新冠肺炎突發(fā)疫情的出現(xiàn),導(dǎo)致整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的壓力時(shí)時(shí)刻刻影響到我們,也在改變著人們的消費(fèi)行為,消費(fèi)者的健康理念進(jìn)一步升級(jí),甚至產(chǎn)生一些臨時(shí)性的需求,比如說健康家居產(chǎn)品,購(gòu)買的需求在不斷增加。這就讓我們不得不思考,如何更好地去滿足用戶對(duì)健康生活的需求。
從家電產(chǎn)品的發(fā)展來看,儲(chǔ)水式電熱水器可以說是最早一批提升消費(fèi)者健康生活指數(shù)的產(chǎn)品。但是,以往消費(fèi)者對(duì)于電熱水器的需求點(diǎn)更多關(guān)注的是安全性、舒適性、美觀性、節(jié)能性等功能,對(duì)熱水健康的關(guān)注度并不是很高。而今年,消費(fèi)者對(duì)于熱水器產(chǎn)品的健康功能需求已經(jīng)上升到了前三位。
實(shí)質(zhì)上,儲(chǔ)水式電熱水器因?yàn)樗傅膯栴},鎂棒的消耗問題等,影響到使用的舒適性和健康性,主流品牌都提倡要用干凈的水洗澡,采用了各種技術(shù)解決方案,相關(guān)的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用一直都未中斷,希望把內(nèi)膽中的水變得更加潔凈。比如,在電熱水器中內(nèi)置水質(zhì)過濾系統(tǒng),采用銀離子殺菌技術(shù)來抑制或減少水中的菌群等。這其中,對(duì)于鎂棒在消耗過程中結(jié)垢在加熱管上,同時(shí)會(huì)形成臭水、黑水、掉渣,產(chǎn)生的鎂離子污染水質(zhì)這一行業(yè)共性問題尤為重視。
而早在2011年,《現(xiàn)代家電》雜志社就曾參與中國(guó)家電協(xié)會(huì)及行業(yè)主流品牌共同發(fā)起的2011健康熱水器專家論壇,研討電熱水器技術(shù)升級(jí),產(chǎn)品換代,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品安全系數(shù)大大提升,能效標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施也讓電熱水器的節(jié)能環(huán)保性能邁上了新臺(tái)階后,解決健康洗浴的問題,應(yīng)成為行業(yè)技術(shù)升級(jí)的方向。
比如,法羅力推出光觸銀殺菌技術(shù),從改善洗浴用水的水質(zhì)入手,有效殺菌和去除余氯,解決了水中有害菌和余氯對(duì)身體皮膚和發(fā)質(zhì)的影響。美的推出Tech活水功能,智能管理熱水器內(nèi)膽健康狀況。海爾推出凈水洗技術(shù),在水管處添加了抑垢因子,阻止鈣鎂離子,與碳酸根和氫氧根結(jié)合產(chǎn)生水垢。
所以,行業(yè)對(duì)于此種解決方案并未放棄,一直都在努力攻克這一行業(yè)難題。2017年A.O.史密斯推出了免更換鎂棒的電熱水器產(chǎn)品,采用了電子陽極棒,實(shí)時(shí)高頻探測(cè)侵蝕性粒子的強(qiáng)度,精準(zhǔn)釋放保護(hù)性陽極粒子,保護(hù)內(nèi)膽免受腐蝕。而且電子陽極棒無物理消耗,可以源源不斷地保護(hù)內(nèi)膽,也減少了用戶更換鎂棒的成本。同時(shí),陽極的作用,還能將自來水轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿訄F(tuán)水,沐浴中小分子團(tuán)水對(duì)肌膚有補(bǔ)水功效,對(duì)護(hù)膚也有一定的功效,使洗浴潔凈健康成為現(xiàn)實(shí)。
