CN211338904U - 一种工作水压自适应装置及具有该装置的净水机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种工作水压自适应装置及具有该装置的净水机，该装置包括电源适配器、电控组件、直流电机驱动的隔膜泵和压力传感器，隔膜泵的进水管路连通水源，压力传感器设置在隔膜泵的出水管路中用于检测管路中的水压；电控组件分别与隔膜泵、压力传感器和电源适配器电连接，电源适配器的输入端为交流电压，其输出端为直流电压，电控组件还包括能够将直流电压转变为脉冲直流电压的调压功能模块电路。与现有技术相比，采用该装置的净水机，即使水源压力在一定范围内变化，也能够使其运行压力稳定，从而能够保证净水机出水流量稳定、出水水质稳定、结构件受力状态控制在许用范围内,并且净水机的使用寿命也不受水源压力变化的影响。

Description

一种工作水压自适应装置及具有该装置的净水机

技术领域

本实用新型涉及净水设备领域，具体涉及一种工作水压自适应装置及具有该装置的净水机。

背景技术

家用反渗透净水机内部通常都设有增压泵，其原因是膜的正常工作压力应为0.42MPa或以上，而居民家中的自来水压力在0.1～0.5MPa范围内，并且大部分在0.2～0.3MPa范围内，故在大多数情况下自来水压力不能满足净水机所需要的工作压力。有了增压泵，就可以确保在水源压力不足时反渗透净水机能够运行。但是，在进水压力较高时，增压泵的出口压力就可能达到0.6～0.8MPa，一些增压泵还能够达到1.0MPa甚至更高的水压。这样，净水机承受的水压就太高，增加了净水机承压件破裂的风险。于是，为了防止净水机出现过压现象，作为改进措施，在净水机增压泵的进水管路中又设置减压阀，以便将增压泵的进水压力降到0.2～0.3MPa，以此方法来提高净水机承压件的安全性。大家知道，全国各地不同区域、不同楼层的自来水终端水压有很大差别，又由于家用净水机是批量生产的产品，不可能按照不同的进水压力(自来水终端水压)对管路系统进行定制，所以，这样的设计方案存在如下不足：

1.在自来水压力较高(例如0.42MPa)达到净水机要求的压力时，净水机不能直接利用这个水压，要先用减压阀将其降下来，再又通过增压泵提升水压，使其达到净水机要求的水压，既浪费了能量，又产生了噪音。

2.在自来水压力较低(例如0.1MPa)低于净水机要求的压力时，还要用减压阀进一步减小压力(虽然这时减压效果很差，但是流经减压阀的水流阻力总是存在的)，既浪费能量又增加了减压阀的成本(这时不应设置减压阀)。

3.要保证家用反渗透净水机始终能够正常稳定地运行的条件之一，就要求反渗透膜处理器的进水压力即使在不同的水源压力(自来水终端水压)条件下都能够稳定在许用范围内，例如稳定在0.42～0.5MPa范围内，显然，上述设计方案达不到这样的效果。

所以，在不同的水源压力(例如在0.1～0.5MPa范围内变化)时，净水机的控制系统都要能够使反渗透处理器的进水压力始终稳定地保持在允许的压力范围内的可靠技术，是业内技术人员要解决的技术问题之一。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，

一方面提供一种工作水压自适应装置，其包括电源适配器、电控组件、直流电机驱动的隔膜泵和压力传感器，所述隔膜泵的进水管路连通水源，所述压力传感器设置在所述隔膜泵的出水管路中用于检测管路中的水压；所述电控组件分别与所述隔膜泵、所述压力传感器和所述电源适配器电连接，所述电源适配器的输入端为交流电压，其输出端为直流电压，所述电控组件还包括能够将所述直流电压转变为脉冲直流电压的调压功能模块电路。

较佳的，所述电控组件包括电源接线部、隔膜泵接线部和压力传感器接线部，所述隔膜泵接线部与所述隔膜泵电连接，所述压力传感器接线部与所述压力传感器电连接，所述电源接线部与所述电源适配器的输出端电连接，所述脉冲直流电压直接加持在所述隔膜泵接线部的两个电极上。

