储水式电热水器分层加热技术的分析研究及设计应用
储水式电热水器的多功能和智能化设计
储水式电热水器的多功能和智能化设计储水式电热水器是一种常见的家用热水设备，其通过将水加热后储存起来，方便用户在需要时随时获取热水。
随着科技的进步，储水式电热水器的设计也在不断创新发展，以提供更多功能和智能化的体验。
本文将探讨储水式电热水器的多功能和智能化设计，并讨论其对用户的便利性和舒适性的影响。
首先，多功能设计是储水式电热水器发展的重要趋势之一。
除了传统的热水供应功能外，现代的储水式电热水器通常还具备多种其他功能。
例如，一些储水式电热水器配备了水温调节功能，用户可以根据自己的需求来调整水温，从而满足不同的洗浴需求。
此外，一些高级型号还具备节能模式和定时功能，可以根据用户的生活习惯和用水时间安排来智能控制加热和保温的时间，以节约能源和提高使用效率。
智能化设计是当前储水式电热水器设计的新增要素。
随着物联网技术的发展，越来越多的家电产品开始具备智能化功能，储水式电热水器也不例外。
通过与手机或智能家居系统连接，储水式电热水器可以实现远程控制和监控。
用户可以通过手机APP或其他终端设备，随时随地操控电热水器的工作状态，比如调整水温、开关机、查询剩余热水量等等。
智能化设计让用户更加便捷地控制和管理热水器，提高了生活的舒适度。
除了多功能和智能化设计，储水式电热水器的安全性也是设计过程中的重要考虑因素之一。
电热水器的安全问题一直备受关注，因为不当使用可能会导致漏电、火灾等安全事故。
因此，现代的储水式电热水器在设计中通常会加入多重安全保护措施。
一方面，它们配备了过载保护、漏电保护、干烧保护等电路保护装置，以保证电热水器在异常情况下能够及时停止工作，避免安全风险。
另一方面，一些智能型号还提供远程报警功能，当电热水器发生异常时，系统会发送警报信息到用户的手机上，让用户及时采取措施。
此外，储水式电热水器在外观设计上也不断创新，以满足用户对美观的需求。
传统的储水式电热水器通常采用矩形或圆筒形状，颜色一般为白色或灰色，较为普遍，但缺乏个性与创意。
太阳能储热水箱温度分层的研究现状及发展趋势
太阳能储热水箱温度分层的研究现状及发展趋势
太阳能储热系统是通过将太阳能转换为热能并储存在储热器中，用于满足人们日常生活所需热水用量。
太阳能储热水箱是太阳能热水器系统中的核心部件，其有效性与太阳能系统的性能直接相关。
在太阳能储热水箱内，水具有温度分层，即温度随着高度上升逐渐降低。
这是由于热传导的限制以及水的自然对流效应。
温度分层会导致储热器内部温度分布不均匀，影响到太阳能热水器系统的能效。
因此，太阳能储热水箱温度分层的研究至关重要。
太阳能储热水箱温度分层的研究历史已经有40年以上的时间。
早期的研究主要是通过数学模型来预测太阳能储热水箱的温度分布。
后来，人们发现实际观测与理论预测之间存在差异，于是出现了更多基于实验研究的文章。
1. 温度分层现象的特征及其影响因素研究
太阳能储热水箱内的温度分布不仅仅受到水的自然对流影响，还受到水箱的结构、工质流量等因素的影响。
研究人员通过实验和数值模拟的方法，对温度分层现象和其影响因素进行了深入探究。
为了改善太阳能储热水箱内的温度分布不均匀现象，人们提出了一系列控制方法。
例如：增加储热系统的流量、采用合理的水箱结构等。
这些方法都可以有效的改善温度分层现象，提高太阳能热水器系统的能效。
通过传感器采集温度等参数，控制系统可以实时监测太阳能储热水箱内的温度分布情况。
目前，研究人员正在研发更加先进的监测及控制系统，并试图将它们应用于实际型号中。
储水式电热水器的快速加热技术
储水式电热水器的快速加热技术储水式电热水器是我们日常生活中常见的热水设备之一，它通过电加热元件将储水箱内的水加热到设定温度，为我们提供热水供应。
然而，在传统的储水式电热水器中，加热水的速度较慢，需要较长时间来达到所需温度，这给我们使用带来一定的不便。
为了解决这一问题，快速加热技术应运而生。
快速加热技术是指通过改进储水式电热水器的加热系统，提高加热效率以减少加热时间的技术手段。
在快速加热技术中，最重要的改进之一是加热元件的设计。
传统的储水式电热水器中，加热元件通常采用耐高温合金材料，但加热效率不高，会导致加热时间较长。
而采用新型的加热元件材料，如高导热材料或改进的电热材料，可以提高加热效率，将加热时间缩短。
除了改进加热元件材料，快速加热技术还可以通过改进加热系统的控制方式来实现更高效的加热。
传统的储水式电热水器通常采用恒温控制方式，即加热元件通过感温装置检测水温并维持恒温。
这种控制方式虽然保持了水温的稳定，但加热时间较长。
而快速加热技术可以采用智能温控系统，根据实际需求调整加热功率，提高加热速度。
智能温控系统可以通过感温器感知水温，并根据用户设定的目标温度自动调整加热功率，从而快速将水加热到所需温度。
在快速加热技术中，还可以引入节能技术，以提高储水式电热水器的能效。
节能技术旨在减少能源的消耗，降低对环境的影响。
例如，通过加强储水箱的保温措施，减少热量的损失；采用高效的绝缘材料，减少散热；利用余热回收技术，将热水器排放的废热重新利用等。
这些节能技术不仅可以提高加热速度，还可以降低使用成本，对环境友好。
除了技术的改进，用户在选择和使用储水式电热水器时也可以采取一些措施来实现快速加热的效果。
首先，选择合适容量的水箱。
水箱容量的大小与加热速度息息相关，容量过大会导致加热时间过长，而容量过小又无法满足热水需求。
因此，选购适合家庭实际需求的储水式电热水器非常重要。
其次，合理设置加热时间和温度。
在平时使用中，可以根据所需热水量设定合理的加热时间和温度，以充分利用加热能源。
不同结构储热水箱分层特性的实验研究
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第1期·44·化 工 进展不同结构储热水箱分层特性的实验研究黄震，王子龙，张华，黄华杰（上海理工大学制冷及低温工程研究所，上海 200093）摘要：在太阳能集热系统中，储热水箱内的温度分层效果受不同水箱结构的影响巨大。
为研究这一特性，搭建了一套储热水箱分层特性测试实验台，对直接进口式、三层孔板式和盒状结构水箱进行了测试实验。
水箱内初始水温为70℃，在相同的进水温度和不同的流量条件下，根据实验数据绘制了不同结构水箱内的各层温度变化曲线。
结果显示，进水流量越大，水箱内混合效应越大，各层温度趋于一致的时间越短。
在热力学定律的基础上，计算并分析了3种结构水箱的取出效率、㶲和Str 数等分层特性指标。
结果表明，3种结构中，盒状结构水箱内的温度分层效果最好，对热量的利用率最高，盒装结构有效地抑制了冷热水混合效应，其次为三层孔板式水箱，而直接进口式水箱的温度分层效果最差。
