詹建新

（廣東威博電器有限公司 廣東佛山 528303）

1 引言

目前，在我國熱水器主要有四種：一是太陽能熱水器，缺點是受地域、氣候、建筑層次等因素的制約較大，如果，產(chǎn)品安裝與使用地點距離較遠則會造成水資源的大量浪費；第二是燃氣熱水器，但它存在安全隱患，且受水壓的影響較大；第三是壓縮式熱泵熱水器，但它的系統(tǒng)較復雜，且一次性投資費用較高；第四是電熱水器，隨著我國電網(wǎng)供電能力不斷的加強，越來越多的家庭更愿意選用電熱水器作為家庭生活用熱水的來源。

目前，一臺電熱水器的功率通常在2kW～3kW，耗能還是較高的，在當今提倡節(jié)能的大背景下，節(jié)能型的電熱水器更容易受消費者的歡迎。

我們平常所使用的電熱水器都是單內(nèi)膽電熱水器，即只有一個內(nèi)膽和一個發(fā)熱管，它的結構簡單，加工方便，價格也比較便宜，普通家用單內(nèi)膽電熱水器的結構示意圖如圖1所示。

從結構圖上我們可以看出，發(fā)熱管相對整個內(nèi)膽來說，所占空間比重比較小，這樣導致發(fā)熱影響的范圍較小，有些位置的水甚至無法加熱，單內(nèi)膽電熱水器的使用缺陷還有：

(1)使用時需要較長時間的加熱時間才能達到預定溫度；

(2)在熱水的需求量很小的情況下，也要對整個電熱水器內(nèi)膽里的水進行加熱，既不經(jīng)濟也不實惠，造成不必要的浪費；

(3)在停止使用后，電熱水器內(nèi)膽里還有較多的熱水，長時間停用就會自然冷卻，造成熱水浪費；

針對這一缺陷，企業(yè)在市場上推出即熱式電熱水器，其基本原理就是在一個較大的水龍頭里安裝一個電熱管，即時加熱流經(jīng)水龍頭的水，為達到即時使用的要求，就必須加大其功率，一般超過7kW，電路負荷較大，需使用較粗的專用電線，普通家庭使用受到限制。

針對普通電熱水器以及即熱式電熱水器的這些缺陷，我們開發(fā)了兩款新型的節(jié)能型電熱水器，即變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器與即熱式單內(nèi)膽電熱水器，在此與大家分享。

2 變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器

2.1 變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器的結構

變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器有兩個體積、形狀基本相同的內(nèi)膽，內(nèi)膽的材料一般由1.5～2.0mm的PHCC板經(jīng)一系列工序制作而成，中間用兩個特制的連通管連接起來。每個內(nèi)膽各有一個加熱器裝置。這種電熱水器的結構圖如圖2所示。

2.2 變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器的結構特點

（1）進水管位于下內(nèi)膽的最下部，出水管的進水口位于上內(nèi)膽的最上部，這個結構特點是依據(jù)水在加熱后在對流作用下形成下層冷水上層熱水的原理；

（2）兩個內(nèi)膽各有一個加熱器，即第一組加熱器（快速加熱器）和第二組加熱器（預加熱器），兩組加熱器分別通過電路控制單獨分開工作，互不干擾，并分別對不同內(nèi)膽的水體加熱；

（3）兩個內(nèi)膽各設有一個可感應熱水溫度的溫控管，分別控制第一加熱器與第二加熱器的電路通、斷；

（4）第一加熱器設置位于上內(nèi)膽的上部且環(huán)繞在出水管入水口的周圍，為快速電加熱器，用于將流入出水管的水即時加熱到要求使用的溫度，起即時加熱的作用；第二加熱器為預加熱器，設置在下內(nèi)膽下部，用于預加熱內(nèi)膽中的水到一定溫度；

（5）在用第二組加熱器預加熱內(nèi)膽中的水時，熱水在對流作用下通過連通管流向上內(nèi)膽，同時上內(nèi)膽的冷水也在對流作用下流向下內(nèi)膽，這樣加熱后的水會自動充滿整個內(nèi)膽。當兩個內(nèi)膽里的水達到預定的溫度時，第二加熱器停止工作；

2.3 變?nèi)蓦p內(nèi)膽電熱水器的節(jié)能原理

（1）使用者在使用時可以根據(jù)實際情況來使用電熱水器，在用水量較少時，可以只使用上面內(nèi)膽的加熱器，下面內(nèi)膽的加熱器停止使用，而在用水量較多的情況下，則同時使用兩個內(nèi)膽的加熱器。

（2）在用水量較少時，只需要使用第一加熱器，第二加熱器停止使用，這樣就不需要加熱整個電熱水器內(nèi)膽里的水，起節(jié)約用電的作用，也能節(jié)約熱水作用；

（3）即使兩組加熱器同時工作，此時由于上內(nèi)膽的水受第二次加熱，使水溫遠遠高于下內(nèi)膽的水，因此，在停止使用的后，由于上下內(nèi)膽中水體溫度不同，也能減少熱水的浪費。

2.4 上下內(nèi)膽的連通管焊接密封結構方案

上、下內(nèi)膽采用兩個并排的、中空連通管連接，每個連通管又分成上下兩段，分別與上、下內(nèi)膽的進出水端口焊接，兩段連通管之間再以法蘭形式互相焊接，兩段連通管內(nèi)壁設有用于隔水的密封保護套，連通管之一具有翻邊法蘭的圓管，連通管之二為具有兩個不同直徑的圓管，連通管之二的大直徑管段內(nèi)徑與連通管之一的翻邊法蘭外徑相配合，并將大直徑管段和翻邊法蘭密封焊接。

