Теплообменники для газовых колонок: Теплообменник для газовой колонки или котла

Содержание

Теплообменник для газовой колонки

Газовые колонки сегодня востребованы не меньше, чем несколько десятилетий назад. Современные производители усовершенствовали ее главный элемент – теплообменник для газовой колонки, и значительно модернизировали автоматику управления и защиты. Благодаря таким конструктивным инновациям газовые колонки:

• Приобрели компактные формы;
• Стали более безопасными и надежными;
• Работают с высокой энергоэффективностью;
• Обеспечивают стабильный нагрев проточной воды.

Поэтому, прежде чем приступить к описанию основных принципов выбора газовой колонки, рассмотрим назначение и устройство теплообменника – ее основного функционального элемента.

Конструктивные и эксплуатационные особенности

Теплообменник к газовым колонкам – это калорифер радиаторно-решетчатого типа и предназначен для нагрева проточной воды посредством передачи тепловой энергии, образовавшейся в результате сгорания газового топлива.

Алгоритм работы его очень прост: вода поступает на вход и перемещается по трубкам, которые обрамлены внешними радиаторными пластинами. Открытое пламя прямым контактом вызывает нагрев радиаторной группы. Вода обтекает радиатор внутри, в результате чего происходит обмен тепловой энергией. И если вода поступает проточно, происходит стабильный обмен тепловых энергий без повреждения конструктивных элементов.

Такой принцип работы предопределяет изготовление теплообменников на колонку из металлов с высоким коэффициентом теплоотдачи.

Материал изготовления	Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К	Коррозионная стойкость	КПД теплообмена	Скорость нагрева	Срок эксплуатации, год
Медь	384	высокая	0,92	очень высокая	6÷8
Алюминий	204	высокая	0,87	высокая	4÷6
Сталь	107	средняя	0,83	хорошая	8÷10

Достаточно часто купить теплообменник на колонку в Москве и СПб возможно из низкокачественной меди, в этом случае для минимизации окисления их подвергают внешнему покрытию оловом — своего рода оловянированию.

Выбор газовой колонки с теплообменником

Основные параметры для выбора газовой колонки – производительность, массо-габаритные показатели, тип розжига, автоматизация управления и защиты, ценовой диапазон и дизайн. Для среднестатистической семьи с двумя детьми производители рекомендуют теплообменник для газовой колонки купить с производительностью не менее 13 л/час. Останавливая выбор на определенной модели, следует также поинтересоваться способом пайки теплообменника газовой колонки, так как именно технология сварки/пайки определяет вероятность появления течей и прогаров.

Газовые колонки российского производства достойно конкурируют с зарубежными аналогами, имеют доступную стоимость и адаптированы к условиям российского коммуникационного инжиниринга.

Средняя стоимость теплообменников на колонку

Производитель	Ориентировочная цена теплообменника, руб
Нева	3800÷4900
Bosch	5200÷10500
Аристон	4200÷5600
Electrolux	4000÷5300
Vaillant	4400÷4900

Модельный ряд колонок «Нева»

Neva Lux – наиболее востребованная модель. Компилирует в своей конструкции медный радиатор, автоматику немецких изготовителей и отличный дизайн. Теплообменник для газовой колонки Нева обеспечивает высокую скорость и стабильность нагрева воды с низким уровнем шума. Унификация его размеров позволяет оперировать различные вариации замены, а так как его изготавливают из химически чистой меди, то этим обеспечивается высокое энергосбережение.

Газовые колонки «Астра»

Бюджетный вариант отечественного производства. «Астра» оснащена эффективным термостатом, который строго ограничивает предел нагрева воды выше 60 ˚С. При снижении тяги, автоматика гасит запальник, что очень безопасно при эксплуатации агрегата пожилыми людьми. Но работа только при хорошем напоре, ручной поджиг и значительный уровень шума при работе все же значительно снижают ее рейтинговые позиции.

Electrolux – функциональность и надежность

Продукция данного производителя стабильно входит в авангардную тройку самых безопасных и надежных водогрейных устройств. Теплообменник на колонку Электролюкс изготавливается из бескислородной меди высшей пробы, благодаря чему он приобретает высокую стойкость к окислению и к воздействию высоких температур. Эргономичные регуляторы, автоматическая система поджига, ионизационный контроль пламени, чувствительный гидравлический клапан обеспечивают высокую эффективность и легкость эксплуатации.

Bosch – традиционное качество и безукоризненность работы

Производя теплообменник на колонку Bosch из высококачественной меди с совершенными продуманными линиями, разработчики добились высокой эффективности теплоотдачи и стабильности нагрева воды даже при очень высоком давлении воды в системе. Прочный теплообменник на колонке Бош способен выдержать гидравлический удар до 12 бар, а дополнение надежной автоматикой, модулированием мощности обеспечивает эффективное использование газа с сохранением предельного уровня нагревания воды.

Аристон – эффективность и безопасность

Бренд Ariston стабильно входит в топовые рейтинги по степени эффективности и надежности. Энергоэффективный теплообменник Аристон традиционно изготавливается из термостойкой красной меди, а внешнее покрытие усиливает его антикоррозийную стойкость. Тягопрерыватель, блок электронного управления гарантируют удобную и безопасную эксплуатацию. Некоторые модели оснащены датчиками расхода воды, что очень актуально в век вынужденного ресурсосбережения.