关键词：储热水箱；分层效果；取出效率；㶲；分层数中图分类号：TK114 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）01–0044–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0690Experimental analysis on stratification characteristics of differentstructure tanksHUANG Zhen ，WANG Zilong ，ZHANG Hua ，HUANG Huajie（Institute of Refrigeration and Cryogenics ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ）Abstract ：In solar energy heat-collecting system ，temperature stratification effect of the storage tank is greatly influenced by different tank structures. A test rig of storage tank was established in order to study the stratification characteristics. Experiments of three different structure tanks （direct import ，three layers and stratifier ）were carried out. The initial water temperature in the tank is 70℃. Under the same inlet water temperature and different quantities of flow rate ，the temperature variation curves of each layer in different structure tanks were drawn according to the experimental data. Results showed that with the increase of influent flow rate ，the mixing effect in the storage tank is strengthened and the temperature of each layer tends to be consistent with less time. Based on the law of thermodynamics ，the indexes of stratification effect such as extraction efficiency ，dimensionless exergy and stratification number of these tanks were analyzed. Results also showed that among these different structure tanks ，the stratifier has a best stratification effect and effectively inhibits the mixing effect. Besides ，three layers tank has a better stratification effect than the direct import ones.Key words ：water storage tank ；stratification effect ；extraction efficiency ；dimensionless exergy ；stratification number太阳能是目前应用较为广泛的一种环保能源，随着环境恶化的日益加剧，太阳能利用日益受到人们的重视。
太阳能热水系统储热水箱温度分层的研究进展
太阳能热水系统储热水箱温度分层的研究进展张夏一;胡明辅【摘要】水箱的温度分层现象可以有效地提高太阳能热水系统的集热性能,并能够减少能源消耗,容易满足不同的用水需求.对于水箱温度分层现象,综合国内外相关文献资料,从储热水箱温度分层的原理及作用、影响因素、研究模型和方法等方面进行介绍与分析.最后结合当前的研究情况,对今后的太阳能热水系统水箱温度分层的研究趋势进行了展望.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2015(033)006【总页数】5页(P517-521)【关键词】温度分层;集热性能;太阳能热水系统;储热水箱;研究模型【作者】张夏一;胡明辅【作者单位】昆明理工大学太阳能工程研究所,云南昆明650500;昆明理工大学太阳能工程研究所,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TK51太阳能作为一种清洁的可再生新能源,其丰富性、利用简便性、清洁性等优势越来越受到人们的青睐。
太阳能利用技术主要包括热利用和发电，现今，太阳能热利用是商业化程度最高，应用最普遍的技术之一。
储热水箱作为太阳能热水系统的储热设备，具有储存能量和调节用水的功能，其储热性能对整个系统运行的影响至关重要[1]。
关于储热水箱中温度的分布，通常呈现沿高度方向的分层现象，这种现象对于提高太阳能系统的集热性能是大为有利的。
但在工程实践中，不适当的设计会破坏水箱中的温度分层。
因此，如何有效地改善和维护水箱中的温度分层，一直是许多学者研究的课题。
当水的温度大于4℃时，其密度变化与温度成反比，即水的密度会随着温度的升高而减小，而且密度减小的趋势会随升温而越来越大。
在储热水箱中，高温水会因其密度小而受浮升力作用浮在水箱的上部，而低温水因其密度较大而沉降在水箱的底部，随着水箱内整体温度的不断上升，会在水箱的高度方向自上而下地出现水温由高到低的分层现象，当无外界干扰时，水箱内的水不会以任何方式进行激烈地混合或搅动，这就是温度分层(或热分层)现象。
蓄热水箱的热分层研究进展
蓄热水箱的热分层研究进展蔡洋;朱威全【摘要】太阳能热水系统中蓄热水箱热分层的研究,已经成为目前提高太阳能集热器效率和太阳能保证效率的重要方向,良好的热分层一方面可以降低进入集热器的温度,减少传热损失,提高集热器效率;另一方面可以提高水箱内可被利用的高温水量,减少辅助加热量,从而提高整个太阳能热水系统的性能.综合国内外文献,总结了蓄热水箱热分层现象,热分层的数学模型以及影响因素,并展望了热分层蓄热水箱的研究趋势.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】6页(P33-38)【关键词】热分层;太阳能;蓄热水箱;进出口结构;运行条件【作者】蔡洋;朱威全【作者单位】上海电力学院,上海杨浦200090;上海电力学院,上海杨浦200090【正文语种】中文【中图分类】TK02随着能源枯竭、环境污染问题的日益严重，人们越来越关注可再生能源的开发和利用，其中太阳能作为一种清洁的可再生能源，正得到广泛的应用，太阳能热水系统是太阳能热利用较为成熟和有效的方式之一。
太阳辐射的不连续性变化会引起集热器获取太阳能量的不稳定，因此，蓄热装置的设置成为解决这一问题的重要途径，太阳能热水系统中常采用蓄热水箱来存储热能。
蓄热水箱内底部的低温水进入太阳能集热器，经加热后输送到水箱顶部。
由于水箱内水的温度分布不同，引起密度的不同，温度高的水密度较小则上升到水箱顶部，温度低的水密度较大则下沉到水箱底部，从而在蓄热水箱内形成了不同程度的热分层情况。
合理利用水箱热分层可以降低太阳能集热器进口温度，减少传热损失，提高集热器效率；同时也能增加可被利用的高温水量，减少辅助加热量，从而提高太阳能利用的系统效率。
因此，要使蓄热水箱内保持良好的热分层，则需要研究影响热分层现象的相关因素。
文中综述了国内外学者对太阳能热水系统蓄热水箱热分层现象的研究进展，介绍蓄热水箱热分层现象，蓄热水箱热分层的数学模型及影响因素，并展望了蓄热水箱热分层研究的发展方向。
储水式电热水器工作原理
储水式电热水器工作原理储水式电热水器是一种常见的热水器类型，其工作原理是利用电能将水加热并储存起来，以供日常生活使用。
下面我们将详细介绍储水式电热水器的工作原理和相关知识。
储水式电热水器的基本结构包括储水罐、加热元件、保温层、控制系统等组成。
其工作原理主要可以分为加热和储存两个过程。
首先是加热过程。
当使用者需要热水时，控制系统通过指令启动加热元件，加热元件通常是采用电热管或电热棒，利用电能将周围的水加热。
加热元件的设计一般采用密集排列，以提高加热效率。
