內(nèi)螺紋鋁管替代內(nèi)螺紋銅管的蒸發(fā)器

熱水器的歷史并非現(xiàn)在才開始，早在幾十年前，已經(jīng)有幾種傳統(tǒng)的熱水器問世，并受到人們普遍接受，比如電熱水器、太陽能熱水器。然而近些年來隨著科技的發(fā)展，這些熱水器一統(tǒng)天下的局面開始被打破，一種新型的熱水器也逐漸被人們所喜愛，并在短時間內(nèi)占了相當可觀的家用熱水器市場。能源日趨緊張的今天，人們更注重綠色環(huán)保，節(jié)能的觀念可以說已經(jīng)深入人心，這個時候，人們選擇家電用品的時候，可能會不自覺地選擇更綠色的一種，熱泵熱水器就是這樣，其顯著的環(huán)保、節(jié)能、安全等特點，已經(jīng)一石激起千層浪，引起了用戶的注意。筆者家中的熱泵熱水器使用的蒸發(fā)器是翅片式換熱器，由翅片和換熱管構(gòu)成。Wang教授等科研人員通過大量的實驗得出了百葉窗翅片換熱器的傳熱和流動阻力關系式，Lee教授等研究了換熱在結(jié)霜工況下受翅片管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，另外少數(shù)學者對微通道換熱器、橢圓管在蒸發(fā)器的應用中的作用研究了其性能。然而要搞清楚熱泵熱水器的應用原理和節(jié)能原理，必須從從蒸發(fā)器成本和換熱性能兩個方面綜合考慮，對這兩方面作對比研究，目前幾乎沒有這樣的成果出現(xiàn)。因此本文將致力于這一方面的研究。翅片管式蒸發(fā)器是由鋁翅片和換熱管組成，其中整個蒸發(fā)器原材料成本主要來源于換熱管成本。實驗證明，降低鋁管管材的成本能夠降低整個家用熱泵熱水器成本，當然，前提是保證蒸發(fā)器的性能。

 將采用0.7mm內(nèi)螺紋鋁管替代目前空氣源熱泵熱水器廣泛應用的0.6mm內(nèi)螺紋銅管的蒸發(fā)器，以達到減小翅片管式蒸發(fā)器的重量、體積和耗材的目的這樣才能降低整個熱泵熱水器的成本。1蒸發(fā)器的計算模型 翅片管式蒸發(fā)器主要由鋁翅片和銅管構(gòu)成，蒸發(fā)器的管內(nèi)不斷流動著制冷劑，管外環(huán)盤著翅片。蒸發(fā)器工作的時候，熱量通過外掠翅片傳遞到鋁翅片，而銅管的熱量則通過鋁翅片傳遞，最后熱量將通過銅管管壁傳遞到管內(nèi)流動的制冷劑。一般采用的計算模型是分布參數(shù)模型，將換熱器沿制冷劑流動方向劃分為若干單元，每個單元需要分別進行換熱計算。

