凈水器增壓泵結構設計與水系統優化

左杰

摘 要：主要內容是介紹反滲透凈水器中常見的增壓泵及其控制方式。首先對反滲透凈水器的增壓泵基本的原理進行分析，然后通過設計新型增壓泵以及水路原理圖實現流量可調的功能。同時在水路中布置一個流量傳感器，對增壓泵的性能衰減補償，防止消費者在使用過程中，凈水器制水流量偏低。從而使整個凈水器在制水過程中性能穩定，噪音低，壽命長。

關鍵詞：凈水器；增壓泵；傳感器

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0100-02

引言

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[1]。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]。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[3]。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。

1 帶一體化鐵殼的無刷電機增壓泵設計

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。

1.1 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OD 36mm*L 110mm*H 57mm，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。

1.2 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。以下圖2是試驗測試的性能曲線圖：

2 凈水器制水控制系統設計

凈水器的工作系統水路圖如圖3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 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：

[1]沈鈞.家用凈水器關鍵技術及未來發展趨勢[J].現代家電，2012，22：55-56.

[2]趙明.增壓泵：給純水機一顆可靠的“心”[J].電器，2015（1）.

[3]何志鋒.凈水器儲水罐結構設計和控制[J].科技創新與應用，2017（16）：61.endprint