而且,考慮到用戶使用的過程中有可能會(huì)斷電使用,不通電的時(shí)候電子鎂棒停止工作,就沒有辦法保護(hù)內(nèi)膽。A.O.史密斯采用了雙保險(xiǎn)防護(hù)方案,同時(shí)有一根普通鎂棒。但電子陽極棒與普通鎂棒是交替使用,通電時(shí),由電子陽極棒來保護(hù)內(nèi)膽,普通鎂棒并不工作,一旦斷電時(shí),普通鎂棒就開始工作,持續(xù)保護(hù)內(nèi)膽。兩者不會(huì)同時(shí)工作,真正做到了對(duì)內(nèi)膽保護(hù)的雙保險(xiǎn)。
可以說,目前市場(chǎng)中主流品牌每年都會(huì)有主打健康的電熱水器新品推出,使品類的競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升,用戶的使用體驗(yàn)進(jìn)一步得以優(yōu)化。
在各項(xiàng)提升電熱水器健康度的技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中,電子陽極是在熱水器行業(yè)中應(yīng)用最早,但卻一直未被普遍采用的一項(xiàng)技術(shù)。電子陽極專業(yè)上稱為外加電流陰極保護(hù),是防止金屬腐蝕的一種經(jīng)濟(jì)、可靠的方法,最早主要應(yīng)用于船舶、管道等領(lǐng)域的防腐,后被研發(fā)人員將之引入,應(yīng)用于電熱水器當(dāng)中。
由于電熱水器內(nèi)的水環(huán)境是變化的,在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證過其防腐作用,該涂層在應(yīng)對(duì)變化的水環(huán)境時(shí),仍有缺陷。使用后性能不穩(wěn)定、電源方案不合理、使用成本高等原因造成其一直沒有被行業(yè)普及使用,尤其是一些品牌應(yīng)用此技術(shù)后還發(fā)生事故,致使很長(zhǎng)一段時(shí)期熱水器行業(yè)對(duì)電子防腐陽極敬而遠(yuǎn)之。對(duì)此技術(shù)在電熱水器中的應(yīng)用是不是可行?會(huì)不會(huì)有析氫的問題?是否能夠真正地保護(hù)到內(nèi)膽?等等業(yè)內(nèi)人士是報(bào)有很多擔(dān)憂的。
電子陽極良好的防腐效果以及不影響內(nèi)膽中的水質(zhì),甚至對(duì)洗浴水質(zhì)改善有幫助的優(yōu)勢(shì)是不容忽視的。2010年1月,華南理工大學(xué)專門從事陽極防腐技術(shù)研究的何剛教授的團(tuán)隊(duì)在順德舉辦了一次技術(shù)交流會(huì),將一些與家電相關(guān)科研成果向順德的家電企業(yè)推廣,其中就包括電熱水器電子防腐系統(tǒng)解決方案,當(dāng)時(shí),美的、萬家樂、櫻花等熱水器的高層技術(shù)人員均對(duì)此技術(shù)都有極大的興趣,相繼咨詢此專利的相關(guān)信息。為了使該系統(tǒng)在電熱水器中的各個(gè)環(huán)境中能夠起到防腐保護(hù)作用,佛山市順德區(qū)陽保電器科技有限公司對(duì)電子防腐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也做了進(jìn)一步的改進(jìn),對(duì)技術(shù)進(jìn)行了二次開發(fā),改變電子防腐系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境,開發(fā)了可持續(xù)供電電源,使得該系統(tǒng)能夠應(yīng)用于電熱水器系統(tǒng),并獲得國(guó)家發(fā)明專利(電熱水器電子防腐系統(tǒng)ZL 2012 1 0206061.4)。