Обслуживание и мелкий ремонт теплообменников газовой колонки

Как уже отмечалось выше, теплообменник для газовой колонки является основным элементом, который из-за жестких условий эксплуатации относится к расходным деталям. Не стоит забывать, что:

Он подвержен воздействию высоких температур;
В его внутренних полостях могут образовываться известковые отложения;
На радиаторных решетках, обтекаемых естественным потоком воздуха, собирается пыль и грязь.

В результате небрежной эксплуатации, пренебрежения профилактическими мерами придется теплообменник для газовой колонки купить гораздо раньше срока, заложенного изготовителями.

Но если подойти к этому вопросу конструктивно, то можно значительно продлить срок эксплуатации данного устройства:

1. Прежде чем производить ремонт теплообменника газовой колонки своими руками, трезво оцените свой технический потенциал, произведите перекрытие газа и воды, убедитесь в полном комплекте инструмента. Не вносите конструктивных изменений даже в малейшем масштабе.

2. Необходимость периодического удаления солевых и известковых отложений. Промывка теплообменника газовой колонки – трудоемкая процедура, требующая снятия радиатора, использования химических реагентов и применения специализированного оборудования. Простая промывка раствором лимонной кислоты может только спровоцировать возникновение пор и коксование отложений. Если у вас нет возможности обратиться к профессионалам, то все равно придется раздобыть бустер – насос для промывки теплообменников. С его помощью обеспечивается циклическая проточная промывка теплообменника газовой колонки, полное очищение от накипи и восстановление полноценной проходимости.

3. Регулярное внешнее очищение от грязе-пылевых отложений. Периодичность зависит от непосредственных условий эксплуатации и как в первом случае потребуется снятие радиатора. Здесь отложения удаляются простым мытьем с применением щадящих моющих средств и щетки с натуральной мягкой щетиной.

4. Внешний осмотр. Если вы самостоятельно производите профилактику, то тщательно осмотрите радиатор на предмет наличия течей и темных пятен. При обнаружении таковых однозначно потребуется пайка теплообменника газовой колонки. Эту процедуру рекомендуется выполнять посредством твердого припоя с обязательным применением канифоли. Слой припоя наносится ровным тонким слоем, в противном случае вы спровоцирует перегрев металла в этой точке и соответственно последующий прогар тела калорифера.

Соблюдайте правила эксплуатации изготовителей, старайтесь сразу настраивать комфортную температуру на выходе, производите ежегодный профилактический осмотр и тогда даже бюджетная модель теплообменника к газовой колонке будет служить вам многие годы.

Теплообменник для газовой колонки — какой лучше, ремонт, замена или новый прибор?

Устройства, которые реализуют обмен теплом между двумя теплоносителями, имеющими различную температуру, называют теплообменниками или калориферами. Современные конструкции имеют различные модификации, позволяющие оптимизировать основные параметры взаимодействия и обеспечить долговечность эксплуатационного периода. Наиболее распространенными видами считаются трубчатые и пластинчатые виды. Трубчатые представляют собой систему трубок, размещенных внутри кожуха, по трубкам протекает вода, а снаружи она подогревается газовой горелкой.

Технология производства и конструкция теплообменников непосредственно связана с материалом, из которого он состоит. Наибольшее распространение получили различные виды стали и высококачественная медь.

Преимущество стали в ее низкой стоимости и пластичности, позволяющей переносить высокие температуры нагрева без изменения физических свойств. Но такие устройства имеют относительно большой вес и меньшую, по сравнению с медью и алюминием, коррозийную стойкость. Кроме того, большая масса уменьшает КПД теплообмена.

Использование меди позволяет существенно повысить скорость нагрева воды (коэффициент теплоотдачи составляет 440). Недостатком является высокая стоимость получения чистого металла. Дело в том, что примеси создают точки неравномерного нагрева стенок и трубок теплообменника. Эти точки разрушаются со временем и создают «прогар». Обычно, производители, стремящиеся добиться конкурентных преимуществ при изготовлении газовых приборов, за счет использования менее качественных материалов, окрашивают медный теплообменник для газовой колонки «жаростойкой краской». Сроки службы в этом случае не превышает 2-3 года при небольшой нагрузке.

Взаимодействие с водой предъявляет повышенные требования к коррозийной стойкости материала. В этом отношении медь – эффективное решение, но высокая цена проката обуславливает малую толщину стенок и небольшое сечение трубок. Однако большинство организаций, предлагающих продукцию «из толстой меди», не указывают параметры этой толщины. Хотя вес обычно составляет от 3 до 3,5 кг, если устройство действительно медное.

В колонках с такими теплообменниками вода должна быть предварительно очищенной от примесей и солей. Несмотря на это, через год эксплуатации газовой колонки, необходимо осуществить промывку и очистку от накипи. Признаком высокой засоренности трубок служит снижение максимального нагрева воды по отношению к паспортным данным техники.

Современные технологии пайки

Продолжительность эксплуатации во многом определяется и качеством сварки трубок. Современные устройства запаивают твердым медно-фосфорным припоем МФ9 для увеличения срока службы теплообменника. Передовые производители используют технологию ультразвуковой пайки. Преимущество подобных решений в равномерности нагрева соединяемых конструкций. Обычная пайка может приводить к перегреву трубок в местах их соединения (пайки) и последующему прогару калорифера.

