热管散热器是一种高效导热元件。近年来研制钢制热管散热器成为我国散热器开发的一个热点。通过分析其制造工艺和工程应用上的问题,指出目前研制的以钢制柱或板型为外壳的热管散热器在工程上是不可靠的。
1标准热管和重力热管
热管是依*其内部工质在一个高真空的封闭壳体内循环相变传递热量的装置。按传热工质回流方式,热管可分为标准热管和重力热管(两相闭式热虹吸管)。标准热管内部具有毛细吸液芯,工质依*吸液芯回流,使热管可以向任何方向传递热量,这种热管首先在空间技术领域使用。重力热管内部没有毛细吸液芯,工质*重力回流,因此,结构简单,成本也较低,可以用于工业废热的回收。我国70年代以来,已有数千台重力热管式换热器投入运行。目前,已经制订国家标准的有《铝无管芯重力热管》(GB9082.2-87),其它热管有的也制订了省级标准。
2重力热管的特点和制造要求
2.1简单原理
如图1所示,热管由管壳1、工质2构成,管壳是一个内部需要保持真空的密封容器。由于热管初始真空度很高,管壳内部的工质处于气液两相共存的饱和状态,且无不可凝气体。工作时处于热管下部的加热段3内的工质吸热汽化,产出蒸气,此段又称为汽化段,蒸气分子流向上部,在放热段4的冷壁面上凝结,释放汽化潜热,此段又称为凝结段。随后,凝结的工质*得力回流而下,重新吸热汽化,循环不已。
2.2技术特征
(1)具有很强的导热能力。重力热管利用工质相变,其导热能力比金属大百倍以上。
(2)优良的均温性。热管工作时,工质由吸热段流至放热段,压降甚微,使热管放热段蒸气空间内,具有很好的温度均一性。
(3)传热方向不可逆性。因借助重力使工质回流,决定了重力热管必须是加热段在下,而放热段在上。
(4)具有一定的工作温度范围。每一种工质都有自己的工作温度范围,热管在工作温度内,在真空状态下,从低温启动工作,随着工作温度的提高,壳内压力上升。以水为例,其凝固点为0℃,临界点为374.15℃,但当水温低于50℃时,蒸汽密度太小,传热量很低,使热管性能变差;而当温度达到300℃时,相应的饱和压力已达到8.59Mpa,接受碳钢壳体的强度上限。因此,水的实用温度范围规定为50~300℃。在这个范围内工作时,壳内相应的压力则从初始压力0.0123Mpa升至8.59Mpa。通常,增加加热段热量,使热管进入等温工况的温度称为热管的启动温度。对于初始真空条件为0.0123Mpa,水为工质的热管,其启动温度为50℃。按工作温度范围,热管有低温(-40~60℃)、常温(0~300℃)、中温(300~500℃)和高温(>500℃)之分。
在将热管应用于实际时,必须了解在怎样的条件下,热管能顺利地启动,以及其实用工作温度的范围。