非相變熱管

熱管40年代起源于美國(guó)，60年代用于傳熱技術(shù)，70年代以后廣泛用于節(jié)能工程上。我國(guó)70年代有譯文報(bào)導(dǎo)并進(jìn)行探索研究，80年代作為節(jié)能產(chǎn)品逐步得到應(yīng)用。現(xiàn)在南京、四川、河南、遼寧等地均有小規(guī)模熱管換熱器廠家。

熱管是靠相變以潛熱方式進(jìn)行傳熱的，比顯熱的傳導(dǎo)方式傳熱能力要大許多數(shù)量級(jí)。溫均性好，飽和蒸汽決定于溫度，由相變保持一定溫度。傳熱方向可逆，熱密流度不變。熱管水平放置或失重狀態(tài)下任何一端受熱另一端則為放熱。在熱管內(nèi)部傳熱方向是可逆的，熱管的形狀、傳熱面積根據(jù)需要可隨意設(shè)計(jì)。對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，根據(jù)工作環(huán)境可制成形狀相適應(yīng)、傳熱面積又能滿足的熱管。又因熱管是一種傳熱元件，因此，安裝、維修、更換都非常方便。

但是，作為鋼—水型熱管致命的弱點(diǎn)是不能在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期工作(使用溫度范圍0～200℃ )，特別是冷端環(huán)境溫度高于管內(nèi)工作介質(zhì)冷凝溫度時(shí)，介質(zhì)的蒸汽就不能冷凝成液體回到加熱端去，因而失去了靠相變進(jìn)行傳熱的特性，此時(shí)只能以過熱蒸汽的方式傳熱；熱管長(zhǎng)期處于這種高溫工作環(huán)境，管內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生一種不凝汽，直接影響傳熱效果降低傳熱效率；同時(shí)管內(nèi)產(chǎn)生的高壓還會(huì)降低熱管的使用壽命，甚至爆管。為此，人們又研究出無相變熱管，要取而代之。

被稱為世界熱導(dǎo)尖端—無機(jī)工質(zhì)高效熱管技術(shù)及元件于1989年問世[1]。這是我國(guó)物理學(xué)家渠玉芝教授經(jīng)過多年潛心研究發(fā)明的。

熱管是一種內(nèi)部充填一定工質(zhì)(水和丙酮、乙醇等有機(jī)化合物及無機(jī)物鉀、鈉等堿金屬)的真空封閉金屬管。傳統(tǒng)的相變熱管工作原理是加熱端吸收熱能使管內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)，蒸汽快速移到冷端放熱后凝成液體再回到加熱端繼續(xù)吸收熱能、蒸發(fā)、傳熱，在這樣的過程中，物質(zhì)通過形變吸熱和釋熱并循環(huán)運(yùn)動(dòng)。

非相變熱管導(dǎo)熱過程中完全無相變現(xiàn)象發(fā)生，其工作原理是在加熱端無機(jī)工質(zhì)粒子受熱激發(fā)產(chǎn)生動(dòng)能而運(yùn)、振動(dòng)，并伴隨有化學(xué)、物理變化，從而使粒子運(yùn)動(dòng)加速、振動(dòng)甚至振蕩、摩擦，吸收到一定能量之后則有以高速運(yùn)動(dòng)的粒子流載著大量的熱能，傳到冷端放熱、冷卻后又恢復(fù)常態(tài)回到加熱端繼續(xù)吸熱而傳導(dǎo)，以此往復(fù)不止，這種無相變傳熱效率大于100%，迄今為止還沒有權(quán)威者作出解釋。

非相變?cè)硎强刂莆镔|(zhì)的隨熱（隨溫度）形變，從而迫使熱更快地通過各物質(zhì)單元傳導(dǎo)出去。前者是攜熱運(yùn)動(dòng)，后者是非攜熱運(yùn)動(dòng)。如果用普通人能理解的例子來說明的話，前者就像是一組人用不斷奔跑的辦法傳送物質(zhì)；后者為一組人排成行，用一個(gè)傳一個(gè)的辦法傳遞物質(zhì)。相變?cè)韯?chuàng)造的是能盡快的奔跑條件和更便捷的路徑。非相變?cè)韯?chuàng)造的是盡可能統(tǒng)一的傳遞步驟和傳遞幅度。

目前制造出來的非相變熱管除了仍部分受到地球重力作用影響，垂直向下導(dǎo)熱效果還不理想外，其他相變熱管的缺點(diǎn)幾乎都已克服。特別是不凝氣體發(fā)生和工質(zhì)回流不濟(jì)等功能性缺陷被從根本上解決了。（根據(jù)原理，只要繼續(xù)努力找到某個(gè)臨界值，非相變熱管的任意方向?qū)崾强梢詫?shí)現(xiàn)的。）根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的制作工藝能利用任意管材和工質(zhì)，以及利用工質(zhì)的任意相態(tài)進(jìn)行熱管制作并獲得相應(yīng)的高效導(dǎo)熱結(jié)果。