加热元件受电流通过产生热量，将水加热至一定温度。
在加热的过程中，热水会上浮到储水罐的顶部，而较冷的水则下沉到储水罐的底部，形成对流。
这样可以有效地使整个储水罐内的水温均匀，加热效果更佳。
其次是储存过程。
当水温达到设定温度后，控制系统将关闭加热元件，此时热水会被储存在储水罐中。
储水罐一般采用内胆式结构，内胆表面镀有镀锌涂层或采用不锈钢制成，以防止水垢和生锈。
同时，储水罐外围会有一层保温层，一般采用聚氨酯等保温材料进行保温，以减少热量损失，提高能效。
这样可以保持热水的温度并储存一定时间，等待使用者需要时再次供应热水。
值得一提的是，储水式电热水器还配备有温控系统，一般包括温度传感器、温控器和热水出口处的安全阀等。
温度传感器用于实时监测储水罐内水温情况，温控器则根据传感器的反馈控制加热元件的开关，以维持设定的水温。
另外，安全阀则用于在水压过大时释放压力，以确保储水罐的安全使用。
总的来说，储水式电热水器的工作原理是通过加热元件将水加热至设定温度后存储在储水罐中，由温控系统实现加热和保温的控制。
这种类型的热水器在家庭、宾馆、餐厅等场所得到广泛应用，其简单易用、成本低廉和性能稳定等特点受到了用户的喜爱。
最后还需提醒用户在使用储水式电热水器时，需要定期清洗和保养，以防止水垢积聚和细菌滋生。
另外，在安装、使用和维护时需要遵循相关安全规范，以确保使用的安全可靠。
希望本文能帮助大家更好地了解和使用储水式电热水器。
储热水箱分层特性的研究
第3"卷第5期有色金属材料与工程NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol.38 No.5 2017文章编号:2096-2983 (2017) 0*-0273-07D01：10.13258/ki.nm m e.2017.05.005储热水箱分层特性的研究黄震，王子龙，张华，黄华杰(上海理工大学制冷及低温工程研究所，上海200093)摘要：储热水箱被广泛使用在太阳能集热系统以及家用电加热热水器中，是决定集热系统和热水器性能的关键因素之一，储热水箱分层效果的好坏决定了集热系统的效率及热水器的热水出水量.绘制了直接进口和三层孔板两种储热水箱结构图，通过设计试验系统，搭建储热水箱分层特性测试试验台，收集了两种结构水箱在相同的初始水温、不同流量时水箱各层温度随时间的变化数据并绘制成图.同时基于热力学定律，分析对比了相同进口结构、相同初始进出水温差取出效率随时间的变化.在初始温度50 H、流量为1.1和=2kg •min—1的工况下，对比了不同结构的M IX数对储热水箱分层性能的影响.关键词：储热水箱％温度分层％流量％效率％热力学中图分类号：T M911.4 文献标志码：AExperimental Analysis o f Stratification Characteristics ofa New Water Storage TankHUANGZhen，WANGZilong，ZHANGHua，HUANGHuajie(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China)A bstract：Water storage ank is widely applied in solar heating systems and household electricalalorifier. tt is one of the key factors that determines the performance of heating system and its stratification effect determines the efficiency of heating system and the outlet of hot water. In thisarticle,structure charts of two different heat storage ank(direct import and three-hole orifice)are drawn.The experimental system and the construction of stratification test-bed was designed. The change data ofthe temperature of each layer in the water tank at the same initial water temperature rate were collected and plotted. Meanwhile, based on the law of thermodynamics, the change of theextraction efficiency of the same imported structure and the same initial inlet/outlet water temperature isanalyzed and compared. Under the condition of initill temperature of 50 H ? when the flow rate was 1.1 and4. 2 kg •min"1 respectively, the influence of MIX number of different structure on the layeredperformance of heat storage tank was compared.Keywords：heat storage tank；temperature stratification；flow；efficiency；thermodynamics收稿日期：2017-2-23作者筒介：黄震（992—）男，硕士研究生.研究方向：半导体制冷方向研究.E-mail: ml3262732257@274有色金属材料与工程2017年第38卷随着环境恶化的日益加剧，作为环保能源之一 的太阳能越来越受到人们的重视，目前应用较为广 泛的是太阳能集热系统.储热水箱是太阳能集热系 统中非常重要的部件，具有能量调配和节能的作用. 由于太阳能辐射的间歇性以及使用的不规律性，使 得储热水箱的作用十分突出，其储热性能直接影响 着整个集热系统的效率.因此，对储热水箱的性能分 析逐渐成为研究热点.一系列研究表明，储热水箱的利用效率受温度 分层影响，温度分层越明显，水箱的进口温度越低， 热量的利用率越高，太阳能集热系统的效率也就越 高.而温度分层效果受到多个参数的影响，包括水箱 结构设计、流量进口位置及几何尺寸、进出水口的温 差、进水流量等因素[1].这些因素主要影响着水箱内 部的掺混作用，即对雷诺数R e 的影响.Or 6等2指出，理查逊数(及=G r /R e 2)表征了浮升力和掺混力 比值的大小，可以用来作为度量储热水箱内部分层 性能的参数.理查逊数越大表明水箱的分层效果越 好，反之则意味着水箱的掺混程度较大，分层效果较 差.本文通过在储热水箱内部安装三层孔板，改变了 水箱内水的掺混效果，起到了调节水箱内部温度分 层的作用.搭建了水箱分层特性测试试验台，并从温 度分布、体积、能量等角度分析了两种不同结构的储 热水箱的热量利用效率.1试验台搭建及测试储热水箱分层特性研究试验台由稳压水箱、球 阀、变频水泵、手动调节阀、储热水箱以及P P (连接 管路组成，图1为试验系统原理图.储热水箱设计高度为；0 cm ，直径35. 7 cm ，内 部容积60 L ，实测内部储水质量为62. 34 kg (测试 温度为8.6 H )，考虑密度的影响，换算后水箱内部 储水质量按E k 来计算.