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(shí)間內(nèi)占了相當(dāng)可觀的家用熱水器市場(chǎng)。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(gè)時(shí)候，人們選擇家電用品的時(shí)候，可能會(huì)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(diǎn)，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(shí)驗(yàn)得出了百葉窗翅片換熱器的傳熱和流動(dòng)阻力關(guān)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(xué)者對(duì)微通道換熱器、橢圓管在蒸發(fā)器的應(yīng)用中的作用研究了其性能。然而要搞清楚熱泵熱水器的應(yīng)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(gè)方面綜合考慮，對(duì)這兩方面作對(duì)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(gè)蒸發(fā)器原材料成本主要來源于換熱管成本。實(shí)驗(yàn)證明，降低鋁管管材的成本能夠降低整個(gè)家用熱泵熱水器成本，當(dāng)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(yīng)用的0.6mm內(nèi)螺紋銅管的蒸發(fā)器，以達(dá)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(gè)熱泵熱水器的成本。1蒸發(fā)器的計(jì)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(dòng)著制冷劑，管外環(huán)盤著翅片。蒸發(fā)器工作的時(shí)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(dòng)的制冷劑。一般采用的計(jì)算模型是分布參數(shù)模型，將換熱器沿制冷劑流動(dòng)方向劃分為若干單元，每個(gè)單元需要分別進(jìn)行換熱計(jì)算。

采用REPROP8.0計(jì)算制冷劑物性，計(jì)算過程中有些步驟需要采用Wanget提出的傳熱、壓降關(guān)聯(lián)式；金龍制冷技術(shù)有限公司開發(fā)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式可以用來計(jì)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(xué)傳熱教研室提供了物性程序可以用來計(jì)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(bào)價(jià)的成本對(duì)比：3特點(diǎn) 熱泵熱水器之所以能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)，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(diǎn)。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?xì)鉄崴鞯乃谋?。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(shí)電價(jià)，運(yùn)行費(fèi)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(shí)，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(duì)環(huán)境和大氣的污染幾乎為零，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)使用熱泵熱水器的幾家用戶進(jìn)行跟蹤調(diào)查，其使用過程中也并未實(shí)際產(chǎn)生有害物質(zhì)。其內(nèi)部原因，因?yàn)橄到y(tǒng)中采用了環(huán)保工質(zhì)（常用的有CO2R134aR417a等）對(duì)大氣臭氧層無任何破壞作用，也不會(huì)造成溫室效應(yīng)，而這兩點(diǎn)都是如今人類面臨的嚴(yán)峻環(huán)境問題。3.3安全 燃?xì)鉄崴髟谑褂眠^程中由于燃?xì)獾囊兹夹砸约碍h(huán)境條件的多變性往往會(huì)發(fā)生一些難以預(yù)料的危險(xiǎn)，跟使用煤氣灶的家庭一樣，家中使用燃?xì)鉄崴鲗?shí)在無奈之舉，無形中給家庭安全造成了潛在危險(xiǎn)。而熱泵熱水器工作過程中完全沒有上述燃?xì)鉄崴鞯娜秉c(diǎn)存在電熱水器固然比燃?xì)鉄崴靼踩?，存在漏電、觸電的危險(xiǎn)。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(diǎn)技術(shù)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)值。銅改鋁項(xiàng)目要想真正進(jìn)入流水線生產(chǎn)中，有兩個(gè)問題亟待解決：1內(nèi)部安裝過程中應(yīng)該避免鋁管與內(nèi)膽桶身直接接觸，但是熱水器實(shí)際運(yùn)行中，鋁管與內(nèi)膽桶身之間必須進(jìn)行換熱，因此這個(gè)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(jìn)行換熱，熱量頻繁流動(dòng)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(duì)內(nèi)膽外表面進(jìn)行密封，這樣能夠避免水和水蒸氣進(jìn)入內(nèi)膽外表面。連接問題：可以用機(jī)械擠壓連接和焊接的方法對(duì)銅鋁或鋁鋁之間進(jìn)行連接。一般情況下，焊接工藝與應(yīng)用更廣泛然而對(duì)工人的操作水平要求比較高；德國(guó)VULKA NLOKRING公司的洛克環(huán)管路連接技術(shù)是進(jìn)行機(jī)械擠壓連接的主要可行性技術(shù)。相較于焊接技術(shù)，機(jī)械擠壓連接技術(shù)操作流程更簡(jiǎn)便可靠，但是其成本和投入更高。筆者經(jīng)過仔細(xì)研究認(rèn)為，如果考慮到可靠性，建議使用機(jī)械擠壓連接技術(shù)，畢竟焊接技術(shù)應(yīng)付不了更高條件要求的環(huán)境。結(jié)論如下：1性能相當(dāng)?shù)那闆r下，相對(duì)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(jī)重量，提高熱泵熱水器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑之一。