基于TRIZ原理的附加水罐和內(nèi)循環(huán)裝置的燃?xì)鉄崴骱銣夭呗匝芯?/h1>
2022-02-16 09:12:20韓健曹冠中葉盛響黃凱
家電科技 2022年1期
韓健 曹冠中 葉盛響 黃凱
青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司 山東青島 266101
0 引言
燃?xì)鉄崴骶哂屑礋峒从谩⒐?jié)能低耗的優(yōu)點，已經(jīng)越來越受到用戶的認(rèn)可。鑒于安全原因，通常強排式燃?xì)鉄崴鞅话惭b在廚房，水被加熱后需通過管道輸送到衛(wèi)生間使用，使得熱水器的加熱端和出水端存在一定距離，從而水的抵達(dá)溫度與加熱端有一定溫度差，存在“夾層水”現(xiàn)象。所謂“夾層水”，即用戶在洗浴過程中，關(guān)停出水閥后再次打開時，水溫會出現(xiàn)先熱后涼的狀態(tài)。本文研究的核心問題為如何盡可能減少水溫波動，保持恒溫。
針對以上問題，已有研究人員著重從軟件層面進(jìn)行優(yōu)化[1]。對業(yè)內(nèi)主流品牌燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)[2][3]進(jìn)行反向拆解，重點借鑒其前饋和后饋控制策略[4][5]，但該種方法效果已經(jīng)達(dá)到一定極限值，溫度維持在±2℃，若結(jié)構(gòu)硬件不做任何升級，恒溫效果將一直徘徊不前。本文借鑒TRIZ理論中物場原理[6]，將加熱系統(tǒng)和用水系統(tǒng)分別定義為S1物場和S2物場，在該模型內(nèi)嘗試兩種不同方案：①物場原理，在S1物場和S2物場之間增加S3物場（內(nèi)循環(huán)裝置），有效利用燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部的熱力場混水均溫；②技術(shù)矛盾解，利用條件分離當(dāng)中的借助中介物（增加水罐）解決高低水溫問題；每種模型模擬用戶真實使用場景進(jìn)行實驗。
另外，對于夾層水的問題，由于每個用戶家中的具體管路安裝和每個人的舒適度體感不同，對同樣條件的出水，體驗結(jié)論可能千差萬別，對此建立了初步的熱水器舒適度評價體系，在一定進(jìn)水溫度、出水距離、出水量的前提下，從最低水溫和最小夾層水量兩個維度進(jìn)行等級評定，共區(qū)分出4個等級來定義夾層水的舒適度。
綜上分別結(jié)合兩種夾層水改善方法測試結(jié)果，輸出各方法夾層水的改善效果等級，評估現(xiàn)有產(chǎn)品平臺改動可行性和投入產(chǎn)出比，最終選定水罐+內(nèi)循環(huán)裝置為改善策略，即在熱水器出水端增加一個0.5 L的儲水罐加停水循環(huán)燃燒，7 L流量以下，能將最低水溫提升10℃，能有效解決7 L以下流量的夾層水問題。
1 TRIZ解題方法
1.1 附加場解
1.1.1 物場模型建立
最簡單的物場模型至少應(yīng)該包含以下三個元素：
（1）第一種物質(zhì)（S1）：作用的承受者（本文中指管中水）；
（2）第二種物質(zhì)（S2）：作用的施加者（本文中指加熱系統(tǒng)）；
（3）場（F）：存在于作用施加者和承受者之間的作用。
用圖1表示場F對于S1和S2的作用。
圖1 物場模型
1.1.2 附加場建立
目前燃?xì)鉄崴鳟?dāng)中的燃燒器和換熱器共同組成S2對管中水S1進(jìn)行F加熱作用，但是目前此物場并不是十分完善，存在一個時間差的矛盾，在S2不對S1發(fā)生作用的時候，S1中有部分冷水未被加熱，會摻雜在熱水中，形成夾層水。根據(jù)TRIZ理論中的利用環(huán)境資源并引入添加物的物場模型方法，充分利用S1中的熱力場，增加S3（內(nèi)循環(huán)管路），將S1中熱力場直接引入到進(jìn)水口處以中和進(jìn)水涼水，進(jìn)行二次加熱，縮短升溫時間。圖2為物場模型的變化示意圖，圖3為熱水器中的管路示意圖。
