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摘要：在传统家用饮水机中，久煮产生“千滚水”，冷水与开水混合、不能根据需要快速地取得鲜开水、不能立即得到温开水、有较严重的结垢现象等问题。基于此本文分析了饮水设计方案，并提出了设计要点以及理论计算，最后阐述了饮水机的创新及应用。
关键词：家用；健康节能饮水机；创新设计
引言：当前在市场上的饮水机基本上都是水烧开后接出一部分就会有冷水注入，造成了反复加热，形成了“千滚水”和“阴阳水”，危害人体健康。因此设计出针对“千滚水”式饮水机提出改进，设计出健康、节能的智能饮水机尤为急切。
1、设计方案
本设计在传统的饮水机上增添了一个保温罐和永磁防垢，在控制方面引用继电技术，通过他们的配合达到节约电能，饮水健康的目的。1.1结构组成与设计机械部分设计主要由加热罐，保温罐，液位探头管，电子温度计，电路系统，温控开关，按钮，电磁阀，永磁防垢装置及滤网等部分组成。
1.2电控设计
电控部分主要由液位继电器、中间继电器、显示屏和电路等组成。
2、饮水机工作原理
2.1功能需求
根据需要快速地取得鲜开水；避免饮水机的水被反复加热易形成“千滚水”；能快速得到温开水；避免饮水机在使用一段时间后，水罐中有较严重的结垢现象，加热效率降低，浪费电能。
2.2工作原理
饮水机中的两个水罐，分别上下放置；上水罐为加热罐，一加热棒固定在加热罐内侧壁，用于冷水的加热，下水罐为双层抽真空保温水罐，用于储存开水并起保温作用。通过电子温度计显示保温罐内的水温，在保温罐内侧壁上安装另一加热棒，手动加热按钮和手动停止按钮安装在前面板上，控制保温罐加热棒。热水开时，温控开关自动断开，保温罐加热棒停止工作，从而快速地取得鲜开水，缩短了加热时间，节约电能。
保温罐液位继电器通过中间继电器控制加热罐液位继电器，进而控制冷水进水管上的电磁阀，同时液位探头管内的探头检测水位，到一定水位时，加热灌加热棒工作，水开时常闭温控开关断开，加热罐加热棒停止工作，同时常开温控开关控制加热罐与保温罐之间的开水进水管上的电磁阀，以使开水进入保温罐。这样可以自动控制进水，加热，储水，防止水的反复加热，同时也有防止加热罐加热棒干烧的功能；保温罐中的水只有在一半以上时，保温罐加热棒才能工作，有防止保温罐加热棒干烧的作用；保温罐中水位下降到一半以下时，保温罐液位继电器重复上述工作过程，以至于能够立即得到温开水。
保温灌上的电子温度计显示温开水的温度，使用者可根据需要点动手动加热按钮加热保温罐中的热水，从而快速地取得鲜开水，缩短加热时间，在此加热过程中，可点动手动停止按钮停止对保温罐中热水的加热，得到当前温度的温开水，可防止水被反复加热。
两个永磁防垢装置，一个安装在冷水进水管上，另一个安装在两水罐之间的开水进水管上，可将水磁化，同时破坏水的结垢条件，达到防垢的目的；两个滤网，一个安装在开水进水管上，另一个安装在温开水出水口上，过滤加热后水中的杂质，方便拆卸、清洗，避免频繁拆卸、清洗水罐。
3、家用健康节能饮水机设计要点
3.1采用两个水箱。
在传统饮水机的基础上再增加一个水箱，呈上下布置。上面的水箱用来加热水，下面的用来装加热过未接完的开水，里面的水可以选择喝或者定期排出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆热水箱出口接到出热水开关处，冷水箱有两个出口，一个与饮水机聪明座引出的冷水管接在一起接到冷水开关处，另一个出口用来定期排水。
3.2常闭电磁阀和水位传感器控制热水箱进水管。
