郭 濤

（中山百得廚衛(wèi)有限公司，廣東 中山 528400）

1 概述

1.1 技術(shù)背景

現(xiàn)有的熱水器和用于熱水的燃?xì)鉄崴魇艿饺紵r條件和煙氣輕微冷凝的制約，只能在最小熱負(fù)荷約3kW 到額定熱負(fù)荷之間實(shí)現(xiàn)高效的燃?xì)庵茻?。高效的燃?xì)庵茻嶂荒苓_(dá)到額定最小熱負(fù)荷約3kW，這意味著即使熱水器在夏季以最小熱輸出量使用，也只能在冬季以最大熱輸出量使用。因此，在夏季，即使熱水器以最小熱輸出運(yùn)行，熱水器的最小熱輸出也超過了在給定的水流下實(shí)現(xiàn)溫度上升所需的熱量，此外，夏天時進(jìn)水的溫度也更高，并且由于進(jìn)水溫度較高，夏季熱水器出水溫度較高，這對用戶體驗(yàn)有嚴(yán)重影響。

1.2 提出問題

在熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用雙排兩通管的形式，熱交換器內(nèi)設(shè)有一個加熱管和兩個排氣口，可以把熱量從一個房間帶到另一個房間，在整個系統(tǒng)中起到了很好的散熱作用。為了更好地解決炎熱夏季時出水溫度低的需求問題，在熱交換器的中間加裝了一個電加熱裝置，采用交流電加熱方式，加熱后的熱交換器與水進(jìn)行熱交換。在這種情況下，我們必須考慮如何控制加熱時產(chǎn)生的熱量，以保持系統(tǒng)內(nèi)始終有適當(dāng)?shù)臏囟萚1]。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟

2.1 技術(shù)方案

通過電加熱方式實(shí)現(xiàn)低溫升的燃?xì)鉄崴?，可以避免燃?xì)鉄崴髡{(diào)整至最小熱負(fù)荷狀態(tài)時，出水溫度仍然較高，這將對用戶造成較大的體驗(yàn)影響。電加熱方式的熱交換器中，由于存在較多的電阻，因此熱交換效率相對較低，尤其是在對熱水進(jìn)行加熱時。通過對電加熱方式的分析，可以發(fā)現(xiàn)在燃?xì)鉄崴髦袑?shí)現(xiàn)低溫升的方案具有較高的可行性。由于電加熱方式可以實(shí)現(xiàn)低溫升的燃?xì)鉄崴?，因此可以避免水結(jié)冰等問題，從而提高燃?xì)鉄崴鞯墓ぷ餍?。對于燃?xì)鉄崴鱽碚f，電加熱方式具有較大的優(yōu)勢[2]。由于電加熱管與所加熱的出水進(jìn)行非接觸式隔離，因此實(shí)現(xiàn)電氣安全。

2.2 設(shè)備構(gòu)成及作用

設(shè)備包括：熱交換器；與熱交換器相連的進(jìn)水管；與熱交換器相連的出水管；以及用于電加熱熱交換器的電加熱器，其中電加熱器的第一輸出功率小于4kW。根據(jù)圖1 至圖2，熱水器包括一個外殼（100），一個安裝在外殼（100）中的熱交換器（200），一個纏繞在外殼（100）中的進(jìn)水管（300）。換熱器（200）包括換熱板（500）和安裝在換熱板（500）上的換熱管（600），氣體進(jìn)口管（300）和氣體出口管（400）與換熱管（600）相連；電加熱器（210）安裝在換熱板（500）上。換熱板（500）上設(shè)有用于換熱管（600）的第一孔（510），第一孔的壁上（510）從換熱板（500）的表面向外延伸，形成第一弧形壁（511）。換熱板（500）上設(shè)有第二管狀孔（520），用于電加熱器（210）的通過，第二管狀孔（520）的壁從換熱板（500）的表面向外延伸，形成第二弧形壁（521）。換熱板（500）設(shè)有多個第一通道（530），第一通道（530）的壁從換熱板（500）向外延伸，形成第三弧形壁（531），第三弧形壁（531）的功能是將氣流引導(dǎo)到相鄰的換熱管（600）。熱交換器（500）彼此相鄰排列，兩個相鄰的熱交換器（500）彼此相鄰排列。出口管（400）上裝有溫度控制裝置[3]。溫度控制必須包括排放管（400）上的高溫恒溫器（710）、鄰近排放管（400）和熱管（600）的低溫恒溫器（720）。熱管（600）中至少有一個設(shè)有擾流板（610）。擾流板（610）包括熱管（600）上的擾流板（611）和圍繞擾流板（611）的擾流彈簧（612），擾流彈簧（612）凹陷在熱管（600）的內(nèi)壁。

圖1

圖2

3 設(shè)備操作流程

以下是對附圖中說明的本實(shí)用新發(fā)明的詳細(xì)描述，其中相同或相似的符號表示相同或相似的部件或從頭至尾執(zhí)行相同或相似功能的部件。附圖中描述的發(fā)明只是說明性的，是為了說明本實(shí)用新型熱水器，不應(yīng)視為對本實(shí)用新型熱水器的限制。

