便携式野外净水器设计.docx

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便携式野外净水器设计

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置的性价比更高的便携式净水器，对净水流程做了深刻的试探和分析，从头确信了最正确的净水流程，使净水系统的每一级净水更有针对性和靠得住性，整个功能设计有很强的环保意识，从动力提供方式的选择，到净水流程中可能显现二次污染的试探，充分表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。

内部采纳了分筒式的结构设计，由滤芯筒和活塞筒两部份组成，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，外观设计也简练大方。

充分考虑了人机工程学原理。

关键词：

净水器便携式净化

Abstract

Studyakindofcleanmachineofwaterofholdtypewhichcanpurifytheearth'ssurfacewateretc.underthenopowersupplycondition.themachinehasgoodperformanceandlowprice,soitiswelcometoeveryonewhoarewanttotraveltothenature.Dothedeepthinkingandanalysistothecleanwatercurrentdistance,re-makesurethebestandcleanwatercurrentdistance,makecleansystemofwaterofcleanwaterprocessmorepertinenceandcredibility,thewholefunctiondesigncontainverystrongenvironmentalprotectionconsciousness,fromthechoiceofthewayofmotiveprovide,gotothinkingofthecleanwatercurrentdistancemayappeartopolluteagain,itisfullofgreendesignofconcept.thequantityislight,itisconveniencetotake,andthecleanspeedofwaterandcleanfluidmattersquantityhastheguarantee.Theinnerpartadoptedthestructuredesignofthetubetype,constitutefromthetubeofpurifierandthepistontubetwoparts,itiseasytodismantlestounloadandinstall,thestructureconstructiondesignreasonable.thecleanmachineofwaternotonlythefunctionisverystrong,externalappearancedesignalsosimpleanddirectandgenerous.Wellconsideredtheprincipleoftheperson-machineengineeringlearns.

Keywords:

thecleanmachineofwater,portablewaterpurifier,clean

第一章绪论

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。

水同时是最正确的溶剂，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。

人体内的那个盐水海洋，流经所有的血管和人体内不论多细微的管道，冲击着每一个细胞壁，注满每一个细胞，人体任何部份缺了它，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%。

人体中的水能够调剂体温，增进新陈代谢，输送营养物质，排除废物，忙碌而有序。

同时，水也参加化学反映，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份。

人体内的水每5~13天更新一次，若是占人体比重70%的水分是干净的，那么人体内的细胞也就有了健康清新的环境。

健康、干净的水可令人体的免疫能力增强，有利于增进细胞新陈代谢，那么体内的细胞也就丧失了恶变及毒素扩散的条件。

人抱病的概率自然就减小了。

相反，若是人体减少水分10%便会引发疾病，只要失掉15%的水，生命就有危险，减少20%-22%就要死亡。

在咱们饮食上，没有哪一种具有比水更重要的作用。

没有食物，咱们能够存活2至3周，而没有水，咱们几天后就会死于脱水。

人在孤立无助的窘境中，只要有水，生命就会维持较长时刻；生病时假设无法进食，需要补充的第一是水。

简言之，天天总略加距离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，是人类赖以生存的大体要素之首

。

可是若是不能饮用清洁的水，那么即便生命存在，也无生命质量可言。

一个恐怖的事实摆在人们的眼前：

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12亿人口因为无法取得清洁的饮用水而患多种疾病。

由于饮用不良水质致使的消化疾病、传染病、各类皮肤病、糖尿病、癌症、结石病、心血管病等多达50多种；由于水质污染，全世界每一年有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。

天津电视台也曾报导：

中国每一年有500万人死于因水污染而致使的疾病。

联合国组织向全世界发出警告:

全世界天天至少有5万人死于因饮用受污染的水而引发各类疾病

。

为此，联合国在2000年确信的“千年进展目标”中提出，要在2021年末前，使全世界不能可持续取得平安饮用水的人口比例减半。

各国元首和政府领袖已许诺在2021年年末前实现上述目标。

社会的进展，人类的进步对水资源的需求也在不断增加，咱们人类的生存离不开水（如图1-1）。

可是可供人类直接利用的水资源却随着时刻的推移逐年减少变得愈来愈珍稀。

与19世纪相较，20世纪世界人口增加了2倍，而人类用水却增加了5倍。

在一些进展中国家，有50%的饮用水和60%的浇灌用水因利用不妥而浪费；约90%的废水没有通过处置就被排放到河流、湖泊造成环境污染。

众多数听说明：

日趋增多的工业废水和城市废水。

严峻阻碍了饮用水的水质。

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，和氰化物、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

主若是由于新技术进展中产生的大量有机

物，有机化工、石油化工、日用化工、医

药、农药等工业的蓬勃进展，目前已知的

有机化合物约700万种，经常使用的5万种化

学品中95%以上是有机物，而且每一年都有

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、生产和利用中都

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大体能取得操纵，但化学污染上升为要紧矛盾。

在化学污染中，无机污染大体能取得操纵，有机污染上升为要紧矛盾，成为危及人类健康及平安的要紧仇敌。

未经处置或处置不妥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（如黄河水确实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、各类浮游生物、寄生虫及虫卵造成的；化学污染是指水中由化学物质致使的水质污染，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、有机溶剂和各类各样的有机物。

