电热水器的结构设计及优化论文_汤统博

汤统博

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摘要:随着中国经济实力的稳步提升,人们的生活水平日趋改善,对于高品质生活的追求也越来越高。电热水器作为使用率较高的日常提供热水的设备,不断对其进行结构优化与创新,给人们带来更安全、更舒适、更节能的使用体验显得尤为重要。本文通过介绍常见电热水器产品的结构特性,研究目前电热水器使用中出现的各类问题及现有的结构优化措施,并列举目前电热水器产品结构设计创新的发展方向。本文对于电热水器的结构设计优化的观点,将为电热水器结构研究人员提供借鉴。

关键词:电热水器;结构;设计优化

目前市场上诸多电热水器产品大部分是通过电热管进行发热,用户设定好所需温度,电热管以恒定功率加热达到设定好的温度值时停止加热。虽然目前电热水器结构设计比较完善,生产技术比较成熟,价格也相对低廉,但还是存在一些问题像漏电安全、烫伤风险、易生水垢等,极大影响用户体验。针对这些问题,本文介绍现有结构优化措施,并提出了改善用户体验的双热源电热水器、电磁涡流快热式热水器等创新结构设计。

一、目前电热水器的结构特性和针对现有问题的结构优化

(一)常见电热水器结构特性

电热水器主要由安装在内胆中的电热管来进行加热,内胆为钢板卷制焊接制成,与水接触容易造成腐蚀,所以目前大多数电热水器都采用内胆搪瓷的结构提高耐腐蚀性,再者在内胆上增加化学性质更活泼的镁棒,起到消耗阳极保护阴极的作用。内胆外侧与外壳之间有发泡层和泡沫组成的保温层,减少内胆向外散热。电源线和电热管之间由一系列电气部件和安全控制部件连接组成,其中包括用户调温使用的温控器,超温保护的限温器等。进出水管连接防电墙,起到一定的漏电电流限制作用。进水处安装安全阀,一方面防止热水在没有超过内泄压力时流回管路,另一方面起到内胆泄压的作用。

(二)当前电热水器的主要问题和结构设计优化

目前市场上大都数电热水器产品都是电热管定功率加热,受到家用电路载荷的制约,功率无法做到太大,加热速度慢,出水温度难以控制,这就造成用户使用过程中需要增加混水,混水后忽冷忽热,极大影响洗浴体验。此外,出水温度无法设置恒定,容易导致意外烫伤。目前传统单发热管定功率加热产品还没有更为有效的改善结构。

热水器正常使用中加热至用户设定的温度即停止加热,如温控器失效,热水器设置有超温保护限温器,保障出水温度不超过99℃。如果限温器也失效,内胆持续加热内部压力过大,此时如无法通过进水口的安全阀进行泄压,内胆就有爆炸的风险。目前电热水器产品一般都设置有温控器、限温器、安全阀这多重保护结构,保障热水器的安全使用。

上文说到内胆为避免电化学腐蚀安装了镁棒,镁棒不断消耗,就会造成用户需要频繁更换。部分电热水器产品上使用了电阻镁棒结构,可以减缓镁棒的消耗,但需要找到保护内胆与最少镁棒消耗的平衡点。近年来推出的电子镁棒结构,则直接取代了传统的镁棒结构。

镁失去电子后变成镁离子大量进入水中,容易在水中形成络合物沉淀,形成水垢。水垢不仅影响水质,如附着在电热管表面,导致电热管与水体间的热阻增加,热量无法有效传导,增加热水器耗电量,长期使用将导致电热管外层不锈钢烧裂,水进入电热管内部,内胆与水体也将带电,人接触漏电的进出水管或者水体,将有触电的危险。

针对内胆漏电的问题,热水带电增加了防电墙结构减低电流,以保障电热水器的安全质量。然而在实际使用中发现,这种方式也并不是万能的,由于水质的纯度不够或者房屋建造本身的安装质量就存在问题都无法保证洗浴安全,在目前对于此方面的优化设计研究也在逐渐推进,部分改进应用于市场效果良好。

