一种纳米纤维静电纺丝装置的制作方法

1.本技术涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种纳米纤维静电纺丝装置。


背景技术：

2.静电纺丝是聚合物溶液或熔体在高压电场作用下产生射流形成纳米级纤维的一种纺丝方法，是目前唯一连续生产有机和无机纳米纤维的最直接方法。
3.一般情况下，静电纺丝装置由高压电源、喷丝头、接收板三部分组成，喷丝头连接着高压电源的正极，运动平台上的接收板连接着高压电源的负极或接地。由于高压静电作用在喷丝头聚合物液体尖端与接收板之间存在电势差，随着电压增加，尖端的液滴逐渐变成一个锥形的形状，这个锥形被称为“泰勒锥”，当施加的电压一旦超过聚合物溶液或溶体的表面张力时，“泰勒锥”尖端的液体就会向接收板方向喷射，在液滴向接收板喷射的过程中，喷射的聚合物溶液或溶体在电场力的作用下被拉伸，经过一段时间和距离后聚合物射流开始劈裂以半径逐渐增大的趋势向接收板螺旋弯曲，在射流拉伸和劈裂过程中聚合物溶液溶剂挥发或者溶体固化，最终聚合物纤维成形沉积到接收板就得到了电纺纤维。
4.静电纺纳米纤维及其制品具有纤维直径小、均一性好、高孔隙率、高通量、适用范围广、节约环保、低成本等优点，在纺织服装、过滤材料、组织工程支架、药物释放材料、传感器、电子器件等多个领域有广阔的运用前景，然而，大多数纺丝溶液的有机溶剂挥发性较强，导致在纺丝过程中喷丝头极易堵塞，堵塞后需停止纺丝更换喷丝头，频繁更换喷丝头导致用户使用成本较高。


技术实现要素：

5.本技术实施例通过提供一种纳米纤维静电纺丝装置，解决了现有静电纺丝装置纺丝过程中喷丝头需频繁更换，导致用户使用成本高的问题。
6.本发明实施例提供了一种纳米纤维静电纺丝装置，该纳米纤维静电纺丝装置包括清洗机构、伸缩机构、底座和安装台；所述底座设置在运动平台的下端；所述安装台固定在所述底座上，且与所述运动平台位于同一侧；所述伸缩机构的一端与所述底座连接，另一端与喷丝头连接，以带动所述喷丝头移动，且所述伸缩机构与所述喷丝头的连接处设置有绝缘材料；所述清洗机构固定在所述安装台上，所述清洗机构的输出端能够对移动至其下方的所述喷丝头进行清洗。
7.在一种可能的实现方式中，所述喷丝头包含喷丝头座和多个喷嘴；所述喷丝头座与进料管的出料端连接；多个所述喷嘴周向阵列设置在所述喷丝头座的底端，且与所述喷丝头座的内腔连通。
8.在一种可能的实现方式中，所述喷嘴包括第一竖管、斜管和第二竖管；所述第一竖管的一端设置在所述喷丝头座的底端，并与所述喷丝头座的内腔连通，另一端与所述斜管的一端连通，所述斜管的另一端与所述第二竖管的一端连通，所述第一竖管的轴线与所述第二竖管的轴线平行，所述斜管的轴线与所述第一竖管的轴线呈预设角度。
9.在一种可能的实现方式中，所述喷嘴为六个。
10.在一种可能的实现方式中，所述清洗机构包括清洗液储存箱、清洗喷头和阀门；所述清洗液储存箱固定在所述安装台上；所述清洗喷头设置在所述清洗液储存箱的下方，且与所述清洗液储存箱的内腔连通，所述清洗喷头能够对移动至其下方的所述喷丝头进行清洗；所述阀门设置在所述清洗喷头上，能够启闭所述清洗喷头。
11.在一种可能的实现方式中，所述清洗机构还包括加热器；所述加热器设置在所述清洗液储存箱的内腔，能够对所述清洗液储存箱内的清洗液进行加热。
12.在一种可能的实现方式中，所述伸缩机构包括第一伸缩结构和第二伸缩结构；所述第一伸缩结构的固定端与所述底座连接，伸缩端与所述第二伸缩结构的固定端连接，能够带动所述第二伸缩结构升降，且所述第一伸缩结构和所述第二伸缩结构垂直设置；所述第二伸缩结构的伸缩端与所述喷丝头连接，能够带动所述喷丝头平移。
13.在一种可能的实现方式中，所述第一伸缩结构包括第一电动推杆；所述第一电动推杆的固定端与所述底座连接，伸缩端与所述第二伸缩结构连接，能够带动所述第二伸缩结构升降；和/或，所述第二伸缩结构包括第二电动推杆，所述第二电动推杆的固定端与所述第一伸缩结构连接，伸缩端与所述喷丝头连接，能够带动所述喷丝头平移。
14.在一种可能的实现方式中，纳米纤维静电纺丝装置还包括废液收集箱；所述废液收集箱设置在所述底座上并位于所述清洗机构的下方。
15.在一种可能的实现方式中，纳米纤维静电纺丝装置还包括废液处理机构；所述废液处理机构包括水泵、第一管路、第二管路、过滤器和单向阀；所述水泵设置在所述废液收集箱的内腔；所述第一管路的一端与所述水泵连通，另一端与所述过滤器连通；所述过滤器的另一端与所述第二管路连通；所述第二管路的另一端与所述单向阀的进液端连通，所述单向阀的出液端伸入清洗液储存箱。