较佳的，所述电控组件还包括压力传感器压力信号生成电路和可编程触发信号生成芯片，所述压力传感器压力信号生成电路能够产生信号并提供给所述可编程触发信号生成芯片，所述可编程触发信号生成芯片产生触发信号，所述触发信号用于触发所述调压功能模块电路中的MOS管或者IGBT的门极。

较佳的，所述电控组件还包括光耦隔离器件电路和晶体管互补式功率放大电路，所述可编程触发信号生成芯片所产生的触发信号经过所述光耦隔离器件电路隔离后，输入所述晶体管互补式功率放大电路的输入端，经过所述晶体管互补式功率放大电路改善后再触发所述调压功能模块电路中的MOS管或者IGBT的门极。

较佳的，所述调压功能模块电路的输出端增设有能够对输出的脉冲直流电压的电压波形进行滤波稳压的电容和起限流作用的电阻。

较佳的，所述脉冲直流电压的脉冲频率为500～3500Hz。

较佳的，所述电源适配器的输入电压为交流220V，50Hz，输出电压为直流24V。

较佳的，所述隔膜泵接线部两个电极的输入电压为直流可变电压，该直流可变电压的电压变化范围为12V～24V,或者该直流可变电压的电压变化范围为从24V始至24V-Pn止，Pn为电压最大下降幅度，Pn不小于12V。

较佳的，驱动所述隔膜泵的直流电机具有输入电压在DC12V～DC24V范围内任意变动时均能够正常运行的特性。

一方面又提供一种净水机，其包括膜组件和节流阀，其还包括所述的工作水压自适应装置，所述隔膜泵的出水管路连通所述膜组件的进水口，所述节流阀的进口连通所述膜组件的浓水口，所述压力传感器设置在所述隔膜泵和所述膜组件之间的管路上或者设置在能够探测所述节流阀进口管路压力的管路上。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种工作水压自适应装置及净水机有如下优点：

1.系统中去除减压阀，增加压力传感器和直流电压调压模块，与现有方案的制造成本大致相等，即没有明显增加制造成本，故易于推广应用；

2.在水源压力较高时，净水机能够直接利用水源压力运行(过滤)，有节能效果；

3.在水源压力较低时，去除了减压阀的水流阻力，即减轻了隔膜泵的负荷，也具有节能效果；

4.由于水源压力能够得到有效利用，隔膜泵的负荷相对较轻，即直流电机的运行功率较小，机器运行时产生的噪音也相应减小；

5.最重要的是，即使水源压力在一定范围内变化，由于净水机还能够使其运行压力稳定，从而能够保证净水机出水流量稳定、出水水质稳定、结构件受力状态控制在许用范围内(结构受力安全),并且净水机的使用寿命也不受水源压力变化的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种含有工作水压自适应装置的反渗透净水机的管路和电路连接示意图；

图2为电控组件的一种电气原理图；

图3为矩形脉冲直流电压波形图；

图4为图2中MOS管的脉冲触发信号的电压波形；

图5为图2中加持在直流电机上的电压波形；

图6为电控组件的又一种电气原理图；

图7为图6中MOS管的脉冲触发信号的电压波形；

图8为图6中加持在直流电机上的电压波形。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本实用新型公开了一种工作水压自适应装置，该装置能够用于净水机中，如图1所示，图1是一种含有工作水压自适应装置的反渗透净水机的管路和电路连接示意图。该工作水压自适应装置包括：电源适配器1、电控组件2、直流电机驱动的隔膜泵3和压力传感器4。隔膜泵3的进水管路连通水源，压力传感器4设置在隔膜泵3的出水管路中，用于检测管路中的水压。电控组件2包括电源接线部21、隔膜泵接线部22和压力传感器接线部23，隔膜泵接线部22与隔膜泵3电连接，压力传感器接线部23与压力传感器4电连接，电源接线部21与电源适配器1的输出端12电连接，电源适配器1的输入端11与市政电网电连接，电源适配器输入端11为交流电压，其输出端12为直流电压。电源适配器1的输入电压为交流220V，50Hz，输出电压为直流24V。驱动隔膜泵3的直流电机具有输入电压在DC12V～DC24V范围内任意变动时均能够正常运行的特性。

