一种便携式净水器及其净水、反冲洗和填料更换方法与流程

本发明属于净水器技术领域，涉及一种方便携带，且滤料可反复使用和方便更换的净水器，更具体地说，涉及一种便携式净水器及其净水、反冲洗和填料更换方法。

背景技术：

在地下采矿、野营、户外旅游、单兵作战等活动中，人们需要采取足够有效的饮用水安全保障措施。若直接携带饮用水，会加重出行负担，目前比较常用的方式是采用户外净水器，对天然水源进行净化后直接饮用。户外净水器就是以溪水、河水、湖水、雨水等天然水作为水源，通过过滤或消毒，滤除或杀灭水中的致病菌，得到安全的饮用水。户外净水器使用时仅需人力就能随时将户外的天然水净化成无菌、无悬浮污染物等有害物质的可直接饮用。

户外净水器最重要的就是其便携性，以及有效的净水效果。目前市面上常见的净水器多为家用净水器，体积庞大且需电源带动水泵，水泵使水通过多级过滤层，实现高精度过滤，家用净水机净水效果好但不便于携带，用于户外使用显然不现实；而目前市面上已出现的便携式净水器普遍采用微滤膜+活性炭净化水，长期使用后污染物会积累在净水器中，易造成净水器的堵塞同时带来潜在二次污染风险，由于其结构限制，填料无法更换，填料达到寿命尽头后，整个净水器便无法继续使用，极大地增加了净水成本。例如，中国专利申请号为：201220092919.4，公开日为：2012年10月3日的专利文献，公开了一种便携式净水器，它包括壳体、汲水管以及净水管，所述汲水管和净水管均安装于壳体内，所述汲水管内形成一吸水腔，该吸水腔的上部设有一打气装置，所述吸水腔的下部连接有可伸入塑料瓶内的吸水塑料管，所述吸水塑料管内嵌设有使塑料瓶内的水流入吸水腔内的单向阀；所述汲水管和净水管之间通过净水塑料管连接，该净水塑料管的一端连接于吸水腔的侧壁，另一端连接于净水管的上端，且净水塑料管内嵌设有使吸水腔内的水流入净水管的单向阀；所述净水管内设有三层过滤层，其自上而下依次为活性炭层、亚硫酸钙层以及超滤膜层。该净水器通过净水管中的活性炭层、亚硫酸钙层以及超滤膜层可去除水中臭味、色素，能截留0.002-0.1微米之间的大分子物质和杂质等，对水进行净化，但是其填料难以更换，只能一次使用，长时间使用后填料被污染，容易堵塞净水器，造成二次污染，净水器将无法继续使用。

当然，在方便更换净水器滤芯方面的设计，已有相关设计，如中国专利申请号为：201610797171.0，公开日为：2016年12月7日的专利文献，公开了一种方便更换滤芯的净水器，包括主体、滤筒、滤芯支架和压缩活性炭，所述主体左侧安装有进水管，所述主体前表面左侧安装有固定条，所述主体通过合页与控制门相连，且控制门前表面安装有把手，所述滤芯支架通过固定座与螺母相连，所述滤筒上方安装有循环管，所述滤筒下方安装有抽污管，所述滤筒内部安装有pp棉，且pp棉右侧安装有压缩活性炭，所述压缩活性炭右侧安装有反渗透膜。该方案通过安装有控制门，且控制门前表面设置有锁孔，打开控制门就可更换滤芯了，能克服传统更换滤芯的净水器更换滤芯的麻烦，方便使用者更换滤芯，但是此种结构体积较为庞大，结构也相对复杂，并不适合户外携带。

