熱管
在眾多的傳熱元件中,熱管是人們所知的**有效的傳熱元件之一,它可將大量的熱量通過其很小截面積遠距離地傳輸而無需外加動力。國際上對熱管技術的研究和應用是在20世紀60年代開始的。我國在這方面的研究起始于上世紀70年代80年代初,我國的熱管研究和開發重點轉向節能和能源的合理利用,相繼開發了熱管氣—氣換熱器、熱管采暖爐、熱管余熱鍋爐、高溫熱管蒸汽發生器等各類熱管產品。由于碳鋼—水重力熱管的結構簡單、價格低廉、制造方便、易于推廣,使得此類熱管得到了廣泛的應用。
隨著科學技術的不斷提高,熱管研究和應用的領域也在不斷拓寬。目前,熱管及熱管換熱器已廣泛應用于石油、化工、動力、冶金、建材、輕工等領域的高效傳熱設備,以及電子裝置芯片冷卻、筆記本電腦CPU等的冷卻。
目前,除微型熱管已批量化、大規模生產外,工業中余熱回收用的熱管換熱器由于各種設備規模、大小、使用情況的不同,幾乎每臺設備都根據設備的工藝條件、現場情況設計、制造。
一、熱管工作原理
熱管是一種具有高導熱性能的傳熱元件,它通過在全封閉真空管殼內工質的 蒸發與凝結來傳遞熱量,具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優點。目前已廣泛應用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中,作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節能設備,取得了顯著的經濟效益。
典型的重力熱管如圖所示,在密閉的管內先抽成真空,在此狀態下充入適量工質,在熱管的下端加熱,工質吸收熱量汽化為蒸汽,在微小的壓差下,上升到熱管上端,并向外界放出熱量,凝結為液體。冷凝液在重力的作用下,沿熱管內壁返回到受熱段,并再次受熱汽化,如此循環往復,連續不斷的將熱量由一端傳向另一端。由于是相變傳熱,因此熱管內熱阻很小,
熱管的高導熱能力與銀、銅、鋁等金屬相比,單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量,所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率,且結構簡單,具有單向導熱的特點,特別是由于熱管的特有機理,使冷熱流體間的熱交換均在管外進行,這就可以方便地進行強化傳熱。此外,由于熱管內部一般抽成真空,工質極易沸騰與蒸發,熱管啟動非常迅速。
熱管這種傳熱元件,可以單根使用,也可以組合使用,根據用戶現場的條件,配以相應的流通結構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、結構緊湊、工作可靠和維護費用少等多種優點,它在空間技術、電子、冶金、動力、石油、化工等各種行業都得到了廣泛的應用。
三、熱管的應用特點
(1)、壽命長,該產品使用壽命大于15年以上。
(2)、傳遞熱量大,抽成真空的熱管內的介質,通過強烈的相變完成換熱,傳遞的熱量約為良導體的導體的104倍左右。
(3)、熱管單支點固定在筒體上,熱管的熱脹冷縮變形不受約束,避免了應力破壞。
(4)、熱管應用到爐子上可降低煙氣溫度提高爐子的熱效率。
(5)、熱管采暖爐采用了高新技術沒,使爐子具有新穎性。
(6)、傳熱效率高,熱管的冷、熱側均可根據需要采用高頻焊翅片強化傳熱,彌補一般氣—氣換熱器換熱系數低的弱點。
(7)、有效地避免冷、熱流體的串流,每根熱管都是相對獨立的密閉單元,冷、熱流體都在管外流動,并由中間密封板嚴密的將冷、熱流體隔開。
(8)、有效的防止露點腐蝕,通過調整熱管根數或調整熱管冷熱側的傳熱面積比,使熱管壁溫提高到露點溫度以上。
(9)、有效的防止積灰,換熱器設計可采用變截面結構,保證流體進出口等流速流動,達到自清灰的目的。
(10)、無任何轉動部件,沒有附加動力消耗,不需要經常更換元件,即使有部分元件損壞,也不影響正常生產。
(11)、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。