家用净水系统的制作方法与工艺

本实用新型涉及家用净水器领域，具体地，涉及一种家用净水系统。

背景技术：
由于市政供应的自来水在输送过程中存在二次污染的风险，家用净水器正逐步走进普通老百姓的生活。现有的净水器主要由各种不同性能的过滤介质和筒体组成，过滤介质用于去除自来水中的各种杂质或污染物，筒体部分用于放置过滤介质，并将过滤介质连接到市政供水管道上。由于水源条件的差异，不同地区的市政供水在水质上存在区别，例如，北方地区平均水质硬度高于中东部，而中东部地区平均水质硬度高于南方地区。一般而言，水质硬度较高的地区，饮用水加热后产生水垢的现象比较常见。为了解决水垢问题，大部分净水器生产厂家使用反渗透膜过滤技术来制造家用净水系统。对于小型家用净水系统，由于其膜元件的渗透流量比较小，直接使用无法满足用户用水需求，因此使用了储水罐来存储纯水，用户打开水龙头流出来的纯水实际上来自储水罐。储水罐内具有由隔膜(弹性隔膜)隔离形成的两个腔体。其中一个腔体用来存放纯水，其中另一个腔体为压缩空气，压缩空气具有一定的压力，当用户打开水龙头时，压缩空气通过隔膜朝向存放纯水的腔体挤压，以将纯水挤出水龙头。当储水罐没有纯水时，压缩空气体积最大，压力最低；当储水罐的纯水量增加时，压缩空气的体积逐渐减少，压力增大，反渗透膜的背压也相应增大。由于各个地方自来水的压力大小不一样，而维持反渗透膜正常工作需要一定的压力差(压力差等于反渗透膜的压力减去储水罐背压)，为了提高该压力差，各个净水器厂家在纯水机里 安装了增压泵用于克服储水罐的背压。但是，增压泵需要配套电源，电磁阀，压力开关等的电气零件，从而增加了产品的成本，也带来了故障率的升高。另外，当储水罐水满的时候，压缩空气的体积最小，压力最大，用户在打开水龙头的瞬间，出水流量最大。但是，随着储水罐纯水的逐渐减少，压缩空气的体积逐渐膨胀，压力越来越小，水龙头的出水流量也越来越低，用户在连续用水过程的使用感受比较差，也增加了用户等待的时间。部分厂家为了解决储水罐的问题，选择了加大反渗透膜元件的尺寸(400加仑每天(GPD)以上)，并取消储水罐，即，用户打开水龙头的流量直接为反渗透膜的渗透流量。不过，大尺寸的反渗透膜元件的成本成倍增加，而且需要配套更大功率的增压泵，这不仅增加了产品成本，而且带来严重的噪音和振动问题，降低了用户的使用舒适度。而且，当家用净水系统静置一段时间后，反渗透膜在初始工作时的过滤效率比较低，此时水龙头流出的水中TDS(溶解性总固体)的含量较高，口感较差。此外，由于反渗透膜的渗透流量受水温影响较大，水温越低，渗透流量越小，这使得在气温低的冬天或者春秋两季，没有储水罐的纯水机的水龙头的出水流量较小，影响用户使用感受。再者，上述反渗透膜几乎去除了饮用水里的所有离子，很多用户担心长期饮用没有任何离子的纯水影响身体健康。综上所述，如何降低包括反渗透纯水机的家用净水系统的成本、故障率和安全风险，同时提高用户的使用舒适度是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种家用净水系统，其不仅可以降低设备成本、故障率和安全风险，而且还可以提高用户的使用舒适度。为实现本实用新型的目的而提供一种家用净水系统，包括：预过滤器，用于对自来水进行预过滤处理；反渗透膜滤芯，包括进水口、纯水出口和非纯水出口，所述反渗透膜滤芯的进水口能通 过水路与所述预过滤器的出水口连通；第一单向阀，其进水口通过水路与所述反渗透膜滤芯的纯水出口连通；第二单向阀，其进水口通过水路与所述第一单向阀的出水口连通；储水罐，其包括由不透水薄膜隔离形成的第一腔体和第二腔体，所述两个腔体的总容积是固定的，且所述第一腔体的容积随所述第二腔体的容积的增大而减小，或者随所述第二腔体的容积的减小而增大，所述第一腔体用于盛放纯水，并通过水路分别与所述第一单向阀的出水口和所述第二单向阀的进水口连通，所述第二腔体用于盛放经所述预过滤器处理后的自来水；开关装置，用于根据所述储水罐