另外，目前的净水器填料污染后无法进行清洗，填料利用率低，使用成本高；而且，对于水中的重金属不能够有效的去除，水质达不到饮用水标准，有待进一步改进。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有可携带式的净水器填料利用率低，更换不便的问题，本发明提供一种便携式净水器及其净水、反冲洗和填料更换方法。其中，该净水器优化填料筒的结构，在满足净水要求的前提下，可对填料进行反冲洗，降低填料更换频率，延长填料使用时间，提高填料利用率，而且填料更换更加容易。采用该净水方法采用净水器能够将污水净化到饮用水标准；采用该反冲洗方法可实现对净水器填料的冲洗，延长填料的使用时间；采用该填料更换方法可简单快速的更换填料。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种便携式净水器，包括汲水部分和过滤部分，汲水部分用于汲水并将水注入过滤部分中，过滤部分用于过滤从汲水部分注入的水；所述的汲水部分包括进水筒，进水筒的下端具有内螺纹；所述的过滤部分包括两端开口的填料筒，填料筒的两端各连接一个双头螺柱，其中一个双头螺柱与进水筒的内螺纹配合，另一个双头螺柱连接带有出水口的尾盖。

作为进一步改进，所述填料筒内的一端设有过滤网。

作为进一步改进，所述填料筒内装有填料；所述填料筒内远离过滤网的一端安装超滤膜组件，超滤膜组件外罩有隔离筒，将填料隔绝在隔离筒的外侧，隔离筒的侧壁底部开设通水孔。

作为进一步改进，所述超滤膜组件包括连接头和与安装在连接头上的超滤膜；所述双头螺柱设有槽孔，连接头安装在槽孔中，并通过密封圈进行密封。

作为进一步改进，所述进水筒内设置活塞；进水筒侧壁的下部设有单向进水阀，用于吸水；进水筒内的下端设有单向出水阀，用于将进水筒内水通入填料筒内。

作为进一步改进，所述的活塞通过推拉杆连接手柄。

上述的一种便携式净水器的净水方法，包括以下步骤：

①将安装过滤网的填料筒一端的双头螺柱与进水筒的内螺纹配合连接，填料筒另一端的双头螺柱与尾盖连接；

②通过管路将单向进水阀接入待净化的水；

③向上抽拉活塞，通过单向进水阀吸入待净化的水，接着向下推动活塞，待净化的水通过单向出水阀进入填料筒；

④进入填料筒的待净化水依次经过滤网、填料和超滤膜过滤净化后从尾盖的出水口排出。

上述的一种便携式净水器的反冲洗方法，包括以下步骤：

①将安装超滤膜组件的填料筒一端的双头螺柱与进水筒的内螺纹配合连接，填料筒另一端的双头螺柱与尾盖连接；

②通过管路将单向进水阀接入洁净的水；

③向上抽拉活塞，通过单向进水阀吸入洁净的水，接着向下推动活塞，洁净的水通过单向出水阀进入填料筒；

④进入填料筒的洁净水对超滤膜和填料进行冲洗后，反冲洗水从尾盖的出水口排出。

上述的一种便携式净水器的填料更换方法，包括以下步骤：先将双头螺柱从进水筒上拧下，使填料筒与进水筒分离；然后将双头螺柱从填料筒上拧下，取出过滤网，即可将已失效或严重堵塞的填料倒出。

作为进一步改进，当需要更换滤膜时，将填料倒出后，先拧下尾盖，再将双头螺柱从填料筒上拧下，接着从双头螺柱上取下超滤膜组件，更换新的超滤膜组件即可。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明便携式净水器，通过对过滤部分的填料筒结构进行优化设计，在填料筒的两端各安装一个双头螺柱，而在汲水部分的进水筒一端设置有可与双头螺柱配合的内螺纹，从而填料筒的两端都可方便的连接到进水筒上，其中一端连接可实现净水作用，而另一端连接即可实现反冲洗操作，有效降低填料更换频率，延长填料使用时间，提高填料利用率；另外，采用双头螺柱堵住填料筒两端的方式，只需拆下双头螺柱即可将填料筒内填料倒出，方便更换新的填料。

(2)本发明便携式净水器，填料筒内一端设置过滤网，一方面在净水时，可以对原水进行初次过滤，过滤原水中大颗粒杂质；另一方面在反冲洗是，对填料进行阻挡，防止填料从双头螺柱的中间孔冲出，造成填料流失。