3.1 設(shè)備具體操作流程

參照圖1、圖2，一種用于燃?xì)鉄崴鞯膿Q熱器，其特征在于：一個與該熱交換器相連的、由具有良好導(dǎo)熱性的不銹鋼管構(gòu)成的進(jìn)口管道；出水管與由不銹鋼管構(gòu)成的熱交換器相連接。電加熱裝置安裝在換熱器上，用于對換熱器進(jìn)行電加熱，該電加熱裝置的第一輸出功率為4kW，在某些發(fā)明中，該電加熱裝置是一種電加熱管，該電加熱管的外面是一種不銹鋼管，該不銹鋼管內(nèi)是一種均勻地分布的高溫電阻絲，并在空隙部分填充了一種導(dǎo)熱性能和絕緣性能都良好的晶體氧化鎂粉，將該電加熱管用作本實(shí)用新型的電加熱裝置，其熱效率高，發(fā)熱均勻。水從入口管道流入換熱器，然后從出口管道流出，安裝在換熱器上的電加熱設(shè)備將對換熱器進(jìn)行加熱，然后由換熱器將熱能導(dǎo)入水里，從而對水進(jìn)行加熱，所述電加熱設(shè)備的第一輸出電力低于4kW，即所述電加熱設(shè)備用于水的加熱電力低于4kW。使用該換熱器時，在常規(guī)的燃?xì)鉄崴髦校蚴苋紵龡l件及氣體容易凝結(jié)等因素的制約，使其氣體無法達(dá)到3kW 或3kW 以下的熱功率。使用該燃?xì)鉄崴?，利用該電加熱裝置，可使其輸出0kW～3kW 之間的電力，使其產(chǎn)生一種低溫升，當(dāng)夏季進(jìn)入水中的溫度很高時，利用該電加熱裝置對水中的水進(jìn)行加熱，就能得到一種一定的低溫升，解決了水溫度過高的問題[4]。

如圖1、圖2 所示，本發(fā)明所述的用于燃?xì)饧訜崞鞯膿Q熱器還包含一種柜體，該柜體是一種空心構(gòu)造，該柜體的底面上設(shè)有一燃燒裝置相連的一連接支架，該連接支架位于該柜體的頂面上，并在該柜體的外壁上卷繞一條空氣供應(yīng)管道墻面上。從圖1 可以看出，供水管等間距地繞機(jī)柜的外壁三圈，以便在煤氣燃燒時將熱量傳給供水管中的水，并從圖1 可以看出，機(jī)柜還設(shè)有一個通孔，以便穿過熱交換管和電加熱設(shè)備。在本發(fā)明的某些具體實(shí)施方案中，熱交換器包含一根熱交換器管道、一根入口管道及一根出口管道，以及一根電加熱設(shè)備所通過的熱交換器薄膜。在要求低溫升溫及對水進(jìn)行電熱時，開啟電熱設(shè)備用以產(chǎn)熱，在電熱設(shè)備通過熱交換箔片時，將電熱設(shè)備傳遞的熱排出熱交換器中，接著輸入管路、熱交換管路及輸出管路構(gòu)成連接管路；在熱交換板中插入熱交換管，以將熱交換板中的熱傳送到熱交換管中的水，由此對水進(jìn)行加熱。有利的是，換熱管和換熱板都由容易導(dǎo)熱的材料制成，其優(yōu)點(diǎn)在于，傳熱管和換熱板均為易于導(dǎo)熱的材質(zhì)，并且材質(zhì)為長、圓、直的管子。在氣體加熱時，由氣體燃燒裝置產(chǎn)生的熱氣體流入換熱器，換熱器接收到的熱氣體流的熱還經(jīng)過換熱器。換熱器設(shè)計(jì)簡單，換熱板覆蓋在換熱管上，減少了熱損失，確保了高熱傳導(dǎo)效率。

3.2 設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)

