热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用
热管技术在热能工程中的应用特点
近 十几 年 来 ，地 面 上 热 管 的 应 用 发 展得 十 分 迅速 。 其 一 是 借 助 热 管 的 良好 导 热 性 用 于 一 些 特 殊 的 以导 热 为 主 的 高 热 流场 合 ， 电子 器 件 的冷 却 、 具 冷 却 如 刀 热 源 的恒 温特 性 ，既 可 以要 求 当热 负 荷 或 热 源 温 度 发 生很 大 变 化 时 ，冷 凝 段 或 热 汇 的温 度保 持 不 变 ，叉 可 成 功 地 用 于 保 持 热 管 或 热 源温 度 不 随 热 负 荷 或 热 汇 温 度 的变 化 而 改 变 。 热 管 的 这 种 特 性 使 其 在 采 暖 空 调 工 程 中 显 示 出 其 他 换 热 方 式所不具备的诱人之处 。 比如 ： 用 汽 车 利 排 放 的 尾 气 来 加 热 乘 客 车 厢 ，热 源 的 热 负 荷 、排 气 温 度都 随 汽 车 工 况 变 化 幅 度 很 大 ，但 要 求 冷 凝 段 或 热 汇 温 度 保 持 不 变 。这 个 问题 可 以 通 过 热 管 的 液 体 控 制 技术来实现。 ４适 应 性 强 。冷 、 段 结 构 和 位 置 布 ． 热 置 灵 活 ． 以实 现 汇 源 分 离 。 可 由热 管 组 成 的换 热 设 备 的受 热 部 分 和 放 热 部 分 结 构 设 计 和 位 置 布 置 非 常 灵 活 ．汇 源 分 离 的 距 离 可 以根 据 实 际需 要 及 所 采 用 的 热 管 性 能 来 定 ， 以从 几 十厘 米 到 一 百 米 ， 可 可 以实 现 冷 热 流 体 之 间 的零 泄 漏 。 在 采 暖 空 调 工 程 中特 别 适 合 于 有 毒 环 境 下 的 废 热 、 热 回收 。 余 另 外 ， 管 换 热 器 还 有 安 全 可靠 、 热 阻 力 小 、 向导 热 （ 二 极 管 ） 特 性 。 管 单 热 等 热 换 热 器 几 乎 没 有 什 么 机 械 障碍 。是 二 次 间 壁 换 热 ，热 管 一 般 不 可 能 在蒸 发段 和 冷 凝段 同 时 破 坏 。所 以大 大 增 强 了设 备 运 行 的 可 靠 性 。热 管 换 热 器 非 常 适 合 于 回 收各 种 连 续 生 产 工 艺 的余 热 作 为采 暖 空 调 工 程 的 热 源 。热 二 极 管 原 理 在太 阳 能 、地 源 能 利 用 及 空 调 系 统 供 排 风热 回 收 工程 中有 很 重 要 的应 用 价值 。 二 、 管 技 术 在 热 能 工 程 中 的 应 用 热 热 管 自１ ６ 年 正 式 在 美 国 发 明 问 ９４ 世。 管传热技术经历４多年的发展 ， 热 Ｏ 由 于 它具 有 常 规 换 热 技 术 所 没 有 的许 多独 特 优 越 性 ． 用 领 域 已经 相 当广 泛 ， 用 应 应 的 重点 由航 天 转 移 到 地 面 ． 由工 业 化 应 用 扩 展 到 民尉 产 品 。 过４ 余 年 的 努 力 ， 经 ０ 我 国 的热 管 技 术 工 业 化 应 用 已处 于 国 际 先进水平 。 １ ．热 管 技 术在 电站 锅 炉 上 的应 用 根 据 已 开发 的 资 料 统 计 ．国 内 电站 锅 炉 采 用 热 管 空 气 预 热 器 至 １９ 年 底 就 有 ３ ９３ ８ 台 ． 个 别 因 设 计 考 虑 不 周 失败 外 ， 大 除 绝 多 数 运 行 效 果 良好 。 期 的 运 行 表 明 ， 长 一 般 有 以下 效 果 ： （ ） 炉效 率 可提 高０２ ６ ； １锅 ．％一 ％ （ ） 风 系 数 小 于 ２ 。 钢 管 空 气 ２漏 ％ 是 预 热 器 的 １ ０ １３ 是 进 口回 转 式 空 气 预 ／ ～ ／． １