(3)本发明便携式净水器，填料筒内填料可以吸附过滤农药、nom等有机污染物，以及过滤锰、铝、砷、铁等重金属离子，超滤膜组件可有效截留细菌、原虫、病毒、胶体、细颗粒悬浮物等污染物；而且采用隔离筒将超滤膜组件和填料进行隔离，一方面可以保证水流经全部填料后再进入超滤阶段，既保证填料全部发挥净水能力，又保证水在填料段有足够水力停留时间；另一方面，可以对超滤膜进行保护，防止超滤膜的中空纤维膜受损破坏。

(4)本发明便携式净水器，超滤膜组件通过连接头安装到双头螺柱的槽孔中，并用密封圈进行密封，拆装简单，拧下双头螺柱即可拔出超滤膜组件，从而方便快捷的进行更换。

(5)本发明便携式净水器，汲水部分采用活塞在进水筒内推拉动作，配合单向进水阀和单向出水阀实现水的抽取和送出，结构简单，成本低，而且运行可靠，也方便户外携带。

(6)本发明便携式净水器，汲水部分中活塞通过手柄推拉实现抽排水，简单方便。

(7)本发明便携式净水器的净水和反冲洗方法，通过过滤部分中填料筒两端与汲水部分中进水筒的不同选择连接，即可方便的实现原水的过滤净化，高效去除水源中有机物、细菌、原虫、重金属和大部分病毒，其中cod去除率80％以上，细菌总数去除率99％以上，重金属锰、铝、砷、铁的去除率均在80％以上，净化后水质达到饮用水标准；以及填料的反冲洗，能将填料中截留的污染物及时冲出，填料使用寿命大大延长。

(8)本发明便携式净水器的填料更换方法，可方便快捷的进行填料和超滤膜组件的更换。

附图说明

图1为本发明便携式净水器的结构示意图；

图2为本发明便携式净水器中过滤部分的结构示意图。

图3为本发明便携式净水器中过滤部分的拆解示意图

图4为本发明便携式净水器反冲洗时的示意图。

附图中的标号分别表示为：

1、汲水部分；11、手柄；12、推拉杆；13、进水筒盖；14、进水筒；15、活塞；16、单向出水阀；17、单向进水阀；18、进水口；19、内螺纹；

2、过滤部分；21～22、双头螺柱；23、填料；24、隔离筒；25、超滤膜组件；26、密封圈；27、过滤网；28、填料筒；

3、尾盖；31、螺纹端；32、出水口。

具体实施方式

以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。本领域技术人员可借鉴发明的内容，适当改变结构、连接关系、材料、参数、尺寸、工艺等环节来实现相应的其他目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都应当被视为包括在本发明的范围之内。

如图1所示，一种便携式净水器，主要包括汲水部分1和过滤部分2两大部分，其中，汲水部分1用于汲取原水或洁净的水并将水注入过滤部分2中，过滤部分2用于过滤从汲水部分1注入的原水或被洁净的水冲洗。下面对两部分结构进行详细说明。

为实现水的高精度过滤净化，需要提供足够的渗透压，常用的供压方式有手动活塞供压(cn106139905a、cn202808506u、cn205182292u)、电泵供压(cn204779122、cn101005884a)、挤压储水容器供压(cn105502578a)、挤压气囊供压(cn204454785u)、嘴吸供压(cn204981385u)、重力供压(cn101732922a)。手动活塞供压运行稳定，水压较高，可提供压力范围为0.01～0.5mpa，可做到连续净水；电泵供压水压较高，出水量大但设备庞大不利于便携且在野外易受电源限制；挤压储水容器供压结构简单，但长时间操作易导致手酸痛，人机工程体验差且为间歇式进水；嘴吸供压结构简单但压力较小无法做到高精度过滤，且出水直接入口存在一定安全隐患；重力供压结构简单但提供压力极小，过滤速度慢，过滤精度不高。考虑到户外使用条件复杂多变，且本发明采用超滤膜进行净水需要足够操作压力，故在本实施例中采用手动活塞供压法。

