熱管內蒸發段工質受熱后將沸騰或蒸發，吸收外部熱源熱量，產生汽化潛熱，由液體變為蒸汽，產生的蒸汽在管內一定壓差的作用下，流到冷凝段，蒸汽遇冷壁面及外部冷源，凝結成液體，同時放出汽化潛熱，并通過管壁傳給外部冷源，冷凝液靠重力(或吸液芯)作用下回流到蒸發段再次蒸發。如此往復，實現對外部冷熱兩種介質的熱量傳遞與交換。

熱管換熱器的結構有別于其他形式的換熱器。熱管換熱器具有一些顯著特點：傳熱效率高，結構緊湊，換熱流體阻力損失小，外形變化靈活，環境適應性強。

1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用于易燃、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由于管外流動的換熱系數遠高于管內流動的換熱系數，用于品位較低的熱能回收場合非常經濟。

3、對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

4、熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開最大的腐蝕區域。

熱管是一種具有高導熱性能的傳熱組件，熱管技術首先于1944年由美國人高格勒（R·S·Gaugler）所發現，并以“熱傳遞裝置”（Heat Transter Device）為名取得專利，當時因未顯示出實用意義，而沒有受到應有的重視。直到六十年代初期，由于宇航事業的發展，要求為宇航飛行器提供高效傳熱組件，促使美國洛斯——阿拉莫斯科學實驗室的格羅弗（G·M·Grover）于1964年再次發現這種傳熱裝置的原理，并命名為熱管（Heat Pipe），首先成功地應用于宇航技術，之后引起了各國學者的極大興趣和重視。熱管技術于上世紀七八十年代進入中國。

熱管通過在全封閉真空管殼內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。缺點是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。

以熱管為傳熱元件的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優點。已廣泛應用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中，作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節能設備，取得了顯著的經濟效益。

1、熱管換熱器按形式分，有整體式熱管換熱器、分離式熱管換熱器、回轉式熱管換熱器和蝸殼熱管換熱器等。

（1）整體式熱管換熱器

整體式熱管換熱器是一種最常見的熱管換熱器，這種換熱器由一支支熱管元件組成，兩換熱流體分別位于換熱器的上、下部分。中間由管板分隔，熱管懸掛在管板上，該處可采用靜密封或焊接結構，視設計需要而定。

采用活動的靜密封結構，方便熱管的維修、清洗；焊接結構密封可靠，兩邊流體沒有泄漏的隱患。

整體式熱管換熱器一般用于氣體與氣體的熱交換。為克服氣體間換熱的換熱系數不高的問題，熱管兩端的外壁傳熱面積利用翅片作適度擴展，這樣處理，不僅強化了管外傳熱。也有效地減少了換熱器的體積和重量，節約了金屬耗材，可以得到一個高性價比的換熱器。

一些小型的氣一液式換熱器、氣一汽式熱管換熱器和余熱鍋爐等也往往制作成整體式。而對于換熱量大、結構龐大、液體或蒸汽的壓力也較高的熱管換熱器。考慮到殼體和管板的強度問題，往往不宜采用整體式。條件允許的情況下。可以設計成一個個小的換熱器單元，然后把它們串聯、組合起來。

（2）分離式熱管換熱器

分離式熱管換熱器是換熱器中的一種獨特的結構形式，這種換熱器布置靈活，變化隨意。它可以實現遠距離熱量交換；可以實現一種流體和幾種流體同時換熱；可以完全隔絕兩種或多種換熱流體。分離式熱管的加熱段和冷凝段分別置于兩個獨立的換熱流體通道中，熱管內部的工作液體在加熱段吸熱蒸發后通過蒸汽，上升管輸送熱量到冷凝段，放熱冷凝后通過冷凝液下降管回流到加熱段。

冷凝液回流依賴重力的作用。分離式熱管換熱器的加熱蒸發段與放熱冷凝段之間的距離取決于兩者間的高度差，同時也與蒸汽沿管路流動的壓力損失有關。理論上，加熱蒸發段與放熱冷凝段的高度差越大，蒸汽上升管徑越大，兩者間的距離就可以越遠，以確保熱管正常進行工作循環。

