佛山市美的清湖净水设备有限公司 广东 佛山 528311
摘要：本文首先以使用场景作为切入点介绍了商用直饮机，进而从水系统、电控系统方面详细阐述了商用直饮机结构设计上的要点、常规解决方案及设计过程中经验数据。
关键词：反渗透 商用直饮机 结构设计
前言
直饮机是一种具有将市政自来水净化处理为直接饮用水功能，并或同时具有将净化处理后的水通过消耗电能的方法进行加热、制冷并进行分发的器具。其可对市政原水进行过滤净化处理（物理法）生产出可供人直接饮用水的净水机器，也称为终端净水设备。以水质符合《生活饮用水》（GB5749-2006）规定的市政自来水为原水，通过各种过滤和吸附单元，滤除水中的污染物，例如铁锈、胶体物质、异味和异臭、余氯和一些消毒副产物、有机污染物，重金属等，生产出可供直接饮用的水。当前，按照设备使用目标客户的不同，直饮机可划分为家用直饮机、商用直饮机、工程用直饮机等3类[1]。
商用直饮机根据净水工艺的不同主要分为微滤、超滤、纳滤、反渗透以及电渗析四种。本文主要介绍以反渗透作为净水系统核心的商务直饮机。一般而言，完整的直饮机整机主要由水处理系统（含杀菌系统）、电控系统、加热系统（非必须）、制冷系统（非必须）、包装组件、排水系统等组成。下面从商务直饮机水处理系统、电控系统、排水系统三个方面介绍商务直饮机结构设计要点[2-3]。
一： 水处理系统
水处理系统是直饮机出水水质的保障，是整个机器的核心之一。目前市面上在售的绝大多数商务直饮机多以反渗透为主。反渗透孔径小至纳米级（1nm=10-9m），在一定的压力下，水分子可以通过反渗透膜(RO膜)，而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。整个水处理系统的原理图如图1所示。
图2 10寸滤瓶 图3 20寸滤瓶 图4 10寸滤瓶盖
滤瓶设计要点：1. 固定方式：当前大部分的滤瓶采用顶部螺钉固定，螺钉规格一般为M5或者M6自攻螺钉，20寸滤瓶顶部有排气孔，保障滤瓶中的空气顺利排出从而使自来水顺利进入，减小滤瓶中的压力。
2. 爆破压力：材质及结构确定的情况下滤瓶的壁厚基本决定了其爆破压力，多数厂家生产的滤瓶单边壁厚可达9mm左右，行业中多数要求滤瓶的爆破压力达到2.76MPa或者4倍的工作压力。
3.密封性性能：这种滤瓶常采用双O型密封圈进行密封，密封圈材质多为丁晴橡胶或硅橡胶。滤瓶在0.1至0.4MPa水压下30分钟内不得出现渗漏；1.2MPa水压下15分钟无漏水现象。
4. 冲击锤抗冲击：使用0.5J冲击锤测试冲击任意位置3次不得出现断裂，这个也间接约束了滤瓶最小壁厚。
5．结构：一般PP棉采用渐进式结构，外松内紧，因此自来水由进水口经滤芯与滤瓶内壁间隙进入，过滤后的水由滤芯中部中心孔经滤瓶盖上的出水口流出。因此，滤芯与滤瓶之间的配合及滤芯定位是关键。常用做法是滤瓶顶部会相应凸台，便于滤芯插入定位；其次，滤瓶盖拧紧后要能够压住滤芯，避免自来水未经净化经滤芯与滤瓶盖之间间隙流出。滤瓶内径常介于90-95mm之间，密封圈截面直径多为3.55±0.1mm。
6．滤瓶间距：滤芯更换时滤瓶多使用专用的滤瓶扳手进行拆卸，因此，滤瓶与滤瓶间必须预留足够的间隙，便于换芯操作，通常预留距离>50mm；同时，且滤瓶底部与机身底板间也需要预留足够距离便于拆卸，该段距离一般大于滤瓶口螺纹长度。
水泵选型及固定要点：RO膜增压泵是整个机器噪音的主要来源，合理的选用。固定增压泵是减小整机噪声的途径之一。一般而言，理论上水泵的选型一般依据如下进行选择。
