非相變熱管

非相變熱管區別於傳統的相變熱管，它在導熱過程中完全無相變現象發生。與相變熱管相比，其導熱速度能更快，導熱密度能更大。

基本介紹

• 中文名：非相變熱管
• 外文名：Non-phase change heat pipe
• 原理：非相變傳熱
• 特點：效率高、範圍廣
• 用途：能源轉換與輸送
• 區別：相變熱管

傳熱原理

熱管是一種內部充填一定工質(水和丙酮、乙醇等有機化合物及無機物鉀、鈉等鹼金屬)的真空封閉金屬管。傳統的相變熱管工作原理是加熱端吸收熱能使管內工質蒸發，蒸汽快速移到冷端放熱後凝成液體再回到加熱端繼續吸收熱能、蒸發、傳熱，在這樣的過程中，物質通過形變吸熱和釋熱並循環運動。

大功率LED

非相變熱管導熱過程中完全無相變現象發生，其工作原理是在加熱端無機工質粒子受熱激發產生動能而運、振動，並伴隨有化學、物理變化，從而使粒子運動加速、振動甚至振盪、摩擦，吸收到一定能量之後則有以高速運動的粒子流載著大量的熱能，傳到冷端放熱、冷卻後又恢復常態回到加熱端繼續吸熱而傳導，以此往復不止，這種無相變傳熱效率大於100%，迄今為止還沒有權威者作出解釋。

非相變原理是控制物質的隨熱（隨溫度）形變，從而迫使熱更快地通過各物質單元傳導出去。前者是攜熱運動，後者是非攜熱運動。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；後者為一組人排成行，用一個傳一個的辦法傳遞物質。相變原理創造的是能儘快的奔跑條件和更便捷的路徑。非相變原理創造的是儘可能統一的傳遞步驟和傳遞幅度。

發展歷史

熱管40年代起源於美國，60年代用於傳熱技術，70年代以後廣泛用於節能工程上。我國70年代有譯文報導並進行探索研究，80年代作為節能產品逐步得到套用。現在南京、四川、河南、遼寧等地均有小規模熱管換熱器廠家。

熱管是靠相變以潛熱方式進行傳熱的，比顯熱的傳導方式傳熱能力要大許多數量級。溫均性好，飽和蒸汽決定於溫度，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下任何一端受熱另一端則為放熱。在熱管內部傳熱方向是可逆的，熱管的形狀、傳熱面積根據需要可隨意設計。對環境適應能力強，根據工作環境可製成形狀相適應、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是不能在高溫環境中長期工作(使用溫度範圍0～200℃ )，特別是冷端環境溫度高於管內工作介質冷凝溫度時，介質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行傳熱的特性，此時只能以過熱蒸汽的方式傳熱；熱管長期處於這種高溫工作環境，管內還會產生一種不凝汽，直接影響傳熱效果降低傳熱效率；同時管內產生的高壓還會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。

被稱為世界熱導尖端—無機工質高效熱管技術及元件於1989年問世[1]。這是我國物理學家渠玉芝教授經過多年潛心研究發明的。

性能與特點

適應溫度範圍寬

可在-100～1300℃範圍內工作，傳熱速度快,熱載能力大，傳熱效率大於100% ，也就是說熱阻為“零”。這種特點在當今熱管技術中是空前的。

工作效率高

無相變熱管換熱能力大,傳熱效率高，因為在空氣預熱器1680支熱管中，僅更換631支,占熱管總數37%，即得到2290*104kJ/h的能量,超過原設計能力17% ，而且煙道氣基本達到或接近排放標準。這一點是鋼—水型熱管遠不可比的。

結構特點

無相變熱管在外型結構上與鋼—水型普通熱管一樣，都是真空的。所不同的只是內部充填的無機工質為無機物，是無相變傳熱。

質量優異

無相變熱管解決了鋼—水熱管在高溫區的爆管問題(所謂爆管是在真空封口處，由於焊接質量差成為熱管強度的薄弱環節，熱管內不凝氣、水蒸氣在300℃以上的工作狀態下產生高壓而衝破焊口)。無相變熱管在360℃溫度環境中內部壓力只有0.3MPa，根本不會出現爆管問題。在製作工藝上也不存在質量問題，使用壽命當然要長。這裡影響壽命主要是煙道氣體、灰渣沖刷的機械磨損，管內介質不存在消極因素。因此，使用壽命的延長其經濟效益是相當可觀的。

實際套用

非相變熱管廣泛套用於能源轉換與輸送相關專業，一方面將推動一些傳統產業的更新換代，另一方面，極有可能成為某些新產業誕生的催產素。它在廢氣餘熱發電，高強度太陽能聚光加熱器的開發，太陽能發電中光電轉換效率的提高，以及鍋爐快速熱水、大功率LED散熱等領域都會起到無可比擬的作用。

太陽能集熱器

海鷗能源是海鷗集團旗下的子公司，它所獨創的全新“非相變熱管技術”獲得各方好評，特別安排在9月間前往上海世博會參展，同時也在我國德州太陽穀世界太陽能大會展出，向國際展示世界。

在展覽會當中，海鷗能源主打非相變熱管綠色科技產品系列，即熱水鍋爐、遠紅外加熱熱水鍋爐、管列式集熱器和空調系統。目前有和多家國內外公司共同開發這項符合環保和綠色科技的技術，希望這項技術能夠早日全面套用。

盤錦乙烯工業公司有一台燃油、氣型70t/h鍋爐，根據節能要求由某節能設備廠配套一台熱管空氣預熱器。熱管為鋼—水型,共用1680支熱管如圖1所示，傳熱面積為2635m2，設計能力為1957× 104kJ/h 1996年初開始運行。開始未發現問題，在350℃左右中運轉一年多，發現有部分熱管失效，於1997年5月大修，再次運轉至9月又發現熱管失效，預熱器換熱能力迅速下降，空氣預熱溫度與煙道氣排放遠遠落後於設計指標，鍋爐只能在50%～ 70%蒸汽負荷下運行。為了維持正常生產和冬季取暖的需要，乙烯工業公司採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有限公司共同開發的無相變熱管再次對該爐空氣預熱器進行大修改造，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，安裝在高溫區內，占熱管總數的37%，占總傳熱面積的29%，改造工程完畢後於10月13日開始運行。

發展前景

目前製造出來的非相變熱管除了仍部分受到地球重力作用影響，垂直向下導熱效果還不理想外，其他相變熱管的缺點幾乎都已克服。特別是不凝氣體發生和工質回流不濟等功能性缺陷被從根本上解決了。（根據原理，只要繼續努力找到某個臨界值，非相變熱管的任意方嚮導熱是可以實現的。）根據這個原理設計的製作工藝能利用任意管材和工質，以及利用工質的任意相態進行熱管制作並獲得相應的高效導熱結果。

非相變熱管的製造成功，並以其製作工藝的更加簡單化和更便於維修等優勢，將使熱管能以更低廉的價位，更長的使用壽命，更迅速，更大規模地走向熱傳導和熱交換套用領域。