热管在陶瓷工业窑余热回收工程中的应用初探
热管换热器（ 蒸汽发生器 、 热水发 生器 、 空气预热器 ） 由多
根热管组成 ， 具有传热效率高 、 构紧凑、 结 重量轻 、 维护简单等
优点 ， 其结构如 图 ２所示 。
作提出有一些有实用价值 的意见 。
２ 热 管的 结构 与 原 理 简介
典型热管是密闭的管 内抽 成一 定真空后 ， 通入工作介质
从而提高 了炉子的热效率和燃料的利用率。
图 １ 重力式热管结构原理 图
Ｆｇ． Ｓｔ ｃｕｅ ａ ｄ ｅｅ ｅ ｔ ｒ ｉｇ ａ ｏ ｉ １ ｒ ｔ ｒ ｎ ｌｍ ｎａｙ ｄａ ｒ ｍ ｆ ｕ
ｇ ａ ｉ ｅ ｔ ｉｅ ｒｖｔ ｈ ａ ｐ ｙ ｐ
图 ２ 热管式余热蒸汽发生器 图
气余热 回收上的应用做初步的探索 ，期 盼对 陶瓷 窑的节能工
Ｒ １３ 通常也可 由多种 无机 活性金属及其化合物混合而成 。 － １。 重力式热管的结构和原理如图 １ 所示。热管的导热性能是优 良导热金属如铜 、 铝等的几十倍 、 百倍甚至上千 、 几 万倍 ， 具有
“ 超导热体” 之称。
ｖ ２ ×１＿ｍ．， ＝Ｐ ｖ ０９ ＝． ２ ０ ２ ＝ ．７×２２×１－－ ． ４×１ ＿ 贝 ５ ／ ｓ ． ０ ２１ ｓ ３ Ｏ５ Ｕ ，
Ｒ２ ＝ ９。 翅 时，：０７ Ｐ ＝３４ ／ ｅ ５ ８ 有 片 Ｏ＝． 一 ｒ ４２ ＝ ９ ｒ ２ ｝ ．Ｗ
’ ｌ Ｌ ’ Ｕ 。
中国 陶 瓷工 业
２１ ０ ０年 ２月 第 １ ７卷第 １期
ＣＨｌ ＮＡ ＣＥＲＡＭ Ｉ Ｉ Ｃ ＮＤＵＳ ＴＲＹ Ｆ ｂ ２ １ １１ ． ． ｅ ． ０ ０ Ｖｏ ． ７ Ｎｏ １
文章 编 号 ：０ ６ ２７ （００ ０ — ０ ４ ０ １０ — ８ ４２ １ ）１ ０３ － ３
热管技术在热能工程中的应用
热管技术在热能工程中的应用随着科学技术的不断发展，热能工程也在不断发展，但是在热能工程中却遇到了前所未有的难题，那就是高绝热材料和高导热材料的研究和使用。
在这种情况下，热管的发明解决了这一技术难题。
从数量级水平上来讲，热管的导热系数最高可以达到105 w/m·℃，是铝、柴铜、银等金属的几百倍甚至上千倍。
通过热管技术，可以从截面积非常小的热管中将大量的热进行远距离传输并且不需要施加任何动力。
目前，热管以它优良的导热性能，可靠的工作状态越来越受到热能工程的青睐。
1 热管的基本组成及工作原理1.1 热管的基本组成常用的热管主要包括3部分结构：主体、内部空腔和毛细结构等。
其中主体部分是一段封闭状态的金属管，金属管通常是由不锈钢、碳钢等金属制成的可以承受相当大压力的全封闭结构，在其内部空腔里面存在着少量的气态或者液态的工作液（水、甲醇、丙醇、氨等）以及毛细结构，金属管内的空气和杂物不能包括在内。
热管本身就是抽成真空的封闭系统。
1.2 热管的工作原理按照传热的状况，沿热管轴可以将热管分成三个工作段，即蒸发、冷凝、绝热三段。
在工作过程中，外部热量导致蒸发段以及内部的液体温度升高蒸发，蒸发后蒸发段的气压迅速升高，当气压达到饱和蒸发压时，热量便以潜热的形式传递给蒸汽。
在这个过程中，蒸发段内的饱和蒸汽压逐渐升高，这样就导致蒸汽段的气压远远大于冷凝段的气压，此时蒸汽便沿着蒸汽通道慢慢流向冷凝段，然后在冷凝段进行冷凝，从而放出潜热。
从冷凝段放出的潜热通过吸液芯和热管的管壁，将热量传递到管外，这样就完成了无外力的热传统过程。
在工作过程中，释放完热量的液体沿吸液芯进行回流，并最终回流到蒸发段，然后进行下一次的热量传递。
这样周而复始，就可以不断地将热量从蒸发段传递到冷凝段。
在热量传递的过程中，绝热段一方面为热管内流动的液体提供了流动的通道，另一方面还将蒸发段与冷凝段完整隔开，并且保证热管内的热量不向外界散失，从而保证了热量的有效传递。
