熱泵熱水器換熱盤管內(nèi)外性能對比分析

摘要：空氣源熱泵熱水器儲水箱主要由內(nèi)膽、外膽、換熱盤管、保溫材料等組成。 其中，換熱盤管在熱泵系統(tǒng)中起到冷凝器的作用。 高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過換熱盤管將熱量傳給水，溫度升高，從而產(chǎn)生熱水。 根據(jù)盤管結(jié)構(gòu)的不同，空氣源熱泵熱水器可分為內(nèi)置盤管熱泵熱水器和外置盤管熱泵熱水器。 本文詳細介紹了一種應用于內(nèi)置盤管熱泵熱水器的不銹鋼水箱的技術。

一、簡介

目前，一種用于熱泵熱水器的內(nèi)置式不銹鋼盤管熱泵水箱（專利號：.9）在佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司研制成功，并申請了多項專利保護。

儲水箱作為熱泵熱水器的主要部件，對熱水器的性能起著重要的作用。 主要體現(xiàn)在水箱（內(nèi)置冷凝器）的傳熱性能、保溫性能、熱水出水率、內(nèi)膽防腐性能等方面。 目前市場上的外卷式搪瓷水箱和滾塑水箱存在諸多質(zhì)量缺陷，如：外卷式傳熱效果差，搪瓷水箱漏水，熱脹冷縮易產(chǎn)生裂紋，必須使用陽極。 鎂棒起到保護作用，陽極鎂棒消耗后浸泡會影響水質(zhì)。 全國各地水質(zhì)的差異，導致鎂棒的監(jiān)測和售后服務難度大。 我公司生產(chǎn)的不銹鋼承壓水箱具有承壓、衛(wèi)生、換熱效果好、防腐性強（防腐專利號：.9）、壽命長等優(yōu)點。 水系統(tǒng)的首選。

2、線圈內(nèi)外部性能對比分析：

1、換熱效率

換熱效率是換熱水箱的一個重要指標，它影響著熱泵熱水器的性能系數(shù)和能效比（即COP值）。

目前，在熱泵熱水器的家電產(chǎn)品中，水箱換熱器主要采用盤管結(jié)構(gòu)。 卷材材質(zhì)主要有銅卷、鋁卷、不銹鋼卷三種； 從線圈結(jié)構(gòu)上分外置線圈和內(nèi)置線圈兩種。 其中，外置盤管熱泵熱水器，由于盤管盤繞在內(nèi)膽的外壁上，當水箱進行熱交換時，盤管中的熱量必須通過內(nèi)膽壁傳遞給水，且多了一個導熱過程，傳熱效率低。

特別是搪瓷水箱，線圈中的熱量經(jīng)過內(nèi)膽壁和搪瓷層兩次傳導。 每個熱傳導都有熱阻，搪瓷層是非金屬材料，其傳熱系數(shù)遠小于金屬材料。 搪瓷熱泵水箱帶盤管的傳熱效率遠低于帶不銹鋼盤管的熱泵水箱。

另外，在熱泵系統(tǒng)的設計中，冷凝器（盤管）的大小是根據(jù)壓縮機的匹配來選擇的。 冷凝器（盤管）面積過大，壓縮機潤滑油回流困難，會燒壞壓縮機； 冷凝器（盤管）面積過小，冷凝器溫度過高，壓縮機容易跳閘，縮短壓縮機使用壽命。 因此，外置盤管熱泵水箱要想達到與內(nèi)置盤管熱泵水箱相同的傳熱能力，即使增加盤管傳熱面積，也不可能達到傳熱效率和節(jié)能效果。內(nèi)置盤管熱泵水箱的效率比（COP值）。

