防堵塞废水比的制作方法

本发明涉及一种净水器的附件，尤其涉及一种设于反渗透滤芯出水端的废水比装置。

背景技术：

家用反渗透净水器使用反渗透膜作为核心过滤元件。在正常工作时，必须在膜前维持一定的进水压力，才能确保反渗透膜具有较高的脱盐率和出水量。为了维持必要的膜前进水压力，从而使一部分进水通过过滤膜成为纯水，通常选用废水比作为节流装置以降低反渗透膜的废水流量。废水比核心组件为一个长度和孔径之比较大(通常＞10)的细长的连接管，通常采用不锈钢制作，通过压阻来调节流量，进而为过滤膜提供合适的膜前压力来克服渗透压制水，保证一定的净水流量、脱盐率等。

反渗透膜能够截留水中大部分的有机物、盐类等，这类物质在废水流道中浓缩并通过废水比排出，当废水长时间在废水比中停留时，会由于结晶等物理、化学过程而留在废水比中，从而堵塞管路，使反渗透膜非正常工作。通常废水比内不锈钢管很细，如一个工作在0.42mpa，废水出水量为1l/min的废水比，其不锈钢管内径只有0.9mm～1mm，这和常用的内径为3.5mm的2分管或内径为6.5mm的3分管相比是很小的。废水比利用小管径来实现节流，这为其本身带来了堵塞风险，开发一种管径较粗而又能实现节流的废水比是很有必要的。

在正常工作时，废水比前端管路中水流有一定的压力和流速，如某600g净水机废水比前水压为约为0.7mpa，3分管内水流速为2.4m/s。由于压力和流速较高，使得这部分水流中蕴含着很大的能量，最终这部分能量会通过与壁面摩擦、以较高流速进入下水道等形式耗散。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种利用压力转换为电能并防止堵塞的废水比。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防堵塞废水比，包括连接管，其特征在于所述连接管的进水端设有水力发电机，该水力发电机包括

壳体，侧壁开设有进水口；底端形成与连接管连接的出水口；

端盖，密封地设于前述壳体的端口上；

叶轮，包括轮轴及设于轮轴前端的叶片，前述轮轴能转动地设于端盖上，前述叶片位于壳体与端盖组成的空腔内；

外壳，位于前述端盖上方；

定子，设于前述外壳内；以及

转子，能转动地设于前述定子内壁并底端与前述轮轴连接，该转子转动状态下能切割磁力线。

作为优选，所述端盖具有贯穿的供轮轴设置的通孔，该通孔的外端设有安装槽，该安装槽内设有垫片和密封圈，该安装槽的端口设有压紧帽将垫片和密封圈压紧。

作为优选，所述轮轴前端形成膨大头部，该膨大头部呈锥形状，所述的叶片为弧形状布置于膨大头部的锥面上。

进一步，所述壳体下端呈锥形状与轮轴的膨大头部适配。

所述壳体出水口的内侧设有能供水流通过的支撑垫，该支撑垫上具有轴槽，所述膨大头部的底端具有与前述轴槽转动配合的轴销部。叶轮转动就会更加平稳。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将水压转换成电能，从而实现净水系统的废水在以高速流向废水比的连接管前，先将其蕴含的压力能中的大部分转换成电能，从而降低连接管前的废水压力，这样不仅能提高废水比连接管的直径，降低加工工艺难度和堵塞风险，同时也能降低水流经过时的噪声。

附图说明

图1为实施例结构示意图。

图2为水力发电机分解图。

图3为中水力发电机放大立体剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2和图3所示，本实施例中的防堵塞废水比包括连接管10及设于连接管10的进水端设有水力发电机100，该水力发电机100包括壳体11、端盖12、叶轮2、外壳3、定子31和转子32。这里的连接管10类似于不锈钢毛细管。

壳体11侧壁开设有进水口111，壳体11出水口112的内侧设有能供水流通过的支撑垫5，该支撑垫5上具有轴槽51；底端形成与连接管10连接的出水口112；壳体11下端呈锥形状与轮轴21的膨大头部23适配。端盖12密封地设于壳体11的端口上。端盖12通过超声波焊接、螺钉连接、胶粘等方式固定到壳体11上。

