装配图便携式野外净水器

装配图便携式野外净水器,装配,便携式,野外,净水器 摘要 研究了一种可在野外无固定电源条件下对地表水等水进行快速处理的性价比更高的便携式净水器，对净水流程做了深刻的思考和分析，重新确定了最佳的净水流程，使净水系统的每一级净水更有针对性和可靠性，整个功能设计有很强的环保意识，从动力提供方式的选择，到净水流程中可能出现二次污染的思考，充分体现了绿色设计的概念。它不仅质量轻，方便携带，而且净水速度和净水质量都有保障。内部采用了分筒式的结构设计，由滤芯筒和活塞筒两部分组成，方便拆卸和安装，结构组装设计合理。该净水器不仅功能性很强，外观设计也简洁大方。充分考虑了人机工程学原理。 关键词： 净水器 便携式 净化 Abstract Study a kind of clean machine of water of hold type which can purify the earth's surface water etc. under the no power supply condition .the machine has good performance and low price ,so it is welcome to everyone who are want to travel to the nature .Do the deep thinking and analysis to the clean water current distance, re- make sure the best and clean water current distance, make clean system of water of clean water process more pertinence and credibility, the whole function design contain very strong environmental protection consciousness, from the choice of the way of motive provide, go to thinking of the clean water current distance may appear to pollute again, it is full of green design of concept. the quantity is light, it is convenience to take, and the clean speed of water and clean fluid matters quantity has the guarantee. The inner part adopted the structure design of the tube type, constitute from the tube of purifier and the piston tube two parts, it is easy to dismantles to unload and install, the structure construction design reasonable. the clean machine of water not only the function is very strong, external appearance design also simple and direct and generous. Well considered the principle of the person-machine engineering learns. Keywords: the clean machine of water, portable water purifier, clean 目 录 第一章 绪论 1 1.1引言 1 1.2课题背景、目的和意义 3 1.3净水器市场现状和未来 5 1.4本文要完成的内容 8 第二章 净水系统原理设计 9 2.1净水流程设计 9 2.2净水系统动力方案设计 12 2.3净水系统原理设计 12 第三章 净水器结构设计 15 3.1净水器总体结构设计 15 3.2净水器关键零部件设计 15 3.3净水器结构组装设计 27 3.4净水器技术指标的计算 28 第四章 净水器外观设计 29 4.1净水器外观设计手绘草图方案 29 4.2净水器外壳尺寸设计 31 4.3净水器外观效果图 32 4.4产品语义学设计 34 4.5产品细节设计 34 4.6净水器外观设计说明 34 第五章 结论与展望 36 5.1产品综合性能论述 36 5.2产品设计的优缺点评析 38 5.3展望 38 附录 39 参考文献 45 致 谢 46 第一章 绪论 1.1引言 水是一种神奇的物质。地球有三分之二以上的面积都覆盖了水。水是生命之源，没有水就没有生命。水是人类生命的第一要素，是人体七大营养素（水、蛋白质、脂肪、 碳水化合物、矿物质、维生素、纤维素）之首。水同时是最佳的溶剂，它在人体内携带着许许多多溶解或悬浮的宝贵化学物质，滋养着人体的生理。人体内的这个盐水海洋，流经所有的血管和人体内不论多细微的管道，冲击着每个细胞壁，注满每个细胞，人体任何部分缺了它，就将无法生存。成年人体内含水量约占体重的70%， 人体血液中水占90%，肌肉中的水占75%，骨骼里水占50%。人体中的水可以调节体温，促进新陈代谢，输送营养物质，排除废物，忙碌而有序。