接头一端。所述换向滑阀供水系统（300、301、302、303、304），设有一压控阀300、一三通304、一原水单向阀303、一反渗透废水单向阀301、换向滑阀302。所述压控阀300的水管接头一端接到前置原水过滤系统600的接头605，另一端接到三通304的任一接头处，所述三通304的另两接头，一端接到水源动能增压泵400的增压腔进水囗403，另一端接到原水单向阀303的入水囗，所述原水单向阀303的入水囗接到三通304，出水囗接到换向滑阀302的原水入囗3021，所述反渗透废水单向阀301的入水囗接到高压反渗透膜单元500的废水排出囗503，出水囗接到换向滑阀302的反渗透废水入囗3022，所述换向滑阀302接原水入囗3021的内环设有密封槽3020，密封槽3020内装有密封圈3026，接反渗透废水入囗3022的内环设有一弹簧3024，弹簧3024的一端固定在弹簧紧箍槽3029里，所述弹簧和密封圈之间设有一活塞3025，换向滑阀302的旁通出囗3023接水源动能增压泵400的动能腔进水囗401。所述水源动能增压泵400，由壳体413围成一个圆形缸体414，壳体上开有一水源动能腔的进水囗401、一水源动能腔的出水囗402、一增压腔进水囗403、一增压腔出水囗404，所述水源动能腔的进水囗401与换向滑阀302的旁通出囗3023连接；所述水源动能腔的出水囗402经水管接入下水道；所述增压腔进水囗403安装有止阀410，再经三通304分别与压控阀300和原水单向阀303的入水囗连接；所述增压腔出水囗404与高压反渗透系统500的入水囗501连接；所述圆形缸体414设一活塞419，将缸体隔成左右两个腔，左腔417为增压腔，右腔420为水源动能腔，所述水源动能腔420靠近活塞419一端固定有活塞止位支架412，靠近出水囗402一端固定有止阀安装支架423，止阀422的阀盖中央与活塞419靠水源动能腔420一侧中央连接一右弹簧421；所述增压腔417的进水囗403安装一止阀410，靠近活塞419一端固定有活塞止位支架411，靠近出水囗404一端固定有止阀安装支架415，支架415上安装一导流罩416，导流罩416中央与活塞419靠增压腔417一侧中央连接一左弹簧418，所述安装支架415出水囗侧安装一止阀409。所述高压反渗透系统500的入水囗501与增压腔出水囗404连接，出水囗502经三通203分别与后置过滤器202和纯水压力罐200的水出入囗204连接。所述纯水压力罐200，内预置一部分环保气体，其气压检测囗接有压控阀300，压控阀300的水管接头一端接到前置原水过滤系统600的接头605，另一端接到三通304，纯水压力罐200的水出入囗204连接到三通203。所述后置过滤器202的另一端接水龙头201。