的第一腔体的压力变化连通或断开所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯的进水口之间的水路；水龙头，其进水口通过水路与所述第二单向阀的出水口连通；排水装置，其进水口通过水路与所述反渗透膜滤芯的非纯水出口连通；机械自动换向阀，其包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述第一接口通过水路与所述水龙头的进水口连通，所述第二接口通过水路与所述反渗透膜滤芯的所述非纯水出口连通，所述第三接口通过水路与所述排水装置的进水口连通，所述第四接口通过水路与所述储水罐的第二腔体连通，所述机械自动换向阀用于根据所述第一接口处的水压变化而连通所述第二接口与所述第四接口之间的水路，同时断开所述第三接口与所述第四接口之间的水路；或者，根据所述第一接口处的水压变化而断开所述第二接口与所述第四接口之间的水路，同时连通所述第三接口与所述第四接口之间的水路。优选地，当所述储水罐的第一腔体的压力降低至第一阈值时，所述开关装置连通所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯之间的水路，而当所述储水罐的第一腔体的压力增加至第二阈值时，所述开关装置断开所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯之间的水路，且所述第一阈值小于所述第二阈值。优选地，当所述第一接口处的水压降低至第三阈值时，所述机械自动换向阀连通所述第二接口与所述第四接口之间的水路，同时断开所述第三接口与所述第四接口之间的水路，而当所述第一接口处的水压增加至第四阈值时，所述机械自动换向阀断开所述第二接口与所 述第四接口之间的水路，同时连通所述第三接口与所述第四接口之间的水路，且所述第三阈值小于所述第四阈值。优选地，该家用净水系统还包括后置滤芯，其进水口通过水路与所述第一单向阀的出水口以及所述储水罐的第一腔体连通，其出水口通过水路与所述第二单向阀的进水口连通，或者其进水口通过水路与所述第二单向阀的出水口连通，其出水口通过水路与所述水龙头的进水口连通。优选地，该家用净水系统还包括限流器，其进水口通过水路与所述反渗透膜滤芯的非纯水出口连通，且其出水口通过水路与所述排水装置的进水口连通。优选地，所述限流器包括节流阀。根据本实用新型的一个实施方式，所述开关装置包括机械截止阀，所述机械截止阀设置在所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯的进水口之间的水路上，且其一接口通过水路与所述第一单向阀的出水口、所述第二单向阀的进水口、以及所述储水罐的第一腔体连通。根据本实用新型的另一个实施方式，所述开关装置包括电磁阀、压力感应元件和控制单元，所述电磁阀设置在所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯的进水口之间；所述压力感应元件用于检测所述储水罐的第一腔体处的压力，并向所述控制单元发送包含所检测的压力信息的电信号；所述控制单元用于根据所述电信号控制所述电磁阀而连通或断开所述预过滤器的出水口与所述反渗透膜滤芯的进水口之间的水路。根据本实用新型的又一个实施方式，所述水龙头包括第一出水口与第二出水口，所述第一出水口能通过水路与所述第二单向阀的出水口连通，使得在所述第一出水口被选择打开时能流出纯水，而所述第二出水口通过水路与所述预过滤器的出水口连通，使得所述第二出水口被选择打开时能流出仅经所述预过滤器处理后的水。根据本实用新型的再一个实施方式，所述水龙头包括第一进水口、第二进水口以及混合装置，所述第一进水口通过水路与所述预过滤器的出水口连通，所述第二进水口通过水路与所述第二单向阀的出 水口连通，所述混合装置分别与所述第一进水口和所述第二进水口流体连通，用于将经所述第一进水口进入所述水龙头的非纯水以及经所述第二进水口进入所述水龙头的纯水按预设比例进行混合。