2012年6月至2016年6月,此技術(shù)經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反復(fù)的安裝實(shí)驗(yàn)調(diào)試、以及最終的整機(jī)安裝驗(yàn)證后將該系統(tǒng)應(yīng)用在電熱水器上。2018年通過“廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心”長(zhǎng)達(dá)一年的專業(yè)對(duì)比測(cè)試,測(cè)試結(jié)果(附測(cè)試報(bào)告)顯示,此電子防腐系統(tǒng)既能完全取代傳統(tǒng)的鎂棒完成防止內(nèi)膽被腐蝕功能,又能發(fā)揮電子防腐的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過幾年的市場(chǎng)運(yùn)行,2016年6至今,將此技術(shù)解決方案應(yīng)用在電熱水器產(chǎn)品上,已經(jīng)得到市場(chǎng)的驗(yàn)證,具備向全行業(yè)推廣應(yīng)用的價(jià)值。
電子陽極是以鈦為基底,涂敷貴金屬氧化物的電極,其工作是通過外加電流陰極保護(hù)是將被保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極相連,通過與直流電源的正極相連接的輔助電子陽極在電解液中發(fā)射的電流對(duì)被保護(hù)金屬進(jìn)行陰極極化從而達(dá)到保護(hù)的目的。
何剛告訴記者,電子陽極技術(shù)的成熟有兩大關(guān)鍵點(diǎn):
一是陰極保護(hù)的技術(shù)保護(hù)電位要求在-0.85~1.10V之間,由于電流在水中的電壓損失,電子陽極在儲(chǔ)水式熱水器中要達(dá)到保護(hù)效果,供電電壓要遠(yuǎn)大于0.85V,這要求電子陽極的供電電壓要足夠高,尤其當(dāng)儲(chǔ)水式熱水器用水環(huán)境水質(zhì)比較好時(shí),水中的電壓損失更大,電子陽極需要更高的電壓保證。電子陽極在某確定供電電壓值工作時(shí),如果低電導(dǎo)率水質(zhì)好的環(huán)境中能夠保護(hù)好內(nèi)膽不發(fā)生欠保護(hù),那當(dāng)水質(zhì)變差后,更能夠保護(hù)好內(nèi)膽。
二是解決析氫的問題。析氫,是由于過高的電壓會(huì)讓裸漏的內(nèi)膽陰極電解產(chǎn)生氫氣。析氫的副作用有兩個(gè),一個(gè)是陰極析出的氫氣和陽極析出的氧氣在高溫下有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。另外,電解在陰極產(chǎn)生“氫脆現(xiàn)象”,析氫是水電解后氫氣從陰極表面析出,“氫脆現(xiàn)象”的后果是內(nèi)膽的機(jī)械強(qiáng)度降低,增大滲水的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí),采用普通鎂棒也會(huì)析氫的問題,只不過量很少。
我們知道,水電解是有需要足夠的電壓,不同電導(dǎo)率的水電解所需要的電壓不同,電導(dǎo)率越高,電壓越低。舉個(gè)例子:干凈的飲用水電解的電壓需要10V以上,低于10V不會(huì)電解,即不會(huì)析氫,3%質(zhì)量濃度的鹽水2V電壓就會(huì)電解。鹽水在未飽和狀態(tài)下鹽水電導(dǎo)率與鹽的濃度成正比。即電解電壓隨電導(dǎo)率值升高而降低。
也就是說,安裝電子陽極的儲(chǔ)水式熱水器就相當(dāng)于一個(gè)電解槽系統(tǒng),為了避免析氫副作用,電子陽極的供電電壓不能過高,尤其在高電導(dǎo)率水質(zhì)差的水環(huán)境中,需要更低的電壓使電子陽極處于電離而不是電解狀態(tài),電子陽極在某確定的電壓值工作時(shí),高電導(dǎo)率水中沒有電解,水質(zhì)變好后也不會(huì)電解。
