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一、研究背景
市场走访调研发现燃气热水器的热交换器内壁有大量铜绿，燃烧器侧壁及火排上也有水流过的痕迹，并且局部白色粉末残留。据初步分析是由于热水器工作时，凝结了一定量的冷凝水导致热交换器和燃烧器的腐蚀。为了减少冷凝水对热水器关键部件的危害，提高产品寿命，开展了试验研究工作。
二、冷凝水成因分析及危害
如图1所示，在热交换器内壁盘管与箱体焊接处，有大量铜绿残留，并且有水流过的痕迹，而在燃烧器的侧壁和火排上也有水流过的痕迹。据初步分析：当热水器工作时，冷水流经盘管时，冷水吸收烟气中的热量，将热交换器内壁的温度降低至露点以下，使得烟气中的水蒸气凝结在内壁上，而且烟气中含有的二氧化碳、氮氧化物、硫化物，也会在温度低于酸露点的时候凝结到内壁上，使得冷凝水有酸性，腐蚀内壁，并产生铜绿；随着热水器的工作时间延长，冷凝水的量会越来越多，当足够多时，因重力作用冷凝水会沿着壁面下流，从而进入燃烧室箱体内和火排上，燃烧器和火排上的白色物质应是风干后的碳酸物质，最后留至底壳上。所以酸性冷凝水对燃气热水器的燃烧系统、换热系统以及一些电控件造成一定的危害。
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图1
三、改善方案及试验分析
（一）对A产品进行测试，测量在不同湿度、不同进水温度、不同负荷时热交换器前内壁的温度，找出对冷凝水产生最关键的因素。
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注：上图中，A、B、C、D、E、F分别为六个内壁测温点，测试结果如下：
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由以上试验数据分析得出：
1.进水温度的改变，会改变烟气与水的温差，影响水的吸热能力，进水温度越高，吸热能力越弱，产生冷凝水的可能性越小，当进水温度足够高时（约30℃左右），则内壁温度无法降至露点以下，不会有冷凝水产生；
2.空气的湿度对冷凝水的产生也有很大的影响，当空气相对干燥时，产生的冷凝水越少；反之，则越多。当空气湿度足够低时（约60%），不再有冷凝水产生；
3.热负荷也对冷凝水的多少有一定的影响，但就目前的机型结构来看，在进水温度较低，湿度较大的时候，负荷的大小只能影响冷凝水量的多少，无法真正消除冷凝水的产生；
4.冷凝水的的产生与风机风量大小有一定关系，风量的大小将影响冷凝水蒸发的速度，即风量大时，冷凝水蒸发的速度快；反之，则慢；
5.实际使用时，冷凝水的产生主要肯能发生在进水温度较低，空气湿度较大，部分负荷燃烧时的时间和地区，最有可能是在我国南方大部分地区的春秋两季。
6.根据上述试验数据，并查阅相关的资料，估算出烟气的露点应在65℃左右。
（二）为了防止冷凝水的产生，设想可以用提高内壁温度的方法实现，将内壁温度提高到露点以上，即可避免冷凝水的产生。改平台燃气热水器为强抽型，出风口在热交换器上方中部，热水器工作时，烟气在向上移动时，逐渐向中间集中，导致热交换器内四壁附近的烟气温度较低，流速较慢，这也应该是四壁的温度会降到露点以下的原因之一。
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图2
为此，我们在热水器集烟罩内增加了一块导流板（如有图2所示），迫使烟气在上升过程中尽量沿四壁面移动，从而增加避免的温度和流速，试验数据如下：
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由以上试验可以得出：
1.此种方式可以提高内壁的温度，减少冷凝水的产生，但不足以抑制冷凝水的产生；
2.此种方式会对热水器的基本性能产生影响，需综合考虑各方面因素。
（三）通过以上的试验表明，降低空气湿度和提高进水温度是抑制冷凝水的产生是阻止冷凝水产生的最好方法，但在实际使用过程中，这两方面都较难控制，因此，此时我们可以利用结构上的改进，阻止冷凝水在产生后流入，沿热交换器四壁流入燃烧器内，从而减少冷凝水带来的危害。在热交换器与燃烧器组件的连接处增加一整圈带翻边的法兰，并在该法兰与热交换器之间垫上阻燃海绵或硅橡胶，使得燃烧器内壁与法兰之间有足够的密闭的盛水空间，当热交换器产生冷凝水并沿壁面流下时，流入此空间内，并在热水器不工作时，自然风干，不会流出热交换器，对燃烧器及其他零部件产生破坏。