优选地，所述预过滤器为一个或多个，且多个所述预过滤器彼此串接。本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的家用净水系统，其与现有技术相比，具备以下优势：其一，由于储水罐中没有压缩空气，储水罐的空间利用率较高，从而可以减小储水罐的体积，节省安装空间。其二，由于储水罐中没有压缩空气，这使得在水龙头释放纯水时不受背压影响，从而不需要设置增压泵和使用电力，大大降低了净水器的噪音、振动、故障率和安全风险。其三，在水龙头开启时，第一腔体中的纯水是在第二腔体中的非纯水的压力的驱动下流出，这使得纯水的流量始终稳定，也不受水温变化的影响。其四，在用于挤压第一腔体中的纯水的同时，第二腔体中的非纯水还可以实现对反渗透膜滤芯进行冲洗，从而可以延长反渗透膜滤芯的使用寿命。附图说明图1为根据本实用新型的第一实施方式的家用净水系统的原理框图；图2为根据本实用新型的第一实施方式的家用净水系统的结构示意图；图3为根据本实用新型的第二实施方式的家用净水系统的结构示意图；图4为根据本实用新型的第三实施方式的家用净水系统的结构示意图；以及图5为根据本实用新型的第四实施方式的家用净水系统的结构示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对根据本实用新型的家用净水系统进行详细描述。图1为根据本实用新型的第一实施方式的家用净水系统的原理框图。图2为根据本实用新型的第一实施方式的家用净水系统的结构示意图。请一并参阅图1和图2，家用净水系统主要包括预过滤器1、反渗透膜滤芯200、第一单向阀202、第二单向阀301、开关装置3、水龙头600、储水罐400、机械自动换向阀500、以及排水装置203。其中，预过滤器1用于对自来水进行初次过滤处理，在本实施方式中，预过滤器1为两个，分别为第一预过滤器100和第二预过滤器101，二者串接。当然，在实际应用中，可以根据预过滤器所用的预过滤材质的不同选择预过滤器的数量，例如一个或者三个以上。反渗透膜滤芯200用于去除自来水中的各种杂质或污染物，最终获得纯水，其包括进水口2001、纯水出口2003和非纯水出口2002。其中，进水口2001能通过水路与预过滤器101的出水口连通。经由进水口2001进入反渗透膜滤芯200的水在经过反渗透膜的过滤之后形成纯水，并经由纯水出口2003流出；而未经过反渗透膜的过滤的非纯水则经由非纯水出口2002流出。第一单向阀202的进水口通过水路与反渗透膜滤芯200的纯水出口2003连通，第一单向阀202的出水口通过水路与第二单向阀301的进水口连通。本公开中，“单向阀”即指设计成限制水流只能在从其进水口至其出水口的单一方向上流动的阀。储水罐400包括由不透水薄膜(例如弹性隔膜)隔离形成的第一腔体4001和第二腔体4002，所述两个腔体的总容积是固定的，且第一腔体4001的容积随第二腔体4002的容积的增大而减小，或者随第二腔体4002的容积的减小而增大。具体地，当向第一腔体4001中充入液体时，第一腔体4001的容积逐渐增大，同时第二腔体4002中的液体被排出，其容积也随之减小；反之，当向第二腔体4002中充入液体时，第二腔体4002的容积逐渐增大，同时第一腔体4001 中的液体被排出，其容积也随之减小。其中，第一腔体4001用于盛放纯水，并通过水路分别与第一单向阀202的出水口和第二单向阀301的进水口在连接点4003处连通。第二腔体4002用于盛放经预过滤器处理后的自来水(即非纯水)。开关装置3用于根据储水罐的第一腔体的压力变化而连通或断开预过滤器的出水口与反渗透膜滤芯200的进水口之间的水路，从而实现自来水的连通或断开。在本实施方式中，开关装置3包括机械截止阀103，该机械截止阀103设置在预过滤器的出水口与反渗透膜滤芯200的进水口之间的水路上。