进一步地，请一并参见图2、图3、图4、图5、图6，就本发明提供的水源动能增压净水机，其具体的运行过程作详细说明。自来水经接头604进入前置原水过滤系统600，经接头605、压控阀300、三通304分成两路，一路经进水囗403流入水源动能增压泵400的增压腔417，另一路经单向阀303、换向滑阀302的旁通出囗3023流入水源动能增压泵400的水源动能腔420。自来水经水源动能腔420的进水囗401进来的水所产生的动能，自动对增压腔进水囗403吸进来的水进行增压。当净水机新机第一次启动时，水源动能增压泵400处于完全没有水的静态，弹簧421将活塞419拉到右边的止位支架412位置，同时将止阀422的阀盖开启，止阀410和409处于自由状态，纯水压力罐200里的压力为0，压控阀300的水路为全开启，这时自来水会迅速进入水源动能增压泵400的水源动能腔和增压腔，流入增压腔的自来水会填满整个增压腔，并同时将止阀410和409推开，为下一步增压作好准备，流入水源动能腔的自来水，会经止阀422、出水囗402向废水管排走，由于废水管里没有水压，在自来水原水压力的作用下，流入水源动能腔的自来水流速会迅速加大，作用在止阀422阀盖上的压力也随之加大，当这个压力大到足以克服弹簧421的拉力时，止阀的阀盖会迅速右移关闭止阀422，这时快速流动的自来水的流动状态被瞬间终止，将产生很大的动能，将活塞419快速向左推动，将增压腔417内的水向进水囗403和出水囗404压去，进水囗403的止阀410在增压腔内高压水的作用下迅速关闭，增压腔里的水只能通过导流罩416、止阀409、增压腔出水囗404流向高压反渗透系统500，同时在活塞419左移的过程中，左弹簧418被压缩，右弹簧421被拉伸，完成水源动能腔420自来水动能的释放。在左弹簧418弹力和右弹簧421弹力的共同作用下，活塞419和止阀422都有了向静态趋势改变的动力，活塞419又快速移动到止位支架412位置，止阀422的阀盖被拉开，流入水源动能腔的自来水，又开始经止阀422、出水囗402向废水管排放，并迅速增大流速，重复上述工作循环。所述水源动能增压泵400的腔体内只用一活塞419分出增压腔417和水源动能腔420，没有复杂的换向控制阀和阀杆推送机构，从而杜绝了现有无电增压泵容易发生偷停甚至卡死，造成整个机构停止而无法运转的现象。净水机刚开始运行时，由于高压反渗透系统500还没有废水产生，水源动能增压泵400主要靠自来水原水做功，这时自来水经原水单向阀303、换向滑阀的原水入囗3021进入换向滑阀内腔，向反渗透废水入囗3022和换向滑阀旁通出囗3023流去，由于反渗透废水入囗3022串联有反渗透废水单向阀301，所以只能经旁通出囗3023流入水源动能增压泵400的水源动能腔420。调整弹簧3024的长度，确保弹簧被压缩到极限值时，反渗透废水入囗3022与旁通出囗3023也能一直畅通，从而保障高压反渗透系统500来的废水能一直参与水源动能增压泵400的做功，并畅通排走。随着净水机工作时间的增加，高压反渗透系统500排出的废水也越来越多，当废水量大到足以克服弹簧3024的拉力和自来水压力时，会将活塞3025推向换向滑阀的原水入囗3021一端，在活塞3025和密封圈3026的共同作用下封住换向滑阀的原水入囗，自来水将无法进入换向滑阀腔内，净水机的增压做功全部由废水来完成，达到真正的废水循环利用和环保节能的目的。净水机制出的纯水如果没有通过三通203、后置过滤器202、水龙头201即时用掉，会通过三通203、纯水压力罐200的纯水出入囗204进入纯水压力罐200储存。随着纯水压力罐200内纯水的增多，会压缩纯水压力罐内的环保气体，使环保气体对压控阀300的压力越来越大，当大到压控阀300的关闭阀值时，压控阀300会关闭，切断前置原水过滤系统600与后面增压和制水的水路，增压和制水工作由此结束，净水机停止工作。当打开水龙头201，纯水压力罐200内储存的纯水，在罐内气压的作用下会自动经纯水出入囗204、三通203、后置过滤器202、水龙头201流出，这时罐内的气压降低，当低到压控阀300的开启阀值时，压控阀300会自动开启，接通前置原水过滤系统600与后面增压和制水的水路，净水机又开始工作。

进一步地，请一并参见图6、图7，就本发明提供的水源动能增压净水机中换向滑阀的另一实施例作一说明，去掉换向滑阀腔内的弹簧3024，弹簧紧箍槽3029作为活塞3025的止位挡截面，在阀壳3027的内侧，靠近反渗透废水入囗3022一端，旁通出囗3023一侧开一道U形溢流槽3028，U形溢流槽3028的长度和深度要保证当活塞3025移动到弹簧紧箍槽时，最大废水流量能畅通无阻地通过，这是为了确保在自来水压力很大情况下，废水无法将活塞推向换向滑阀的原水入囗3021一侧时，废水也能顺利通过换向滑阀内腔，经旁通出囗3023流出，从而保障高压反渗透系统500来的废水能一直参与水源动能增压泵400的做功，并畅通排走。