同时，水也参加化学反应，与蛋白质、糖、磷脂结合，发挥复杂的生理作用，由此可见，水是人体内含量最多的成分。人体内的水每5~13天更新一次，如果占人体比重70%的水分是洁净的，那么人体内的细胞也就有了健康清新的环境。健康、洁净的水可使人体的免疫能力增强，有利于促进细胞新陈代谢，那么体内的细胞也就丧失了恶变及毒素扩散的条件。人得病的几率自然就减小了。相反，如果人体减少水分10%便会引起疾病，只要失掉15%的水，生命就有危险，减少20%-22%就要死亡。在我们饮食上，没有哪种具有比水更重要的作用。没有食物，我们可以存活2至3周，而没有水，我们几天后就会死于脱水。人在孤立无助的困境中，只要有水，生命就会维持较长时间；生病时若无法进食，需要补充的首先是水。简言之，每天总稍加间隔就需要而且是必要的增加相应数量的水补充和排出，这不仅是生命的象征，也是生命的内容。对人来讲，水是生命的源泉，是人类赖以生存的基本要素之首。 但是如果不能饮用清洁的水，那么即使生命存在，也无生命质量可言。一个可怕的事实摆在人们的面前：由于水质的污染，污水已成为人类健康的隐形杀手。据世界卫生组织的（WHO）调查显示，全世界80%的疾病和50%的儿童死亡都与饮用水水质不良有关。世界上有12亿人口因为无法得到清洁的饮用水而患多种疾病。由于饮用不良水质导致的消化疾病、传染病、各种皮肤病、糖尿病、癌症、结石病、心血管病等多达50多种；由于水质污染，全世界每年有5000万儿童死亡，3500万人患心血管病，7000万人患结石病，9000万人患肝炎，3000 万人死于肝癌和胃癌。天津电视台也曾报道：中国每年有500万人死于因水污染而导致的疾病。联合国组织向全世界发出警告:全世界每天至少有5万人死于因饮用受污染的水而引起各种疾病。为此，联合国在2000年确定的“ 千年发展目标”中提出，要在2015年底前，使全球不能可持续获得安全饮用水的人口比例减半。各国元首和政府首脑已承诺在2015年年底前实现上述目标。 社会的发展，人类的进步对水资源的需求也在不断增加，我们人类的生存离不开水（如图1-1）。但是可供人类直接使用的水资源却随着时间的推移逐年减少变得越来越珍稀。与19世纪相比，20世纪世界人口增加了2倍，而人类用水却增加了5倍。在一些发展中国家，有50%的饮用水和60%的灌溉用水因使用不当而浪费；约90%的废水没有经过处理就被排放到河流、湖泊造成环境污染。众多数据表明：日益增多的工业废水和城市废水。严重影响了饮用水的水质。值得重视的是，污染水体的合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等合成有机化合物，以及氰化物、重金属类、放射性物质等有毒物质，它们极难降解净化，在水体中很难通过自净作用达到净化无害目的。科学家注意到水的污染 主要是由于新技术发展中产生的大量有机 物，有机化工、石油化工、日用化工、医 药、农药等工业的蓬勃发展，目前已知的 有机化合物约700万种，常用的5万种化 学品中95%以上是有机物，而且每年都有 成千上万种新的有机化合物被人工合成制 取，这些有机物在研制、生产和使用中都 可能会进入人体，全世界在水中已检测出 2221种有机物。目前，在几种污染重，物 图1-1 理污染与生物污染在饮水中基本能得到控制，但化学污染上升为主要矛盾。在化学污染中，无机污染基本能得到控制，有机污染上升为主要矛盾，成为危及人类健康及安全的主要敌人。 未经处理或处理不当的工业废水和生活污水排入水中，当数量超过水体自净能力时，就会造成水体污染，水污染是指进入水体的污染物含量超过水体本地值和自净能力，使水质受到损害，破坏了水体原有的性质和用途。水污染分为物理污染、生物污染与化学污染三类。物理污染是指水中含有的悬浊物及机械杂质，如泥沙之类（如黄河水就是黄土背冲入水中造成的物理污染）；生物污染是指水中含有的细菌、藻类、霉菌、酵母菌等微生物、病毒、热源、各种浮游生物、寄生虫及虫卵造成的；化学污染是指水中由化学物质导致的水质污染，它又可分为无机污染和有机污染。前者如水中含有的Hg、Cd、Cr、Pb等重金属和砷化物、氰化物、亚硝酸盐等无机物；后者如水中含有农药、除草剂、合成洗涤剂、有机溶剂以及各种各样的有机物。 水污染对人体健康产生严重的影响。大致来说，可分为以下三种。 1. 引起急性和慢性中毒 水体受化学毒物污染后，通过饮用水或食物链便会造成中毒，其中包括：慢性中毒和急性中毒。如：甲茎汞中毒（水侯病）、锅中毒、砷中毒、氰化物中毒、农药中毒、多氯联苯中毒等。铅、钡、氟等，也可对人体造成危害。这些急性和慢性中毒，是水污染对人体健康危害的主要方面。 2. 致突变、致畸和致癌作用 环境化学物质引起生物体细胞的遗传物质发生突然的可遗传的变异称为致突变作用，这也是一种特殊的毒作用，水中常见的污染物和一些农药及杀虫剂有致突变作用。 一些外来因素引起胚胎发生结构和功能异常称为致畸作用，孕妇因摄入甲基汞而发生先天性胎儿甲基汞中毒。胎儿发育受损，出生后反应迟钝、继而出现先天性痴呆和运动功能失调、危害了下一代的健康与生命。 越来越多的研究表明：大部分的癌症是由环境中的化学致癌因子造成的，而这些因子又广泛存在于地表水、地下水。到目前为止，美国饮用水中发现的化学污染物已超过2100种，其中已确认是致癌物和可疑致癌物的有97种，另有133种是致突变、致肿瘤或者有毒污染物，其余90%的污染物中有没有或者有多少致癌物还未确定。这些致癌因子又是从何而来的呢？很显然，地表水和地下水中的致癌因子主要是来源于工业废水、化肥和农药。某些有致癌作用的化学物质，如砷、铬、镍、铰、苯胺和其他的多环芳烃污染水体后，可以在悬浮物、底泥和水生生物体内蓄积。