水箱内部插有8. # EW 电 加热器，电加热器安装在水箱底部，尽可能地靠近进 水口，有利于水箱内部热水的循环以及温度的均勻 分布.水箱底部为进水口 .图2和图3为两种水箱的 结构示意图.图2直接进口式水箱Fig. 2 Direct import water storage tank图3三层孔板式水箱Fig. 3 Three-plate orifice storage tank试验采用上海自动化仪表三厂A 级销电阻作 为测温电阻，精度为0.15 H ，进出水口各布置1根 销电阻，从水箱进水口到出水口均勻布置16根销电 阻测量水温，依次标号1〜16,销电阻的间隔距离为 4 cm .销电阻长度为10 cm ，测温端距离水箱的进水中心距离为7.5 cm ，理论上认为水箱内每一层的温 度分布是均勻的，所以测温端距离进水中心的距离第5期黄震，等:储热水箱分层特性的研究275对本试验测量数据的影响忽略不计.试验开始前，经 油浴恒温槽校准，达到精度范围，16根销电阻将测 得的温度数据传送至安捷伦34970数据采集器并可 上传至电脑软件.采用上海横河电机有限公司出品 的数字式涡街流量计测量试验流量，精度精确到读 数的1Z.水箱四壁及进出水口用保温材料保温，近 似可认为与环境无热交换.运行试验，从开始进水瞬 间记录直至水箱出水温度下降到接近进水温度时，停止数据采集，进行数据的保存和分析.本次试验利 用电加热和内部循环的方式将水箱内水温加热至 (50±0.3)°C.试验步骤：!)关闭球阀4,将系统其他所有球阀及手动调节 阀打开，开启变频水泵，保证出水口水流通畅，调节水 箱顶部排气孔，使管路及储热水箱中充满水(无空气).!)关闭球阀6和球阀7,调整手动调节阀开度 及变频水泵频率，达到需要测试的流量.在调节过程 中，应尽量保证稳压水箱液位的稳定，以期尽可能小 地减少液位对水流量的影响.(3)关闭球阀1、球阀3及球阀9,关闭变频水 泵，打开球阀6及球阀7，开启循环水泵，开启电加热，使得储热水箱内部温度逐步循环加热至既定温 度！0 ± 0.3)C .开启安捷伦34970数据采集器的扫 描功能，实时将水箱各层温度传送至电脑软件，以便 监测.!)停止水箱电加热，此时由于水的密度不同 造成温度不均，上层温度较高，下层温度较低，继续 运行循环水泵至水箱内部温度均勻.之后关闭循环 水泵，关闭球阀6和球阀7,打开球阀9,打开球阀3 及球阀1，开启变频水泵，出水开始.记录出水开始 时间，以便查阅数据.!)记录水箱实时出水流量.!)待水箱出水温度下降到接近进水温度时，停止数据采集，进行数据的保存和分析.2试验数据分析2.1进水流量对储热水箱分层特性的影响2.1.1温度-时间曲线图4和图5绘制了直接进口、三层孔板结构在初 始水温50 C时(进水温度基本一致)不同流量下水箱 各层温度随时间的变化，以及出水口温度对比曲线.500頰20201000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000时间/s(b) 2.25 kg-min5120100015002000 2500 500 1000 1500 2000 2500 3000时间/s时间/(d) 4.20 kg-mm图4 *〇°C直接进口不同流量水箱各温度测点温度随时间变化图F ig.4 Image of the temperature change of tank's temperature measurements over time underthe condition of 50 C initial water temperature, directly import and different flow276有色金属材料与工程2017年第38卷图* 50\直接进口不同流量水箱出水温度随时间变化图F ig.5 Image of tank outlet w ater's temperature change over time under the condition of 50 \ initial water temperature,directly import and different flow可以看出，不同结构出水曲线存在明显的差异， 这是由水箱结构决定的.水箱各层温度在维持各自 的“持续”时间后，会出现急剧下滑，后逐步趋向进水温度.每条曲线都存在一个温度突变的拐点，此拐点 的出现表明该层水体的原始温度被破坏，于冷水的 进入导致冷热水掺混，热水层被推向出水口，使该层 水体温度下降.大流量出水温度的拐点出现的时间 比小流量的早.表1 50 \直接进口不同流量水箱出水数据表Tab. 1 Data of outlet water under the condition of 50 \ initial water temperature，directlyimport and different flow进水流量/(kg • m in "1)进出水温差下降10Z所经历时间/s水箱温度一致后与 进水温度的差值％t/°C1.28 2 44132.251 24063.53678104.2051812500500(c ) 3.18kg *m in _11 一水箱出水口温度测点；2〜15—水箱由上到下温度测点:S 201000 2000 3000 4000 5000 60001000200030004000时间/ s时间/(a ) 1.10 kg-m in51 201000 1500 2000 2500100015002000时间/时间/图$ 50 \三层孔板不同流量水箱各温度测点温度随时间变化图F ig.6 Image of the temperature change of tank's temperature measurement s over t i me under the condi t i o n of50 \ initial water temperature ，three-plate orifice and different flow观察水箱50°C 初始水温在不同水箱结构内的 温度曲线和数据可以发现:在直接进口的水箱内，温 度曲线呈现“老鼠”状，随着流量的增大，曲线逐步收 缩，各层水温趋于一致的时间缩短，说明流量增大后，混合效应加大，更容易使各层温度一致，但各层 水温趋于一致后的温度与进水口的温度之差较大， 说明进水没有将水箱中的水逐层推出就流向了出 水口.第5期黄震，等:储热水箱分层特性的研究277图7 50 \水箱初始水温三层孔板不同流量水箱出水温度随时间变化图F ig.7 Image of tank outlet w ater's temperature changeover time under the condition of 50 C initial watertemperature,three-plate orifice and different flow表2 50 C水箱初始水温三层孔板不同流量出水数据表Tab. 2 Data of outlet water under the condition of50 C initial water temperature,three-plateorifice and different flow进水流量/ (kg•m in"1)进出水温差下降10Z所经历时间/s水箱温度一致后与进水温度的差值％t/°C1.10 2 8211.921 5551〜23.188844.23648三层孔板初始水温5〇°C温度曲线呈现“鱼尾”状，曲线形状介于直接进口与盒状结构之间.随着流 量的增大，曲线逐步收缩.水箱温度一致后与进水温 度的差值比直接进口小，在1〜2C左右，表明三层 孔板的水箱热量利用情况要好于直接进口的水箱.2.! 2不同流量取出效率的对比Lavan等！首次提出的概念，HegazW4]在文章中 定义：表3相同进口结构、相同初始进出水温差时随流量的变化Tab. 