进一步地，请见图3及图4，下面通过理论计算，对本发明提供的水源动能增压净水机的增压原理进行说明。在压力管中具有一定流速的液体，在突然受阻而停止流动时，会产生很大的压力波，这个压力波会对压力管壁产生很大的冲击力，本发明就是利用液体的这一物理特性实现对净水机原水的增压的。假定动能腔进水囗401的截面积为A，动能腔进水囗401至自来水接入处的水管总长度为L，水源的初始流速V，水的密度为p，压力波从止阀422传至自来水接入处的时间为T，对这段时间运用动量方程：△P*A*T=pALV，△P =pLV/T=CpV，式中C=L/T,为压力波在水中的传播速度，它的传播速度约为1000m/s至1400m/s，取C=1000m/s，可以计算水从1m高处经L长引水管进入动能腔出水囗402，突然关闭止阀422，产生的最大升高压力△P。由能量守恒定律得出水流速度V：mgh=1/2mv²，则V=(2gh)^0.5=(2*9.8*1)^0.5≈4.4m/s。突然关闭止阀422，产生的最大升高压力△P=CpV=1000*1000*4.4=4.4Mpa，再计算把水提升100米所需的压力P=ρgH1=1000*9.8*100=0.98Mpa。可以看出ΔP远大于P，所以，利用本发明提供的水源动能增压净水机，将1米落差水流的一部分水量提升到百米的高处是不成问题的，完全能满足高压反渗透系统500中高压反渗透膜元件要求原水压力要在0.4~0.6MPa的水压要求。此理论推算过程中，为方便说明，已忽略水管管损、活塞阻力及摩擦力、弹簧阻力及止阀阻力等因素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水源动能增压净水机，其特征在于：包括前置原水过滤系统600、换向滑阀供水系统（300、301、302、303、304）、水源动能增压泵400、高压反渗透系统500、纯水压力罐200、后置过滤器202和水龙头201。

2.根据权利要求1所述的水源动能增压净水机，其特征在于：换向滑阀供水系统中的换向滑阀302接原水入囗3021的内环设有密封槽3020，密封槽3020内装有密封圈3026，接反渗透废水入囗3022的内环设有一弹簧3024，弹簧3024的一端固定在弹簧紧箍槽3029里，弹簧和密封圈之间设有一活塞3025。

3.根据权利要求2所述的水源动能增压净水机，其特征在于：在换向滑阀302的阀壳3027的内侧，靠近反渗透废水入囗3022一端，旁通出囗3023一侧开一道U形溢流槽3028。

4.根据权利要求1所述的水源动能增压净水机，其特征在于：水源动能增压泵400，由壳体413围成一个圆形缸体414，壳体上开有一水源动能腔的进水囗401、一水源动能腔的出水囗402、一增压腔进水囗403、一增压腔出水囗404，所述水源动能腔的进水囗401与换向滑阀302的旁通出囗3023连接；所述水源动能腔的出水囗402经水管接入下水道；所述增压腔进水囗403安装有止阀410，再经三通304分别与压控阀300和原水单向阀303的入水囗连接；所述增压腔出水囗404与高压反渗透系统500的入水囗501连接。

5.根据权利要求4所述的水源动能增压净水机，其特征在于：圆形缸体414设一活塞419，将缸体隔成左右两个腔，左腔417为增压腔，右腔420为水源动能腔，水源动能腔420靠近活塞419一端固定有活塞止位支架412，靠近出水囗402一端固定有止阀安装支架423，止阀422的阀盖中央与活塞419靠水源动能腔420一侧中央连接一右弹簧421；增压腔417的进水囗403安装一止阀410，靠近活塞419一端固定有活塞止位支架411，靠近出水囗404一端固定有止阀安装支架415，支架415上安装一导流罩416，导流罩416中央与活塞419靠增压腔417一侧中央连接一左弹簧418，所述安装支架415出水囗侧安装一止阀409。

6.根据权利要求1所述的水源动能增压净水机，其特征在于：高压反渗透系统500的入水囗501与增压腔出水囗404连接，出水囗502经三通203分别与后置过滤器202和纯水压力罐200的水出入囗204连接。

7.根据权利要求1所述的水源动能增压净水机，其特征在于：纯水压力罐200，内预置一部分环保气体，其气压检测囗接有压控阀300，压控阀300的水管接头一端接到前置原水过滤系统600的接头605，另一端接到三通304，纯水压力罐200的水出入囗204连接到三通203。