结合图1所示，汲水部分1包括进水筒14、活塞15、单向进水阀17、单向出水阀16和手柄11。其中，进水筒14的上端开口，活塞15可以从上端开口装入进水筒14内，然后通过进水筒盖13将进水筒14的上端开口封闭，使进水筒14内形成相对封闭空间，也是活塞15的活动空间，活塞15通过拉杆12连接手柄11，从而手持手柄11即可推动活塞15来回运动；进水筒14的下端设有内螺纹19，用于连接过滤部分2，也是能够方便实现反冲洗和滤料更换的关键，后面会详细说明。另外，传统手动活塞供压(cn106139905a、cn205182292u)采用钢珠确保进出水时供压部分的密闭性，但长期使用后钢珠及其啮合部位会有磨损，导致供压部分无法正常使用。因此，本实施采用单向阀结构形式替代传统钢珠，确保净水器供压部分能够长期正常使用。具体地，进水筒14侧壁的靠近底部的位置设置进水口18，其内装入单向进水阀17，其开启方向是由进水筒14外侧指向内侧；单向出水阀16安装在进水筒14的下端沿其轴向设置，其可以将进水筒14内空间与过滤部分2连通，其开启方向是由进水筒14内侧到外侧。在使用时，通过管路将单向进水阀17接至水源，向上拉动活塞15即将水从单向进水阀17抽入进水筒14内；向下推动活塞15即可将水经单向出水阀16排入过滤部分2内，从而实现给排水过程。

结合图2所示，过滤部分2包括填料筒28、两个双头螺柱、过滤网27和超滤膜组件25。其中，填料筒28为两端开口的筒状结构，且两端开口的内壁上设置螺纹，用于连接双头螺柱，为方便后续进行说明，将填料筒28的两端分别标记为a端和b端。在本实施例中，两个双头螺柱大小相同，便于通用化，双头螺柱沿中心轴方向设有贯穿的中间孔，以便水进入和流出填料筒28，其中一个双头螺柱21安装在填料筒28的a端，另一个双头螺柱22安装在填料筒28的b端，并且都采用密封连接。在填料筒28a端的内侧安装过滤网27，过滤网27靠近双头螺柱21位于填料筒28内的端面，从而水从双头螺柱21通入后，经过滤网27过滤后进入填料筒28内，在填料筒28内填充填料23。此处，过滤网27采用不锈钢网，一方面在净水时，可以对原水进行初次过滤，过滤原水中大颗粒杂质；另一方面在反冲洗时，对填料23进行阻挡，防止填料23从双头螺柱21的中间孔冲出，造成填料23流失。

本实施例，填料23采用壳聚糖和活性炭混合填料，活性炭能有效吸附农药、nom等有机污染物，但仅使用活性炭填料时对重金属处理效果差，考虑到野外复杂水源条件下容易因矿石重金属溶出等原因导致水源重金属超标，此处将常见活性炭填料层改进为壳聚糖和活性炭混合填料层。壳聚糖是一种天然高分子化合物，高分子链段中含有—nh2，—oh活性基团，与重金属离子形成配位化合物，可作为高分子吸附剂吸附重金属离子，而且无毒、不产生二次污染。采用壳聚糖和活性炭的混合填料优势有三点：①混合填料能够同时去除重金属和有机物，确保出水水质达饮用水标准；②混合填料与分层填料相比，在同等净化体积下混合填料无需增设隔离层，从而减少了死角，因而填料与原水接触更为充分；③混合填料的装填、更换都较为简单。