這就要求水質(zhì)差時(shí)電子陽極的供電電壓不能過高,而陰極保護(hù)的技術(shù)要求是在水質(zhì)好時(shí)供電電壓要足夠高,這似乎是矛盾的。如果電子陽極在某一恒定電壓值下工作,為了保證當(dāng)水質(zhì)好時(shí)能夠保護(hù)內(nèi)膽,這一電壓值要足夠大,但是儲(chǔ)水式熱水器的用水環(huán)境是會(huì)變化的,當(dāng)水質(zhì)變差時(shí),這一較高的電壓值會(huì)有可能導(dǎo)致析氫。
所以,變化的供電電壓是很好的解決方案,水質(zhì)好時(shí)供電電壓調(diào)高,水質(zhì)差電導(dǎo)率高時(shí)供電電壓調(diào)低。行業(yè)中有提出智能電子防腐儀概念,即智能跟蹤電位功能,精確電位控制,當(dāng)儲(chǔ)水式熱水器電導(dǎo)率高時(shí),自動(dòng)降低供電電壓,保證不會(huì)析氫,當(dāng)電導(dǎo)率加大供電電壓,保證內(nèi)膽和加熱管分別處理于陰極保護(hù)要求電位內(nèi),這一解決方案的確很好的解決了電子陽極的供電問題,但是這一方案控制要求高、電路復(fù)雜,硬件可靠性要求高,使用成本也高。
因此,需要更為穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)和低成本的解決方案。普通家用儲(chǔ)水式熱水器的儲(chǔ)水容積是確定的,即一般都在100L以下,儲(chǔ)水式的熱水器用水環(huán)境是確定的,根據(jù)中國(guó)家電協(xié)會(huì)的水質(zhì)報(bào)告,全國(guó)水質(zhì)電導(dǎo)率的范圍在0.57~12.57×10-2m/s之間,儲(chǔ)水式熱水器的溫度范圍也是確定的,在0~75℃之間。因此,華南理工大學(xué)何剛教授團(tuán)隊(duì)提出的解決方案是在這些參數(shù)范圍確定環(huán)境中尋找到一個(gè)最佳電壓值,最終鎖定為普通家用儲(chǔ)水式熱水器使用電子陽極通用3V恒壓供電電壓是比較可行的解決方案。即,采用恒壓的方案,電流是變化的,但是電壓是恒定的,既能夠保護(hù)內(nèi)膽,也能夠保證在水質(zhì)不好的情況下也不產(chǎn)生析氫。該方案已獲得國(guó)家發(fā)明專利(電熱水器電子防腐系統(tǒng)ZL 2012 1 0206061.4)。
佛山市速淶得智能電器科有限公司的王焱告訴記者,他在電熱水器20多年從業(yè)期間一直為電子陽極解決方案在電熱水器領(lǐng)域的應(yīng)用推廣做努力,為了證明電子陽極在3V工作電壓工作時(shí)通用于儲(chǔ)水式熱水器,他與何剛教授的團(tuán)隊(duì)做了大量的驗(yàn)證工作。其中,有兩大驗(yàn)證最為關(guān)鍵,一是證明儲(chǔ)水式熱水器水環(huán)境中電子陽極不會(huì)欠保護(hù),二是在最容易產(chǎn)生電解的儲(chǔ)水式熱水器水環(huán)境中電子陽極不會(huì)產(chǎn)生電解,也就不會(huì)產(chǎn)生析氫。
在測(cè)試時(shí),采用的是最難保護(hù)儲(chǔ)水式熱水器環(huán)境條件:第一,電導(dǎo)率低;第二,熱水器容積大;第三,水溫低;第四;陽極與陰極距離遠(yuǎn)。
取兩個(gè)100L儲(chǔ)水式熱水器搪瓷內(nèi)膽切掉頂部,內(nèi)膽中加滿蒸餾水(電導(dǎo)率為0.002mS/cm),為了保證水能夠?qū)щ?,在試?yàn)中加入2gNaCL(分析純)。加熱管不通電保持常溫水16℃(冬天),測(cè)量到水的電導(dǎo)率為0.02mS/cm)。在測(cè)試30天后,內(nèi)膽安裝外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果如下圖所示,采用電子陽極和傳統(tǒng)鎂棒有非常明顯的反差。
