家用储水式侧出水电热水器防腐及节能技术探究
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【摘 要】电热水器是人们日常生活必不可少的家用电器之一，耗电量较大，为了弥补传统热水器热水利用率的不足，我国推出了侧出水电热水器，虽然在结构上有所调整，但是防腐和节能性能有待提升。本文依据电化学理论和材料性能理论，提出了3种防腐技术，并从加热控制、装置布设等多个角度，对电热水器节能技术进行了探究，旨在为家用储水式侧出水电热水器性能提升提供技术支撑。
【关键词】储水式电热水器;防腐技术;节能技术
目前，市场上供应比较多的电热水器在装置下方布设进出水管，导出热水时必须经过冷水集中区域，导致热水温度降低，需要经过加温处理才能够满足用水温度要求[1]。另外，热水器进水管和出水管布设于同一位置，导致电热水器内胆中的热水无法得到充分利用。侧出水电热水器的出现，虽然打破了传统电热水器在结构方面存在的不足，但是在防腐和节能方面有待进一步完善。
一、家用储水式侧出水电热水器防腐技术研究
为了避免储水式侧出水电热水器遭受腐蚀，缩短使用寿命，本文提出了几种防腐技术，作为电热水器防腐处理核心技术。
1、内胆搪瓷防腐技术
此项技术按照搪瓷配方，对材料采取前期处理，经过静电喷粉、高温加热、熔炼，而后冷却至常温，将搪瓷融凝于内胆表面，与钢板之间产生结合力，打造一体化搪瓷内胆。通常情况下，搪瓷层厚度范围180 -220 ，具有良好的耐热、耐磨、抗腐蚀性，并且此材料的应用不会对人体造成伤害，在实际使用过程中，不容易出现漏电情况，电绝缘性能较好[2]。另外，利用此项技术制造的内胆，在-60℃～+450℃温度范围内正常使用，支持200℃温度骤变。目前，此防腐技术的应用研究进入到实验阶段，实验结果表明，搪瓷内胆抗腐蚀性99.9%，具有防酸碱、抗蒸汽、防水功效，表层不容易渗透，可以作为电热水器防腐性能改进技术[3]。
2、镁阳极内胆防腐技术
由于搪瓷内胆中的碳钢焊接位置长期使用容易出现腐蚀情况，为了避免腐蚀对电热水器的使用造成影响，本文建议使用阳极镁棒。研究化学反应原理可知，与铁化学活动性相比，镁的化学性质更高一些，将两者放入同一化学反应环境中，腐蚀反应将在阳极镁棒上集中反应，阻止了未被搪瓷覆盖的部分遭受侵蚀，使得焊接位置铁得到很好保护。
3、电子防腐技术
该项防腐技术利用外加电流产生电极反应，降低负离子浓度，从而达到减缓电热水器腐蚀速度的目的。其原理为：金属氧化物作涂层钛为阳极，受电流作用，自来水中的负离子从阴极逐渐向阳极运动，经过一段时间反应，位于阴极的负离子数量会越来越少，使得内胆腐蚀速度减慢，达到防腐目的[4]。与牺牲阳极镁棒技术相比，电子防腐技术的寿命更长一些，并且操作簡单不需要护理，所以应用范围更广一些。
二、家用储水式侧出水电热水器节能技术研究
虽然我国是一个能源大国，但是能源开发有限，随着能源需求的增加，必须采取措施平衡能源开发与应用之间的关系。节能技术的出现，为能源紧缺问题提供了新的解决思路。本文以电热水器为例，探究几种节能技术。
1、保温层整体发泡技术
该项技术又被称作高效保温技术，采用异氰酸酯、聚醚多元醇材料制备保温层，实现保温节能。在实际应用中，按照1：1.1～1：1.8比例，控制聚醚多元醇材料与异氰酸酯材料的使用，在25～30℃温度环境下混合，而后注入电热水器外壳和内胆之间的空隙，当模温达到40～50℃时，瞬间发泡，在端盖、外壳、水箱内胆发泡成型，形成保温层[5]。在保温层的作用下，可以保持电热水器中的热水在一段时间内温度保持不变，减缓温度降低速度，节省了加热能源。
2、中温保温技术