热管技术国内外研究现状
热管技术国内外研究现状热管原理最早是由于1944年在美国俄亥俄州的通用发动机公司提出并一次取得专利[4]。
该公司最初提出一种设想也即最早期的热管装置，这种装置只是由封闭的管子组成，当管内充装某种液体时，管子的一侧吸热蒸发后，另一侧的某一装置可以达到冷凝放热的效果，不附加任何外加动力的基础上，仅依靠管子内部的吸液芯所产生的毛细吸力，使得冷凝后的液体可以流回至原来那侧，从而继续蒸发吸热，像这样循环往复，就可以实现使热量从端传动到另一端的目的。
但的很可惜的是，他的想法在当时并未得到广泛的认同。
306041963年，美国新墨西哥州的科学家在国家实验室再次研制出了类似于最初设想的传热装置，并赋予这种传热装置一个学术的内涵，正式将这一传热元件命名为热管一一，当时实验中采用钠作为工质，壳体采用不锈钢材料，内部装有丝网吸液芯[5]。
论文网随着时间不断推移，关于热管的研究并没有停下脚步。
1965年，首次给出了较为完整的热管理论，也正是他建立了热管中各个过程的基本方程，并建立了如何计算热管毛细极限的较为标准规范的数学模型，由此，为以后的热管理论研究工作奠定了基础[6]。
1966年，发明了一种拥有独特通道设计的热管[7]。
他所完成的设计是为工作液体从放热段回流至吸热段过程中，提供了一个压力降比较小的通道，这样就可以较大幅度的提高热管的传热能力。
1967年，美国宇航局将一根不锈钢一水热管送入地球卫星轨道并且运行成功[8]。
这一壮举之后，更是几近引发了科学界的沸腾，吸引了更多的科学家和科研人员投身于热管的研究中来，不论是荷兰、日本、英国、法国、意大利、前西德、前苏联等国家和地区均展开了相关的大量研究工作，至此热管技术以空前的速度得到发展。
源自1969年，前苏联和日本的有关书籍和杂志几乎同时发表了有关热管研究方面的文章。
这篇文章中对于带有翅片的热管式空气加热器加以详细的描述。
在全球能源日趋紧张的现况中，这种空气加热器可以应用于回收工业废气中潜热；同时，和提出了利用可变导热热管来实现恒温控制[9]；另外，科学家也发明出了一种新的旋转式热管，它是依靠转动从而产生离心力，使得工作液体能够从冷凝段流回蒸发段。
热管技术在焦化废水余热回收中的应用
摘
００２ ；． ３０ ４ ２ 太原 市环 境 科 学 研 究 设 计 院 ， 山西 太原
００ ０ ） ３ ０ ２
要 ： 叙 述 了采 用 分 离式 热 管 对 焦化 厂 的废 水 余 热进 行 回 收 的研 究 。 通 过 建 立 简 单 实验 模 型 ， 析 了对 分 离式 热 管 分
的 充 液 量 、 凝段 壁 面温 度 、 热功 率 、 热 量 等 问题 ， 出 了其 在 焦化 废 水余 热 回 收 中的 可行 性 。 冷 传 传 提 关键 词 ： 分 离 式热 管 ； 焦化 废 水 ； 热 回收 余
中 图分 类 号 ： Ｘ ０ ７３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １ ７ ．９ ７ （０ ０ Ｏ —０ ６０ ６ ４ ３ ９ 一２ １ ） １０ ４ — ３
料。分离式热管构造见图 １蒸发段热管平面布置见图 １ ， 。
上升管
活所 用 。由于焦 化 废 水 中含 有 大 量 酚 等 有 害 物 质 ， 其 对金 属材料 的腐 蚀 性 极 强 ， 是 焦化 废 水 余 热 难 以回 这 收 的关键 。如果 热 管蒸 发段 采 用 塑 钢 形式 ， 然 塑料 虽 换热效 果不如 金属 ， 由于 冷凝 段 还是 金 属材 料 ， 体 但 整 换热效果要 比采用 塑料热 管好 。为此 ， 出 了采 用蒸 发 提 段为塑钢 的分离式热管提取焦化熄焦废水余 热的方式 。