2.5 隔水密封的保護套結構方案

保護套分為兩段，每段采用的鋁板經(jīng)模具沖裁、拉伸、成型等工序制成。保護套的一端呈環(huán)形波紋法蘭式，與連通管的法蘭貼合，保護套的另一端在穿過連通管內(nèi)壁后被向外翻邊，貼在內(nèi)膽的進出水端口內(nèi)壁，邊了翻邊的方便，保護套的這一端預先沖裁了多個缺口，翻邊后成為花瓣狀。上下內(nèi)膽的兩段保護套波紋法蘭被連通管的法蘭緊緊壓合，實現(xiàn)密封功能。采用鋁板作為密封保護套具有以下幾個方面的作用：

（1）鋁具有良好的塑性和壓合密封性；

（2）鋁的耐溫性能足以承受法蘭焊接產(chǎn)生的高溫；

（3）具有一定的陽極保護作用。

雙內(nèi)膽連通管結構方案及保護套技術方案結構如圖3所示：

2.6 雙內(nèi)膽所采用的焊接工藝

（1）內(nèi)膽與連通管的焊接工藝：采用機械手自動環(huán)縫氬弧焊，并設計與制作了專用的工裝夾具，具有效率高、質量穩(wěn)定的特點；

（2）氬弧焊清尖角去毛刺工藝：在連通管和內(nèi)膽的焊接接口的內(nèi)表面存在的尖角、毛刺、焊疤、焊渣等缺陷將導致搪瓷不良及影響保護套的裝配，創(chuàng)造性的采用氬弧焊電弧清除接口缺陷，光滑倒角，這一工藝具有效率高、質量好的特點。

（3）連通管和內(nèi)膽接口部位補粉工藝：用現(xiàn)有的干粉搪瓷工藝在連通管和內(nèi)膽接口部位的上粉搪瓷缺陷較多，采用二次補粉的工藝及裝備，使內(nèi)膽搪瓷合格率達到設計要求。

（4）上下內(nèi)膽焊接工藝：使用專用的上下膽連接管對接環(huán)縫工裝及二氧化碳焊接工藝設備，

有效的保證壓緊保護鋁套并焊接可靠。

3 即熱式單內(nèi)膽電熱水器

即熱式單內(nèi)膽電熱水器是在單內(nèi)膽電熱水器與雙內(nèi)膽電熱水器的基礎上進行改良而來的，它的結構設計方案綜合了上述兩種熱水器的優(yōu)點，它是將兩套電加熱器安裝在一個內(nèi)膽里，其中一套固定在內(nèi)膽膽口，另一套固定在一個密封的出水套管內(nèi)，出水套管通過螺絲緊固在內(nèi)膽上，它的結構方案如圖4所示。

即熱式單內(nèi)膽電熱水器的工作原理：

（1）密封套管內(nèi)的發(fā)熱管加熱后，引起密封套管內(nèi)的水體溫度上升；

（2）密封套管內(nèi)的水體受熱后，經(jīng)出水管5排出，并可以給使用者使用；

（3）冷水在對流作用下，經(jīng)熱水導管4進入密封套管內(nèi)進行補充。

我們通過對即熱式單內(nèi)膽電熱水器的分析，可以得出以下結論：

（1）在熱水用量少或水溫要求不高時，只啟動密封套筒里的電加熱器，另一套電加熱器不用，此時的電熱水器是即開即用，剩余熱水的浪費很少。

（2）在熱水用量較多時，可以同時啟動兩套電加熱器，預先加熱整個內(nèi)膽里的水，然后再打開出水開關，可以得到合適水溫的熱水。

（3）即使在熱水用量較多時，密封套筒里的水因為受到第二次加熱，因此熱水溫度比套筒外的熱水溫度要高很多，這樣即使不需要加熱整個內(nèi)膽里的水至使用溫度，也能得到合適的熱水，這樣既省電也能減少熱水的浪費。

（4）該電熱水器無需設置專門的控制或轉換裝置，組件少，材料消耗少，加工簡單，安全可靠。

4 結論

雙內(nèi)膽電熱水器與即熱式單內(nèi)膽電熱水器是兩種具有方便和節(jié)能功效的新型電熱水器，通過對以上的描述，我們可以得出以下結論：

（1）雙內(nèi)膽電熱水器

(a)采用變?nèi)菁訜?，即根?jù)用水量的大小選擇性的加熱不同內(nèi)膽中的熱水，既可以節(jié)約加熱時間，又可以減少剩余熱水的能量浪費，其節(jié)能效果明常明顯。

(b)采用雙內(nèi)膽電熱水器的結構特點，進行智能化控制，解決上下膽的加熱控制技術，從而起到預約用水的效果。

（2）即熱式單內(nèi)膽電熱水器

(a)是在原單內(nèi)膽電熱水器的基礎上改良而來的；

(b)是一個功率稍大的速熱加熱器，在較小用水量下，直接啟動速熱功能，無須先預熱，基本沒有剩余的能量浪費，熱水利用率很高；

(c)在大量用水時，先將內(nèi)膽中的水預熱至相對較低的保溫狀況，再通過速熱加熱器使水溫升高到適宜的溫度；

(d)由于密封套筒內(nèi)水體溫度遠比套筒外水體溫度要高很多，因此可同時降低保溫熱量的損失和剩余熱水能量的損失。

[1] Rousseau P G，Greyvenstein G P. Enheancing the impact of heat pump water heaters in the South African commercial sector..Energy，2000，25:51～70

[2] GB/T20289-2006，儲水式電熱水器.2006

[3] 盧海南.一種二次加熱的電熱水器:

中國ZL982336357.7.1998

[4]歐永源. 一種分離式加熱的雙內(nèi)膽電熱水器：中國，ZL200820042727.6.2008