3 Extraction efficiency change with flow underthe condition of same import structure and initial temperature difference of in and out water直接进口 50C三层孔板50C流量/(kg•m in"1)取出效率/Z流量/(kg•m in"1)取出效率/Z1.2885.38 1.1084.802.2576.24 1.9281.613.5365.45 3.1876.824.2059.44 4.2374.98将表3中数据绘制成相同进水结构、相同初始 进出水温差时取出效率随流量的变化图，如图"所 示•图8相同结构、相同初始进出水温差取出效率随流量的变化图Fig. 8 Image of extraction efficiency change with flow under the condition of same structure and initial temperature difference of in and out water式中：r为进水速度'i。
双模储水式电热水器温升测试及结果分析
双模储水式电热水器温升测试及结果分析金宁;王悦;陈常山;马超【摘要】目前市面上有两种类型的储水式热水器,一种是加热管在热水器内胆底部的单模储水式热水器,一种是两个加热管分别在内胆底部和出水口附近环绕的双模储水式热水器.本文主要对双模储水式电热水器进行了GB 4706.1-1998、GB 4706.12-2006标准的发热温升测试,给出了三种模式下有代表性的各个部件的温升,并推断出在第三种模式下,先令底部加热管工作至稳定再切换至上部电加热管工作至稳定,这种模式下的各部件的温升最高,温升测试也是最严酷的一种状态.【期刊名称】《家电科技》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】3页(P88-90)【关键词】双模储水式热水器;温升测试;双加热管电热水器【作者】金宁;王悦;陈常山;马超【作者单位】山东省计量科学研究院山东济南 250014;山东省计量科学研究院山东济南 250014;山东省计量科学研究院山东济南 250014;山东省计量科学研究院山东济南 250014【正文语种】中文图1 单模热水器内部结构1 引言电热水器是指以电作为能源进行加热的热水器，可长期或临时储存热水。
按照GB 4706.12标准对储水式热水器的定义：储水式热水器是加热水并将水储存在容器中，装有控制水温装置的固定式器具[2]。
储水式电热水器因为其使用和安装方便，出水量大，水温稳定，不必分室安装等特点，得到广泛应用。
储水式电热水器又分为敞开式和封闭承压式两类，敞开式电热水器由于没有对内胆设计承压性能，功能有限，现在几乎退出电热水器的行业。
封闭承压式电热水器的内胆是密封的，水箱内水压大，其内胆也耐压，故可多路供水，既可用于淋浴，又可用于洗衣、洗菜，用途广泛。
目前国内市场上的电热水器主要是封闭承压式储水电热水器，本文主要讲述的是承压式储水电热水器。
目前市面上大多数承压式储水式热水器内部结构都如图1所示，属于单模热水器。
一个电加热管位于电热水器内胆的底部，在加热过程中，将热水器内胆底部的水进行加热，然后通过对流传热，将内胆底部的热水传送至内胆上部，内胆上部低温度的水流向内胆底部，这样形成对流换热循环，达到使整个内胆的水加热的目的。
储水式电热水器的电路原理和保护措施
储水式电热水器的电路原理和保护措施储水式电热水器是现代家庭中常见的热水供应设备之一。
它通过电路原理和保护措施来实现加热和保护功能，以确保用户能够安全和便捷地使用热水。
本文将为您详细介绍储水式电热水器的电路原理和保护措施。
在了解储水式电热水器的电路原理之前，我们先来了解一下其主要组成部分。
储水式电热水器通常由加热单元、温度控制器、热保护器、水位控制器和安全阀等组成。
其中，加热单元是核心部件，负责将水加热至设定的温度。
温度控制器和热保护器则用于监测和控制水温，水位控制器用于检测水位，而安全阀则是为了防止由于水压过高而导致的爆炸危险。
储水式电热水器的电路原理是基于加热单元的工作原理设计的。
加热单元一般由电热管和温度传感器组成。
电热管通过电流通过产生热能，将水加热至设定温度。
温度传感器用于监测水温，并将数据反馈给温度控制器，以便进行温度调节。
当水温低于设定温度时，温度控制器会向加热单元发送加热指令，电流通过电热管，从而加热水的温度。
当水温达到设定温度时，温度控制器会停止加热指令，以避免过热。
为了确保储水式电热水器的安全使用，一系列保护措施被应用到其电路设计中。
热保护器是其中最为重要的保护装置之一。
它可以检测水温过高的情况，并在超过安全温度范围时切断电源，防止电热水器过热引发火灾等事故。
热保护器通常采用双金属片热敏元件，当水温超过额定温度时，双金属片会快速弯曲导通的触点分离，以切断电流。
还有一种常见的保护措施是水位控制器。
水位控制器通过浮球开关或电极式传感器来检测水位的高低。
当水位过低时，水位控制器会切断加热单元的电流，防止电热管空烧，保护设备。
水位过高时，水位控制器会停止进水以避免溢出。
除了热保护器和水位控制器，储水式电热水器还经常配备有安全阀。
安全阀的作用是在水压过高时释放部分水压，以防止设备爆炸。
安全阀通常根据设计要求设置在一定的压力范围内，当水压超过设定值时，阀门会自动打开，释放压力。
总体而言，储水式电热水器的电路原理是通过加热单元和温度传感器实现水温的控制和调节，以满足用户的热水需求。
储水式电热水器的温度变化和热功率分析
储水式电热水器的温度变化和热功率分析储水式电热水器是一种常见的家用热水设备，通过加热水箱中的冷水来提供热水供应。
在使用过程中，温度变化和热功率是两个重要的参数。
本文将针对储水式电热水器的温度变化和热功率进行分析，并探讨其影响因素。
首先，我们来研究储水式电热水器的温度变化规律。
储水式电热水器通常具有温度调节功能，可以根据需求来设置所需的热水温度。
当我们将冷水注入水箱时，电加热元件开始加热水箱中的水，使其温度逐渐升高。
一般来说，储水式电热水器的温度会在设定的温度值上下浮动一定范围。
储水式电热水器的温度变化受到多种因素的影响。
首先是外界环境温度的影响。
在冬季或寒冷的环境中，水箱中的热量容易散失，导致水温下降。
其次是水箱的保温性能。
一般来说，保温效果好的储水式电热水器，温度下降速度较慢，保温效果差的则会较快。
此外，电加热元件的功率和加热时间也会直接影响水温的变化。
其次，我们来分析储水式电热水器的热功率。
热功率是指单位时间内传输的热量。
在储水式电热水器中，电加热元件通过加热水箱中的水来提供热水供应，因此热功率对于确保储水式电热水器正常工作非常重要。
热功率的大小取决于电加热元件的功率和传热效率。
电加热元件的功率越大，则其提供的热功率也越大。
同时，传热效率也是影响热功率的关键因素。
传热效率受到水箱设计、水质以及使用环境等因素的影响。
在设计阶段，合理的水箱结构和金属导热材料的选择可以提高传热效率，从而提高热功率。
除了电加热元件的功率和传热效率，热功率还受到电热水器的使用情况和操作习惯的影响。
例如，频繁地开启和关闭水龙头会导致热水器频繁加热或停止加热，从而影响热功率的稳定性。
此外，水箱中的水位也会影响热功率的变化，当水箱中的水位降低时，热功率也会相应减小。
综上所述，储水式电热水器的温度变化和热功率分析是了解这一设备性能和使用效果的重要途径。
温度变化受到外界环境温度、水箱的保温性能和电加热元件的功率等因素的影响，而热功率取决于电加热元件的功率、传热效率和使用情况等多个因素。
储水式电热水器原理是什么
储水式电热水器原理是什么
储水式电热水器是一种常见的热水供应设备，其原理主要包括以下几个部分：
