杜瓦膽式節(jié)能飲水機的研究

1、杜瓦膽式節(jié)能飲水機研究摘要：由于飲水機的保溫問題沒有得到很好的解決，熱膽內(nèi)的水反復(fù)加熱，浪費了大量電能，在我們這個能源貧乏的泱泱大國，一年中在這個方面浪費的電能是驚人的。以加熱、保溫升水為例，在不關(guān)機的狀態(tài)下，功率為千瓦的傳統(tǒng)家用飲水機日均耗電度，這其中大約有以上的能源是因為其“燒燒停?！钡墓ぷ髟砝速M掉的。杜瓦瓶從熱傳導(dǎo)的三個方面阻礙了熱傳導(dǎo)的進行，將杜瓦瓶置入飲水機達(dá)到了良好的保溫節(jié)能效果。加熱和保溫分在不同的空間進行，阻斷了冷熱水的混合，更有利于健康。取消了溫控器，保證了飲用水能真正加熱達(dá)到沸騰。沸騰后的水送往保溫瓶采用了翻水鍋爐的原理。水位浮頭給光敏控制電路提供控制信號?？刂齐娐凡捎昧?/p>

2、簡單易行的單片機（微處理器），能保證飲水機正常工作。杜瓦膽式節(jié)能飲水機主要由三個部分組成：壓力式熱膽、杜瓦保溫膽、微處理器光控電路。杜瓦膽式節(jié)能飲水機有廣泛的市場前景，將給飲水機的制造帶來一場革命性的變化。關(guān)鍵詞：節(jié)能、健康、安全杜瓦膽式節(jié)能飲水機的研究1 該項目的選題是怎樣確定的：前段時間不同的飲水機生產(chǎn)廠家在有膽和無膽飲水機的推出中爭得沸沸揚揚，主要焦點在于怎樣解決“節(jié)能”和“千滾水”的問題上。有人說千滾水有毒，聽起來有點聳人聽聞，但既便沒有毒，經(jīng)過反復(fù)燒沸的水對人體的健康是不利的。中國人有喝茶的傳統(tǒng)習(xí)俗，飲水機在中國有很大的市場，由于飲水機的保溫問題沒有得到很好的解決，熱膽內(nèi)的水反復(fù)燒，

3、浪費了大量電能，在我們這個能原貧乏的泱泱大國在這方面浪費的電能是相當(dāng)驚人的。以加熱、保溫升水為例，在不關(guān)機的狀態(tài)下，功率為千瓦的傳統(tǒng)家用飲水機日均耗電度，這其中大約有以上的能源是因為其“燒燒停?！钡墓ぷ髟砝速M掉的。我國有近14億人口，城鎮(zhèn)居民（以20計算）有近3億，就是1億個家庭，一個家庭一臺飲水機，以1升水計，一天就消耗1.8億度電，90電能用在了保溫上，也就是說每天浪費1.62億度電。其實一個家庭遠(yuǎn)不止飲用一升水，這個帳真是不算不知道一算嚇一跳。如果我們能對現(xiàn)有的飲水機加以改造，讓這1.62億度電不白白的浪費，一年就可以節(jié)約591.3億度電用于國家建設(shè)。這相當(dāng)于2005年三峽電站全年的發(fā)

4、電量（2005年三峽電站全年發(fā)電量為640億度電），所以我們這項研究利國利民，前途光明。飲水機可以說是家庭里的一只電老虎，如果我們在這個方面動動腦筋，下下功夫，就能對節(jié)能這項偉大事業(yè)做出我們中學(xué)生的一點貢獻。2 設(shè)計該項目的目的和基本思路目前市面上飲水機以熱膽式為主，我們認(rèn)為熱膽式主要有這么幾個缺點：通斷電用了雙金屬片溫控或者ptc半導(dǎo)體溫控，這兩種溫控實際上都沒有讓飲用水真正加熱到沸點，一般7080就斷電了。而我們認(rèn)為加熱飲用水最好的方法是將水加熱至沸騰后再繼續(xù)燒12分鐘為宜，這是傳統(tǒng)飲水機做不到的。再者，由于燒燒停停以達(dá)到保溫的目的，不但耗費了大量電能，還造成了千滾水的產(chǎn)生，不利于健康。我

5、們的研究將從這兩個方面入手對傳統(tǒng)的飲水機進行革新。在加熱和保溫上我們采用兩個貯水膽分開來實現(xiàn)，加熱膽不采用傳統(tǒng)的溫控器，而把加熱膽做成了能承受一定壓力的準(zhǔn)密閉容器，當(dāng)水沸騰后密閉容器中壓強增大，通過導(dǎo)流管把沸水壓往保溫膽。通斷電是通過顯示液面高度的浮頭來控制，這樣可以保證飲用水是被加熱到了沸騰。而保溫膽是用杜瓦瓶做成的，杜瓦瓶是我們傳統(tǒng)用來做溫水瓶的裝置，沸水裝入杜瓦瓶在正常情況下12小時后水仍然能保持在60左右，完全能夠保證我們飲水和飲茶的需要。這樣的飲水機我們給它取名叫“杜瓦膽式節(jié)能飲水機”。杜瓦膽式節(jié)能飲水機主要由三個部分組成：壓力式加熱膽、杜瓦式保溫膽、微處理器光控電路。 壓力式加熱膽