采用REPROP8.0計算制冷劑物性，計算過程中有些步驟需要采用Wanget提出的傳熱、壓降關聯(lián)式；金龍制冷技術有限公司開發(fā)的實驗關聯(lián)式可以用來計算內(nèi)螺紋銅管管內(nèi)換熱系數(shù)以及壓降；西安交通大學傳熱教研室提供了物性程序可以用來計算濕空氣物性。2成本分析 筆者找到A產(chǎn)品蒸發(fā)器采用φ8*0.6mm銅管43米，將其內(nèi)部用到銅管的地方更改成鋁管φ8.4*0.7mm共54米。表12015年3月材料報價的成本對比：3特點 熱泵熱水器之所以能在市場競爭如此激烈的條件下脫穎而出，與其一些優(yōu)良的特性密不可分，筆者查閱資料總結(jié)了熱泵熱水器的主要區(qū)別于其他類別的熱水器的特性，如下：3.1節(jié)能 首先，熱泵熱水器消耗電能很少，而與此同時，能夠廣泛吸收空氣中大量的熱量，這是其他類型的熱水器所不能企及的一點。所以熱泵熱水器的熱效率一般在40%以上，與其他類型的相比，約是電熱水器的三倍，燃氣熱水器的四倍。其次，熱泵熱水器可以移峰填谷幫助用戶管理使用電能，避開峰谷段，可以享受分時電價，運行費用低廉。3.2環(huán)保 其他類型的熱水器雖然也打著環(huán)保的牌子，然而卻名不副實，但熱泵熱水器是真正做到環(huán)保，其工作過程中不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢熱、廢氣排放，就理論而言，對環(huán)境和大氣的污染幾乎為零，據(jù)相關機構(gòu)對使用熱泵熱水器的幾家用戶進行跟蹤調(diào)查，其使用過程中也并未實際產(chǎn)生有害物質(zhì)。其內(nèi)部原因，因為系統(tǒng)中采用了環(huán)保工質(zhì)（常用的有CO2R134aR417a等）對大氣臭氧層無任何破壞作用，也不會造成溫室效應，而這兩點都是如今人類面臨的嚴峻環(huán)境問題。3.3安全 燃氣熱水器在使用過程中由于燃氣的易燃性以及環(huán)境條件的多變性往往會發(fā)生一些難以預料的危險，跟使用煤氣灶的家庭一樣，家中使用燃氣熱水器實在無奈之舉，無形中給家庭安全造成了潛在危險。而熱泵熱水器工作過程中完全沒有上述燃氣熱水器的缺點存在電熱水器固然比燃氣熱水器安全，存在漏電、觸電的危險。4工藝性分析 熱泵熱水器蒸發(fā)器中改用鋁管主要存在兩點技術難題，即腐蝕、銅鋁或鋁鋁之間的連接。腐蝕問題：都知道，鋁比銅更活潑，況且鋁與鐵之間存在較高電位差，因此在使用過程中鋁材極易發(fā)生電位腐蝕，可以通過計算內(nèi)膽（鐵）更改前盤管（銅）及更改后（鋁管）電位差得出改鋁管的風險值。銅改鋁項目要想真正進入流水線生產(chǎn)中，有兩個問題亟待解決：1內(nèi)部安裝過程中應該避免鋁管與內(nèi)膽桶身直接接觸，但是熱水器實際運行中，鋁管與內(nèi)膽桶身之間必須進行換熱，因此這個解決辦法僅僅存在理論上的可能。2內(nèi)膽外表面由于經(jīng)常進行換熱，熱量頻繁流動的地方，因此比較干燥；內(nèi)膽外面包有保溫材料，因此我可以用保溫材料對內(nèi)膽外表面進行密封，這樣能夠避免水和水蒸氣進入內(nèi)膽外表面。連接問題：可以用機械擠壓連接和焊接的方法對銅鋁或鋁鋁之間進行連接。一般情況下，焊接工藝與應用更廣泛然而對工人的操作水平要求比較高；德國VULKA NLOKRING公司的洛克環(huán)管路連接技術是進行機械擠壓連接的主要可行性技術。相較于焊接技術，機械擠壓連接技術操作流程更簡便可靠，但是其成本和投入更高。筆者經(jīng)過仔細研究認為，如果考慮到可靠性，建議使用機械擠壓連接技術，畢竟焊接技術應付不了更高條件要求的環(huán)境。結(jié)論如下：1性能相當?shù)那闆r下，相對于φ8mm銅管蒸發(fā)器，φ8.4mm鋁管蒸發(fā)器重量降低40%成本下降38%20.7mm內(nèi)螺紋鋁管蒸發(fā)器，用于替代0.6mm銅管蒸發(fā)器是完全可行的3采用鋁管，降低蒸發(fā)器成本，減輕熱泵熱水器主機重量，提高熱泵熱水器市場競爭力的有效途徑之一。