Эффективность ремонта

Попробуем определить что выгоднее: заменить в существующей газовой колонке калорифер или купить новый прибор? Рассмотрим, например, газовую колонку BOSCH, средняя цена около 8 500, плюс монтаж и доставка, обычно, около 6 000 в Москве, итого 14 500. Стоимость теплообменного элемента порядка 3 500, доставка и монтаж 3000, итого 6 500. Таким образом, замена более выгодна.

Среди наиболее продаваемых марок отечественных производителей фигурируют теплообменники для газовых колонок НЕВА. Во всех моделях калорифер изготавливается из чистой меди, производитель предлагает три модификации НЕВА Люкс, Люкс мини и 4510. Первые две модели перекрывают весь модельный ряд бренда «НЕВА». В целях продления срока службы рекомендуется не «кипятить воду в колонке», то есть использовать средний уровень нагрева воды, это позволит снизить скорость образования накипи.

Компания Electrolux разработала собственную технологию повышения надежности за счет предварительной обработки поверхности меди на молекулярном уровне (в названиях устройств присутствует приставка Nano). По информации компании, подобная технология (Exothermic) создает дополнительную защиту от окисления и высоких температур.

В ремонтных целях можно рассмотреть аналоги фирменных теплообменников, производимые в Туле для моделей Electrolux, Vaillant и AEG. По информации производителя в радиаторах используется утолщенная медь, окрашенная жаростойкой краской.

Стоимость теплообменников для основных моделей газовых нагревателей

Наименование теплообменника	Стоимость
Electrolux GWH 275 RN Vaillant 19/2 XZ-C+)	3 090 — 3 400
НЕВА 3010/НЕВА 3110/НЕВА 3212/НЕВА 3216 /ДАРИНА 3010/	3 600 — 3 900
Vaillant MAG 11 / 19	4 600 — 4 800
Electrolux GWH 275 / 250 RN	4 600 — 4 800
Bosch WR15-2B	4 500 — 8 000

Автор: Валерий Светлаков

Google

изобретений | Бесплатный полнотекстовый | Новый теплообменник с фазовым переходом для газовых водонагревателей

1. Введение

Водонагреватели потребляют большое количество энергии в повседневной жизни людей. Согласно Книге данных по энергопотреблению зданий Министерства энергетики США (DOE) за 2010 г., на нагрев воды в жилых помещениях расходуется 13,1% энергии, поставляемой в жилые здания [1]. Газовые водонагреватели составляют 36,19% китайского рынка водонагревателей, а электрические водонагреватели, солнечные водонагреватели и воздушные тепловые насосы занимают 47,36%, 8% и 1% соответственно [2]. Водяное отопление составляет 39% от общего энергопотребления, а газовая колонка занимает 91 % потребления газа в обычной семье в Соединенных Штатах Америки (США) [3]. Следовательно, эффективность водонагревателя должна быть достаточно высокой для достижения цели экономии и защиты окружающей среды.

Принцип работы основной части существующего газового водонагревателя показан на рис. 1а. Это теплообменник с ребристыми трубами, через который высокотемпературный газ проходит через ребристую сторону теплообменника для нагрева воды внутри змеевика теплообменника. Основным методом теплопередачи является передача тепла в ограниченном пространстве в теплообменнике из бескислородной меди, а высокотемпературный дым проходит через зазор в кожухе, а излучение и конвективный теплообмен в ограниченном пространстве, которое происходит в трубопроводе. Скорость дымовых газов низкая, поток ламинарный. Когда плотность теплового потока низкая, тепло не может быть использовано в достаточной мере, что приведет к потере энергии. Ориентировочный КПД существующего теплообменника газового водонагревателя составляет 66~74%, что не отвечает требованию энергосбережения [4].

Проделана большая работа по повышению эффективности водонагревателя. Агилар C [5] делает вывод, что для повышения эффективности нагрева и сгорания воды в водонагревателях необходимо улучшить время, температуру и турбулентность (3Ts) водонагревателя. Снижение температуры дымовых газов на 25 °C снижает расход топлива на 1% и повышает термический КПД на такой же процент [6]. Galitsky C [7] проанализировал процесс горения и обнаружил, что уменьшение избытка воздуха на 15 % повышает эффективность нагрева на 1 %, а Cx Cm [8] обнаружил, что эффективность водонагревателя может быть повышена на 2,5 %, если избыток O ₂ уровень снижен на 1%. Hongbin YI и соавт. [9] оптимизировали конструкцию воздухозаборника горелки для улучшения условий горения, что обеспечивает небольшое увеличение эффективности на 1,06%. С. Таджвар и др. В работе [10] изменена конструкция поверхности проточного канала и улучшена турбулентность дымовых газов. С. Эйамса-Ард и др. [11] улучшили теплопередачу в трубе за счет добавления спиральных ленточных вставок и улучшили турбулентность потока в трубе, что широко используется производителями водонагревателей для повышения теплового КПД. SJ Craig [12] обнаружил, что направление дымовых газов с помощью перегородки также может обеспечить высокую тепловую эффективность и эффективность сгорания. Эти методы могут улучшить процесс теплопередачи и немного повысить эффективность газового водонагревателя.

Основным способом повышения эффективности газового водонагревателя является установка дополнительного теплообменника для захвата тепла отходящих дымовых газов и скрытой теплоты водяного пара [13], что широко используется производителями водонагревателей как А.О. Смит и Аристон. Такой тип нагревателей называется конденсационным водонагревателем, который потребляет примерно на 30 % меньше энергии, чем традиционный нагреватель [14]. КПД конденсационного водонагревателя на 21,1-28,7 % выше, чем у традиционного [15]. Хотя добавление конденсационных теплообменников на выходе дымовых газов может дополнительно использовать небольшое количество водяного пара, образующегося при сгорании дымовых газов, низкотемпературная коррозия часто возникает на оребренных трубах и вызывает снижение теплового КПД теплообменников. [16,17,18,19,20].

