一种漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置的制作方法

本发明涉及水质修复改善领域，特别是涉及一种漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置。

背景技术：

随着经济社会的快速发展和人民生活的日益改善，水资源问题越发引起重视。无论是饮用水、生活用水还是水产养殖用水，水质改善问题都是重中之重。针对水产养殖，水是鱼类等生物赖以生存的环境，较好的水质能减少它们疾病的发生，更有利于鱼类的生存和生长。而目前的水产养殖中大都是只关注于水源的过滤，但在养殖过程中却无法保证水质能够长时间适宜鱼类的生长，水质极其容易被遭到污染破坏。频繁的换水容易影响鱼类的生长，并且所需的人力物力都是更是无形之中加大了养殖成本。同时氨氮含量过高是水产养殖过程中通常会出现的问题，单纯通过投放化学药剂改善水质的话，所需的浓度上容易增大水体毒性，对水产的存活造成影响，甚至可能沉积在水产的体内。

而在城市的小区或者公园里面，还经常设置有人工湖，可以有效地点缀景色，提高其环境观赏性。并且通常人工湖里面也会养殖有一些观赏鱼类，它们的生存和所提供的观赏性更是依赖于人工湖的水质。目前人工湖大都使用循环过滤的方法来改善人工湖的水质，但一般的过滤装置都是非连续工作设备，其水质改善的续航能力很弱，并且设备停机的维护工作也是相当困难。而且其水处理费用极其昂贵，却又效果不佳。同时观赏鱼类的生命力多数较弱，需要在持续洁净富氧的水质中方才能长期生存。这些鱼类所能承受的化学药剂量更低，需要更加悉心地维护水质。而频繁换水既浪费水源又容易让鱼类产生不适，并且还需要大量的时间和人力物力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实用性强、便捷可靠的漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置，包括壳体、进水组件、出水组件和用于改善水质的滤芯；

滤芯位于壳体内部，滤芯为环状结构，滤芯下端的厚度小于上端的厚度；

壳体下端设有进水口和出水口，壳体上设有连通到滤芯内侧的通风口；

进水组件连接进水口和滤芯外侧，出水组件连接滤芯内侧和出水口；

进水组件中设有用于抽水的第一泵机，出水组件中设有用于排水的第二泵机；

壳体内部设有悬浮部件和电池组件，壳体上还设有用于驱动的巡游组件。

作为上述方案的改进，滤芯为锥形环状结构，滤芯中含有纺织过滤材料、活性炭、pp棉材料、化学改善剂中的一种或多种。

作为上述方案的改进，壳体包括位于上端的盖板，通风口位于盖板上，盖板上设有遮挡通风口的顶板，盖板和顶板之间留有缝隙，顶板的上表面为向上凸的圆形结构，顶板上设有太阳能面板。

作为上述方案的改进，进水口和出水口均位于壳体的底部，壳体的底部还设有用于清理进水口的清洁组件。

作为上述方案的改进，清洁组件包括内轴和毛刷，毛刷套在内轴上，第二泵机通过减速装置连接清洁组件并带动内轴扫过进水口。

作为上述方案的改进，第二泵机为轴流管道泵，巡游组件连接有控制器并受其控制。

作为上述方案的改进，滤芯可拆卸式安装于壳体内，滤芯中由外到内依次设有纺织过滤材料层、活性炭层、pp棉材料层、化学改善剂层和纺织过滤材料层，化学改善剂层含有化学除藻剂和化学沉淀剂。

作为上述方案的改进，进水口的数量为若干个，各进水口呈圆周阵列排布，各进水口的轴线均为倾斜状，出水口位于中央位置，且下端向中心位置倾斜。

作为上述方案的改进，进水组件包括若干进水管路，各进水管路的一端至少连通两个进水口，另一端连接到滤芯上。

作为上述方案的改进，出水组件中设有氧气生成装置，进水口在壳体外侧形成的外口最大尺寸在2mm～5mm之间。

本发明的有益效果：这种漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置，通过悬浮部件保证其在水体的一定高度浮动，而在巡游组件的驱动下可以使该装置航动，同时进水组件引水到滤芯进行过滤后由出水组件排出，可以高效实时地进行水质过滤，有效长期地保证水质，延缓水质的进一步恶化，进一步降低水池的维护成本，并且可以有效全面地覆盖水体，保证过滤的及时高效；