水泵流量L=纯水流量L1+浓缩水流量L2
考虑到实际使用中存在管道压差，因此泵的流量需求值需要上浮6%-25%。300G及以上的水泵建议安装在第一级滤芯以后RO之前，且泵体尽可能平放，固定水泵的基体尽可能结实牢固。
二：电控系统(安全安规)
电控系统是整个机器的核心，结构设计上电控部分更多的是涉及安全安规的问题，主要包括防火、防爆、漏电、漏水等方面。
一般，商用直饮机的电控板固定在专用的或类似用途的电控盒中。电控盒分为弱电电控盒及强电电控盒，电控盒的设计需要注意如下原则：
1. 原则上强电电控盒须采用钣金材料，特殊情况不能用钣金电控盒时，要求电控盒材料应达到5V级阻燃标准，其设计壁厚应大于等于2.5mm,电控盒内独立的塑料支架的阻燃须≥UL94-V0。
2. 对于不能使用钣金盒子防火的灯板、电源板等，应使用PPS、尼龙加玻纤材料，过750℃灼热丝测试和球压实验。
3. 电控盒和电路板距离：电路板虚焊可以引起电火花，电控盒塑料件离电路板焊接面最近，电控盒塑料件应离开电路板焊接面≥5mm。钣金电控盒与电路板焊接面的距离≥10mm；其中，电控电器件与钣金距离≥10mm（变压器或特殊器件除外）。
4. 电控结构密封: 电控盒出线开孔位置禁止在上方，宜设计在两侧；如果设计在下方，需要预防燃烧物从开孔处落下引起二次燃烧。采用密封式电控盒后，发热源元件在设计时应放置于最易散热处，且应尽量紧贴电控盒金属壳体，以加快散热，确保电控盒内环境的平均温度在60℃以内，且电控有防止雨水或排水渗入的防水处理设计。
5. 电控盒出线开孔位置禁止在上方，宜设计在两侧；如果设计在下方，需要预防燃烧物从开孔处落下引起二次燃烧。结构设计时必须充分考虑内、外机电控盒的各种开孔（最短边≤5mm），如结构无法实现防虫，电控板需要进行防潮涂覆处理，涂覆厚度要均匀，涂覆材料要求阻燃。
6. 电气周边物料阻燃要求：在制品形态上、外壳的构造不变的条件下，在内部电子元件周围采用不燃材料或是难燃材料进行保护，防止延烧到其他元件。应满足以下要求：
1）和电子元件距离在13mm以下的部分采用不燃材料或UL-94-5VA以上的难燃材料；
2）和电子元件距离在13mm以上的部分采用UL-94-V0相当或以上的难燃材料，厚度在0.33mm以上。
三、排水系统
整机排水系统设计过程中首先应当注意排水管材质的选择，一般优选PP或改性PP料。不建议使用ABS，尤其是常规ABS。校园、车站等用水频次高、用水需求大、使用环境复杂的等地方对排水管材质的要求更高，ABS料制作的排水管部件无法满足。其次需要注意防虹吸现象，尤其是使用水泵抽水方案的机型。
本文简单介绍了直饮机系统组成及各系统设计过程中“雷区”，详细介绍了的常规商务直饮机水系统组成，水系统设计要点；另一方面从安全安规着手介绍了商务直饮机电控部分设计要点并给予了部分经验数据；最后简单的说明了排水系统设计时的注意点。
参考文献：
[1] 张雁白, 张洪驰. 直饮机市场需求分析[J]. 石家庄经济学院学报, 2003, 26(4), 440-443.
[2] 梁凯. M公司净水设备市场影响策略研究[D]. 天津大学 2014.
[3] 李儒鹏. 车载集成净水系统的结构设计与评价[D]. 天津理工大学. 2015.
论文作者:张伟
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
标签：电控论文; 直饮机论文; 系统论文; 滤芯论文; 净水论文; 材料论文; 水泵论文; 《科技新时代》2019年7期论文;