家用熱水器冷水自動節水裝置設計及應用分析

摘 要：文章設計了一套用于家用熱水器冷水自動節水裝置并介紹其工作原理，該裝置由單片機、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等問題。該冷水自動節水裝置能夠將冷水回收循環利用，避免了浪費水資源，且具有制造成本低，簡單實用等優點，能夠較好地達到家庭節水的目的。

關鍵詞：家用熱水器；自動節水裝置；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備，已有二十多年的發展，早已應用于每家每戶，深受消費者喜愛。另外，隨著當今社會對能源的需求量日益增加，環境也在日益惡化，基于此背景下，居民在選用熱水器時，自然會考慮節能和環保等因素。

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[1]。文章設計的節水裝置可極大地提高冷水的回收循環利用，避免大量水資源的浪費，既經濟又節能，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與原理如圖1所示：當淋浴閥開啟時，水從冷水進口進入熱水器，經過水氣聯動裝置。在流動水的壓力差作用下，水氣聯動裝置的閥門開啟，燃氣電磁閥打開，燃氣進入，與此同時脈沖點火器啟動點火。進入正常工作狀態后，燃氣燃燒產生的高溫煙氣對換熱器進行加熱，冷水流經換熱器后，水溫逐漸升高至預設溫度，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水裝置設計

目前市場上的家用熱水器大多價格較貴，且浪費大量水資源，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水裝置可將冷水回收循環利用，能夠良好地起到節約用水的作用，即用即熱，既能節約了用戶的時間，又極大地提高了使用效率，其設計方案如下：

2.1 整體方案

2.2 過程分析

圖1為普通燃氣熱水器的基本工作原理，結合實際使用經驗可知：用戶從開啟淋浴閥至水溫達到預設溫度需要3至12s，由于不同品牌的燃氣熱水器點火效率存在差異，因此這段時間有可能會更長。在熱水器點火成功到進入正常工作狀態的一段時間內，其加熱效率并沒有達到額定值，加上管道內部本身余留水，所以存在一部分水未經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下的水流量并進行記錄，其結果如表1所示[3]。

根據表1中數據可知，水龍頭的平均水流量為125ml/s，如果熱水器出熱水需要12S，則每次使用時浪費的水量為1.5L[3]。

2.3 工作原理

冷水自動節水裝置的本質是對沒有達到預設溫度的水進行回收循環利用在加熱并排出以供人們使用，其設計思路是在不改變原生系統的前提下，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，看是否已達到預設溫度，若達到了，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，如此循環的過程。

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

3 節水裝置設計與應用效果評價

該裝置系統實施原理為：當設備運行后，溫度傳感器檢測水溫后給單片機發送一個信號，然后單片機發出指令，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。若水溫達到預設溫度， 水從閥的左位流出方便用戶使用；若水溫沒有達到預設溫度，則單片機發出指令控制換向閥，使之處于得電狀態，接通閥的右位，使沒有達到預設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，系統開始工作。由熱電偶將接收到的溫度信號轉化為電壓值，并將信號放大處理，得到線性化的模擬量，通過A/D轉換器轉換為計算機處理時所需要的數字信號。在A/D轉換的過程中，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。然后將得到的數字量傳入到單片機8031中，讓其進行判斷[5]。

現代社會中，幾乎家家戶戶都已經安裝了熱水器，由此帶來的水資源浪費現象也驟然增加。當今隨著科學技術的發展，電子產品也越來越先進，那么在熱水器中設計并安裝節水裝置是必要和容易的，這樣便能避免過分的浪費水資源。文章所設計的自動節水裝置極具使用價值，首先是具有成本低，效益高的優點，因此深受消費者喜愛；其次是安裝簡單，操作方便，更重要的是能夠節約更多水資源，因此該裝置具有推廣的價值。

4 結束語

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，家用熱水器節水裝置應運而生。這種家用熱水器冷水自動節水裝置由單片機、溫度傳感器和電磁換向閥等組成，系統更加智能，消費者在使用過程中更加方便快捷，使用電磁換向閥將沒有達到預設溫度的水和達到預設溫度的水分離，讓熱水器與淋浴噴頭間的冷水能回收循環利用，避免了水資源大量浪費的問題。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

[1]第十二屆挑戰杯省賽作品——節約預熱冷水直接出熱水型熱水器[Z].

[2]趙代英，吳穹.家用燃氣熱水器的風險評價研究[J].沈陽航空工業學院學報，2004（5）.

[3]楊文強，劉樹聃.基于HT46R23單片機控制的太陽能熱水器節能供水系統設計[J].安徽農業科學，2012，40（6）：3776-3778.

[4]張利平.液壓閥原理使用與維護[M].北京：化學工業出版社，2009.

[5]劉樹法，鮑俊花.燃氣熱水器的結構及安全使用方法[J].家電檢修技術，2001（10）.