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使用热管应考虑的因素 | 热管换热器 | 温度:热管在特殊应用方面的运转温度超过2000℃,但大部分工业用的低成本热管的最高限度是250℃,在这个温度之下,平常的材料(如铜、钢、铝)均可用来做管子。工作流体可用简单、低价的液体,像水、甲烷和氨。这些型式的热管售价每支在美金20到100元之间,若超过600℃时,就要使用较贵的管类材料,如耐高温的材料和不銹钢,以及像液态金属类的工作流体。在超低温时,热管就可用氢为工作流体,在低至-259℃下顺利运转。
热负载:热传速率主要视工作流体而定,但温度差和热管设计也是重要因素。市场上可买到的热管,每支能传送数百到数千BTU/小时。
定位:热管运转的最高效率是在直立装设时,即蒸发器在下而凝结器在顶端。但在大部分设计裡,它的定位接近水平时,其效率只稍为减小。如果蒸发器那端高过水平,热管必须违抗重力来运转,效率显著降低,而且其长度也受到严格限制,通常约为1或2 英尺。
尺寸:商用热管的直径以3/16~1英寸为标準,大部分由现成的管子製造。其长度因考虑经济、大小和效率等因素,通常儘可能保持较短。最大的长度尚受黏性流体损失的限制。若干专家以60英尺为实用长度的限度,但较长的热管仍是可行的。
运转媒质:热管运转的媒质或它连接的固体及连接的方式,是决定热管功能是否良好,以及在某些情况下能否使用的重要因素。连接在固体表面通常比较简单,可以装入支架,或加螺纹后旋紧在其位置上。清洁流动的空气是理想的运转媒质。一般的情况下,要用凸片(翅)来增进热管的传热。但在工业场合,几乎所有液体或气体都带有污物,污物沉积在热管表面,会减低其性能或腐蚀其材料,所以设计时必须顾及热管的定期外部清洁。在加热通风和空气调节系统内,需要每个月清洁一次;在污秽的燃油炉排气管裡,就需要每天清洁了。热管有凸片时,凸片的间隔和组列通常以容易清洁为主要的考虑因素,热传性能反列为次要。
单向管、双向管或可变设计
大部分的热管是双向装置。当热管平放时,任何一端都能做蒸发器或凝结器,视各端感受的温度而定。但在某些应用中,单向热流也有必要。例如做热的止回阀,防止精巧的电子组件周围的空气温度遽增,或者封住热水器裡的热。
目前最大的热管买卖合约为单向热管。阿拉斯加油管线总共要十一万二千支这类热管,价值美金一千三百万元。这些热管将成为支持油管高架部分结构的一部分,确保地面终年冰冻,以防止油管支柱的抬起或下陷。在北极冬天,周围空气比土壤冷,热管从土壤吸热,使土壤坚冻,到夏天时仍不致有显著融冰雪现象发生;等空气比土壤温暖时,热管就不传热了。完成这种单向作用的热管不需用芯,或只用简单形状的芯,所以蒸发器那端只有很少一点芯作用或完全没有。
如果太阳能加热如所预料的普遍应用,单向热管在阳光热水系统上将有显著贡献。当阳光照射时,拋物线形槽的反射器可将阳光集结在热管上;经过阳光加热后的热管即将热传出作直接使用,或传入储水槽。无阳光时单向热管亦可防止热的散失。
双向热管具有可变性传导,其有效面积随热负载或热穴情况的变化而变动。可变性传导热管在一端有个不凝性气体的储存所,凝结器那端充满气体而减少热管的有效长度。自动操作时,可使气体所作体积随温度情况而变动。或者,气体体积可由一些外部控制的迴路来调整。
今后的展望
因节约能源的需要,研究者希望能改良凸片和芯的设计,以期获得效率更好的热管;但努力重点则在寻找寿命较长和热传容量较大的工作流体。有机流体在高温下长期运转后败坏;研究者正试验一些新的化合物的使用寿命。
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