净水器增压泵结构设计与水系统优化

左杰

摘 要：主要内容是介绍反渗透净水器中常见的增压泵及其控制方式。首先对反渗透净水器的增压泵基本的原理进行分析，然后通过设計新型增压泵以及水路原理图实现流量可调的功能。同时在水路中布置一个流量传感器，对增压泵的性能衰减补偿，防止消费者在使用过程中，净水器制水流量偏低。从而使整个净水器在制水过程中性能稳定，噪音低，寿命长。

关键词：净水器；增压泵；传感器

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）25-0100-02

引言

近年来，随着人们对饮用安全的日益关注，家用净水器作为一种新兴的电器产品正逐步进入广大消费者的家中[1]。作为净水器的核心零部件，增压泵具有自吸和增压功能，为净水器通过反渗透膜净化水这一过程提供恰当的水压和水流量，最终使净水器实现过滤出纯净水的目的[2]。反渗透膜孔径为1×10-10m，而水分子的直径是4×10-10m，所以一般来说反渗透净水器都需要有一个增压泵，来把水分子挤到膜的另一面[3]。目前，市面上现在净水器里增压泵，一般都是用的直流有刷电机增压泵，其主要结构由有刷电机与泵体两部分组成，其电机里碳刷与换向器接触易产生火花，同时碳刷容易磨损，噪音大，影响整机的噪音，导致EMC问题，并随着使用频率增加，碳粉沉积，对净水器处于易爆气体的空间，则不适用；直流有刷电机增压泵，输出功率与外形尺寸之比没有无刷电机高，同时体积大，限制了净水器往小型化发展，对其用在母婴房，以及易爆粉尘环境里的净水器，有刷电机增压泵就体现出不足。同时，直流电机增压泵随着使用时间的增加，流量会有衰减，不能根据净水器出水自动调控转速。所以解决增压泵噪音，体积以及性能衰减问题将会大大满足用户对净水器的需求。

1 带一体化铁壳的无刷电机增压泵设计

根据净水器增压泵的设计要求，设计增压泵的整体结构如图1所示。

1.1 电机其泵体结构设计

此技术有别于市场上的直流有刷电机增压泵，通过把电机铁壳做成一体式，可以去掉普通直流电机的后盖，减少工艺工序，降低成本，同时，又能保证轴承与铁壳的同心度，降低机械噪音；其次，由于无刷电机输出功率与外形尺寸之比高，效率高，同时振动又比普通的直流有刷电机小，所以支座采用单孔固定在整机上，并焊接其支座在电机的中间面位置，大大方便增压泵在整机里的安装，适合整机不同的设计要求，利于超薄小型化净水器的发展。经过试验，例如水泵的尺寸OD 36mm*L 110mm*H 57mm，当输入电压为12-24V时，工况即额定工作点（0.2Mpa进水压，0.5Mpa出水压）时，转速范围

1200-1400rpm，电流≤1.5A，最大输入功率范围18-36W，流量≥550ml/min &噪音≤40dB（A）；6根原子线：红线接“+”，绿线是速度信号控制输出，黄线是CW/CCW转向控制，黑线接“-”，蓝线是PWM速度控制，白线是制动。同时，泵体的偏心轮，采用3.5度的设计，底面到中心高度18MM，增加膜片的摆动幅度，即增加自吸能力和流量。

1.2 增压泵工作原理

RO净水器在制水时，增压泵开始工作，其通过电机转子的转动，带动泵体中偏心轮的摆动，将电机的旋转运动转化为偏心轮的往复运动，同时偏心轮又与隔膜片相连，也带动膜片往复运动，致使隔膜腔体容积在不断变化，从而实现增压排水的效果。以下图2是试验测试的性能曲线图：

2 净水器制水控制系统设计

净水器的工作系统水路图如图3所示，当打开机器时，自来水进入净水器，经过前置PP棉过滤，进水电磁阀，然后自来水经过增压泵加压进入活性碳滤芯，及RO膜滤芯，纯水通过逆止阀，进入除异味，改善口感的后置活性碳滤芯，最后从水龙头流出消费者感知的纯净水。其中在水龙头中安置一个流量传感器，当净水器的制水通量变少时，可以感应纯水的流量，以致反馈给控制器，由控制器再把信号反馈给直流无刷增压泵，从而调控电机转速，使出水流量到达平衡并提高制水流量，补偿机器在长时间运转中的损耗。同时，从RO膜滤芯出来的废水，通过冲洗阀的控制，调控RO膜前压力，保证适当的渗透压力，使制水系统维持平衡。

3 结束语

通过实际的测试验证，包括增压泵以及水系统的测试，该新型的增压泵结构设计和水系统控制，可以有效的提升净水器的出水流量，提高净水器的可靠性，满足用户用水需求。无刷电机增压泵因为具有低噪音，低振动，高可靠性，为母婴净水器的发展奠定了基础，同时也为净水器往小型化，超薄化发展指明了方向，因此，它势必将更加迎合消费者的需求。由于其加上了流量传感器和PWM控制系统，净水器的制水稳定性将进一步加强，制水寿命将更长，静音效果将更加突出。自此，更加智能化，更加安全，可靠的净水器将展现在人们面前。

参考文献：

[1]沈钧.家用净水器关键技术及未来发展趋势[J].现代家电，2012，22：55-56.

[2]赵明.增压泵：给纯水机一颗可靠的“心”[J].电器，2015（1）.

[3]何志锋.净水器储水罐结构设计和控制[J].科技创新与应用，2017（16）：61.endprint