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钎焊型板式换热器用作暖气热水器的研究点击：1821 日期：[ 2014-04-26 22:44:51 ] |
| .陈亚平(东南大学动力工程系,江苏南京 210096) 利用采暖水加热自来水的换热型暖气热水器可利用已有供暖系统和自来水系统的资源,以较小的设备代价,较少的能源费用供应生活热水,因而已逐步受到市场的认可和用户的青睐。假设普通家庭平均每天所需热水量为100Ｌ,若加温30℃,则所需热量为12600ｋＪ,如果使用煤气加热,需要消耗煤气费用约1.7元/ｄ;如果用电加热,费用约2.02元/ｄ;而若用采暖水来加热,则费用约0.63元/ｄ,且不会明显地影响采暖品质。目前市场上使用的暖气热水器主要是用铜盘管加铸铁壳体制造的,其体积庞大,质量约50ｋｇ,尽管最近已有用铜管加不锈钢壳体组成的热水器问世,使单个热水器质量减轻为8～10ｋｇ,但体积仍比较大,且成本提高。这些暖气热水器只有管内侧靠流速较高和拐弯的作用有较高的传热系数,而壳侧通道截面较大,流速很低,传热系数很低,因而总体传热系数亦较低。一般在供水温度低于70℃时就不能达到加热要求。此外若水压较低,则难以克服细长铜管内的流动阻力,热水出水量很小。可见目前市场上使用的暖气热水器技术含量较低,性能较差。为此,笔者开发出了传热性能良好的钎焊型板式热水器,并进行了对比实验。 1 钎焊型板式热水器结构及特点 钎焊型板式热水器是一种由若干不锈钢波纹板片组成的换热器,热流体与冷流体通过板束两端的4个导通孔进出,并在相间的通道中流动传热。这种板式热水器具有传热效率高、结构紧凑、质量可靠及成本较低等优点。笔者和有关单位开发的板式热水器(图1)中采用了波纹板强化传热技术,使两侧流体都在曲折的通道中逆流换热,可以成倍地提高传热系数。其形状比现有铜管加壳体产品小巧得多,而性能已经达到国外引进的钎焊型板式换热器的水平,但价格却很低。从安全性能来看,钎焊型板式热水器的承压等级达到3ＭＰａ,远超过对暖通设备的要求。由于暖气热水器受热源温度和压力的限制,不可能在运行中产生高于采暖水或者自来水的压力,因而是绝对安全的。由于受流体在曲折通道中拐弯时的冲刷作用,波纹通道的结垢速度要比平直通道的结垢速度慢得多,并且能自动脱落,因此无须担心结垢和通道堵塞问题。但如果水系统中有纤维状物质,则应考虑加过滤器。如果在使用多年后发现传热效果减弱,可考虑采用将热水器掉头并交换通道使用的方法,反向冲刷掉污垢。 2 对比实验结果 对已开发的板式热水器和从市场上购买的1台铜盘管加不锈钢筒体的暖气热水器(以下简称管式热水器)进行了性能对比实验。板式热水器的尺寸为312ｍｍ×112ｍｍ×32ｍｍ(高×宽×厚),管式热水器的尺寸为 200ｍｍ×800ｍｍ,两者的质量分别为1.8ｋｇ和8.6ｋｇ。将上述2个热水器并联起来同时进行实验,使通过两者的采暖水体积流量都保持为6Ｌ/ｍｉｎ,采暖水进口温度为50～85℃,每5℃测量一组数据。自来水进口温度为6℃,通过两者的体积流量都调整为4.2Ｌ/ｍｉｎ。其实验结果见图2。图中Ｇ代表管式热水器,Ｂ代表板式热水器。由图可见,在采暖水进口温度相同时,板式热水器的自来水出口温度比管式热水器的约高出8～18℃。如果所需热水的体积流量为4.2Ｌ/ｍｉｎ,温度为40℃,采用板式热水器和管式热水器所需的采暖水进口温度分别为53℃和72℃。 实验结果充分表明板式热水器的性能远高于传统的管式热水器,其传热系数超过管式热水器传热系数的3倍,且散热量也小得多。分析其原因,主要是因为管式热水器的管外空间大,流速很小,传热系数很低,而在 10ｍｍ铜管内的流速又太大,路程约20ｍ,因此管内阻力偏大,其结果是消耗了很多的材料,效率却仍很低。而板式热水器中两侧流体速度都比较适当,虽然是在曲折通道中流动,但由于流动距离较短,因而在保持很高的传热系数的同时,流动阻力却并不大。板式热水器材料消耗较少,即使价格与传统热水器型式持平,也能确保有合理的利润。 3 结语 板式热水器的传热性能超过传统管式热水器传热性能的3倍,其安全性能好,小巧玲珑且价格和运行费用低廉,能满足家庭在集中供热的采暖季节使用生活热水的需求,是值得推广的高技术产品。 |
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