赵雪森 孙强 王伟 王锦超

（海尔热水器开发部 山东青岛 266101）

1 引言

当今社会，家电已经成为每个家庭必不可少的组成部分，各个类别的家电产品给人们生活带来方便的同时也提升了生活质量。随着高新技术和网络的高速发展，“智能家居”的概念越来越多的的被提及，而一些企业已经将智能家电的产品从概念变成了现实。随着技术的更新和人们生活水平的不断提高，绝大多数的家庭用户已经告别了“烧水洗澡”的时代，而热水器成为消费者的首选。近年来，热水器市场高速增长，城镇市场以电热水器和燃气热水器为主。电热水器在我国起步早，目前城市市场中保有量大，但很大部分已经濒临或超过使用年限，管路、电路均有老化的安全隐患，急需更新换代。近几年电热水器自城市市场逐渐扩大到农村市场，其方便和易用性成为最大优势。这些都将为电热水器的发展带来广阔前景。

超过安全使用年限，相关的部件锈蚀、老化、失去效力，安装时水压不符导致内胆承压过大，长时间不使用没有放水排空内胆。以上都会减少内胆的使用寿命，导致或加快内胆漏水，严重时会导致室内积水损坏房屋及室内设施，甚至导致电路短路引起火灾，引发安全隐患。因此，利用装配结构和软件控制方法实现对由于进出水管与热水器内胆的焊接不良，或内胆的圆柱部分与两端的弧形过渡部分焊接不良造成的漏水的检测和及时切断供水水源已迫在眉睫。

2 内胆漏水检测系统装配结构方案设计

2.1 装配结构模块图

如图1所示，将内胆漏水检测系统按装配结构划分为以下部分：右封头、内胆中桶、左封头、排污口、出水管、进水管、加热管、导水槽、NTC(温度传感器)、电磁阀、控制器。

2.2 各部分功能介绍

（1）右封头、内胆中桶、左封头、排污口、出水管、进水管、加热管组成内胆主体。右封头、内胆中桶、左封头、排污口、出水管、进水管各部分之间通过焊接连接。加热管通过螺栓压紧在右封头开口法兰处。

（2）安装于内胆主体底部的V型导水槽可将内胆漏出的水汇集到一起。

（3）导水槽内底部设置有一个NTC，NTC和位于控制器上的检测电路可以检测是否漏水。

（4）电磁阀执行控制器发出的指令，负责进水管水路的通断。

图1 装配结构模块图

图3 优选参数实测数值

图2 检测电路

图4 装配结构模块图(软件控制优化方案)

2.3 内胆漏水检测系统工作原理

如图2，通过调整温度传感器的检测电路参数（可以增加电源或者减小限流电阻），使温度传感器上的电流较多，温度传感器自身发热。根据温度传感器所处的介质环境不同，热量耗散速度不同，来判断其是处于空气中还是水中，从而知道是否漏水。

3 内胆漏水检测系统软件控制方案设计

3.1 内胆漏水检测系统软件控制基础方案

NTC是负温度系数的传感器，电阻R，电源U。电源电压值优选5V，电阻值优选141欧姆。NTC上流过的电流会使其本身温度升高，在不同的环境中热耗散速度不同，空气中会比较慢，水中会比较快。所以可以从NTC的阻值上判断其所处的环境。图3是按照优选参数实测的数值。可以看出：在0～45度的条件下，如果NTC阻值在100～200欧姆之间，即处于静止空气中；如果NTC阻值在200～500欧姆之间，其处于静止水中。

3.2 内胆漏水检测系统软件控制优化方案

从图3同时可以看出此方案的缺点：温度在45度以后两条曲线会逐渐重合，即无法区分是在水中还是空气中。要解决此问题有两个办法：（1）修改NTC的参数，使之在热水器合理的工作范围内（75度）不出现重合；（2）再增加一个NTC2，用来测量NTC1所处的环境温度。所以上述方案可以优化成方案二，如图4所示。

如图4，NTC2靠近NTC1，优选的位置是同一高度的临近位置。NTC2的限流电阻比NTC1要大很多，使其电流产生的热量很少（忽略不计），那么NTC2检测到的温度即为真实的温度。有了真实的温度作为基准，我们很容易就能从图3的曲线中得出NTC1所处的环境是在水中还是空气中。

4 内胆漏水检测系统装配结构和软件控制优化设计

图4所示的方案，可以很可靠地判断内胆是否漏水，可以通过控制器对电磁阀的控制，实现对进水管路切断水源，实时避免由于内胆漏水给用户带来的损失。

但对于制造商来说，封头与内胆中桶的焊接处、排污口与内胆中桶的焊接处、进出水管与内胆中桶的焊接处这些最薄弱最易发生漏水的环节，到底是哪个环节发生的漏水故障，从热水器外部是无法判断的，这样对制造水平的加强提高就无从谈起了。

如图5所示，可以把图4所示方案进一步优化，以上提到的5个最易发生漏水的环节都设计成一个图4所示方案，即每一易发生漏水的环节都有一套单独的检测电路，每一套检测电路检测到漏水时都可通过控制器控制电磁阀切断进水管路的水源。同时增设与控制器相连的显示器，用来显示检测到的漏水环节的位置，如图5所示。这样经过售后统计，就可以发现哪个环节漏水的概率最高，制造商可以有目的地控制生产工艺，提高质量水平。在热水器的应用，在热水器增设内胆漏水检测系统，特别是各地水质不同对内胆的腐蚀速度不同，对热水器的使用习惯是否合理，制造商质量水平是否稳定，这种检测系统的设置更为必要。当内胆一旦出现漏水问题，内胆漏水检测系统能可靠的监测到，控制器会立即关闭电磁阀切断自来水管路水源，封闭式热水器也就无水可漏，保护消费者免遭财产损失。同时，该系统会把这种内胆漏水位置通过显示器反映给制造商售后或质量人员，信息反馈给厂家进行统计，可以有针对性地进行工艺、材料、设计的改进，能够推动整个行业产品质量水平的提升。本论文对于多种原因导致的热水器内胆漏水提供了十分简捷、低成本的解决方案。

5 结论

随着城镇化程度的深化，城市电热水器的更新换代和农村市场的不断扩大，人们对舒适安全使用热水的需求不断增加，由于制造材料在一定范围的不稳定性、制造工艺水平的良莠不齐等因素导致的内胆质量不同，解决由此带来的内胆漏水致使消费者遭受财产损失已经迫在眉睫。生产企业在优化材料、提升自身质量水平的同时，增设内胆漏水检测系统来监测热水器的安全用水变得尤为重要。

因此，通过结构装配和软件控制优化设计

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