Question

【题目】家用燃气热水器（如图1所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气热水器的主要技术数据．已知天然气的热值为8×107J/m3。

（1）为了安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机内存水，再拧紧…”．请解释为什么要这样做______？

（2）试求该型号家用燃气热水器正常工作时的烧水效率______．（相关参数见铭牌）

生产许可证	XK00﹣1020044
执行标准	GB6932﹣2001
型号	JSD15﹣D8JA
燃气种类	天然气
额定燃气压强	2000pa
额定热负荷	16KW
适用水压	0.025Mpa0.75Mp
额定产热水能	8L/min（△t=25℃）
额定电压	3V（DC）

（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少m3天然气______？

（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”．图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的：当进水口处有水压时，膜片的_____（左/右）面就会受到水的压力，克服弹簧的弹力推动阀杆，打开进气阀门使燃气接入主火管道；反之，如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的水的压力就会减小甚至消失，燃气阀门就会在弹簧的作用下向_____（左/右）移动而关闭，停止进气．

（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置．如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎样实现“火灭断气”功能的______？

Answer 1

【答案】气温低于0℃时，使用后的热水器中残存的水会结冰。水结冰后，密度变小，体积膨胀，很容易把热水器胀破。所以，气温低于0℃时，用后需要打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧。 该型号家用燃气热水器正常工作时的烧水效率为87.5%。 此次淋浴至少需消耗0.24m3天然气。 右 右 火焰燃烧时，双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄灭，双金属片的温度降低，外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄。

【解析】

（1）水的凝固点是0℃，水在结冰过程中体积会膨胀；（2）已知热水器的额定热负荷和1min，可以得到在此时间产生的热量Q；已知1min加热水的体积，可以得到1min加热水的质量；已知水的质量、比热和升高的温度，可以得到吸收的热量；已知水吸收的热量和热水器产生的热量，两者之比就是热水器的烧水效率；

（3）已知热水器的额定热负荷和淋浴时间，可以得到在此时间产生的热量；已知需要的热量和天然气的热值，利用V=得到燃烧的天然气；

（4）水箱中进水时，对膜片有向左的压力，压力足够大时，弹簧被压缩，燃气阀门打开，热水器供热；反之燃气阀门关闭；

（5）物体具有热胀冷缩的性质，但不同物体的热膨胀程度不同，双金属片就是两片热膨胀程度相差很大的金属片铆合而成．

(1)气温低于0℃时，使用后的热水器中残存的水会结冰。水结冰后，密度变小，体积膨胀，很容易把热水器胀破。所以，气温低于0℃时，用后需要打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧；

(2)由表格可知，额定热负荷16kW，热水器正常工作1min，产生的热量为：Q=Pt=16×W×60s=9.6×J由表格可知额定产热水能，1min内加热水的质量为：m=ρV=1.0×kg/×8×=8kg这些水吸收的热量为=cm△t=4.2×J/(kg℃)×8kg×25℃=8.4×J，热水器的烧水效率为η=×100%=×100%=87.5%

(3)一次淋浴需要的热量为：Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J

需要完全燃烧的天然气的体积为V气===0.24m3

(4)当进水口处有水压时，膜片的右面就会受到向左的压力，克服弹簧的弹力向左推动阀杆，打开进气阀门使燃气接入主火管道；反之，如果此时的水压很小或者无水，则膜片受到的向左的压力就会减小甚至消失，燃气阀门就会在弹簧的压力下向右移动而关闭，停止进气；

(5)火焰燃烧时，双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多，双金属片向下弯曲，推动燃气阀门打开；如果因为意外的原因使火焰熄灭，双金属片的温度降低，外侧金属收缩的更多，双金属片向上伸直，拉动燃气阀门关闭，防止燃气外泄。