16.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
17.本发明实施例提供了一种纳米纤维静电纺丝装置，该纳米纤维静电纺丝装置包括清洗机构、伸缩机构、底座和安装台。底座设置在运动平台的下端。安装台固定在底座上，且与运动平台位于同一侧。伸缩机构的一端与底座连接，另一端与喷丝头连接，以带动喷丝头移动，且伸缩机构与喷丝头的连接处设置有绝缘材料。清洗机构固定在安装台上，清洗机构的输出端能够对移动至其下方的喷丝头进行清洗。在实际应用中，当需要清洗喷丝头时，伸缩机构带动喷丝头移动至清洗机构下方，清洗机构开始清洗喷丝头，清洗结束后，伸缩机构带动喷丝头复位。本技术实施例的纳米纤维静电纺丝装置能够在喷丝头堵塞后对喷丝头清洗，清洗完成后可继续进行纺丝，避免喷丝头的频繁更换，降低了用户的使用成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例提供的纳米纤维静电纺丝装置的结构示意图一；
20.图2为本技术实施例提供的纳米纤维静电纺丝装置的结构示意图二；
21.图3为本技术实施例提供的纳米纤维静电纺丝装置的结构示意图三；
22.图4为本技术实施例提供的喷丝头的结构示意图。
23.图标：1
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清洗机构；11
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清洗液储存箱；12
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清洗喷头；13
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阀门；14
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加热器；2
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伸缩机构；21
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第一伸缩结构；22
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第二伸缩结构；3
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安装台；4
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喷丝头；41
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喷丝头座；42
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喷嘴；421
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第一竖管；422
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斜管；423
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第二竖管；5
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废液收集箱；6
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废液处理机构；61
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水泵；62
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第一管路；63
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第二管路；64
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过滤器；65
