电热水器发热管损坏的原因及一种解决方案

　　容积式电热水器使用一段时间后，电发热管出现损坏，一直是影响产品进一步发展的拦路虎。作为一名相关产业的技术人员，对该问题考虑多年，现提出一个解决思路，供大家参考。

　　首先我们要分析电发热管损坏的原因。实际上，电发热管损坏主要是由于表面结垢，引起电发热管表面工作温度突变，热应力造成破坏造成的。电发热管外表面直接与水接触，对流换热良好，新管使用加热时，电发热管外表面及电发热管均保持在较低的温度，电发热管一般不会出现损坏。结垢阶段：加热时，电发热管外表面热水温度高于电热水器其余部分的热水温度，这样一来，以钙、镁碳酸盐为主的难溶性无机盐，一部分慢慢集结到电发热管外表面，而且随着时间的推移，垢层越来越厚，在电发热管外表面与电发热管外热水间形成较大的热阻，电发热管外表面及电发热管的工作温度也不断升高，电发热丝此时因工作温度过高，可能会出现烧断；垢层破裂阶段：随着垢层逐步加厚，到一定时候，由于电发热管外表面与水垢热膨胀系数不同，热胀冷缩作用导致覆盖在电发热管外表面的水垢破裂，出现裂缝，此时，比电发热管外表面高温温度低得多的热水，直接与电发热管外表面接触，电发热管外表面局部温度急剧下降，引起局部材料急剧收缩，产生很大的热应力，拉扯电发热管外表面其余部位，很容易造成电发热管表面破坏，即使不出现破坏，由于温度急剧下降，本身有一定的淬火作用，对电发热管外表面材料物质也会产生一定影响；垢层破裂之后，如果电发热管尚未损坏，又会重复以上垢层阶段及垢层破裂阶段，电发热管外表面材料应力不断增加，最终导致电发热管被破坏。

　　传统的解决方法，主要是从电发热管外表面材料入手，如使用陶瓷壳体或者铜管等。使用陶瓷壳体的电发热器，主要优点在于陶瓷材料热膨胀系数较小，表面温度突变时，陶瓷壳体变形较小，相对而言，耐温度应变能力较强，但陶瓷材料导热系数较小，导热能力较低，反过来又要求电发热管外形较大，带来制造困难、成本高等问题。使用铜管的电发热管，则主要是利用铜质韧性好，不易破裂的优点。无论采用哪种方法，由于从理论上无法解脱上述结垢、垢层破裂过程，因此也不能从根本上解决电发热管损坏问题。近年来，有厂家使用半导体发热元件解决电发热管损坏问题，效果不理想，至于所谓“纳米材料”，现时基本不具备使用价值。

　　应该说明的是，这种水垢影响与电热水器使用环境有很大关系，使用水质越硬，也就是说，水中钙、镁碳酸盐为主，难溶性无机盐含量越高，越容易生成水垢，电发热管损坏就越频繁，相对而言，使用水质较软地区，电发热管寿命越长；其次，部分电热水器生产厂家，为了减缓电发热管损坏问题，采用了降低电热水器最高工作温度方式，减少结垢影响，这种方式虽有明显效果，但加大电热水器容积，实际上不是理想选择。

　　近年来，有电热水器生产厂家，提出了新的设计思想，采用微波加热或电磁加热方式，实用性如何，还有待进一步证实。传统的电发热管加热方式，虽有易损缺陷，但结构简单、价格便宜且热效率非常高（几乎达到100%），而采用微波加热和电磁加热方式，不可避免要增加至少一级能量转换装置，热效率就会受到影响，且结构复杂、价格较高，是否还有其他问题，目前尚不知道，可以肯定，难以大面积应用。

　　个人认为：解决电发热管损坏其中一个有效方法，就是在现有电发热管加上导热肋片，最好用导热肋片根部采用覆盖电发热管外表面，导热肋片竖直安装、表面带缺口或折弯。带导热肋片的电发热管加热时，热量会现由电发热管传导至导热肋片，然后再由导热肋片传给周围热水。当然，这种带导热肋片的电发热管也会出现结垢、垢层破裂过程，但最终结果却大不一样：由于导热肋片表面带缺口和折弯，且不像电发热管外表面材料周向拉紧，易于膨胀或收缩，因此在热胀冷缩的影响下，导热肋片表面的水垢层很容易脱落，难以产生很厚的水垢层，较薄的水垢层，热阻较小，这样就可以保证电发热管外表面及电发热管始终保持在较低的工作温度，电发热管外表面可能发生的温度变化较小，热应变也大大减小，对电发热管表面积电发热管破坏也就减小；导热肋片上的水垢层脱落时，热应变全部作用于导热肋片，导热肋片可能有一定的变形，但很难破坏，对发热管外表面及电发热管，则基本无影响，脱落的水垢直接落至电热水器内胆底部，不影响电热水器工作；即使导热肋片根部水垢层破裂，影响也不大。由于电发热管表面不直接接触低温水，高温差经过导热肋片根部材料缓冲之后，电发热管表面热应变也大大减小，基本对电发热管表面积电发热管不产生致命影响。在上述原因综合作用下，电发热管基本就可以避免因水垢引起的损坏，寿命大大延长。

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