1、关于储热热水器安全阀滴水的问题分析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抱怨较多的一个问题。根据对不同厂家的产品进行滴水测试结果统计看，一个加热过程，平均滴水量要达到 1 升左右。保守估计市场存量机器为 5000 万台，按一天加热一次计算，浪费的水量是惊人的：1*5000/1000=5 万吨水，相当于 48 个标准游泳池的水量。并且需要注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*
2、1000*4.17*（50-15）=7297.5MJ，折合标煤为 250 吨。可见安全阀滴水看似小事，但其中对节能减排，水资源节约大有文章可做。此外，安全阀过早滴水说明内胆过早达到额定压力，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行分析和研究，找到改善的方法。二、理论分析二、理论分析从注水到加热至热水器安全阀滴水，内胆中的空气经历了两个过程，第一个过程是从注满水用户关掉出水阀开始，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。根据理想气体方程可知：P0V0=P1V1(1);式中：P0为大气压；V0为水面刚好达到出水管高
3、度时，胆内空气的体积；P1为进水绝对压强，；V1为胆内空气压力等于进水压力时，胆内空气的体积。特别说明：所有的压强均应该是绝对压力，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，应该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）第二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（忽略水柱所产生的压力），安全阀开始滴水，对此过程应用理想气体方程可知：P1V1/T1=P2V2/T2（3
4、）式中：P2为安全阀开始滴水时的气体绝对压，可近似认为等于（安全阀外泄压+0.1）；V2为安全阀开始滴水时的气体体积；T1为开始加热前的空气温度，近似认为等于进水温度；T2为开始滴水时空气的温度，近似认为等于热水温度。特别说明：所有的温度均应该是热力学温度，而不是摄氏度，折算公式可以按照：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）再根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
5、义是 Vs2/Vs1，此时利用本文中的 k 的定义稍作变换即可，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提供出水管管口到内胆顶端合适的距离是多少）：V0/Vd=V0/(Vs0+V0)=1/(Vs0/V0+1)，（7）将（6）带入（7）可得到：V V0 0/V/
6、Vd d=kP=kP1 1P P2 2T T1 1/P/P0 0*(*( P P2 2T T1 1- - P P1 1T T2 2) ) +kP+kP0 0P P2 2T T1 1 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（特别注意，需要将我们通常习惯定义的表压力折算为绝对压力，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，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，上部空间需要达到内胆总空间的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
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