第1章
电热水器的主要性能与工作原理

1.1 概述

电热水器按储水方式可分为即热式和容积式（又称储水式或储热式）、速热式（又称半储水式）三种。其中，容积式是电热水器的主要形式，按安装方式的不同，可进一步分为立式、横式及落地式；按承压与否，又可分为简易式（敞开式）和承压式（封闭式）；按容积大小，又可分为大容积式与小容积式。

1.即热式电热水器

即热式电热水器一般需20A甚至30A以上的电流，即开即热，水温恒定，制热效率高，安装空间小。内部低压处理的优质即热式电热水器，可以在安装时增加分流器，可为多个龙头供水。将功率较高的即热式电热水器产品安装在浴室，既能用于淋浴，也能用于洗漱。一般家庭使用它既节能又环保。

2.储热式电热水器

储热式电热水器又分为敞开式和封闭式两类。早期的储热式电热水器多为敞开式或开口式的，其结构简单，体积不大，靠吊在高处的压力喷淋，水流量较小，但其价格较低，适合人口少，家境不很富裕，仅做洗浴使用的家庭。敞开式电热水器由于没有对内胆设计承压性能，故不能向其他管路多处供水，功能有限。封闭式电热水器的内胆是密封的，水箱内水压很大，其内胆可耐压，因此可多路供水。它既可用于淋浴，也可用于盆浴，还可用于洗衣、洗菜。

储热式电热水器可自动恒温保温，停电时可照样供应热水。

封闭储热式电热水器的工作原理非常简单，它们使用一根电加热管，通电之后给水提供热量。其内胆储存热水并承载0.6MPa（约6kg/cm2）压力，外壳保温。各种产品之间的区别体现在加热管上，有浸没型的，即直接与要加热的水接触，也有隔离型的。加热管有1.2kW、1.5kW及2.5kW等功率可供选择。加热管由一个温控器来控制，能设定所需温度并保持内胆中的水温恒定，且在40～75℃范围内可调。定时产品系列的时间控制系统能最大限度地节省能源，再配以分时电表，可节省大量电费。有的产品还具备大屏幕液晶显示屏、单键操作界面和实时故障监测功能。这种电热水器必须安装压力安全阀，以确保超压后能及时泄压。为了尽可能减少热量的散失，在壳与内胆之间还采用了聚氨酯或高密度泡沫塑料的加厚保温层。

3.速热式电热水器

速热式电热水器是区别于储水式和即热式的一种独立类型的电热水器产品。速热式电热水器的主要特征有以下几个。

（1）容量：6～20L；

（2）额定功率：3500～7000W。

（3）电源线截面积：2.5～4mm2。

（4）加热时间：3～8min。

（5）工作方式：1次预热，即可连续供应热水，无使用人数限制。

（6）恒温模式：机械恒温、全自动智能恒温。

（7）其他功能：防干烧保护、防烫伤保护、防超温保护、物理防电墙、防溅机体、防漏电保护、水电分离、磁感保护、超压保护、停水防倒流保护，以及断电记忆功能。

4.电热水器的功率

电热水器的功率以瓦（W）或千瓦（kW）为单位，通常是指电热水器内加热管的功率。其功率越大，单位时间内产生的热量越多，所需加热时间就越少，对电线的负荷要求越高。

目前，市场上常见的电热水器的功率有1000W、1250W、1500W、2000W、2500W、3000W等几种。为了满足人们对电热水器产品的多样性的需要，市场上出现了双功率电热水器，有500W/500W、500W/1000W、1000W/1000W、1000W/1500W等几种组合方式供用户选择。用户在使用时，可根据需要选择用一根加热管加热或两根加热管同时加热。

电热水器的功率大小一般与容量大小相对应，在制造时，已由生产厂家确定。通常情况下，10～15L选择1000～1250W，40～80L选择1250～1500W，100L以上选择2000～3000W。因此，用户在选购电热水器时，应该了解电热水器的功率大小。功率大小主要应根据住宅电表的容量和电源线的截面积大小来确定，1500W以下的电热水器所用电源线的截面积不应小于1.5mm2；2000～3000W的电热水器所用电源线的截面积不应小于2.5mm2。同时还要考虑到该电源线是专供电热水器单独使用，还是与其他家用电器同时使用等因素。