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单向阀；7
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进料管；8
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底座；9
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运动平台。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
26.如图1～3所示，本发明实施例提供了一种纳米纤维静电纺丝装置，该纳米纤维静电纺丝装置包括清洗机构1、伸缩机构2、底座8和安装台3。
27.继续参照图1所示，底座8设置在运动平台9的下端。在本技术实施例中，对底座8的形状不作限制，如图1示出了底座8为长方体的结构示意图，当然，底座8也可以为正方体、圆柱状等形状。
28.在实际应用中，安装台3固定在所述底座8上，且与运动平台9位于同一侧。在本技术实施例中，对安装台3的形状不作限制，如图1示出了安装台3为长方体的结构示意图，当然，安装台3也可以为正方体、圆柱状等形状。
29.继续参照图2所示，伸缩机构2的一端与底座8连接，另一端与喷丝头4连接，以带动喷丝头4移动，且伸缩机构2与喷丝头4的连接处设置有绝缘材料。在实际应用中，当需要清洗喷丝头4时，伸缩机构2带动喷丝头4移动至清洗机构1的下端，清洗机构1对喷丝头4进行清洗，清洗完成后，伸缩机构2带动喷丝头4复位，以使喷丝头4继续进行纺丝，整个清洗过程简单便捷，不需要人工操作，节约了人工成本，提高了纺丝效率。另外，在纺丝过程中，喷丝头4会与高压电源的正极连接，因而在伸缩机构2与喷丝头4的连接处设置有绝缘材料，防止喷丝头4上的高压电传导到伸缩机构2上，消除了安全隐患，保证了纺丝过程中的安全性。
30.具体地，在静电纺丝过程中，运动平台9能够在底座8上进行三维运动，从而带动运动平台9上设置的接收板三维运动以使接收板能够均匀地接收喷丝头4喷出的射流，进而提高所生产的纳米纤维的质量。
31.在实际应用中，清洗机构1固定在安装台3上，清洗机构1的输出端能够对移动至其下方的喷丝头4进行清洗。具体地，清洗机构1能够在喷丝头4堵塞时对喷丝头4进行清洗，清洗完成后喷丝头4可以继续使用，进而延长了喷丝头4的使用寿命，避免了由于纺丝过程中喷丝头4极易堵塞而造成喷丝头4的频繁更换，进一步降低了用户的使用成本。
32.本发明实施例提供了一种纳米纤维静电纺丝装置，该纳米纤维静电纺丝装置包括清洗机构1、伸缩机构2、底座8和安装台3。底座8设置在运动平台9的下端。安装台3固定在底座8上，且与运动平台9位于同一侧。伸缩机构2的一端与底座8连接，另一端与喷丝头4连接，以带动喷丝头4移动，且伸缩机构2与喷丝头4的连接处设置有绝缘材料。清洗机构1固定在安装台3上，清洗机构1的输出端能够对移动至其下方的喷丝头4进行清洗。在实际应用中，当需要清洗喷丝头4时，伸缩机构2带动喷丝头4移动至清洗机构1下方，清洗机构1开始清洗喷丝头4，清洗结束后，伸缩机构2带动喷丝头4复位。本技术实施例的纳米纤维静电纺丝装置能够在喷丝头4堵塞后对喷丝头4清洗，清洗完成后可继续进行纺丝，避免喷丝头4的频繁更换，降低了用户的使用成本。
33.具体地，喷丝头4包含喷丝头座41和多个喷嘴42。喷丝头座41与进料管7的出料端连接。多个喷嘴42周向阵列设置在喷丝头座41的底端，且与喷丝头座41的内腔连通。在实际应用中，静电纺纳米纤维及其制品具有纤维直径小、均一性好、高孔隙率、高通量、适用范围广、节约环保、低成本等优点，在纺织服装、过滤材料、组织工程支架、药物释放材料、传感器、电子器件等多个领域有广阔的运用前景。然而，由于传统的静电纺丝装置只设置单个喷嘴42，导致静电纺丝装置的生产效率极低，纳米纤维的产量仅在0.1g/h～1.0g/h之间，因而静电纺纳米纤维及其制品不能够被大批量的生产。在本技术实施例中，喷丝头4设置有多个喷嘴42，多个喷嘴42可以同时工作，可以同时产生多个射流，从而可以提高静电纺丝的效率，进而增加单位时间内静电纺纳米纤维及其制品的产量，使得静电纺纳米纤维及其制品能够被大批量的生产。