銅線圈的外圈繞在內(nèi)膽上一般有三種方式，一種是傳統(tǒng)的圓管外圈304不銹鋼盤管換熱管，一種是D型外圈，還有一種是槽型外圈. 傳統(tǒng)圓管外盤管，水箱內(nèi)膽與盤管線面接觸，有效換熱面積很??； 對于D型外置盤管，水箱內(nèi)膽與盤管線面接觸，接觸面大于線面。 接觸良好，但有效換熱面積仍然較小，傳熱速度慢，能效比很低，且銅管因熱脹冷縮不斷變化，管與管之間的接觸緊密度外盤管和水箱內(nèi)膽用久了也會漲。 變化，傳熱效果逐年下降，D型管的兩個角部在長期的熱脹冷縮下受力不均，容易折斷； 對于溝槽外線圈，需要將膽囊壓成波浪形，將銅管盤繞在溝槽內(nèi)。 與D型管相比，接觸面積有所提高，但最大接觸面積僅為50%。 熱量總是通過水箱內(nèi)膽進行交換，能效比還是差強人意。 而且，由于水箱內(nèi)膽需要壓槽工藝，使得內(nèi)膽變薄，壓槽工藝也會影響焊接接頭的質(zhì)量和水箱內(nèi)膽的壽命。 .

在生產(chǎn)過程中，銅卷外板內(nèi)槽的結(jié)構(gòu)設計要求很高。 不僅要求線圈靠近水箱內(nèi)膽，還要注意線圈之間的距離。 如果管道之間的距離太小，冷凝管的利用效率低。 太大，冷凝傳熱面積不夠； 為了加強薄壁管與內(nèi)膽之間的傳熱，需要較高的盤管密度，導致冷凝器系統(tǒng)過長，內(nèi)部流阻較大，導致冷卻介質(zhì)在薄壁銅管內(nèi)流速低，傳熱效果大打折扣；

內(nèi)置盤管熱泵熱水器是將盤管（即冷凝管）直接放置在水箱內(nèi)膽中。 換熱管與水整體接觸，管壁充分參與換熱。 傳熱溫差小，冷凝側(cè)壓力較高。 低，不會影響壓縮機的使用壽命。 相同管長的換熱管有效換熱面積大，換熱效率好； 盤管外管壁與水完全接觸。 熱效率相對較高；

下面是外線圈熱阻和內(nèi)線圈熱阻的對比計算：

對于嵌入式盤管熱泵熱水器，根據(jù)管外面積計算傳熱系數(shù)的公式為：

式中，R為線圈的曲率半徑，Nu為努塞爾數(shù)，Re為雷諾數(shù)，Pr為普朗特數(shù)，p為流體密度，u1為管內(nèi)流速，u為運動粘度。

內(nèi)置盤管熱泵熱水器與外置盤管熱泵熱水器的熱阻對比：

從上式可以看出，外盤管式的熱阻遠大于內(nèi)置盤管式，即外盤管式的傳熱性能比內(nèi)置盤管式差很多- 線圈類型。 上式還表明，與內(nèi)置式相比，外置盤管式的熱阻多了內(nèi)膽的熱傳導熱阻，原來盤管外的對流熱阻變成了內(nèi)膽的對流熱阻內(nèi)膽，性能也有一定的下降。 如果是搪瓷水箱，在水箱內(nèi)膽上加了一層搪瓷層，而搪瓷層是非金屬的，熱阻較大，使熱泵水箱盤管的傳熱性能變差，整個系統(tǒng)的加熱時間會變長。

2、對壓縮機使用壽命的影響

壓縮機在熱泵系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，直接影響到整個系統(tǒng)的COP值。 但由于自身因素，外置盤管熱泵水箱的傳熱效果并不好，盤管在水箱內(nèi)被保溫層包圍。 1、排氣溫度高、超負荷運行，長此以往會嚴重縮短壓縮機的壽命。

大多數(shù)熱泵制造商解決這一現(xiàn)象的方法是減少壓縮機使用的制冷劑充注量。 這樣的解決方案，經(jīng)過研究分析，會導致參與熱泵系統(tǒng)循環(huán)的制冷劑不足。 因此，熱泵機組中的蒸發(fā)器吸收的熱量較少，整個系統(tǒng)的供暖時間就會變長。 對于壓縮機來說，制冷劑沖洗量少時，其流量也會降低，蒸發(fā)器的過熱度會使吸氣溫度升高，吸氣蒸汽比容增大； 隨著溫度升高，吸入蒸汽的比容會增加壓縮熱，從而導致排氣溫度升高，從而使壓縮機升溫，增加壓縮功能，增加功率消耗，這對系統(tǒng)的壽命是非常不利的。 ，同時也不利于節(jié)能，嚴重影響熱泵機組的COP值。

