1、引言

随着人们对生活饮用水质量要求的提高，中国家庭对净水器的需求越来越多，反渗透净水器因其优良的过滤和净化效果，备受消费者青睐。然而反渗透净水器部分传统设计方法带来的不利因素，也正制约着净水器的进一步发展。如其核心的过滤系统，由多种滤芯（多达五级）组成，各级滤芯的使用寿命不同，用户在使用过程中需要频繁换芯，且很容易换错。另外，净水器内部涉水零件都是通过水管和接头来连接的，结构复杂，漏水点多，为生产和维护带来不便，机器成本较高。产生这些问题的主要原因是机器大多数部件都采用简单的水管连接方式，零件过于分散，没有整合优化。我们可以利用集成设计理念对传统净水器进行重新设计。比如：滤芯方面，在满足过滤功能的前提下，将多级滤芯集成在一起，形成一根集成复合滤芯；在水路连接方面，可以将分散的零件优化整合，集中在一块水路板上，去掉多余的水管和接头。

(图片来源：水立洁净水器公众号，侵删)

2、集成滤芯设计

传统反渗透净水器有五级过滤单元，它们分别为：粗过滤PP棉滤芯——可有效截留水中悬浮物、泥沙、铁锈、胶体等固体杂质；压缩活性碳滤芯——可以有效去除水中余氯、有机物、异味、异色等物质；精过滤PP棉滤芯——可进一步截留水中较小粒径的颗粒（如碳粉等）、悬浮物等；反渗透（RO）膜滤芯——可截留水中重金属离子、细菌、病毒、农药残留物等有害物质；后置颗粒活性炭滤芯——可去除异味、改善口感[1]。粗过滤PP棉、活性碳棒和精过滤PP棉统称为预处理滤芯，后置颗粒活性炭一般称为后处理滤芯。反渗透净水器一般水路原理如图1所示，不同功能滤芯的组合，可形成不同的集成方法，如：预处理滤芯集成，预处理与后处理滤芯集成，预处理、后处理与反渗透（RO）膜集成等。在生产过程中，可以根据实际设计需求，选择不同的集成滤芯。

(图片来源：水立洁净水器公众号，侵删)

图1 反渗透净水器水路原理图

2.1 预处理滤芯集成

预处理滤芯利用结构组合的方式集成，预处理滤芯一般由三支组成，每支滤芯都是中空的圆筒形，用直径大的圆筒套直径小的圆筒，粗PP棉置于最外层，活性碳棒置于中间层，精PP棉置于最里层，形成一根具有三层过滤功能的集成滤芯。通过每层过滤孔径的合理设计提高过滤效果，即由外层向里层，过滤孔径逐渐由大变小，过滤精度由低到高，结构剖视如图2所示。最外层PP棉还可以设计成拆叠状，增加与水接触的表面积，提高滤芯纳污能力，这样集成滤芯的使用寿命能进一步延长，结构剖视如图3所示。

(图片来源：水立洁净水器公众号，侵删)

图2 预处理集成滤芯

(图片来源：水立洁净水器公众号，侵删)

图3 折叠集成滤芯

此外，预处理滤芯还可利用新吸附材料碳纤维来实现。碳纤维是通过原材料放丝和碳化而来的，80%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，不仅具有碳材料固有的吸附特性，还具备纺织纤维的柔软可加工性[2]。根据过滤功能的需要，用碳纤维配合不同过滤精度PP材质的无纺布，其最外层无纺布用低过滤精度，最里层无纺布用高过滤精度，并在两者中间放置碳纤维，最后卷制成圆柱状，形成一支预处理集成滤芯。新吸附材料，不但过滤效果好，而且集成滤芯尺寸紧凑，结构示意如图4所示。

(图片来源：水立洁净水器公众号，侵删)

图4 碳纤维集成滤芯