而环状的滤芯结构可以有效方便滤芯更换的同时，集中排出水质优化后的水，可以达到分散抽拾、集中排出的水质净化效果，更能在一定水面高度引起水流扰动，有利于鱼类的生长，提高水体的流动性，同时保证水体内水质的均匀性，避免局部污染囤积，确保水体中较低水层也能得到有效的净化；

而连通到滤芯内侧的通风口可以让过滤后的水有足够的空间接触空气，促使氧气溶解到水中，提高水体的氧气含量，且在第二泵机的抽动下，滤芯内侧的空气和水都流动了起来，产生了压差，可以自动将从通风口吸取空气进来，带动周围气体流动，保证过滤后的水能够充分地接触高氧的空气，并且由于滤芯下端的厚度小于上端的厚度，可以使过滤水在过滤的过程中攀爬到更高的位置，使过滤后的水更进一步分散开，充分与空气接触提高，使空气中的氧气能更多融入水体中；

进一步地，通过在滤芯设置有化学改善剂，可以是一些化学除藻剂、化学沉淀剂、化学降解药剂等，可以在过滤的同时融入水中，达到微量持续的添加的效果，可有效避免在水体中水质毒性，在保证鱼类生存所需水质的同时，能够有效发挥作用，持续改善水质。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是该装置底部的结构示意图；

图2是该装置顶部的结构示意图；

图3是该装置的侧面结构示意图；

图4是该装置的剖面示意图；

图5是该装置的内部结构示意图；

图6是底板的结构及水流方向示意图；

图7是底板的仰视图；

图8是滤芯的结构示意图；

图9是滤芯的剖面结构示意图；

图10是图9中a位置处的放大图。

具体实施方式

参照图1～图10，本发明中为一种漂浮能动式滤水加氧的水质净化装置，包括壳体、进水组件、滤芯7和出水组件，进水组件、滤芯7和出水组件依次连接并设置在壳体的内部。水体中的水从进水组件进入后经过滤芯7过滤后，通由出水组件流出。壳体一般具有比较好的密封性，确保其不会发生渗水影响作业的情况。通常壳体设置成如同扫地机器人一般的矮圆柱状结构，可以提高其美观性，并且使其结构更加紧凑。而且是该水质净化装置至少有部分是在水中作业，需要兼顾其材料的防水性和耐腐蚀性。壳体可由底板1、围板2和盖板3围成，盖板3设置为可拆卸，方便维护工作和更换其内部滤芯7。而底板1也可设置成可拆卸的，可以方便更换底板1，针对不同的水体改用不同进水口11和出水口12的底板1。可以在安装的时候加上橡胶垫圈和防水胶，确保连接部位不会渗水。

滤芯7内部设有水质改善材料，通常是一些改善水质的过滤材料或者化学添加剂，也可是一些能够改善水质的微生物。通常根据该水质净化装置的具体用途选用滤芯7的材料，一般较多使用在水体中进行水质维护工作，用于延长较佳水质持续的时间，这时候一般是较小的进水口11和用于养护过滤的滤芯7。如果是一些污染很严重的水体，应该完成一次初过滤后再使用该水质净化装置。但也可以做出相应的改善使其适用于污水处理，譬如增大体积，用比较大进水口11和用于粗过滤的滤芯7来实现。滤芯7一般设置为环状结构，即没有下底的桶状结构，这样可以优化壳体内部空间，保证壳体内部空间的高效利用，更能方便滤芯7的更换。并且环状结构可以使水从滤芯7外壁流入，从滤芯7内壁流出，提高水体的过滤效率，提高滤芯7整体的利用率。而进水组件中设有用于抽水的第一泵机62，通过进水口11将水抽到滤芯7的外壁。由于第一泵机62产生的水压，水体会从滤芯7外壁涌入，通过滤芯7之后完成过滤。而滤芯7通常设置下端的厚度小于上端的厚度，可以使水随着滤芯7攀爬上去，避免重力影响只在滤芯7下层位置过滤通过。同时在壳体上设置的通风口21连接到滤芯7的内侧，使过滤后的水接触到空气，将空气中的氧气融入到水中，提高水体的含氧量。而由于滤芯7下侧比较厚的结构特点，使过滤后的水能够上爬上去，将水体分散开，提高水体与空气的接触面，进一步保证空气中的氧气能够充分融入水体中。

