净水器增压泵结构设计与水系统优化

徐广飞

摘要：近年来，由于工业发展和城镇化建设造成了水资源过度开发和水污染，饮用水安全已经成为城市千家万户的心头之患。国内水源地、管网二次污染的情况非常严重，因此水质健康的问题也慢慢成为人们关注的焦点。由此净水器已经成为像冰箱、空调等家电产品的家庭必需品，尤其是在重工业发达的地区。基于此，本文主要对净水器增压泵结构设计与水系统优化进行分析探讨。

关键词：净水器；增压泵结构设计；水系统优化

1、前言

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。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、带一体化铁壳的无刷电机增压泵设计

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。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。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。

2.1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OD36mm*L110mm*H57mm，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。

2.2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，带动泵体中偏心輪的摆动，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。

3、净水器制水控制系统设计

净水器的工作系统水路图如图2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。

3.1纯净水制取及尾水收集模块

其由净水器压力桶、前三层滤芯、反渗透膜滤芯、增压泵、自动补水箱构成。水经过pp棉滤芯、前置颗粒炭滤芯、压缩活性炭滤芯一部分到达自动补水箱，一部分通过增压泵经反渗透膜滤芯获得纯净水储存于压力桶内，而此时产生的尾水流到自动补水箱。

3.2自动上水及水位调节模块

它由可调节隔板、水位传感器、可调节水箱、自动补水箱构成。自动上水：水经自动补水箱到达可调节水箱。水支撑可调节隔板上升，到达设定水位传感器处，进水电磁阀开关关闭停止为其补水。水位调节：通过模式设定可控制纯净水与洗漱用水的储存比例，当需要更多的纯净水时，用户在控制面板设置太阳能用水水箱，通过水位传感器让隔板停留在不同的高度以实现不同水位的调节。

3.3纯净水加热及输送模块

由净水器压力桶、螺旋换热器、温度传感器、电辅助加热器构成。当需要热的纯净水时，打开热水龙头，压力桶中的纯净水受到压力到达螺旋换热器中与太阳能中的热水进行换热，如果温度达不到所需温度时，采取电辅助加热。

4、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]张彦鲁，王新魁.反渗透净水器的净化效果分析[J].广东化工，2016，43（17）：170-171.

[2]刘帅，周宁玉，谢朝新，等.便携式正渗透净水袋原理样机的耐用性能研究[J].环境科技，2015，28（4）：33-37.