圖2 復(fù)合物場模型
圖3 熱水器管路示意
1.2 技術(shù)矛盾解
TRIZ中的技術(shù)矛盾是指在改善對象的某個參數(shù)（A）的時候，導(dǎo)致另一個參數(shù)（B）的惡化，此時，稱參數(shù)（A）和參數(shù)（B）構(gòu)成了一對技術(shù)矛盾。
在本文研究的課題當(dāng)中，出水管前段水溫和后段水溫就是一對技術(shù)矛盾，前段水溫高，后段水溫必然低；前段水溫低，后段水溫必然高。從而利用TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解中條件分離方法中的借助中介物原理[6]，在出水口前端增加一個中介物儲水罐，從而將前段出水和后段出水的水溫快速中和起來，將水溫的上下波動拉平。
燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部結(jié)構(gòu)空間非常緊湊，且外殼尺寸平臺已經(jīng)確定，嘗試在內(nèi)部搭載1 L和0.5 L水罐兩種解決方案。結(jié)論是1 L水罐方案在10 L/min流量下能較好解決水溫降低的問題，能夠?qū)⒆畹退疁靥岣?℃～9℃。存在的問題是首次加熱時加熱時間由10 s提到20 s以上，延長了加熱時間；增加一個0.5 L的儲水罐能提升最低水溫7℃，能解決5 L以下流量的夾層水問題，但5 L以上的由低溫水引起的夾層水問題，解決效果不明顯。
綜上，對于1.1附加場解（內(nèi)循環(huán)）和1.2技術(shù)矛盾解（水罐）單獨運用[7]，都不能完全解決夾層水問題，從而需要進(jìn)行綜合運用，才有可能達(dá)到理想改善效果，在本文后續(xù)實驗過程中將兩者合并在一起進(jìn)行驗證。
2 舒適度評價分級
2.1 夾層水溫度曲線
夾層水溫度曲線如圖4所示。
圖4 夾層水溫度曲線
圖4中紫色曲線為出水口最低溫度27℃，時間為8.19 s；藍(lán)色曲線為8 m處出水口最低溫度30℃，時間為7.58 s；綠色曲線為13 m出水點最低溫度34℃，時間為7.38 s。以上為沒有增加任何改善措施時夾層水原始出水狀態(tài)。這個曲線描述了如下這個洗浴場景：在冬季沐浴時候，關(guān)水后再開，先是一股更高溫度的熱水，繼而是一股冷水，持續(xù)時間大約在7 s。洗浴體驗忽冷忽熱，要提防水溫變化。
2.2 舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
2.2.1 測試條件和方法
（1）測試條件
進(jìn)水溫度：（9±1）℃；燃?xì)鈼l件：0～2 Kp；供水壓力為0.1 MPa，供水水壓穩(wěn)定[7]。
設(shè)置狀態(tài)：按說明書要求管路連接，在出水口設(shè)置溫度傳感器，能連續(xù)監(jiān)控溫度變化。溫度設(shè)定42℃，將進(jìn)水流量調(diào)節(jié)到使熱水器處于最大負(fù)荷流量?；虿捎迷黾舆M(jìn)水壓力方式使熱水器在最大熱負(fù)荷狀態(tài)下工作。
測試母本：選定海爾JSQ31-16CR5SWU1型號燃?xì)鉄崴?，制熱水能力?6 L/min；額定輸入功率48 W；額定熱負(fù)荷31 kW；外觀尺寸：640 mm×390 mm×1600 mm。
測試設(shè)備：海爾熱水器試驗臺，如圖5所示。
圖5 實驗設(shè)備
（2）測試方法
熱水器點燃運行10 min后關(guān)閉出水，2 min后再次開水運行，測定出熱水的最低溫度。記錄出水溫度曲線，并根據(jù)曲線記錄溫度低于37℃的時間，根據(jù)時間和流量計算出夾層水水量[8]。
2.2.2 夾層水舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