三、防腐性能分析：

內(nèi)置式換熱器的換熱效果要好于外置式換熱器，這一點我們在上面已經(jīng)討論過了。 然而，市面上的熱泵水箱大多是外置式的。 是什么原因？ 經(jīng)過我們的調(diào)查分析得知，最主要的因素是廠家無法有效解決內(nèi)置線圈長期浸泡在水中造成的腐蝕現(xiàn)象，尤其是在水質(zhì)較差的地區(qū)，腐蝕現(xiàn)象很嚴重。 比如河南宜川等地的內(nèi)置盤管水箱，幾乎100%都會因盤管穿孔腐蝕導致整機報廢。 為了避免這個問題造成的損失，其廠家只能選擇生產(chǎn)外置盤管熱泵水箱。

佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司自主創(chuàng)新的“防腐壁”專利技術（防腐專利號：.9）是由加壓水箱中與水接觸的部件304不銹鋼盤管換熱管，如內(nèi)膽、水管、線圈等。然后，與水接觸的表面被鈍化。 鈍化是提高不銹鋼材料防腐性能的關鍵，最終形成一層致密均勻的含鉻鈍化膜，完全覆蓋在金屬表面。

以下是未經(jīng)防腐處理的不銹鋼板與經(jīng)過防腐處理的不銹鋼板的對比試驗：

測試一：

取兩塊相同的經(jīng)過自動氬弧焊的不銹鋼板，一塊已經(jīng)鈍化，另一塊未鈍化的樣品分別放在5%的鹽水和清水中。

結(jié)果：浸泡兩個月后觀察，經(jīng)過防腐處理的不銹鋼板在濃度為5%的鹽水中基本沒有生銹。 未經(jīng)防腐處理的不銹鋼板在清水中腐蝕嚴重。

說明：西北、華北等地區(qū)水質(zhì)再差，水質(zhì)（水中氯離子含量）也優(yōu)于5%鹽水（NaCl溶液）。

測試二：

取兩塊經(jīng)過自動氬弧焊的相同不銹鋼板，一塊經(jīng)過防腐處理，另一塊未經(jīng)過防腐處理，放入5%鹽霧試驗箱中進行鹽霧試驗，時間為：16h（見表 1）。

表1 鹽霧試驗

試驗1中，圖2中的工件未經(jīng)鈍化防腐處理。 不銹鋼雖然具有防腐性能，但在空氣中也能自然形成Cr2O3保護膜。 Cr2O3保護膜可以延緩點腐蝕和縫隙腐蝕的發(fā)展。 影響。 但是，對于經(jīng)過切割、冷加工，特別是焊接和熱處理的不銹鋼材料，保護膜有破損、不完整和不均勻的現(xiàn)象。 由于水中存在Cl-，在正常使用中會發(fā)生嚴重的氧化和腐蝕。 而試驗一圖一是應用佛山市新澤昌不銹鋼有限公司自主創(chuàng)新的“防腐壁”專利技術，沒有出現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象。

4、完美品質(zhì)源于48年的管理制造基因

作為東北集團的子公司，東北太陽能繼承了東北集團48年的制造和管理基因，擁有強大的研發(fā)團隊。 研發(fā)新能源（熱泵、太陽能、暖通空調(diào)等）以滿足各領域需求。 各種不同類型的水箱產(chǎn)品。

佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司擁有近10年的不銹鋼承壓水箱制造經(jīng)驗，已擁有先進的生產(chǎn)設備。 這款內(nèi)置式盤管熱泵水箱融合了公司多項技術，包括不銹鋼焊接和防腐技術，同時應用了“防腐壁”特殊保護內(nèi)膽技術。

東貝太陽能憑借領先的不銹鋼專業(yè)技術、9年市場零退貨率品質(zhì)和完善的售后服務，贏得了消費者的一致好評。 在熱泵行業(yè)、太陽能行業(yè)、暖通空調(diào)行業(yè)，東北太陽能的熱泵承壓水箱已成為部分客戶的指定產(chǎn)品。