6、：壓力式加熱膽是在原飲水機使用的普通熱膽上進行的改造。普通熱膽上安裝有溫控器、進水管、出水管、均壓管和排污管，我們保留有普通熱膽的出水管，但在熱膽內(nèi)裝入了伸向熱膽底部的導(dǎo)流管從出水管引出，燒沸后的飲用水將從這里壓向保溫膽。普通熱膽的原進水管和均壓管連接中間加上水位顯示窗口，內(nèi)部裝入水位浮頭，以顯不熱膽內(nèi)水位，給控制電路提供信號。原來的排污管做成了進水管，進水管由電磁閥與貯水桶中的“生水”隔離，消除了放開水的同時冷水也混入的現(xiàn)象。然后在熱膽的頂部開了一個微孔，作為均壓出口，以保證水在沒有沸騰時熱膽內(nèi)是大氣壓強。水沸騰后熱膽內(nèi)壓強增大將水壓往保溫膽。取消了原熱膽的溫控器，保證了飲用水真正能加熱到沸

7、騰。 杜瓦式保溫膽：保溫膽采用了市面上現(xiàn)有的2.5磅保溫瓶膽，用軟膠塞封閉瓶口，在軟膠塞上分別插上了進水管、開水出水管、均壓管和水位顯示管。水位顯示管中的浮頭可以顯示保溫膽中的水位，并給控制電路提供控制信號。所有連接管都是我們用玻璃管和乳膠管自制，環(huán)保衛(wèi)生。 微處理器光控電路：微處理器我們用89c2051芯片，用三對紅外發(fā)射、接收管作感應(yīng)元件，分別裝套在加熱膽水位顯示窗口的上下和保溫膽水位顯示窗口的下端，水位浮頭的位置就可以給感應(yīng)元件提供控制信號。芯片終端控制一個電磁閥和一個電加熱器。工作原理是，當(dāng)加熱膽水位浮頭在最底水位時微處理讓電磁閥打開給加熱膽進水。當(dāng)加熱膽水位浮頭上升規(guī)定高度時微處理讓

8、電磁閥關(guān)閉。這時如果保溫膽水位浮頭處于最底位置微處理器讓電加熱器工作，加熱膽中的水加熱到沸騰直到開水全部壓入保溫膽，加熱膽水位浮頭處于最底，微處理器關(guān)閉電加熱器，同時再次打開進水電磁閥。否則處于待機狀態(tài)。圖1為兩個水位窗口光控裝置示意圖：l1l2l3加熱膽水位窗口保溫膽水位窗口圖1圖2為控制電路工作程序流程圖：打開加熱器開始打開電磁閥l1無光照關(guān)閥電磁閥l3有光照l2無光照關(guān)閉加熱器圖2圖3為光控電路圖：12vjj12374520101514r11kr210kr31kr41kr515kr715kr610kr810k4n254n25c8050c80506mh30p30pat89c2051圖33

9、設(shè)計簡圖： 圖4為杜瓦式節(jié)能飲水機結(jié)構(gòu)簡圖：飲水桶限流閥電磁閥均壓微孔加熱控制浮頭待添加的隱藏文字內(nèi)容3進水控制浮頭壓力加熱膽冷水管口熱水管口保溫膽圖4接通電源，電磁閥開啟狀態(tài)，飲水桶中的水注入加熱膽，進水控制浮頭上升，浮頭上升的位置給控制電路一個信號，電磁閥關(guān)閉。這時加熱控制浮頭處于最低位置，電路給加熱膽中的加熱器供電。當(dāng)加熱膽中的水沸騰，加熱膽中的壓強增大，沸水被壓入保溫膽貯存?zhèn)溆?。進水控制浮頭下降，達(dá)到一定水位，電熱器被控制電路斷開，電磁閥再次打開進水，進滿水備用，但這時加熱控制浮頭現(xiàn)在處于高水位，加熱膽中的加熱器仍沒有供電，加熱膽中的水不被加熱。一直到保溫膽中的水被飲用，加熱控制浮頭降

10、低到一定水位時，才會再次讓加熱膽中電熱器的電而加熱。由于保溫膽采用了杜瓦瓶，水溫可以保持10小時溫度都不會很低，泡茶，飲用都可以。保溫膽中的水如果不飲用，即使是水溫降到常溫加熱器也不會工作。這樣既避免了水的反復(fù)加熱，也能在很長時間內(nèi)有能滿足我們需要的熱水飲用和泡茶，同時大大的節(jié)約了用電。當(dāng)然，現(xiàn)在的這個設(shè)計還存在一個小問題，那就是如果長時間沒有用水，保溫膽中的水溫就會慢慢降低，此時如果需要更高溫度的水，那就需要將保溫膽中的先水放出來，才能夠加熱新的水。這可能是這個方案中唯一美中不足的地方，我們也曾經(jīng)針對這個問題考慮過幾種解決方案。然而，新的解決方案總是與原方案的初衷相背，解決了隨時加熱的問題，

11、就不能達(dá)到節(jié)能和避免反復(fù)加熱的目的。最后經(jīng)過再三權(quán)衡，我們還是選擇堅持原方案，保留了這個小問題。因為我們經(jīng)過分析，認(rèn)為這個小問題其實是可以接受的，原因有二，其一：由于保溫膽采用了杜瓦瓶，水溫可以保持10小時左右，已經(jīng)可以基本滿足當(dāng)天的使用；其二：保溫膽容量很小，即便過了很長時間而導(dǎo)致水溫下降，也不會造成浪費，我們既可以將冷開水用于飲用，也可以用來洗茶杯或其他用途。這與我們用水瓶來保溫開水水溫下降之后采取的辦法是一樣的。在以后的改進方案中，我們會在保溫膽中加入熱敏元件，在飲水機上增加開水的水溫提示，便于使用。由于我們的控制電路采用的微處理器還可以擴展很多功能，我們可以在保溫膽中加上一個熱敏元件感應(yīng)保溫膽中的水溫，用五個發(fā)光二極管分段反映保溫膽中為100、90、80、70、60的水溫。這樣就不會因為不知道保溫膽的水溫而發(fā)愁了。因此，我們認(rèn)為這是一個非