二、目前针对电热水器的结构创新设计与研究

(一)双热源储水式电热水器

针对于目前普通电热水器难以控制温度变化,无法适应快速变温和皮肤温度适应,对此相应设计出了双热源储水式电热水器。这种设计方式既可以有效的控制水温的变化,操作起来较为便捷,实用性较高,又可以对整个能源进行节约以达到最大的效益。达到这种功能的结构优化为增加了智能的自动进出水阀、双热元件、柔性分隔膜和定时器等。在正常进行加热工作时,可以通过分割膜进行不同水路独立分隔,将它们分割为一大一小两个部分,其主要目的是为了在控制温度的过程中自来水不会直接对热水造成影响,以节约能源,除此之外,更为重要的一点是利用这种方法进行温度的调控,会更加的简单和便捷。而对于剩余未用尽的热水,可以设立单独的辅助保温桶,利用辅助保温桶对多余的热水进行保存避免资源的浪费。而同样的,该种设计也有相对安全的安全阀和电子提示器进行状态的了解和控制,同时在电路中设计相应的热水器电流入水、干烧时的防护系统,进一步为该种热水器的安全性进行加强[3]。

(二)电磁感应快加热电水器

针对于普通电热水器水电不分容易产生热水触电洗浴安全问题和容易积累水垢而导致元件损害问题,利用电磁感应技术原理设计相应的电热水器显得较为良好,而除此之外由于该种电热水器的加热元件不直接与水流相接触,则可以相应的提高其寿命和安全性,而该电热水器主要是通过进行交变磁场的设计而利用涡流产热对冷水进行加热。

(三)针对于电热水器的节能问题

首先来说在内胆中设置控温器是最基础的节能方式,这样可以直观的对加热进行控制。而除此之外,对于水的保温也是对能源的一个保护途径,通常使用整体发泡技术进行保温,相对于传统的海绵泡沫材料,厚度适当的发泡材料对于水温的保护是更加明显的,那其中对于发泡的工艺技术要求则较高,它将决定整个发泡的密度,力度,膨胀系数等等。除此之外进行内胆涂层也是现行的重要保护技术,良好的内胆涂层技术可以防止热水造成的严重腐蚀,以保护整个热水器的质量和延长相应原件的寿命。最后来说,相应的上文中所提到的镁棒经常发生更换的问题,主要可以采用一些防腐的方式,比如钛金离子棒用防腐竹离子进行消除自来水的腐蚀作用[4]。

(四)新时代下的信息技术电热水器

随着信息时代到来,各种各类的家具也可以实现,通过信息技术进行控制,也就是所说的智能家居。那么同样这种技术也可以针对电热水器进行把控,不仅是对于其加热的温度和原件的损坏程度进行数据上的把控,甚至还可以对其中的热水剩余量进行测定。前面两者可以大大提升热水器的安全系数,而后者则可以最大可能的对于热水资源进行充分的利用,而除此之外还可以对热水器进行远程控制,尽可能方便人们的生活。

三、结束语

本文主要针对于目前我国市场上电热水器存在的各种问题进行了阐述,对于其中造成危害的原因进行分析之后相应的给出两种不同类型的电热水器设计,第一种是双热源储水电热水器,第二种是电磁感应热水器。前者主要针对于水温控制不当的问题进行了改进,而后者主要是为了减少水垢的产生,通过用电流涡流的理论进行加热,而在安全系统上来说更为优秀。除此之外,加入节能和电子信息技术也是目前电热水器市场势在必行的。

参考文献:

[1]李玉荣,杨娟芳,申宾德,王得宏.一种太阳能热水器户外水管防冻结构设计[J].机械研究与应用,2018,31(05):120-122.

[2]韩柏,叶红.一种储水式电热水器的创新设计[J].机械工程与自动化,2018(04):114-115.

[3]胡一凡,戚玉丽,王炜玮,李杰英,龙丹.空气源热水器优于太阳能热水器应用引发的思考[J].山东化工,2018,47(10):73-74.

[4]刘鸿德,全贞花,赵耀华,迟远英,靖赫然,姚孟良.新型热管平板太阳能热水器性能研究[J].建筑科学,2017,33(06):48-54+61.

论文作者:汤统博

论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期

论文发表时间:2019/8/30

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