凈水器增壓泵結構設計與水系統優化

徐廣飛

摘要：近年來，由于工業發展和城鎮化建設造成了水資源過度開發和水污染，飲用水安全已經成為城市千家萬戶的心頭之患。國內水源地、管網二次污染的情況非常嚴重，因此水質健康的問題也慢慢成為人們關注的焦點。由此凈水器已經成為像冰箱、空調等家電產品的家庭必需品，尤其是在重工業發達的地區。基于此，本文主要對凈水器增壓泵結構設計與水系統優化進行分析探討。

關鍵詞：凈水器；增壓泵結構設計；水系統優化

1、前言

近年來，隨著人們對飲用安全的日益關注，家用凈水器作為一種新興的電器產品正逐步進入廣大消費者的家中。作為凈水器的核心零部件，增壓泵具有自吸和增壓功能，為凈水器通過反滲透膜凈化水這一過程提供恰當的水壓和水流量，最終使凈水器實現過濾出純凈水的目的。

2、帶一體化鐵殼的無刷電機增壓泵設計

反滲透膜孔徑為1×10-10m，而水分子的直徑是4×10-10m，所以一般來說反滲透凈水器都需要有一個增壓泵，來把水分子擠到膜的另一面。目前，市面上現在凈水器里增壓泵，一般都是用的直流有刷電機增壓泵，其主要結構由有刷電機與泵體兩部分組成，其電機里碳刷與換向器接觸易產生火花，同時碳刷容易磨損，噪音大，影響整機的噪音，導致EMC問題，并隨著使用頻率增加，碳粉沉積，對凈水器處于易爆氣體的空間，則不適用；直流有刷電機增壓泵，輸出功率與外形尺寸之比沒有無刷電機高，同時體積大，限制了凈水器往小型化發展，對其用在母嬰房，以及易爆粉塵環境里的凈水器，有刷電機增壓泵就體現出不足。同時，直流電機增壓泵隨著使用時間的增加，流量會有衰減，不能根據凈水器出水自動調控轉速。所以解決增壓泵噪音，體積以及性能衰減問題將會大大滿足用戶對凈水器的需求。根據凈水器增壓泵的設計要求，設計增壓泵的整體結構如圖1所示。

2.1電機其泵體結構設計

此技術有別于市場上的直流有刷電機增壓泵，通過把電機鐵殼做成一體式，可以去掉普通直流電機的后蓋，減少工藝工序，降低成本，同時，又能保證軸承與鐵殼的同心度，降低機械噪音；其次，由于無刷電機輸出功率與外形尺寸之比高，效率高，同時振動又比普通的直流有刷電機小，所以支座采用單孔固定在整機上，并焊接其支座在電機的中間面位置，大大方便增壓泵在整機里的安裝，適合整機不同的設計要求，利于超薄小型化凈水器的發展。經過試驗，例如水泵的尺寸OD36mm*L110mm*H57mm，當輸入電壓為12-24V時，工況即額定工作點（0.2Mpa進水壓，0.5Mpa出水壓）時，轉速范圍1200-1400rpm，電流≤1.5A，最大輸入功率范圍18-36W，流量≥550ml/min&噪音≤40dB（A）；6根原子線：紅線接“+”，綠線是速度信號控制輸出，黃線是CW/CCW轉向控制，黑線接“-”藍線是PWM速度控制，白線是制動。同時，泵體的偏心輪，采用3.5度的設計，底面到中心高度18MM，增加膜片的擺動幅度，即增加自吸能力和流量。

2.2增壓泵工作原理

RO凈水器在制水時，增壓泵開始工作，其通過電機轉子的轉動，帶動泵體中偏心輪的擺動，將電機的旋轉運動轉化為偏心輪的往復運動，同時偏心輪又與隔膜片相連，也帶動膜片往復運動，致使隔膜腔體容積在不斷變化，從而實現增壓排水的效果。

3、凈水器制水控制系統設計

凈水器的工作系統水路圖如圖2所示，當打開機器時，自來水進入凈水器，經過前置PP棉過濾，進水電磁閥，然后自來水經過增壓泵加壓進入活性碳濾芯，及RO膜濾芯，純水通過逆止閥，進入除異味，改善口感的后置活性碳濾芯，最后從水龍頭流出消費者感知的純凈水。其中在水龍頭中安置一個流量傳感器，當凈水器的制水通量變少時，可以感應純水的流量，以致反饋給控制器，由控制器再把信號反饋給直流無刷增壓泵，從而調控電機轉速，使出水流量到達平衡并提高制水流量，補償機器在長時間運轉中的損耗。同時，從RO膜濾芯出來的廢水，通過沖洗閥的控制，調控RO膜前壓力，保證適當的滲透壓力，使制水系統維持平衡。

3.1純凈水制取及尾水收集模塊

其由凈水器壓力桶、前三層濾芯、反滲透膜濾芯、增壓泵、自動補水箱構成。水經過pp棉濾芯、前置顆粒炭濾芯、壓縮活性炭濾芯一部分到達自動補水箱，一部分通過增壓泵經反滲透膜濾芯獲得純凈水儲存于壓力桶內，而此時產生的尾水流到自動補水箱。

3.2自動上水及水位調節模塊

它由可調節隔板、水位傳感器、可調節水箱、自動補水箱構成。自動上水：水經自動補水箱到達可調節水箱。水支撐可調節隔板上升，到達設定水位傳感器處，進水電磁閥開關關閉停止為其補水。水位調節：通過模式設定可控制純凈水與洗漱用水的儲存比例，當需要更多的純凈水時，用戶在控制面板設置太陽能用水水箱，通過水位傳感器讓隔板停留在不同的高度以實現不同水位的調節。

3.3純凈水加熱及輸送模塊

由凈水器壓力桶、螺旋換熱器、溫度傳感器、電輔助加熱器構成。當需要熱的純凈水時，打開熱水龍頭，壓力桶中的純凈水受到壓力到達螺旋換熱器中與太陽能中的熱水進行換熱，如果溫度達不到所需溫度時，采取電輔助加熱。

4、結束語

通過實際的測試驗證，包括增壓泵以及水系統的測試，該新型的增壓泵結構設計和水系統控制，可以有效的提升凈水器的出水流量，提高凈水器的可靠性，滿足用戶用水需求。無刷電機增壓泵因為具有低噪音，低振動，高可靠性，為母嬰凈水器的發展奠定了基礎，同時也為凈水器往小型化，超薄化發展指明了方向，因此，它勢必將更加迎合消費者的需求。由于其加上了流量傳感器和PWM控制系統，凈水器的制水穩定性將進一步加強，制水壽命將更長，靜音效果將更加突出。自此，更加智能化，更加安全，可靠的凈水器將展現在人們面前。

參考文獻：

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