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摘要：人民生活不断提高的同时，人们对热水器也提出了更高的要求。本文为应对普通燃气热水器的出水温度不稳定的问题，以恒温热水器的工作原理为基础，对普通燃气热水器提出了一种改进设计，希望可以给提升普通燃气热水器性能上提供一定的帮助。
关键词：燃气热水器；改进设计；储水箱
前言
为解决热水器存在的问题，本文讨论了以avr单片机控制为前提条件，同时与储水箱还有傍通阀紧密联系，充分利用电磁阀与比例阀的热水器工作系统的设计方法。通过试验仿真可知，此类设计能够有效解决普通热水器出水温度不稳定的问题。如果此设计可以被广泛的运用，必能更好的满足消费者需求。
1.普通燃气热水器的缺陷
以下为普通燃气热水器的工作过程：自来水管中的冷水流经过水气联动装置的过程中，使控制燃气通断的电磁阀得到导通，管道中的天燃气因而可以进入燃烧室，除此以外，外电路控制点火控制器进行点火，在点燃燃气以后，这时，冷水也可以流入由肋片管组成的换热器，利用天然气燃烧产生的高温烟气可加热冷水，于是冷水变为热水而流出。当用户控制水流关闭时，电磁阀也关闭，供气结束，燃烧停止。整个系统的工作基本满足了冷水加热，安全保护的功能。
然而，我们可以观察到普通燃气热水器工作的过程中，它存在以下几个缺陷：
第一，如果启动热水器冷态（也就是热水器在进行第一次启动运行的时候），残留在热水器管道中的冷水在没有加热的条件下，直接从热水器出口排出，这部分的冷水并不能使洗浴的要求得到满足。
第二，如果热水器出现间断运行（也就是用户在启用热水器以后，由于一定的原因而对热水器进行短暂关闭而理次进行开启），由于换热器的热惯性，残留在热水器管道中的水会被逐渐加热至高温，这部分的水流出时因远远高出用户的需求水温，往往会造成用户烫伤等危险，熟悉的用户往往采取直接将这部分水放掉的方法处理。由此可见，热水器的冷态启动和间断运行均会造成水资源的浪费。
2.普通燃气热水器的改进设计
2.1 储水箱的设计
管道中中留下的冷水不能够进行充分的利用是导致热水器冷态在启动的时候，出现水资源浪费的主要原因，所以应该在每一次用完热水器以后，把管道中的冷水抽出并使其集中，以备下次循环使用。即把本次洗浴后的残余水量抽取至水箱当中，在下一次使用时，将其引入进水管道，将其与其余冷水一同加热至用户所需温度后排出，便可以避免上述的水资源的浪费。
这一种水箱系统的工作过程可以概括如下：
首先，如果用户结束洗浴以后，如果没有用户继续使用，则水管中的水逐渐冷却，当其温度远远低于设定的温度时，则水泵（水泵工作时，抽水的方向只能从左往右）开始工作，同时，3、4号电磁阀打开，1、2、5号电磁阀关闭，水管中的水流经4、3号电磁阀，最后流入水箱，当水管中的水都被抽完时，水泵停止工作。
其次，每次热水器刚开始工作时，若水箱中有水，则水泵工作，与此同时，5、2号电磁阀打开，1、3、4号电磁阀关闭，水箱中的水流经5、2号电磁阀后，流入热水器的加热系统，被利用。
最后，当水箱中的水用完时，水泵停止工作，同时，1号电磁阀打开，2、3、4、5号开关电磁阀关闭，热水器只利用自来水。
特别要说明的是，综合考虑空间和水量以及整体美观等因素，水箱的容积为1.5升。
2.2 傍通阀的设计
针对热水器在间断运行时由于换热器的热惯性而造成水温过热的情况，如果向过热的热水中加入适量的冷水，就能很迅速快捷将水温调至一个适宜值。
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在正常情况下，傍通阀关闭，只有在热水器出水口的温度传感器检测到水温过高时，控制电路才会控制开关s打开，使傍通阀打开，从而有适量的冷水进入出水管道与已加热的水混合，最终实现出水温度的调节，保护用户不会被过热的水烫伤。
2.3减少不完全燃烧消耗的方法