叶轮2包括轮轴21及设于轮轴21前端的叶片22，具体地，轮轴21前端形成膨大头部23，该膨大头部23呈锥形状，叶片22为弧形状布置于膨大头部23的锥面上。轮轴21能转动地设于端盖12上，叶片22位于壳体11与端盖12组成的空腔内；膨大头部23的底端具有与轴槽51转动配合的轴销部24。

端盖12与轮轴21的密封设置采用如下方式，端盖12具有贯穿的供轮轴21设置的通孔，该通孔的外端设有安装槽121，该安装槽121内设有垫片41和密封圈42，该安装槽121端口设有压紧帽43将垫片41和密封圈42压紧，压紧帽43内侧还设有压垫片44。垫片41、密封圈42、压垫片44主要作用为动密封，防止转子转动时水渗漏。

外壳3位于端盖12上方，外壳3由筒体3a和盖板3b组成。定子31设于外壳3内；转子32通过上轴承33和下轴承34能转动地设于定子31内壁并底端与轮轴21连接，该转子32转动状态下能切割磁力线。

在工作时，水流通过壳体上的进水口111流入，然后通过空腔，从而带动叶轮2转动，叶轮2带动转子11转动，从而产生电能。

防堵原理：

对于一般水利发电机，其输出功率p为：

p＝9.81qhη

其中，p为输出功率(w)，q为流量(10^-3m³/s)，h为压力水头(m)，是水轮机做功的有效水头，η为水轮发电机的总效率。η＝ηwηe，其中ηw为水轮机效率，通常为80％～90％，选取中间值85％为例，其意味着有85％的压力势能转化为电动机的输入机械能。ηe为发电机效率，通常为80％～95％，对于小型水轮发电机，η通常为60％～80％。

根据伯努利方程，压力水头h＝p/ρg，由于水可认为是不可压缩流体，ρ几乎不变，则h∝p，也即

δh∝δp

当压力水头因为做工和摩擦等损失ηw时，意味着废水比前端的压力(也即水轮末端压力)相较于水轮前端压力损失ηw。水轮前端压力记为p0，则废水比前端压力p1＝(1-ηw)p0。

对于细长毛细管，其流量与截面积、两端压差的关系为

其中κ为和截面半径、压差等无关的常数，a为废水比内毛细管内部截面积，当管内为层流时，n＝1；当管内为层流时，n＝2。δp为废水比毛细管前端、后端压差，由于出水口为大气压，则δp为废水比前端表压，即δp＝p1＝(1-ηw)p0。

一般来讲，在维持废水比前端压力不变的过程中，加入水轮部分和不加水轮部分，废水比水流流量变化不大，即q前后维持不变。记废水比毛细管在废水比内不加水轮部分时需要的截面积为a1，对应的压差为δp1＝p0，废水比毛细管在废水比内加水轮部分时需要的截面积为a2，δp2＝p1＝(1-ηw)p0。此时，

则

当毛细管内部为层流时，n＝1，ηw＝80％～90％，此时当毛细管内部为紊流时，n＝2，ηw＝80％～90％，此时发电功率：

对于发电机，其输出功率p＝9.81qhη，对于小型水轮发电机，η通常为60％～80％。则

实例说明：

以某600g净水机为例，其膜后压力(即废水比前端压力)为0.7mpa，净废比＝2∶1，未加水轮机部分时，废水比毛细管内径为0.8mm，长30mm，废水流量q＝1.315×10^-5m³/s，水流速为10.9m/s，毛细管内的雷诺数＞100000，水流处于紊流状态，当毛细管截面积增大到原面积的3.16倍时，雷诺数＞10000，水流仍然处于紊流状态。此时也即通过加装水轮机部分，毛细管截面积由初始的2.01mm²最大可增加到3.58mm²(此时毛细管直径为1.07mm)，截面积增大78％。此时发电功率h＝0.55～0.73w。