具体来说，如图1所示，机械自动截止阀103具有三个接口，分别为第一接口1031、第二接口1032和第三接口1033，其中，第一接口1031为进水口，其通过水路与第二预过滤器101的出水口连通。第二接口1032为出水口，其通过水路与反渗透膜滤芯200的进水口2001连通。第三接口1033通过水路分别与第一单向阀202的出水口、第二单向阀301的进水口、以及储水罐400的第一腔体4001在连接点4003处连通。如图2所示，在本实施方式中，水龙头600的进水口通过水路与第二单向阀301的出水口连通，且水龙头600具有单个出水口。此外，本家用净水系统还可以包括后置滤芯300，该后置滤芯300例如可以如图2所示设置在水龙头600的进水口与第二单向阀301的出水口之间的水路上，即其进水口通过水路与第二单向阀的出水口连通，其出水口通过水路与水龙头600的进水口连通，位于第二单向阀301的下游，用于对纯水进一步过滤。但是，本领域技术人员懂得，也可以将该后置滤芯300设置在第二单向阀301的上游，即其进水口通过水路与第一单向阀202的出水口以及储水罐400的第一腔体4001连通，其出水口通过水路与第二单向阀301的进水口连通。此外，在图2所示的本实施方式中，排水装置203的进水口通过水路与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002连通。在排水装置203的进水口与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002之间还可以设置限流器201。具体地，如图2中所示，限流器201的进水口通过水路与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002连通，且其出水口通过水路与 排水装置203的进水口连通。限流器201用于在反渗透膜滤芯200中的反渗透膜上产生足够的作用压力，以确保自来水能够在该压力的作用下渗透穿过反渗透膜，生成纯水，从而避免因作用压力不足而造成纯水的流量过低。限流器201可以诸如为节流阀等的限流元件。如图2所示，机械自动换向阀500包括第一接口5001、第二接口5002、第三接口5003和第四接口5004。其中，第一接口5001通过水路与水龙头600的进水口在连接点5005处连通；第二接口5002通过水路与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002在连接点2004处连通；第三接口5003通过水路与排水装置203的进水口在连接点2005处连通；第四接口5004通过水路与储水罐400的第二腔体4002连通。机械自动换向阀500用于根据第一接口5001处的水压变化，而连通第二接口5002与第四接口5004之间的水路，同时断开第三接口5003与第四接口5004之间的水路，此时第二腔体4002与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002之间的水路连通，而第二腔体4002与排水装置203之间的水路断开；或者，机械自动换向阀500根据第一接口5001处的水压变化，断开第二接口5002与第四接口5004之间的水路，同时连通第三接口5003与第四接口5004之间的水路，此时第二腔体4002与反渗透膜滤芯200的非纯水出口2002之间的水路断开，而第二腔体4002与排水装置203之间的水路连通。下面对家用净水系统的工作流程进行详细描述。具体地，当水龙头600打开，水龙头600的进水口的压力降低，且机械自动换向阀500的第一接口处的水压降低至一阈值时，机械自动换向阀500内部的弹簧动作，连通第二接口5002与第四接口5004之间的水路，同时断开第四接口5004与第三接口5003之间的水路，与此同时，储水罐400的第一腔体4001中的压力依次通过连接点4003、第二单向阀301、后置滤芯300和水龙头600释放，从而第一腔体4001中的压力降低。