結(jié)合2.2.1測試條件和方法，按照最大負(fù)荷，開機10 min后停機4 min再次重啟，按照通常自來水8 L/min的流量，結(jié)合熱水器型號水路參數(shù)，在出水口、8 m用水點、13 m用水點產(chǎn)生的低于37℃的出水量分別為：1.09 L；1.01 L；0.98 L?？梢杂米畹退疁睾妥畹蛫A層水量來衡量夾層水改善效果評定[9]。
舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)是筆者根據(jù)多次實驗結(jié)果從水量、溫度和時間三個維度進(jìn)行綜合劃分的：若最低水溫較低，夾層水量又大，恒溫所需時間又長，用戶的洗浴感受肯定是較差的，定義為舒適度第四級；相反，如果最低水溫和體溫基本相仿，夾層水量很小或者幾乎為零，夾層水量小，必然意味著達(dá)到恒溫的時間較短，綜合來看，用戶的洗浴感受將會有很大改善，相對而言是最佳的，定義為舒適度第一級；介于這兩種情況中的其他狀態(tài)，定義為第二和第三級，且分級標(biāo)準(zhǔn)是以最低水溫為較大權(quán)重。分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1 夾層水舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
3 方案測試和數(shù)據(jù)分析
3.1 無水罐方案與1 L水罐方案對比
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min，測試加水罐（1 L）和不加水罐兩種情況下的出水溫度的最低溫度。測試數(shù)據(jù)如表2所示，水路循環(huán)如圖6所示。
表2 無水罐方案與1 L水罐方案對比
測試結(jié)論：增加1 L水罐后，最低水溫為37℃時，夾層水量已經(jīng)為0 L，舒適度評級結(jié)論為一級。綜上，10 L流量下能很好解決水溫降低問題，能夠?qū)⒆畹退疁靥岣?～9℃。存在的問題是首次加熱時加熱時間由10 s提到20 s以上，雖然符合首次加熱時間國標(biāo)要求＜35 s，但是帶給用戶的體驗不佳，嘗試使用更小水罐方案，例如0.5 L。
3.2 無水罐方案與0.5 L水罐方案對比
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min，測試加水罐（容積0.5 L）和不加水罐兩種情況下的出水溫度的最低溫度，測試數(shù)據(jù)如表3所示，水路循環(huán)同圖6，其中水罐更換為0.5 L容積。
圖6 多個磁芯疊繞的共模電感
表3 無水罐方案與0.5 L水罐方案對比
圖6 無水罐方案（左）與1 L水罐（右）方案結(jié)構(gòu)對比
測試結(jié)論：無水罐時，8 m位置最低水溫為31℃時，夾層水量為0.95 L，舒適度評級結(jié)果為四級；增加一個0.5 L水罐后最低水溫31.5℃時，夾層水量為0.85 L，舒適度評級位于三級和四級之間。綜上，增加0.5 L水罐一定程度可以改善5 L以下流量的夾層水問題，5 L以上低溫水引起的夾層水改善效果不明顯。繼續(xù)嘗試0.5 L水罐+內(nèi)循環(huán)結(jié)合方案[10]。
3.3 內(nèi)循環(huán)＋0.5 L水罐方案
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min（停水期間打開內(nèi)循環(huán)，水泵帶動機器燃燒約10 s，再不燃燒循環(huán)30 s），測試加水罐（容積0.5 L）情況下的出水溫度的最低溫度[11]，如表4所示，水路循環(huán)如圖7所示。
表4 內(nèi)循環(huán)＋水罐0.5 L方案
圖7 內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐方案