1. 储水槽：储水式电热水器内部有一个储水槽，用于储存冷水或自来水。
2. 加热元件：储水式电热水器内置一个加热元件，通常是一个电热管。
当用户需要热水时，加热元件会被启动。
3. 温控装置：储水式电热水器内部有一个温控装置，可以测量储水槽内的水温。
当水温下降时，温控装置会自动启动加热元件进行加热，直到水温达到设定的温度。
4. 保温层：储水式电热水器外部有一层保温层，通常采用聚氨酯材料制成，用于减少热量散失，提高热水的保温性能。
5. 出水口和进水口：储水式电热水器上有一个出水口和一个进水口，用户可以通过进水口将冷水灌入储水槽，并通过出水口取出加热后的热水。
当用户打开热水龙头时，冷水会从进水口进入储水槽，并被加热元件加热，然后通过出水口供应给用户。
同时，温控装置会根据储水槽内的水温情况，控制加热元件的工作，以保持热水的温度稳定。
储水式电热水器通过储存冷水，并根据需要进行加热，以提供
持续且稳定的热水供应。
由于储水式设计，用户可以随时使用热水，而无需等待加热时间，使其成为家庭和商业场所常用的热水供应设备。
储水式电热水器的加热效果和保温性能
储水式电热水器的加热效果和保温性能储水式电热水器作为一种常见的家用热水设备，被广泛应用于家庭和商业场所。
其主要功能是通过电能将冷水加热为热水，并储存起来以供日常使用。
储水式电热水器在加热效果和保温性能方面扮演着至关重要的角色。
本文将对储水式电热水器的加热效果和保温性能进行详细探讨。
对于储水式电热水器的加热效果来说，主要有以下几个方面的影响因素：加热时间、加热功率和加热方式。
首先，加热时间是影响储水式电热水器加热效果的重要因素之一。
加热时间通常取决于储水式电热水器的容量和加热功率。
容量较小的储水式电热水器一般加热速度较快，加热时间相对较短，而容量较大的储水式电热水器则需要更长的时间来将水加热到所需温度。
此外，根据储水式电热水器实际所在环境温度和用水温度的不同，加热时间也会有所变化。
其次，加热功率是储水式电热水器加热效果的关键要素。
加热功率越高，储水式电热水器的加热速度越快。
一般来说，市场上的储水式电热水器功率大多在2千瓦至3千瓦之间，但根据实际需求可选择不同功率的产品。
当然，较高的功率也可能带来更高的能耗。
因此，在选择储水式电热水器时需要综合考虑家庭用水需求、节能要求以及实际使用成本等因素。
最后，加热方式也会对储水式电热水器的加热效果产生影响。
目前市场上的储水式电热水器加热方式主要有加热管和电加热膜两种。
加热管是较为传统的加热方式，可以较快将水加热到所需温度，但由于加热管的设计和结构，会导致水温存在一定的不均匀性。
电加热膜则相对较新颖，可以保持较好的水温均匀性，但加热速度相对较慢。
因此，在选择加热方式时，需要根据个人对加热速度和水温均匀性的需求进行综合考虑。
除了加热效果，储水式电热水器的保温性能也是一个重要的考量因素。
保温性能主要包括水温保持时间和热量损失程度两个方面。
首先，水温的保持时间是衡量储水式电热水器保温性能的重要指标。
水温的保持时间取决于电热水器的保温层设计和材料选择。
常见的保温层材料包括聚氨酯发泡材料和玻璃纤维等，其保温性能较好，并能有效减少热量损失。
储水式电热水器的优化设计与控制技术
储水式电热水器的优化设计与控制技术储水式电热水器是目前家庭生活中常见的热水供应设备之一。
为了满足用户对于热水的需求，提高热水器的效能和能源利用率，对储水式电热水器的设计和控制技术进行优化十分必要。
本文将探讨储水式电热水器的优化设计和控制技术，以提高其性能和节能效果。
首先，优化设计是提高储水式电热水器性能的重要手段之一。
在设计方面，可以考虑以下几点。
首先，加强绝热设计。
储水式电热水器在使用过程中存在热量损失的问题，因此在设计上应该加强对热量的隔离。
可以采用优质绝热材料，如聚氨酯泡沫等，对储水箱进行绝缘，减少热量的散失。
同时，合理设置储水箱的尺寸，以减少未被加热的水的体积，缩短加热时间，提高加热效率。
其次，改进加热器设计。
传统的加热器采用电加热元件，但其效率相对较低。
可以考虑采用更高效的加热方式，如燃气加热或太阳能加热等。
这些新型的加热方式不仅提高了储水式电热水器的加热效率，还能减少对电力的依赖，降低能源消耗。
另外，优化控制技术也是提高储水式电热水器性能的重要手段。
在控制技术方面，可以考虑以下几点。
首先，采用智能控制系统。
通过加入智能控制系统，可以实现热水器的智能化管理，根据用户的需求自动调节加热功率和温度设定，提高热水的供应效率和便利性。
智能控制系统还可以通过学习用户的使用习惯，预测用户的热水需求，在合适的时间提前预热水箱，避免用水时的等待时间。
其次，采用循环供水技术。
循环供水技术可以将未被用热水再次送回储水箱进行再加热，从而减少热水的浪费。
通过循环供水技术，可以在用户取热水的同时，将未被用热水提前加热，减少加热时间和能源消耗。
另外，采用恒温控制技术。
恒温控制技术可以实现热水的恒温供应，使用户能够始终享受到稳定的热水温度。
通过恒温控制技术，可以避免频繁加热和保持温度时的能源浪费，提高能源的利用效率。
综上所述，储水式电热水器的优化设计与控制技术对于提高其性能和节能效果非常重要。
通过加强绝热设计、改进加热器设计，采用智能控制系统、循环供水技术和恒温控制技术，可以提高储水式电热水器的加热效率和供水质量，同时降低能源消耗和浪费，更好地满足用户的热水需求。
储水式电热水器的散热和热损失分析
储水式电热水器的散热和热损失分析储水式电热水器是一种常见的家用热水供应设备，通过加热水箱中的水来提供热水。
然而，这种类型的设备在使用过程中会面临一定的热损失和散热问题，从而影响其能效和热水的供应能力。
本文将对储水式电热水器的散热和热损失进行分析，并提出一些改进措施。
首先，我们来探讨储水式电热水器的散热机制。
储水式电热水器通常由外壳、内胆、绝缘层和加热元件等组成。
外壳起到保护和美观的作用，而内胆则是装载和储存热水的地方。
绝缘层的作用是减少热量的传导和损失，从而提高储水式电热水器的能效。
加热元件则是将电能转化为热能的部分。
在这个过程中，加热元件产生的热量会通过传导、对流和辐射的方式传递到储水箱中的水和外部环境，导致一定程度上的散热和热损失。
接下来，我们来研究储水式电热水器的热损失问题。
热损失是指储水箱中的水在使用过程中由于散热而导致温度下降的情况。
造成热损失的主要原因有六种：锅炉本身的温度保持不稳定，储水箱的绝缘层质量不好，散热方式不合理，保温时间过长，使用得不当以及维护不及时。
通过分析和改进以上问题，可以减少热损失，提高储水式电热水器的效率。
解决储水式电热水器散热和热损失的问题需要从多个方面入手。
首先，选择高质量的绝缘材料并提高绝缘层的厚度，以减少传热和热损失。
其次，合理设计储水箱的结构，减少热量传导的通道，并增加抗辐射的外壳材料，以降低辐射散热。
同时，优化加热元件的位置和功率分布，使其产生的热量更加均匀地传递给储水箱中的水。
此外，使用智能控制系统能够根据需求自动调节加热功率和使用时间，从而减少不必要的热损失。
除了改进设备本身的结构和设计，用户在使用储水式电热水器时也需要注意一些细节。
首先，合理设置热水温度，以避免过高的温度导致热损失增加以及烫伤的风险。
其次，适量使用热水，避免过度储存和长时间保温。
最后，定期进行设备的维护保养，确保绝缘层的完好和加热元件的正常工作，以减少不必要的能量损失。
综上所述，储水式电热水器的散热和热损失是影响其能效和供水能力的重要因素。
储水式电热水器原理
储水式电热水器原理
储水式电热水器是一种常见的家用热水设备，它通过加热储存水箱中的水来提
供热水供应。
其工作原理主要包括加热元件、温度控制系统和保温层三个部分。
首先，加热元件是储水式电热水器的核心部件之一。
一般来说，加热元件采用