长期饮用含有这类物质的水，或食用体内蓄积有这类物质的生物，就可能诱发癌症。致突变、致癌和致畸之间存在着密切的相关性。 3. 发生以水为媒介的传染病 19世纪以前水污染最可怕的是生物污染，它发生最早，延续时间最长，对人类的危害最大。主要指病原性微生物污染而引起的霍乱、伤寒、脊髓灰质灸、甲型病毒性肝炎等，通过水传播而发生的传染病暴发，瘟疫流行曾夺走了千百万人的生命，现今世界上某些落后地区及农村地区仍然常有这类水中生物污染导致的流行病暴发。此外，由于吃了受污染的水或食物而致使人内寄生虫之病患也十分常见。 此外，水体污染后，常可引起水的感官状态恶化。如，某些污染物在一般浓度下，对人的健康虽无直接危害，但可使水发生异臭、异味、异色，呈现泡沫和油膜等，妨碍水体的正常利用；铜、锌、镍等物质，在一定的浓度下能抑制微生物的生长和繁殖，从而影响水中有机物的分解和生物氧化，使水体的天然自净能力受到抑制，影响水体的卫生状况。 1.2课题背景、目的和意义 1.2.1课题背景 全球水质现状促进了家用净水设备的诞生 ，在中国90年代初期，家用纯水机、净水器就已经出现 ，但限于各地的水质情况和当时的消费观念 、经济以及市场宣传等多方面的因素 ，家用纯水机、净水器一直没有得到快速的发展。现在，随着桶装水的普及 ，人们的用水观念已发生了极大的转变 ，加上自来水水质状况的日益恶化，已经形成了广泛的市场需求。 但是不论城市水厂或现有的各类家用净水器的处理工艺和设备都需要电源,处理水均需要管道输入或输出,这就限定了净水器必须在固定点上使用,而不能随身携带,不能随着使用者的活动而在不同的场合和地点使用 。 在我国农村及边远地区仍有大量人员的饮水仍未经严格处理或根本未处理。尤其是流动性大且较分散的边防哨所,野外值勤小分队,地质勘探人员,牧民、渔民等由于无法携带大量饮水,更是经常饮用浑浊的含有大量细菌的污染水,严重地影响了身体健康和工作。然而，目前市场上销售的净水器一般是采用活性碳、磁铁、麦饭石等材料净化，其缺点是体积大、笨重且不能去除水中细小杂质和大量细菌、病毒。 专利资料显示，从90年代初，国内对便携式净水器已经有了想法，人们试图尝试摆脱净水器受固定电源的限制，有了这种想法，多种便携式净水器诞生了，专利号为92237734.0、97222143.3、97229982.3、99221536.6、99201207.4、03234134.2、200420112834.3(如图1-2)这些便携式净水器技术上比较落后，外观设计很粗糙，简单却缺乏美感，他们忽略了造型的设计，因为工业设计在中国还处在一个刚刚发展的阶段，有很少的一部分人知道“工业设计”这个名词，对工业设计的理解更是少之又少，这些便携式净水器很多是由搞机械设计的人员设计的，他们对工业设计还不是很了解，故对于产品他们只强调了功能性，而根本没有考虑美观性。 图1-2 国内七种专利便携式净水器 1.2.2课题目的和意义 为了改善野外作业、旅游、探险、救灾等人员方便用水的状况,以及提高人民生活及健康水平,一种简单、经济,不受其它条件限制的便携式净水器是完全有必要的。便携式净水器不仅要能适合不同水体，而且要能去除水中异味、色度、硬度、浑浊度、细菌、病毒、重金属、致癌物等，净化后的水可直接饮用，且口感好无异味。 1.3净水器市场现状和未来 1.3.1 净水器发展概况 随着环境水资源的污染状况恶化及净水技术的不断发展，作为一种新型产品——净水器得到了迅猛的发展。各种品牌产品的生产厂商如雨后春笋般不断出现。主要厂商集中在上海、江浙、广东地区。以广东市场为例，目前广东市场上净水器主要品牌（按产品上标注的生产厂商所在地）可分为三类： 第一类进口品牌（6 种）：安邦（美国）、爱惠浦（美国）、洁碧（美国）、道尔顿（英 国）、康迪（瑞士）、MSR（美国）； 第二类为广东省品牌（包括合资品牌共8种）：爱奴（深圳）、雪科露（深圳）、立升（深圳）、安吉尔（深圳）、西格玛（深圳）、碧源（广州）、净宝（广州）、浦露泉（中山）； 第三类为外省产品（3种）：天磁（天津）、沁园（宁波）、东方（上海）。 进口品牌价位很高，多数在3000 元人民币以上，国产品牌部分（采用反渗透净化技术的产品）在1000-3000 元之间，大多数在几百元之间。 从净水技术及工艺来分，主要有以下四种类型： 、早期的简单过滤型 此类型的净水器主要是采用砂芯过滤器。结构简单，只能除去杂质尘埃等。现在已经基本见不到这类净水器产品。 、活性碳、陶瓷等吸附过滤型 采用活性碳吸附再加银消毒的方法。活性碳的吸附能力有限并且吸附能力随着处理水量、使用时间的增加而降低，需要及时更换滤芯。这类产品多数是由小生产厂家生产。陶瓷滤芯净化原理与活性炭类似，不过相对过滤效果好，寿命长，但价格较昂贵，也不能完全去除细微的细菌等，此类产品属中高档。 、软水、矿化、磁化型 采用离子交换树脂、永磁铁、麦饭石等材料，适用于硬水地区，但同样存在上述活性碳吸附的缺点。一般是将活性碳与离子交换树脂结合使用，成为矿化净水器。 、膜分离过滤型 主要有微滤（MF）、超滤（UF）、精滤（NF）和反渗透（RO）等。应用这类技术的净水器价格昂贵，体积大。中空纤维束是一种新颖的膜分离过滤方式，成本/性能比较低。因此，近期出现了较多采用此类净化技术的产品。 净水器在经济相对发达的欧美、日本、东南亚普及程度较高，部分国家家庭拥有率达到70%。然而我国国内市场上净水器的销量一直得不到迅速的提高，据1991年的不完全统计中，我国净水器生产厂仅有50家左右，基本集中在上海。1989-1991 年全国销售量累计约100万台左右。