測試結(jié)論：增加一個0.5 L儲水罐加內(nèi)循環(huán)燃燒，7 L流量時，最低水溫34℃，夾層水量1.07 L，舒適度為三級。綜上，7 L流量以下，能將最低水溫提升10.5℃，能夠解決夾層水問題，7 L以上大流量低溫水引起的夾層水效果不明顯。
綜上實驗結(jié)論，選定內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐作為解決方案，對此做加強驗證；分別是（1）無水罐；（2）0.5 L水罐；（3）0.5 L水罐+內(nèi)循環(huán)方案。驗證數(shù)據(jù)如表5所示，舒適度評級對比如表6所示。
表5 內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐解決方案對比測試
表6 解決方案舒適度評級對比
4 結(jié)論
本文依據(jù)TRIZ理論中的技術(shù)矛盾解原理，選擇增加中間物場策略，從而輸出搭載1 L水罐，0.5 L水罐兩種方案，在進(jìn)行實驗后，均無法達(dá)到預(yù)期恒溫出水效果，再次利用TRIZ中附加場原理，利用熱水器內(nèi)部本身具有的冷端（加熱前水管內(nèi)的常溫水），將冷端和熱端用內(nèi)循環(huán)管進(jìn)行連接，輸出水罐+內(nèi)循環(huán)的第三種方案，實驗結(jié)果優(yōu)于前述兩種方案。同時，制定用戶洗浴體驗進(jìn)行舒適度等級評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合最低水溫和夾層水量進(jìn)行評估，輸出水罐+內(nèi)循環(huán)方案勝出。
綜上，從整個產(chǎn)品競爭力維度宏觀評價，對于此項技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品改善最為核心的三要素為：舒適度評級標(biāo)準(zhǔn)+成本+內(nèi)部結(jié)構(gòu)改善空間。由于燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部空間的限制，首選0.5 L水罐方案，經(jīng)實驗驗證，如果只搭載0.5 L水罐，對于水溫的恒定起到的貢獻(xiàn)值有限，從表5可以看出，在平均7 L的夾層水量前提下，0.5 L水罐方案僅能將出水最低溫度提升到31.5℃，在距離熱水器8 m處出水口位置出水溫度為33℃，尚低于人體常規(guī)體溫（36.5℃），總體體驗舒適度較低。鑒于此，在搭載0.5 L水罐的前提下，復(fù)合內(nèi)循環(huán)水管，最低出水溫度達(dá)到34℃，8 m處出水溫度達(dá)到35℃，接近人體體溫，舒適度有顯著提升。從而本文研究結(jié)論為：從物理結(jié)構(gòu)改善角度，增加0.5 L儲水罐和內(nèi)循環(huán)水路可以將燃?xì)鉄崴鞯南丛∈孢m度提升一個標(biāo)準(zhǔn)等級，一定程度上解決燃?xì)鉄崴魉疁睾隼浜鰺岬挠脩敉袋c，后續(xù)可以配合復(fù)合控制軟件的更新，使用戶體驗更佳。
猜你喜歡
自動化焊接工作站運用于鋼水罐焊接中的可行性分析昆鋼科技(2020年6期)2020-03-29 06:39:46 自發(fā)性冠狀動脈螺旋夾層1例心肺血管病雜志(2019年9期)2019-12-09 08:34:00 誰應(yīng)該為毀損的熱水器負(fù)責(zé)?金橋(2018年6期)2018-09-22 02:19:00 水罐與鮮花周末·校園文學(xué)(2017年35期)2018-02-06 21:39:58 太陽能熱水器數(shù)學(xué)大王·低年級(2017年4期)2017-04-10 07:44:13 尊重差異 別樣人生——《一路花香》的教學(xué)啟示小學(xué)教學(xué)參考(2016年28期)2016-03-04 03:58:06 自制一個太陽能熱水器少兒科學(xué)周刊·兒童版(2015年7期)2015-11-24 03:48:40 身邊的太陽能少兒科學(xué)周刊·兒童版(2015年7期)2015-11-24 03:46:52 MRVE夾層梁隨機振動的最優(yōu)跳變參數(shù)控制噪聲與振動控制(2015年4期)2015-01-01 07:08:19 護(hù)理干預(yù)預(yù)防主動脈夾層介入治療術(shù)后并發(fā)癥哈爾濱醫(yī)藥(2014年4期)2014-02-27 13:35:28
