304不锈钢盘管换热管,对比分析热泵热水器换热盘管内置与外置性能

热泵热水器换热盘管内外性能对比分析

摘要：空气源热泵热水器储水箱主要由内胆、外胆、换热盘管、保温材料等组成。 其中，换热盘管在热泵系统中起到冷凝器的作用。 高温高压的气态制冷剂通过换热盘管将热量传给水，温度升高，从而产生热水。 根据盘管结构的不同，空气源热泵热水器可分为内置盘管热泵热水器和外置盘管热泵热水器。 本文详细介绍了一种应用于内置盘管热泵热水器的不锈钢水箱的技术。

一、简介

目前，一种用于热泵热水器的内置式不锈钢盘管热泵水箱（专利号：.9）在佛山市鑫泽昌不锈钢有限公司研制成功，并申请了多项专利保护。

储水箱作为热泵热水器的主要部件，对热水器的性能起着重要的作用。 主要体现在水箱（内置冷凝器）的传热性能、保温性能、热水出水率、内胆防腐性能等方面。 目前市场上的外卷式搪瓷水箱和滚塑水箱存在诸多质量缺陷，如：外卷式传热效果差，搪瓷水箱漏水，热胀冷缩易产生裂纹，必须使用阳极。 镁棒起到保护作用，阳极镁棒消耗后浸泡会影响水质。 全国各地水质的差异，导致镁棒的监测和售后服务难度大。 我公司生产的不锈钢承压水箱具有承压、卫生、换热效果好、防腐性强（防腐专利号：.9）、寿命长等优点。 水系统的首选。

2、线圈内外部性能对比分析：

1、换热效率

换热效率是换热水箱的一个重要指标，它影响着热泵热水器的性能系数和能效比（即COP值）。

目前，在热泵热水器的家电产品中，水箱换热器主要采用盘管结构。 卷材材质主要有铜卷、铝卷、不锈钢卷三种； 从线圈结构上分外置线圈和内置线圈两种。 其中，外置盘管热泵热水器，由于盘管盘绕在内胆的外壁上，当水箱进行热交换时，盘管中的热量必须通过内胆壁传递给水，且多了一个导热过程，传热效率低。

特别是搪瓷水箱，线圈中的热量经过内胆壁和搪瓷层两次传导。 每个热传导都有热阻，搪瓷层是非金属材料，其传热系数远小于金属材料。 搪瓷热泵水箱带盘管的传热效率远低于带不锈钢盘管的热泵水箱。

另外，在热泵系统的设计中，冷凝器（盘管）的大小是根据压缩机的匹配来选择的。 冷凝器（盘管）面积过大，压缩机润滑油回流困难，会烧坏压缩机； 冷凝器（盘管）面积过小，冷凝器温度过高，压缩机容易跳闸，缩短压缩机使用寿命。 因此，外置盘管热泵水箱要想达到与内置盘管热泵水箱相同的传热能力，即使增加盘管传热面积，也不可能达到传热效率和节能效果。内置盘管热泵水箱的效率比（COP值）。

铜线圈的外圈绕在内胆上一般有三种方式，一种是传统的圆管外圈304不锈钢盘管换热管，一种是D型外圈，还有一种是槽型外圈. 传统圆管外盘管，水箱内胆与盘管线面接触，有效换热面积很小； 对于D型外置盘管，水箱内胆与盘管线面接触，接触面大于线面。 接触良好，但有效换热面积仍然较小，传热速度慢，能效比很低，且铜管因热胀冷缩不断变化，管与管之间的接触紧密度外盘管和水箱内胆用久了也会涨。 变化，传热效果逐年下降，D型管的两个角部在长期的热胀冷缩下受力不均，容易折断； 对于沟槽外线圈，需要将胆囊压成波浪形，将铜管盘绕在沟槽内。 与D型管相比，接触面积有所提高，但最大接触面积仅为50%。 热量总是通过水箱内胆进行交换，能效比还是差强人意。 而且，由于水箱内胆需要压槽工艺，使得内胆变薄，压槽工艺也会影响焊接接头的质量和水箱内胆的寿命。 .

在生产过程中，铜卷外板内槽的结构设计要求很高。 不仅要求线圈靠近水箱内胆，还要注意线圈之间的距离。 如果管道之间的距离太小，冷凝管的利用效率低。 太大，冷凝传热面积不够； 为了加强薄壁管与内胆之间的传热，需要较高的盘管密度，导致冷凝器系统过长，内部流阻较大，导致冷却介质在薄壁铜管内流速低，传热效果大打折扣；

内置盘管热泵热水器是将盘管（即冷凝管）直接放置在水箱内胆中。 换热管与水整体接触，管壁充分参与换热。 传热温差小，冷凝侧压力较高。 低，不会影响压缩机的使用寿命。 相同管长的换热管有效换热面积大，换热效率好； 盘管外管壁与水完全接触。 热效率相对较高；

下面是外线圈热阻和内线圈热阻的对比计算：

对于嵌入式盘管热泵热水器，根据管外面积计算传热系数的公式为：

式中，R为线圈的曲率半径，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，p为流体密度，u1为管内流速，u为运动粘度。