当该第一腔体4001中的压力降低至一阈值时，机械截止阀103的进水口1031和其出水口1032之间的水路连通，自来水依次通过第一预过滤器100、第二预过滤器101和机械截止阀103，并经由反渗透膜滤芯200的进水口2001进入反渗透膜滤芯200，然后经由反渗 透膜滤芯200的非纯水出口2002流出，之后通过连接点2004、机械换向阀500的第二接口5002、第四接口5004进入储水罐400的第二腔体4002，从而推动第一腔体4001内的纯水依次通过连接点4003、第二单向阀301和后置滤芯300，最终自水龙头600流出。而当水龙头600关闭时，由于机械截止阀103的进水口1031和出水口1032之间的水路仍然处于连通状态，这使得水龙头600的进水口的水压在极短的时间内快速升高，且机械自动换向阀500的第一接口5001处的水压也在短时间内快速升高，当该第一接口5001处的水压增加至一阈值时，推动机械换向阀500内部的弹簧动作，断开第二接口5002与第四接口5004之间的水路，同时连通第二接口5002与第三接口5003之间的水路，从而连通第二腔体4002与排水组件203之间的水路，使第二腔体4002的压力在很短的时间内释放；与此同时，第一腔体4001以及连接点4003上的压力也快速释放。此时，由于第二单向阀301的保护，第二单向阀301的出水口与水龙头600之间的水路的压力会维持在一定的数值，从而通过连接点5005与机械换向阀500的第一接口5001之间的水路将机械自动换向阀500保持在一定位置，以确保第二接口5002与第四接口5004之间的水路保持处于断开状态，而第四接口5004与第三接口5003之间的水路保持处于连通状态。由于第一腔体4001以及连接点4003上的压力很低，机械截止阀103的进水口1031和出水口1032之间的水路仍然处于连通状态，这使得经由反渗透膜滤芯200的进水口2001进入反渗透膜滤芯200内的自来水会在压力作用下渗透穿过反渗透膜滤芯200内的反渗透膜，形成纯水，并经由反渗透膜滤芯200的纯水出口2003流出，然后依次通过第一单向阀202和连接点4003进入第一腔体4001，而原来第二腔体4002中的非纯水则在第一腔体4001的挤压下经由机械换向阀500的第四接口5004、第三接口5003以及排水装置203排出。在第一腔体4001的容积逐渐增大的过程中，连接点4003的压力保持处于极低的数值，以确保反渗透膜滤芯200内的自来水能够在压力作用下渗透穿过反渗透膜滤芯200内的反渗透膜，保证生产出足 够的纯水流量。当第一腔体4001完全充满，同时第二腔体4002内的非纯水完全排空之后，储水罐400内的纯水储存量无法继续增加，在自来水压力的驱动下，储水罐400内的压力开始逐渐上升，连接点4003处的压力也开始上升。当该压力值增加至一阈值时，机械截止阀103的第一接口1031和第二接口1032之间的水路断开，整个家用净水系统停止工作。需要说明的是，第一单向阀202的作用在于：当水龙头600打开时，第一单向阀202用于阻止储水罐400的第一腔体4001中的纯水倒流至反渗透膜滤芯200中，以确保纯水能够自水龙头600流出；以及，在水龙头600关闭，系统向储水罐400的第一腔体4001中补充纯水时，第一单向阀202不阻止纯水从反渗透膜滤芯200流向储水罐400的第一腔体4001。第二单向阀301的作用在于：当水龙头600关闭时，第二单向阀301的出水口与水龙头600的进水口之间的水路中的水既无法自水龙头600排出，也无法自第二单向阀301的出水口回流，从而第二单向阀301的出水口与水龙头600的进水口之间的水压会维持在一定的数值，进而使得机械自动换向阀500内部的弹簧保持在当前位置不变，以确保第二接口5002与第四接口5004处于断开状态，而第四接口5002与第三接口5003处于连通状态，保证储水罐400没有背压。图3为根据本实用新型的第二实施方式的家用净水系统的结构示意图。