容积式燃气热水器及其发展

    引   言
    随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，燃气热水器必将跟随城市燃气事业的前进步伐，成为人民生活及生产中重要的燃气用具。燃气热水器有快速式与容积式两种。快速式热水器具有体积小，加热快的优点，已率先进入我国市场；目前多数为5—8升的小型家庭用的热水器。但是，只靠快速式热水器是远不能满足我国来自各方面的需要。此外，容积式热水器的一些特点也不能被燃气技术人员所忽视，本文自的在于介绍容积式热水器的类型及其独特的性能，以及在编制国家标准时考虑的一些问题。同时还论及热水器国外的发展方向，对我们目前应采取的措施及保证质量贯彻执行国家标准方面提出个人的粗浅意见，供有关同志参考，不当之处，还望批评指正。
    一、容积式热水器的结构型式     
   

    图1为容积式热水器的一种形式。它是由燃气燃烧器(10),加热火道(12)，带保温外壳(8)，温度控制器(6)，以及燃气接口(7)，热水出口(4)，冷水进口(5)等部件组成。燃气燃烧放出热量，热烟气经过火道(12)排出炉外，其中的水通过炉膛及火道吸收热量，被加热的水从热水口流出。冷水通过冷水管送到底部。当水温超过要求时，温度控制器(6)切断(或部分切断)燃气，反之可启动燃烧器。   
    这种热水器在火道(12)与外壳(8)之间可贮存一部分热水，故称容积式。在正常供热水之前，需要一定的预热时间，加热火道是主要的传热手段。加热火道可以是一个火筒或几个火筒组成。为了加强换热，在加热火道内加烟气绕流器或其他强化传热装置。
    二、容积式热水器特点   
    容积式热水器本身具有一定的储存热水的能力。它相当于用燃气火焰及热烟气直接加热具有一定水容积的热交换器(参见殴1)。在其中不需要快速热水器的水气联动阀，但需要控制水位及防止空烧的措施，同时宜采用控制水温的恒温装置，其主要待点有以下几方面。
    (一)  可降低热水器的生产热流量(热负荷)
    当采用快速热水器时，．其热流量必须等于或稍大于使用热水的负荷变化曲线中的最大值。如果采用容积式热水器，由于其本身具有一定的存储热水性能，故在热水负荷需要量最大时，所储热水能补充热水器热流量的不足。因此在同样热水负荷条件下，采用容积式热水器所需的热流量低于采用快速式热水器，这样就有减小热水器体积与减轻室内、外燃气管道负荷的效果。例如日本PS一120R及PS一200R容积式热水器，储水量为110—180升，负荷约8000千卡/时，相当5升快速热水器的燃气流量，预热1—1.8小时后，可升温至80℃，实际能出310升---520升的45℃的混合热水，可供容积为180--230升的浴盆。此功能单靠5升快速热水器是达不到的。这就是容积式的主要优点。关于储水容量与燃气流量的关系以后专题论述。
    (二)水阻力比较小   
    容积式热水器的水阻力低于快速式热水器的水阻力。由此采用容积式热水器做为燃气热水采暖系统的热源时，可以采用重力式自然循环系统。从而不需要采用水泵，也不受市电限制。
     (三)在同样热流量条件下体积比大
    由于需要一定的储水容积，在同样热流量条件下，容积式热水器的体积大于快速式，并且也需要一个预加热时间。
    三、容积式热水器的分类
    (一)按水压可分为：
    1．常压敞开式热水器：这种热水器的储水容器与大气相通。热水器本身承受的水压小于6米水柱(水箱距炉体高度小于6米。见图1)。这种热水器不属于劳动部规定的压力容器。由于其有敞开式水箱，在设计、制造方面没有特殊的压力容器的要求。  
    2．有压封闭式热水器：这种热水器的储水容量为封闭式，热水器本身承受一定压力。根据我国国务院的自发[1982]22号文件颁发的《锅炉压力容器安全监察暂行条例》及《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则中规定：低级压力容器是指：(1)容积小于25升；(2)容积大于25升，但压力与容积的乘积小于1962升.干帕；(3)介质最高温度低于标准沸点的液体压力容积。此类低级压力容器在条例中，属第一类压力容器(注：这是1993年的资料)。根据条例的规定，封闭式容积式热水器已属于低压锅炉范围，对这种产品的设计与制造均应得到规定单位的批准。目前我国市场上燃气封闭式容积热水器很少，同时也缺乏专门与其配套的安全、调节装置。
    (二)根据加热速度可分
    1．速加热型热水器：当额定热流量与储水容量的比值＞1.2千瓦/升时，为速加热型。
    2．缓加热型热水器：当额定热流量与储水容量的比值＜1.2千瓦/升时，为缓加热型。缓加热型储水容积较大，需较长的预热时间。，由于其储水容器中、有温度梯度，在测其热效率时应采取措施，防止此温度梯度影响测试精度。
    (三)根据热水器的功能分
    1．热水型热水器：热水器只供应热水，一般控制其温度不大于65℃，这样可以减少水结垢。
    2．采暖型热水器：主要用于燃气-热水采暖系统中?其出口热水温度达60—95℃，回水温度约65—75℃。这时系统中的水为循环水，尽量减少补充冷水，更不能从采暖系统取出热水应用于洗澡。
    

