家庭用水更安全：新热水器技术旨在杀死水箱中的细菌

当前热水器设计面临的一项挑战是保持足够的温度以杀死有害细菌，例如嗜肺军团菌，这可能会导致 军团病。一个 热水器新设计该技术由美国国家标准技术研究所的研究人员开发并获得专利，旨在将水箱温度提高到 160 华氏度，这意味着军团菌会立即死亡。

军团菌喜欢温水，因此虽然它们在 120 华氏度的热水器水箱中难以生存，但它们在家里热水管的其他地方感觉更舒服。从技术上讲，现有的热水器可以达到足够的温度，但当水龙头打开时，这些温度也可能会灼伤人体皮肤。

这种新设计最大的创新在于如何找到热交换器的新用途，该技术与空调、热泵、熔炉和冰箱中使用的技术相同。我想了解更多信息，因此联系了新设计背后的 NIST 机械工程师 David Yashar。

这种新的热水器设计如何工作？

虽然 Yashar 和他的团队正在寻找杀死军团菌的方法，但他们需要弄清楚如何使水箱温度保持在 160 华氏度左右，对人类来说安全实用。他们最终提出了利用进入热水器的冷水来冷却热水的概念，使水箱带有一个包含进水口和出水口的非混合热交换器。

非混合热交换器（流体不混合）背后的原理是，进入的冷水从热水出口得到加热，同时水冷却到对人们安全的水平。因此，水箱可以保持所需的高温，以防止病原体生长，这些病原体会导致军团病等疾病，这种疾病的死亡率为 约10%据美国疾病控制与预防中心称。除了安全优势之外，该过程还回收了一些废热，并且可以提高冷水的加热效率，因为冷水进入水箱加热器。

灵感来自供暖、通风和空调 (HVAC) 技术。

多年来我已经了解了许多 HVAC 技术，因此我立即认识到新设计的非混合热交换器与 HVAC 和冰箱中使用的技术之间的相似之处。例如，空调 使用热交换器 到 冷却循环 （也称为卡诺循环）从室内空气（蒸发器盘管）中吸收热量并将其推到室外（冷凝器盘管）而不吸入外部空气。此外，热泵可以使用热交换器 清除积冰 当处于加热模式时。

当我询问两者的相似之处时，亚沙尔指出，他的专利受到暖通空调和制冷技术的启发并非巧合。 “我的背景是暖通空调和制冷，使用像这样的非混合热交换器来操纵卡诺循环的极限以实现某些特定条件是很常见的，”亚沙尔说。 “当我第一次了解军团菌和当前的缓解策略时，我就提出了这个想法。”他继续解释说，在入口和出口使用非混合热交换器“是一种非常简单、有效且廉价的方法，可以将水温推至该状态然后再降低。”

Yashar 正在寻找更好的热交换器方法，不仅可以杀死病原体，还可以提高能源效率，这是很合适的。为现有技术寻找新的应用无疑是发明的一个被低估的方面。

消费者什么时候可以购买到这种新型热水器呢？

尽管这项技术令人兴奋，但获得专利并不一定意味着它会立即上市。他指出，虽然他的研究“证明了使用 60 加仑水箱的概念”，但这取决于制造商何时许可该技术并让他们的工程师致力于设计适合家庭的消费产品。这个过程可能很快发生，也可能需要几年时间。

因为 Yashar 概念本质上是对现有热水器的改造，所以我询问是否有可能将这些产品改造到人们的家中。他指出，NIST 项目最初的目标是修改坦克的硬件和控制装置。 “对于现有应用程序来说，我们采取的步骤可能不是简单的任务，”亚沙尔说。 “这确实取决于很多事情，因此人们最好了解其工作原理并了解如何在现有应用程序中实现它。”

他提出了一个重要的考虑因素：改造水箱需要额外的隔热层才值得。 “进行改造是绝对必要的，因为储罐温度将比当前系统的设计温度高出约 40 度。如果不这样做，准备度损失将非常严重。”如果没有适当的隔热，热交换器所获得的任何效率都将因备用热损失而损失。

因此，虽然改造是可能的，但似乎更有可能根据这种设计从头开始设计产品，特别是如果消费者希望控制公用事业成本。

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