浅谈换热器的结冻现象及其防冻、加工

点击：2019 日期：[ 2014-04-26 21:53:50 ]

浅谈换热器的结冻现象及其防冻、加工张贤，景军 (大连冰山空调设备有限公司，辽宁大连116033) 摘要：针对换热器容易冻裂的问题，分析原因，结合实际的工作经验，提出几点可行的方法，来降低换热器被冻裂的几率。阐述了换热器加工方法和制作要点。关键词：结冻；流程；预热；换热器；加工制作中图分类号：TU831.4文献标志码：A文章编号：1673-7237(2010)01-0038-03 0·引言换热器是空调产品中最常用的部件之一，但是冬季往往由于内部有残留水而使换热器的弯头、连接管等处冻裂，从而影响了空调系统的使用，甚至会发生大的事故。 1·结冻现象水在标准大气压下0℃结冰。纯水是在标准大气压下0℃结冰。冰的潜热大约为80kcal/kg、密度大约为917 kg/m3，水结冰的时候，体积大约有9%的膨胀。换热器铜管内水的结冻，不仅影响换热器本身的功能，还能冻裂，使其失去功能。图1就是换热器冻裂的照片。 2·冻结分析与理论计算水冷却结冰的过程见图2，管内水的温度变化过程分4阶段：水到0℃时候的冷却过程、水0℃以下的过冷过程、冰的生成、冰的过冷却过程。水0℃以下的过冷过程到目前为止还没有完全解释出来。但是从防止冷冻的立场出发，不用考虑过冷却现象，而应该把水达不到0℃作为目标。公式(1)为计算用保温材料包裹的圆管内部的水降低至0℃所用的时间。[1] 式中：t为换热器管内的水降到0℃用的时间，h； A为管和保温管的热导率，W/(m·K)； B为单位长度水、管、保温管的热量(日本专用)，J/(m·K)； θ0为换热器管内水温，℃； θ2为换热器外部温度，℃； λ1、λ2为管和保温材的热导率，W/(m·K)； r1、r2、r3为管的内、外半径，保温管的外半径，m； r3为外侧传热系数的合适厚度λ2/α，m； α为外侧传热系数，W/(m·2K)； C 1、C 2、C 3为水、管、保温材料的比热，J/(kg·K)； W 1、W 2、W 3为单位长度水、管、保温管的质量，kg/m。例如，在夜间水停止循环而放置的时候，能用上式计算出冻结所用的时间。实际情况，周围的气温不一定是变化的，式中的θ2赋予平均时间的温度，或者还是更加低点的值为好。在知道停用时间和环境温度的场合，可以用上式求得不使水变为0℃的保温材料厚度。对于钢管和铜管来说，因为热阻比较小，可以忽略A的分母的第一项。水从开始结冻到完全冻结的时间，可以用下式来近似得到。式中：t为开始结冻到完全冻结的时间，h； p 1为水的密度，kg/m3； L为冰的潜热，J/kg； λ0为冰的热导率，W/(m·K)； R为管、保温管等的全热阻，m·K/W。 3·工程实际处理方案通过上面的公式，可以计算出换热器不结冻的保温管厚度，但是因为不同地区及其季节的差异，从经济、美观角度而不能全部照此施工。下文阐述了其他几种常用的办法。 3.1改变换热器流程当冬季来临，对单制冷的换热器就要放水而停止使用。如果换热器放水不净的话，也很容易造成冻裂。换热器单个回路管程很长、历经弯头很多的时候,把水完全放净很困难。如果采用原先的弯头焊接方式,见图3。左图为没有改进的焊接方式。在其侧面图纸很容易看见每段都有2处易残留水的地方，增加了换热器被冻裂的几率，严重地影响了换热器使用寿命。而右图改进的焊接方式。降低了水排出来的阻力，在换热器的中部可以依靠水本身的重力而自行排出。即使在管壁还有黏附的水珠，也可以用压缩空气吹，可以很快地将换热器的水珠吹干。