温度传感节水器的可行性研究

耿亚璋 1 赵丹 2

北京航天试验技术研究所 北京 100074

摘要：在水资源紧缺的当下，这无疑是一种操作方便且高效率节水的设施，节约了大量水资源，也降低了用水费用。此装置的操作原理十分简单，即将温度控制、淋浴节水和蓄水装置三种装置结合起来，可以使热水管内的冷水通往其他适用的用水设施中，人们一打开花洒热水区，就能流出设置好的理想温度水。此装置操作简单，节水效率高，在有效提升人们日常生活舒适感的同时，将达到最适温度前的冷水直接流通至其他用水设施，达到了节约水资源的目的，体现了绿色环保的发展理念。

关键词：温控器；阀门；淋浴；节水

引言

自动化温度校准系统广泛运用于温度传感器的校准试验中，该系统可实现温场的控制、数据自动化采集以及结果的模拟运算和分析等自动化校准工作，是集计算机技术、电子技术、自动测试技术于一体的计量标准，对效率提升是一个很大的进步。传统的校准装置和规范没有实现对低温和高温传感器的分开控制，因不能同步进行，运算过程独立，增加了科研人力和时间成本负荷。同时，由于无法实现在同系统下温度数据的测量，对不确定度的评定造成很大的干扰，影响科研进度及温度传感器整体性能的评价。并且，传统校准方案也不具备便携性，无法应用于科研试验现场，提供随线保障的服务。综上所述，开展温度传感器校准方案的进一步探索很有必要。

1设计原理

1.1设计思路及装置的工作说明

本小组发现了人们在洗澡时热水不会一开即出和在正常洗澡中途关一次水后夹杂一段凉水出来两个问题。在面对该问题时，人们常常会选择浪费这段冷水。为解决此问题，此装置对普通淋浴器具进行结构改造和功能升级，发明了一种具有“储冷水放热水”功能的节水器具，利用了在洗澡前常常被忽视浪费的水，节约了水资源。首先在靠近太阳能热水管出水口处安装三通，在三通管后设置有温控器，利用温控器控制电磁阀。当温控器的设定温度大于管内温度的时候，将温度不足的水通过三通传至用水设施，当水温达到设置温度时执行通电命令，打开阀门将热水通往花洒。

1.2结构设计

1.2.1管道设计

课题组设计在花洒靠近热水管出水口处安装三通，利用阀门将管内温度不足的水排到蓄水设施。

1.2.2电磁阀设计

电磁阀为常闭类型，当温控器的设定温度小于管内温度时候，温控器会给执行器一个通电命令，执行器通电工作不再下压分水器阀杆。

1.2.3水的回收与利用

（1）方案一：针对水的回收利用，我们将另外设置储水箱，将温度不足的凉水通过三通管导入储水箱中，储水箱下面连接水龙头，下设水池，人们可以自由使用储水箱内的水，以达到节水用水的效果。

（2）方案二：可将这些水通过导管导入鱼缸中储存，在鱼缸内部形成一个小型的水循环，节省换水的用量。

（3）方案三：可在马桶原有水箱上设置一个小储水箱，将温度不足的凉水通过三通管导入储水箱中，储水箱下面连接水龙头，方便人们在上完厕所后洗手，再利用重力将洗手后的水通入马桶原有水箱。这样可以多层利用原本被浪费掉的水资源。

2节水器的设计

2.1过滤元件的设计

在考虑过滤元件时，要详细分析过滤元件的重要技术指标，它们包括:对杂质的截留能力、过滤元件的渗透性和过滤元件抗堵塞能力等。其中最为重要的为对杂质的节流能力和渗透性2个特性。当然过滤元件的选择属于一个综合性的问题，当其组装固定和制作等因素也考虑在内时，则还需要考虑过滤元件的稳定性、密封性、强度、经济性等因素。常用过滤元件包括以下2类:滤网和滤布。其中金属式过滤网表面光滑、耐腐蚀性和耐高温的性能较好;而且由于金属制成，有很高的硬度，所以使用寿命很长，不易被颗粒堵住，方便清洗。基于生活废水的颗粒较小因此第一滤网选取50目数的不锈钢滤网，第二滤网选取100目数的不锈钢滤网。过滤网管上接混合箱下接活性碳管，待使用一段时间后可将其拆卸下进行清洗。

2.2技术方案

为实现废水回收利用，提供如下技术方案:节水器的外部管道与洗浴盆的排水口相连接，排水口附近位置的管道上设置有水泵。水泵通过管道与其他用水容器分别连接，在使用过程中分别抽取使用完毕的废水。外壳上部固定设置有消毒液瓶和搅拌电机。其中，消毒液瓶受其下部的电磁阀A控制，实现消毒液的自动排放。节水器下端固定设置三通阀门和水龙头与节水器内部的储水箱连接。节水器内部由外壳包裹，也通过管道与外部组成良好的循环连接。外壳内部上测固定设置有混合箱，混合箱体内部设有搅拌器，搅拌器的搅拌轴通过联轴器与搅拌电机的输出轴固定连接，由外部的搅拌电机控制。混合箱底部固定设置有电磁阀B，电磁阀B的底端与其下方的过滤管一端固定连接。在过滤管内部分别设置第一过滤网和第二过滤网。过滤管外部的另一端与活性炭管固定连接。活性炭管的另一端与第一储水箱连通。在第一储水箱的正面位置设置观察窗，观察窗上部设置指示灯，左侧内壁分别有低液位传感器和高液位传感器固定设置。以上所述搅拌电机、电磁阀A、电磁阀B、水泵、指示灯、低液位传感器和高液位传感器均与处理器电性连接。

3应用前景

智研数据研究中心发布的《2018-2024年中国淋浴器市场前景研究与发展前景报告》整理数据显示，未来我国淋浴器具销量仍保持30%~35%的增长速度，预计在2020年可达3000亿元。销量增长的背后，是消费者“节约消费”意识的崛起。根据淋浴的销量大增可以看出，家庭淋浴在未来将会有很大市场，人们的环保意识增强，淋浴这种既环保又方便的家庭电器将会在未来受到更大青睐。

此装置结构简单，功能可靠，安全稳定，大部分家庭现有的产品已经趋向成熟，市面上的质量好的控温器造价也很低，水量循环对制作工艺没有较高要求，适合批量生产。相对于目前市场上的淋浴产品，温控循环装置物美价廉，而且淋浴基本是每家每户的必备之物，所用基数大，并且本装置所有的设备基于已有的淋浴管上，安装时无须在附近的墙体上预留安装口，在不损坏附近墙体的前提下，将已有的二通管转变成三通管与安装的储水桶相连，即能够完成安装，也能随时利用节约下来的水资源，能够在新旧设备内均完成无尘施工，方便在购房之初未能安装本产品，而后需要节水循环的用户拆除旧设备并安装该产品。因此有很可观的市场前景。

结语

针对中国水资源短缺的现状以及目前节水器发展过程中存在的一些问题，本文针对家用生活废水循环利用节水器的设计做了深入研究。对节水器内部装置和外部装置做了相关设计，通过消毒、过滤、吸附等步骤将生活废水处理达到洗涤用水标准后就地储存并循环利用，从而达到节约水资源的目的。

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