２ Ｔａｙ ａ ｔ ｎ ｉ ｎ ｎａ ｃｅ ｃ ｓ ａｃ ＆ Ｄ ｓｇ ｓｉ ｔ ． ｉｕ ｎＣｉ Ｅ ｖｒ ｍｅ ｔｌ ｉｎ ｅＲｅ ｅ ｒｈ ｙ ｏ Ｓ ｅ ｉｎＩ ｔｕｅ，Ｔ ｉｕ ｌ０ ０ ０ ，Ｓ ａ ｘ ，Ｃｈｎ ） ｎ ｔ ａｙ ａｌ ３ ０ ２ ｈ ｎ ｉ ｉａ
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果
焦炉上升管余热回收利用系统的应用及运行效果焦炉上升管余热回收利用系统是一种有效的能源利用技术，它可以将焦炉产生的高温废热转化为电能或蒸汽，用于生产过程中的加热或发电，从而提高能源利用效率，减少能源消耗和环境污染。
近年来，随着环保和节能政策的不断加强，焦炉上升管余热回收利用系统在钢铁行业得到了广泛应用，并取得了显著的经济和环保效果。
焦炉上升管是焦炉的一个重要组成部分，其主要作用是输送高温煤气和焦炉煤气，供给焦炉顶喷嘴进行煤气加热和焦炭干馏。
在这个过程中，焦炉上升管会产生大量的高温废热，如果这部分废热得不到有效利用，不仅会造成能源的浪费，还会对环境造成一定的影响。
1. 提高能源利用效率2. 减少环境污染焦炉上升管余热回收利用系统不仅可以减少能源的消耗，还可以减少对环境的污染。
通过有效的能源回收利用，系统可以减少焦炉废气的排放，降低大气污染物的排放量，减少了对大气环境的影响，有利于改善环境质量，保护生态环境。
3. 经济效益显著焦炉上升管余热回收利用系统的建设和运行成本相对较低，而且能够实现能源的再生，大大节省了生产成本。
通过发电和蒸汽的产生，系统还可以实现能源的自给自足，为企业创造了可观的经济效益。
三、焦炉上升管余热回收利用系统的发展前景未来，随着焦炉上升管余热回收利用技术的不断进步和成熟，系统的运行效率将进一步提高，应用范围将进一步扩大，将成为工业企业进行节能减排的重要手段之一。
政府和行业协会应加大对焦炉上升管余热回收利用技术的推广力度，加强政策引导和资金扶持，推动相关企业不断提高技术创新，提高系统的运行效率，促进清洁生产和可持续发展。
焦炉上升管余热回收利用系统是一种具有良好应用前景和广泛推广价值的能源利用技术，它可以为工业企业提供可观的经济效益，减少环境污染，有利于提高资源利用效率和环境保护水平。
希望通过各方的共同努力，焦炉上升管余热回收利用技术在我国得到进一步推广和应用，为工业企业的可持续发展和社会经济的可持续发展做出更大的贡献。
余热回收方案
余热回收方案引言随着全球能源需求的不断增长和环境问题的愈发突出，寻找可持续能源和能源效率的解决方案已成为当今社会的重要任务之一。
其中，余热回收是一种非常有效的能源利用方式。
本文将介绍余热回收的概念、原理、应用领域以及一些常见的余热回收方案。
1. 余热回收的概念余热回收是指在工业生产过程中产生的废热通过适当的技术手段进行回收利用的过程。
通常来说，工业生产中会产生大量的废热，直接排放废热不仅浪费了能源资源，还对环境造成了污染。
而余热回收则通过一系列的热交换设备，将废热转化为可用的热能，实现能源的循环利用。
2. 余热回收的原理余热回收的原理主要是通过热交换器实现的。
热交换器是一个设备，它可以在两个流体（热源和工质）之间传递热量，以实现能量的转移。
在余热回收中，废热通过热交换器与另一种工质进行热量交换，从而使废热转化为可用的热能。
常见的热交换器包括管壳式热交换器、板式热交换器和螺旋板热交换器等。
3. 余热回收的应用领域余热回收广泛应用于许多不同的工业领域，下面列举了其中一些常见的应用领域：3.1 钢铁工业在钢铁生产过程中，高温炉炉顶、高温烟气和冷却水等都会产生大量的废热。
通过余热回收技术，可以将这些废热转化为电力或热能，用于生产工艺中的加热和电力供应，从而提高能源利用效率。
3.2 化工工业化工工业通常需要耗费大量的热能来完成各种化学反应和物料加热工艺。