节省了工作时间，提高了工作效率，降低了冻裂的概率。并且新改进的焊接方法从制造成本上没有任何提高，而降低了水阻，提高了换热器的效率。 3.2改变功能段位置上节提到，改变焊接方式可以减少换热器残留水而被冻裂的隐患，并且提高换热器的换热能力。但是，对于冬天仍旧使用的换热器，用上述方法就不可行了。可以改变冷水换热器的位置，置于加热换热器的下风侧，如果有再热换热器的时候，必须有预热换热器，见图4。以大连为例，冬天工况DB-14℃，RH为58%，此新风先进入预热换热器，加热到5℃，然后通过冷水换热器，避免冷水换热器被冻坏。 3.3设计时加循环泵设计时在冷冻水系统并联1台小容量循环泵。 ①若系统冬季停用，但有热源，可将热源切换至风机盘管水系统，使小循环泵运行； ②无热源，可设1台电加热器(壳管式的与水系统并联)与小循环泵组合运行，使风机换热器水系统管内水温度≥5℃，保证不冻结。将系统内的水温保持在5℃，电加热功率不会太大，运行费用也不高。 4·换热器加工 4.1主要设备简介 4.1.1切管机正常采购的铜管是弯成卷的，这样便于运输。切管机就是将铜管拉直之后，再根据换热器的长度而切断。 4.1.2胀管机胀管机，就是将穿完翅片的铜管进行胀管，使铜管管径变大跟翅片的肋片紧密接触，提高换热性。 4.1.3脱脂炉脱脂炉就是将换热器制作过程中的油脂等杂质通过高温而排掉，避免影响换热器的换热效果。 4.1.4检漏将焊接好的换热器装上排气阀和丝堵，而进行检漏，检查换热器焊接是否有漏点。这项工作十分重要。 4.2换热器制作要点换热器焊接分为锡银焊和磷铜焊。通常冷温水采用锡银焊，在焊接弯头前必须在铜管上刷汽油进行脱脂去污，否则焊接时因有油脂存在，附着力不好。同时在焊接时必须使用锡银焊剂。如果冷温水换热器的试验压力≥1.5 MPa时，通常采用磷铜焊条进行焊接，弯头使用不带翻碗的弯头，在铜管上进行翻碗。如果焊接对铜管表面质量有要求(换热器不喷漆时)，在进行磷铜焊接时，要使用助焊剂，减少铜管氧化。乙二醇换热器和蒸汽换热器均采用磷铜焊条焊接。采用氟利昂作为介质的换热器，在焊接时必须不断地向铜管内部吹氮气，以免内部铜管氧化及存有杂质。同时，铜管内部不允许有水分，否则氟利昂、润滑油变性后腐蚀性增强。 4.2.1焊接集水管集水管在焊接前如果有锈迹，则必须先进行除锈处理。连接管与集水管之间的焊接采用含银量为30%～40%的高银焊条，在焊接连接管时必须使用高银焊剂，否则焊丝不附着。 4.2.2气密性耐压试验将试压弯头与换热器进出水管处拧紧，再放入水池中，向换热器内冲入气体，观察水面下换热器的各焊接处有无气泡冒出，如果没有则表示换热器焊接合格。打压标准，气压是设计压力的1.2倍，至少保持1 min；水压为设计压力的1.5倍，至少保持3 min。[2] 5·结语空调换热器冻裂是很常见的问题，本文所述的几种防冻裂的方法，仅只是基本的预防方法，还需要我们从根去解决它。小型风量可以采用直膨盘管，但是大型机组，由于成本、设备空间等原因，无法推广使用直膨盘管，还需要广大同仁集思广益，共同解决。参考文献： [1]藤井正一.空気调和[M].日本:卫生工学会编集株式会社,1981:4-5. [2]GB/T 14294-2008,组合式空调机组国标[S].作者简介：张贤(1980)，男，辽宁大连人，工作于大连冰山空调设备有限公司，热能与动力工程专业，从事制冷设备方面的研究(zhangxian8130@sohu.com)。

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