家用洗碗机自动软水系统设计

家用洗碗机自动软水系统设计

【摘要】家用洗碗机的硬水软化处理系统是保证洗碗机在洗涤过程中的安全运行、人体健康和节能减排的重要手段之一。本文重点阐述了全自动洗碗机软水器的工作原理、硬水软化原理、以及在实际操作应用中应注意的问题，为广大洗碗机设计者和消费者提供帮助和指导。

【关键词】洗碗机；软水器；软化；再生

1 引言

全自动家用洗碗机，是一种对各类餐具进行自动清洗、自动干燥的洗涤电器。具有自动化控制程序、操作简便、使用安全、省电省水等优点，而且餐具洗涤后完全可以去除油腻，手感爽滑、光洁如新。在1927年在德国制造出了世界上第一台家用洗碗机，经历了从波轮式洗涤到喷淋式洗涤的演变，其性能也得到不断提升，随后在20世纪90年代欧洲、美洲、澳洲、日本和韩国等发达国家逐步普及，在中国现在正处于发展初期阶段，洗碗机也像洗衣机一样，水是不可缺少的餐具洗涤介质，水质的好坏直接影响到的人们生活和洗碗机的使用寿命。自然界为我们提供了许多淡水，由于它们经常和石灰石、白云石等矿物质接触，因此使水中含有较多的钙镁离子导致水质变硬，危害我们的健康，并且如果是硬水通过洗涤设备时日积月累会产生水垢，导致洗涤设备寿命缩短，产生质量事故，基于以上原因，在洗碗机上设计硬水软化系统可从根本上解决上述问题。

2 家用洗碗机的硬水软化系统

2.1 软水器的基本工作原理

为使洗碗机适应不同地区硬度各异的水，特别配置了可以改善水质及洗涤效果的软水器。软水器在相关电路控制下可完成硬水软化和再生过程。水通过主水路，直通至软水器树脂腔，经软化的水进入洗碗机内胆。当软水器再生阀开启时，呼吸器中存留水经再生水路进入软水器，到达耗盐量调节机构。该机构主要目的是根据水硬度，合理调节用盐量，即当水硬度很高时，树脂中吸附的钙、镁离子增多，再生须饱和盐水，当水硬度很低时，盐水浓度可相应降低，即可减少耗盐量。当使用地区水硬度高时，调节机构调至进水大量位置，水全部通过下方通道进入装有盐及饱和盐溶液的盐腔，同时因盐腔是密闭的，因而有等量的饱和盐水从右边水路通过电磁阀到达树脂腔，使树脂再生。当调节机构位于其他进水量小位置时，有部分水是直通树脂腔的，使得出来的饱和盐水量减少。

图1 软水器的基本工作原理图

2.2 软水器的基本组成

洗碗机软水器安装在洗碗机的底部由电子控制系统、电磁控制阀、树脂交换

腔和盐腔等组成。

（1）电子控制系统

电子控制系统是控制软水器完成整个硬水软化过程，包括运行终点的判断、启动再生并多次循环运行。

（2）再生次数控制器

为了节约水资源，并满足全球不同区域的水质硬度的软化要求，设定控制器当达到指定洗涤循环次数时，自动启动再生过程。

（3）电磁控制阀是启动再生过程的电磁阀。

（4）树脂交换腔和盐腔，树脂交换腔是装满交换树脂的腔体同时也是钙镁离子交换软化过程的场所，盐腔是装盐的腔体是配置再生用盐的场所，树脂交换腔和盐腔一般使用PP材料，质量轻，成本低，便于制造。

图2 软水器的结构图

3 硬水软化的基本原理和工作过程

3.1 基本原理

在洗涤过程中，软水器上的电磁阀会在设定的时间开启，此时保留在呼吸器内的原水会在重力作用下进入软水器的盐腔中，把等量盐溶液推入树脂腔中，原水在树脂腔内流经阳离子交换树脂时，硬水中的Ca2+和Mg2+被交换树脂吸收，而树脂中的Na+离子被置换入水中，因此可以有效的除去水中的钙镁离子，使原水得到软化。

3.2 交换树脂

树脂腔内的交换树脂是一种不溶于水的黄色颗粒状磺化煤，它不溶于酸和碱。这种物质的阳离子会跟溶液里其他物质的阳离子发生离子交换作用，软化过程与再生过程为可逆过程，可以循环使用树脂腔内的树脂，整个硬水软化过程可用以下化学式表示：软化原理：2NaR + Ca2+ ===CaR2 +2 Na+；再生原理：CaR2 +2 Na+===2NaR + Ca2+。

3.3 软水盐

盐腔内的软水盐即离子交换树脂再生剂是一种溶于水的白色细颗粒状球剂，其主要化学成分为氯化钠（NaCl），纯度在99.5%以上，含水量（g/100g）≤ 1.0，水不溶物/（g/100g）≤ 2.0。洗碗机用软水盐添加了专用添加剂，去除铁离子的能力是一般盐的6倍，能双倍去除水中的杂质，其软水能力也比其他软水盐高出2

倍，能使软水器的效率提高。

3.4 软化过程

硬水从总管流入软水器后，流经树脂时，水中的Ca2+和Mg2+与树脂中的Na+进行交换，交换后的软水流出软水器再经过管路流入洗碗机内。软化原理：2NaR + Ca2+ ===CaR2 +2 Na+；

3.5 再生过程

保留在呼吸器内的原水会在重力作用下进入软水器的盐腔中形成盐水（NaCl），较高浓度的盐水（NaCl）流过树脂腔，将失效的树脂重新还原为钠型可用树脂。再生原理：CaR2 +2 Na+===2NaR + Ca2+。

3.6 再生频率的设计

洗碗机软水器的再生频率是根据不同国家和地区水质硬度来设定每再生一次的合理的洗涤循环间隔次数，这样设计既可有效的节约水资源又可达到硬水的软化的需求。

以下为不同国家和地区的硬水软化次数参考表：

不同国家地区的水硬度范围值相隔洗涤循环次数盐消耗量

（g/cycle）

德国odH 英国oClark 法国ofH 美国ppm 基本单位mmol/l

0～5 0～6 0～9 0～60 0～0.94 0 0

6～11 7～14 10～20 70～140 1.0～2.0 10 912～17 15～21 21～30 150～210 2.1～3.0 5 12

18～22 22～28 31～40 220～280 3.1～4.0 3 20

23～34 29～42 41～60 290～420 4.1～6.0 2 30

35～55 43～69 61～98 430～690 6.1～9.8 1 60

主要国家各种水硬度单位换算

1odH=1.25oClark=1.78ofH=17.8ppm=0.178mmol/l

4 参数设置