电热棒或电热管，通过电能转化为热能，将水加热至设定的温度。
加热元件通常位于储水箱的底部，直接与储存的水接触，以确保水能够快速被加热并保持温度稳定。
其次，温度控制系统起着至关重要的作用。
温度控制系统通过感应水温的变化，控制加热元件的工作状态，以维持储水箱内水的温度在设定范围内。
一般来说，温度控制系统会配备温度传感器和控制器，当水温低于设定温度时，控制器会启动加热元件进行加热，当水温达到设定温度时，控制器则会停止加热，以避免水温过高。
最后，保温层也是储水式电热水器不可或缺的部分。
保温层通常位于储水箱的
外部，其作用是减少水温的损失，提高热水的保温性能。
优质的保温层能够有效减少热量的散失，从而降低能源消耗，延长热水的保温时间，提高热水器的能效。
综上所述，储水式电热水器通过加热元件、温度控制系统和保温层的协同作用，实现了对储存水箱中水的加热和保温，从而为用户提供持续稳定的热水供应。
这种工作原理简单可靠，使用方便，是家庭生活中不可或缺的热水设备之一。
储水式电热水器定量加热系统的设计
技术与检测Һ㊀储水式电热水器定量加热系统的设计谭雪原摘㊀要:通过持续的市场研究ꎬ总结得知目前储水式电热水器主要存在两个问题:第一是用水的时候需要提前加热ꎬ特别是在用水量较大的情况下就更为明显ꎻ第二是用户对用水量的概念比较模糊ꎬ唯恐热水不够用ꎬ一般会把整个热水器中的水全部加热ꎬ在小水量用水时(如洗漱㊁洗头等)就会造成很大的浪费ꎮ文章针对以上两个难题展开研究ꎬ通过结构优化ꎬ借鉴快热式电热水器产品的结构ꎬ并将其应用在储水式产品上面ꎬ加热后的水可以即时排出使用ꎬ不在热水器内部停留ꎬ可有效提升产品的加热速度ꎻ通过控制优化ꎬ建立用水量的数据模型及用水的典型场景ꎬ让用户可直观㊁简单地进行操作ꎬ有效解决热水浪费的问题ꎮ关键词:电热水器ꎻ加热速度ꎻ热水量㊀㊀文章针对用户对热水器的两个抱怨点展开研究ꎬ具体包括以下两个方面:(１)在储水式电热水器中设计一种可快速加热的系统ꎬ解决此过程中有可能产生的水温过热㊁快热部分启动控制以及与储水式加热系统相匹配的问题ꎮ与储水式电热水器不同ꎬ快热式的系统是根据流量进行控制的ꎬ在应用到储水式产品中时ꎬ因为其所处的环境为高温环境ꎬ一般为７５ħꎬ如果直接进行加热ꎬ将会使内胆里面的水温急速上升ꎬ甚至可能达到沸腾ꎬ在设计时就要保证最大限度地使用快热的系统而同时又不会使水温过高以致产生危险ꎮ(２)在能量守恒原理的基础上ꎬ综合热水器自身特性(容积㊁功率㊁加热设置温度)和外在条件(进出水温度㊁水的密度㊁出水速度)建立产品出热水量的数学模型ꎮ一㊁系统概述和总体设计方案(一)系统概述文章在普通储水式电热水器的基础上ꎬ提出了一种新型的技术方案ꎬ用于实现热水量的定量加热ꎮ相比普通的电热水器ꎬ本系统增加了快热加热系统㊁温度传感器及水流量传感器ꎮ各增加部分的重要作用如下ꎮ１.增加的上部传感器用于监测上部的水温ꎬ当上部水温过高时ꎬ禁止启动快热加热系统ꎬ以免造成高温危险ꎮ当上部水温较低而又需要少量高温水时ꎬ可先启动快热加热系统对少量上部水进行快速加热ꎬ然后在使用过程中再次加热ꎬ既可以保证高温水的输出ꎬ又不会产生浪费ꎮ２.增加的快热加热系统设置在出水口处ꎬ可根据用户的需求及环境的条件进行加热ꎬ如当用户需要大量水时可先用储水加热系统加热ꎬ然后实时启动快热加热系统ꎬ这样可以最大限度保证热水输出的量ꎻ当用户仅仅需要少量水时ꎬ可仅启动快热加热系统ꎬ这样加热的水直接输出ꎬ不会出现加热的水储存在热水器内部难以输出ꎬ以致造成浪费的情况ꎮ快热系统应尽可能接近热水器的上部及出水口处ꎬ使加热完毕的水可以迅速排出使用ꎬ避免因热对流等造成的能量损失ꎮ开启条件为:在上部传感器Ｒ２<８８ħ时ꎬ如果检测到中部传感器Ｒ１ȡ６０ħꎬ水流量>１Ｌꎬ则开启底部加热管ꎻ如果检测到中部传感器Ｒ１<６０ħꎬ水流量>１Ｌꎬ则开启３Ｄ加热管ꎮ关闭条件为:当出水量<１Ｌ/ｍｉｎ或没有出水时ꎬ则退出快热模式ꎻ当上部传感器Ｒ２ȡ８８ħ时ꎬ则退出快热模式ꎮ３.增加的水流量传感器用以监测用户的用水情况ꎬ和温度传感器结合ꎬ控制加热系统的工作ꎮ在有水流的情况下ꎬ获取水流速度数据ꎬ并根据上部加热系统的功率ꎬ控制系统测算出此情况下上部水的温升ꎬ结合上部温度传感器监测到的水温情况ꎬ判定是否可以启动快速加热系统ꎮ(二)总体设计方案不同的人以及人在不同场景下所需的热水量是不同的ꎬ现在市场上的产品大多数只能加热整胆水ꎬ无论你需要多少ꎬ只能从总的热水里面取一部分ꎬ也有加热一半的ꎬ称为半胆加热ꎬ其采用的方案是在热水器中部增加了一个加热装置ꎬ可以独立工作ꎬ以达到加热部分水的目的ꎮ但其存在的最大的问题就是半胆加热也需要较长的时间ꎮ普通的６０升热水器ꎬ半胆加热２０００瓦的功率ꎬ理论加热时间需要１.０５小时ꎬ实际应用中因为不可能理想的只加热一半ꎬ在不可避免的热交换的情况下ꎬ加热时间会更长ꎬ因此实际的使用体验也不好ꎮ文章中的定量出水系统采用三组加热系统ꎬ分别是快热加热系统㊁中部加热系统和储水加热系统ꎮ基于快热加热系统即热即出㊁中部加热系统一半加热以及储水加热系统全部加热的特性ꎬ通过不同的加热系统组合和控制ꎬ可以得到不同量㊁不同温度的热水ꎮ以８０升的热水器为例ꎬ其总的加热模式ꎬ其中模式１为快热加热系统单独工作ꎬ模式２为快热加热系统和中部加热系统的组合ꎬ模式３为快热加热系统和底部加热系统的组合ꎮ二㊁结束语本系统设计实现的关键有两个ꎬ第一是通过增加流量传感器和温度传感器将快热加热技术应用在储水式热水器上ꎬ并尽量不对原来的储水式产品产生较大的改变和影响ꎬ从而使热水器定量加热具备了基本的硬件条件ꎻ第二是建立不同的加热系统对应热水输出量的数学模型ꎬ简化出几种典型的用水场景ꎬ将软件转化为特定的热水器功能呈现给用户ꎮ参考文献:[１]ＧＢ/Ｔ２０２８９－２００６.储水式电热水器[Ｓ].北京中国国家标准化管理委员ꎬ２００６.[２]ＧＢ/Ｔ２６１８５－２０１０.快热式热水器[Ｓ].北京:中国国家标准化管理委员会ꎬ２０１１.作者简介:谭雪原ꎬ衢州新导电子科技有限公司ꎮ３６１。
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所 以，只要保证 内胆项部有热水 就可 以了，我 们利 用水的热交换特 性，在热水 器顶部划分 出 小范围相对容量进 行加热 ，满足 用户在短时 间 内拥有 小容量高温水 的，虽然长 时间储存后 由 于 导热的作用使 内胆 内部的温度场 趋于均匀 ，
３０ Ｗ 。 ００
响，整个加 热周期相对延 长。这种加热 的优 势 在于 中部 以上加热充分 ，缺陷在于上部温度 提
升较慢 。
对 的容积 的划分最好 是三 个相对容 积，换句话
讲 ，也就 是在 内胆垂直截 面上 ，在 上、中、下 布置三组 电热 管。
为 了有效控制 上电热管的工作 ，我们设计 的温控器测温 的位置也进 行了相应 的更改 ，将
灵敏度 降低 。
笔者设计 的电热 水器 由于结构 的原 因，在 中心的大法兰 上集成分置 中、下 电热管 品，两 个电热管存在 明显的高度 差，中 电热管 的有 效
区域在 内胆 中部略靠下 的位置 ，下 电热管尽可 能向 下延伸 。上 电热 管在 内胆 上１４ 置 ，使 ／位
升的热水 ，满足早晨洗 涤和厨房使用 的要求。 上 加热时间的估算
温度 梯度 ；ｄ一 距离梯度 。 ｘ
水 的良好 对流换热性能 ，电热管上部水温在相
８８ 家电科技
Ｔ ｅｃｈ ｎｏｌ ｙ ｏｇ
技术
当长 的一 段 时 间 内远 远 高于 电热管 下 部 的温 度。 电热水器 的工作原理是进 水 口在 内胆 的最
下面， 出水 口在 内胆的最顶端 ，理论状态 下， 冷水将上面 的热水逐层顶 出，只要 内胆顶 部还 有热水 ，热水就从 内胆顶端源源 不断 的输 出。
Ｑｘ 一 ｄ／ｘ ＝ ＾Ｆ ｔ ｄ
热时 间长 ，水量不足重新补 充需要很多时 间。 加热 的热 水过 多 ，多余 的热 水由于没有被及时 使用 ，热量被 白白散失造成 浪费，加热过少热 水不够用 ，由于 电热水器加 热速度较慢 ，热水
