高溫熱管

熱管的種類、結構、工質、用途各有獨特之處，故熱管的分類方法很多，如可按溫度分為低溫熱管 (-270～0℃)、常溫熱管(0～200℃)、中溫熱管 (200～600℃) 和高溫熱管 (600℃以上)，按凝結液迴流分為滲透式、輸液芯式、旋轉式、電場式、重力式等。

利用封閉在管內的特定工質反覆進行物理相變或化學反應來傳遞熱量的 一種導熱性極好的傳熱器件。熱管的概念是本世紀40年代提出的，60年代初製成了第1個實用熱管。由於它顯示出極高的導熱特性引起了普遍地重視，熱管問世不久便在電子、宇航等領域被用來冷卻電子元件、電機轉子等發熱元器件，並在回收餘熱、預熱空氣、貯存能量和給水等節能領域得到廣泛應用。目前，熱管的理論日臻完善; 它在許多方面的實際應用表明，熱管技術是很有發展前途的。

熱管的早期結構為內壁具有特殊毛細槽道 (如不鏽鋼絲網) 的封閉管子，管內充有特定工質 (如丙酮、氨)，故被命名為熱管。熱管的工作原理與虹吸管在某些方面很相似，靠毛細作用使冷凝液迴流 (如圖)。熱管由管殼、管芯結構和蒸氣腔組成，沿縱向軸分為蒸發段和冷凝段，並有一絕熱段把蒸發段與冷凝段隔開。管殼用銅、鋁和不鏽鋼等製成。管芯可採用絲網芯 (金屬絲編製的網或斜紋織品)，通過點焊或定位與管壁保持非常充分地接觸; 也可用燒結管芯 (金屬粉末在管殼內燒結成帶一定尺寸毛細孔的燒結層) 或其他如蒸氣沉積法及泡沫狀金屬、陶瓷纖維氈等物所形成的槽道管芯。熱管的工質很多，水、氨、酒精、丙酮、氮、氦、液態金屬等都試用過。以水作工質，在150℃下運行的熱管，其導熱率為銅的幾百倍; 以鋰作工質，在1 500℃軸向熱通量可達10～20kW/cm2之高。除此之外，它的另一特點是運行不受位置限制，可在任何方位下使用，如蒸發段處於最低位置時，重力將輔助毛細管迴流。冷凝段表面溫度趨向於恆定，局部加熱負荷則有更多的蒸氣在該處冷凝，使溫度仍維持在原來水平上。熱管特性可歸為變換熱通量、控制溫度、拉平溫度、隔離冷熱源、熱二極體和熱開關等。熱管內蒸氣從蒸發段流向冷凝段，而液體通過管芯從冷凝段迴流到蒸發段。在管芯表面與蒸氣的界面上，蒸氣對管芯內的液體將施以切力，切力的大小與蒸氣性質和速度有關，切力將液體微滴攜帶到冷凝段端部有礙於熱管的運行，使熱管性能受到限制。

上述利用工質的相變 (沸騰、凝結) 傳遞熱量的熱管屬物理熱管，它在應用中占絕大部分。此外，還有一類是利用工作物質化合與分解反應傳遞熱量的化學熱管，它是一個較為複雜的系統。該系統以CH4和水為工質，工質在分解成CO和H2時吸收熱量，常溫下輸送到放熱端后，在催化條件下放熱，其放熱反應如下：

CO+3H2→CH4+H2O+209.34kJ/g·mol

放熱后CH4與H2O變為中壓低溫狀態返回吸熱端，完成傳遞熱量的一次循環。熱管換熱器是工業生產中的一種新型換熱器，屬熱流體和冷流體互不接觸的表面式換熱器; 按熱流體和冷流體的狀態，可分為氣-氣式、氣-液式、液-液式、液-氣式。與其他類型換熱器相比，熱管換熱器的各項指標均較好，其結構也簡單，在大型餘熱回收、各類熱設備、熱系統以及民用供熱水、熱風上都有較廣的應用。我國70年代初開始製造熱管，並收到了較好的節能效果。隨著科學技術的不斷發展，這種高效傳熱的設備、器件必定在許多工藝過程中得到更廣泛的應用。