34.在实际应用中，将多个喷嘴42设置在喷丝头座41的底端不会影响喷丝头座41在进料管7上的安装，并且保证了喷丝头座41在安装时与进料管7的外壁贴合紧密性，避免了外界的空气从喷丝头座41与进料管7的连接处进入喷丝头座41内腔而加速纺丝溶剂挥发，导致喷丝头座41内腔堵塞，影响静电纺丝的效果、降低静电纺丝的效率。另外，将多个喷嘴42设置在喷丝头座41的底端也避免在生产制造过程中，为了保证喷丝头座41在进料管7上的紧固效果而将喷丝头座41的长度设置的过高，进而减轻了喷丝头座41的重量，喷丝头座41的重量较轻，在使用过程中也不会由于喷丝头4过重而从进料管7掉落，使得喷丝头座41和进料管7安装的更加可靠。同时，从进料管7的出料端流出的纺丝溶剂在重力的作用下能够顺利的流入喷嘴42内，避免了纺丝溶剂在喷丝头座41的内腔长时间聚集而导致喷丝头座41的内腔堵塞，进而影响静电纺丝的效果。
35.如图4所示，喷嘴42包括第一竖管421、斜管422和第二竖管423。第一竖管421的一端设置在喷丝头座41的底端，并与喷丝头座41的内腔连通，另一端与斜管422的一端连通，斜管422的另一端与第二竖管423的一端连通，第一竖管421的轴线与第二竖管423的轴线平行，斜管422的轴线与第一竖管421的轴线呈预设角度。在实际应用中，第二竖管423的轴线与运动平台9垂直，第二竖管423的轴线与运动平台9垂直保证了在纺丝过程中，从第二竖管423喷射的纺丝溶剂能够更加均匀的射向运动平台9上设置的接收板，进而电场力对纺丝溶
剂的拉伸作用也会更加均匀，以使静电纺丝的纺丝效果更好，从而得到更高质量的纳米纤维及其制品。
36.具体地，斜管422的轴线与第一竖管421的轴线呈预设角度。如图1所示，预设角度是指第一竖管421背离进料管7的外壁与斜管422朝上的外壁所形成的夹角。该预设角度为钝角。由于在纺丝过程中，多个喷嘴42的第二竖管423会产生多个射流，而多个射流之间若距离过近会发生静电排斥作用，使射流产生倾斜现象，增加射流的不稳定性，导致纺出的纳米纤维不均匀，从而影响了所生产纳米纤维的质量。而将预设角度设置为钝角，使得各个喷嘴42的第二竖管423之间的距离比较远，使得多个喷嘴42的第二竖管423所产生的多个射流也距离较远，避免了多个射流之间的距离过近而发生静电排斥作用，因而纺丝过程中所产生的射流不会倾斜，增加了射流的稳定性，使得生产出的纳米纤维更加均匀，保证了所生产的纳米纤维的质量。当然，预设角度也可以设置为直角。相比较而言，将预设角度设置为钝角能够保证纺丝溶剂在重力的作用下能够沿喷嘴42的第一竖管421、斜管422和第二竖管423依次快速均匀的下落，降低了喷嘴42纺丝过程中的堵塞概率，保证了静电纺丝过程的顺利进行，提高了静电纺丝所生产的纳米纤维的质量。
37.在实际应用中，喷嘴42为六个。设置六个喷嘴42可以提高静电纺丝的效率，提高静电纺丝的产量，同时也能更好地保证纳米纤维的质量。进一步地，如图4所示，六个喷嘴42周向等距阵列设置在喷丝头座41的底端，使得六个喷嘴42之间的距离一致，进而保证了六个喷嘴42产生的射流的距离也一致，使得射流的稳定性更高，从而使得生产出的纳米纤维更加均匀，进一步提高了所生产的纳米纤维的质量。
38.具体地，清洗机构1包括清洗液储存箱11、清洗喷头12和阀门13。
39.进一步地，清洗液储存箱11固定在安装台3上。在实际应用中，在喷丝头4开始进行纺丝之前向清洗液储存箱11内储存清洗液，从而在静电纺丝过程中需要对喷丝头4清洗时，可直接进行清洗，节约了清洗准备时间，提高了清洗效率，进一步地提高了静电纺丝效率。在本技术实施例中，对清洗液储存箱11的形状不作限制，如图1示出了清洗液储存箱11为长方体凹槽的结构示意图，当然，清洗液储存箱11也可以为其它形状，例如正方体凹槽、圆筒状等。
40.继续参照图1所示，清洗喷头12设置在清洗液储存箱11的下方，且与清洗液储存箱11的内腔连通，清洗喷头12能够对移动至其下方的喷丝头4进行清洗。阀门13设置在清洗喷头12上，能够启闭清洗喷头12。在实际应用中，当需要对喷丝头4进行清洗时，打开阀门13，清洗液储存箱11内储存的清洗液从清洗喷头12流出，清洗液从喷丝头4的顶部流入喷丝头4的内腔对喷丝头4的内腔进行清洗，清洗完成后，阀门13关闭，清洗液储存箱11内储存的清洗液不再流出。整个清洗过程简单方便，只需要通过启闭阀门13即可实现，成本也较为低廉。
