熱管、熱管換熱器

一、熱管、熱管換熱器綜述

熱管技術(shù)首先于1944年由美國(guó)人高格勒（R·S·Gaugler）所發(fā)現(xiàn)，并以“熱傳遞裝置”（Heat Transter Device）為名取得專利，當(dāng)時(shí)因未顯示出實(shí)用意義，而沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。直到上世紀(jì)六十年代初期，由于宇航事業(yè)的發(fā)展，要求為宇航飛行器提供高效傳熱元件，促使美國(guó)洛斯·阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的格羅弗（G·M·Grover）于1964年再次發(fā)現(xiàn)這種傳熱裝置的原理，并命名為熱管（Heat Pipe），熱管技術(shù)首先成功地應(yīng)用于宇航領(lǐng)域，之后引起了各國(guó)學(xué)者的極大興趣和重視。熱管技術(shù)于上世紀(jì)七八十年代進(jìn)入中國(guó)。

熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械等行業(yè)中，作為廢熱回收和工藝過(guò)程中熱能利用的節(jié)能設(shè)備，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

重力熱管如上圖所示，在熱管的下端加熱，工質(zhì)吸收熱量汽化為蒸汽，在微小的壓差下,上升到熱管上端，并向外界釋放熱量，工質(zhì)凝結(jié)為液體。液態(tài)工質(zhì)在重力作用下，沿?zé)峁軆?nèi)壁返回到受熱段，再次受熱汽化，如此循環(huán)往復(fù)，連續(xù)不斷的將熱量由一端傳向另一端。由于是相變傳熱，因此熱管內(nèi)熱阻很小。熱管的高導(dǎo)熱能力與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)的熱量，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有單向?qū)岬奶攸c(diǎn)，特別是由于熱管的特有機(jī)理，使冷熱流體間的熱交換均在管外進(jìn)行，這就可以方便地進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。此外，由于熱管內(nèi)處于真空狀態(tài)，工質(zhì)極易沸騰與蒸發(fā)，熱管因此啟動(dòng)非常迅速。

熱管作為傳熱元件，可以單根使用，也可以組合使用，根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)的條件，配以相應(yīng)的流通結(jié)構(gòu)組合成各種形式換熱器。熱管換熱器具有傳熱效率高、阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠和維護(hù)費(fèi)用少等多種優(yōu)點(diǎn)，在空間技術(shù)、電子、冶金、動(dòng)力、石油、化工等各種行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。

二、熱管的相容性及使用壽命

熱管的相容性是指熱管在預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)或物理變化，或有變化但不足以影響熱管的工作性能。相容性在熱管的應(yīng)用中具有重要的意義。只有長(zhǎng)期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能，長(zhǎng)期的工作壽命及工業(yè)應(yīng)用的可能性。影響熱管壽命的因素很多，歸結(jié)起來(lái)，造成熱管不相容的主要形式有以下三方面，即：產(chǎn)生不凝性氣體；工作液體熱物性惡化；管殼材料的腐蝕、溶解。

產(chǎn)生不凝性氣體	由于工作液與管殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體。熱管工作時(shí)，不凝性氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段末梢匯集形成氣塞，從而導(dǎo)致熱管有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱能力降低甚至失效。
工作液熱物理性質(zhì)惡化	熱管工作液為有機(jī)物，在一定溫度下會(huì)逐漸分解，或與管殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致工作液性能改變。如苯、烷、烴類有機(jī)物工作液容易發(fā)生此類不相容現(xiàn)象。
管殼材料腐蝕、溶解	工作液在管殼內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)存在溫差、雜質(zhì)等因素，使管殼材料發(fā)生溶解和腐蝕，工作液流動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致熱管傳熱性能降低。管殼被腐蝕后機(jī)械強(qiáng)度下降，甚至腐蝕穿孔工作液泄露導(dǎo)致熱管完全失效。

三、熱管制造

目前節(jié)能（余熱回收）領(lǐng)域的熱管換熱器，常用熱管多為重力熱管。熱管是將無(wú)縫管內(nèi)充入適量工質(zhì)并在真空狀態(tài)下封裝而成，重力熱管主要由管殼、端蓋、工質(zhì)三部分組成，其通常制作工序如下：

