变容双内胆与即热式电热水器的节能原理及制造工艺

詹建新

（广东威博电器有限公司 广东佛山 528303）

1 引言

目前，在我国热水器主要有四种：一是太阳能热水器，缺点是受地域、气候、建筑层次等因素的制约较大，如果，产品安装与使用地点距离较远则会造成水资源的大量浪费；第二是燃气热水器，但它存在安全隐患，且受水压的影响较大；第三是压缩式热泵热水器，但它的系统较复杂，且一次性投资费用较高；第四是电热水器，随着我国电网供电能力不断的加强，越来越多的家庭更愿意选用电热水器作为家庭生活用热水的来源。

目前，一台电热水器的功率通常在2kW～3kW，耗能还是较高的，在当今提倡节能的大背景下，节能型的电热水器更容易受消费者的欢迎。

我们平常所使用的电热水器都是单内胆电热水器，即只有一个内胆和一个发热管，它的结构简单，加工方便，价格也比较便宜，普通家用单内胆电热水器的结构示意图如图1所示。

从结构图上我们可以看出，发热管相对整个内胆来说，所占空间比重比较小，这样导致发热影响的范围较小，有些位置的水甚至无法加热，单内胆电热水器的使用缺陷还有：

(1)使用时需要较长时间的加热时间才能达到预定温度；

(2)在热水的需求量很小的情况下，也要对整个电热水器内胆里的水进行加热，既不经济也不实惠，造成不必要的浪费；

(3)在停止使用后，电热水器内胆里还有较多的热水，长时间停用就会自然冷却，造成热水浪费；

针对这一缺陷，企业在市场上推出即热式电热水器，其基本原理就是在一个较大的水龙头里安装一个电热管，即时加热流经水龙头的水，为达到即时使用的要求，就必须加大其功率，一般超过7kW，电路负荷较大，需使用较粗的专用电线，普通家庭使用受到限制。

针对普通电热水器以及即热式电热水器的这些缺陷，我们开发了两款新型的节能型电热水器，即变容双内胆电热水器与即热式单内胆电热水器，在此与大家分享。

2 变容双内胆电热水器

2.1 变容双内胆电热水器的结构

变容双内胆电热水器有两个体积、形状基本相同的内胆，内胆的材料一般由1.5～2.0mm的PHCC板经一系列工序制作而成，中间用两个特制的连通管连接起来。每个内胆各有一个加热器装置。这种电热水器的结构图如图2所示。

2.2 变容双内胆电热水器的结构特点

（1）进水管位于下内胆的最下部，出水管的进水口位于上内胆的最上部，这个结构特点是依据水在加热后在对流作用下形成下层冷水上层热水的原理；

（2）两个内胆各有一个加热器，即第一组加热器（快速加热器）和第二组加热器（预加热器），两组加热器分别通过电路控制单独分开工作，互不干扰，并分别对不同内胆的水体加热；

（3）两个内胆各设有一个可感应热水温度的温控管，分别控制第一加热器与第二加热器的电路通、断；

（4）第一加热器设置位于上内胆的上部且环绕在出水管入水口的周围，为快速电加热器，用于将流入出水管的水即时加热到要求使用的温度，起即时加热的作用；第二加热器为预加热器，设置在下内胆下部，用于预加热内胆中的水到一定温度；

（5）在用第二组加热器预加热内胆中的水时，热水在对流作用下通过连通管流向上内胆，同时上内胆的冷水也在对流作用下流向下内胆，这样加热后的水会自动充满整个内胆。当两个内胆里的水达到预定的温度时，第二加热器停止工作；

2.3 变容双内胆电热水器的节能原理

（1）使用者在使用时可以根据实际情况来使用电热水器，在用水量较少时，可以只使用上面内胆的加热器，下面内胆的加热器停止使用，而在用水量较多的情况下，则同时使用两个内胆的加热器。

（2）在用水量较少时，只需要使用第一加热器，第二加热器停止使用，这样就不需要加热整个电热水器内胆里的水，起节约用电的作用，也能节约热水作用；

（3）即使两组加热器同时工作，此时由于上内胆的水受第二次加热，使水温远远高于下内胆的水，因此，在停止使用的后，由于上下内胆中水体温度不同，也能减少热水的浪费。

2.4 上下内胆的连通管焊接密封结构方案

上、下内胆采用两个并排的、中空连通管连接，每个连通管又分成上下两段，分别与上、下内胆的进出水端口焊接，两段连通管之间再以法兰形式互相焊接，两段连通管内壁设有用于隔水的密封保护套，连通管之一具有翻边法兰的圆管，连通管之二为具有两个不同直径的圆管，连通管之二的大直径管段内径与连通管之一的翻边法兰外径相配合，并将大直径管段和翻边法兰密封焊接。