可以优化燃气热水器的燃烧室，确保燃烧室的面积热负荷以及容积热负荷，进行科学燃烧室空间的设计。尽可能地增加可燃成分在燃烧室内的时间，以使它能够充分地发生燃烧。可以依据不同气体的燃烧特点，进行燃烧空间的设计，以火焰不可以烧到热交换器顶部的肋片，肋片上不会出现沉积碳为设计原则；为了使燃烧室内的热损失得到有效的控制，可以尽可能地应用下鼓风式密闭燃烧系统。布风必须均匀，同时对一次及二次空气进行合理的分配，确保燃烧室内处在正压的状态，如此一来，就可以使燃烧室内的反应速度得到有效的提，也可以帮助烟气中的可燃物得到更为充分的燃烧反应；假如燃烧室是敞开式，可以在确保二次空气供给量的前提基础上，在燃烧器和热交换器间进行挡热板的增加设置，使热辐射能量的损失得到最大限度的减少。
2.4为了使散热损失得到有效控制的措施
为了使箱体的对外散热得到有效的减少，可应用保湿的绝热材料结构作为热交换器的燃烧室。在结构许可的前提基础上，可以在强制式燃气热水器的烟罩以外进行双层结构的设置，与此同时，热水器其它的地方不进行任何进风口的设置，使得进入热水器的空气能够在通常排烟罩时进行预热反应，以使燃烧效率大幅度提高，减少燃烧时发生的热损失。
2.5优化的热水器的工作流程介绍
2.5.1 冷态启动的工作过程 概述
用户可在在每一次进行燃气热水器的启动以前，用手动的方式输入期望的出水温度，安置于入水口的温度传感器在同一时间内，向系统控制中心进行入水温度的提供。系统控制中心会在第一时间对水箱底部的水压进行检测，观察其是否为零，再在此基础上进行水箱中是否有水的判断。假如数值为零，则直接应用自来水进行供水，如果数值不是零，则可先使用水箱进行供水。在进行供水时，流量检测器会显示进水量的大小数值，系统控制中心会依据计算出实现预期温度的气量大小，与此同时利用电路控制气量电磁阀和比例阀，得到相符合的气量。然而在热水器进行持续的工作时，系统能够自动地实现安全检测，如果发生出全故障，系统就能进入自我保护的状态。与此同时，系统控制中心可以依据水量的变化对气量变化进行实时的调节，以使出水温度固定不变。如果热水器运行结束相当长一段时间后，管道中残留热水的温度变低，管道中的水泵开始工作，把残留的冷水抽入水箱中，以备下次使用所需。
2.5.2 间断运行的过程
当热水器进入间断运行状态时，放置于出水口的温度传感器会自动检测出水口处的水温。如果出水口处的水温较高，系统控制中心就会通过外电路控制傍通阀打开，输出适量冷水进入管道中与热水相互中和，迅速降低出水温度，直至出水温度达到用户要求后，傍通阀闭合，热水器按正常情况工作。若出水口处的水温已经远远低于设定的水温，则管道中的水泵开始工作，将残留水抽入水箱中，下次启动热水器时直接进入冷态启动状态。
2.6 改进型燃气热水器的仿真实验
因为实验条件有限，本文主要以avr单片机为微处理器，设计了仿真电路来模拟改进型燃气热水器的工作过程，整个仿真电路基本上给出了改进型燃气热水器整个工作过程的仿真。实验发现，无论热水器工作在冷态启动还是间断运行状态，系统控制中心都可以实现对电路中各硬件的实时控制，从而使得热水器出水温度达到恒定，以满足用户的需求。
3.结束语
本文不仅仅给出了一种燃气热水器的改进设计方法，还指明了改进型燃气热水器的仿真电路，将两者紧密结合起来广泛的使用是极其可行的，能够实现节水的目的，同时与现阶段的节水的环保理念相一致，具有很大的发展空间，是一种更新换代的产品。
参考文献：
[1]夏昭知，伍国福.燃气热水器[M].重庆：重庆大学出版社，2012.
[2]谭隽宁，谭德宁.全自动燃气热水器的改进设计.2012.
论文作者:袁洪坚
论文发表刊物:《基层建设》2015年18期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：热水器论文; 燃气热水器论文; 水箱论文; 工作论文; 冷水论文; 水温论文; 电磁阀论文; 《基层建设》2015年18期供稿论文;