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1、 关于储热热水器安全阀滴水的问题分析 一、背景分析和问题的提出 鄙人在热水器行业做研发工作近9年，在收集用户需求的过程中，热水器加热过程中安全阀过早滴水的问题是用户埋怨较多的一个问题。依据对不同厂家的产品进展滴水测试结果统计看，一个加热过程，平均滴水量要到达1升左右。保守估量市场存量机器为5000万台，按一天加热一次计算，铺张的水量是惊人的：1*5000/1000=5万吨水，相当于48个标准游泳池的水量。并且需要留意的是滴水并不是冷水，而是加热后的水，取进水15度，滴水的平均水温为50度，则损失的热量为：50000*1000*4.17*（50-15）=7297.5MJ，折合标煤为250吨。可见
2、安全阀滴水看似小事，但其中对节能减排，水资源节省大有文章可做。此外，安全阀过早滴水说明内胆过早到达额定压力，换言之内胆是长时间处于高压状态下，这对内胆的寿命而言也是不利的。所以鄙人认为有必要对此问题进展分析和讨论，找到改善的方法。 二、理论分析 从注水到加热至热水器安全阀滴水，内胆中的空气经受了两个过程，第一个过程是从注满水用户关掉出水阀开头，到内胆中空气压力等于进水压力为止，这个过程可以近似认为是等温压缩过程。依据抱负气体方程可知： P0V0=P1 V1 (1); 式中： P0为大气压； V0为水面刚好到达出水管高度时，胆内空气的体积； P1为进水肯定压强，； V1为胆内空气压力等于进水压力
3、时，胆内空气的体积。 特殊说明：全部的压强均应当是肯定压力，而不是表压力，我们通常说的进水压是指的表压力，所以再带入公式计算时，应当是我们通常说的进水压+0.1（即大气压），下不赘述。 并且此过程有如下几何特点： Vs1-Vs0=Vs1=Vk1=V0-V1 （2） 其次个过程为热水器加热过程，水受热膨胀，将压缩空气，同时热量传递给空气，空气温度上升，压缩和温度上升两个因素都将导致胆内空气压力上升，当压力上升到安全阀的泄压压力时（忽视水柱所产生的压力），安全阀开头滴水，对此过程应用抱负气体方程可知： P1V1/T1=P2V2/T2 （3） 式中： P2 为安全阀开头滴水时的气体肯定压，可近似认为
4、等于（安全阀外泄压+0.1）； V2为安全阀开头滴水时的气体体积； T1为开头加热前的空气温度，近似认为等于进水温度； T2为开头滴水时空气的温度，近似认为等于热水温度。 特殊说明：全部的温度均应当是热力学温度，而不是摄氏度，折算公式可以根据：T（热力学温度）=273+t（摄氏温度），下不赘述。 并且此过程有如下几何特点： Vs2-Vs1=Vs2=Vk2=V1-V2 （4） 再依据水的膨胀系数表查知：从T1到T2过程，水的膨胀率为k， 定义k=(Vs2-Vs1)/Vs1，于是有下式： Vs2=Vs1*k（5） 说明：如查表得到的水的膨胀系数a的含义是Vs2/Vs1，此时利用本文中的k的定义稍作
5、变换即可，即k=(Vs2-Vs1)/Vs1= Vs2/Vs1-1=a-1。 联立（1）-（5），可以求解出Vs0与V0的比例关系（即水刚注到出水管管口时候，胆内水和胆内空气的比例）如下式所示： Vs0/V0=( P2T1- P1T2)*P0-k(P1-P0)P2T1/P2P1T1k （6） 而内胆总体积Vd=VS0+V0，故可得到初始胆内空气体积占内胆总体积的比例为（这样就可以给设计师供应出水管管口到内胆顶端适宜的距离是多少）： V0/Vd=V0/(Vs0+V0)=1/(Vs0/V0+1)，（7） 将（6）带入（7）可得到： V0/Vd=kP1P2T1/P0*( P2T1 - P1T2) +k