超滤膜组件25设置在填料筒28内，并安装在填料筒28b端的双头螺柱22上，也就是远离过滤网27的填料筒28一端的双头螺柱22上。超滤是一项高精度净水技术，已广泛应用在饮用水的深度处理中，膜的平均孔径在1到100纳米，可有效截留细菌、原虫、病毒、胶体、细颗粒悬浮物等污染物，超滤需要一定渗透压，操作压力为0.1～0.5mpa，根据前文论述手动活塞供压法可满足超滤操作压力。为了保证能够同时实现净水和后期更换的便捷性，本实施例，超滤膜组件25主要包括连接头和与安装在连接头上的中空纤维膜，连接头上开设密封槽，密封槽内安装密封圈，同时在双头螺柱22的端面上开设槽孔，槽孔连通中间孔，连接头插入到槽孔中即可进行超滤膜组件25的安装，且密封圈保证连接的密封性。另外，超滤膜组件25外罩有隔离筒24，将填料23隔绝在隔离筒24的外侧，且隔离筒24的侧壁底部，也就是隔离筒24与双头螺柱22端面的交接处附近，开设通水孔，从而将隔离筒24的内外连通。此种结构设置，一方面防止短流发生，若不设隔离筒24，从a端进入的水在流经填料23的上层区域后就会从超滤膜上部流出填料筒28，而无水流经的下部填料23成为死角，导致填料23利用率不高，从而它可以保证水流经全部填料23后再进入超滤阶段，既保证填料23全部发挥净水能力，又保证水在填料段有足够水力停留时间；另一方面是支撑保护超滤膜，超滤膜的中空纤维膜较脆弱，直接与颗粒填料层接触、受挤压易受损，采用隔离筒24可保护中空纤维膜不易受损破坏。

在填料筒28b端的双头螺柱22上安装尾盖3，尾盖3具有螺纹端31，通过该螺纹端31安装到双头螺柱22上，尾盖3的中间设有出水口32，与双头螺柱22的中间孔对应，从而填料筒28内水可以经双头螺柱22，通过尾盖3的出水口32排出。

采用上述的便携式净水器可以完成原水的净化处理，填料的反冲洗，以及填料和超滤膜的更换操作。下面对这三种操作方法进行分别说明。

一、净水操作

结合图1和图2所示，其操作步骤如下：

①将安装过滤网27的填料筒28一端的双头螺柱21与进水筒14的内螺纹19配合连接，填料筒28另一端的双头螺柱22与尾盖3连接；

②通过管路将单向进水阀17接入待净化的水；

③向上抽拉活塞15，通过单向进水阀17吸入待净化的水，接着向下推动活塞15，待净化的水通过单向出水阀16进入填料筒28；

④进入填料筒28的待净化水依次经过滤网27、填料23和超滤膜过滤净化后从尾盖3的出水口32排出，即可获得净化后的洁净水。

二、反冲洗操作

结合图4所示，其操作步骤如下：

①将安装超滤膜组件25的填料筒28一端的双头螺柱22与进水筒14的内螺纹19配合连接，填料筒28另一端的双头螺柱22与尾盖3连接；

②通过管路将单向进水阀17接入洁净的水；

③向上抽拉活塞15，通过单向进水阀17吸入洁净的水，接着向下推动活塞15，洁净的水通过单向出水阀16进入填料筒28；

④进入填料筒28的洁净水，在一定渗透压力下从中空纤维膜内部向膜外部流动，进水过程中膜表面堆积的污染物冲走，实现超滤膜组件25的反冲洗；超滤膜出来的水经隔离网24进入填料23，对填料23中积累的污染物进行冲洗，冲洗后的水从双头螺柱21中间孔流向尾盖3，尾盖3内的反冲洗水自出水口32流出，即可为按成反冲洗。

三、填料更换操作

结合图3所示，其操作步骤为：先将双头螺柱21从进水筒14上拧下，使填料筒28与进水筒14分离；然后将双头螺柱21从填料筒28上拧下，取出过滤网27，即可将已失效或严重堵塞的填料倒出，即可重新更换新的填料23。另外，当需要更换滤膜时，将填料23倒出后，先拧下尾盖3，再将双头螺柱22从填料筒28上拧下，由于超滤膜组件25安装在双头螺纹22上，故拧下双头螺纹22时可将超滤膜组件25一并带出；接着从双头螺柱22上取下超滤膜组件25，更换新的超滤膜组件25即可。

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例采用上述净水器对原水进行净化操作，活塞15的截面积尺寸为2cm²，则在40n力作用下进水筒14可提供的工作压强为0.2mpa，满足超滤正常工作所需渗透压。填料23中，活性炭容积：壳聚糖容积＝3:1，活性炭为椰壳活性炭，目数20-40目，壳聚糖填料18-30目，填料23总容积为200ml。过滤网27网目数小于10目。超滤膜组件25采用微滤膜孔径为10–30nm，操作压力：0.1～0.2mpa，设计膜通量：25l/m²·h，膜使用寿命≥5年，膜强度＞200n/单丝。经估算所用膜面积1m²，则设计出水流量约为400ml/min，滤膜为φ2.5cm*15cm的圆柱体。