到世纪末，净水器生产厂商已经多达数百家，仅浙江慈溪一带的净水器生产能力已经达到300万台。但据调查，2000年全国销量不上100万台，生产商的产能多数闲置，造成资源的浪费，有较多的因素制约着净水器市场的发展。 资料显示更多的是对家用净水器的关注，人们对家用净水器的使用意识还很欠缺，对于便携式净水器的意识就更淡薄，这里列举一下造型和功能比较权威的便携式净水器（如图1-3）： (a) (b) (c) 图1-3 这三款便携式净水器是目前来说技术和造型都比较前卫的。(a)型看起来比较笨重，加压过滤，采用0.3微米的防堵塞玻璃纤维滤芯和活性炭，出水量约为1升/分钟，重量约310克，规格为7.6*16.5*6.1厘米。(b)型采用的是自重过滤，采用0.2微米的陶瓷滤芯。出水量约为5升/分钟，重量越620克，规格为10*19厘米。（c）型造型很时尚轻巧，采用加压过滤，采用0.2微米的陶瓷滤芯。出水量约为1升/分钟，重量约为580克，规格为27*6厘米。这三款是市场上便携式净水器的典型，（a）技术性强（c）造型时尚（b）动力提供方式受约束。 1.3.2市场发展的制约因素 目前制约净水器市场发展的因素主要表现在以下几个方面： 净水器国家标准不完善，纯水、矿化水争论不休。 目前，净水器标准除城镇建设行业标准《CJ3023-93活性炭净水器》、《CJ3026-94饮用水一体化净水器标准》之外，几乎没有其他方面的检验衡量标准。由于缺乏标准指导，市场上纯水净水器（主要是反渗透净水器）、矿化水（主要是磁化、矿化净水器）两大阵营在媒体报刊上争论不休，甚至于相互攻击，造成消费者无所适从。 另据调查，消费者不敢相信广告所宣传的净水器，也希望尽早出台相关的产品标准。 产品定位局限。 目前国内多数厂商将净水器定位为保健美容产品宣传，也许是为了追求现代人保健美容的时尚。然而保健美容给人的感觉总是没有大众化。据调查，日本的净水器产品，一般定位在厨房家电类，多数和厨房家电如电饭锅、电开水壶等放在一起宣传。这样，无形中消费者会将净水器和电饭锅当作同一类产品。日本的净水器普及率（据说达到了70%）很高和此有一定的关系。 消费者对净水器缺乏认识。 我们对广州、深圳两个较为发达的城市做过调查，广州各个大商场30分钟内都有3-6批（以一个光临小团体或家庭为一批）顾客光临净水器柜台，购买或者询问净水器有关问题（其中中老年人较多，年轻人少），然而很少有人购买净水器；此外，通过对消费者的咨询，多数消费者对净水器一无所知，对净水器的净水功能持怀疑、观望态度。这是制约净水器行业发展的关键因素。 产品质量参差不齐，销售管理不规范。 作为提供与人息息相关的饮用水的产品，净水器的卫生要求不可忽视。虽然大多数的净水器品牌能满足饮用水的卫生要求；但仍然有很多的杂牌净水器产品，从外观到结构都无法达到起码的卫生要求，甚至有的活性炭净水器动一动就有碳粉掉落，有的净水器外壳及内壁粘满灰尘。而作为产品销售终端—— 商场对净水器产品的管理也不规范，有的商场净水器产品专柜类似杂货铺，甚至有的商场没有净水器产品专柜，各个品牌的净水器产品分布在各个不起眼的角落，产品也粘满灰尘。 净水核心技术掌握不足，滤芯制造缺乏统一的标准，滤芯的更换成为净水器发展的瓶颈。 国内多数厂商只能制造活性炭滤芯，而对中空纤维、反渗透膜、陶瓷滤芯等净化先进技术掌握不足，依靠进口滤芯。同时，滤芯的制造也缺乏统一的标准，一旦购买的某个品牌的净水器后，后续的滤芯更换只能购买同一个厂家的产品，消费者失去了自由选择的权力。部分消费者担心生产家不生产时，昂贵的净水器便失去用处，或者可能在滤芯价格上被厂家任意宰割。 市场缺乏强有力的品牌支持，并缺乏相应的监督机制。 净水器生产是一个新兴行业，国内知名品牌如海尔等均没有涉足净水器的制造，国人熟悉的国外品牌如松下等没有进入中国市场。净水器市场正处在战国时代，各个品牌产品都说自己是国内外知名品牌或者是采用国际先进技术制造，而市场对此又没有相应的监督机制，厂商的不真实宣传加大了消费者的怀疑态度。 其他饮用水相关产品如瓶装、桶装纯净水、饮水机等也是制约净水器发展的一个不可忽略的因素。 1.3.3市场发展前景 根据以上的制约因素，净水器市场的发展应当从以下几个方面解决： 市场游戏规则的制定是市场发展的前提，加快研究建立相关的行业行规，规范净水器行业的行为是重中之重； 重新进行净水器的市场定位，只有成为家庭必须的厨房用品之后，净水器产品才能引起广大消费者（特别是广大的农村消费者）购买的欲望； 加强市场营销力度及市场管理监督机制，让消费者了解净水器产品； 加强研究和应用先进的净化技术，解决净水器发展的瓶颈—— 滤芯问题。 目前，净水器的类似产品—— 饮水机在市场上独领风骚，年销量在千万数量级，然而单纯的饮水机有着无法避免的缺陷，如：送水及储水麻烦、购买纯净水费用高、长期使用无法保证饮水机内部的卫生等。特别是近几年多次报道桶装水合格率很低，使得用户的饮用水健康根本无法得到保证。饮水机的所有功能净水器都具备，但却避免了以上缺点。 随着制约市场发展因素的逐步解决，单纯的饮水机将逐步退出市场。而净水器的功能将多样化（如自动加热、或增加冲咖啡、泡茶功能等），并将逐步向家电方向发展，未来的净水器将成为家庭中必不可少的一个厨房家电。 1.4本文要完成的内容 此次设计本着“以人为本”的设计理念，设计一款便携式净水器，要求过滤面积大，体积小。在有限空间能完成流量过大的需求。可以很方便的拆卸安装，以便安装清洗，以及更换滤芯。该便携式净水器采用高科技材料，经过多级过滤、吸附杀菌、抑菌等多重过滤系统，具备过滤性，去除水中的悬浊物及泥沙等机械杂质；消毒性，去除水中细菌、藻类、霉菌、酵母菌等微生物、病毒、热源、寄生虫及虫卵；吸附性，去除水中汞、镉、铅等重金属和各种有机物。