    3．热水采暖两用型热水器：既可以供热水，又可以采暖，并且省时两者可同时工作。要注意的是采暖功能的热交换器与热水功能的热交换器应分别考虑。图2为这种热水器的例。
    燃气燃烧加热采暖系统的回水。而冷水(自来水)经过加热盘管(14)，被炉内热水加热供给淋浴或厨房用。由于加热系统与采暖系统隔绝，故不会导致大面积结水垢。
    此外还有按燃气种类分，排烟方式分等数种分类方法，其原则与快速热水器一样，不再一一赘述。
    四、燃气热水器的发展方向
    (一)  国外发展动向
    最近几年来，在国际市场上由于能源(天然气、电及液体燃料)的竞争与高新技术的推广，促使燃气用具，尤其是热水器，(无论是快速式还是容积式)有了飞速的发展。天然气由于其价格低，污染少，功能已能与电热水器比美，所以在城市三种能源的激烈竞争中，取得了自己的地位。目前国际上热水器的趋势为：   
    1．追求豪华舒适方便——采用程序控制   
    豪华外型，琴键开关，自动点火：除外型美观豪华外，采用琴键开关及自动点火。也就是“按一下(one Touch)”。只要按一下琴键，水门打开，自动点火，灭火后自动点火停止，熄火保护开始工作。这样可以保证正常运行。目前日本新热水器均已达此要求。并在产品说明书上自称为自动点火装置。我们有些单位称其为全自动热水器，是不太恰当。对于没有温控尚需人工调水温，只带 自动点火的热水器，建议命名为“自动点火型燃气热水器”。
     预定温度，自动调节水温：人们可以根据自己的需要预设了舒适的温度后，燃气据水量与水初温自动调节到使热水达到预设温度，可免去人工自己调节水量达到合适的温度的麻烦。
    浴盆水位与水温自动调节与遥控：热水器供应浴盆时，可以随意调节水温，水位及保持恒温的循环水，同时还有遥控板。热水器可以远离浴室，而在浴室通过遥控板预定各种要求，并可启动工作。现在已能做到提前一定时间，给家中拨电话后，热水器自动启动，等回到家中浴盆已备好舒适温度及理想水位的热水，供主人享用。日本的0Bw—16Rwl型热水器有此功能。   
    2．追求节气降污——采用节能新技术
    取消长明火提高年实用热效率：申于自动点火技术的成熟，国外已不用长明火。这样可节约大量因长明火常年点燃所消耗的燃气，提高了年实用热效率。
    采用脉冲燃烧技术：由于脉冲燃烧的特性，在提高了热效率的同时，还降低了污染，尤其是N0x的污染。日本在80年代已有13.3号及20.3号脉冲燃烧热水器(PC.130R及PC．200R)此外还有一种33公斤/时蒸汽发生量的脉冲燃烧蒸汽锅炉。只是未见其系列化产品。
    利用热泵技术：由于热泵技术可使采暖热效率达到100％以上(以低位热值计)，所以用电热泵来采暖已成现实。但是燃气热泵技术问世后，由于气价低于电价，故有竞争能力。尤其是冬季采暖，夏季空调，一机两用，可缓解燃气冬夏用量的季节性不平衡。故有广阔的前景。现在日本煤气公司已推出负荷为2—30马力的热泵系列产品。  
    除以上所述外，尚有冷热机组，冷凝式热水器，低NOx燃烧技术等均有节约燃气降低污染的功效。
    3。追求体积小，多功能——与建筑—体化 
  “超薄型"一直是国外厂家宣传内容之一。主要是减小占有体积，扩大人们活动范围。同时进一步利用房间的死角，并使热水器本身对建筑有一定装饰性，与房间的家俱相协调，形成设备固定化，并与建筑合为一体。此外追求多功能、一机多用也是有节省器具占有空间的效应。例如日本的GBW一16RW型可供淋浴、浴盆、洗手盆、洗衣机等多类热水供应。有的机型具备采暖与热水两用功能。热泵与冷热机组一年中冬天采暖、夏季空调、并且全年都可供热水。此外热水器带干燥功能可防止浴室发霉。   
    4．追求安全、隔离——采用多种安全措施