30天后,按照《搪瓷水箱內(nèi)表面強(qiáng)制電流應(yīng)急保護(hù)裝置》的硫酸銅參比電極測(cè)試方法,測(cè)得安裝電子陽極搪瓷內(nèi)表面保護(hù)電位-0.91V,符合陰極保護(hù)電位要求,安裝傳統(tǒng)鎂棒內(nèi)表面的保護(hù)電位為-1.65V,超出了保護(hù)電位范圍要求,內(nèi)膽處于過保護(hù)狀態(tài)。(由于鎂棒的消耗,內(nèi)膽中的水電導(dǎo)率會(huì)不斷增加,測(cè)試保護(hù)電位值電位也增加)
保護(hù)電位范圍試驗(yàn)裝置示意圖
保持電子陽極通電,加熱管始終不加熱,水溫保持在16±2℃保持范圍內(nèi),30天后,兩個(gè)搪瓷破裂點(diǎn)都沒有發(fā)生腐蝕發(fā)黃。
通過測(cè)試結(jié)果,可以看出,電子陽極在3V工作時(shí),即使儲(chǔ)水式熱水器最難保護(hù)的環(huán)境條件下可以保護(hù)內(nèi)膽不會(huì)腐蝕。特別是電子陽極棒在工作一段時(shí)間以后會(huì)產(chǎn)生了一層保護(hù)膜,當(dāng)斷電以后,保護(hù)膜也能起到一定的保護(hù)作用,在電熱水器10年的使用壽命期內(nèi)可做到全面防護(hù)。
析氫對(duì)比測(cè)試同樣是先設(shè)置最容易產(chǎn)生析氫的儲(chǔ)水式電熱水器環(huán)境:第一,電導(dǎo)率高;第二,水溫高;第三,陽極與陰極的距離短《水電解制氫氧》;第四,熱水器容積小。
測(cè)試時(shí)為了與傳統(tǒng)鎂棒比較析氫,用兩個(gè)15L的小體積熱水器內(nèi)膽,其中一個(gè)安裝電子陽極,另一個(gè)裝傳統(tǒng)鎂棒,在兩個(gè)15L的搪瓷內(nèi)膽中各放入15g的NaCl,內(nèi)膽注入蒸餾水后即濃度為1g/L。常溫下電導(dǎo)率安裝電子陽極內(nèi)膽中的水和安裝傳統(tǒng)鎂棒內(nèi)膽中的水電導(dǎo)率為2.94mS/cm和2.97mS/cm,兩者相差數(shù)值只相差1%,基本相同。但在最大控制溫度(75℃),加熱管通電24小時(shí)后,經(jīng)過氣體成分檢測(cè),電子陽極析出的氫氣量為98mL×8.36%=8.19mL,傳統(tǒng)鎂棒析出的氫氣量為1511mL×60.6%=915.67mL,電子陽極析氫量不及傳統(tǒng)鎂棒的1%。
也就是說,電子陽極在一般的水環(huán)境中幾乎不會(huì)產(chǎn)生析氫,而測(cè)試用的水的電導(dǎo)率是極高的,已遠(yuǎn)超出普通水質(zhì)的電導(dǎo)率范圍。這也說明,即使在極為惡劣的水環(huán)境中,電子陽極的析氫量不及傳統(tǒng)鎂棒的1%,電子陽極使用在普通儲(chǔ)水式熱水器中,在析氫問題上遠(yuǎn)比傳統(tǒng)鎂棒更安全。采用3V電壓給電子陽極供電適合儲(chǔ)水式熱水器,能安全保證保護(hù)儲(chǔ)水式熱水器內(nèi)膽不腐蝕。
可以說,中國(guó)電熱水器市場(chǎng)經(jīng)過20多年的發(fā)展,技術(shù)日臻成熟與完善,如何增加產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者的吸引力,成為品牌在當(dāng)下激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提升品牌份額的重要突破口。再加之近幾年家電清洗市場(chǎng)的興起,使用兩年左右的電熱水器,如果所在區(qū)域內(nèi)水質(zhì)差的話,在清洗電熱水器時(shí)內(nèi)膽中放出的水很臟,消費(fèi)者看到以后必然會(huì)留下極為深刻的印象。而采用電子極陽防腐的電熱水器在清洗時(shí)從內(nèi)膽中流出的水基本沒有臟水和污水,還是干干凈凈的水。而且電離可以將大分子團(tuán)水變成小分子水,比較容易吸收,洗浴時(shí)還能起到抗菌消炎和美顏的功能。這對(duì)于注重潔凈健康洗浴的消費(fèi)者來講,顯然是極具價(jià)值的。