如图2所示，图2为电控组件的一种电气原理图，电控组件2包括调压功能模块电路28、压力传感器压力信号生成电路27、可编程触发信号生成芯片24。调压功能模块电路28能够将电源接线部21两个电极上的稳恒直流电压转变为脉冲直流电压，该脉冲直流电压直接加持在隔膜泵接线部22的两个电极上，驱动直流电机32转动。可编程触发信号生成芯片24上存储有控制程序和设计参数，其中控制程序能够使脉冲直流电压维持时长(对应高电平)和/或脉冲直流电压停止时长(对应低电平)随着压力传感器信号的变化而按照程序要求的规律而变化。设计参数包括隔膜泵出水管路的工作水压设定值P0或工作水压设定范围值P1-P2,其中P1小于P2。隔膜泵接线部22两个电极的输入电压为直流可变电压，该直流可变电压的电压变化范围为12V～24V,或者该直流可变电压的电压变化范围为从24V始至24V-Pn止，Pn为电压最大下降幅度，Pn不小于12V。

调压功能模块电路28的变压规律受压力传感器4的压力信号和可编程触发信号生成芯片24中的程序控制。控制原则是：如果压力信号高于工作水压设定值P0或者P2，则降低电压值，反之，如果压力信号低于工作水压设定值P0或者P1，则增加电压值。就这样，通过调整电压值来使压力传感器4检测到的压力信号接近或者等于出水管路工作水压设定值P0或位于工作水压设定范围P1～P2之内。调压功能模块电路28包括MOS管或者IGBT。在MOS管或者IGBT的门极为高电平时，MOS管或者IGBT导通，此时该调压功能模块电路28的输出端产生直流电压；在MOS管或者IGBT的门极为低电平时，MOS管或者IGBT截止，此时该调压功能模块电路28的输出端不产生直流电压。

压力传感器压力信号生成电路27能够产生信号并提供给可编程触发信号生成芯片24，该芯片按控制程序运行后产生符合要求的触发信号，该触发信号为数值信号，用于触发调压功能模块电路28中的MOS管或者IGBT的门极，数值信号为高电平时MOS管或者IGBT导通，为低电平时MOS管或者IGBT截止。

其中，脉冲直流电压的维持时长是指两个电极之间具有直流电压的连续时间长度(对应高电平)，其单位是秒，或者毫秒或者微秒。脉冲直流电压的停止时长是指两个电极之间无电压的连续时间长度(对应低电平)，其单位是秒，或者毫秒或者微秒。如图3所示，为矩形脉冲直流电压波形图，图中a表示脉冲直流电压维持时长，b表示脉冲直流电压停止时长。脉冲直流电压的一个脉冲周期包括一个脉冲直流电压维持时长和一个脉冲直流电压停止时长，每秒钟出现的脉冲周期数就是脉冲直流电压的脉冲频率，单位是赫兹(Hz)。在脉冲直流电压停止时长不变时改变脉冲直流电压维持时长，或者在脉冲直流电压维持时长不变时改变脉冲直流电压停止时长，或者既改变脉冲直流电压维持时长又改变脉冲直流电压停止时长，可以通过这三种方法来改变脉冲直流电压的脉冲频率。优选的，调压功能模块电路28输出的脉冲直流电压的脉冲频率为500～3500Hz。