并且在宏观上体积要小，质量要轻，结构要紧凑，设计要合理，外观要美观大方，从而解决无电源、不能直接饮用水的净化和饮水问题。最终保障的是全人类的身体健康。 针对这个设计目的，本文要研究及讨论实现的内容有： 1. 分析各类净水滤芯的特点，以及净水技术和工艺的特点，确定该净水器的净水系统原理设计方案。 2. 根据确定的净水系统原理方案，进行净水器结构设计以及绘制关键零部件的三维图和二维尺寸图。 3. 针对确定的净水系统结构，进行外观设计。 4. 产品综合性能论述。 48 中国农业大学学士学位论文 内部净水系统原理设计 中国农业大学学士学位论文 第二章 水系统原理设计 第二章 净水系统原理设计 2.1净水流程设计 分析各种净水原理和方法以及水质的污染状况，来设计净水流程。 净水器根据净水的原理和方法，主要可以区分为机械式净水器和化学式净水药片。在机械式净水器中由于使用的过滤介质不同还可以再细分为陶瓷、活性炭和玻璃纤维等几种机械式过滤器。而化学式净水片也因为使用的消毒元素不同而分为银、碘、和氯三种。以下简要说明以下它们的净水原理和特点。 一、机械式净水系列 过滤法的原理与化学杀菌法完全不同。它是以机械的方法将水中的微生有机物、脏物、残骸和粒子全部去除。现在的水过滤器装置一般孔径都可以达到微米级，小到足以滤除原微生物和绝大多数细菌，但是又多少缺乏滤除足够百分率的病毒，所以还不能称为净水器，不同的过滤器有不同材料和不同孔径的滤芯，孔径的大小直接决定它能滤除哪些物质，同时也决定出水的速度。很明显孔径越小，过滤的效果越好，但出水的速度越低。 陶瓷滤芯的历史掌故： 　　用陶瓷净化水的文化历史悠久，在远古但高度文明的地区，陶瓷早被用作储水容器和管道，在希腊克利特岛上有一座寺庙叫克诺斯，里面所有的管道和容器都是由陶瓷做成的，水感凉爽、自然而甘甜。以深度过滤为原则用微孔陶瓷净化饮用水具有很长的历史和广泛的事实记录，十九世纪初，细菌学家路易·帕斯特（LOUISPASTEUR）因为当地饮用水缺乏而开创了陶瓷过滤器的先河。 　　现在的陶瓷滤芯一般由硅藻土和粘土混合制成，形成非常精细的过滤媒介，微滤孔一般在0.4~0.2微米，这种亚微米的孔径足以滤除原生物和几乎是所有的细菌，而它更大的优点还在于它的过滤能力和很长的使用寿命。根据陶瓷的滤水特点，有机微生物和其它杂质都会附着在滤芯的外壁上，并且可以轻易地清除掉，陶瓷滤芯的寿命可以长达50000升，因为它的滤孔很小，所以出水量一般会比人选材料略小，采用陶瓷滤芯的净水器市场零售价一般在600元到2500元之间，著名的品牌有康迪（KATADYN）和MSR。 陶瓷滤芯： 　　微孔结构的陶瓷滤芯中掺有银粉，它可以有效抑制细菌的滋生，均匀的滤孔小到0.2微米，所以可以有效滤除各种细菌（尺寸为0.3~1.5微米）和原生物（尺寸为1~100微米），陶瓷滤芯经过清洗后可以重复使用所滤水容量很大。 活性炭滤芯： 　　活性炭滤芯具有滤除水中有害有机物和无机物的能力，它可以过滤水中的异味和气味，从而改善水质，也可以滤除氯气，杀虫剂和其它化学污染，这些杂物会粘附于活性炭的表面，但活性炭粒子不可再生利用。 　　玻璃纤维滤芯： 　　能有效的去除水中的悬浮物，颗粒等。 超细的玻璃纤维丝经两层折叠可以制成深度净水滤芯，标称孔径为0.3微米，可以滤除所有的细菌和原生物，柔韧的玻璃纤维褶皱处理可使过滤面积大大增加和过滤容量大大增加，净水速度也因此加快。 二、化学式净水系列： 　　银：根据阳极吸引的原理，银离子会被吸向细菌，穿透细胞膜之后银离子会破坏细菌的DNA，因此而防止了进一步繁殖，细菌的呼吸系统受到攻击和阻隔从而引起连锁反应，结果杀死细菌。 　　氯：氯是世界上被广泛应用于杀菌消毒的最普通的物质，它应用范围广起作用快，但是氯不适合于应用在水保存，并且使用时必须要使用合适的剂量。 　　碘：像氯一样，碘也是一种卤素，并具有类似的作用原理，但它具有更大的PH独立性所以比氯更易于保存，它的力度也较弱，所以需要有更长的作用时间，如果没有活性炭进行再次过滤，碘会使水的滋味变得很糟，为了消除碘的异味，只在有活性炭滤芯时才使用。 市场上很多便携式净水器为了节约净水器占用空间，以及减轻净水器的重量，在滤芯的选择上并不是很科学，这种产品是以牺牲人类的健康达到便携的目的，目前，在技术上能够达到比较全面净水效果的单一滤芯只有国外一些净水器著名的厂商做的比较好，比如：瑞士康迪，该公司早在1928年便开始生产高质量的便携式净水器。尽管如此，但是集成效果肯定不如多级单一效果好，并且多级单一过滤的性价比更高。 未经处理或处理不当的工业废水和生活污水排入水中，当数量超过水体自净能力时，就会造成水体污染，水污染是指进入水体的污染物含量超过水体本地值和自净能力，使水质受到损害，破坏了水体原有的性质和用途。水污染分为物理污染、生物污染与化学污染三类。 物理污染是指水中含有的悬浊物及机械杂质，如泥沙之类（如黄河水就是黄土背冲入水中造成的物理污染）； 生物污染是指水中含有的细菌、藻类、霉菌、酵母菌等微生物、病毒、热源、各种浮游生物、寄生虫及虫卵造成的； 化学污染是指水中由化学物质导致的水质污染，它又可分为无机污染和有机污染。前者如水中含有的Hg、Cd、Cr、Pb等重金属和砷化物、氰化物、亚硝酸盐等无机物；后者如水中含有农药、除草剂、合成洗涤剂、有机溶剂以及各种各样的有机物。 目前，市场上的净水器质量参差不齐，其中重要的因素是水质污染分析的不到位，仅限于去除水中的悬浮物和微生物，对水质进行吸附和杀菌消毒。