用一个常闭电磁阀连接纯净水桶与热水箱。通常状态下，电磁阀关闭，在需要烧水时打开电源，电磁阀通电打开，热水箱进水，利用液位传感器控制进水量，在水量达到设定值时反馈给单片机，单片机控制常闭电磁阀关闭，使得冷水不能流进热水箱。
3.3用温度传感器和水位传感器控制热水箱水量，用常开电磁阀控制热水箱的水流入冷水箱。
热水箱里面的水加热后，用户接水，液位传感器和温度传感器同时检测水箱里面的水位和温度，开水箱和冷水箱之间用常开电磁阀连接，通常状况下，常开电磁阀处于打开状态，在用户准备烧水、按下开关时，常开电磁阀通电闭合。在温度低于40℃或者水位低于出水口时，传感器检测到数据，传给单片机，单片机内部电路控制整个系统断电，其控制的常开电磁阀也断电打开，剩余水流进冷水箱。
3.4单片机精确控制。
单片机是现代机电一体化生产、实践过程中非常重要的控制装置，其控制精度高、快速、体积小、能耗低等特点，使其应用颇为广泛。上述各元件都是与单片机相连，实现完全杜绝“千滚水”的产生。
4、节能饮水机理论计算
节能饮水机将最低温度定为60摄氏度，这个温度符合“黄金饮水温度”（36.5℃～60℃），节能饮水机约6个小时加热一次。下面进行节能率的计算。符号约定如下表：
由于饮水机关闭的时候，耗电均为零，所以节能率的计算只需考率饮水机打开的时候即可。下面的计算是基于24小时都开机进行的。对于一般的保温杯，保温杯中水的温度从100℃降到60℃得时间是4个小时左右，n2=24/4=6这样但是还要考虑到，保温瓶中的水较长时间无人饮用，使得不少60度的水流入冷水箱，这样加热箱的加热次数将增加，所以我们取n2=8，代入数据得：Q1=（cρL0ΔT1+cρL1ΔT3n1）/η=2.66×106J=0.74kW?h，Q2=（cρL2ΔT2n2）/η=1.56×106J=0.58kW?h，故节能率β=（0.74-0.58）/0.58=27.59%。另外，节能饮水机增加了两个的传感器和三个电气阀，使得耗电量有稍许增加。综合考虑，节能饮水机有25％左右的节能率。下面计算节能饮水机带来的经济效益：一台节能饮水机与传统饮水机相比，每天工作24h的情况下，每年可节约用电量：Q=d×K×Q2×25%=37.04kW?h。
5、节能饮水机创新及应用
加热盒内加热时与水箱不连通的，不会出现传统饮水机边加热边有冷水流进加热盒的现象，提高了加热的效率，节约了电能。冷水经过加热盒的加热后流入保温盒中，保温盒中的热水变冷后流入冷水盒，整个过程没有任何水的反复加热产生“千滚水”，从而达到健康饮水的目的。改进后的饮水机最有使用价值的一点节能率达到25％。如果可以提高保温盒的保温性能，节能率会更高。很大程度上避免了由于加热元件反复不停地工作从而缩短寿命的问题。与市场上传统饮水机相比，节能健康饮水机造价同样适中。
结束语
总之，健康节能饮水机在的设计能够解决当前日常生活中面临传统饮水机产生的问题，能够提高日常饮水的品质，对人的健康具有益处，因此该饮水机在办公室，家庭等推广，具有很强的实用性。
参考文献
[1]赵聪.罗健.史延枫等.家用健康节能饮水机创新设计[J].科技致富向导，2014
[2]康亚柯.魏凯东.沈俊田等.绿色节能饮水机[J].数字化用户，2013
[3]张军.徐卫民.杨永金等.智能型节能饮水机[J].科技信息，2012
论文作者:袁财文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/3
标签：饮水机论文; 水箱论文; 节能论文; 常开论文; 电磁阀论文; 水罐论文; 开水论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;