通过余热回收，可以将一部分的废热转化为蒸汽或热水，用于生产过程中的加热需求，从而减少能源消耗。
3.3 发电工业在发电过程中，热电厂会产生大量的废热，这些废热可以通过余热回收技术进行利用。
例如，可以利用废热蒸汽发生器将废热转化为蒸汽，用于其他生产过程中的加热需求，如供暖和工艺加热等。
3.4 制冷与空调制冷和空调设备会产生大量的热量，但同时也需要大量的热能来提供制冷和空调效果。
通过余热回收技术，可以将制冷和空调设备产生的废热用于生产过程中的加热需求，从而提高能源利用效率。
热管技术在合成氨工业节能中的应用
和控 制合 成氨 生产 放 出的 热 量 ， 不 仅 可 以 节 约 生产 中的 能 耗 ， 降低 成 本 ， 还 可 以提 高 Ｃ Ｏ 变换 率及 氨 的 合成 率 。 关键 词 ： 热管技术 ； 合成氨 ； 节能 ； 应用 １上 、 下行 煤 气 余 热 回收 回收 的技 术 改 造 。 上、 下 行 煤 气 是 指 以煤 或煤 球 为原 料 的生 产 路 线 中煤 造 气 炉 所 ２ ． ２ 中型 合 成 氨 吹 风气 燃 烧 热 的利 用 产生的上吹半水煤气及下吹半水煤气。 由于生产原料不 同， 上、 下行 中小合成氨不 同之处在于所有中型合成氨厂以煤造气的工段 ， 煤气气体中所含尘粒及温度也不相同。 吹风气都经过燃烧室燃烧后再进入废热锅炉 回收余热 。 原有的列管 １ ． １小合成氨上 、 下行煤气余热 回收 式 废 热 锅 炉 都 是按 瞬时 最 大 吹 风 气 流 量 设 计 的 ， 而 吹风 气 在 一个 循 小合成氨生产 大都使用煤球为原料造气 。 其特点是 由煤造气炉 环中只占 ２ ５ ％～ ２ ８ ％的时间， 所 以设备 的利用率不 高。即使上行煤气 的上 、 下 行煤气 的温度较低 ， 气体成分复杂含有大量粉尘及水蒸气 ， 也通过废热锅炉 ， 也只有 ５ ０ ％一 ６ ０ ％的利用率 ， 何况上行 煤气 的流量 容易引起低温腐蚀及灰尘堵塞等一系列问题。 在设计此类设备 中应 仅是 吹风气瞬时流量的 １ ／ ３ ，所以合理的办法是将三台煤气炉的吹 重 点 考 虑 以下 问题 ： 风气 通过一个燃烧室燃烧 ，燃烧后的烟气再进入一个废热锅 炉 ， 这 （ １ ） 由于气体 温度低 ， 可利用传热温差 很小 ， 要 回收一定热量必 就大大提 高了设备 的利用率 。 虽然利用原有 的列管式废 热锅 炉也可 须要有很大 的传热面积 ， 传热面积过大不仅 占地大 、 金属耗量 大 ， 成 做到这一点 ， 但原有 的废热锅 炉设 计的气体流速均相 当高 ， 锅炉进 本也高 ； 口处 的流速高达 ２ ０ ｍ ／ ｓ 以上。因此 ， 高速磨损经常是管壁破坏 的原 （ ２ ） 上、 下行煤气含 有大量粉尘 和水 蒸气特别是下 行煤气含尘 因之一 。如果 三台煤气炉的吹风气都经过 同一锅炉 ， 则 磨损 时间将 量最多 ， 每标准立方米气体 的含 尘量估算在 ３ ０ ｇ以上 ； 增大两倍 ， 因而其磨损破坏概率也将增大两倍 。 （ ３ ） 这种成分的气体温度不宜降得过低 ， 否则易达到露点 ， 一旦 ３ 一段 转 化 炉 空 气 预 热器
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热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用 1 热管技术发展 及其在工业和生活余热回收中的应用
0.概述 热管是一种新型高效的传热元件。热管技术近年来在工程中的应用日益普及，不仅在余热回收、节能方面取得了显著效果，而且在传统的传热传质设备更新及电子元器件冷却等方面显示出了强大的生命力。 余能是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。热管作为高效传热技术之一，在节能降耗、余热回收中发挥了重要作用。 本文在对热管的发展及其原理进行简要阐述后，将就热管技术在工业和生活余热回收中的应用进行深一步的讨论。
