热管技术在可再生能源利用中的研究与探索.doc

1、热管技术在可再生能源利用中的研究与探索摘要：促进经济社会的可持续发展，就要大力提升新能源和可再生能源的利用，对能源的结构进行优化，能大大的改善环境。同时，可再生能源和新能源的利用和开发同样也离不开与此配套的新产品，热管技术的优良性能已在各个领域得以充分发挥，其作为一项新的技术产业，随着不断完善和发展，在加快新能源和可再生能源的发展具有很大的推进作用。 关键词：热管技术；太阳能；研究 中图分类号：TK511 文献标识码：A 引言 可再生能源对于人类未来的发展是很重要的一种能源，当前，由于对矿产资源的无限量开采，造成资源短缺，环境日益恶化，因此上这项技术代替传统能源给人类未来的生存带来希望，为人类

2、服务的任务就显得很重要。而这采用何种技术，对于技术本身，我们看重的是对于可再生资源的开发以及利用主要是其成本与效率。现在对于我们国家来说，新技术的自主创新尤为重要。我国在热管技术工业上的应用非常的广泛，同时拥有各类热管制造生产技术的自主知识产权。热管是一种高效传热元件，是解决高效生物质气化炉、高温太阳能接收器、永冻土地基等当前可再生能源开发利用中关键问题的最有效途径之一。加快新技术开发应用、力争与发达国家同步，是我国能源工作者迫切的任务。 一、热管的基本组成及工作原理 1、热管的基本组成 热管主要是由主体、内部空腔和毛细结构三部分构成，主体部分是封闭式的一段金属管，可以承受相当大压力的全封闭结

3、构，其一般由碳钢、不锈钢等金属制品制成的。存在着少量的液态或者气态的工作液在其内部空腔里面以及毛细结构 ，不能包括在内的有金属管内的杂物和空气。热管本身就是抽成真空的封闭系统。 2、热管技术的技术特点 (1)良好的导热性。主要靠热管内部的工作液体气体与液体相互转变而传热，热阻力很小，因此，具有良好的传热效率。 (2)等温性良好。热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和温度是由饱和蒸汽的压力决定，饱和蒸汽所产生的压降很小从蒸发段流向冷凝段，根据热力学中的 Clausuis-Clapeyron 方程式可知，具有很小的温降，因此热管等温性是非常良好的。 (3)热二级管与热开关性能。热开关则是当热源温度高于

4、某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热；热管可以做成热二级管或热开关，所谓热二级管就是只允许热向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动。热二极管原理在太阳能及永冻工程中有很重要的应用。 (4)热流方向的可逆性。由于一根水平放置的有芯热管，毛细力是其内部循环动力，因此作为蒸发段任意一端受热都可以，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于在空间的人造卫星和宇宙飞船温度展平，也可用于后吸热先放热的化学反应器及其他装置。 (5)热流密度可变性。热管可以独立冷却段或改变蒸发段的加热面积，即热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，或者加热热量以较小的面积输入

5、，而热量冷却以较大的面积输出，热流密度这样就可以被改变，解决一些其他方法难以解决的传热难题。 (6)恒温特性(可控热管)。普通热管的基本上各部分热阻不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管可变导热管，使得冷凝的热阻随加热量的减少而增加，随加热量的增加而降低，这样可使热管在加热量大幅度变化的前提下，实现温度的控制，因为蒸汽温度变化极小。 (7)环境的适应性。热管的形状可随冷源和热源的条件而变化，热管可做成燃气轮机的叶片、电机的转轴、手术刀、钻头等，以适应冷凝流体不能混合或长距离情况下的热管也可做成分离式的换热；热管即可用于空间(无重力场)，也可

6、以用于地面(重力场)。 二、热管技术在太阳能开发中的应用 热管式太阳能热水器工作原理 热管式太阳能热水器热管非常简单，将一根金属管两端封口，管内装入一定的低沸点液体（如酒精） ，并且将管抽成真空（负压） 。这样，管内液体的沸点很低（例如，可以由较低的负压而使得酒精的沸点降为摄氏 30 度左右） 。这样，当管下部温度高于 30 度时，酒精将沸腾并升到管的顶部，使管的顶部温度升高。而管的顶部插入水箱中，由热传导的方式将水加热。 2、性能分析 热管的外表面涂有一层黑色吸热层，当光照射到热管的外表面时，温度升高，通过金属管壁以热传导的方式将热能传入管内，使管内液体沸腾，并快速升到顶部，将水箱中的水加热

