Паровой утюг — Шаг 2: Как это работает?

Когда нажимается кнопка Пуск (Ref. 1), замыкается цепь, которая через реле (Ref. 2) подаёт питание на резистивный нагревательный элемент, расположенный в подошве утюга (Ref. 6). Когда достигается заданная температура, раздаётся звуковой сигнал (примерно через 2 минуты)

После сигнала можно получить пар, нажав кнопку на ручке утюга (Ref. 5). При этом замыкается цепь, которая включает насос, установленный в корпусе под баком для воды (Ref. 3). Этот насос, расположенный между баком (Ref. 4) и утюгом, обеспечивает перекачку воды от одного к другому.

Вода, поступая в подошву утюга по гибкому шлангу, при контакте с нагревательным элементом превращается в пар. Действительно, тепло (примерно 130°C–160°C) превращает воду в пар, который выходит через отверстия в подошве. Отпускание кнопки останавливает и насос, и подачу пара.

Устройство состоит из нескольких узлов, которые мы рассмотрим отдельно. Начнём с водяного насоса.

Такой тип насоса, называемый всасывающим или вакуумным насосом, часто встречается в устройствах, требующих перекачки жидкостей, обычно воды. Их можно встретить в кофеварках эспрессо (перекачка нагретой воды для получения пара) и в парогенераторных утюгах.

Осевая подвижность металлического поршня (Ref. A), открытого с обоих концов для пропуска воды, создаёт перепад давления в системе. Колебательное движение поршня создаётся магнитным полем катушки. Эти детали можно увидеть, перейдя по ссылке в конце этого шага.

В катушке последовательно с обмоткой установлен диод, что позволяет питать её от однофазного однополупериодного выпрямленного напряжения. Проще говоря, поршень следует за электрическим током (50 Гц) и совершает 25 «вперед» и 25 «назад» в секунду.

Эти выраженные вибрации являются источником характерного звука исправно работающего насоса.

Вода входит с одной стороны насоса (жёлтая стрелка), проходит через цилиндр (Ref. A) и попадает в розовую камеру. Эта камера попеременно перекрывается двумя клапанами — розовым (Ref. B) и синим (Ref. C). Розовый клапан позволяет воде входить в камеру, когда поршень отводится назад, при этом синий клапан автоматически закрыт (в результате обратного давления).

Когда поршень движется «вперед», розовый клапан закрывается, камера нагнетается, синий клапан открывается и пропускает воду. Этот цикл повторяется 25 раз в секунду.

Анимация, показывающая работу насоса.

В устройстве имеется печатная плата (PCB), расположенная в основании бака. Управление устройством осуществляет микроконтроллер (Ref. 15) (PIC16F1820). Он управляет входами и выходами, подключёнными к различным элементам — датчику, насосу и панели управления — чтобы обеспечивать правильный нагрев подошвы и генерацию пара.

Управление температурой подошвы утюга. Осуществляется с помощью датчика, расположенного в контакте с подошвой. В этом утюге отсутствует ручной термостат для регулировки температуры. Температура фиксирована и контролируется датчиком (см. следующий шаг в Ref. 8). Измеренная температура на подошве утюга составляет 160°C.

Управление подачей насоса с использованием тиристора BT168 GW (Ref. 16). Это позволяет уменьшать объём пара в режиме ECO или увеличивать в режиме TURBO, а также управлять функцией удаления накипи.

Управление наклоном утюга. В утюге есть датчик наклона или движения (Ref. 12) в виде капсулы с металлическим шариком. Когда утюг горизонтален, шарик замыкает контакт, позволяя нагревательному элементу работать. При наклоне утюга цепь размыкается, и нагреватель отключается.

Управление удалением накипи. При нажатии кнопки удаления накипи насос работает непрерывно 2 минуты на максимальной подаче. Утюг сигнализирует о необходимости удаления накипи. Микроконтроллер запрограммирован для управления этим оповещением и заблокирует работу насоса, если операция не будет начата.

Управление световыми и звуковыми сигналами. На печатной плате напротив каждой кнопки панели управления расположены 3 светодиода, а также звуковой сигнализатор. Сигналы, подаваемые этими компонентами, описаны в шаге 3 руководства по «различным функциям». Ещё один светодиод (Ref. 14) подключён к небольшой плате, размещённой в ручке утюга.

Эта небольшая плата также включает переключатель подачи пара (Ref. 13), который активируется кнопкой пара (Ref. 5), и датчик наклона (Ref. 12).

Электрическая сеть состоит из сетевого шнура с тремя проводниками: фаза (коричневый), ноль (синий) и заземление (зелёно‑жёлтый). Эти три провода подключены к электронной плате. Провод заземления соединён с утюгом через защитную оплётку.

В этой оплётке также проходят провода, питающие нагревательный элемент (Ref. 11) через защиту Klixon (Ref. 9) и датчик температуры (Ref. 8), а также управляющие провода (кнопка ВКЛ, светодиоды и т. п.), расположенные в ручке утюга. Здесь же находится трубка, по которой течёт вода (Ref. 10).

Прилагаемая схема показывает основные компоненты и их соединения.

Гидравлическая (водяная) система выглядит следующим образом (красным): вода хранится в резервуаре (Ref. 4). Когда пользователь запрашивает пар, нажав кнопку на ручке утюга (Ref. 5), запускается насос (Ref. 3). Вода всасывается и по трубке (Ref. 10) подаётся к подошве утюга (Ref. 6).

На выходе насоса установлен предохранительный байпас (Ref. 17). Если вода не может быть вытеснена (засорён шланг), она возвращается в бак (зелёным).