韓健 曹冠中 葉盛響 黃凱
青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司 山東青島 266101
0 引言
燃?xì)鉄崴骶哂屑礋峒从谩⒐?jié)能低耗的優(yōu)點，已經(jīng)越來越受到用戶的認(rèn)可。鑒于安全原因，通常強排式燃?xì)鉄崴鞅话惭b在廚房，水被加熱后需通過管道輸送到衛(wèi)生間使用，使得熱水器的加熱端和出水端存在一定距離，從而水的抵達(dá)溫度與加熱端有一定溫度差，存在“夾層水”現(xiàn)象。所謂“夾層水”，即用戶在洗浴過程中，關(guān)停出水閥后再次打開時，水溫會出現(xiàn)先熱后涼的狀態(tài)。本文研究的核心問題為如何盡可能減少水溫波動，保持恒溫。
針對以上問題，已有研究人員著重從軟件層面進(jìn)行優(yōu)化[1]。對業(yè)內(nèi)主流品牌燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)[2][3]進(jìn)行反向拆解，重點借鑒其前饋和后饋控制策略[4][5]，但該種方法效果已經(jīng)達(dá)到一定極限值，溫度維持在±2℃，若結(jié)構(gòu)硬件不做任何升級，恒溫效果將一直徘徊不前。本文借鑒TRIZ理論中物場原理[6]，將加熱系統(tǒng)和用水系統(tǒng)分別定義為S1物場和S2物場，在該模型內(nèi)嘗試兩種不同方案：①物場原理，在S1物場和S2物場之間增加S3物場（內(nèi)循環(huán)裝置），有效利用燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部的熱力場混水均溫；②技術(shù)矛盾解，利用條件分離當(dāng)中的借助中介物（增加水罐）解決高低水溫問題；每種模型模擬用戶真實使用場景進(jìn)行實驗。
另外，對于夾層水的問題，由于每個用戶家中的具體管路安裝和每個人的舒適度體感不同，對同樣條件的出水，體驗結(jié)論可能千差萬別，對此建立了初步的熱水器舒適度評價體系，在一定進(jìn)水溫度、出水距離、出水量的前提下，從最低水溫和最小夾層水量兩個維度進(jìn)行等級評定，共區(qū)分出4個等級來定義夾層水的舒適度。
綜上分別結(jié)合兩種夾層水改善方法測試結(jié)果，輸出各方法夾層水的改善效果等級，評估現(xiàn)有產(chǎn)品平臺改動可行性和投入產(chǎn)出比，最終選定水罐+內(nèi)循環(huán)裝置為改善策略，即在熱水器出水端增加一個0.5 L的儲水罐加停水循環(huán)燃燒，7 L流量以下，能將最低水溫提升10℃，能有效解決7 L以下流量的夾層水問題。
1 TRIZ解題方法
1.1 附加場解
1.1.1 物場模型建立
最簡單的物場模型至少應(yīng)該包含以下三個元素：
（1）第一種物質(zhì)（S1）：作用的承受者（本文中指管中水）；
（2）第二種物質(zhì)（S2）：作用的施加者（本文中指加熱系統(tǒng)）；
（3）場（F）：存在于作用施加者和承受者之間的作用。
用圖1表示場F對于S1和S2的作用。
圖1 物場模型
1.1.2 附加場建立
目前燃?xì)鉄崴鳟?dāng)中的燃燒器和換熱器共同組成S2對管中水S1進(jìn)行F加熱作用，但是目前此物場并不是十分完善，存在一個時間差的矛盾，在S2不對S1發(fā)生作用的時候，S1中有部分冷水未被加熱，會摻雜在熱水中，形成夾層水。根據(jù)TRIZ理論中的利用環(huán)境資源并引入添加物的物場模型方法，充分利用S1中的熱力場，增加S3（內(nèi)循環(huán)管路），將S1中熱力場直接引入到進(jìn)水口處以中和進(jìn)水涼水，進(jìn)行二次加熱，縮短升溫時間。圖2為物場模型的變化示意圖，圖3為熱水器中的管路示意圖。