41.继续参照图2所示，清洗机构1还包括加热器14。加热器14设置在清洗液储存箱11的内腔，能够对清洗液储存箱11内的清洗液进行加热。在实际应用中，喷丝头4内的纺丝溶剂粘性较大，因而使用清水较难清洗，所以一般使用具有溶解性的清洗液进行清洗，然而，当温度过低时，清洗液的清洗效果会降低，尤其是秋冬季节，室内温度较低时，会导致清洗液的温度降低，从而降低清洗液的清洗效果。因而在清洗液储存箱11的内腔设置有加热器14，当清洗液温度过低时，开启加热器14，将清洗液加热，以保证清洗液具有良好的清洗效
果，进而提高清洗液对喷丝头4的清洗效率，减少清洗过程中的等待时间，进一步提高了纺丝效率。另外，也能够节约清洗液的使用量，避免资源浪费。
42.具体地，伸缩机构2包括第一伸缩结构21和第二伸缩结构22。如图3所示，第一伸缩结构21的固定端与底座8连接，伸缩端与第二伸缩结构22的固定端连接，能够带动第二伸缩结构22升降，且第一伸缩结构21和第二伸缩结构22垂直设置。第二伸缩结构22的伸缩端与喷丝头4连接，能够带动喷丝头4平移。在实际应用中，喷丝头座41与进料管7的出料端连接，当需要清洗喷丝头4时，第一伸缩结构21收缩带动第二伸缩结构22下降，以使第二伸缩结构22带动喷丝头座41远离进料管7的出料端，然后第二伸缩结构22收缩带动喷丝头4平移至清洗喷头12的下端，清洗完毕后，第二伸缩结构22伸长带动喷丝头4平移至进料管7的下端，第一伸缩结构21伸长带动第二伸缩结构22复位，喷丝头4继续进行纺丝。整个清洗过程不需要人工操作，方便快捷，同时避免了喷丝头4的频繁更换，降低了用户的使用成本。
43.在实际应用中，第一伸缩结构21包括第一电动推杆。第一电动推杆的固定端与底座8连接，伸缩端与第二伸缩结构22连接，能够带动第二伸缩结构22升降。和/或，第二伸缩结构22包括第二电动推杆，第二电动推杆的固定端与第一伸缩结构21连接，伸缩端与喷丝头4连接，能够带动喷丝头4平移。具体地，可以是第一伸缩结构21和第二伸缩结构22均为电动推杆，或者可以是只有第一伸缩结构21为电动推杆，或者也可以是只有第二伸缩结构22为电动推杆。电动推杆具有行程范围较大，可选性较大，且其操作及安装过程简单、价格低廉的优点。
44.继续参照图2所示，纳米纤维静电纺丝装置还包括废液收集箱5。废液收集箱5设置在底座8上并位于清洗机构1的下方。在实际应用中，当需要对喷丝头4进行清洗时，从清洗喷头12流出的清洗液由喷丝头4的上端进入喷丝头4的内腔，清洗过程中产生的废液会从喷丝头4的下端流出，因而在清洗机构1的下方设置有废液收集箱5，对喷丝头4内流出的废液进行收集，避免废液污染环境，同时也保证了纺丝环境的清洁。在本技术实施例中，对废液收集箱5的形状不作限制，如图2示出了废液收集箱5为顶面开口的圆柱状的结构示意图，当然，废液收集箱5也可以为顶面开口的正方体、顶面开口的长方体等形状。
45.进一步地，纳米纤维静电纺丝装置还包括废液处理机构6。废液处理机构6包括水泵61、第一管路62、第二管路63、过滤器64和单向阀65。水泵61设置在废液收集箱5的内腔。第一管路62的一端与水泵61连通，另一端与过滤器64连通。过滤器64的另一端与第二管路63连通。第二管路63的另一端与单向阀65的进液端连通，单向阀65的出液端伸入清洗液储存箱11。在实际应用中，当清洗机构1清洗喷丝头4时，清洗过程中产生的废液会从喷丝头4的下端流出，喷丝头4的下端流出的废液会流入废液收集箱5中进行储存，废液收集箱5中储存的废液从水泵61的出液口进入第一管路62，流经第一管路62的废液从过滤器64的进液口流入，经过滤器64过滤后得到一次过滤液体，一次过滤液体从过滤器64的出液口进入第二管路63，流经第二管路63后从单向阀65的进液口进入单向阀65，最后从单向阀65的出液口排入清洗液储存箱11内。废液处理机构6的设置能够将清洗机构1清洗喷丝头4所产生的废液回收利用，避免了清洗液的浪费，节约了纺丝的成本。
46.另外，单向阀65内的一次过滤液体只能沿一个方向流动，一次过滤液体从进液口进入，出液口排出，因而单向阀65不仅能够将第二管路63内的一次过滤液体排入清洗液储存箱11内，还能够避免清洗液储存箱11内的液体流入废液收集箱5内，防止了清洗液的浪
费。
47.本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
48.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对本技术限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术技术方案的范围。