1.2 储水式电热水器的主要技术参数

（1）电气参数的额定电压：220V/50Hz。

（2）额定功率：家用电热水器一般为2000W，额定容量一般在300L以内。

（3）温控范围：30～80℃。

（4）额定水压力：0.6MPa。

（5）防水等级：防滴型。

（6）漏电保护插头的技术参数。

①额定电压：220V。

②额定电流：10～40A。

③漏电动作电流：10mA。

④分断时间：＜0.1s。

（7）过热保护器的技术参数。

①额定电压：220V。

②额定电流：0.1A。

③通断温度：5～93℃±5℃。

（8）加热管的功率：1200～6000W/220V（冷态电阻为80～410Ω）。

1.3 储水式电热水器的工作原理

1.3.1 普通储水式电热水器的工作原理

电热水器使用可以耐压的内胆，在内胆上安装加热管和温控部件，使用加热管对内胆中的水加热，当水的温度到达设定温度后，温控部件会自动切断电源。使用电热水器时，利用自来水的压力将内胆的热水压出，通过混合阀调节适合水温便可进行洗浴了，如图1－1所示。

1.3.2 微波电热水器的工作原理

如图1-2所示，微波电热水器的工作原理是：利用磁控管产生2450MHz的高频电磁波（即微波），在它的作用下，水介质的极性分子由原来的任意分布状态转为依电性排列取向，这些取向随着电磁波的频率不断变化，这一变化过程造成水介质分子以2450MHz的频率进行摩擦运动，产生大量的热量，使水温迅速升高，从而完成由电能到热能的转换。因为磁控管与水没有直接接触，并且采用负压接法，所以在使用过程中即使磁控管损坏，也不会导致使用者触电，从而真正达到水电分离的目的，这就是其安全性高的原因所在。另外，微波加热属于内部加热方式，电磁波能直接作用于水介质分子，使水介质能内外同时受热，不需要热传导。这样一来，就避免了外部加热方式中存在的局部过热现象，也就杜绝了局部过热部分结垢等问题的出现。当水加热到所设定的温度时，电路会自动断开，磁控管停止加热，整机处于保温状态。当内胆内部水温降低到这一温度时，磁控管再次通电加热。这种状态循环往复，使得微波电热水器始终有热水供应。

1.3.3 U2速热电热水器的工作原理

如图1-3所示，U2速热电热水器是由双内胆、双加热管，根据热力学原理构成的一个动态热循环系统。它包括上、下两个相互并联起来的独立内胆，两个加热管分别置于上、下内胆中。冷水进水管位于下内胆，热水出水管位于上内胆。当电热水器内胆注满冷水，加热管开始工作后，下内胆的冷水通过加热后变轻上浮，进入上内胆，热水聚集在上内胆顶部形成高压区，高压区的热水推进低压区的冷水，使冷水下沉到下内胆，从而又推进下内胆的热水上浮，这样电热水器内部的冷、热水之间形成动态热循环状态。通过上、下内胆之间冷水、热水的强对流，增强了冷水与加热管直接接触的频率，大大加速了热传递，也就极大提高了加热速度。U2速热电热水器彻底颠覆了传统储水式电热水器“死水”的加热模式，改变了传统电热水器体积庞大、预热时间漫长的“傻、大、笨”形象。其加热时间由传统的1个多小时缩短至10多分钟。

1.4 电热水器的控制电路

1.基本加热电路

如图1-4所示为电热水器的基本加热电路。分析这一电路工作原理的关键是转换开关，应分析当它处于不同位置时，电热水器的工作过程和状态。

当转换开关置于“关”位置时，500W和1000W电热丝都没有电流流过，此时电热水器不工作，电路中没有电流流动。

当转换开关置于“慢挡”位置时，电流表输出的电流通过转换开关，流过500W电加热丝（电流I1），而1000W电加热丝因为没有电流流过而不工作。

当转换开关置于“快挡”位置时，电流表输出的电流通过转换开关，流过1000W电加热丝（电流I2），而500W电加热丝因为没有电流流过而不工作。

在这个电路中，由于采用了不同功率的电热丝，所以电热水器有不同的加热速度。1000W电热丝因为功率大，电流大，所以加热快。500W电热丝因为功率小，电流小，所以加热相对慢些。在这个电路中，电表输出的电压是相同的，但不同功率的电热器在工作时所通过的电流是不同的，即电路中的电流I1、I2的大小是不同的。

2.典型储水式电热水器乐林YXD25-15的控制电路的工作原理

乐林YXD25-15的控制电路如图1-5所示，图中的电位器P完成温度设置，负温度系数的热敏电阻Rt完成温度检测，运算器LM324完成温度控制和防干烧保护控制，红色指示灯为电源指示，绿色指示灯为加热指示。