1.热管技术概述 1.1热管技术的产生及发展 热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司的R.S.Gaugler于1944年发表的专利中提出的[1]。由于没有实践效果的支持，以及当时处于战争历史背景下，这个设计并没有被通用发动机公司所采纳应用。 到六十年代初，随着航天事业的发展，向传热传质学提出了新的要求，热管又应时而生。1964年，美国Los Alamos科学实验室的G.M.Grover等人重新独立发明了类似于Gaugler所提出的传热装置，并进行了性能测试实验，正式将此传热元件命名为“Heat Pipe”。热管技术从此开始得到快速发展。 1965年，Cotter首次提出了较完整的热管理论[2]，为以后的热管理论的研究工作奠定了基础。 1967年，一根不锈钢-水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功[3]。 1984年，Cotter较完整的题材出了微型热管的理论及展望[4]，为微型热管的研究与应用奠定了理论基础。 七十年代初我国一些高等院校和研究机构开始对热管技术进行探索和研究。至八十年代，我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流活动也十分活跃。 2006年，我国将该技术[5]成功应用于青藏铁路冻土路基的加固并取得了良好的效果。 随着科学技术水平的不断提高，热管研究和应用的领域也将不断拓展。 热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用 2 1.2热管技术的传热方式和机理[6] 热管的基本工作原理和结构如图1-1所示。 典型的热管由管壳、吸液芯、和端盖组成。将管内抽成高真空后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸热芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段，也称作加热段，另一端为冷凝段，也称作冷却段，根据应用需要在两端中间可布置绝热段。当热管的一段受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程： ①热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液-汽分界面； ②液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发； ③蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； ④蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结； ⑤热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源； ⑥在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。 因此，如果工质不能回流，将会引起蒸发段烧干，热管即停止工作。 管壳形状一般为圆形，但也不一定必须是圆管，其断面可为任意形状。充入的工质用单一介质，液体靠毛细力回流，称此为标准热管。但是，热管这个词也可用于液体回流不靠毛细力，而利用其他力（例如重力、离心力等）的结构。