因?yàn)椋陔娮渔V棒的電離作用下,熱水器中產(chǎn)生的弱酸離子水符合人體表皮的酸度要求,進(jìn)入皮膚基底層,清除毛孔內(nèi)污垢,祛除長(zhǎng)期化妝殘留的重金屬等有害物質(zhì),從而增加細(xì)胞活躍度加快新陳代謝,收斂皮膚,增強(qiáng)彈性,可用于美容護(hù)理,即具有殺菌、消毒、斂膚、美容的作用。弱酸性離子水的水分子團(tuán)小,滲透力強(qiáng),溶氧性高,能消除自由基,所以有美容,收斂毛孔的作用,外用對(duì)皮膚病,腳氣病,火、油的燙傷,清潔皮膚,愈合傷口有較好的效果,也適用于美容美發(fā),可以作為美容用水,可消除皮膚瘙癢與老年眼屎,對(duì)防治腳癬、腳臭、褥瘡、青春痘等(消炎殺菌)等也有一定的效果。用于洗澡洗臉可減少皺紋,增加彈性,使肌膚光澤亮麗。弱酸性離子水因其氧化還原電位和魔鍵化程度很高,具有收斂、漂白、抑菌、殺菌的功效,并且細(xì)菌等微生物不能在此條件下生存,改善肌肌膚暗沉,由于弱酸性離子水與人體PH值相近,長(zhǎng)期使用弱酸性離子水可改善肌膚暗沉,水油不均的肌膚問題。
據(jù)記者了解,目前主流品牌已經(jīng)在從標(biāo)準(zhǔn)層面推動(dòng)熱水器的健康洗浴升級(jí)。比如,2018年8月,美的牽頭,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)電器電子分會(huì)下的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《家用熱水器健康洗浴用水技術(shù)規(guī)范》立項(xiàng)討論,2019年5月29日,標(biāo)準(zhǔn)編制組織行業(yè)內(nèi)專家就標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)及試驗(yàn)方法進(jìn)行探討,完成標(biāo)準(zhǔn)的《征求意見稿》,公開向行業(yè)征求意見。2020年2月18日,海爾與中國(guó)抗菌協(xié)會(huì)聯(lián)合起草的《電熱水器抗菌、除菌和阻垢功能要求》進(jìn)入立項(xiàng)公示階段。
我們也看到,在此次疫情影響之下,很多品牌已經(jīng)開始在研發(fā)開發(fā)具有過濾、凈化、軟化水等功能的健康電熱水器,疫情讓消費(fèi)者更加注重健康沐浴,可以預(yù)見,具有健康功能的熱水器產(chǎn)品在市場(chǎng)中占比會(huì)逐漸增加。因此,也成為推動(dòng)電子陽極防腐在電熱水器領(lǐng)域應(yīng)用的最佳時(shí)機(jī)。
當(dāng)然,使電子陽極從生產(chǎn)端的零部件采購(gòu)成本來看肯定是高于傳統(tǒng)鎂棒,假如50L~60L電熱水器所用的普通鎂棒,正規(guī)品牌廠家的產(chǎn)品每根為8~10元,那么改用電子鎂棒可能就是20元~30元,有的甚至更高,但帶給用戶的價(jià)值會(huì)給產(chǎn)品帶來更高的附加值。有理由相信,電子陽極克服了傳統(tǒng)鎂棒的弊端,具有壽命長(zhǎng)、后期維護(hù)成本低,并能大大減少加熱管結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn),不會(huì)污染內(nèi)膽中的洗浴用水,為消費(fèi)者的健康洗浴護(hù)航,勢(shì)必會(huì)被在行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。