1）电热水器的加热过程

打开自来水开关，调节温度电位器（P）设定好温度；打开电源开关（K），220V的电压通过熔断器、电源开关（K）到电源变压器（T）的初级线圈，被变压器降压后由变压器的次级线圈输出交流14V的电压，经VD1、VD2的全波整流，C1的滤波变换为直流电压，再经R15、VD7、VD4稳压成8.2V，作为运算器LM324的工作电压。此时，电源指示灯VD7（发光二极管）导通发亮，表示电源接通。

当水温低于设定温度时，热敏电阻（Rt）的电阻值较大，它与R3对＋8.2V进行分压，使得对LM323的③脚提供的电压低于②脚的基准电压（基准电压由外接电位器决定，为2.7～5.4V），LM324的内部运算器根据此令①脚输出低电平，这又使得其⑥脚电压低于⑤脚的基准电压（4.1V），则LM324的内部运算器又令⑦脚输出高电平，则三极管BG2饱和导通，驱动继电器（J）吸合并使其触点接通，进而接通电加热管电源（交流220V），电热水器开始加热工作。同时，由于BG2饱和导通，其发射极有电压输出，使加热指示灯VD8（发光二极管）导通发亮，表示电热水器处于加热工作状态。

随着水温度的升高，热敏电阻（Rt）的电阻值逐渐增大，使LM324运算器的③脚电压逐渐升高，当③脚电压升高到大于②脚电压时，内部运算器根据此判断水温达到了设定温度，令①脚输出高电平，同时使⑥脚电压高于⑤脚的基准电压，使⑦脚输出低电平，这样三极管BG2截止，继电器（J）失电，其触点断开，进而使电加热管电源断开，停止加热；加热指示灯同时熄灭。同时，LM324的①脚输出高电平，加到⑫脚上，令⑭脚输出高电平，驱动蜂鸣器鸣叫，提醒用户加热结束。

2）电热水器的防干烧保护

当电热水器水位正常时，＋8.2V的控制电源电压通过电热水器中的水及防干烧探头使LM324的⑨脚的电压高于⑩脚的电压（4.1V），其内部运算器令⑧脚输出低电平，此时，VD6处于截止状态，对整个电路的工作无影响。

当电热水器的水位低于防干烧探头时，LM324的⑨脚电压低于⑩脚的基准电压，内部运算器令⑧脚输出高电平，该电平通过VD6、R6使BG1饱和导通，将LM324的②脚电压钳位于0V，导致③脚电压高于②脚电压，内部运算器令①脚输出高电平，即停止加热，蜂鸣报警，从而防止了电热水器的干烧。

1.5 加“防电墙”的电热水器

不少人认为，电热水器加装了漏电保护器就能够保证其使用安全。要解释这个错误的认识概念，就要先了解一下漏电保护器的工作原理，如图1-6所示。电源线中的火线和零线通过漏电保护器进入电热水器，当电热水器处于工作状态中时，一旦内部某一电器产生漏电，漏电保护器就可以在0.1s的时间内切断电源，防止电流继续进入电热水器内部。但是电热水器的电源线中还包含一股不通过漏电保护器的地线。从理论上讲地线也是为保证用电安全而设置的，因此国家规定地线不允许断开，也不允许接任何的继电器。但万一出现接地不可靠、装修时火线与地线接反、线路老化等情况，由于地线不通过漏电保护器，这时电流就有可能通过地线长驱直入到电热水器内部，则触电事故依然不可避免。

既然漏电保护器不能解决环境漏电这一难题，海尔电热水器便推出了“防电墙”技术，它很好地解决了环境带电的问题。

“防电墙”的原理，简单来说，就相当于在人体和水之间装了一个很大的电阻，一旦发生漏电现象，这个“电阻”可以分得大部分的电压，从而使人体所负担的电压非常小，如图1-7所示。

实验表明：即使向内胆中通入220V电压，经过“防电墙”的作用，人体在出水口处承担的电压也在12V以下（经人体电阻测算所得）。众所周知，36V是人体安全电压，因此12V的电压根本不会对人体造成任何的危害。也就是说，有了“防电墙”技术，即使在不安全的用电环境中洗浴，也能保证用户的洗浴安全。

海尔的“防电墙”技术，不仅能够解决因电热水器内部元件漏电而导致的正向漏电问题，还能够有效解决因环境漏电而导致的逆向漏电问题，实现了从产品安全到系统安全的跨越。因此，对于中国的较为不规范的用电环境来说，“防电墙”技术便成为洗浴安全问题的正确选择方案。