如图3所示，本实施方式提供的家用净水系统与上述第一实施方式相比，其区别仅在于：本实施方式中的家用净水系统采用了一种具有两个出水口的水龙头。具体地，家用净水系统还包括非纯水路6003；并且，水龙头600包括第一出水口6001和第二出水口6002，其中，第一出水口6001通过水路与第二单向阀301的出水口连通，使得其被选择打开时能流出纯水。第二出水口6002通过非纯水路6003与第二预过滤器101的出水口在连接点1001处连接，使得其被选择打开时能流出仅经预过滤器处理后的非纯水。图4为根据本实用新型的第三实施方式的家用净水系统的结构示意图。请参阅图4，本实施方式提供的家用净水系统与上述第一实施方式相比，其区别在于：预过滤器为一个，即预过滤器100。同时，水龙头800包括第一进水口、第二进水口、混合装置8001以及开关8002。其中，第一进水口通过水路连接于连接点1001，与预过滤器100的出水口连通，使得经预过滤器100处理后的自来水能通过第一进水口进入水龙头800。而第二进水口通过水路与第二单向阀301的出水口连通，使得纯水能通过第二进水口进入水龙头800。混合装置8001能按照预定比例将通过第一进水口进入水龙头800的经预过滤的水以及通过第二进水口进入水龙头800的纯水进行混合，最终使得混合后的水能够从水龙头800的出水口排出。8002为水龙头800上的开关，用于打开或关闭水龙头800的出水。混合装置8001与开关8002可以分开设置，也可以合并设置在一起。图5为根据本实用新型的第四实施方式提供的家用净水系统的结构示意图。其中示出了一种利用电气开关系统的实施方式，用于替代前述实施方式中的机械自动截止阀103。如图5所示，该电气开关系统主要包括电磁阀901、压力感应元件902和控制单元900。其中，电磁阀901安装在预过滤器101的出水口和反渗透膜滤芯的进水口之间(具体地，如图5中所示，电磁阀901的进水口9011通过水路与预过滤器101的出水口连通，其出水口9012通过水路与反渗透膜滤芯200的进水口2001连通)，压力感应元件902的水路安装在连接点4003上，用于检测储水罐400的第一腔体4001的压力。电磁阀901和压力感应元件902通过虚线所示的电气连接线与控制单元900连接。控制单元900用于给电磁阀901和压力感应元件902提供电力，同时可以根据压力感应元件902提供的信号打开或者关闭电磁阀902，由此实现预过滤器101的出水口与反渗透膜滤芯200的进水口之间的水路的连通或断开。以上，结合附图和具体实施方式对本实用新型的家用净水系统进行了描述。总体而言，根据本实用新型的上述各个实施方式的家用净水系 统，其与现有技术相比，具备以下优势：其一，由于储水罐400中没有压缩空气，储水罐的空间利用率较高，从而可以减小储水罐400的体积，节省安装空间。其二，由于储水罐400中没有压缩空气，这使得在水龙头600释放纯水时没有背压，从而不需要设置增压泵和使用电力，大大降低了净水系统的噪音、振动、故障率和安全风险。其三，在水龙头600开启时，第一腔体4001中的纯水是在第二腔体4002中的非纯水的压力的驱动下流出，这使得纯水的流量始终稳定，而不象现有的反渗透纯水机那样，流量将受到其储水罐中的气压衰减和水温变化的影响。其四，在挤压第一腔体4001中的纯水使其从水龙头流出的同时，第二腔体4002中的非纯水还可以实现对反渗透膜滤芯200进行冲洗，从而可以延长反渗透膜滤芯的使用寿命。虽然已结合上述实施方式对本实用新型进行了说明，但可以理解，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式。本实用新型并不局限于这些实施方式。对本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以对这些实施方式作出各种变型和改进，这些变型和改进也落在本实用新型的保护范围内。