优选的，可编程触发信号生成芯片24采用的芯片是STC8F2K64S2型单片机，其集成了PWM模块，可通过编程产生特定频率(1000Hz-40000Hz)，并且占空比可调(可在0—100％之间)的PWM数值信号，其幅度为单片机电压(DC3V-5V)；调压功能模块电路28中的MOS管采用IRF740,能够将从门极输入的数值信号进行功率放大，输出能够直接驱动直流电机32的直流电压；压力传感器4采用业内常用的输出数值信号的高压开关(开关信号)，当水压达到高压开关的设定值时，高压开关起跳(断开或者接通)，从压力传感器压力信号生成电路27的bock端输出数字信号(开关信号)。可编程触发信号生成芯片24根据bock端的数值信号并且按设定的程序运行后产生脉冲触发信号，脉冲触发信号的电压波形如图4所示，该脉冲触发信号输入到调压功能模块电路28的MOS管的门极，控制MOS管的通断，使调压功能模块电路28输出端输出平均电压值符合要求的脉冲直流电压，其电压波形如图5所示，该脉冲直流电压用于驱动隔膜泵3上的直流电机32，最终实现控制隔膜泵3出口管路的水压，使其满足要求。本实施例可以通过调整STC8F2K64S2型单片机输出信号占空比的方法调整隔膜泵3出口管路的水压，当水源压力较低时采用较大占空比，当然水源压力太低时占空比设置100％；当水源压力较高时采用较小占空比，当然水源压力太高时占空比设置为0。

如图6所示，电控组件2还包括光耦隔离器件电路25和晶体管互补式功率放大电路26。光耦隔离器件采用6N137芯片，晶体管互补式功率放大电路26中用到了PNP和NPN两种晶体管，具体型号是8050和9012两种，可编程触发信号生成芯片24所产生的触发信号经过光耦隔离器件电路25隔离(即对波形进行有效整形)，然后输入晶体管互补式功率放大电路26的输入端，经晶体管互补式功率放大电路26对其功率和幅度进行放大(电压变化范围为12V-24V)，再从PWM1端输出，经此改善后的MOS管触发信号的波形如图7所示，此脉冲数值信号再用于触发调压功能模块电路28中的MOS管的门极。

优选的，调压功能模块电路28的输出端增设能够对输出的脉冲直流电压的电压波形进行滤波稳压的电容和起限流作用的电阻，改进后其输出的脉冲直流电压的电压波形如图8所示。从图7可看出，触发信号的波形很规整而且幅度明显增大，其能够提高MOS管的触发可靠性，同时能够有效减少MOS管的运行功耗。图8的形状显示加持在直流电机32上的脉冲直流电压的波纹变化幅度很小，接近稳恒直流电压，其能够有效改善电机32运行的平稳性和有效减小运行时的噪音。

本实用新型的工作水压自适应装置的自动调整过程为：在净水机的进水管路中水压在一定范围内处于不同的压力值时，净水机中电控组件2均能够根据压力传感器4检测到的压力信号来调整驱动隔膜泵3的直流电机32的输入电压，不同的输入电压，直流电机32就会有相应的转速与之对应，高电压对应高转速，低电压对应低转速，通过调整直流电机32的输入电压来调整其转速，而高转速对应隔膜泵出水管路高水压，低转速对应隔膜泵出水管路低水压，如果隔膜泵出水管路的水压太高就降低直流电机32的输入电压，反之则升高直流电机32的输入电压，这种调整原则设定在控制程序中，最终使隔膜泵出水管路的水压接近或者等于出水管路工作水压设定值P0或位于工作水压设定范围在P1～P2之内。

本实用新型还公开一种净水机，该净水机中包括上述工作水压自适应装置，还包括膜组件5和节流阀，工作水压自适应装置中的隔膜泵3的出水管路连通膜组件5的进水口，所述节流阀的进口连通所述膜组件的浓水口，压力传感器4设置在隔膜泵3和膜组件5之间的管路上或者设置在能够探测所述节流阀进口管路压力的管路上。系统正常运行后，即使水源压力在一定范围出现不同值，压力传感器所在位置的水压却能够自动地进行自适应调节,将其控制在工作水压设定值P0或附近或位于工作水压设定范围在P1～P2之内，这样，就将膜组件的工作压力控制在理想范围内，保证膜组件能够正常运行。