1.3热管自身的基本优点 热管式依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，它具有以下特性： 1.3.1很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。但是其高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限。 1.3.2优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，因而热管具有优良的等温性。 1.3.3热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段和冷凝段的加热面积，这样就可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。
蒸汽 液体 图1 -1 热管工作原理示意图 热管管壳 吸液芯
蒸发段 绝热段 冷凝段 热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用
3 1.3.4热流方向的可逆性 水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此其任意一端受热就可以作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。 1.3.5热二极管与热开关性能 热管可以做成二极管或热开关，实现传热的有向性和传热过程随温度的可控性。 1.3.6恒温特性（可控热管） 在输入热量大幅度变化的情况下，热管内蒸汽温度变化极小，实现温度的控制。 1.3.7极强的环境适应性 热管的形状可随热源冷源的条件而改变，并且他既可以用于地面（重力场），也可以用于空间（无重力场）。 1.4热管技术特性 根据热管的工作原理和基本特性，热管技术具有以下特性。 1.4.1温度展平 就是利用热管本身的等温性，把一个温度不均匀的温度场展平成为一个均匀的温度场。均温技术在航天飞行器及电子设备仪器仪表板方面都有重要的应用。 1.4.2汇源分离 就是指利用热管将热源和热汇（冷源）分隔在两个场所进行热交换，使得源、汇两种流体不再有互混的可能。 1.4.3变换热流密度 即通过改变热管的加热面积和冷却面积，使单位面积加热和冷却传热面积上的热流量发生改变。 1.4.4热控制（可变导热管） 可变导热管为热阻可以改变的热管，可用来控制温度，使得热管的工作温度保持基本不变。在工程上可变导热管技术可以用来控制热源或热汇的温度。 1.4.5单向导热（热二极管）利用重力热管的传热原理，可将热管看作为单向导热元件。热二极管原理在太阳能及冻土永冻工程中有很重要的应用。 1.4.6旋转元件的传热（旋转热管）旋转热管是在回转运动中传热的元件，其原理是热管内部液体依靠转动中的离心力从冷凝段向蒸发段回流，或是靠液体位差产生的重力。旋转热管在工程中可用作高速回转轴件的传热元件。 1.4.7微型热管技术 微型热管的毛细力是由蒸汽通道周边的液缝的弯月面提供的。微型热管在半导体芯片、集成电路板、笔记本电脑CPU的散热方面有很重要的应用。 1.4.8高温热管技术 高温热管的工作液体是液态金属，其特点是饱和蒸汽压力很低，所以在高温条件下工作的热管只承受高温而不承受管内高压。高温热管技术在核工程、太阳能电站等方面有着重要的用途。
2.热管技术的应用 热管本身不会发热、冷却或者蓄热，也不能像热泵那样，将低温热量变为高温热量。但是，根据前述的工作原理，热管是利用管内工质的相变进行传热的。热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用 4 和普通金属传热元件相比较，其传热特性高出几个数量级。从它的工作原理可以得知，热管从凝固点到临界温度，在能够产生相变传热的很大温度范围内均可使用。 从宇航事业到厨房设备，热管在加热、恒温、冷却、均热、热交换及热控制等方面，其应用范围十分广泛。图2-1所示概括了热管在当前的应用情况[7]。