    燃气与电比较，中毒与易爆等不安全因素是致命缺陷。为了在市场上立足，重视安全使用燃气。在热水器上设有多种安全保护设施，如熄火、缺氧、一氧化碳超标、过热、空烧、漏气等保护装置。同时尽可能采取隔离措施，例如平衡式就是把燃气与空气均由室外供给，烟气直接排出室外(排烟口也应遵照规范要求)，增加了安全性。如有可能把整个机组放在室外。内部用遥控板控制运行。这样就更增加了安全系数。对于高层建筑应专门设置安全报警及控制系统，利用计算机监控，一旦发现故障立即报警并停止气源，确保安全用气。
    (二)国内概况发展方向及采取措施   
    1．国内概况  
    我国燃气事业起步晚，燃气用具品种少，热水器品种更少。绝大多数为5升的快速热水器。由前置式改为后置式并加熄火保护是前进了一步。到目前为止能适应各种燃气自动点火型的6.5—8升的热水器产品为数还是很少。首先不能把没有温度控制的热水器误称为全自动。其次要开发用电磁推动阀或电磁冲击阀自动点火的热水器，尽快解决第一次着火的爆燃问题，并保持产品的稳定性能与电磁阀与控制板的耐久性。
    2．目前应采取的措施
    在我国即将恢复“关贸”之际，我们如果不开发出适合国情的热水器，必然会被“舶来品”的洋货占领我们的市场。为此我们管理、生产及技术等部门应根据国情开发新产品并且提高产品质量，尤其在关键零部件的耐久性方面要过关，为此：
    (1)加快开发自动点火型热水器：我国生活水平还不高，这种产品在我国有很大市场。这种产品以采用燃气电磁阀并配以适合国情的安全控制措施，满足国内广大用户要求。
    (2)提高热水器产品质量：我国热水器产品热工性能指标不低于国外产品，只是在外形与耐久性方面差距太大，究其原因，主要因为一些关键部件质量差寿命短。如熄火保护热电偶、水气联动阀皮膜及传热水箱等件使用1—2年后就可能失灵。对自动点火型热水器电磁阀与控制板也是关键部件，必须下力量，提高质量延长寿命。
    (3)认真贯彻、执行国家标准：我国颁布的GB2828及28291GB6583.1—86及GB/T10300.1—10300.5，是保证产品质量的法规。后者提出的产品质量保证体系，各厂家必须严格建立各种保证产品质量的制度，并认真执行，一改过去个别厂家粗制乱造的作风，确保产品质量——厂家的生命线；管理部门也要认真研究GB2828—87及G82829—87标准的抽样检查的质量监督制度。同时在制定厂标时，慎重确定AQL值及检查水平。与企业努力把好质量关。   
    (4)重视理论研究，开发新技术，新产品：这是我们长期忽视的问题。至今我们还没有适合国情的燃气燃烧稳定曲线。只有个别单位研究理论与新技术，远不能满足要求，为此呼吁主管部门及有远见卓识的大型企业重视此问题，拨出必要经费，尽快赶上世界发展否则永远跟不上潮流，把我国广大市场，拱手让给别人。
    五、几点建议  
    1．首先开发5—8升自动点火型热水器(容积式或快速式)
    2．根据市场需要，逐步发展室外型，带遥控的全自动多功能热水器。   
    3．贯彻、执行国家标准；确保产品质量。   
    4．重视理论研究，发展节能技术，不断开发出新产品。   

参考文献
    1．“常压舍积式燃气热水器”国家标准报批稿，天津大学等编  1992．
    2．“锅炉压力容器安全工程学”孙哲民  机械工业出版社，1986．   
    3．“锅炉压力容器安全监察暂行条例”国务院，国发[1982]22号文件，1982．
    4．“GB2828—2829—87”、“GB6583.1—86”、“GB/T10300.1---10300.5”，1987． 




                              (本文作者：天津大学  金志刚)