熱管換熱器與傳統的換熱設備比較,有下列幾方面優點:
1. 傳熱系數高。尤其對氣—氣型換熱,熱管外部可以很方便地采用擴展表面,使傳熱顯著增強。例如,氣—氣型熱管換熱器的傳熱系數比列管式換熱器可高出5-10倍。
2. 傳熱溫差大。因為熱管換熱器可以實現純粹的逆流換熱,因而具有較大的傳熱溫差。
3. 由于上述優點,在傳遞相同熱量的情況下,熱管換熱器需要較少的傳熱面積,因而具有良好的緊湊型、占地面積和金屬消耗量大為減小。
4. 熱管元件具有良好的可拆換性,便于維護和檢修。因為熱管元件彼此是獨立的,是按一定的排列架在一起的,是一個整體,因而便于拆卸,有的熱管換熱器甚至在工作狀態下,不用停機就能進行熱管元件的更換和檢修。
5. 熱管換熱器加熱段和冷卻段的面積可以人為地調節,管壁溫度也可以相應的得到調節,因而具有較強的抗露點腐蝕的能力。此外即使一支熱管腐蝕漏了,也不會造成冷熱兩種流體的摻混。
6. 傳熱面積和管排數容易增減,因而具有較大的伸縮性。
7. 冷熱兩種流體的換熱,全部為熱管外部換熱,表面上的積灰比較容易清洗。
此外,以熱管換熱器為基礎,對鍋爐、散熱器式換熱器、回轉式熱交換器及熱介質循環式熱交換器的大小、重量、價格以及其他特性進行了比較,結果如下表1。
比較 項目
型 式 | 尺寸、重量、價格① | 對溫度、壓力、氣體特性的適應性 | 吹灰器 | ||||||
尺寸 | 重量 | 價格② | 使用 溫度 | 使用 壓力 | 是否有灰塵 | 裝置難易 | 運行中吹灰 | 漏氣 | |
熱管式 | 基數 | 基數 | 基數 | ③400℃ | 0.1kg/cm2 n+kg/cm2④ | 易堵 | 困難⑤ | 不可 | 微少 |
鍋爐散熱器式 | 同等 | 略高 | 略高 | 400℃ | / | / | / | / | 無 |
多管式 | 大3~4倍 | 重3~4倍 | 高 | 800℃(輻射式1200℃) | / | 比較好 | / | / | 微少 |
回轉式 | 同等 | 重 | 低 | 400℃ | / | 易堵 | 容易 | 可 | 大 (5~20%) |
熱介質循環式 | 同等 | 略重 | 略高 | 400℃ | / | / | 困難 | 不可 | 無 |
注:①比較是在能滿足同一性能的條件進行的。
②由于材質的尺寸不同,價格比較僅是大致傾向。
③不考慮鈉等液態金屬作為工質。
④使用壓力并不是熱管能經受的壓力,而且要根據其外容器,法蘭等能達到的耐壓程度來決定的。
⑤所謂困難是與回轉式比較而言的,并不是可能的。
綜上所述,熱管換熱器與其他節能設備進行比較,表現出較明顯的優點和競爭力,這正是熱管換熱器得以迅速發展和應用的原因。但是,為了促進熱管換熱器在我國的發展,下列幾方面的問題要足夠重視:
(1) 普及推廣熱管和熱管換熱器的理論和設計知識,力求實現化設計;把好設計關,從設計上做到提高質量、降低成本。
(2) 實現熱管元件的系列化和標準化,這是提高產品質量。降低成本的有效途徑。尤其是對于通用的爐型,通用的設備,實現熱管換熱器的系列化,不論對于制造廠或是用戶都將帶來顯著的經濟效益。
(3) 擴大熱管換熱器的應用領域和應用范圍。目前,我國僅在節能工程中應用較多,而在其他領域如太陽能、電器冷卻等方面還用的很少。而在節能工程中,僅以靜止型熱管換熱器應用較多,其它型式應用較少。在靜止型中,又往往集中在低溫熱管換熱器的應用上,對于高溫的應用很少,由此可見,熱管換熱器在我國還有廣闊的發展領域。
(4) 開展新型熱管換熱器的研究和開發。有幾方面值得重視:首先,我國是以煤為主要燃料的,應用熱管換熱器回收煙道氣的余熱,積灰是一個嚴重的問題。如何解決積灰問題,需要研究新的措施,新機的結構,研制新的換熱器。其次,近年來,分離式熱管換熱器的發展引人注目,表現出很多優越性,如何根據不同的應用場合,開展有關的應用研究是有實際意義的。再者,各種型式的民用熱管的開發和研究前途表明熱管和熱管換熱器必須逐漸從航天,從工業擴展到民用。隨著熱管知識的普及,熱管這一高效傳熱元件,必須和其他新技術一樣,逐漸走向千家萬戶。
熱管換熱器的特點
1. 體積小、重量輕
由于冷,熱二側都可以在管外進行翅化,增大二次傳熱面積較易,能夠大大地減小體積、減輕重量。接照已有設計數據,如果管殼式換熱器在1m3空間內布置30~40m2換熱面積的話,那么熱管換熱器在同一空間內就可以布置120~150m2的換熱面積。故,一般地說,熱管式和管殼式相比,體積要小4-8倍,重量要輕1~2倍。
2. 流阻小(即壓力損失小)
由于熱管換熱器結構緊湊氣流流程大大縮短,而且翅片表面摩擦為主,避免了管殼式為數甚多的局部阻力損失,所以熱管式的流阻比管殼式和板翅式皆小。
3. 能在小溫差下,傳遞低品位熱能,且回收效率較高。
4. 熱流移動快,溫度均勻。
5. 冷、熱流體間完全分開,可以互不滲混,能防止污染,這對于食品、醫藥行業具有特殊意義。
6. 靈活性較大、拆裝、維修方便。
正因如此,熱管換熱器應用日漸多。