Другие попытки были предприняты путем изменения всей конструкции и метода теплопередачи водонагревателей. В газовом водонагревателе, который был раскрыт в публикации патента США № US 2007/0133963 A1 [21], в качестве основного элемента теплопередачи используется закрытая вакуумная камера, заполненная частицами. Змеевик теплопередачи для нагрева воды заглублен в теплопроводящие частицы в полости. Тепло высокотемпературного газа проходит через стенку закрытой полости в виде теплопровода, затем тепло передается в теплопроводные частицы, а затем в змеевик. Теплопередача с фазовым переходом — еще один способ передачи большого теплового потока, который в последние годы постепенно применяется в водонагревателях. В электрическом водонагревателе, раскрытом в китайском патенте CN201510250211 [22], змеевик теплопередачи заглублен в закрытую вакуумную полость, содержащую воду. Вода испаряется нагревательной трубкой и охлаждается змеевиком теплопередачи. В патенте CN201610352526 [23] также раскрыт электрический водонагреватель, основанный на вакуумных принципах фазового перехода, состоящий из нескольких независимых нагревательных модулей. Каждый модуль работает как блок испарения и конденсации. Он имеет преимущества высокого коэффициента теплопередачи, быстрой скорости нагрева, изоляции воды и электричества, безопасности и компактности.

Изобретение обеспечивает высокоэффективный компонент теплообменника для быстрого производства тепла ввиду проблемы, заключающейся в том, что использование тепла газового водонагревателя в известном уровне техники низкое, а скорость производства тепла низкая. Основным методом теплопередачи для нового теплообменника является не только принудительная конвекция, но и фазовый переход (см. рис. 1б), который не был обнаружен в публичной отчетности.

2. Материалы и методы

Из-за высокой температуры пламени оребренная трубка не может напрямую контактировать с пламенем. Дымовые газы необходимо охладить, прежде чем они поднимутся к оребренной трубе, сделанной из меди, на случай, если теплообменник сгорит, что приведет к низкому тепловому потоку. Теплопередача с фазовым переходом является эффективным методом теплопередачи, коэффициент теплопередачи которого обычно высок и подходит для передачи большого теплового потока. Имитируя тепловую трубу, создается вакуумный медный резонатор, основанный на механизме фазового перехода.

Новый газовый водонагреватель состоит из двух нагревательных частей, из которых внутренняя часть представляет собой вакуумную полость. В верхней части полости имеется моталка. В нижней части полости под змеевиком находится среда фазового перехода, которой обычно является вода или хладагент. Пористая среда погружается в жидкую среду фазового перехода, чтобы увеличить количество ядер кипения и ускорить скорость испарения. Дно полости представляет собой нагревательную пластину, которая нагревается непосредственно высокотемпературным пламенем. Внешняя часть нагревателя представляет собой оребренную трубу, окружающую полость. Структура вакуумной полости показана на рисунке 2а, а экспериментальный материал показан на рисунке 2б.

Снаружи полости имеется кожух из стали, чтобы ограничить полость и расположить всю полость над горелкой. Между полостью и кожухом имеется дымоход, в котором расположена вторая теплообменная труба. После того, как нижняя теплообменная пластина корпуса нагревается источником тепла, дымовой газ поднимается от периметра внешнего дна внутренней полости по ходу дымового газа, и тепло передается нагретой жидкости во втором тепле. обменная трубка. Основная конструкция теплообменника показана на рисунке 3а, а экспериментальное устройство показано на рисунке 3b. Геометрические параметры нагревателя приведены в таблице 1.

Рабочий процесс теплообменника показан на рис. 4. После запуска газового водонагревателя вода во входном патрубке поступает в вакуумную полость и нагревается парообразной средой фазового перехода, среда конденсируется на теплообменной трубе. и падают обратно на дно полости, чтобы снова испариться. Затем вода течет по оребренным трубам между полостью и внешней оболочкой, чтобы снова нагреться дымовыми газами. В основном дымовые газы сначала охлаждались теплообменной пластиной, затем охлаждались оребренной трубой и, наконец, выбрасывались в окружающую среду.

В ходе анализа и эксперимента были обнаружены дополнительные характеристики нового теплообменника. По сравнению с существующим теплообменником газового водонагревателя проход дымовых газов нового теплообменника намного уже из-за вакуумной полости внутри корпуса, что приводит к более высокой скорости дымовых газов и, следовательно, более высокий коэффициент теплопередачи, показанный на рис. 5. Кроме того, новый теплообменник менее чувствителен к колебаниям тепла. При изменении расхода газа температура воды нового теплообменника будет изменяться гораздо медленнее, чем существующего.

3. Результаты и анализ

3.1. Тепловые характеристики

Было проведено экспериментальное исследование для проверки поведения нового теплообменника и сравнения нового теплообменника с существующим. На рис. 6 показано повышение температуры воды в новом теплообменнике при расходе газа 0,01 м ³ /мин и расходе воды 0,002 м ³ /мин, 0,003 м ³ /мин, 0,004 м ³ /мин и 0,005 м ³ /мин соответственно.