水污染对人体健康产生严峻的阻碍

。

大致来讲，可分为以下三种。

1.引发急性和慢性中毒

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要紧方面。

2.致突变、致畸和致癌作用

环境化学物质引发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。

一些外来因素引发胚胎发生结构和功能异样称为致畸作用，妊妇因摄入甲基汞而发生先本性胎儿甲基汞中毒。

胎儿发育受损，诞生后反映迟缓、继而显现先本性痴呆和运动功能失调、危害了下一代的健康与生命。

愈来愈多的研究说明：

大部份的癌症是由环境中的化学致癌因子造成的，而这些因子又普遍存在于地表水、地下水。

到目前为止，美国饮用水中发觉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，还有133种是致突变、致肿瘤或有毒污染物，其余90%的污染物中有无或有多少致癌物还未确信。

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若是来源于工业废水、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，能够在悬浮物、底泥和水生生物体内蓄积。

长期饮用含有这种物质的水，或食用体内蓄积有这种物质的生物，就可能诱发癌症。

致突变、致癌和致畸之间存在着紧密的相关性。

3.发生以水为媒介的传染病

19世纪以前水污染最恐怖的是生物污染，它发生最先，延续时刻最长，对人类的危害最大。

要紧指病原性微生物污染而引发的霍乱、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，现今世界上某些掉队地域及农村地域仍然常有这种水中生物污染致使的流行病暴发。

另外，由于吃了受污染的水或食物而致令人内寄生虫之病患也十分常见。

另外，水体污染后，常可引发水的感官状态恶化。

如，某些污染物在一样浓度下，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，在必然的浓度下能抑制微生物的生长和繁衍，从而阻碍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，阻碍水体的卫生状况。

课题背景、目的和意义

课题背景

全世界水质现状增进了家用净水设备的诞生，在中国90年代初期，家用纯水机、净水器就已经显现，但限于各地的水质情形和那时的消费观念、经济和市场宣传等多方面的因素，家用纯水机、净水器一直没有取得快速的进展。

此刻，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趋恶化，已经形成了普遍的市场需求。

可是不论城市水厂或现有的各类家用净水器的处置工艺和设备都需要电源,处置水均需要管道输入或输出,这就限定了净水器必需在固定点上利用,而不能随身携带,不能随着利用者的活动而在不同的场合和地址利用

。

在我国农村及边远地域仍有大量人员的饮水仍未经严格处置或全然未处置。

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,更是常常饮用浑浊的含有大量细菌的污染水,严峻地阻碍了躯体健康和工作。

但是，目前市场上销售的净水器一样是采纳活性碳、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方式，人们试图尝试摆脱净水器受固定电源的限制，有了这种方式，多种便携式净水器诞生了，专利号为.0、.3、.3、.六、.4、、（如图1-2）这些便携式净水器技术上比较掉队，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方才进展的时期，有很少的一部份人明白“工业设计”那个名词，对工业设计的明白得更是少之又少，这些便携式净水器很多是由弄机械设计的人员设计的，他们对工业设计还不是很了解，故关于产品他们只强调了功能性，而全然没有考虑美观性。

图1-2国内七种专利便携式净水器

课题目的和意义

为了改善野外作业、旅行、探险、救灾等人员方便用水的状况,和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

。

净水器市场现状和以后

净水器进展概况

随着环境水资源的污染状况恶化及净水技术的不断进展，作为一种新型产品——净水器取得了迅猛的进展。

各类品牌产品的生产厂商如雨后春笋般不断显现。

要紧厂商集中在上海、江浙、广东地域。

以广东市场为例，目前广东市场上净水器要紧品牌（按产品上标注的生产厂商所在地）可分为三类：

第一类入口品牌（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（包括合伙品牌共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）。

入口品牌价位很高，多数在3000元人民币以上，国产品牌部份（采纳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，要紧有以下四种类型：

、初期的简单过滤型

此类型的净水器主若是采纳砂芯过滤器。

结构简单，只能除去杂质尘埃等。

此刻已经大体见不到这种净水器产品。

、活性碳

、陶瓷等吸附过滤型

采纳活性碳吸附再加银消毒的方式。

活性碳的吸附能力有限而且吸附能力随着处置水量、利历时刻的增加而降低，需要及时改换滤芯。

这种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，只是相对过滤成效好，寿命长，但价钱较昂贵，也不能完全去除细微的细菌等，此类产品属中高级。

、软水、矿化、磁化型

采纳离子互换树脂、永磁铁、麦饭石等材料，适用于硬水地域，但一样存在上述活性碳吸附的缺点。

一样是将活性碳与离子互换树脂结合利用，成为矿化净水器。

、膜分离过滤型

要紧有微滤（MF）、超滤（UF）、精滤（NF）和反渗透（RO）等。

应用这种技术的净水器价钱昂贵，体积大。

中空纤维束是一种新颖的膜分离过滤方式，本钱/性能比较低。

因此，近期显现了较多采纳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，部份国家家庭拥有率达到70%。