图2-1 热管的各种用途树状示意图 余能是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。其中最主要的是余热。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。下面将就热管在余热回收领域的利用作简要阐述。 2.1热管技术在工业余热回收中的利用 热管及热管换热器近年来在石油化工中的应用已愈来愈受到人们的重视。它具有体积紧凑、压力降小、可以控制露点腐蚀、一端破坏不会引起两种换热流体互混等优点。不仅提高了设备的热效率而其可靠性也大为增加，减少了停车次数。这些特点使得热管换热器在余热回收利用方面具有广阔的前景，然而作为热管本身的其他方面的特点如均温性、热流密度可变性、可变导性、可异性化等特点更加引人注意。早在70年代，国外一些研究者就已经开始注意到热管的这些特点
高温区 中温区
常温区 低温区 超低温区 热管技术发展及其在工业和生活余热回收中的应用
5 可以在化学反应设备和原子反应堆工程中发挥重要作用，并设计出一系列的热管式反应器，这些设计的特点是：利用热管的等温性均化床层温度得到较高的转化率和收率，利用热管的可变热导特性控制反应床温度不使超温或过冷，利用热管的源汇分隔特性提高设备使用的可靠性，利用热管热流体密度可调的特点改善和强化反应设备的传热条件。应当指出的是，热管化学反应器的开发研究远比热管换热器的研究困难的多，因为涉及原料的组成、催化剂活性、停留时间等一系列因素，这就使得开发速度进展缓慢。但由于这种开发前景诱人，广大研究者始终埋头于这方面的研究并取得了良好的进展。 2.1.1石油化工中加热炉余热回收 石油化工生产中的各种类型加热炉面广量大，提高这些加热炉的热效率意义重大。回收加热炉排烟余热，用以加热加热炉的助燃空气，是提高加热炉加热效率的重要手段。加热炉的排烟温度一般在260℃～350℃左右。如将烟气温度降低到160℃，则可将助燃空气从常温提高到120℃以上，加热炉的效率可以提高6%～10%。热管换热器体积紧凑、压力降小、布置灵活、可控制露点腐蚀，因此特别适合于加热炉的余热回收。早在二十世纪七十年代我国就有研究人员开始进行了用热管回收炼油厂加热炉余热工作的研究开发。 1980年我国第一台小型工业试验气-气热管换热器在南京某厂加热炉的烟气余热回收试验中试运转成功。该热管换热器的试运转成功，为大型工业运行奠定了基础。 目前我国石油化工的大型加热炉烟气余热回收绝大部分都采用了热管换热器，并取得了很好的效果。值得注意的是，近年来许多加热炉的燃料改用重油或渣油，由于油品的含硫量不一，对热管换热器的设计带来了困难。此外，不同地区的气候条件也是设计中应该注意的问题。目前工业上加热炉烟气余热回收使用的热管空气预热器主要有两种布置方式：一种是将热管换热器置于加热炉顶称为置顶式，其优点是只用一台空气鼓风机，烟气凭烟囱抽力通过热管换热器，可以省去一台引风机。缺点是热管换热器的阻力必须设计在烟囱抽力允许的范围以内。另一方面热管换热器放置在炉顶增加了炉体支架的荷载。这两点限制了热管换热器的管排数和重量，可能影响回收的热量。另一种形式是将热管换热器布置在地面上成为落地式。这种设计方式的优点是热管换热器的体积、重量、烟气侧的阻力限制都不十分严格。地面的维修也方便。缺点是需要增加一台引风机，增加了动力消耗。此外，其管线也比置顶式复杂一些。从换热效果来看，落地式布置有利于充分回收热量，但是主要取决于现成改造的条件。将置顶式安放类型的一例热管换热器在相同原始参数条件下改为落地式，由于增加了引风机，因此可使烟气流速大大提高，这不仅提高了烟气侧传热系数，而且对消除热管束的积灰有利。实践证明引风机的电耗在整个效益的平衡中所占份额是非常有限的。