На рис. 7 показано сравнение количества тепла, поглощаемого водой между новым теплообменником и существующим, при расходе газа 0,01 м ³ /мин и расходе воды 0,002 м ³ /мин, 0,003 м ³ /мин, 0,004 м ³ /мин и 0,005 м ³ /мин. Теплота, поглощаемая водой, рассчитывается по формуле:

где m· – массовый расход, c _p – теплоемкость воды, а T _out и T _in – температура воды на выходе и воды на входе соответственно. m· можно рассчитать следующим образом:

V· — расход воды, ρ — плотность воды.

В отличие от существующего теплообменника, поток воды оказывает значительное влияние на эффективность нового теплообменника. Установлено, что теплота, поглощаемая водой в новом теплообменнике выше, чем в существующем, и увеличивается с увеличением расхода воды с 6630 Вт до 7000 Вт, а теплота существующего колеблется в пределах от 6340 Вт до 6550 Вт. Тепловой КПД нового теплообменника составляет 94%, а существующего – 88% за счет преобразования. Теплота, поглощаемая водой в новом теплообменнике, продолжает увеличиваться, но увеличивается все медленнее по мере увеличения расхода воды. По-видимому, у нового теплообменника самое высокое значение теплопоглощения, и оно зависит от расхода воды.

Температура дымовых газов двух теплообменников исследована и показана на рис. 8. Температура дымовых газов нового теплообменника варьируется от 81 °C до 76 °C, а температура существующего теплообменника составляет от 97 °C. до 92 °С. Установлено, что температура выхлопных газов нового теплообменника примерно на 16 °С ниже, чем у существующего, и температура выхлопных газов обоих теплообменников снижается с увеличением расхода воды.

Кроме того, эксперимент по проверке чувствительности двух теплообменников к изменению температуры. Расход газа будет иметь скачкообразное изменение от 0,01 м ³ /мин до 0,005 м ³ /мин, и существует значительная разница в изменении температуры воды между двумя теплообменниками (см. рис. 9). При уменьшении расхода газа температура воды на выходе из существующего теплообменника сразу снижается и достигает установившегося состояния через 20 с, а температура воды на выходе нового теплообменника снижается медленно и стабилизируется через 70 с.

3.2. Экономический анализ

В соответствии с тепловыми характеристиками нового нагревателя было получено 6-процентное повышение тепловой эффективности по сравнению с существующим нагревателем. Предлагается экономический анализ для получения экономической эффективности нового нагревателя. Для одного пользователя тепло воды, которое требуется в день, можно рассчитать как:

где c _p – теплоемкость воды, 4,2 кДж/(кг∙К). ρ – плотность воды, кг/м ³ . V _d – объем воды, а m ³ . Δt – превышение температуры воды, °С. Ежедневное потребление природного газа можно рассчитать как:

где q _g – теплотворная способность природного газа, кДж. η – тепловой КПД газового водонагревателя. Общие эксплуатационные расходы нагревателя можно рассчитать как:

где p _g – цена природного газа, юань/м ³ . n – количество нагревателей. д рабочие дни. Для одной семьи расход воды составляет 5,676 × 10 ⁻³ м ³/мин, повышение температуры 25 °С. Теплотворная способность природного газа составляет 36 533 кДж/кг, а цена природного газа составляет 2,8 юаня/м ³ . При условии, что газовая колонка работает один час в сутки. Фиксированная стоимость теплообменника нового обогревателя составляет около 900 юаней, а существующего — 720 юаней от производителя газового обогревателя Ariston. Общая стоимость двух нагревателей показана на Рисунке 10, и можно обнаружить, что стоимость будет равна, когда это будет около 2,5 лет.

Например, в Китае проживает 4,3 миллиона семей, 36,19% из них пользуются газовыми водонагревателями. Можно обнаружить, что новый нагреватель сэкономит около 1,1 × 10 ⁷ м ³ природного газа и сэкономит около 3,1 × 10 ⁷ юаней по сравнению с существующим нагревателем. Другая особенность нового нагревателя заключается в том, что предотвращение низкотемпературной коррозии также способствует снижению стоимости нового нагревателя, поскольку достигается многообещающий более длительный срок службы, что требует дальнейшего изучения.

4. Обсуждение

Предлагается экспериментальное исследование для сравнения поведения нового теплообменника и существующего. Новый нагреватель выходит на стационарный режим примерно за 150 с, что больше, чем в существующем нагревателе, так как требуется время для закипания среды фазового перехода в вакуумной полости при каждом запуске. Ребристая труба вокруг полости позволяет быстро нагревать воду и компенсировать длительное время запуска.

Новый нагреватель лучше использует энергию и более эффективен, чем существующий. Кроме того, новый нагреватель находится в наилучшем рабочем состоянии, и он появится при увеличении расхода воды, а наиболее вероятный расход для наилучшего рабочего состояния составляет 0,01 м 9 . 0035 3 /мин, потому что это расчетное рабочее состояние экспериментального теплообменника. Температура выхлопных газов нового нагревателя ниже, чем у существующего, и выше, чем температура точки росы сжигаемого природного газа, которая составляет примерно 50 °С [8]. Низкотемпературная коррозия возникает, когда температура выхлопного газа ниже его температуры точки росы. Новый теплообменник эффективно снижает температуру выхлопных газов и в то же время предотвращает низкотемпературную коррозию.