在家用净水机中，应用本申请的技术后，相对于在进水管路设置减压阀的现有技术方案，其具有如下技术效果：

1.系统中去除减压阀，增加压力传感器和直流电压调压模块，与现有方案的制造成本大致相等，即没有明显增加制造成本，故易于推广应用；

2.在水源压力较高时，净水机能够直接利用水源压力运行(过滤)，有节能效果；

3.在水源压力较低时，去除了减压阀的水流阻力，即减轻了隔膜泵的负荷，也具有节能效果；

4.由于水源压力能够得到有效利用，隔膜泵的负荷相对较轻，即直流电机的运行功率较小，机器运行时产生的噪音也相应减小；

5.最重要的是，即使水源压力在一定范围内变化，由于净水机还能够使其运行压力稳定，从而能够保证净水机出水流量稳定、出水水质稳定、结构件受力状态控制在许用范围内(结构受力安全),并且净水机的使用寿命也不受水源压力变化的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工作水压自适应装置，其特征在于，其包括电源适配器、电控组件、直流电机驱动的隔膜泵和压力传感器，所述隔膜泵的进水管路连通水源，所述压力传感器设置在所述隔膜泵的出水管路中用于检测管路中的水压；所述电控组件分别与所述隔膜泵、所述压力传感器和所述电源适配器电连接，所述电源适配器的输入端为交流电压，其输出端为直流电压，所述电控组件还包括能够将所述直流电压转变为脉冲直流电压的调压功能模块电路。

2.根据权利要求1所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述电控组件包括电源接线部、隔膜泵接线部和压力传感器接线部，所述隔膜泵接线部与所述隔膜泵电连接，所述压力传感器接线部与所述压力传感器电连接，所述电源接线部与所述电源适配器的输出端电连接，所述脉冲直流电压直接加持在所述隔膜泵接线部的两个电极上。

3.根据权利要求2所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述电控组件还包括压力传感器压力信号生成电路和可编程触发信号生成芯片，所述压力传感器压力信号生成电路能够产生信号并提供给所述可编程触发信号生成芯片，所述可编程触发信号生成芯片产生触发信号，所述触发信号用于触发所述调压功能模块电路中的MOS管或者IGBT的门极。

4.根据权利要求3所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述电控组件还包括光耦隔离器件电路和晶体管互补式功率放大电路，所述可编程触发信号生成芯片所产生的触发信号经过所述光耦隔离器件电路隔离后，输入所述晶体管互补式功率放大电路的输入端，经过所述晶体管互补式功率放大电路改善后再触发所述调压功能模块电路中的MOS管或者IGBT的门极。

5.根据权利要求2所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述调压功能模块电路的输出端增设有能够对输出的脉冲直流电压的电压波形进行滤波稳压的电容和起限流作用的电阻。

6.根据权利要求1所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述脉冲直流电压的脉冲频率为500～3500Hz。

7.根据权利要求1所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述电源适配器的输入电压为交流220V，50Hz，输出电压为直流24V。

8.根据权利要求2所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，所述隔膜泵接线部两个电极的输入电压为直流可变电压，该直流可变电压的电压变化范围为12V～24V,或者该直流可变电压的电压变化范围为从24V始至24V-Pn止，Pn为电压最大下降幅度，Pn不小于12V。

9.根据权利要求1所述的一种工作水压自适应装置，其特征在于，驱动所述隔膜泵的直流电机具有输入电压在DC12V～DC24V范围内任意变动时均能够正常运行的特性。

10.一种净水机，其包括膜组件和节流阀，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一所述的工作水压自适应装置，所述隔膜泵的出水管路连通所述膜组件的进水口，所述节流阀的进口连通所述膜组件的浓水口，所述压力传感器设置在所述隔膜泵和所述膜组件之间的管路上或者设置在能够探测所述节流阀进口管路压力的管路上。

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