圖2 復(fù)合物場模型
圖3 熱水器管路示意
1.2 技術(shù)矛盾解
TRIZ中的技術(shù)矛盾是指在改善對象的某個參數(shù)（A）的時候，導(dǎo)致另一個參數(shù)（B）的惡化，此時，稱參數(shù)（A）和參數(shù)（B）構(gòu)成了一對技術(shù)矛盾。
在本文研究的課題當(dāng)中，出水管前段水溫和后段水溫就是一對技術(shù)矛盾，前段水溫高，后段水溫必然低；前段水溫低，后段水溫必然高。從而利用TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解中條件分離方法中的借助中介物原理[6]，在出水口前端增加一個中介物儲水罐，從而將前段出水和后段出水的水溫快速中和起來，將水溫的上下波動拉平。
燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部結(jié)構(gòu)空間非常緊湊，且外殼尺寸平臺已經(jīng)確定，嘗試在內(nèi)部搭載1 L和0.5 L水罐兩種解決方案。結(jié)論是1 L水罐方案在10 L/min流量下能較好解決水溫降低的問題，能夠?qū)⒆畹退疁靥岣?℃～9℃。存在的問題是首次加熱時加熱時間由10 s提到20 s以上，延長了加熱時間；增加一個0.5 L的儲水罐能提升最低水溫7℃，能解決5 L以下流量的夾層水問題，但5 L以上的由低溫水引起的夾層水問題，解決效果不明顯。
綜上，對于1.1附加場解（內(nèi)循環(huán)）和1.2技術(shù)矛盾解（水罐）單獨運用[7]，都不能完全解決夾層水問題，從而需要進(jìn)行綜合運用，才有可能達(dá)到理想改善效果，在本文后續(xù)實驗過程中將兩者合并在一起進(jìn)行驗證。
2 舒適度評價分級
2.1 夾層水溫度曲線
夾層水溫度曲線如圖4所示。
圖4 夾層水溫度曲線
圖4中紫色曲線為出水口最低溫度27℃，時間為8.19 s；藍(lán)色曲線為8 m處出水口最低溫度30℃，時間為7.58 s；綠色曲線為13 m出水點最低溫度34℃，時間為7.38 s。以上為沒有增加任何改善措施時夾層水原始出水狀態(tài)。這個曲線描述了如下這個洗浴場景：在冬季沐浴時候，關(guān)水后再開，先是一股更高溫度的熱水，繼而是一股冷水，持續(xù)時間大約在7 s。洗浴體驗忽冷忽熱，要提防水溫變化。
2.2 舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
2.2.1 測試條件和方法
（1）測試條件
進(jìn)水溫度：（9±1）℃；燃?xì)鈼l件：0～2 Kp；供水壓力為0.1 MPa，供水水壓穩(wěn)定[7]。
設(shè)置狀態(tài)：按說明書要求管路連接，在出水口設(shè)置溫度傳感器，能連續(xù)監(jiān)控溫度變化。溫度設(shè)定42℃，將進(jìn)水流量調(diào)節(jié)到使熱水器處于最大負(fù)荷流量?；虿捎迷黾舆M(jìn)水壓力方式使熱水器在最大熱負(fù)荷狀態(tài)下工作。
測試母本：選定海爾JSQ31-16CR5SWU1型號燃?xì)鉄崴?，制熱水能力?6 L/min；額定輸入功率48 W；額定熱負(fù)荷31 kW；外觀尺寸：640 mm×390 mm×1600 mm。
測試設(shè)備：海爾熱水器試驗臺，如圖5所示。
圖5 實驗設(shè)備
（2）測試方法
熱水器點燃運行10 min后關(guān)閉出水，2 min后再次開水運行，測定出熱水的最低溫度。記錄出水溫度曲線，并根據(jù)曲線記錄溫度低于37℃的時間，根據(jù)時間和流量計算出夾層水水量[8]。
2.2.2 夾層水舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
