带预热功能燃气热水器水路方案探讨

带预热功能燃气热水器水路方案探讨

Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｓ　Ｗａｔｅｒ　Ｈｅａｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ

张华平

（广东万和新电气股份有限公司 佛山 528305）

摘要：通过对带预热功能燃气热水器使用背景与实现预热功能理论的介绍，结合目前家庭的通用水路系统，分析燃气热水器实现预热功能的水路方案，通过水路结构与具体试验数据，分析各种水路方案对燃气热水器可靠性与用户使用舒适性的影响。

关键词：燃气热水器；热水管；冷水管；回水管；水路；循环

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｔｈｅｓｉｓ　ｄｉｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｇａｓ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ，　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎｅ　ｗｉｔｈ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｉｔ　ｄｉｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｓ　ｗｅｌｌ，　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ，　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｏ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｇａｓ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｅｒ；ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｐｉｐｅ；ｃｏｌｄ　ｗａｔｅｒ　ｐｉｐｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ

引言

近年来，随着我国经济的快速发展，居民的生活水平不断提高，对燃气热水器［１］的要求已经不再局限于出热水这一单一功能上，燃气热水器需要为用户提供更为舒适的热水生活体验。然而普通燃气热水器需要把管道内残留的冷水排除干净才能使用热水器提供的热水；住房面积越大、卫浴数量愈多、管路越长，洗浴前需要排的冷水越多，假如管路特别长的用户，甚至会因为排冷水的时间太长太浪费自来水而导致该用水点无法正常使用，因此普通燃气热水器不仅浪费水资源，还严重影响现代热水生活洗浴的舒适性［２］。

虽然带预热功能的燃气热水器能够很好的解决上述问题，但是，内部水路结构对整机可靠性的影响却不被业界所重视，本文通过对各种水路结构理论分析与试验测试，论证不同水路结构对用户使用舒适性与整机可靠性的影响。

现代家庭水路系统［３］一般分为两种：一种水路系统由冷水管与热水管组成，用水点通过混水阀与冷热水管连接，用户根据实际水温需要通过混水阀使用冷热水管中的水；另一种水路系统在第一种水路系统基础上增加一根回水管，回水管的起始端与热水管的末端连通，即这种水路系统由冷水管、热水管与回水管所构成，同样，用水点通过混水阀与冷热水管连接，回水管负责与热水管连通，便于将热水管中的水通过回水管循环流动，并且不影响冷水管中的冷水；两种水路系统如图１、图３所示。

要实现对上述两种水路系统中冷水预热的目的，对于第一种无回水管水路，需要将热水器与热水管、冷水管构成一个回路，因此首先需要将第一种无回水管水路系统中的冷水管与热水管连通，如图２所示，可以将最远端用水点混水阀的冷热水管通过两个三通接头连通，从而借用冷水管作为循环水路中的回水管，冷水管同时起冷水管与回水管的作用，从而解决了外部冷水管、热

１　燃气热水器外部水路系统分析水管的连通问题，这就为外部水路系统与热水器内部水

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技术·创新/Technology and Innovation

路构成一个闭合循环水路创造了先决条件。对于第二种回水管的水路系统，其外部热水管与回水管已经连通，不同于第一种无回水管水路系统，这种回水管水路系统其冷水管独立于热水管与回水管之外，只起冷水管的作用。因此，通过对热水器内部管路设计，对以上两种管路构成一个闭合循环管路系统，在水泵的驱动与燃烧系统的加热条件下实现对管路中冷水的预热功能。

２　燃气热水器内部水路结构分析

根据水泵在燃气热水器内部位置的不同，行业内燃气热水器内部水路结构主要分为三种。

２．１　水路方案一

如图４所示，水泵串联在回水连接管上，对于无回水管用户，外部水路将最远端用水点冷热水管连通，热水管与出水嘴连接，冷水管分别与进水嘴、回水嘴连通；图５为该水路方案回水管连接图。

该水路方案能同时使回水管用户、无回水管用户与燃气热水器组成一个闭合的循环水路，通过水泵驱动，使管路中的冷水流动，达到燃气热水器启动水流量后，整机点火加热，从而实现对水路系统中冷水的预热功能。但图４水路方案的无回水管连接方式，需要将外部水路系统的冷水管分别与回水嘴、进水嘴连通，进水嘴处需设一单向阀，安装复杂，影响家装的美观性，难以实施。

２．２　水路方案二

如图６、图７所示，水泵串联在进水管上。

此水路结构，热水器内部没有回水嘴。

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图1 无回水管水路系统

图2 无回水管水路系统，最远端用水点冷热水管连通

图3 回水管水路系统

对于图６无回水管用户，只需要将外部水路系统的热水管与热水器出水嘴连接，热水器进水嘴与用户进水管连接，从而实现外部水路与热水器内部水路形成一个闭合的管路系统；对于图７回水管用户，热水管与出水嘴连接，回水管、用户进水管通过三通连接阀以及进水连接管与进水嘴连接，无需连通最远端用水点。

此热水器水路结构，由于水泵串联在进水管上，因此用户开水龙头进行卫浴用水时，自来水都要流经水泵后才能进入换热器进行换热，由于水泵本身阻力较大，对整个进水管产生了很大的截流作用，从而在相同的进水压力下，热水器的水流量会变得非常小影响洗浴舒适性，而且卫浴用水时，外界自来水长期冲击水泵，水泵容易被水中的杂质与水垢堵塞，影响水泵的使用寿命，若严重堵塞，不但会造成整机预热功能失效，还会影响