在某河涌边进行实际验证。在进水口18的单向进水阀17处外接进水管，将进水管放入河涌水中，向上拉动手柄11，水由进水管经进水单向阀17进入进水筒14，接着向下压手柄11，水经单向出水阀16流向填料筒28。水在填料筒28中流动方向如图2中箭头方向所示：水经双头螺柱21的中间水孔进入，经过滤网27粗过滤后流向填料23，填料23能有效去除重金属和有机污染物，在流经全部颗粒填料层后水自隔离筒的通水孔进入超滤膜净水段，超滤可有效去除细菌、原虫、病毒、胶体、细颗粒悬浮物、大分子有机物等污染物，经超滤膜组件25净化后从双头螺柱22中间孔流向尾盖3；尾盖3内的水自出水口32流出，即可获得净化后的洁净水。对净化前后的水质进行检测，检测结果见表1，检测结果证明净化后的水达到《生活饮用水卫生标准》gb5749-2006，净化后的水可作为饮用水饮用。

表1便携式净水器净水效果检测

在经过净化处理后，进行反冲洗和填料更换操作。

反冲洗：在过滤约50l水后，会感到推动活塞15时阻力增大，表明填料筒28中截留的污染物堆积过多，需要进行反冲洗。如图1所示，将由双头螺柱21连接的进水筒14与填料筒28拧开，再将由双头螺柱22连接的填料筒28与尾盖3拧开，将填料筒28颠倒180°使a端与b端进行对调，即将b端双头螺柱22与进水筒14拧紧，将a端双头螺柱21与尾盖3拧紧。在进水口18处外接进水管，将进水管放入之前净化过的水中，向上拉动手柄11，水由进水管经进水单向阀17进入进水筒14，接着向下压手柄11，水经单向出水阀16流向填料筒28。水经双头螺柱22的中间孔进入，水在一定渗透压力下从中空纤维膜内部向膜外部流动，进水过程中膜表面堆积的污染物冲走，实现超滤膜组件25的反冲洗。超滤膜出来的水从隔离筒24进入填料23，对填料23中积累的污染物进行冲洗，冲洗后的水从双头螺柱21中间孔流向尾盖3，尾盖内的反冲洗水自出水口32流出。在反冲洗初始阶段，可看到反冲洗出水极为浑浊，在持续进行反冲洗过程中出水变得越来越清澈，当反冲洗用水量为2l时反冲洗出水完全清澈，此时结束反冲洗，将净水器调回正常净水模式。

填料滤膜更换：当反冲洗后推动活塞15的阻力依旧很大，表明填料或滤膜已经严重堵塞，需要进行填料或滤膜的更换。如图1所示，将由双头螺柱21连接的进水筒14与填料筒28拧开，再将由双头螺柱22连接的填料筒28与尾盖3拧开。如图3所示，拧出a端的双头螺柱21，即可取出过滤网27，取出过滤网27后便可将已失效或严重堵塞的填料倒出，拧出b端的双头螺纹22，握住超滤膜组件25根部适当用力可将超滤膜组件25从双头螺纹22中拔出。当超滤膜有堵塞或严重污染时即可更换超滤膜，将新的超滤膜组件25插入双头螺纹22，将隔离筒24套在超滤膜组件25上以保护中空纤维膜不受损坏，将双头螺纹22与填料筒b端进行组装拧紧，从填料筒a端装入填料23，将过滤网27放在新装的填料上，拧上双头螺柱21，至此完成填料筒28的组装。将组装好的填料筒28的b端与尾盖3通过螺纹拧紧，将组装好的填料筒a端与进水筒1通过螺纹拧紧，至此全部完成净水器的超滤膜和填料更换，净水器可正常使用。

值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。