内置盘管热泵热水器与外置盘管热泵热水器的热阻对比：

从上式可以看出，外盘管式的热阻远大于内置盘管式，即外盘管式的传热性能比内置盘管式差很多- 线圈类型。 上式还表明，与内置式相比，外置盘管式的热阻多了内胆的热传导热阻，原来盘管外的对流热阻变成了内胆的对流热阻内胆，性能也有一定的下降。 如果是搪瓷水箱，在水箱内胆上加了一层搪瓷层，而搪瓷层是非金属的，热阻较大，使热泵水箱盘管的传热性能变差，整个系统的加热时间会变长。

2、对压缩机使用寿命的影响

压缩机在热泵系统中起着举足轻重的作用，直接影响到整个系统的COP值。 但由于自身因素，外置盘管热泵水箱的传热效果并不好，盘管在水箱内被保温层包围。 1、排气温度高、超负荷运行，长此以往会严重缩短压缩机的寿命。

大多数热泵制造商解决这一现象的方法是减少压缩机使用的制冷剂充注量。 这样的解决方案，经过研究分析，会导致参与热泵系统循环的制冷剂不足。 因此，热泵机组中的蒸发器吸收的热量较少，整个系统的供暖时间就会变长。 对于压缩机来说，制冷剂冲洗量少时，其流量也会降低，蒸发器的过热度会使吸气温度升高，吸气蒸汽比容增大； 随着温度升高，吸入蒸汽的比容会增加压缩热，从而导致排气温度升高，从而使压缩机升温，增加压缩功能，增加功率消耗，这对系统的寿命是非常不利的。 ，同时也不利于节能，严重影响热泵机组的COP值。

三、防腐性能分析：

内置式换热器的换热效果要好于外置式换热器，这一点我们在上面已经讨论过了。 然而，市面上的热泵水箱大多是外置式的。 是什么原因？ 经过我们的调查分析得知，最主要的因素是厂家无法有效解决内置线圈长期浸泡在水中造成的腐蚀现象，尤其是在水质较差的地区，腐蚀现象很严重。 比如河南宜川等地的内置盘管水箱，几乎100%都会因盘管穿孔腐蚀导致整机报废。 为了避免这个问题造成的损失，其厂家只能选择生产外置盘管热泵水箱。

佛山市鑫泽昌不锈钢有限公司自主创新的“防腐壁”专利技术（防腐专利号：.9）是由加压水箱中与水接触的部件304不锈钢盘管换热管，如内胆、水管、线圈等。然后，与水接触的表面被钝化。 钝化是提高不锈钢材料防腐性能的关键，最终形成一层致密均匀的含铬钝化膜，完全覆盖在金属表面。

以下是未经防腐处理的不锈钢板与经过防腐处理的不锈钢板的对比试验：

测试一：

取两块相同的经过自动氩弧焊的不锈钢板，一块已经钝化，另一块未钝化的样品分别放在5%的盐水和清水中。

结果：浸泡两个月后观察，经过防腐处理的不锈钢板在浓度为5%的盐水中基本没有生锈。 未经防腐处理的不锈钢板在清水中腐蚀严重。

说明：西北、华北等地区水质再差，水质（水中氯离子含量）也优于5%盐水（NaCl溶液）。

测试二：

取两块经过自动氩弧焊的相同不锈钢板，一块经过防腐处理，另一块未经过防腐处理，放入5%盐雾试验箱中进行盐雾试验，时间为：16h（见表 1）。

表1 盐雾试验

试验1中，图2中的工件未经钝化防腐处理。 不锈钢虽然具有防腐性能，但在空气中也能自然形成Cr2O3保护膜。 Cr2O3保护膜可以延缓点腐蚀和缝隙腐蚀的发展。 影响。 但是，对于经过切割、冷加工，特别是焊接和热处理的不锈钢材料，保护膜有破损、不完整和不均匀的现象。 由于水中存在Cl-，在正常使用中会发生严重的氧化和腐蚀。 而试验一图一是应用佛山市新泽昌不锈钢有限公司自主创新的“防腐壁”专利技术，没有出现任何腐蚀现象。

4、完美品质源于48年的管理制造基因

作为东北集团的子公司，东北太阳能继承了东北集团48年的制造和管理基因，拥有强大的研发团队。 研发新能源（热泵、太阳能、暖通空调等）以满足各领域需求。 各种不同类型的水箱产品。

佛山市鑫泽昌不锈钢有限公司拥有近10年的不锈钢承压水箱制造经验，已拥有先进的生产设备。 这款内置式盘管热泵水箱融合了公司多项技术，包括不锈钢焊接和防腐技术，同时应用了“防腐壁”特殊保护内胆技术。

东贝太阳能凭借领先的不锈钢专业技术、9年市场零退货率品质和完善的售后服务，赢得了消费者的一致好评。 在热泵行业、太阳能行业、暖通空调行业，东北太阳能的热泵承压水箱已成为部分客户的指定产品。