7、。 （为加快散热，可以在热管的顶部加装散热片） 。然后，管内经过热交换后冷却的气体冷凝后又流回底部，被重新加热后再升到顶部，如此循环，热管底部液体基本保持在一个较低的沸腾温度。所以，热管内、外壁的温差基本恒定且较大，故热效率高（理论计算与实验检测均表明，热管的热效率比真空管高 5%左右） 。并且，也不会因为冬季的低温而导致冻结，同时管内无水，对水箱中的水质无影响。因此，热管太阳能热水器比真空管太阳能热水器有着明显的优势，是太阳能热水器的一个更新换代的发展方向。直接将型号适宜的热管插入热水器水箱中。考虑管本身的散热问题，可制作一个矩形箱，将热管封于箱内，箱的上表面为玻璃板，箱的内层底面再铺（或涂

8、）上黑色吸热材料，这样，由于热管与外界空气隔离，散热将大大减少，且矩形箱内底为黑色，吸热面积大大增强，使箱内温度很高。这使得热管除直接接受光加热外，还能同时受到箱内高温气体加热，使热能增加，热管传导的热量也增加，故加热温度更高。在成本上，每根热管比真空管价格低。因此，用节约的钱作一个封闭箱，成本基本持平，但获得的水温比真空式太阳能热水器的要高，理论计算及实验均表明，同样天气里，经过一天的加热，热管式太阳能热水器中的水温要比真空管式太阳能热水器的水温高 5左右。 太阳能热管正向着高温方向发展。它通过聚焦装置能获得很高的温度，不仅可以将热管技术用于太阳能电站，也可以采用热管技术制作太阳灶。为了解决

9、高温太阳能接收器的热点问题，在太阳能热发电中利用热管的优良的均温性能、高效传热性能，发电系统和提高接收器的安全性能和效率；为了解决高温太阳能热发电中的蓄能问题，由单向传热结构、特性可异型性能来解决，从而解决太阳能热发电连续性问题。热管技术应用于高温太阳能接收器中，既解决了太阳能高温热发电中的难题，又拓展了热管技术的应用领域，具有很高的使用价值。 最后，热管由于传热速度很快，热损耗小，故可以改进为太阳能热水器上的集热管，并且比真空管有较明显的优势。适当推广，可以提高太阳能的利用，减少污染，改善人们的生活水平。因此，应该有良好 的应用前景。 三、热管技术在地热能开发中的应用 地层深处是一个巨大的蓄

10、热库，热管在利用地热资源方面有其特殊的便利，并已取得了许多成功的应用实例。 1、地面积，及防冻系统 如图所示，将热管群埋入地下 3 到 18 米处，收集到的地热由热管输送到地面，防止积雪和冰冻，由于是无需人工管理和维护，所以特别适合偏僻地区的重要场所的路面融雪防冻，如高速公路、停车场等场所。 已知在地下深达 7 米的土壤温度在一年内基本变化不大，在 720 米深处，全年的土壤平均温度几乎不变，这就给地热的利用提供了有利条件。 2、温泉废水及辅助锅炉的融雪及路面防冻 寒冷地带温泉休假区的路面，停车场的冬季积雪清除及路面防冻，利用温泉废水的余热是一种比较方便和经济的方法。 在无温泉地区也可以燃油辅

11、助锅炉加热 U 型热管，达到路面融雪及防冻的目的。 结语 热管技术自 1964 年问世以来，其独特的高效传热技术在石油、化工等行业的余热回收方面已取得了重大成果，有效地缓解了我国能源日益短缺的紧张局面。当前，太阳能、地热能、生物能等能源作为能源资源较为丰富的几大可再生清洁能源正逐步成为世界能源发展的方向。利用热管技术开发和利用可再生能源也正不断取得新进展。 参考文献 1孙荟晶，孙世梅. 热管技术在可再生能源利用中的研究与探索J.现代化工，2007，S2:517-520. 2王刚. 太阳能利用中的热物理基础理论及实验研究D.中国科学技术大学，2012. 3 牛江艳. 可再生能源电力产业优化及激励政策研究D.江西师范大学，2012.