家用燃气快速热水器受热面的优化探讨

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  摘要:本文通过测定对流及辐射受热面吸收热量,分析现有的受热面吸热改善措施,并计算辐射吸收热量,提出热水器受热面优化设计方案。测试结果表明,采用加强燃烧的方法,提高燃烧室容积热负荷可以改善热水器受热面吸热率低问题。
  关键词:热水器;受热面;加强燃烧
  一、家用燃气快速热水器受热面热量吸收测定
  据研究表明,环境温度、受热面沾染、火焰辐射特性不同,对热力设备受热面吸热影响较大[2]。当选取相同的受热面材料时,通过调整布设方案可以提高热量吸收率。考虑到热水器吸热受热面由对流和辐射两项因素组成,所以,本文分别对这两项因素受热量进行测定。
  选取1台参数为10L/min,负荷为20kW的热水器作为实验装置,测量肋片管和盘管中冷水吸收的热量,而后不考虑盘管,利用肋片管开展单因素实验,测量肋片管吸收热量大小,根据热负荷和水吸收热量数值,可以计算出热效率。
  1、对流受热面吸收热量的测定
  在此实验中,对流受热面所用材料占总受热面材料用量的比例为56.8%,吸收热量占比为85.8%,推算出比吸热量大小为45.2MJ/kg﹒h。
  2、辐射受热面吸收热量的测定
  辐射受热面使用材料0.48kg,其占据总材料的比例为43.2%,测得吸热量数值为4.7MJ/h,吸热量占比为14.2%,此部分吸收热量大约占总受热面的比例为1/4.6。
  通过上述测定结果可知,当前设计的家用热水器对流与辐射受热面吸收热量的能力比较薄弱,反映出经济性较差问题,必须对换热器受热面问题进行探究,对其进行优化处理,从而达到提高资源利用率,减少热量损耗的目的。
  二、现有的受热面吸热改善措施及辐射吸收热量的计算
  1、现有的受热面吸热改善措施
  针对辐射受热面吸收热量问题,本文通过总结辐射吸收量计算方法,为吸收热量问题探究提供计算工具,便于数据分析工作展开,更加明确的认识到受热问题根源所在,从而为受热面优化设计奠定基础。如图1所示为热水器受热面布置图。
  热水器燃烧室内部,主要采用辐射方式传递热量Q,燃烧室内壁面接收到热量后,将其划分为两部分,其中一部分作为盘管辐射热量,记为Q1,用于冷水加热,另外一部分热量作为燃烧室外壁面辐射热量,记为Q2,在加热过程中部分热量会散失在冷空气中[3]。由此可知,Q1为有用热,而Q2部分热量为无用热,出现了较为严重的能量损耗问题。为了解决此问题,常用的方法是在燃烧室外壁面涂抹绝热层或者粘贴金属箔片,另外,通过焊接燃烧室壁面和盘管也可以增加Q1有用热。以上这些常用措施的使用,虽然可以增加热量使用效率,但是大幅度降低了热水器外壳温度[4]。通过测试可知,改善前散热损失大约为5%,改善后散热损失大约为2%。
  2、辐射吸收热量的计算分析
  通过观察表1中的测试结果可知,JSQ20-A2型热水器通过加强燃烧,燃烧室容积热负荷、热水产率有所提高。在无受热面情况下,热效率仅下降了4%。通过增加受热面面积增加8-10%的热效率,便可以恢复整机热效率。恰当的受热面面积,有助于改善热水器受热面吸热率低的需求。
  总结
  本文围绕家用燃气快速热水器受热问题展开研究,通過分析现有的受热面吸热改善措施,并计算辐射吸收热量可知,热水器热损耗问题突出,需要从布设上进行改善。针对此问题,采用强化燃烧处理方法,提高燃烧室容积热负荷,实现热水量提升。测试结果表明,采用加强燃烧方法,可以改善热水器受热面吸热率低问题。
  参考文献:
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  作者简介:
  吴鹏成  学历:本科。
  (作者单位:广东万家乐燃气具有限公司)
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