結(jié)合2.2.1測試條件和方法，按照最大負(fù)荷，開機10 min后停機4 min再次重啟，按照通常自來水8 L/min的流量，結(jié)合熱水器型號水路參數(shù)，在出水口、8 m用水點、13 m用水點產(chǎn)生的低于37℃的出水量分別為：1.09 L；1.01 L；0.98 L?？梢杂米畹退疁睾妥畹蛫A層水量來衡量夾層水改善效果評定[9]。
舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)是筆者根據(jù)多次實驗結(jié)果從水量、溫度和時間三個維度進(jìn)行綜合劃分的：若最低水溫較低，夾層水量又大，恒溫所需時間又長，用戶的洗浴感受肯定是較差的，定義為舒適度第四級；相反，如果最低水溫和體溫基本相仿，夾層水量很小或者幾乎為零，夾層水量小，必然意味著達(dá)到恒溫的時間較短，綜合來看，用戶的洗浴感受將會有很大改善，相對而言是最佳的，定義為舒適度第一級；介于這兩種情況中的其他狀態(tài)，定義為第二和第三級，且分級標(biāo)準(zhǔn)是以最低水溫為較大權(quán)重。分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
表1 夾層水舒適度評價分級標(biāo)準(zhǔn)
3 方案測試和數(shù)據(jù)分析
3.1 無水罐方案與1 L水罐方案對比
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min，測試加水罐（1 L）和不加水罐兩種情況下的出水溫度的最低溫度。測試數(shù)據(jù)如表2所示，水路循環(huán)如圖6所示。
表2 無水罐方案與1 L水罐方案對比
測試結(jié)論：增加1 L水罐后，最低水溫為37℃時，夾層水量已經(jīng)為0 L，舒適度評級結(jié)論為一級。綜上，10 L流量下能很好解決水溫降低問題，能夠?qū)⒆畹退疁靥岣?～9℃。存在的問題是首次加熱時加熱時間由10 s提到20 s以上，雖然符合首次加熱時間國標(biāo)要求＜35 s，但是帶給用戶的體驗不佳，嘗試使用更小水罐方案，例如0.5 L。
3.2 無水罐方案與0.5 L水罐方案對比
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min，測試加水罐（容積0.5 L）和不加水罐兩種情況下的出水溫度的最低溫度，測試數(shù)據(jù)如表3所示，水路循環(huán)同圖6，其中水罐更換為0.5 L容積。
圖6 多個磁芯疊繞的共模電感
表3 無水罐方案與0.5 L水罐方案對比
圖6 無水罐方案（左）與1 L水罐（右）方案結(jié)構(gòu)對比
測試結(jié)論：無水罐時，8 m位置最低水溫為31℃時，夾層水量為0.95 L，舒適度評級結(jié)果為四級；增加一個0.5 L水罐后最低水溫31.5℃時，夾層水量為0.85 L，舒適度評級位于三級和四級之間。綜上，增加0.5 L水罐一定程度可以改善5 L以下流量的夾層水問題，5 L以上低溫水引起的夾層水改善效果不明顯。繼續(xù)嘗試0.5 L水罐+內(nèi)循環(huán)結(jié)合方案[10]。
3.3 內(nèi)循環(huán)＋0.5 L水罐方案
測試方法：進(jìn)水溫度10℃，設(shè)定出水溫度42℃。在不同流量下加熱至設(shè)定溫度，再停水2 min（停水期間打開內(nèi)循環(huán)，水泵帶動機器燃燒約10 s，再不燃燒循環(huán)30 s），測試加水罐（容積0.5 L）情況下的出水溫度的最低溫度[11]，如表4所示，水路循環(huán)如圖7所示。
表4 內(nèi)循環(huán)＋水罐0.5 L方案
圖7 內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐方案
