家用熱水器冷水自動節(jié)水裝置設(shè)計及應(yīng)用分析

摘 要：文章設(shè)計了一套用于家用熱水器冷水自動節(jié)水裝置并介紹其工作原理，該裝置由單片機(jī)、溫度傳感器和電磁換向閥等三部分組成，目的是為了解決當(dāng)開啟熱水器時，管道中原有的冷水須先放掉才會有熱水放出來，此過程造成了水資源的浪費(fèi)等問題。該冷水自動節(jié)水裝置能夠?qū)⒗渌厥昭h(huán)利用，避免了浪費(fèi)水資源，且具有制造成本低，簡單實用等優(yōu)點，能夠較好地達(dá)到家庭節(jié)水的目的。

關(guān)鍵詞：家用熱水器；自動節(jié)水裝置；溫度傳感器；電磁換向閥

引言

熱水器是把冷水加熱成熱水的設(shè)備，已有二十多年的發(fā)展，早已應(yīng)用于每家每戶，深受消費(fèi)者喜愛。另外，隨著當(dāng)今社會對能源的需求量日益增加，環(huán)境也在日益惡化，基于此背景下，居民在選用熱水器時，自然會考慮節(jié)能和環(huán)保等因素。

一般家庭安裝的熱水管道較長，每次使用熱水時，水龍頭開啟之后，管道中存留的冷水放完，才能有熱水流出，居民需要等待較長時間，用起來極為不便，而且冷水無故被排掉造成很大的浪費(fèi)[1]。文章設(shè)計的節(jié)水裝置可極大地提高冷水的回收循環(huán)利用，避免大量水資源的浪費(fèi)，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能，因此此類熱水器具有非常寬廣的市場前景和實用價值。

1 家用熱水器工作原理概述

一般家庭熱水器工作系統(tǒng)與原理如圖1所示：當(dāng)淋浴閥開啟時，水從冷水進(jìn)口進(jìn)入熱水器，經(jīng)過水氣聯(lián)動裝置。在流動水的壓力差作用下，水氣聯(lián)動裝置的閥門開啟，燃?xì)怆姶砰y打開，燃?xì)膺M(jìn)入，與此同時脈沖點火器啟動點火。進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，燃?xì)馊紵a(chǎn)生的高溫?zé)煔鈱Q熱器進(jìn)行加熱，冷水流經(jīng)換熱器后，水溫逐漸升高至預(yù)設(shè)溫度，并由淋浴噴頭排出供人們使用[2]。

2 家用熱水器冷水自動節(jié)水裝置設(shè)計

目前市場上的家用熱水器大多價格較貴，且浪費(fèi)大量水資源，在開啟熱水器時，仍舊會排放一段時間冷水，讓人心痛又焦急。而作者所提出的家用自動節(jié)水裝置可將冷水回收循環(huán)利用，能夠良好地起到節(jié)約用水的作用，即用即熱，既能節(jié)約了用戶的時間，又極大地提高了使用效率，其設(shè)計方案如下：

2.1 整體方案

2.2 過程分析

圖1為普通燃?xì)鉄崴鞯幕竟ぷ髟恚Y(jié)合實際使用經(jīng)驗可知：用戶從開啟淋浴閥至水溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度需要3至12s，由于不同品牌的燃?xì)鉄崴鼽c火效率存在差異，因此這段時間有可能會更長。在熱水器點火成功到進(jìn)入正常工作狀態(tài)的一段時間內(nèi)，其加熱效率并沒有達(dá)到額定值，加上管道內(nèi)部本身余留水，所以存在一部分水未經(jīng)過充分加熱就被排出。以自來水管DN20為例，通過試驗測得水龍頭正常開啟狀態(tài)下的水流量并進(jìn)行記錄，其結(jié)果如表1所示[3]。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，水龍頭的平均水流量為125ml/s，如果熱水器出熱水需要12S，則每次使用時浪費(fèi)的水量為1.5L[3]。

