热管从它正式命名至今还只有70年,但它的前身——热虹吸管却已有了150多年的历史。为了对热管的发展与现状有一个较完整的了解,简单地介绍一下它的整个发展史。
热管发展的第一个阶段为简单的两相热虹吸管一一帕金斯管( perkins
tube)阶段,时间为1836~1942年,1836年雅各布·帕金斯(J.Perkins)发明了帕金斯管,这是一种两端封闭、其中充有少量水的管子。工作时管子一端插在高温烟气或火中,另一端插在水中,依靠其内部工质——水的沸腾和凝结传递热量。由于管内空气未抽除,所以传热性能较差。1863年帕金斯管得到了工业应用,用于法国的一台机车锅炉及其火箱过热器中;1867年用于英国军队的移动式面包烤炉中。1892年J.Perkins的孙子L.P.Perkins和W
.E.对提高管壁的传热极限提出了不少改进意见,建议可用这种改进的帕金斯管即两相闭式热虹吸管来回收烟气余热加热空气”.1930年以后,在英国,前苏联、捷克及其它国家,热管在面包烤炉上得到了广泛的应用,有些管子一直可靠地工作到现在.1929年提出了肋化管壁以改进换热的设想。
第二个阶段为60年代至70年代,是现代热管原理及概念的提出及在空间飞行中的成功应用阶段,同时二相闭式热虹吸管亦被称之为重力热管,应用也更为广泛.1942~l944年高格勒(
R.S.Gaugler)提出了现代热管的工作原理,用毛细吸液芯回流凝结液;1962年美国已有人预言蒸发器一凝结器毛细力泵原理将在空间系统中得到应用。1963年美国格罗弗(
G.M.Grover)发明了用不锈钢作为外壳,采用丝网吸液芯和以钠作为工质的高效导热装置并命名为“热管”。从1964年开始,美国洛斯一阿拉莫斯科学实验室在格罗弗领导下开展了大量热管研究工作。1967年热管首次空间试验成功。美国首次用热管进行卫星的温度控制,即GEOS-B卫星热管系统,共运行145天,使用效果良好;在阿特拉斯火箭周围全部布满了热管,借助这些热管使火箭容器和美国“天空实验室”轨道站的起居舱保持了均温,防止了宇宙飞行器进入大气层时外壳被强烈加热。
在此期间,重力热管的应用范围进一步扩大。前苏联首次在200t/h锅炉上安装重力热管空气预热器。捷克的斯可达工厂从1965年开始制造重力热管换热器,用作锅炉的空气预热器。除此之外,英国、日本、德国等国也开始了热管的研制工作。
第三个阶段为70年代以后,在空间应用热管成功的基础上,热管在地面上的应用也蓬勃地开展起来了。地面应用最多的是用于工业余热回收及空调低温余热回收的热管换热器。这类换热器已系列化、商品化生产。如美国的Q-Dot公司与休斯飞机公司都有自己的产品系列。热管应用已涉及到94种行业,单管型热管换热器的余热回收量已达i05kW级,单管长度长达7^10m,在大型电厂锅炉中用作前置式空气预热器。分离型热管换热器的余热回收量更大,较多用于冶金、化工等行业。
在此期间,美国在阿拉斯加州永久冻土带输油管道的重力热管保护系统是最大的一项应用热管的工程,使用了数十万支热管,在热管数和长度方面都是创纪录的。此外,一些特殊热管的研究工作也有了很大进展,如可变热导热管、旋转热管、微型热管及超长热管等。总之,这一切都预示着热管将会有更广阔的发展前景。
与世界各国的热管发展情况一样,我国于1970年即开始对有吸液芯的热管进行研究,1972年我国第一支钠热管研制成功,1980年我国第一台槽道式吸液芯热管换热器投入运行.至80年代初我国从事热管研究的科研单位及大专院校已遍及全国。
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在地面应用方面,与国际相比我国的热管科研工作有下列几个特点:
(1)研究的重点是热管在节能及余热利用方面的应用,比应用较多的日本还多。
(2)可以运用于回收低品位余热,我国虽然起步较晚,但对低温领域和中温碳钢与水相容性的研究已达相当高的水平,在国际上也处于领先地位。目前,国内使用的余热回收换热器绝大多数均为中低温热管,运行情况令人满意。
(3)应用研究多,基础理论研究少;重力热管研究应用多,吸液芯热管研究应用少,目前情况已在改善,北京德天节能设备公司生产的吸液芯热管自2007年生产以来,在十余个项目上使用,运行情况良好。
选自【亚洲热管网】heatpipe.net
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