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產品展示
熱管及熱管換熱器

 

 

   一、熱管簡介

    熱管技術首先于1944年由美國人高格勒(R·S·Gaugler)所發現,并以“熱傳遞裝置”(Heat Transter Device)為名取得專利,當時因未顯示出實用意義,而沒有受到應有的重視。直到六十年代初期,由于宇航事業的發展,要求為宇航飛行器提供高效傳熱元件,促使美國洛斯——阿拉莫斯科學實驗室的格羅弗(G·M·Grover)于1964年再次發現這種傳熱裝置的原理,并命名為熱管(Heat Pipe),首先成功地應用于宇航技術,之后引起了各國學者的極大興趣和重視。熱管技術于上世紀七八十年代進入中國。

 

  

 

   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。

低溫熱管
常溫熱管
中溫熱管
高溫熱管
-273-0℃
0-250℃
250-450℃
450-1000℃

   二、相容性及壽命

    熱管的相容性是指熱管在預期的設計壽命內,管內工作液體同殼體不發生顯著的化學反應或物理變化,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,才能保證穩定的傳熱性能,長期的工作壽命及工業應用的可能性。影響熱管壽命的因素很多,歸結起來,造成熱管不相容的主要形式有以下三方面,即:產生不凝性氣體;工作液體熱物性惡化;管殼材料的腐蝕、溶解。

產生不凝性氣體 由于工作液體與管殼材料發生化學反應或電化學反應,產生不凝性氣體,在熱管工作時,該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來形成氣塞,從而使有效冷凝面積減小,熱阻增大,傳熱性能惡化,傳熱能力降低甚至失效。
工作液體物性惡化 有機工作介質在一定溫度下,會逐漸發生分解,這主要是由于有機工作液體的性質不穩定,或與殼體材料發生化學反應,使工作介質改變其物理性能,如甲苯、烷、烴類等有機工作液體易發生該類不相容現象。
殼材料的腐蝕、溶解 工作液體在管殼內連續流動,同時存在著溫差、雜質等因素,使管殼材料發生溶解和腐蝕,流動阻力增大,使熱管傳熱性能降低。當管殼被腐蝕后,引起強度下降,甚至引起管殼的腐蝕穿孔,使熱管完全失效。

    三、熱管制造

    目前節能(余熱回收)領域的熱管換熱器,常用熱管多為重力熱管。重力熱管主要由管殼、端蓋、工質三部分組成,其通常制作工藝如下:

 
     

   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是:結構簡單,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?;蝗攘魈逋ü蝗繞魘鋇難沽λ鶚П繞淥蝗繞饜?,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整冷熱側換熱面積比,從而可有效地避免腐蝕性氣體的露點腐蝕。熱管換熱器的這些特點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,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構形式可分為:整體式、分離式和組合式。

   1、整體式熱管換熱器

氣—氣換熱器

 

氣—汽換熱器

氣—液換熱器

 

   2、分離式熱管換熱器

   1、工作原理

    分離式熱管也是利用工質的汽化-凝結來傳遞熱量,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接,可應用于冷、熱流體相距較遠或冷、熱流體絕對不允許混合的場合。其工作原理如圖所示。

    2、設備的基本結構

    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?;蝗繞髦饕煽翹搴凸蓯槌???翹迨且桓齦紙峁辜?,它分別是熱流體和冷流體的流通通道,殼體的上頂下底、兩側均設有內保溫層。為了便于檢修和觀察積灰情況,及時清除積灰,接口處設有人孔,設備頂蓋也可打開,用于檢修和更換管束。每臺殼體內均裝有若干片彼此獨立的管束。受熱段和放熱段相對應的各片管束通過蒸汽上升管和冷凝液下降管連接,構成各自獨立的封閉系統。

   五、熱管換熱器的應用特點

    1、整體式換熱器特點:

   (1)、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。

   (2)、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。

   (3)、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。

   (4)、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。

   (5)、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。

   (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。

    2、分離式熱管換熱器的特點:

   (1)、裝置的受熱段和放熱段可視現場情況而分開布置,可實現遠距離傳熱,這就給工藝設計帶來了較大的靈活性,也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的優化創造了良好的條件。

   (2)、工作介質的循環是依靠冷凝液的位差和密度差的作用,不需要外加動力,無機械運行部件,增加了設備的可靠性,也極大地減少了運營費用。

   (3)、放熱段與受熱段彼此獨立,易于實現流體分割、密封、因而能適用于易燃易爆等危險性流體的換熱,并且也可實現一種流體與多種流體的同時換熱。

   (4)、受熱段與放熱段管束可根據冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結構參數和材質,從而可有效地解決設備的露點腐蝕和積灰問題。

   (5)、根據工藝要求,可以將流體順、逆流混合布置,以適應較寬的溫度范圍。

   (6)、系統換熱元件由多片熱管管束組成,各片之間相互獨立,因此,其中一片甚至幾片損壞或失效不會影響整個系統的安全運行。

 

附——重力熱管原理示意圖

 
     
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