При кипении и конденсации среды фазового перехода температура воды в новом нагревателе снижается медленнее, чем в существующем, что называется низкой чувствительностью нового теплообменника. Низкая чувствительность к смене источника тепла является хорошей характеристикой, когда он используется в бытовом газовом водонагревателе, поскольку расход газа иногда колеблется в домах людей, а низкая чувствительность к колебаниям обеспечивает удовлетворительный пользовательский опыт.

С поощрением за тепловую эффективность (6%), новый обогреватель потребляет меньше природного газа, чем существующий. Хотя фиксированная стоимость нового обогревателя выше, чем у существующего (180 юаней), разница в фиксированной стоимости будет возмещена примерно через 2,5 года. При перспективном более длительном сроке службы нового обогревателя он будет еще более экономически эффективным.

5. Выводы

Газовые водонагреватели являются крупным потребителем природного газа в жилых домах. Существующий нагреватель либо имеет низкую тепловую эффективность, либо может подвергаться низкотемпературной коррозии, что не отвечает требованиям энергосбережения. На основе проблемы изготавливается теплообменник с фазовым переходом и проводится экспериментальное исследование, сравнивающее тепловое поведение и использующее опыт между новым нагревателем и существующим, а также проводится экономический анализ для прогнозирования экономической эффективности. Работа показана следующим образом:

(1): Высокоэффективный компонент теплообменника для быстрого производства тепла предлагается с учетом проблемы, заключающейся в том, что использование тепла газового водонагревателя в существующем нагревателе низкое, а скорость производства тепла низкая, с использование среды фазового перехода.
(2): Экспериментально эффективность теплопередачи нового теплообменника газового водонагревателя на 6% выше, чем у существующего.
(3): Температура выхлопных газов нового теплообменника (81 °C~76 °C) выше, чем температура точки росы сгоревшего природного газа (60 °C), что позволяет избежать низкотемпературной коррозии тепла. обменник.
(4): Новый нагреватель показывает низкую чувствительность к флуктуациям источника тепла и обеспечивает лучший опыт использования при флуктуациях подачи газа с помощью среды фазового перехода.
(5): Новый нагреватель более экономичен, и для индивидуального пользователя его стоимость может окупиться примерно через 2,5 года. Для Китая при использовании нового нагревателя можно сэкономить около 1,1 × 10 ⁷ м ³ природного газа.
(6): Предотвращение низкотемпературной коррозии увеличивает срок службы нового нагревателя и, следовательно, способствует повышению экономической эффективности, что еще предстоит изучить.

6. Патенты

В результате работы, описанной в этой рукописи, получены два патента, номер которых — WO/2017/166557 в PCT и CN201610204147 в китайском патенте соответственно.

Вклад авторов

З.Т. и Ю.Ю. спроектировал и провел эксперименты, C.Y. и Ю.Р. сделал расчет и спроектировал теплообменник, J.Y. проанализировали данные; К.В. предоставили материалы и инструменты анализа, а также предоставили идею и структуру статьи.

Благодарности

Авторы благодарят Фонд инновационных исследовательских групп Национального фонда естественных наук Китая (№ 51721004).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