四、熱管換熱器簡(jiǎn)介

熱管換熱器屬于熱流體與冷流體互不接觸的表面式換熱器。熱管換熱器顯著的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器。換熱流體通過(guò)換熱器時(shí)的壓力損失比其他換熱器小，因而動(dòng)力消耗也小。

由于冷、熱流體是通過(guò)熱管換熱器不同部位換熱的，而熱管元件相互又是獨(dú)立的，因此即使有某根熱管失效、穿孔也不會(huì)對(duì)冷、熱流體間的隔離與換熱有多少影響。此外，熱管換熱器可以方便地調(diào)整冷熱側(cè)換熱面積比，從而可有效地避免腐蝕性氣體的露點(diǎn)腐蝕。熱管換熱器的這些特點(diǎn)正越來(lái)越受到人們的重視，其用途亦日趨廣泛。

按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為：氣-氣式、氣-汽式、氣-液式、液-液式、液-氣式。

按照熱管換熱器的結(jié)構(gòu)形式可分為：整體式、分離式和組合式。

1、整體式熱管換熱器

(1)、整體式熱管換熱器

↑氣-氣換熱器（可定制）	↑氣-氣換熱器（可定制）	↑氣-氣換熱器（不接受定制）
↑氣-氣換熱器（可定制）	↑氣-氣換熱器（僅供特定客戶）	↑氣-氣換熱器（可定制）
↑氣-氣換熱器（不接受定制）	↑氣-氣換熱器（不接受定制）	↑氣-氣換熱器（不接受定制）

(2)、分離式熱管換熱器

（提示：本公司暫不生產(chǎn)分離式熱管換熱器，請(qǐng)勿詢價(jià)。）

工作原理

分離式熱管也是利用工質(zhì)的汽化-凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，只是將受熱部分與放熱部分分離開(kāi)來(lái)，用蒸汽上升管與冷凝液下降管相聯(lián)接，可應(yīng)用于冷、熱流體相距較遠(yuǎn)或冷、熱流體絕對(duì)不允許混合的場(chǎng)合。其工作原理如圖所示。

設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

由通過(guò)熱流體的換熱器、冷流體的換熱器及蒸汽上升管、冷凝液下降管組合而成。換熱器主要由殼體和管束組成。殼體是一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)件，它分別是熱流體和冷流體的流通通道，殼體的上頂下底、兩側(cè)均設(shè)有內(nèi)保溫層。為了便于檢修和觀察積灰情況，及時(shí)清除積灰，接口處設(shè)有人孔，設(shè)備頂蓋也可打開(kāi)，用于檢修和更換管束。每臺(tái)殼體內(nèi)均裝有若干片彼此獨(dú)立的管束。受熱段和放熱段相對(duì)應(yīng)的各片管束通過(guò)蒸汽上升管和冷凝液下降管連接，構(gòu)成各自獨(dú)立的封閉系統(tǒng)。

五、熱管換熱器的應(yīng)用特點(diǎn)

1、整體式換熱器特點(diǎn)：

（1）、傳熱效率高，熱管的冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅片強(qiáng)化傳熱，彌補(bǔ)一般氣-氣換熱器換熱系數(shù)低的弱點(diǎn)。

（2）、有效地避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對(duì)獨(dú)立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動(dòng)，并由中間密封板嚴(yán)密的將冷、熱流體隔開(kāi)。

（3）、有效的防止露點(diǎn)腐蝕，通過(guò)調(diào)整熱管根數(shù)或調(diào)整熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比，使熱管壁溫提高到露點(diǎn)溫度以上。

（4）、有效的防止積灰，換熱器設(shè)計(jì)可采用變截面結(jié)構(gòu)，保證流體進(jìn)出口等流速流動(dòng)，達(dá)到自清灰的目的。

（5）、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，沒(méi)有附加動(dòng)力消耗，無(wú)需經(jīng)常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產(chǎn)。

（6）、單根熱管的損壞不影響其它的熱管，同時(shí)對(duì)整體換熱效果的影響也可忽略不計(jì)。