壳体下端设有进水口11和出水口12，可以是相应地延伸出管道出来，也可以是直接设置开口。进水口11通常设置孔径比较小，避免大颗粒进入管路中积累或者造成堵塞，影响该水质净化装置的正常作业。可以在进水口11处再加一层过滤网，每隔一段时间及时更换一次，这样也是将一些污浊物固定到了过滤网上，实现第一级过滤。一般是在壳体内部设置有连接进水口11和滤芯7外壁的进水管路61，而进水管路61通过第一泵机62带动抽水。第一泵机62的选择上应该着重考虑其抗堵塞性能，通常兼顾考虑过滤流量进行选择。通常是进水管路61在连通进水口11的一端较小，然后在连接滤芯7一端较大，覆盖住滤芯7外侧足够宽的区域。这样可以降低流速，保证水质过滤效果，同时还可以提高过滤效率。

而出水组件一般直接设置在滤芯7内侧，即其内壁面所围成的空间中，由第二泵机81带动过滤后的水通过出水口12流出。通常是保证第二泵机81的带水流量比较大，确保滤芯7内部的液面较低，可以使水体过滤后流出到滤芯7内壁能够充分暴露接触空气。并且较大功率的泵机可以有效带动滤芯7内侧的空气流动，降低滤芯7内侧的空气的压力，使外部空气通过通风口21流入，确保内部的空气流动。不断流入的新鲜空气能够带来新鲜的空气，保证氧气的供给，进一步使氧气更高效地融入水体中。

出水口12一般设置在壳体的底部，这样可以使流出的水带动进入下层的水体，搅动水体流动，并将氧气送入。流动水体可以有利于鱼类的生长，并且确保水体的均匀性。而下层污染水体搅动起来，能使其被进水口11抽取过滤，使在水体上层浮动的水质净化装置也能处理下层的水体。通常会设置比较适合的第二泵机81功率，以此保证从出水口12送出的水只会搅动到一定高度的水层，避免搅动底层沉积的污浊物质。

在壳体内部设有悬浮部件可以确保该水质净化装置悬浮在水体上，通常是设置比水体密度比较小的物质，譬如泡沫。可以直接确保壳体下端的密封性，利用空气作为悬浮部件。壳体内部还设有电池组件9和巡游组件21，电池组件为第一泵机62、第二泵机81和巡游组件21供电。该水质净化装置每隔一段时间便回去充电，也可以直接在壳体上设置太阳能面板为电池组件9充电。巡游组件21用于带动该水质净化装置在水面上运动，一般是类似于电动船桨等水下动力装置。该水质净化装置的航行速度并不需要太快，通常在电动船桨的外侧设置有罩盖，避免被异物缠住卡死。通常巡游组件21还连接有控制器，通过控制驱动装置带动该水质净化装置按照设定的轨迹航行，可以参考市面上已有的扫地机器人设置轨迹和相应的传感器，在全面覆盖水体的同时，科学高效地完成过滤作业。

作为优选的实施方式，滤芯7为锥形环状结构，类似于碗壁结构，可以扩大滤芯7的接触面，方便过滤后的水上爬接触空气。滤芯7中的水质改善材料可以是纺织过滤材料、活性炭、pp棉材料、化学改善剂中的一种或多种的组合。纺织过滤材料可以分为机织过滤材料、针织过滤材料、非织造过滤材料和复合纺织过滤材料，相比薄膜可以以更低的成本完成水体净化。活性炭由于疏松多孔，相对表面积非常大，对水体中的小颗粒具有很强的吸附能力。pp棉材料的纳污能力强、使用寿命长、成本低，在水质过滤方面具有优异的性能。化学改善剂通常是指那些可以改善水质或者添加进水里的化学物质，譬如化学除藻剂、化学沉淀剂、化学降解药剂等。常用的化学改善剂有铝盐、铁盐、生石灰、ca(no3)2、cao2、h2o2和kmno4等。其中铝盐、铁盐、生石灰投入水体后，可以有效降低水体中的磷含量。cao2能改变重金属的形态，其强碱性能与重金属发生化学沉淀，降低重金属污染风险。同时它具有缓释氧气的功能，能强化底泥微生物新陈代谢的能力，促进微生物对底泥的修复。对于那些需要添加进水里面的化学改善剂，可以在过滤的时候让水体带走微量的化学改善剂，这样始终保持着微量持续的添加效果，可以有效地保持化学改善剂的效果，避免化学改善剂所可能产生的毒性，降低对鱼类生存造成的影响。特别地，可以在滤芯7中只设置化学改善剂层74，单纯地用作加药装置。也可以在其他液体领域，实现过滤或者药剂添加的设备。

