雙膽熱水器雙膽連通方式技術綜述及新結(jié)構探討

隋里 朱禮省 葛昭洋 郝曉鵬 肖娜 劉東

（青島經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司，山東青島 266101）

熱水器是日常生活中必不可少的家用電器，隨著人們對生活品質(zhì)要求的提高，對熱水器外觀的需求也日趨多樣化，厚度較小的熱水器的需求量正在上升，雙膽熱水器作為厚度最小的產(chǎn)品，成為眾多廠家爭相研發(fā)的結(jié)構。內(nèi)膽是熱水器的核心部件，內(nèi)膽結(jié)構的研發(fā)是節(jié)約成本、提高產(chǎn)能的重中之重，本文將對比雙膽熱水器與其他種類熱水器內(nèi)膽的結(jié)構差異，綜述幾種常見的雙膽結(jié)構及加工流程，并探討幾種創(chuàng)新的結(jié)構。

1 熱水器內(nèi)膽的分類和區(qū)別

電熱水器主要分為三類：即熱式熱水器、貯水式熱水器和封閉式熱水器[1]。即熱式熱水器不含水箱，貯水式熱水器水箱為開口式，封閉式熱水器含可耐壓內(nèi)膽。內(nèi)膽是封閉式電熱水器的核心部件[2]，常規(guī)熱水器中的內(nèi)膽從幾何形狀上區(qū)分主要有三種結(jié)構，一是單個球頭圓柱體內(nèi)膽，二是8 字形內(nèi)膽，三是雙球頭圓柱體內(nèi)膽。三種內(nèi)膽截面如圖1 所示（圖中三種截面面積大致相等）。這幾種結(jié)構承壓能力都沒有問題，均可達到脈沖打壓8 萬次以上的國標[3]要求。

圖1 三種內(nèi)膽橫截面示意圖

結(jié)構一單個球頭圓柱體內(nèi)膽是最常見的結(jié)構，也是最理想的內(nèi)膽形狀，其優(yōu)勢是容易制造，成本最低，且熱水利用率高；其缺點是直徑較大，在使用場所會占用較大安裝空間。結(jié)構二、結(jié)構三兩種內(nèi)膽在相同水容積下可使機身變薄，占用小安裝空間。但缺點是結(jié)構復雜，不易加工，比如結(jié)構二內(nèi)膽，其制造過程中的沖壓、焊接要比圓形內(nèi)膽復雜得多。結(jié)構三雙球頭圓柱體內(nèi)膽雖然每個內(nèi)膽都是球頭圓柱體結(jié)構，但是由于雙膽分上下兩個小直徑的內(nèi)膽，這就需要做雙膽的連通，使其本質(zhì)上還是一個內(nèi)膽。通常情況下，兩個內(nèi)膽之間要焊接至少兩根連通管，以滿足兩個內(nèi)膽連通以及進出水管的安裝要求，如果連通做的不好，比如只設一根連通管，或連通管直徑較小，就會出現(xiàn)死水區(qū)，使部分熱水無法順暢流出，降低熱水利用率，甚至在死水區(qū)形成電點腐蝕而降低使用壽命，因而連通應盡量做多，但成本也是制造企業(yè)需要考慮的方面，所以連通管數(shù)量應在合理的范圍之內(nèi)。

2 雙膽熱水器常見的幾種連通方式綜述

2.1 臥置雙膽

2.1.1 獨立連通管焊接連接結(jié)構

將獨立的連通管與兩膽組對到一起，并通過焊接的方式焊接到一起，此種結(jié)構為本文所說的獨立連通管焊接連接結(jié)構，如圖2 所示，一般情況下連通管的數(shù)量為2 個或3 個，其加工流程大致可按圖3 方式進行。

圖2 臥置獨立連通管焊接連接結(jié)構

圖3 臥置連通管焊接連接結(jié)構加工流程

2.1.2 無獨立連通管焊接連接結(jié)構一

如圖4 所示，為本文所介紹的無獨立連通管焊接連接結(jié)構一，該結(jié)構的特點是沒有獨立的連通管，通過在上膽沖壓出一個向膽外的翻邊，同時在下膽上沖壓出與上膽翻邊同軸的向膽內(nèi)的翻邊，上膽翻邊的外徑等于下膽翻邊的內(nèi)徑，上膽插入下膽后，兩翻邊端部平齊，然后將兩翻邊焊接連接（圖4中環(huán)焊縫c），該結(jié)構的特點是兩膽可以做到幾乎緊貼在一起，沒有間隙，尺寸做到最小，并較圖2 結(jié)構每處聯(lián)通位置減少1條焊縫。