并且往往是标称使用一种特制滤芯一步到位净水。所以该设计要避免这个问题，真正的解决实际问题。 通过分析机械式净水和化学净水的原理和方法，以及水质污染状况，秉承“设计以人为本”的设计理念，定位于性价比更高的便携式产品，设计内部净水系统流程，采用多级净水系统，分别针对水体污染的三个方面：物理污染、生物污染以及化学污染，以及考虑到世界范围内各地政府对饮用水标准的关注， 设计最优化的水处理顺序为： 物理污染 生物污染 化学污染 针对优化的水处理顺序，设计内部净水流程（如图2-1）为： 1. 先通过预处理，在净水器外部实现对一些体积比较大的草叶，枝条以及体积相对较大的微生物残骸等物理污染物。再通过一级过滤去除水中其他的悬浊物以及水中的泥沙等物理污染物。并且从流体力学的角度来分析，在预处理阶段和一级过滤阶段要保证净水的速度和净水量。权衡这些方面的要求，设计采用玻璃纤维滤芯，柔韧的玻璃纤维褶皱处可使过滤面积和过滤容量大大增加，并且净水速度也因此加快。 2. 通过预处理和一级滤水处理，基本上物理污染物可以从水中去除，伴随着进水中物理污染物的减少，水处理进入了二级滤水阶段，这一滤水阶段，主要是针对的生物污染物，水中存在大量的微生物，这些微生物严重影响着人体健康，处理生物污染的方式主要有两种，一种是采用吸附的方式，应该说属于物理的方法，陶瓷滤芯吸附，或者活性炭吸附，但是前者价格比较昂贵，并且质量相对比较大，不能完全去除细微的细菌，而后者的吸附能力有限，并且伴随着处理水量和使用时间的增加而降低。这两种物理方式只是阻止了微生物进入到水体中，但是微生物的生存能力很强，在陶瓷滤芯和活性炭滤芯上继续存活繁殖的几率很大。另外一种处理生物污染的方式就是杀菌消毒，这种方式通俗的讲应该属于化学方法。化学方法只要一定量的净水药片就可以，它去除水中的微生物比较彻底。但是化学方法处理以后，会产生微生物的残骸、化学净水药品的味道会残留在水中，净水药片无机物也避免不了进入水中，造成了二次污染，这种二次污染里面既存在着物理污染物，也存在化学污染物。通过分析比较物理方式和化学方式处理生物污染的原理和特点，设计采用化学净水药片，效果好，质量轻，便于达到便携式的设计目的。虽然造成了二次污染，但是可以在三级滤水阶段同时去除。 3. 伴随着净水过程的进行，净水进入到三级滤水阶段，即处理化学污染物，在这个阶段中，化学污染物一是来自水源中存在的有机物和无机物，二是来自二级滤水阶段中的二次无机污染物。在这个阶段采用活性炭滤芯是再好不过的了，活性炭不仅可以吸附有机物也可以吸附无机物，可以去除水中的异味和异色，也可以吸附二级滤水阶段产生的微生物残骸，可以兼顾很多方面，它的价格也是最便宜的，质量也很合理。净水后的水可以立即饮用，活性炭的吸附作用不用担心净水药片对水的味道的影响。这个滤水过程是依据水中污染物的性质来合理设计的，设计原理没有任何赘余。兼顾了净水效果，兼顾了体积和质量，兼顾了性价比，兼顾了净水的速度等等，整个原理设计绿色环保，没有对外界造成二次污染。 化学污染 生物污染 物理污染 三级滤水 （活性炭滤芯） 二级滤水 （净水药片或固体消毒剂） 一级滤水 （玻璃纤维滤芯） 预处理 二次污染 生物、化学污染 图2-1内部净水流程图 2.2净水系统动力方案设计 家用净水器的净水动力提供方式是固定电源的形式，而便携式净水器与家用净水器的一个最大的区别就在于动力的提供方式没有家用的便捷，那么除了这种固定电源的方式，我们能够利用的还有机械能或者化学能（如图2-2），机械能包括依靠水自身的重力、外力作功两种形式，其中外力作功的形式又有很多方案可以设想，如手动式，脚踏式，吸管式等利用正负压的作用吸水。化学能主要包括使用化学电池。 化学能 外力做功 动力提供方式 机械能 手动式 脚踏式 吸管式 水自身重力 图2-2动力提供方式图 化学电池能够让净水器的体积做的更小，结构更紧凑，但是化学电池能够提供的电能是有限的，在野外的情况下，用电量是不可以估计的，并且化学电池不环保。不符合绿色环保的设计理念。化学电池用在短时间的应急场合比较合适。 机械能的这两种形式用于便携式净水器都有它实现的可能性。 所以，总体设计方案中确定利用机械能作为动力提供形式。 2.3净水系统原理设计 根据机械能提供方式的不同，设计净水原理如下： 2.3.1净水系统原理设计方案一 该方案（如图2-3）的动力部分依靠水自身重力来实现，这就决定了预处理阶段是在净水器体内进行的，要利用人力和器皿把水倒入净水器最高位置的水箱中，水箱中过滤网过滤水中体积相对比较大的物理污染物，水再进入玻璃纤维滤芯中，进行一级滤水，除去了水中其它大部分的物理污染物，水接着进入到固体消毒剂中，进行二级滤水，进行消毒杀菌处理，二级滤水阶段容易产生二次污染，这部分污染随着二级处理完的水一起进入到活性炭滤芯中，进行三级滤水。吸附除去水中的有机物和无机物以及去掉水中的异味和异色。 预处理 水的重力 方向 水箱滤水 一级滤水 玻璃纤维滤芯 二级滤水 固体消毒剂 三级滤水 活性炭滤芯 图2-3净水系统原理设计方案一 该方案的优缺点评析：动力部分依靠水的重力作用，节约了结构空间，但是净水速度很慢，在没有外界压力的情况下，随着滤水时间的推移，水的通过性能力会降低，影响到净水的速度。 由于是依靠水的重力作用，那么水必须要依赖于人力取水倒入到净水器中，这增加了人野外作业的危险性。 2.3.2净水系统原理设计方案二 该方案(如图2-4)的动力提供方式为外力做功，采用手动活塞式。 预处理在净水器外进行，用一段塑料管，一端接上预过滤头，伸到水中，塑料管上在适当的位置设置净水浮漂，防止水管扎入到待处理水的底部。