熱管換熱器應用淺析

馮晶晶

摘 要：隨著現代社會和科技的發展，熱管換熱器在許多領域都發揮著重要的作用。然而，熱管換熱器的廣泛使用也出現了很多問題，帶來了許多安全隱患。本文主要介紹了熱管換熱器的結構、基本特性和應用，并簡要指出了熱管換熱器的限制因素。

關鍵詞：熱管 熱管應用器 煙氣 余熱回收

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

一、熱管換熱器的結構及基本特性

1.1熱管換熱器的結構

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間進行傳遞。把多屬支熱管組裝成一體，利用隔板將其分隔形成蒸發和冷凝的不同區段，構成冷熱物質分別流動的通道。在這個過程中，把熱源中的熱量持續的傳遞給冷源，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，熱管的蒸發段和凝結段被隔板隔開。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。熱管的蒸發段和凝結段的外壁加裝翅片，其目的是強化整個傳熱過程；兩側流體均為垂直流動，提高傳熱系數。

1.2熱管換熱器的基本特性

（1）傳熱性能好： 熱管換熱器優良的傳熱性能主要是包括以下三個因素：增加熱交換面積，增大相鄰流體溫差，改變液體流動軌跡。首先是在兩流體側都加上了鋼翅，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，把一側氣體的管內流動改為垂直外掠流動。

（2）冷、熱流體兩側的傳熱面可以按照需要設置： 熱管的蒸發段、冷凝段長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，但是各個因素間相互獨立，這就使得機器構造易于調整。

（3）傳熱面部分被破壞時，能確保兩流體不相互混合： 。由于熱能換熱器可能會損毀，如果彼此液體簡單相通，那么當局部液體遭到污染時，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，不影響總體工作進度，保證生產效益。

（4）熱能換熱器有很強的抗積灰能力： 熱管溫度高，熱管外空氣流動極快，灰塵不易堆積。再加上熱管管壁壁溫高，周圍空氣不易凝結，以致于灰塵不會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。而對于熱管空氣預熱器，在設計中，可根據實際情況調整熱管蒸發段和冷凝段的長度，以及調整低溫處熱管冷、熱兩段翅片的數量、間距等辦法來減少腐蝕。

二、熱管換熱器的應用

熱管換熱器主要應用于工業鍋爐，航空航天，家用電器如空調，電腦，電站等生活生產的各個方面。

（一）熱管空氣預熱器

熱管空氣預熱器利用鍋爐、加熱爐等通過終末排出的余煙的熱量來加熱初始進入鍋爐的氣體，一方面不僅利用了以前浪費的大量熱量，另一方面使氣體在導管內反復流動，增加了潔凈律，有效解決了關于有害氣體大量排放的問題。這樣節約資源且保護環境，因此得到了大量的推廣。熱管元件的蒸發段和凝結段外壁均加裝翅片，前已述，提高了傳熱性能但是同等的新增加的翅片又會導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，導致不同區域間換熱不均勻，不充分，這將是未來考慮改進的方向。

（二）熱管省煤器

鍋爐上經常使用的熱管省煤器，通過提高加熱側熱管管壁溫度，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致的局部堵塞與腐蝕。

（三）熱管蒸發器（余熱鋼爐）

余熱鍋爐進行了結構上的升級改造，使其結構更加簡潔，機身各部件之間更加緊湊。不同熱管之間彼此分離，有效減少了局部機器損壞時，維修的復雜性。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

首要因素就是熱管工質。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合適的材質適合各級溫度，因此材質容易受損。投入大，價格高。

3.2 熱管參數對換熱器性能的影響

熱管的直徑、長度、翅片的結構參數（間距、翅片厚度等）決定了翅片的效率和翅化比，對熱管換熱器的傳熱性能和流阻性能的影響比較大，并且還會影響換熱器的緊湊性、投資和使用費用。

在設計熱管時，大多依據的都是平常的經驗。當廢氣的流量、溫度一定時，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、熱管的長度等結構尺寸是沒有準確標準的。這種不確定性和隨機性也影響了熱管換熱器的應用。

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，會堵塞管口。

結束語：目前熱能換能器在生產生活中各個方面應用很多，有效提高了熱量的利用，有效提高了熱效率。但是由于工質，熱管參數，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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