2.3 工作原理

冷水自動節(jié)水裝置的本質(zhì)是對沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的水進(jìn)行回收循環(huán)利用在加熱并排出以供人們使用，其設(shè)計思路是在不改變原生系統(tǒng)的前提下，通過在熱水器與淋浴噴頭間增加溫度檢測裝置和電磁換向閥等裝置，檢測從換熱器中流出的水的溫度，看是否已達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，若達(dá)到了，則電磁閥讓其流出供用戶使用，否則流回去再加熱，然后再檢測，再流出，如此循環(huán)的過程。

在具體工作過程中，自動節(jié)水裝置在不改變原生系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加溫度傳感器、電磁換向閥和單向閥而組成的節(jié)水裝置，先將熱水器設(shè)置為適宜溫度，開啟冷水進(jìn)口閥門，使冷水流經(jīng)熱水器，溫度檢測裝置檢測從熱水出水管道流出的熱水。若溫度沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，則電磁換向閥與右位接通，使沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的水回到熱水器中繼續(xù)加熱；若溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，則電磁換向閥與左位接通，熱水放出供消費(fèi)者使用[4]。

3 節(jié)水裝置設(shè)計與應(yīng)用效果評價

該裝置系統(tǒng)實施原理為：當(dāng)設(shè)備運(yùn)行后，溫度傳感器檢測水溫后給單片機(jī)發(fā)送一個信號，然后單片機(jī)發(fā)出指令，控制電磁換向閥的電磁鐵得電或失電，使其不同的閥口打開。若水溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度， 水從閥的左位流出方便用戶使用；若水溫沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，則單片機(jī)發(fā)出指令控制換向閥，使之處于得電狀態(tài)，接通閥的右位，使沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的水重新回到熱水器中加熱。

在此裝置中，采用8031單片機(jī)控制熱水器的控制電路，首先接通電源，輸入所要的溫度值，系統(tǒng)開始工作。由熱電偶將接收到的溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓值，并將信號放大處理，得到線性化的模擬量，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計算機(jī)處理時所需要的數(shù)字信號。在A/D轉(zhuǎn)換的過程中，需要鎖存器以及啟動信號，它才能正常的工作。鎖存器決定是哪一位的模擬量輸入通道有效，啟動信號有效后它才能正常的工作。然后將得到的數(shù)字量傳入到單片機(jī)8031中，讓其進(jìn)行判斷[5]。

現(xiàn)代社會中，幾乎家家戶戶都已經(jīng)安裝了熱水器，由此帶來的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象也驟然增加。當(dāng)今隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品也越來越先進(jìn)，那么在熱水器中設(shè)計并安裝節(jié)水裝置是必要和容易的，這樣便能避免過分的浪費(fèi)水資源。文章所設(shè)計的自動節(jié)水裝置極具使用價值，首先是具有成本低，效益高的優(yōu)點，因此深受消費(fèi)者喜愛；其次是安裝簡單，操作方便，更重要的是能夠節(jié)約更多水資源，因此該裝置具有推廣的價值。

4 結(jié)束語

世界人口急劇增加，對能源的消耗隨之增多，地球能源急劇下降，家用熱水器節(jié)水裝置應(yīng)運(yùn)而生。這種家用熱水器冷水自動節(jié)水裝置由單片機(jī)、溫度傳感器和電磁換向閥等組成，系統(tǒng)更加智能，消費(fèi)者在使用過程中更加方便快捷，使用電磁換向閥將沒有達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的水和達(dá)到預(yù)設(shè)溫度的水分離，讓熱水器與淋浴噴頭間的冷水能回收循環(huán)利用，避免了水資源大量浪費(fèi)的問題。總之，此裝置操作簡便，使用價值高，容易控制，提高了家用熱水器的實用性能。

參考文獻(xiàn)

[1]第十二屆挑戰(zhàn)杯省賽作品——節(jié)約預(yù)熱冷水直接出熱水型熱水器[Z].

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[3]楊文強(qiáng)，劉樹聃.基于HT46R23單片機(jī)控制的太陽能熱水器節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（6）：3776-3778.

[4]張利平.液壓閥原理使用與維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

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