塑料管的另一端与净水器相接。 抽动活塞，使活塞筒中产生负压，进水阀门打开，水从外界经过预处理进入到玻璃纤维滤芯中，除去水中的物理污染物，负压使水进入到中空玻璃纤维滤芯的中空部分，中空部分放置净水药片，对水进行杀菌消毒，这样水进入到活塞筒中，下压活塞，打开出水阀门，使活塞筒中的水进入到活性炭滤芯中，二级过滤产生的二次污染和活塞筒自身的污染一起进入到其中，进行吸附过滤。由上端盖的出水口出水。 手动活塞 净水药片 活性炭滤芯 玻璃纤维滤芯 预处理 正压吸水 负压压水 图2-4净水系统原理设计方案二 该方案优缺点分析：采用活塞动力使净水的速度加快，但是增加了机械结构设计，利用滤芯的中空部分放置净水药片既节约了空间，又使净水的质量得到了保证。 2.3.3净水系统原理设计方案的确定 在野外的环境中，安全是第一位的，而方案一中要依赖于人去野外取水，很容易产生意外，比如说潭水比较深，边上比较滑，人去取水，很不安全，并且人要重复取水，也不能控制净水器自身净水的量。方案一的安全性和净水速度不能保证。相对方案一来说，方案二由于预处理是将预过滤头直接伸到水中，净水浮漂可以防止预过滤头扎到水的底部，降低了危险系数，由于采用手动活塞净水速度和出水量可以得到控制。 综上所述，确定最终方案为：方案二 中国农业大学学士学位论文 第三章 净水器结构设计 第三章 净水器结构设计 3.1净水器总体结构设计 依据净水系统的原理设计方案，进行内部结构设计。净水器内部结构原理示意图如下： 净水器内部结构由两部分组成，左侧的滤芯筒，右侧的活塞筒，滤芯筒下端设有进水口，上端设有出水口，主要由：滤芯外套筒、玻璃纤维滤芯、滤芯挡板、活性炭滤芯、上端盖这五部分组成（这里先不计密封圈的设置）。活塞筒下端设有进水阀和出水阀，主要由：上端盖、活塞筒、活塞柄、活塞杆、活塞五部分组成（不计密封圈的设置）。 图3-1净水器内部结构原理示意图 3.2净水器关键零部件设计 净水器内部结构的设计不仅要达到基本功能的实现，并且要兼顾组装的可行性。该便携式净水器不仅要求便携，还要求方便于组装拆卸，设计内部结构时要注意这个问题。 3.2.1滤芯筒内部关键零部件设计及二维尺寸图 3.2.1.1玻璃纤维滤芯的选择 市场上销售的标准玻璃纤维滤芯的尺寸一般为：内径为65mm左右，外径在75mm左右。也就是说尺寸相对比较大，更多的是应用于家用净水器，而便携式净水器为了节约空间体积，考虑个人饮水量的问题，不能够选择市场上的标准件，可以定做内径为30mm，外径为50mm，长度为100mm的滤芯。孔径选择0.5微米。孔径的大小直接影响着净水速度，这种尺寸的玻璃纤维滤芯就可以去除水中的悬浮物和颗粒，并且也可以保证净水速度。 玻璃纤维滤芯（如图3-2）主要尺寸规格：30mm*50mm*100mm （内径* 外径* 长度） 孔径：0.5微米 在滤芯的上下两个端面开有两个尺寸相同的密封槽，上端面放置圆形密封垫片，下端面放置环形密封垫片。 图3-2 玻璃纤维滤芯三维图和二维尺寸图 3.2.1.2活性炭滤芯的选择 玻璃纤维滤芯是一级过滤，主要解决的是物理污染，而活性炭滤芯是三级过滤，主要解决的是化学污染，这两个滤芯是装在同一个滤芯筒中，玻璃纤维滤芯的尺寸决定着它的净水量，而玻璃纤维滤芯的净水量又直接影响着活性炭滤芯的净水量，从而影响着活性炭滤芯的尺寸。因此活性炭滤芯也不能够采用市场上的标准件，只能另行设计尺寸定做，内径20mm，外径50mm，长度100mm， 活性炭滤芯（如图3-3）的尺寸规格：20mm*50mm*100mm（内径* 外径* 长度）。 在滤芯的上下两个端面开有两个尺寸相同的密封槽，下端面放置圆形密封垫片，上端面放置环形密封垫片。 图3-3 活性炭滤芯三维图和二维尺寸图 3.2.1.3滤芯外套筒的设计 选择了玻璃纤维滤芯和活性炭滤芯的尺寸以后，设计滤芯筒（如图3-4）的外径为70mm，筒壁厚为3mm。 在滤芯筒侧面的上端设有一个三级滤水进水孔。考虑到加工工艺的问题，将一级滤水进水孔设置在下端面。 在滤芯筒下端面的正中央设有一个出水孔，接有标准接头，再通过软管与活塞筒的进水阀门相接。 滤芯材料选择抗冲pvc塑料。 图3-4滤芯外套筒三维图和二维尺寸图 3.2.1.4滤芯挡板设计 滤芯挡板设计（如图3-5，3-6）所示，上下两个面开有两个尺寸完全相同的圆形密封圈槽，为了密封滤芯，隔绝滤芯内外腔液体。环面上开有o型圈槽，防止玻璃纤维滤芯和活性炭滤芯两个滤芯中的液体互通。滤芯正中心设有一个直孔，方便于安装和拆卸，也减轻了零件的质量。 确定了滤芯筒的外径尺寸以及壁厚，滤芯挡板的直径也就能够确定70－3×2=64（mm） 滤芯挡板的直径尺寸为：64mm 滤芯挡板材料选择抗冲pvc塑料。 图3-5 滤芯挡板三维图 图3-6滤芯挡板二维尺寸图 3.2.1.5上端盖的设计 上端盖（如图3-7，3-8）内部中心有出水导路，导路的进水口与活性炭滤芯上端面密封垫片固定，上端盖的根部就是密封槽，密封滤芯外套筒。 上端盖材料选择抗冲pvc塑料。 图3-7 上端盖三维图 图3-8上端盖二维尺寸图 3.2.1.6密封圈的设置 密封圈可以根据产品的需要，自行设计它的尺寸和形状（如图3-9，3-10）。 圆形和环形垫片（如图3-9），当A为0时，则为圆形垫片，当A不为0时，则为环形垫片。 1. 活性炭滤芯与上端盖之间设有环形密封垫片，隔绝滤芯内外腔的液体。 2. 玻璃纤维滤芯与滤芯筒下端面之间设有环形密封垫片，隔绝滤芯内外腔的液体。 3. 整个滤芯筒上端面与上端盖之间设有环形密封垫片，防止滤芯筒中的液体流出体外。 4. 滤芯挡板上的两个圆形密封垫片和一个o型圈（如图3-10）的设置在3.2.1.4中已描述过。 