


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)時因未顯示出實(shí)用意義,而沒有受到應(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。
熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件,它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,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。
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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數(shù)量級的熱量,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。只有長期相容性良好的熱管,才能保證穩(wěn)定的傳熱性能,長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,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,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,同時存在溫差、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:

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四、熱管換熱器簡介
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。換熱流體通過換熱器時的壓力損失比其他換熱器小,因而動力消耗也小。
由于冷、熱流體是通過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、穿孔也不會對冷、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
(1)、整體式熱管換熱器
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↑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) |
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↑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) |
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↑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,請勿詢價。)
工作原理
分離式熱管也是利用工質(zhì)的汽化-凝結(jié)來傳遞熱量,只是將受熱部分與放熱部分分離開來,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、熱流體絕對不允許混合的場合。其工作原理如圖所示。
設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)
由通過熱流體的換熱器、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,及時清除積灰,接口處設(shè)有人孔,設(shè)備頂蓋也可打開,用于檢修和更換管束。每臺殼體內(nèi)均裝有若干片彼此獨(dú)立的管束。受熱段和放熱段相對應(yīng)的各片管束通過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,每根熱管都是相對獨(dú)立的密閉單元,冷、熱流體都在管外流動,并由中間密封板嚴(yán)密的將冷、熱流體隔開。
(3)、有效的防止露點(diǎn)腐蝕,通過調(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)計可采用變截面結(jié)構(gòu),保證流體進(jìn)出口等流速流動,達(dá)到自清灰的目的。
(5)、無轉(zhuǎn)動部件,沒有附加動力消耗,無需經(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,同時對整體換熱效果的影響也可忽略不計。

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