新型节能健康饮水机设计

【摘要】1．设计方案原理图。本次设计中，节能饮水机主要由温度传感器、液位传感器、电磁阀、加热装置等组成（具体如图1所示）： 图1饮水机原理图 开关4的结构示意图如图2所示： 图2开关4机...

【摘要】通过在普通型饮水机的基础上增添高效保温盒，并且使加热装置和保温装置分离，减少了热量散失和饮水机的加热频率，使饮水机达到节能目的。最后通过计算比较了传统饮水机与节能健康饮水机的耗能，节能健康饮水机的节能率高达25％，如果推广将节约大量的电能。

【关键词】饮水机；节能；智能控制；传感器

一、研制背景及意义

（1）节能饮水机研究背景。随着人民生活水平的提高，饮水机产品逐步深入到人们生活。然而传统饮水机的存在高耗能问题，节能饮水机的研究迫在眉睫。传统饮水机存在的问题主要有以下三个方面：一是饮水反复加热问题。现有传统型饮水机功率一般在500W～2000W之间，但其保温系统很不完善，为了保持加热罐中水的温度，即使饮水机在闲置状态下，也会对水进行反复加热，导致耗能增加。二是对于温水的反复加热，形成所谓的“千滚水”（这种水含有重金属、砷化物等有害物质），这种水会危害人体健康。三是传统饮水机在接热水的时候，冷水直接进入加热箱，使得饮水机加热的频率增加很多，耗费大量电能。（2）研制新型节能健康饮水机的意义。基于目前市场上饮水机存在的主要弊端，本文对传统饮水机进行了创新性改造，设计了一种新型节能健康饮水机。这种饮水机成本低廉，如果大面积推广，可以实现有效地节能。

二、设计方案

1．设计方案原理图。本次设计中，节能饮水机主要由温度传感器、液位传感器、电磁阀、加热装置等组成（具体如图1所示）：

图1饮水机原理图

开关4的结构示意图如图2所示：

图2开关4机构示意图

2．工作原理及性能分析。（1）节能健康饮水机的工作流程（参照图1）：一是初始状态：开关1常开，开关2，3常闭。保温瓶中的液位传感器检测到水位过低，开关1闭合，加热盒内进行加热，当加热盒内的温度传感器检测到温度达到98℃时，停止加热，同时，开关2打开，加热盒内的水流入保温瓶，然后开关2闭合。二是当液位传感器检测到保温瓶内的水位低于总水位的1/3（目的是保证保温瓶中一直有水，并且足够人的一次饮用）时，重复步骤（1）。三是当温度传感器检测到保温瓶内的温度低于50℃时，开关3打开，水流入冷水盒中，供作冷水使用，这时保温盒内的水位再次降低，重复步骤（1）。四是当液位传感器的读数两小时不变时，系统则视为主人外出，忘了关饮水机，系统将自动关闭电源。（2）基于浮力原理的自动开关即开关4的作用：当冷水盒水位较低时，开关4打开，水从水箱流入冷水盒，当水位的升高到一定高度时，开关4闭合，阻止水箱中的水继续流入冷水盒中。这样的作用是：一方面让冷水盒中保持一定的水量，使用者能够随时接到冷水；另一方面冷水盒中的水一直处于未饱和状态，使得保温盒中的冷却的热水可以随时进入冷水盒。（3）在饮水机的总电源线上增加一个继电器，这样就解决了意外停电又来电后，饮水机自启动问题。

三、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。

四、创新点及应用

（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）与市场上传统饮水机相比，节能健康饮水机造价同样适中。

参考文献

[1]温建平，李会敏，曹永慧．节能饮水机的设计及节能分析[J]．节能．2007 (11).

[2]任龙杰，魏民祥．简易太阳能热水杯的设计及节能分析[J]．节能．2006（9）

[3]钱显毅．传感器原理及应用[M]．南京：东南大学出版社，2010