6、P0P2T1 应用举例： 假定进水温度15，加热至75，进水压力0.1MPa，安全阀外泄压力为0.75MPa，查水的膨胀系数表，可知从15到75，水的膨胀率为k=0.02488，带入上式计算（特殊留意，需要将我们通常习惯定义的表压力折算为肯定压力，即P1=0.1+0.1=0.2；P2=0.75+0.1=0.85；T1=273+15=288； T2=273+75=348）： V0/Vd=0.02488*0.2*0.85*288/(0.1*(0.85*288-0.2*348) +0.02488*0.1*0.85*288) =6.72% 也就是说，当进水压力为0.1 MPa，水温为15，加热至75，
7、此过程如要内胆压力小于等于0.75 MPa，则内胆设计时，以出水口平面为界，上部空间需要到达内胆总空间的6.72%以上。 上述分析中，没有考虑安全阀的内泄作用（即当内胆内的压力大于（安全阀内泄压力+进水压力）时，内胆的水会回流到供水管道中），而内泄作用对降低内胆加热过程中的压力是有益的因素，所以对上述分析来看，忽视此项因素，相当于是对上述分析所得结论额外增加了一项安全系数。 三、试验验证 可通过如下试验进展验证： 方法1： 固定进水温度和加热温度（例如进水15和加热温度75），调整不同的进水压力，依据公式可以算出预留空气体积与整个内胆体积的比值，如下表所示： 进水表压力 进水肯定压力 V0/V
8、d 0.1 0.2 6.72% 0.2 0.3 12.47% 0.3 0.4 21.81% 依据上表，调整内胆中出水管的长度，使其满意上表要求的预留空气体积与整个内胆体积的比值，然后在内胆出水管口接一个压力表。记录内胆顶端温度与压力表读数。数据结果应当是当内胆顶端温度到达75左右时，压力表的读数才会到达0.75 MPa。 方法2： 固定进水温度和进水压力（例如进水15，压力0.1 MPa），调整不同的加热温度，依据公式和不同温度下水的膨胀系数表，可以算出预留空气体积与整个内胆体积的比值，如下表所示： 加热温度 对应水的膨胀系数 V0/Vd 50 0.01121 3.08% 60 0.01618
9、 4.42% 80 0.02811 7.56% 依据上表，调整内胆中出水管的长度，使其满意上表要求的预留空气体积与整个内胆体积的比值，然后在内胆出水管口接一个压力表。记录内胆顶端温度与压力表读数。数据结果应当是预留空气体积与整个内胆体积的比值为3.08%的内胆应当在50左右，压力到达0.75 MPa；4.42%的内胆应当在在60左右，压力到达0.75 MPa；7.56%的内胆应当在在80左右，压力到达0.75 MPa。 而且，通过比照上述两表，可以得到的结论是：进水压力的变动对胆内压力的影响要远大于加热温度的变动。所以解决安全阀滴水的主要方向，应当是掌握进水压力。可在热水器进水管道离热水器安全
10、阀较远的地方装一个减压阀（之所以要肯定距离，主要是考虑预留肯定管道空间给安全阀内泄时将水排回供水管道。）来实现降低进水压力的目标。 在试验室按上述两个方法分别做了试验进展验证（待进展），试验结果如下： 从试验结果看，理论分析结果和试验结果吻合的？ 四、完毕语 热水器厂家可以通过适当调整内胆出水管长度，并让用户加配减压阀来解决加热过程中的热水滴出问题。考虑到国标允许10%的内胆容量偏差，调整出水管的长度并不会对厂家的本钱增加产生多大影响，而又能解决滴水问题，实现水资源的节省，电资源的节省，延长内胆寿命，削减用户埋怨等多项好处。 固然增大胆内空气的体积，也存在着潜在的风险，即内胆没有得到镁棒爱护的面积增多了（内胆能得到镁棒的爱护，必需要有电解质的水将两者导通，构成原电池的外电路，镁棒和内胆的直接导通相当于原电池的内电路，只有内电路和外电路合在一起时，牺牲阳极阴极爱护才能实现），在高温状况下，这是否会增大内胆腐蚀的风险，还需要进一步的讨论分析。