圖4 臥置無獨立連通管焊接連接結(jié)構一

2.1.3 無獨立連通管焊接連接結(jié)構二

如圖5 所示，為本文所介紹的無獨立連通管焊接連接結(jié)構二，該結(jié)構的特點也是沒有獨立的連通管，通過在上膽沖壓出一個向膽外的翻邊，同時在下膽上沖壓出與上膽翻邊同軸且尺寸相同的向膽外的翻邊，通過兩膽翻遍對接組對后，焊接環(huán)焊縫d，該結(jié)構的特點是兩膽間距需預留相對較大距離，以便焊接時不與焊槍干涉。

圖5 臥置無獨立連通管焊接連接結(jié)構二

2.2 立置雙膽

根據(jù)不同的用戶及使用場所需求，除臥置雙膽之外，立置的雙膽也是常見的設計結(jié)構，目前常規(guī)的立置雙膽如圖6 所示。

立置雙膽一般不設置焊接連通結(jié)構，而是設置柔性機械連接管，圖6 所示常規(guī)的立置雙膽只在下端外部設置一個連接管，從外觀上看并不滿足熱水流通要求及熱效率。本文分析一下這種結(jié)構的原理：冷水從進水口流入，經(jīng)進水內(nèi)管流入左側(cè)內(nèi)膽，經(jīng)左側(cè)加熱管加熱后，熱水由于自身密度較小會聚集在左膽的上端，熱水經(jīng)連接管內(nèi)管、連接管外管可流入右膽，而冷水處于左膽下部不能流入右膽。左膽熱水進入右膽的底部，再經(jīng)右加熱管進一步加熱后，溫度更高的水會聚集在右膽的頂端，這里的熱水流入出水內(nèi)管，最后在出水口流出，完成冷熱水加熱及循環(huán)，這是一種比較巧妙的設計，經(jīng)過內(nèi)部的管路設計實現(xiàn)了想要的功能。

3 探討創(chuàng)新

3.1 臥置雙膽結(jié)構的探討創(chuàng)新

2.1節(jié)介紹了三種臥置雙膽結(jié)構，其共同點是均至少含有2 個連通位置，其適合的沖孔方式是一次性沖壓各連通孔，以免相對位置不好，導致上下膽無法組對，因而適合三段式熱水器內(nèi)膽（即左封頭+中筒+右封頭）結(jié)構。如采用兩段式熱水器內(nèi)膽（左封頭+右封頭）結(jié)構，兩個孔需要分別沖壓的時候，則很難保證左、右封頭焊接成膽后，孔相對位置的一致性，給制造帶來困難。因而本文提出了如圖7 所示的一種單焊接連通管+柔性連接管的結(jié)構，這種結(jié)構會非常適合兩段式內(nèi)膽的制造，對孔的位置要求很低，偏差均可以通過柔性管消除，其柔性管可設置1 個或多個，以滿足熱水順暢流出，不影響熱效率。其焊接連通采用2.1 節(jié)中所述的三種方式均可，柔性連接管則采用機械連接的方式連接。

圖7 臥置單連通管+柔性連接管結(jié)構

3.2 立置雙膽結(jié)構的探討創(chuàng)新

2.2節(jié)介紹的立置雙膽結(jié)構外部雖然看起來簡單，但是內(nèi)部需要設置一條不銹鋼連接管內(nèi)管，必然會產(chǎn)生一定的成本，本文探討一種取消這根內(nèi)管的方法，如圖8 所示，可以看出與常規(guī)立置雙膽相比，取消了內(nèi)部的連接管內(nèi)管，這就產(chǎn)生熱水流通的問題，本結(jié)構為了解決這個問題，在左、右膽的頂端設置了柔性連接管，這樣就解決了熱水流通的問題，其原理如下：冷水經(jīng)進水管流入左膽，冷水密度大，聚集在其底部，底部外置了左、右膽連接管，使冷水可流入右膽，這樣左右均將冷水在底部聚集，冷水經(jīng)左、右加熱管加熱后會分別聚集在左、右膽頂部，因在頂部設置了聯(lián)通，熱水可以交互流通，最后熱水流入右膽內(nèi)的出水內(nèi)管，經(jīng)出水口導出，不會影響熱水的流通和熱效率，滿是使用需求。

圖8 立置雙柔性連接管結(jié)構

4 結(jié)束語

在雙膽熱水器成為新寵的背景下，企業(yè)選擇簡單合理的結(jié)構和焊接方法對節(jié)約制造成本起著重要的作用，不斷開發(fā)結(jié)構更簡單、成本更低的新結(jié)構成也是企業(yè)持續(xù)發(fā)展的競爭力，雙膽新結(jié)構設計和改進不斷向前發(fā)展，必將逐步增加其科技含量、提高制造水平。本文探討的兩種新的雙膽熱水器連通方法，或可使制造難度降低，或可節(jié)約一定成本，為雙膽新結(jié)構的開發(fā)提供了新思路。