蒸汽上升管和冷凝液下降管需要實施嚴格的絕熱保溫，以避免沿途不必要的熱量損失。

分離式熱管的每個傳熱單元的內部容積比單支熱管要大得多。水為工質的管內液體介質在工作時的溫度和蒸汽壓力較高，在管排以及上升管、下降管的焊接節點很多的情況下，強度問題需要設計人員引起足夠的重視。在內部空間容積和承壓達到一定數值時，管束必須按照壓力容器的相關規范設計、制造和檢驗。

在充分利用分離式熱管換熱器所具有的優點時，還要注意克服它的一些缺點。例如，現場制作連接管路比較復雜，工作液體的充裝、換熱管束真空度的形成都比較困難，連接管路沿途的保溫絕熱、熱脹冷縮等設計也不容忽視。

2、按功能分，熱管換熱器可分為：氣—氣式、氣-汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式。

3、常見的還有熱管廢熱鍋爐(或稱為熱管蒸汽發生器)。

熱管廢熱鍋爐熱管廢熱鍋爐是一種實用性很強、結構可靠且熱效率較高的蒸汽發生設備。

熱管廢熱鍋爐的形式主要有兩種：整體式和分體式。

第一章 緒論 9

§1-1熱管的定義及分類 9

§1-2熱管的歷史 11

§1-3熱管的現狀 13

第二章 重力熱管原理 15

§2-1重力熱管的特性 16

§2-2重力熱管的充液量 19

§2-3重力熱管工質及殼體材料的選擇 20

§2-4重力熱管內部的傳熱過程 24

§2-5重力熱管的傳熱極限 26

第三章 重力熱管式換熱器原理 29

§3-1換熱器型式的確定 29

§3-2余熱回收量及熱平衡計算 33

§3-3熱管式換熱器的幾何參數 36

§3-4熱管式換熱器的熱工計算 46

§3-5熱管式換熱器的阻力計算 54

第四章 重力熱管式換熱器設計 57

§4-1設計的原始數據 57

§4-2設計步驟 57

§4-3設計實例之一：2t/h鍋爐熱管式省煤器的設計計算 58

§4-4設計實例之二：2t/h鍋爐熱管式空氣預熱器的設計計算 64

§4-5熱管式換熱器的計算機輔助設計 69

第五章 氣-液型重力熱管式換熱器 75

§5-1氣-水型熱管式換熱器 75

§5-2氣-開水型熱管式換熱器 88

§5-3組合裝置 93

§5-4氣-油型熱管式換熱器 98

第六章 氣-氣型重力熱管式換熱器 100

§6-1工業鍋爐用氣-氣型熱管式換熱器 100

§6-2工業鍋爐用氣-氣及氣-水組合型熱管式換熱器 105

§6-3電站鍋爐用氣-氣型熱管式換熱器 109

§6-4工業窯爐用氣-氣型熱管式換熱器 115

§6-5工業窯爐用氣-氣及氣-水組合型熱管式換熱器 119

§6-6熱風爐用氣-氣型熱管式換熱器 120

第七章 氣-蒸汽型重力熱管式換熱器 123

§7-1回收煙氣余熱的熱管式余熱蒸汽鍋爐 123

§7-2回收輻射顯熱的熱管式余熱燕汽鍋爐 134

第八章 其它型式的熱管式換熱器 135

§8-1回轉型熱管式換熱器 135

§8-2開啟型熱管式換熱器 141

§8-3分離型熱管式換熱器 143

第九章 熱管式換熱器的性能測試 149

§9-1性能測試的必要性及-般步驟 149

§9-2測試內容 150

§9-3設計的校核 153

§9-4測試中應注意的幾個問題 153

第十章 重力熱管及重力熱管式換熱器的標準 155

§10-1重力熱管國家標準 155

§10-2重力熱管式換熱器國家標準 156

§10-3重力式熱管浙江省標堆（浙B/N62-87） 157

第十一章 熱管式換熱器的經濟分析 168

§11-1概述 168

§l1-2經濟評價的主要方法 169

§11-3現在價值計算的基本公式 173

§11-4實用計算 174 2100433B