吴桂安 李志敏 陈 俊 邓飞忠 仇明贵

（华帝股份有限公司 中山 528400）

引言

随着零冷水技术在燃气热水器上推广应用结合目前大部分中国家庭管路布局的实际情况,两管方案零冷水燃气热水器因其可实现即开即热的功能完全颠覆了传统燃气热水器在消费者心里的印象结合其安装简便的特征，自问世以来在热水器市场掀起了追捧热潮。而两管方案机型要实现零冷水功能需设置远端阀门从而保证热水器在不同工作状态下进行水路的开关控制，单向阀因其固有的机械特性完美地实现了零冷水燃气热水器在循环加热过程水路单向导通的需求，所以在零冷水燃气热水器中得到广泛应用。

现普遍采用的单向阀结构主要是通过弹性材料所产生的预压力进行单向密封，当阀芯左右两侧流体压力相等时，阀芯在弹性材料预压力作用下对阀体进行单向密封，从而在不同水流道间形成截止阀门，当需要流道导通时则需通过外力输入克服弹簧潜在预压力打开阀门，因此选择合适的单向阀对两管方案的燃气热水器极为重要。

1 单向阀工作原理

单向阀又称止回阀，通过其内部阀芯结构控制流体只能往一个方向流动，从而实现不同管路间的截止或导通功能。为了保证其工作过程的可靠性，需要求阀体正向流动阻力小、反向密封性能好、动作灵敏，如图1所示。

图1 单向阀工作原理

对于两管方案燃气热水器而言（暂不考虑水管压损），P2为冷水管流体压力，P1为热水管流体压力，正常条件下P1=P2，P4=0故在封阀力P3作用下阀体始终处于截止状态；当P1+P4≥P2+P3，阀体处于导通状态，此时左右流道可形成相互连通单一流道。

2 单向阀封阀力与窜水问题的关系

由于管道内阻力存在且离进水口越远产生阻力越大，最终导致串水现象出现。假设进水压力为P、管道阻力含沿程阻力hf及局部阻力h、封阀力P0。

相关计算公式如下：

式中：

hf —沿程阻力损失；

h —局部阻力损失；

λ —沿程阻力系数；

l —管长；

d —管径；

v —断面平均流速；

g —重力加速度；

ε—局部阻力系数；

Re —雷诺数；

u —运动粘度；

Q —流量。

将（3）、（4）、（5）代入（1）计算可知[4]：

当P-hf-h+P0＜P时，即P0＜hf+h时热水器会产生串水现象。

2.1 单向阀封阀力对热水器循环流量影响

图2为两管方案零冷水燃气热水器安装示意图，单向阀安装在水流管道最远端，当机器需要对管道内冷水进行提前预热时，热水器内循环水泵启动，水泵抽力P≥P3时，单向阀门打开，从而实现循环预热功能。

图2 两管方案零冷水燃气热水器安装示意图

2.2 不同封阀力对系统循环流量影响

为进一步研究在不同封阀力下单向阀对于燃气热水器循环流量的影响，对各直流水泵各功率占比进行测试，试验条件:采用24 V直流水泵，9 m扬程；循环管长60 m、管道直径6分管。测试结果如表1、图3所示。

由表1、图3所述试验数据可知：①当封阀力一定时，随着水泵功率的增加，循环水流量也随之增大；②水泵功率一定时，随着单向阀选用封阀力增大时，循环水流量会相应减小；③按目前燃气热水器启功流量≥2.5 L/min要求，只考虑整机循环过程水泵有效功率范围，单向封封阀力应该取小值为宜；④如要求循环流量大，按以上试验机型所采用循环水泵分析，有效功率段应该选用在80 %以上。

表1 单向阀封阀力与循环流量的关系

图3 单向阀封阀力在不同水泵功率下与循环流量的关系

2.3 单向阀封阀力对两管零冷水窜水问题的影响

对于两管方案零冷水燃气热水器，如果热水器采用后制开关时，正常条件下冷水管与热水管内压力是相等的，此时单向阀受弹簧力的作用处于截止状态，但当用户用冷水时会导致冷水管内压力变小，如果P1＞P2+P3单向阀打开从而出现串水现象。为得出封阀力对窜水的影响程度，采用如图4所示实验方案，选用60 m长循环管道，分别在冷水管道5 m（1）、15 m（2）、30 m（3）处设置冷水出水阀门进行测试试验。

图4 实验方案示意图

试验条件:采用24 V直流水泵，9 m扬程；循环管长60 m、管道直径6分管，单向阀封阀力分别选用0.02 MPa、0.05 MPa、0.065 MPa进行测试；30 m。

（3）处为单向阀冷水出口；其测试结果如表2、图5所示。

表2 不同出水点处单向阀封阀力对整机流量的影响

图5 不同单向阀封阀力在不同流量，不同位置条件下的窜水流量曲线

由上述试验数据可得出：①当封阀力一定时，随着冷水口出水流量增加，串水流量也随之增大；②出水流量一定时，随着距离冷水进水端越远，串水流量随之增加；③不同流量条件下，单向阀封阀力越小，串水流量越大；④启功流量为2.5 L/min要求，一定条件下，用户冷水时也会造成热水器启动从而出现用户想用冷水却出现热水的问题。

3 结论

对于两管方案的零冷水燃气热水器，单向阀封阀力的选型是相互矛盾的事情，一方面受水泵功率的限制需选择封阀力不宜过大的阀体，另一方面考虑冷水端用水时造成的串水现象可能会导致机器启动。在两管方案机型设计开发或安装使用时必需考虑以下几点：

1）避免因稍微的串水现象造成整机误启动，故需对整机启动流量大小进行评估；

2）单向阀装在最远端，此处冷水出水最容易触发串水现象，故建议在单向阀冷水端增加限流阀；

3）从本文的试验可看出，选择封阀力约0.05 MPa时，系统在相当水泵功率下循环流量可保证的同时，串水流量也能得到很好的控制；

4）两管方案零冷水燃气热水器若只单独采用机械式单向阀控制，由于封阀力受限其在特定条件下会出现串水并导致整机错误启动，如想彻底解决此问题需考虑其他辅助方案，如在冷水端串联膨胀箱体进行压差补给、单向阀处增加水流信号反馈避免机器产生误动作等。