铜硬钎焊管带式热交换器在燃气热水器上的应用

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摘 要 铜硬钎焊（CuproBraze）是热交换器制造的一项革命性的新技术，采用铜硬钎焊技术制作的管带式热交换器重量轻、传热效率高、耐高温、耐腐蚀、坚固小巧。本文通过对铜硬钎焊管带式热交换器和传统的管片式热交换器应用于燃气热水器的热交换分析和试验对比，指出了铜硬钎焊管带式热交换器在燃气热水器上应用的优势和广阔的发展前景。

关键词 铜硬钎焊；管带式热交换器；燃气热水器

中图分类号TS914.25 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0195-02

0 引言

燃气热水器是主要的民用燃气设备之一。它以燃气作为燃料，通过燃气燃烧加热方式将热量传递到流经热交换器的冷水中以达到制备热水的目的。因此，热交换器是燃气热水器的关键部件。燃气热水器热交换器既要有良好的热交换性能，节能环保，又要耐高温、耐腐蚀；在市场竞争日趋激烈的情况下，还应在换热效率不下降和生产成本不提高的条件下减小体积和重量，使热水器以小巧的体积、低能耗和低价赢得更大的市场。

目前，普遍使用的热交换器结构形式有很多种。本文通过对燃气热交换器的热交换进行分析，以及传统的管片式热交换器与铜硬钎焊管带式热交换器的换热性能试验对比，阐明了与传统的管片式燃气热水器热交换器相比，采用铜硬钎焊技术的管带式热交换器具有更好的传热效率，更节省材料和能源，是使燃气热水器小型化、高效节能化的一种优良的解决方案。

1 燃气热交换器的热交换分析

在燃气热水器热交换器中，热量由高温烟气传递到水中主要是通过热传导和对流换热两种方式。

在水管外，热量通过对流换热从高温烟气传递到管壁和肋片上；肋片上的热量通过肋片和管壁间的合金焊料传递到管壁上；最后，热量通过管内的水与管壁间的对流换热传递到水中，使水加热。

因此，热交换器管、合金焊料、肋片的导热系数，烟气与管壁、肋片间的对流换热系数，水与管壁间的对流换热系数，以及高温烟气与管内低温水的液气温差值是决定燃气热水器热交换能力的决定性因素。

对流是依靠流体的流动来传递热量。当流体沿静止的壁面流动时，如燃气热水器中的水在热交换器圆管中流动时，在邻近壁面的区域内存在一个速度及温度边界层，边界层的厚度δ随距离L的增加逐渐增大，见图1。

2 铜硬钎焊管带式热交换器的特点

波浪式散热带比肋片传热面积更大，在保证散热面积的前提下，可减小芯体的厚度，使烟气在散热带中的流动长度减小，利于减小边界层厚度。且可在散热带表面制作出凸坑或开百叶窗，以破坏边界层，提高对流换热系数。试验表明，采用百叶窗波浪带的管带式热交换器，其气侧传热系数比以光滑平片为肋片式热交换器提高2倍以上，而交换器重量可降低30%～50%。

铜硬钎焊（CuproBraze）是热交换器制造的一项革命性的新技术，用于散热器和热交换器上的制造，通过采用特殊的铜镍合金焊料，将铜制成的管和散热带钎焊成一个整体。其特点在于，铜硬钎焊技术所采用的合金焊料是主要成分为铜，铜含量达75%，熔点为600℃。

铜硬钎焊热交换器采用的铜散热带和铜管在高温下能保持很高的强度，允许热交换器使用更薄的散热片和散热管材料，还能保证在高温和较高的工作压力条件下不变形，有利于减小材料使用量，降低成本。

由于铜硬钎焊焊料的主要成分是铜，钎焊后在管、带表面形成的合金层和管带间的合金焊缝导热系数与铜接近，保证热量能够迅速地从散热带传递到管上。因此，采用铜硬钎焊技术的热交换器传热效率较高。

由此看出，相对于管片式热交换器，采用铜硬钎焊技术制作的管带式热交换器热交换性能更好，且重量轻，材料消耗少，节能降耗。本文通过制作管带式铜硬钎焊热交换器，装在上海帝高燃气电气有限公司为意大利Riello集团制造的贝雷塔燃气热水器上进行加热试验，并与热水器原装管片式热交换器在相同的工作条件下的换热效果进行对比。

3 试验对比

试验方法为，以上海帝高制造的贝雷塔燃气热水器作为试验工作平台，在热水器相同火力档位、相同水流量档位的组合燃烧加热下，分别测量燃气热水器原装的管片式热交换器和铜硬钎焊管带式热交换器的出水温度，并对在相同工况条件下两种热交换器的热交换能力进行对比。试验使用的燃气为管道天然气。

试验所用的原装管片式热交换器与铜硬钎焊管带式热交换器参数见表1。

4 结论

通过对燃气热水器热交换器热交换的分析，与两种热交换器的试验对比可知，铜硬钎焊管带式热交换器与传统管片式热交换器相比，其换热效率和能力可明显增高8%以上更高，其材料消耗可显著节约材料40%以上，具有十分显著的节能降耗优势。通过合理的管、带参数选择，可以很容易地提高热水器能效等级，节能潜力巨大，其经济效益与社会效益均不可低估。

目前，“节能减排”已经成为国民经济发展的一项重大战略方针。作为燃气热水器小型化、高效节能化的一种优良的解决方案，铜硬钎焊管带式热交换器在燃气热水器领域必定会有广阔的发展前景。

参考文献

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