Hoeschele, M.; Спрингер, Д.; Герман, А .; Сталлер, Дж.; Чжан, Ю. Руководство по стратегии: правильный выбор водонагревателя; Управление научно-технической информации Технические отчеты; Министерство энергетики США: Вашингтон, округ Колумбия, США, 2012 г.
Тиан Ю.; Лю, Р .; Ян, М .; Хао, Ю .; Лю, Ю. Обзор рынка и анализ газовых водонагревателей в Пекине. Газ Тепло 2012 , 32, B11–B13. [Google Scholar]
Леков А.Б.; Франко, В.Х.; Вонг-Пароди, Г.; МакМахон, Дж. Э.; Чан, П. Экономика бытовых газовых печей и водонагревателей на рынке нового строительства США. Энергоэффективность. 2010 , 3, 203–222. [Google Scholar] [CrossRef]
Yi, AX; Ван, Ю.; Ченг, ФУЗ; Пан, С.Ю.; Гуо, К. Экспериментальное исследование и анализ энергосбережения высокоэффективного газового нагревателя. Инд. Тепло. 2002 , 169, 50–52. (на китайском языке) [Google Scholar]
Агилар, К.; Уайт, ди-джей; Райан, Д.Л. Бытовое водонагревание и потребление энергии водонагревателями в Канаде. CBEEDAC: Эдмонтон, штат Алабама, Канада, 2005 г.; п. 359. [Google Scholar]
Министерство энергетики (DOE), Управление промышленных технологий, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Программа передового опыта; Информация в Steam; Министерство энергетики (DOE), Управление промышленных технологий, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии: Вашингтон, округ Колумбия, США, 2001 г.
Галицкий С.; Уоррелл, Э. Возможности повышения энергоэффективности и экономии средств в отрасли сборки автомобилей: руководство ENERGY STAR для руководителей предприятий и энергетиков; Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли: Беркли, Калифорния, США, 2008 г.; Том 32.
Промышленная программа Канады по энергосбережению (CIPEC). Котлы и обогреватели, повышение энергоэффективности; Министерство природных ресурсов Канады, Управление энергоэффективности: Оттава, Онтарио, Канада, 2001 г. [Google Scholar]
Hongbin, Y.I.; Луо, К.; Лю, Х .; Шан, З .; Цзоу, К. Оптимизация конструкции частичного забора воздуха горелки в газовом водонагревателе дутьевого типа. Газовое отопление 2014 , 34, А28–А30. [Google Scholar]
Таджвар, С.; Салеми, Арканзас; Рамзан, Н .; Навид, С. Повышение тепловой эффективности и эффективности сгорания газового водонагревателя. заявл. Терм. англ. 2011 , 31, 1305–1312. [Google Scholar] [CrossRef]
Эйамса-Ард, С.; Промвонж, П. Усиление теплопередачи в трубе с регулярно расположенными спиральными ленточными вихревыми генераторами. Сол. Энергия 2005 , 78, 483–494. [Google Scholar] [CrossRef]
Craig, SJ; Макмахон, Дж. Ф. Влияние регулирования тяги на горение. ИСА Транс. 1996 , 35, 345–349. [Google Scholar] [CrossRef]
Тан, С.; Луо, X .; Чжэн, Л. Исследование газового водонагревателя конденсационного типа. Нац. Gas Ind. 2002 , 322, 229. [Google Scholar]
Федеральный реестр, часть VIII: Министерство энергетики, Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии. Доступно в Интернете: www. eere.energy.gov/buildings/appliance_standards/ Residential/pdfs/water_heater_fr.pdf (по состоянию на 11 июня 2018 г.).
Grehier, A. Конденсационный теплообменник для рекуперации тепла дымовых газов. В материалах Международного симпозиума по конденсационным теплообменникам, Колумбус, Огайо, США, 14-19 апреля.87. [Google Scholar]
Пан, X.X.; Вэй Д.С. Антикоррозионная защита конденсационного газового водонагревателя. Газовое тепло 2005 , 25, 11–14. [Google Scholar]
Чжан Ю.; Хуанг, X .; Ван, Ф .; Сюй, Д. Анализ продуктов коррозии и меры по защите от коррозии теплообменника для газового водонагревателя. Газ Тепло 2016 , 36, А33–А37. (на китайском) [Google Scholar]
Вэньцзюань, Л.И. Причины и устранение низкотемпературной коррозии теплообменника конденсационного газового водонагревателя. Газовое отопление 2016 , 36, А27–А29. (на китайском языке) [Google Scholar]
«> Хван, К.; Песня, CH; Сайто, К.; Каваи С. Экспериментальное исследование титанового теплообменника, используемого в газовом водонагревателе для рекуперации скрытой теплоты. заявл. Терм. англ. 2010 , 30, 2730–2737. [Google Scholar] [CrossRef]
Zheng, YX; Чжао, HY; Е, ЮЗ; Чжун, Дж.-С.; Ся, З.-З.; Ву, Г.-Ф. Экспериментальное исследование защиты от коррозии низкотемпературной части теплообменника конденсационного газового водонагревателя. Газовое отопление 2007 , 27, 35–41. (на китайском языке) [Google Scholar]
Луо, К.-К. Теплопроводный узел для водонагревателя и способ изготовления теплопроводящего узла. Патент США 2007/0133963, 14 июня 2007 г. [Google Scholar]
Wang, Q.; Су, Б. Закрытый и высокоэффективный испарительно-конденсационный мгновенный водонагреватель. К.Н. Патент 201510250211, 15 мая 2015 г. [Google Scholar]
Wang, Q.; Вей, С. Электрический водонагреватель быстрого нагрева, основанный на вакуумном принципе фазового перехода. К.Н. Патент 201610204147, 24 мая 2016 г. [Google Scholar]

Рисунок 1. ( a ) Принцип работы существующего теплообменника газового водонагревателя; и ( b ) Фазовый переход в новом теплообменнике газового водонагревателя.

Рисунок 2. ( a ) Конструкция вакуумной полости; и, ( b ) Экспериментальная конструкция вакуумной полости.

Рисунок 2. ( a ) Конструкция вакуумной полости; и ( b ) Экспериментальная конструкция вакуумной полости.

Рисунок 3. ( a ) Проектная конструкция внешней части; и, ( b ) Экспериментальная структура внешней части.

Рисунок 3. ( a ) Проектная конструкция внешней части; и, ( б ) Экспериментальная конструкция внешней части.

Рисунок 4. Рабочий процесс нового газового теплообменника с добавлением конденсатора.

Рисунок 5. Профиль скорости дымовых газов.

Рисунок 6. Повышение температуры воды на выходе.

Рисунок 7. Поглощенное тепло двух теплообменников.

Рис. 7. Поглощенное тепло двух теплообменников.

Рисунок 8. Температура выхлопных газов.

Рис. 8. Температура выхлопных газов.

Рисунок 9. Изменение температуры воды с колебаниями.

Рис. 9. Изменение температуры воды с колебаниями.

Рисунок 10. Общая стоимость для одного пользователя.

Рис. 10. Общая стоимость для одного пользователя.

Таблица 1. Геометрический параметр нагревателя.

1 Геометрия Параметр1.0397 Cavity Length

Параметр геометрии	Значение (мм)	Параметр геометрии	Значение (мм)	Параметр геометрии	значение (MM)	(MM)	200	Total Length	240	Diameter of pipe	10
Cavity Width	120	Total Width	160	Fin thickness	0. 5
Cavity Height	250	Общая высота	280	Плавник	18 × 2

© 2018 авторами. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Теплообменные гейзеры | Что вам нужно знать

Постоянное повышение цен на электроэнергию стало нормой для жителей Южной Африки, и разочарование в связи с этим повышением цен остается разочарованием. В Energy Depot мы стремимся регулярно предлагать различные альтернативы клиентам, которые хотят сэкономить везде, где это возможно. Через EMS доступно практическое решение, такое как системы водяного отопления. Отопительные (водяные) насосы представляют собой экологически чистые варианты для домашних хозяйств или других целей, таких как коммерческие и промышленные предприятия.