中温保温技术是恒温控制技术的一种，按照水温加热需求设置保温范围，当温度达到了此要求，则不再加热，使得电热水器长期维持在此范围内温度，这样可以避免温度过高散热浪费能量，而且也可以减少温度过低长期加热等待的时间。在实际应用中，该项技术的应用可以为电热水器加热节省更多时间，便于用户使用。另外，平均每月每户使用中温保温控制的电热水器可以节省10%左右电量，满足节能需求。
3、温控器内置技术
在实际应用中，因温度未达到标准反复加热情况频繁发生。对于普通测温方式来说，其测量精度比较低，温度变化幅度过小，测量值不发生改变，即便温度达到了范围要求，仍需加热处理。考虑到电热水器温度测量不够准确，容易造成频繁加热，导致能源浪费。针对此问题，可以采用温控器内置技术，即在电热水器内部安装传感器，利用传感器测量水温，从而提高测量精度，获取小温差变化数据信息，避免不必要的能源应用，达到节能目的。
4、发热管下潜设计
目前，大部分电热水器在加热管的布设方面没有特殊设置，将其置于内胆底部，开启电源进行加热，这种加热方式虽然可以快速加热，但是整个水体的温度是不同的，形成多个温度层次，位于最下方的水层温度最高，由下至上依次降低。针对水温分层问题，采用下潜方式布设发热管，在水箱中形成对流，实现均匀加热[6]。为了验证此布设方案的可靠性，部分研究学者从节能角度开展实验研究。实验结果表明，发热管下潜设计每小时节约电量5%，有助于电热水器节能控制。
5、低进高出技术
该项技术是以进水口和出水口作为切入点提出的节能控制技术，将进水口设置为低水位，入水口设置为高水位，形成低进高出层次。这种控制方式可以避免冷水冲击加热管，对加热管运行效率造成影响。在实际应用中，从低水位入口流入冷水，与水箱中的热水融合，形成温水，在向出水口流动过程中进行加热处理，由于热水与冷水混合后的水温不是很低，不需要大量时间加热，所以此技术的应用在节能的同时，可以提高加热效率。
6、预约用水技术
大部分用户不需要24小时连续提供热水，所以可以通过设置电热水器作业时间段来节约能源，这就是预约用水技术。第一，定时开关。根据加热需求，设置电热水器作业时间段，在不需要热水情况下，停止作业。第二，预定用水时间，这种加热操控方式是在用水之前定时，达到此时间后开始加热，为用户准时提供热水，在未达到设定时间之前不加热，也可以节省部分能量。
总结
本文针对储水式侧出水电热水器腐蚀和能源消耗问题展开研究分析，介绍了3种防腐技术和6种节能技术。其中，防腐技术建立电化学理论和材料理论基础上，以牺牲其他材料或者建立保护层等方式起到防腐作用，达到延长热水器使用寿命目的。而节能技术是从建立保温层、控制温度、水流控制、装置布设、加热时间设定等多个方面进行探究，在满足用户使用需求的前提下节约能源。
参考文献：
[1]胡广洲.基于FPGA的家用电热水器控制器的硬件实现[J].中国新通信，2018，v.20（08）：131-132.
[2]余洋，陆伟.GB 4706.12《家用和类似用途电器的安全储水式热水器的特殊要求》标准修订解析[J].家电科技，2018，394（11）：83-86.
[3]陈庆明，钟益明，孙颖楷.储水式电热水器的剩余洗浴时间预报系统[J].日用电器，2018，No.152（08）：43-47.
[4]过峰，聂义，赵介军，等.储水式电热水器性能检测多元数据采集装置研制[J].电子产品可靠性与环境试验，2018，36（05）：33-38.
[5]金宁，王悦，陈常山，等.双模储水式电热水器温升测试及结果分析[J].家电科技，2018，392（09）：90-92.
[6]马平，欧建国，李健洪，等.双模热水器接力加热的FLUENT仿真研究[J].机械设计与制造，2018（A01）：22-25.
作者简介：
蒲俊程 第二作者：邓海燕 第三作者：徐扬，学历：本科。
（作者单位：广东万家乐燃气具有限公司）
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