作为优选的实施方式，进水口11通常是孔状结构并且设置有多个，并且环绕底板1的外沿均匀设置。同时可以有效扩大抽水过滤的范围，确保其均匀性。同时设置多个进水组件抽水，这样可以保证该水质净化装置整体的平衡性，避免翻覆。但在保证就均匀性的同时也可以设置一个第一泵机62带动多个进水管路61，这样可以实现统一作业，避免单个第一泵机62故障导致失衡。各进水口11的轴线为倾斜状，即进水口11并不是单一竖直的通孔13，一般设置为倾斜状会有比较好的效果，可以在保证水流竖直方向流动的同时扩大横向扰动。通常进水口11设置为圆孔，并且轴线为倾斜的直线状态，但根据实际情况的不同也可设置为其他形状。为了方便描述，我们把进水口11在底板1上端面形成的口称为内口111，在底板1下端形成的口称为外口112。这里所说的上和下是以图3为例，图示方向的上为上，图示方向的下的为下，即是正常使用状态下常识中的上下。一般情况下，一个进水口11的内口111和外口112的竖直投影不会再重合，这样可以在抽水的同时引起水体中局部流速的不同，进而带动周围水体的流动。通常我们还会设置相邻进水口11的内口111之间的距离与外口112之间的距离不一致，即任意的两个相邻的进水口11，他们的内口111之间的距离与外口112之间的距离都会有比较大的差别。这样可以避免单一方向的抽水，保证其抽水区域覆盖的全面性。

作为优选的实施方式，进水口11呈圆周阵列排布，而出水口12位于中央位置。出水口12可以设置在中央位置，但更好的方式是在中央位置处环绕轴心分布，并且出水口12下端向中心位置，也就是向轴心位置倾斜。这样可以有效避免过滤后的水被直接抽回去再次过滤，还可以使过滤后的水可以更进一步集中冲击到更底层的水层，带起污染物质来到一定的高度被进水口11抽取进行过滤。同时配合起进水口11的设计，可以在水下形成较为复杂的湍流，带动水体做上下层的运动。在图6中，底板1下面为一些简单的水流示意，箭头方向表示水流的方向。可以看出，过滤后的水通常是进入到更深的水层，这样就能稀释较深水沉的污染情况，并将其托起上升到一定的水沉高度，然后被该水质净化装置抽取过滤。特别地，一般进水组件包括若干进水管路61，各进水管路61的一端至少连通两个进水口11，另一端连接到滤芯7上。进水管路61在连接滤芯7的一端需考虑好密封性，可以使用一些加密封的结构，提高其密封承压能力。

作为优选的实施方式，壳体的底部还设有用于清理进水口11的清洁组件5。清洁组件5可以是一些刷子喷头之类的去除污垢的洗洁装置或者结构，可以有效避免进水口11堵塞。特别地，清洁组件5包括内轴51和毛刷52，毛刷52套在内轴51上。可以设置一定的松紧程度，使内轴51带动毛刷52扫动的时候，毛刷52还能相对内轴51滚动。刷子主要是用于进水口11的清洁，可以不考虑出水口12的清洁。因为出水口12是过滤后的水流外出，一般是不会产生堵塞。而进水口11则是没处理过的水在第一泵机62的抽取下进入该水质净化装置的必经之路，容易有较大的异物堵塞，这时候毛刷52就能很好地去除出水口12的异物。还可以进一步地在该水质净化装置内设置反向冲洗装置，这样可以更好地去除可能已经进入进水口11的异物，确保该水质净化装置的正常运行。

作为优选的实施方式，通风口21位于盖板3上，这样可以确保不会有未过滤的水渗入，并且可以调动到距离水体较高位置的空气。在盖板3上设有遮挡通风口21的顶板4，顶板4可以遮挡避免雨水直接通过通风口21流进滤芯7内侧，并且也可以有效地阻挡异物进入。盖板3和顶板4之间留有缝隙，即盖板3和顶板4不会直接贴合，可以方便气体流通，保证空气能够顺利由通风口21进入滤芯7内侧。通常是利用支柱41在盖板3上撑起顶板4，以此确保盖板3和顶板4之间的有足够的空间。通常盖板3和顶板4的上表面为向上凸的圆形结构，即向外突出的弧形结构。盖板3这样的设计可以更好地产生空气流速差，引动空气进入流动，更好地保证供氧。同时可以避免雨水或者湖水倒灌进入滤芯7内部，影响其正常作业。顶板4的弧形结构同样可以避免雨水和异物沉积。通常在顶板4上还设有太阳能面板，可以为电池组件9充电蓄能，同时还能避免阳光直接暴晒损坏机体。而且弧形结构可以使太阳能面板有效地360°得到光照，更好更高效率地利用太阳能。