非相變熱管的制造成功，并以其制作工藝的更加簡(jiǎn)單化和更便于維修等優(yōu)勢(shì)，將使熱管能以更低廉的價(jià)位，更長(zhǎng)的使用壽命，更迅速，更大規(guī)模地走向熱傳導(dǎo)和熱交換應(yīng)用領(lǐng)域。 2100433B

非相變熱管適應(yīng)溫度范圍寬

可在-100～1300℃范圍內(nèi)工作，傳熱速度快,熱載能力大，傳熱效率大于100% ，也就是說熱阻為“零”。這種特點(diǎn)在當(dāng)今熱管技術(shù)中是空前的。

非相變熱管工作效率高

無相變熱管換熱能力大,傳熱效率高，因?yàn)樵诳諝忸A(yù)熱器1680支熱管中，僅更換631支,占熱管總數(shù)37%，即得到2290*104kJ/h的能量,超過原設(shè)計(jì)能力17% ，而且煙道氣基本達(dá)到或接近排放標(biāo)準(zhǔn)。這一點(diǎn)是鋼—水型熱管遠(yuǎn)不可比的。

非相變熱管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無相變熱管在外型結(jié)構(gòu)上與鋼—水型普通熱管一樣，都是真空的。所不同的只是內(nèi)部充填的無機(jī)工質(zhì)為無機(jī)物，是無相變傳熱。

非相變熱管質(zhì)量?jī)?yōu)異

無相變熱管解決了鋼—水熱管在高溫區(qū)的爆管問題(所謂爆管是在真空封口處，由于焊接質(zhì)量差成為熱管強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)，熱管內(nèi)不凝氣、水蒸氣在300℃以上的工作狀態(tài)下產(chǎn)生高壓而沖破焊口)。無相變熱管在360℃溫度環(huán)境中內(nèi)部壓力只有0.3MPa，根本不會(huì)出現(xiàn)爆管問題。在制作工藝上也不存在質(zhì)量問題，使用壽命當(dāng)然要長(zhǎng)。這里影響壽命主要是煙道氣體、灰渣沖刷的機(jī)械磨損，管內(nèi)介質(zhì)不存在消極因素。因此，使用壽命的延長(zhǎng)其經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。

非相變熱管廣泛應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)換與輸送相關(guān)專業(yè)，一方面將推動(dòng)一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，另一方面，極有可能成為某些新產(chǎn)業(yè)誕生的催產(chǎn)素。它在廢氣余熱發(fā)電，高強(qiáng)度太陽能聚光加熱器的開發(fā)，太陽能發(fā)電中光電轉(zhuǎn)換效率的提高，以及鍋爐快速熱水、大功率LED散熱等領(lǐng)域都會(huì)起到無可比擬的作用。

海鷗能源是海鷗集團(tuán)旗下的子公司，它所獨(dú)創(chuàng)的全新“非相變熱管技術(shù)”獲得各方好評(píng)，特別安排在9月間前往上海世博會(huì)參展，同時(shí)也在我國(guó)德州太陽谷世界太陽能大會(huì)展出，向國(guó)際展示世界。

在展覽會(huì)當(dāng)中，海鷗能源主打非相變熱管綠色科技產(chǎn)品系列，即熱水鍋爐、遠(yuǎn)紅外加熱熱水鍋爐、管列式集熱器和空調(diào)系統(tǒng)。目前有和多家國(guó)內(nèi)外公司共同開發(fā)這項(xiàng)符合環(huán)保和綠色科技的技術(shù)，希望這項(xiàng)技術(shù)能夠早日全面應(yīng)用。

盤錦乙烯工業(yè)公司有一臺(tái)燃油、氣型70t/h鍋爐，根據(jù)節(jié)能要求由某節(jié)能設(shè)備廠配套一臺(tái)熱管空氣預(yù)熱器。熱管為鋼—水型,共用1680支熱管，傳熱面積為2635m2，設(shè)計(jì)能力為1957× 104kJ/h 1996年初開始運(yùn)行。開始未發(fā)現(xiàn)問題，在350℃左右中運(yùn)轉(zhuǎn)一年多，發(fā)現(xiàn)有部分熱管失效，于1997年5月大修，再次運(yùn)轉(zhuǎn)至9月又發(fā)現(xiàn)熱管失效，預(yù)熱器換熱能力迅速下降，空氣預(yù)熱溫度與煙道氣排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于設(shè)計(jì)指標(biāo)，鍋爐只能在50%～ 70%蒸汽負(fù)荷下運(yùn)行。為了維持正常生產(chǎn)和冬季取暖的需要，乙烯工業(yè)公司采納了遼寧省化工研究院的建議，用該院與大連熵立得傳熱技術(shù)有限公司共同開發(fā)的無相變熱管再次對(duì)該爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行大修改造，選用三種傳熱面積不等的631支無相變熱管代替鋼—水型631支熱管，安裝在高溫區(qū)內(nèi)，占熱管總數(shù)的37%，占總傳熱面積的29%，改造工程完畢后于10月13日開始運(yùn)行。