Электрические гейзеры

В большинстве домов есть электрические гейзеры, постоянно работающие от нагревателей сопротивления. К сожалению, домовладельцы не экономят. Средняя емкость электрической гейзерной колонки составляет 200 литров и обычно оснащена элементом мощностью 4 кВт. Недостатком этого типа гейзера является то, что он полностью зависит от коммунальных служб, таких как Eskom.

Альтернативные гейзеры

Важно отметить, что существуют различия между солнечным гейзером и системой теплообмена.

Солнечные гейзеры в основном подключены к солнечной энергии, что обеспечивает полную экономию на коммунальных услугах. Поскольку солнце не может обеспечить солнечную энергию 24 часа, необходимо соответствующим образом скорректировать ежедневные привычки. Например, не забывайте принимать душ или ванну в солнечные дни. Цифровой или электронный контроллер подключен к солнечному гейзеру, который позволяет циркуляционному насосу прокачивать воду через солнечную панель и обратно в резервуар гейзера только тогда, когда солнце теплее, чем сам резервуар. Эти резервуары оснащены «челночными клапанами», поэтому, если взойдет солнце (которое обычно на 8 градусов по Цельсию теплее, чем в резервуаре), насос сработает, чтобы начать циркуляцию через панель.

Солнечные панели:

«Плоские коллекторы», которые представляют собой плоские стеклянные панели (похожие на стеклянную крышу) с тонкими медными пластинами, которые тонким слоем поглощают солнечное тепло.

«Вакуумные трубчатые блоки», которые представляют собой полое стекло, обычно две стеклянные трубки одна внутри другой, через внутреннее стекло будет проходить вода или только горячий газ, а внешнее стекло будет защищено. Внутри гейзера есть тонкий медный стержень, который проходит до самого дна гейзера, и как только эти медные стержни нагреваются, это тепло передается воде, которая поднимается обратно.

Теплообменник:

Функциональность системы теплообмена отличается от солнечного гейзера тем, что он подключен к солнцу и/или к сети Eskom. В настоящее время на рынке Южной Африки доступны «тепловые насосные системы с интегрированным тепловым насосом низкого давления», также известные как «теплообменные системы».

Принцип работы:

Сам тепловой насос соединен со змеевиком конденсатора из нержавеющей стали, расположенным внутри бака до самого дна. Это позволяет излучать тепло более эффективно, так как это 360-градусная область для передачи тепла. Когда температура воды достигает 60 градусов по Цельсию, тепловой насос отключается.

По сравнению с электрической газовой колонкой:

По сравнению с газовой колонкой, установленной в полости крыши дома, со всеми трубопроводами (которые иногда не установлены должным образом) вызывают большие потери тепла. Из-за того, что вода регулярно проходит через резервуар, по мере того, как тепло начинает поступать через небольшой циркуляционный насос, в резервуаре возникает движение, которое иногда разрушает слои стратификации в резервуаре, делая продукт не таким достаточным, как он должен быть. Вот почему предлагаемый вариант — купить интегрированную систему теплового насоса, такую как то, что может предложить EMS.

Преимущества системы теплообмена:

Излучает 3 кВт тепла, произведенного из полипропиленового пластика и сосуда низкого давления, исключающего риск взрыва.
Сам блок вырабатывает 3 кВт тепла в бак, но потребляет всего 750 Вт электроэнергии.
Низкое давление
Внешняя часть тепловых насосов также изготовлена из стойкого к УФ-излучению пластика AVS, что позволяет выдерживать все элементы, поскольку система монтируется снаружи дома.
Известковый налет не влияет на бак.
Функция смартфона WIFI для управления системой с вашего собственного устройства. (Установите таймеры, включите и выключите его удаленно).
Резервный нагревательный элемент 2 кВт
Экономит от 60% до 70% электроэнергии.

Произведенный в Южной Африке продукт, специально построенный в Крюгерсдорпе. Японские компрессоры используются для формирования системы теплообмена, которая долговечна. EMS впервые начала поставлять кондиционеры и тепловые насосы для горнодобывающей промышленности. Сейчас продаются тепловые насосы местным домохозяйствам. Ожидается, что гейзер со встроенным тепловым насосом 200 л прослужит всю жизнь. В настоящее время общая стоимость системы теплообмена «Тепловой интегрированный теплообменник низкого давления» составляет 25 000 рандов.

Дополнительные советы:

Вскоре услуги по установке будут предоставляться по всей стране, включая обучение сотрудников, чтобы клиент мог получить наилучшее обслуживание с лучшим продуктом, доступным на рынке прямо сейчас.

Energy Depot гордится тем, что является южноафриканским дистрибьютором энергетических решений, таких как гейзер с теплообменом. Energy Depot уже некоторое время присутствует на рынке и обладает знаниями и опытом, которых заслуживают все клиенты. Не стесняйтесь обращаться к информированной команде Energy Depot для получения дополнительной информации о «Тепловой интегрированной системе теплообмена низкого давления», нажав на ссылку ниже на веб-сайте: https://energydepot.