净水产品中，所有接触到水的材料的选择都应该采用无毒材料，故密封圈的材料选择无毒橡胶（符合中华人民共和国城镇建设行业标准 CJ3023-93见附录一）。 图3-9 密封垫片三维图及二维尺寸图 图3-10 O型密封圈三维图和二维尺寸图 3.2.1.7消毒器的设计 消毒器（如图3-11）内装净水药片（碘或氯），设置在玻璃纤维滤芯内腔中，设置在一级和三级滤水中间。 消毒器采用无毒塑料（符合中华人民共和国城镇建设行业标准 CJ3023-93见附录一）。 图3-11 消毒器三维图 3.2.2活塞筒内部关键零部件设计 3.2.2.1活塞筒的设计 活塞筒（如图3-12）的外径为32mm，壁厚2mm，水容量高度约为160mm。 活塞筒要有一定的抗压强度 ，并且要与水接触，所以选择不锈钢材料1Cr18Ni9Ti。 图3-12 活塞筒三维图和二维尺寸图 3.2.2.2活塞盖设计 活塞盖的尺寸依据活塞筒的尺寸而设计，活塞盖的正中央设置活塞杆导路。活塞盖的环面设置一些凹凸面来增加活塞盖的摩擦力。 活塞盖的材料选择抗冲pvc塑料。 图3-13 活塞盖三维图 图3-14 活塞盖二维尺寸图 3.2.2.3活塞、活塞杆、活塞柄设计 活塞杆（如图3-15）要有一定的强度，要能够承受一定的压力。故设计尺寸为：12mm。 活塞柄的设计要符合人机工程学手柄的设计原则，最佳的手柄尺寸为30-40mm，最佳的长度为100-125mm，为节约便携式净水器的体积和质量，保障手柄使用的舒服度，故选择设计手柄直径为30mm，手柄长度为100mm（如图3-16）。 活塞（如图3-17，3-18）直径尺寸由活塞筒外径和壁厚决定：32－2×2=28mm。在活塞环面上开有组合密封圈槽。增加活塞的密封性。在活塞的正中央开有直通的螺纹孔。 活塞杆要承受一定的拉力和压力，并且要接触到水，故选择材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。 活塞柄选择抗冲pvc塑料。 活塞选择抗冲pvc塑料。 图3-15 活塞杆三维图和二维尺寸图 图3-16 活塞柄三维图和二维尺寸图 图3-17 活塞三维图 图3-18活塞二维尺寸图 3.2.2.4活塞筒底座的设计以及阀门的设置 为了方便于安装和拆卸，故在活塞筒的下端设计活塞筒底座（如图3-19，3-20），底座上设有两个阀门，一个是出水阀门（如图3-21，3-22，3-23），一个是进水阀门（如图3-24，3-25，3-26），一、二级滤水处理的水经过进水阀门进入到活塞筒中，活塞筒中的水经过出水阀门进入到三级滤水处理中。 在两阀门的底部设有垫片（如图3-27），方便于安装。 活塞筒底座采用不锈钢1Cr18Ni9Ti（符合中华人民共和国城镇建设行业标准 CJ3023-93见附录一）。 阀门的零部件材料都选择不锈钢1Cr17Ni2（符合中华人民共和国城镇建设行业标准 CJ3023-93见附录一）。 图3-19 活塞底座三维图 图3-20 活塞底座二维尺寸图 图3-21 出水阀门零件（1）三维图和二维尺寸图 图3-22出水阀门零件（2）三维图和二维尺寸图 图3-23净水阀门零件（3）三维图和二维尺寸图 图3-24进水阀门零件（1）三维图和二维尺寸图 图3-25进水阀门零件（2）三维图和二维尺寸图 图3-26出水阀门零件（3）三维图和二维尺寸图 图3-27两阀门底部垫片三维图和二维尺寸图 3.3净水器结构组装设计 3.3.1组装设计 1. 进出水阀门组装图见附图一； 2. 活塞筒底座及内部组装图见附图二； 3. 活塞杆与活塞组装图见附图三； 4. 活塞筒、活塞、活塞底座、阀门及接头组装图见附图四； 5. 活塞筒总体组装图见附图五； 6. 滤芯筒总体组装图见附图六； 7. 滤芯筒和活塞筒组装图见附图七； 8. 滤芯筒和活塞筒组合三视图见附图八； 3.3.2连接方式 1. 滤芯筒与其对应的上端盖采用螺纹密封连接； 2. 滤芯筒下端面的进水孔与对应接头采用螺纹连接； 3. 滤芯筒下端面中心的出水孔与对应接头采用螺纹连接； 4. 塑料管与各接头都采用变形密封套接； 5. 活塞筒与其对应的上端盖采用螺纹密封连接； 6. 活塞筒底座与活塞筒采用螺纹密封连接； 7. 活塞杆与活塞之间采用螺纹连接； 8. 活塞杆与活塞柄之间采用螺纹连接； 3.4净水器技术指标的计算 3.4.1净水速度的计算 已知：活塞筒水容量高度为160mm，活塞外径为32mm，壁厚为2mm。 假设抽水频率为25次/分，净水系数为0.8 则：内径半径 一次的净水量 则每分钟净水量 3.4.2玻璃纤维滤芯过滤面积的计算 已知：玻璃纤维滤芯外径，长度， 则过滤面积 而玻璃纤维滤芯柔韧的玻璃纤维褶皱处使过滤面积大大增加，因而实际玻璃纤维滤芯的过滤面积远远大于。 3.4.3活性炭滤芯过滤面积的计算 已知：活性炭滤芯外径，长度 则过滤面积 中国农业大学学士学位论文 第四章 净水器外观设计 第四章 净水器外观设计 4.1净水器外观设计手绘草图方案 4.1.1手绘方案一 图4-1手绘方案一 4.1.2手绘方案二 图4-2手绘方案二 4.1.3确定外观设计方案 方案二的外观造型曲面比方案一的丰富，但是方案二的内部空间相对狭小，不能确保内部结构的实现，并且从加工工艺上考虑，造型曲面复杂的成本高，所以方案二的成本比方案一的要高 故确定为方案一。 4.2净水器外壳尺寸设计 图4-3 净水器外筒三维图和二维尺寸图 图4-4 净水器外筒盖三维图 图4-5 净水器外筒盖二维尺寸图 4.3净水器外观效果图 图4-6便携式净水器外观效果图 图4-7 救灾用品 图4-