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我们对此方案进行了做样试验，试验结果如下：
试验时环境和条件参数：
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试验内容及结果：
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从上述试验可以得出，该方案可以有效阻止冷凝水流出热交换器，并且在增加该结构后，热器的其他基本性能无明显变化。
补充试验：当热水器工作时，外界风压逐渐加大，风压开关动作前，排烟阻力加大，火焰开始向燃烧室四周扩散，该盛水法兰处的温度显著升高，至风压开关动作时，温度最高达到317℃，导致盛水空间内的海绵局部被破坏，有烤焦，萎缩等现象，但不会燃烧起火，从而不会增加整机的安全隐患。
（四）热水器使用完毕关机后，有20秒左右的后清扫时间，此时风机以最高转速运行，有助于附着在热交换器内壁上的冷凝水蒸发，减少残留的冷凝水量，因此，如果适当的增加后清扫时间，也可以将残留的冷凝水量降到更低。
四、其他方案
1.取消热交换器上的盘管，可避免冷凝水的产生。这里盘管的作用是给热交换器箱体降温和预热冷水，如果没有盘管，热交换器箱体的温度会显著增加且很快变色，导致热交换器损坏，所以该方案不可行；
2.在热水器进空气处增加干燥剂，使得进入燃烧室的空气湿度降低，减少冷凝水的产生。实际使用过程中，干燥剂的量是一定的，不论热水器是否工作，干燥剂都会从空气中吸取水分，因此干燥剂会经常需要更换，执行起来很麻烦且成本高，故该方案不可行。
3.在冷水进入热交换器盘管前，利用电加热将进水温度提高到30℃以上，避免冷凝水的产生。由于整机成本和使用成本增加，不考虑该方案。
4.在热交换器箱体上增加一圈导流槽，导流槽方向与水平方向成3°夹角，引导冷凝水集中流向同一方向，出口处增加集液盒，收集冷凝水。该方案做简易样件试验时，发现在冷凝水较多时，局部冷凝水沿导流槽流速较慢，导致冷凝水该地区冷凝水积聚，最后漫过导流槽，竖直流下，仍有冷凝水会流出热交换器；该方案需在热交换器箱体上增加整圈导流槽，与制造厂家沟通后，得知实际加工时箱体四角折弯时，导流槽将变形，无法满足设计时的尺寸和形状，故该方案暂不考虑。
五、其他问题
在进行试验时，发现不仅热交换器箱体内壁有冷凝水产生，翅片上也有局部有铜绿生成，经测试发现，当进水温度18℃时，水流经盘管后，温度升高0.7~1.5℃，此时水流入换热管后，通过翅片吸收热量，将翅片壁面的温度降至露点以下，导致翅片上有冷凝水附着，腐蚀翅片；水量较多时会滴落至火排上或直接滴落至燃烧室下方，对燃烧器的使用寿命和燃烧器下方的部件造成破坏；长期使用后，翅片的局部可能腐蚀的很严重，造成排烟通道的堵塞，导致燃烧不充分，热交换器局部温度过，翅片积碳，箱体变色；堵塞十分严重时，由于我们的风压取压口置于热交换器后，此时即使排烟阻力过大，风压开关也不会动作关停热水器，会导致火焰从燃烧室右侧空气补充口溢出，有一定的安全隐患。我国各个地区气候差异大，气源种类多，燃气内所含杂质量不同，冷凝水的酸性强弱不同，所以翅片的腐蚀程度也不一样，因此使用过程中造成的后果也不同，对于该问题在今后的设计开发过程中应给予考虑。
六、改善措施
通过上述的试验观察和数据分析表明，热水器在一定条件下工作时，热交换器内壁和翅片上会有冷凝水产生，对热水器的寿命和使用有一定的危害，目前来看冷凝水的产生无法完全避免，但我们有必要通过一些手段将该危害降至最低：
1.在热交换器与燃烧室之间增加盛水法兰和阻燃海绵垫，阻止热交换器内壁上的冷凝水流入燃烧室；
2.适当延长后清扫时间，清理残留在翅片上的冷凝水；
3.热效率设计时效率适当原则，烟气温度控制在140℃以上最佳；
4.对于强抽型燃气热水器，在今后进行产品设计时，不要将电控件或易腐蚀的零件放置在冷凝水可能流经或滴落的地方，防止零件损坏，引起热水器故障；无法避免时，需考虑防腐措施；
5.提醒用户使用过程中，对热水器产品进行定期安全检查及清洁，以避免因烟道堵塞或火排腐蚀造成的安全隐患。