在第一种实施例中，第二泵机81为轴流管道泵，轴流管道泵的叶轮82在滤芯7的内侧靠近下端位置，可以很好地带动过滤后留下的水从出水口12排出，并且能够提供比较大的功率。可以适当抬高叶轮82的高度，使其在搅动的过程中更好地带动空气。巡游组件21连接有控制器并受起控制，巡游组件21为若干电动船桨，控制器中设置有类似扫地机器人的算法，还可以在壳体上设置一些传感器，实现高效全面的过滤作业。滤芯7作为损耗品，设置为可拆卸式安装于壳体内，若对水质要求不高可使用较长时间更换一次。在本实施例中滤芯7中由外到内依次设有纺织过滤材料层71、活性炭层72、pp棉材料层73、化学改善剂层74和纺织过滤材料层71，化学改善剂层74含有化学除藻剂和化学沉淀剂。这样设置可以充分过滤水体并往水体里面添加适量的化学物质，进一步提高水体的水质。第二泵机81通过减速装置54连接清洁组件5并带动内轴51扫过进水口11，在底板1上设有通孔13，由连接轴53通过通孔13连接第二泵机81的转轴和内轴51。减速装置54一般是一些减速器，最好有比较好的防水性，还有比较高的减速比，因为内轴51的扫动一般情况下并不需要太频繁。这样设置可以进一步优化该水质净化装置的内部结构，减少添加多一个驱动装置的负担。特别地，进水口11沿周向倾斜，出水口12设置为环状向中心倾斜，这样设置可以更好地引起水流扰动。

在使用的过程中，该水质净化装置漂浮在水上，大概是1/2在水面之下。在电池组件9电源的供给下，巡游组件21带动该水质净化装置开始航动的同时，第一泵机62和第二泵机81也开动。由于第一泵机62，水体中靠近进水口11的水就会被抽入进水管路61中，输送到滤芯7的外侧。在此过程中，一些比较大尺寸的异物就会被进水口11格挡住，再由扫过的毛刷52拨开。而由于进水带动水体的流动，水体上的水就会补充过来，特别是底层的水体。由此形成了一个水压较小的区域，带动更大范围的水体流动。但水来到了滤芯7外侧后，由纺织过滤材料层71完成第一级过滤，可以有效地吸附一些相对较大一点的异物或者污染物。但颗粒较小的容易透过之后来到了活性炭层72和pp棉材料层73，进行更加细致的过滤作业，可根据实际水质需要设置尺寸和厚度。然后来到了化学改善剂层74，在水的冲刷下，溶解带走微量的化学除藻剂和化学沉淀剂，再经过纺织过滤材料层71就进入到了滤芯7的内壁。在此过程中，由于滤芯7的下端较厚，水在过滤的时候会受到上端的力，使其发生攀爬，在到达滤芯7内壁的时候就很大程度扩大的液体表面，使其更多地暴露在空气中。

然后过滤后的水下流沉积，在在第二泵机81的带动下，送出水质净化装置。叶轮82的搅动给水体很大的流动性，进而也带动了滤芯7内壁上端空气的流动。外部空气由于压差进入到水质净化装置中，替换滤芯7上层的空气，补给了充足的氧气。过滤后的水通过出水口12流出，由于出水口12设置为环状向中心倾斜，流出的水在较深的水层中会出现撞击冲散开，扩散开去并带动下层水体上升，进一步保证过滤水体的深度范围。同时也是更好地将化学改善药剂扩散到水体中，避免局部累积。一般在这里并不会直接使过滤后的水冲击水体底部，重点是保障中上层的水质。

在第二种实施例中，出水组件中设有氧气生成装置，将可以将氧气输送到水中，这样可以更进一步地输氧，提高水中的氧含量，可用于高氧需求的水体。

在第二种实施例中，外口112的最大尺寸在2mm～5mm之间。若是圆形进水口11，则该尺寸指的的半径，若是其他形状则所指的最大尺寸是从进水口11径向的各个方向测量所得到的那个最大测量值。这个尺寸范围可以将比较大的污染物隔离外，保证该水质净化装置的正常运行。因为一般比较大的异物并不是水质提升的重点，可以依靠粗处理去除。而不算太大的异物依旧可以通过后到了滤芯7中过滤，保证了该水质净化装置的实用性性能。

当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。