從圖1 和圖2 可以看出，在某些具體實(shí)施方案中，需監(jiān)控出水管上各個地方的溫度的改變，以便在不同的溫度下執(zhí)行不同的工作。溫度控制裝置最好包含一個設(shè)置在出水管上并監(jiān)控出水管內(nèi)的水溫的高溫調(diào)節(jié)器，當(dāng)水溫過高時，該調(diào)節(jié)器可使位于出水管道內(nèi)的任意部位的加熱設(shè)備立即停止工作。從圖1 和2 中可以看出，溫度控制設(shè)備還包含一個設(shè)置在鄰近于換熱器導(dǎo)管的出口導(dǎo)管中的低溫調(diào)溫器。低溫恒溫器被用來測定換熱管與出口管之間界面的溫度，其特征在于，在天氣較涼的時候，換熱管中的積水會趨向于凝結(jié)，而在溫度接近零時，則會通過電加熱部件對換熱器進(jìn)行加熱，從而避免換熱管中的積水凝結(jié)。設(shè)置中高溫溫控器、低溫溫控器具有價格便宜、工作穩(wěn)定、故障少、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，可以在冬天有效地保護(hù)燃?xì)鉄崴髅庠獗鶅鯷5]。在一些實(shí)施方案中，在至少一個熱交換器管中安裝了一個干擾元件。擾動元件可以提供更好的熱交換效果，因?yàn)樗梢杂捎谒魍ㄟ^換熱管而產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，擾動管壁上的停滯層并產(chǎn)生湍流。在一些實(shí)施例中，擾流板最好包括安裝在換熱管上的螺旋式擾流板和圍繞擾流板的擾流彈簧，以便擾流板固定在換熱管的內(nèi)壁。優(yōu)選的是，擾流板由單個線圈組成，但線圈可以更大，間距可以根據(jù)實(shí)際要求調(diào)整。擾流板的材料可以是金屬、塑料或任何其他可適應(yīng)實(shí)際使用條件的材料。擾流板彈簧與擾流板一起用于連接擾流板和熱交換器管。擾流板和擾流板彈簧的安裝成本低，容易拆卸，而且傳熱效率明顯提高[6]。

熱交換器一般安裝在廚房、衛(wèi)生間等用氣部位，所處環(huán)境較為潮濕，因而其連接軟管應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能和較好的絕緣性能；其連接軟管應(yīng)具有良好的抗拉強(qiáng)度、抗老化性能和耐腐蝕性能。一般來講，燃?xì)鉄崴靼惭b在廚房或衛(wèi)生間內(nèi)，其安裝位置相對密閉，煙道口處于室外，故熱交換器應(yīng)能防止煙氣外漏。但目前的熱交換器，其煙管大多是安裝在煙道上的，這就存在著煙氣外漏的安全隱患。連接軟管與煙道之間應(yīng)不漏水、不脫落；其接口處應(yīng)密封良好；軟管不要使用三通或彎頭；連接軟管應(yīng)定期檢查，發(fā)現(xiàn)老化、龜裂或損壞應(yīng)及時更換。止回閥或切斷閥要安裝在連接部位的外面；燃?xì)鉄崴髋c煙道連接時要把止回閥安裝在熱水器進(jìn)氣口處（即進(jìn)氣口端）；止回閥要定期檢查并及時更換。而且燃?xì)鉄崴骷捌錈峤粨Q器的安全附件接頭應(yīng)有一定的強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但不得出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

3.3 設(shè)備使用途徑

燃?xì)鉄崴鳎òㄖ迸攀?、平衡式）安裝于浴室，熱水器上設(shè)有專用的熱交換器，上設(shè)有泄壓閥。用戶打開熱水器上的排氣閥門（排氣閥位置在熱水器上部），即開始啟動燃?xì)鉄崴鳌Ｈ細(xì)鉄崴鲉雍?，其出水溫度將隨熱交換器的溫度變化。燃?xì)鉄崴髡９ぷ鲿r，出水溫度隨進(jìn)水溫度而變化，一般在40℃左右。當(dāng)用戶打開水龍頭后，出水溫度開始逐漸上升，當(dāng)出水溫度達(dá)到設(shè)定值后，熱水器會自動停止加熱。一般情況下，在1-2 秒鐘內(nèi)自動進(jìn)入保溫狀態(tài)。當(dāng)用戶在沐浴時打開水龍頭時，熱交換器上的泄壓閥（排氣閥位置在熱水器上部）會自動泄壓；當(dāng)熱水器停止工作后，泄壓閥（排氣閥位置在熱水器上部）會自動關(guān)閉。

4 結(jié)語

針對現(xiàn)有燃?xì)鉄崴鞔嬖诘娜紵怀浞?、噪聲大、燃燒不穩(wěn)定和熱交換效率低等問題，采用新型燃燒器、智能溫控和微壓啟動等技術(shù)，研制了一種高效節(jié)能的燃?xì)鉄崴?。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)燃?xì)鉄崴飨啾?，在相同條件下，新型燃?xì)鉄崴髟谙嗤瑫r間內(nèi)的燃燒效率提高了16%，耗氣量降低了18%，噪聲降低了55%。另外，燃?xì)鉄崴鞯娜紵杩諝饬考s為燃?xì)饪偭康?%，而空氣在地球上所占的體積是很大的，在使用燃?xì)鉄崴鲿r，使空氣能充分地燃燒所需空氣量約為燃?xì)饪偭康?%，在使用天然氣時，所需空氣量約為燃?xì)饪偭康?%。因此，使燃?xì)鉄崴髋c空氣能熱水器合理搭配使用，不僅能提高燃?xì)鉄崴鞯臒嵝屎褪褂眯Ч?，而且對能源?jié)約和環(huán)境保護(hù)也是十分有利的。此外，把這兩種產(chǎn)品結(jié)合起來使用，可以充分發(fā)揮其各自優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其各自缺點(diǎn)。