补充的时 间需要很长 ，热水 器容积和合理使用
所 以电热管要想均匀快 速加热整胆 容积 的水 ， 电热管必 须尽可能 的靠 近 内胆的底 部。在加热 过程 中，底 部 电热管 附近的冷水被加 热，温度 上升后 的水流 向 内胆上 部，对流传热将热量输
Ｑ Ａ Ｗ ，Ｗ＝ Ｔ。 ＝Ｊ Ｐ
水 的导热系数为０５９ （ ℃） ． Ｗ／ ９ ｍ． ， 自来水 正常 是不 良导热体， 热量在水 中通过导热传递较慢。 对流是指流体各 部分之 间发生相对 位移时 所 引起 的热量传递过程 。无论哪一种形 式的换 热单位时 间内、单位面积上 所交换 的热量 均符
但这种相对 容积加热的特点还是 可以利用的 。
热，可 以使 ２ 额 定容积 以内的水 充分 加热 ， ／ ３ 避 免中部水温 尚未加热到足够 的温度而上部水 温过 高引起控制 系统探测到温度 已经达到而停 止工 作，相对热水 也比较 多。但 由于上部 电热 管加 热的影响 ，中部的热水可 能得不到充分加 热就 因上部温控器探 测温度 己满 足设定温度而
成 相对 的低温 区域。所 以电热 管在内胆越低 ， 热水 区的水就越多 。
用 多 少烧 多少 在理 论 上 需要 多个 不 同容 积 的内胆进行 串并联 才可能实现 ，这 种方 法结
构 复杂，成本很 高，不能在短期进行 商业 化应 用 ，需要通过简 单低 成本的方案实现 上述 工作
量热水的需求 ，减少保温造成的能量损失。本文论述相对分层加热的可行性和
技术解 决方案 。
关键词：储水式电热水器 ；内胆；额定容积 ；电热管；热量传递 ；导热；对 流；温度场 ；温度梯度 过热；分层加热；相对容积
ｌ储 水 式 电热 水 器工作 原 理
热 量传 递 在 自然 界存 在三 种 基本 方 式 ： 导热换热、对流换热 和热辐射换热 ，在 储水式 电热水器中 ，以导热 换热、对流换 热为主要方 式 ，热辐 射相对影响较 小，本文主要从 热传导 中的导热换热和对流换热 论述储水式 电热水器 的原理和 分层 加热技术 ，为 论述方便 ，本 文对 以下储水式 电热水器 简称为 电热水器 。 电热水器 中的电热管将 电能转化为 热能， 根据热力学第一 定律 ：
置 。由于 水的不 良导热性 和热水上 升冷水下降 的对流传 热特 性，在加热状 态时仅加 热电热管
以上 的水 ，上 电热管 在 内胆上 １４ ／位置 ，仅加 热 １４ ／ 额定容 积 的热水 ，加 上 向下导 热形 成的
热水器 中电热 管在 内胆这个 区域尽可能贴近底
部的位置 ，同样是水的不 良导热性和热 水上 升
测温 的位 置放 置到 上电热 管上部２ ｍｍ以上 的 ０
将 下 电热管 放置 在 占内胆 下部 １ 容积 的 ／ ５ 区域 内，尽可 能向下安装 。电热管加热容积 约 能 占到额定 容量 的４５ ／ 左右 ，可 以加热 到整个
额定容积 的８ ％以上 。笔者设计 的分层加热 电 ０
将上 电热 管放置 在 占内胆 上部 １３ 积 的 ／容
整个加 热过程大约为 ｌ分 钟。 ５ 可见 由于上 电热管选择功 率较高 ，加热 的
水的容量 只在１ 升左右 ，整个过程 可 以在 ｌ分 ５ ５ 钟完成 ，无 须等待 。用 完上部 １ 升热水就满足 ５
பைடு நூலகம்
时加 热，提升到 一定程度时 ，上电热管停止工 作 ，由中电热管加热完成 达到设定温度 ，避 免 上部温度过度升 高 。这种加 热的优势在于 ：在 整个加热初期 ，上部水温快速 上升 ，满足一 定
只有通 过多次循环 ，电热水器 内部 电热管 以下
的温度 才会达到设定 的温 度，所 以在热水器 国 家标准 测试相关项 目时要 进行４ ｄ 时的循环加 ８， 热 ，保证 内胆 内部水温均匀 。 电热水器 电热 管功率较小 ，通常在３ ０ Ｗ ００ 以下 ，是用 内胆 内的水为储 能介 质，利用时间 弥补功率较 小的不足 。由于 电热水 器容量是有 限的，放 出一 定的热水的 同时 ，从 进水 管补充 等量的冷水 ，重新 达到设定 的温度 较长 ，与额
合牛顿冷却公式 。 ｑ ＝ⅡＡｔ ，也就是Ｑ＝ Ａｔ ＦＱ
定容积 成正 比，与加热功率成反 比。
２分层加热需求和 叮行性分析
目前 热 水器 分 厨房 用小 容量 热 水器 、夏 天使用 中等容量 和冬天使用大容量 热水器 。在 厨房使用和普通 洗脸洗手 ，容量在 １升 左右就 ０ 够 了，仅一 台小 型热水器就能满足 ，在夏 季或 春 秋淋浴４ 升左右 中型就能胜任 ，但到 了冬季 Ｏ 天寒地 冻 ，尤其是盆 浴热水器需求量会 显著增 加 ，一般需要６ 升 以上大型热水器 ；小容量快 ０
目 。中国人 的传 统是勤劳节俭 ，大 多数 人中 标 国人 会在使用时才开 启热水器，热水器 内部 热
水是 处于不平衡状态 ，由于水的不 良导热性和
式 中 ： 一导 热系数 ；Ｆ 一表 面积 ：ｄ一 ｔ
热水器是通 过温控器控制 水温，温度控制 点 需要在热水 区域 ，当热水 区域 的水温达到设
换热为主 ，电热管 下面 只能靠导热传递 热量 。
式 中：０ 热能 ；Ａ 功热 系数 ；Ｗ一 一 卜一 一 功；Ｐ 一功率 ；Ｔ 一时 间 电热 管把 电能转化为热 能，通 过热量传递 把热量给 内胆 中的水 ，逐渐将周 围的水加热 ， 这 个过程 电热管表面 热量主要通过对流 和导热 传 递到周 围的水 。电热管温度升 高，向四周水 介质均 匀导热传递热量 ，同时水介质 以热水上 升 ，冷水 下降形式向上部对流换热传递热量 。 传热学讲 “ 热量 从物体中温度较高 的部分 传递到温度较 低的部分 ，或 者从温度较 高的物 体传递到 与之接触的温度较低 的另一物体 的过 程称为导热 。” 导热遵循 的是傅立叶定律 ：
冷水下 降的对 流传热特性 ，下 电热管 以下的区
域在首次加 热时，往往是加 热的盲 区，这里 的 容积得不到充分 的应 用。
热影 响 区域 ，占整个 额定 容积 的 １ 以下 ，也 ／ ３
就是在４ —０ 的主销 容积段 中，仅 加热 ｌ —０ ０８升 ０ ２
灵敏度 不会下 降，而 且不与水接 触，无水垢 或 其他杂质 积结影响 ，长期使用 也不会因结垢使
加热 ２３ 定容 积热 水时 ，也可 以仅仅 使 ／额
用 中部 的 中 电热管 加 热 ，排除 上加 热 管 的影
状 ，最大 功率一 般在 ３ ０ Ｗ 以下 ， 上 、中 、 ００ 下 电热管在 不 同模式 下需要单独或 并联工作 ，
单独 功 率和 串 并联 电热管 总 功率 最好 不大 于
Ｔ ｈｎ ｏｇ ｅｃ ｏｌ ｙ
技术
定温度后 ，温控 器 自动切断 电热 管的电源停止
储 水 式 电 热 水 器 分 层 加 热 技 术 的 分 析 研究 及设 计应 用
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加热 ，通过热 水器的保温层有效 的保 持热量 以 减少热量损失 。这 时电热管下部 由于 主要靠导 热传 递热量 ，会在 很长一段时 间内温度 相对 较
速 热效果 ，在加 热中后期 ，主 要靠中 电热管加
了实际 需要 ，下部 的水没 有被有 效加 热，无须 保温造成 的热量损失 ，整 个整体加热 时间和效 率显著提高 ，可 以减 少２３ ／能源消耗 。 上 电热管在 内胆最 佳排布位置非 常重要 ， 位置 过低 ，加 热水的容积过 大，起不 到速热小 容 量 用水 的 效果 ；位 置 过 高 ，热过 冲 现象 明
区域 内。当然 最好上 电热 管在 内胆 上部 １４ ／位
位 置，可 以敏 感探测到上 电热管加热状 态，在 达 到设定温度 时可 以及时 关闭上 电热 管，避 免 温度过度 升高形成所 谓的过冲 。改变现有伸 入