熱管換熱器應(yīng)用淺析

馮晶晶

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)和科技的發(fā)展，熱管換熱器在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。然而，熱管換熱器的廣泛使用也出現(xiàn)了很多問題，帶來了許多安全隱患。本文主要介紹了熱管換熱器的結(jié)構(gòu)、基本特性和應(yīng)用，并簡(jiǎn)要指出了熱管換熱器的限制因素。

關(guān)鍵詞：熱管 熱管應(yīng)用器 煙氣 余熱回收

引言：大量鍋爐的利用來工作過程中，產(chǎn)生大量的熱量浪費(fèi)，此過程不僅不有利于節(jié)能減排，另外一個(gè)方面也十分的污染空氣。但是，新的耗材意味著新的費(fèi)用，因此，探究目前狀況下熱能換能器的應(yīng)用狀況就顯得十分必要，目前低中熱能換能器應(yīng)用比較廣泛，但是高熱換能器研究也十分重要。

一、熱管換熱器的結(jié)構(gòu)及基本特性

1.1熱管換熱器的結(jié)構(gòu)

通過熱管換熱器將熱量利用溫差將熱量在溫度不同的物質(zhì)間進(jìn)行傳遞。把多屬支熱管組裝成一體，利用隔板將其分隔形成蒸發(fā)和冷凝的不同區(qū)段，構(gòu)成冷熱物質(zhì)分別流動(dòng)的通道。在這個(gè)過程中，把熱源中的熱量持續(xù)的傳遞給冷源，這種組裝原件的組裝體就是熱能換熱器。

典型的熱管換熱器，主要部件為熱管管束，外殼，隔板，熱管的蒸發(fā)段和凝結(jié)段被隔板隔開。熱管管束，外殼，隔板組成了冷，熱流體的流道。隔板首要功能是分隔冷熱源于不同區(qū)域，以此防止兩種流體相互溝通，且封閉通道。除此之外，還能夠支撐熱管管束。熱管的蒸發(fā)段和凝結(jié)段的外壁加裝翅片，其目的是強(qiáng)化整個(gè)傳熱過程；兩側(cè)流體均為垂直流動(dòng)，提高傳熱系數(shù)。

1.2熱管換熱器的基本特性

（1）傳熱性能好： 熱管換熱器優(yōu)良的傳熱性能主要是包括以下三個(gè)因素：增加熱交換面積，增大相鄰流體溫差，改變液體流動(dòng)軌跡。首先是在兩流體側(cè)都加上了鋼翅，使其都翅化，由此顯著增大了冷熱流體的熱交換面積，減小了氣體流動(dòng)阻力，由此，提高了熱傳遞效率。其次，相鄰液體即為不同溫度的液體，使相鄰液體間溫差增大更加有利于熱量的交換，最后，把一側(cè)氣體的管內(nèi)流動(dòng)改為垂直外掠流動(dòng)。

（2）冷、熱流體兩側(cè)的傳熱面可以按照需要設(shè)置： 熱管的蒸發(fā)段、冷凝段長(zhǎng)度及翅化比按所給的煙氣的比重，清潔程度，流速，流量等綜合因素等，但是各個(gè)因素間相互獨(dú)立，這就使得機(jī)器構(gòu)造易于調(diào)整。

（3）傳熱面部分被破壞時(shí)，能確保兩流體不相互混合： 。由于熱能換熱器可能會(huì)損毀，如果彼此液體簡(jiǎn)單相通，那么當(dāng)局部液體遭到污染時(shí)，通過液體的交通使得所有的物品遭受污染。為了避免這種情況的發(fā)生，利用隔板將其彼此隔開。這樣使得只是熱量的交換而不包括流體的相通，有效避免大面積的污染，減少損失。另一方面，若要更換局部零件時(shí)，不影響總體工作進(jìn)度，保證生產(chǎn)效益。

（4）熱能換熱器有很強(qiáng)的抗積灰能力： 熱管溫度高，熱管外空氣流動(dòng)極快，灰塵不易堆積。再加上熱管管壁壁溫高，周圍空氣不易凝結(jié)，以致于灰塵不會(huì)輕易堆積在管的外表面，這樣就不容易積灰。