图4 水路方案一①图5 水路方案一②技术·创新/

燃气热水器的正常卫浴用水，大大降低燃气热水器的使用可靠性。

２．３水路方案三

如图８、图９所示，水泵以旁通方式连接在进水管上。此水路方案，与外部水路连接方便，图８无回水管用户，同方案一与方案二，只需将最远端用水点连通，外部管路的热水管与出水嘴连接，用户进水管与进水嘴连接，从而实现外部水路系统与燃气热水器内部水路构成一个闭合的循环水路，同样，冷水管同时扮演了冷水管与回水管的作用。对于图９回水管用户，只需将回水嘴与外部回水管连接即可，热水管、冷水管与燃气热水器的连接同无回水管用户的连接方法。

为防止水泵工作时循环管路中的水在如图１０的小循环水路中循环流动，需要在进水管上设一单向阀并且置

图6 水路方案二 ①

图7 水路方案二②

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于图１１节点Ａ，Ｂ之间，从而有效保证水流在外部管路与燃气热水器内部管路构成的大循环水路中流动，实现燃气热水器对整个管路系统中冷水的预热功能。

此水路结构，打开水龙头卫浴用水时，自来水主要通过进水管进入换热器进行换热，较串联结构，管阻小，水泵不易堵塞，可以延长水泵使用寿命，整机可靠性与洗浴舒适性大大提高，采用此结构燃气热水器，与外部水路安装简单，便于售后安装维修。

图8 水路方案三①

表１为水路方案二（水泵串联在进水管上）与水路方案三（水泵以旁通方式连接在进水管上）在相同外部条件下水流量（Ｌ／ｍｉｎ）对比情况。　　　

３　结论

１）无回水管外部水路系统可以通过将最远端用水点冷热水管连通，借用冷水管作为回水管，

图9 水路方案三②图10 小循环水路图10 小循环水路

表1 水路方案二与水路方案三在相同外部条件下水流量（L/min）对比情况

水路方案水泵串联在进水管水泵旁通在进水管

0.05 MPa6 L/min7 L/min

0.1 MPa8.3 L/min10 L/min

0.15 MPa9.3 L/min11 L/min

0.2 MPa11.3 L/min13.2 L/min

0.25 MPa12.3 L/min13.8 L/min

0.3 MPa13.3 L/min15 L/min

0.35 MPa14.3 L/min16.3 L/min

表2 燃气热水器内部三种水路结构的优缺点对比

对比项目缺点优点

水泵串联在回水连接管无回水管用户安装复杂，不便于售后安装能实现循环预热

水泵串联在进水管

①水泵易堵塞；②整机可靠性低；③管阻大，影响洗浴舒适性能实现循环预热

水泵以旁通方式连接进水管

整机内部结构紧凑

①能实现循环预热；②水泵不易堵塞；③整机可靠性高；④管阻小，水流量大，洗浴舒适

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实现与燃气热水器内部管路系统组成一个闭合的循环水路，通过水泵驱动与燃气热水器加热，有效预热管路中的冷水，减少出热水时间与水资源的浪费。

２）燃气热水器内部三种水路结构的优缺点对比如表２。

３）对于带预热功能燃气热水器，在条件允许的情况下，优先采用方案三（水泵以旁通方式连接在进水管上）水路结构，可以减少水泵故障与管阻，提高洗浴舒适性与燃气热水器整机可靠性。

参考文献：

[1]夏昭知. 燃气快速热水器[M]. 重庆大学出版社, 2012.[2]雪菊. 燃气热水器的使用与保养[J]. 家用电器, 1994(9):17-18. [3]李辉, 严育才, 王玉勤, 等. 一种新型节能燃气热水器循环系统的设计[J]. 时代农机, 2017(10).

作者简介：

张华平（1974-），男，本科，中级工程师，城市燃气专业，主要从事燃气热水器的燃烧与换热技术研究。

技术·创新/

（上接128页）

录和跟踪，保证内外圆同轴度及其与端面垂直度，线割加工时以圆为基准进行分中必要时多次分中校核圆心，最后加工出的刚轮进行齿廓计量，发现在整个齿圈内齿廓质量均较好且一致性也较好，均可以控制在０．００５　ｍｍ以内，该异常得到了很好的解决。

４结语

我司按照上述工艺方案已加工出多批次合格的谐波减速机刚轮，而且慢走丝线切割方案可以方便地切换不同齿形的刚轮，相较于插齿方案该方案精度更高且能保持很好的稳定性，具有明显的优势。

随着慢走丝线切割设备、插齿等加工设备以及配套刀具的高速发展，谐波减速机核心零部件也涌现出多种多样的加工方案，但更高精度、更稳定的工艺方案仍需设备开发人员、工艺研究人员等工程技术人员持续不懈的共同努力。

参考文献：

[1] 齿轮手册编委会.齿轮手册（第二版上册）[M].北京：机械工业出版社, 2000：第九章9-28.

[2] 熊有伦. 机器人技术基础［M]. 武汉：华中理工大学出版社. 1996：10-15.

作者简介：

周丹（1986-），女，助理工程师，主要从事电机及智能装备产品设计开发、可靠性、加工工艺研究工作。

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