2.5 隔水密封的保护套结构方案

保护套分为两段，每段采用的铝板经模具冲裁、拉伸、成型等工序制成。保护套的一端呈环形波纹法兰式，与连通管的法兰贴合，保护套的另一端在穿过连通管内壁后被向外翻边，贴在内胆的进出水端口内壁，边了翻边的方便，保护套的这一端预先冲裁了多个缺口，翻边后成为花瓣状。上下内胆的两段保护套波纹法兰被连通管的法兰紧紧压合，实现密封功能。采用铝板作为密封保护套具有以下几个方面的作用：

（1）铝具有良好的塑性和压合密封性；

（2）铝的耐温性能足以承受法兰焊接产生的高温；

（3）具有一定的阳极保护作用。

双内胆连通管结构方案及保护套技术方案结构如图3所示：

2.6 双内胆所采用的焊接工艺

（1）内胆与连通管的焊接工艺：采用机械手自动环缝氩弧焊，并设计与制作了专用的工装夹具，具有效率高、质量稳定的特点；

（2）氩弧焊清尖角去毛刺工艺：在连通管和内胆的焊接接口的内表面存在的尖角、毛刺、焊疤、焊渣等缺陷将导致搪瓷不良及影响保护套的装配，创造性的采用氩弧焊电弧清除接口缺陷，光滑倒角，这一工艺具有效率高、质量好的特点。

（3）连通管和内胆接口部位补粉工艺：用现有的干粉搪瓷工艺在连通管和内胆接口部位的上粉搪瓷缺陷较多，采用二次补粉的工艺及装备，使内胆搪瓷合格率达到设计要求。

（4）上下内胆焊接工艺：使用专用的上下胆连接管对接环缝工装及二氧化碳焊接工艺设备，

有效的保证压紧保护铝套并焊接可靠。

3 即热式单内胆电热水器

即热式单内胆电热水器是在单内胆电热水器与双内胆电热水器的基础上进行改良而来的，它的结构设计方案综合了上述两种热水器的优点，它是将两套电加热器安装在一个内胆里，其中一套固定在内胆胆口，另一套固定在一个密封的出水套管内，出水套管通过螺丝紧固在内胆上，它的结构方案如图4所示。

即热式单内胆电热水器的工作原理：

（1）密封套管内的发热管加热后，引起密封套管内的水体温度上升；

（2）密封套管内的水体受热后，经出水管5排出，并可以给使用者使用；

（3）冷水在对流作用下，经热水导管4进入密封套管内进行补充。

我们通过对即热式单内胆电热水器的分析，可以得出以下结论：

（1）在热水用量少或水温要求不高时，只启动密封套筒里的电加热器，另一套电加热器不用，此时的电热水器是即开即用，剩余热水的浪费很少。

（2）在热水用量较多时，可以同时启动两套电加热器，预先加热整个内胆里的水，然后再打开出水开关，可以得到合适水温的热水。

（3）即使在热水用量较多时，密封套筒里的水因为受到第二次加热，因此热水温度比套筒外的热水温度要高很多，这样即使不需要加热整个内胆里的水至使用温度，也能得到合适的热水，这样既省电也能减少热水的浪费。

（4）该电热水器无需设置专门的控制或转换装置，组件少，材料消耗少，加工简单，安全可靠。

4 结论

双内胆电热水器与即热式单内胆电热水器是两种具有方便和节能功效的新型电热水器，通过对以上的描述，我们可以得出以下结论：

（1）双内胆电热水器

(a)采用变容加热，即根据用水量的大小选择性的加热不同内胆中的热水，既可以节约加热时间，又可以减少剩余热水的能量浪费，其节能效果明常明显。

(b)采用双内胆电热水器的结构特点，进行智能化控制，解决上下胆的加热控制技术，从而起到预约用水的效果。

（2）即热式单内胆电热水器

(a)是在原单内胆电热水器的基础上改良而来的；

(b)是一个功率稍大的速热加热器，在较小用水量下，直接启动速热功能，无须先预热，基本没有剩余的能量浪费，热水利用率很高；

(c)在大量用水时，先将内胆中的水预热至相对较低的保温状况，再通过速热加热器使水温升高到适宜的温度；

(d)由于密封套筒内水体温度远比套筒外水体温度要高很多，因此可同时降低保温热量的损失和剩余热水能量的损失。

[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，储水式电热水器.2006

[3] 卢海南.一种二次加热的电热水器:

中国ZL982336357.7.1998

[4]欧永源. 一种分离式加热的双内胆电热水器：中国，ZL200820042727.6.2008