測試結(jié)論：增加一個0.5 L儲水罐加內(nèi)循環(huán)燃燒，7 L流量時，最低水溫34℃，夾層水量1.07 L，舒適度為三級。綜上，7 L流量以下，能將最低水溫提升10.5℃，能夠解決夾層水問題，7 L以上大流量低溫水引起的夾層水效果不明顯。
綜上實驗結(jié)論，選定內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐作為解決方案，對此做加強驗證；分別是（1）無水罐；（2）0.5 L水罐；（3）0.5 L水罐+內(nèi)循環(huán)方案。驗證數(shù)據(jù)如表5所示，舒適度評級對比如表6所示。
表5 內(nèi)循環(huán)+0.5 L水罐解決方案對比測試
表6 解決方案舒適度評級對比
4 結(jié)論
本文依據(jù)TRIZ理論中的技術(shù)矛盾解原理，選擇增加中間物場策略，從而輸出搭載1 L水罐，0.5 L水罐兩種方案，在進(jìn)行實驗后，均無法達(dá)到預(yù)期恒溫出水效果，再次利用TRIZ中附加場原理，利用熱水器內(nèi)部本身具有的冷端（加熱前水管內(nèi)的常溫水），將冷端和熱端用內(nèi)循環(huán)管進(jìn)行連接，輸出水罐+內(nèi)循環(huán)的第三種方案，實驗結(jié)果優(yōu)于前述兩種方案。同時，制定用戶洗浴體驗進(jìn)行舒適度等級評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合最低水溫和夾層水量進(jìn)行評估，輸出水罐+內(nèi)循環(huán)方案勝出。
綜上，從整個產(chǎn)品競爭力維度宏觀評價，對于此項技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品改善最為核心的三要素為：舒適度評級標(biāo)準(zhǔn)+成本+內(nèi)部結(jié)構(gòu)改善空間。由于燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部空間的限制，首選0.5 L水罐方案，經(jīng)實驗驗證，如果只搭載0.5 L水罐，對于水溫的恒定起到的貢獻(xiàn)值有限，從表5可以看出，在平均7 L的夾層水量前提下，0.5 L水罐方案僅能將出水最低溫度提升到31.5℃，在距離熱水器8 m處出水口位置出水溫度為33℃，尚低于人體常規(guī)體溫（36.5℃），總體體驗舒適度較低。鑒于此，在搭載0.5 L水罐的前提下，復(fù)合內(nèi)循環(huán)水管，最低出水溫度達(dá)到34℃，8 m處出水溫度達(dá)到35℃，接近人體體溫，舒適度有顯著提升。從而本文研究結(jié)論為：從物理結(jié)構(gòu)改善角度，增加0.5 L儲水罐和內(nèi)循環(huán)水路可以將燃?xì)鉄崴鞯南丛∈孢m度提升一個標(biāo)準(zhǔn)等級，一定程度上解決燃?xì)鉄崴魉疁睾隼浜鰺岬挠脩敉袋c，后續(xù)可以配合復(fù)合控制軟件的更新，使用戶體驗更佳。
猜你喜歡
昆鋼科技(2020年6期)2020-03-29 06:39:46
心肺血管病雜志(2019年9期)2019-12-09 08:34:00
金橋(2018年6期)2018-09-22 02:19:00
周末·校園文學(xué)(2017年35期)2018-02-06 21:39:58
數(shù)學(xué)大王·低年級(2017年4期)2017-04-10 07:44:13
小學(xué)教學(xué)參考(2016年28期)2016-03-04 03:58:06
少兒科學(xué)周刊·兒童版(2015年7期)2015-11-24 03:48:40
少兒科學(xué)周刊·兒童版(2015年7期)2015-11-24 03:46:52
噪聲與振動控制(2015年4期)2015-01-01 07:08:19
哈爾濱醫(yī)藥(2014年4期)2014-02-27 13:35:28
