热管换热器 (1)

热管换热器的特点
a. 热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在 运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏，也只是 单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂。所以热管换热器用于易 然、易爆、腐蚀等流体的换热场合具有很高的可靠性。 b. 热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现 冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在管外流动，由于管外 流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，且两侧受热面均可采用 扩展受热面。用于品位较低的热能的回收非常经济。 c. 对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过热管结构尺寸， 扩展受热面形式，以解决换热器的磨损堵灰问题。 d.热管换热器用于带有腐蚀性的烟气的余热回收时，可以通过调 整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避 开最大的腐蚀区域。
热管技术的发展
热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的 G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件， 它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递 性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源 外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。最 初被用于航天技术和核反应堆，以解决向阳面和背 阴面受热不均匀。20世纪90年代被用于民用空调， 由于其优越的导热性，受到越来越广泛的重视，目 前在计算机、雷达等高科技领域被广泛应用。
5）低粘度、高表面张力。
按工质液体的工作温度分类： 低温热管（-273℃~0℃） 氨、氟利昂、Ne、N2
常温热管（0℃~250℃）
中温热管（250℃~450℃）
乙烷、丙酮、乙醇、甲苯、水
萘、联苯、导热姆-A、汞
高温热管（450℃~1000℃）
钾、铯、钠、锂、银
水-铜/碳钢（内壁化学处理） 热管的相容性：热管在预期的设计寿命内，工质液体与壳体不发生显著 的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。 造成不相容的三种形式：产生不凝性气体；工质液体物性恶化（分解、 与壳体发生反应）；壳体材料的腐蚀、溶解。
热管的基本构造
基本构造 典型的热管由密封的壳体、紧贴于壳体内表面的管 芯和壳体抽真空后封装在壳体内的工质液体组成。 壳体通常做成管状，管芯由多孔材料制成，其中充 满了许多细小的互相连通的毛细结构，热管内浸满 工质液体。
主要部件
壳体 作用：封闭工质液体 基本要求： 1） 与工质液体有良好的化学相容性，以免产生不凝性气体和腐蚀， 影响热管的传热性能。 2） 导热系数高。 3） 承压性能好，机械强度高，易于加工。 4）与工质液体有良好的浸润性。 壳体多采用碳钢、不锈钢、铜、铝、镍等材料，也可采用铌、钽、 钨等贵重金属或玻璃、陶瓷等非金属材料。
热管的应用
热管技术被公认是一种很有价值的传热新技术， 在空间技术、电器工业、核电工业、化学工业、食品 工业、动力机械、工业余热回收等很多方面都得到了 广泛应用。如:
1、小型锅炉烟气余 热回收。 2、作为空气预热器 应用 3、用于回收余热的 热管开水器
热管式空气预热器
热管换热器
ห้องสมุดไป่ตู้
热管换热器
工作原理 热管根据其工作特点，可分为蒸发段、绝热段和冷凝 段三个区段。当热源一端加热时，工质液体受热而蒸发 （蒸发段），蒸汽在压差的作用下沿蒸汽腔流向热管另一 端（冷凝段），蒸汽在冷凝段凝结放出潜热，热量通过冷 凝段浸满工质液体的管芯和管壁传出，完成热量从高温向 低温的传递，凝结液在管芯毛细抽吸力的作用下流回蒸发 段。如此反复循环，就能达到不断把热量从高温向低温传 递。热端和冷端的中间管段称为绝热段。
热管换热器的分类
整体式热管换热器 : 热管的蒸发段和冷凝段同处于一个整体的上、下两个空间，以流过热管两端流 体的种类可分为： 1.气-气式热管换热器，冷、热流体均为气体，如热管式空气预热器。 2.气-液式热管换热器，冷流体为液体，热流体为气体，如热管式省煤器。 3.气-汽式热管换热器，冷流体侧为产生蒸汽，热流体为气体， 如热管式蒸汽发生器(余热锅炉)， 其又可分为： ① 分离套管式热管蒸发器，产汽部分与汽包分开布置，通过上升管和下降管连 接。 ② 冷凝段直插汽包式（俗称子弹头式）热管蒸汽发生器，产汽部分与汽包同处 一空间，不需要升管和下降管。 分离式热管换热器 : 热管的蒸发段和冷凝段分开布置，共同处于一个整体。其也可分为： 1.气-气式热管换热器。 2.气-液式热管换热器。 3.气-汽式热管换热器。 KLS低温、GRSC中温热管换热器 KLS低温热管换热器： 用途：在各类工厂空调通风换气中，冬季回收排风中的热量予热新风；夏季回 收排风中的冷量予冷新风；回收工艺设备排风中的热量予热送风，达到节能的 目的。
均匀管芯：a-卷制丝网式管芯 b-金属粉末冶金烧结而成的管芯 c-槽道式管芯 组合管芯：d-组合丝网式 e-覆网槽道式
工质液体 作用：热管的载热体
基本要求： 1）在要求的工作范围内能产生相变，并具有合适的饱和压力； 2）化学性能稳定，并与壳体和吸液芯有良好的化学相容性； 3）能浸润壳体与管芯； 4）高导热系数、高汽化潜热和高密度；
热管的基本特性
(1)很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。 (2)优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所 产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。 (3)热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积 输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变 热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。 (5)热二极管与热开关性能 热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方 向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管 就不传热。 (4)热流方向的可逆性 一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另 一端向外散热就成为冷凝段。 (5)恒温特性(可控热管) 普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随 之变化。但人们发展了另一种热管——可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加 热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控 制，这就是热管的恒温特性。 (6)环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀 等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于 地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
管芯 作用：产生毛细作用力，为工质液体提供动力。 基本要求： 1）与工质液体和壳体有良好的化学相容性； 2） 导热性能好； 3）与工质液体有优良的浸润性； 4）易加工，能与内壁很好的吻合。 类型： 分为均匀管芯和组合管芯两大类。 均匀管芯是由一种材料制成； 组合管芯则由两种或两种以上的材料制成。
丝网、金属粉末管芯： 毛细力大，流动阻力 大，径向热阻高。 槽道式管芯：毛细 力小，流动阻力小， 径向热阻低。 组合管芯的特点： 毛细力较大，流动阻力 有所降低，径向热阻高。