（5）熱管換熱器有較強(qiáng)的抵抗水蒸氣和酸的腐蝕： 水蒸氣和酸可腐蝕熱能換熱管。而對(duì)于熱管空氣預(yù)熱器，在設(shè)計(jì)中，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整熱管蒸發(fā)段和冷凝段的長(zhǎng)度，以及調(diào)整低溫處熱管冷、熱兩段翅片的數(shù)量、間距等辦法來減少腐蝕。

二、熱管換熱器的應(yīng)用

熱管換熱器主要應(yīng)用于工業(yè)鍋爐，航空航天，家用電器如空調(diào)，電腦，電站等生活生產(chǎn)的各個(gè)方面。

（一）熱管空氣預(yù)熱器

熱管空氣預(yù)熱器利用鍋爐、加熱爐等通過終末排出的余煙的熱量來加熱初始進(jìn)入鍋爐的氣體，一方面不僅利用了以前浪費(fèi)的大量熱量，另一方面使氣體在導(dǎo)管內(nèi)反復(fù)流動(dòng)，增加了潔凈律，有效解決了關(guān)于有害氣體大量排放的問題。這樣節(jié)約資源且保護(hù)環(huán)境，因此得到了大量的推廣。熱管元件的蒸發(fā)段和凝結(jié)段外壁均加裝翅片，前已述，提高了傳熱性能但是同等的新增加的翅片又會(huì)導(dǎo)致該部分更容易積灰和服飾。雖然有所考慮到增加翅片，但是如何有效，高效的布局方式，尚未得到解決，導(dǎo)致不同區(qū)域間換熱不均勻，不充分，這將是未來考慮改進(jìn)的方向。

（二）熱管省煤器

鍋爐上經(jīng)常使用的熱管省煤器，通過提高加熱側(cè)熱管管壁溫度，防止灰塵的堆積，且在煤礦中，灰塵極多，因此有效的防止了積灰導(dǎo)致的局部堵塞與腐蝕。

（三）熱管蒸發(fā)器（余熱鋼爐）

余熱鍋爐進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的升級(jí)改造，使其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，機(jī)身各部件之間更加緊湊。不同熱管之間彼此分離，有效減少了局部機(jī)器損壞時(shí)，維修的復(fù)雜性。即單管損害，維修單管即可。

三、熱管換熱器的限制因素

3.1 熱管工質(zhì)

首要因素就是熱管工質(zhì)。由于熱管需要容受不同的溫度，從低溫到高溫。但是目前尚不存在一個(gè)合適的材質(zhì)適合各級(jí)溫度，因此材質(zhì)容易受損。投入大，價(jià)格高。

3.2 熱管參數(shù)對(duì)換熱器性能的影響

熱管的直徑、長(zhǎng)度、翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)（間距、翅片厚度等）決定了翅片的效率和翅化比，對(duì)熱管換熱器的傳熱性能和流阻性能的影響比較大，并且還會(huì)影響換熱器的緊湊性、投資和使用費(fèi)用。

在設(shè)計(jì)熱管時(shí)，大多依據(jù)的都是平常的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)廢氣的流量、溫度一定時(shí)，如何確定熱管的直徑、翅片高度和厚度、翅片的間距、熱管的管間距、熱管的長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)尺寸是沒有準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)的。這種不確定性和隨機(jī)性也影響了熱管換熱器的應(yīng)用。

3.3 積灰

如果煙氣中有大量粉塵，由于存在摩擦力，快速流動(dòng)的氣體一方面有利于熱量的交換，另一方面卻極其容易損毀管壁，甚至灰塵過多時(shí)，會(huì)堵塞管口。

結(jié)束語：目前熱能換能器在生產(chǎn)生活中各個(gè)方面應(yīng)用很多，有效提高了熱量的利用，有效提高了熱效率。但是由于工質(zhì)，熱管參數(shù)，積灰等多方面限制因素，熱能換熱器還有很多提高的地方。

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