但是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，大体集中在上海。

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进展。

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利用意识还很欠缺，关于便携式净水器的意识就更淡薄，那个地址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讲技术和造型都比较前卫的。

（a）型看起来比较笨重，加压过滤，采纳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**厘米。

（b）型采纳的是自重过滤，采纳微米的陶瓷滤芯。

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，采纳加压过滤，采纳微米的陶瓷滤芯。

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。

市场进展的制约因素

目前制约净水器市场进展的因素要紧表此刻以下几个方面：

净水器国家标准不完善，纯水、矿化水争辩不休。

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查验衡量标准。

由于缺乏标准指导，市场上纯水净水器（主若是反渗透净水器）、矿化水（主若是磁化、矿化净水器）两大阵营在媒体报刊上争辩不休，乃至于彼此解决，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，也希望及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，或许是为了追求现代人保健美容的时尚。

但是保健美容给人的感觉老是没有公共化。

据调查，日本的净水器产品，一样定位在厨房家电类，多数和厨房家电如电饭锅、电开水壶等放在一路宣传。

如此，无形中消费者会将净水器和电饭锅看成同一类产品。

日本的净水器普及率（听说达到了70%）很高和此有必然的关系。

消费者对净水器缺乏熟悉。

咱们对广州、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（以一个光临小集体或家庭为一批）顾客光临净水器柜台，购买或询问净水器有关问题（其中中老年人较多，年轻人少），但是很少有人购买净水器；另外，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疑心、观望态度。

这是制约净水器行业进展的关键因素。

产品质量良莠不齐，销售治理不标准。

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轻忽。

尽管大多数的净水器品牌能知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最少的卫生要求，乃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尘埃。

而作为产品销售终端——商场对净水器产品的治理也不标准，有的商场净水器产品专柜类似杂货铺，乃至有的商场没有净水器产品专柜，各个品牌的净水器产品散布在各个不起眼的角落，产品也粘满尘埃。

净水核心技术把握不足，滤芯制造缺乏统一的标准，滤芯的改换成为净水器进展的瓶颈。

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把握不足，依托入口滤芯。

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，后续的滤芯改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利。

部份消费者担忧生产家不生产时，昂贵的净水器便失去用途，或可能在滤芯价钱上被厂家任意宰割。

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劣等没有进入中国市场。

净水器市场正处在战国时期，各个品牌产品都说自己是国内外知名品牌或是采纳国际先进技术制造，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疑心态度。

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进展的一个不可忽略的因素。

市场进展前景

依照以上的制约因素，净水器市场的进展应当从以下几个方面解决：

市场游戏规那么的制定是市场进展的前提，加速研究成立相关的行业行规，标准净水器行业的行为是重中之重；

从头进行净水器的市场定位，只有成为家庭必需的厨房用品以后，净水器产品才能引发广大消费者（专门是广大的农村消费者）购买的欲望；

增强市场营销力度及市场治理监督机制，让消费者了解净水器产品；

增强研究和应用先进的净化技术，解决净水器进展的瓶颈——滤芯问题。

目前，净水器的类似产品——饮水机在市场上独领风流，年销量在万万数量级，但是单纯的饮水机有着无法幸免的缺点，如：

送水及储水麻烦、购买纯净水费用高、长期利用无法保证饮水机内部的卫生等。

专门是近几年多次报导桶装水合格率很低，使得用户的饮用水健康全然无法取得保证。

饮水机的所有功能净水器都具有，但却幸免了以上缺点。

随着制约市场进展因素的慢慢解决，单纯的饮水机将慢慢退出市场。

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），并将慢慢向家电方向进展，以后的净水器将成为家庭中必不可少的一个厨房家电。

本文要完成的内容

这次设计本着“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。

能够很方便的拆卸安装，以便安装清洗，和改换滤芯。

该便携式净水器采纳高科技材料，通过量级过滤、吸附杀菌、抑菌等多重过滤系统

，具有

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、铅等重金属和各类有机物。

而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躯体健康。

针对那个设计目的，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，和净水技术和工艺的特点，确信该净水器的净水系统原理设计方案。

2.依照确信的净水系统原理方案，进行净水器结构设计和绘制关键零部件的三维图和二维尺寸图。

3.针对确信的净水系统结构，进行外观设计。

4.产品综合性能论述。

第二章净水系统原理设计

净水流程设计

分析各类净水原理和方式和水质的污染状况，来设计净水流程。

净水器依照净水的原理和方式，要紧能够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利用的过滤介质不同还能够再细分为陶瓷、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利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。

它是以机械的方式将水中的微生有机物、脏物、残骸和粒子全数去除。

此刻的水过滤器装置一样孔径都能够达到微米级，小到足以滤除原微生物和绝大多数细菌，可是又多少缺乏滤除足够百分率的病毒，因此还不能称为净水器，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，过滤的成效越好，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~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