目前,工業(yè)上使用較多的是軸向熱管,但隨著生產(chǎn)上對(duì)換熱設(shè)備要求的不斷提高,軸向熱管在使用過(guò)程中的局限性越來(lái)越突出,主要表現(xiàn)在以下幾方面:現(xiàn)有氣液相熱管換熱器(熱流體為工藝氣,冷流體為水)所使用的熱管是軸向熱管(多為重力熱管),主要有箱體式和分離套管式兩種。這類熱管是靠重力沿著管子軸向?qū)崿F(xiàn)工作介質(zhì)蒸發(fā)―冷周而復(fù)始的循環(huán)傳熱工作過(guò)程,因此在工作時(shí)受熱段必須在管子的下部,而放熱段則必須在管子的上部,水平時(shí)就難以實(shí)現(xiàn)熱的傳遞,由軸向熱管組成的熱管換熱器多用于水平方向流動(dòng)流體的換熱,在垂直流動(dòng)的流體中就很難應(yīng)用。軸向熱管沿軸向?qū),不凝性氣體易于聚集在放熱段的端部,等溫性能受到影響,降低了熱管的傳熱性能。從制造工藝上分析,軸向熱管焊接點(diǎn)較多,密封也很困難,一旦發(fā)生泄漏后果不堪設(shè)想。箱體式熱管不能承受水側(cè)壓力,分離套管式能承受水側(cè)壓力,其水路流程比較復(fù)雜,造成水側(cè)阻力增大。徑向熱管隨著軸向熱管在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的不斷擴(kuò)大,上述缺點(diǎn)已阻礙其在各領(lǐng)域中的發(fā)展。比如在硫酸工業(yè)中,由于場(chǎng)地的限制等原因,工藝要求熱管必須垂直布置,而且不能有泄漏,上述兩種結(jié)構(gòu)的熱管就很難做到了。為此新型熱管換熱器――徑向熱管換熱器應(yīng)運(yùn)而生。徑向熱管早在60、70年代就已出現(xiàn),但以前的徑向熱管的主要作用是提供一個(gè)恒溫場(chǎng),如外延爐等溫?zé)峁,石英晶體測(cè)試儀等溫?zé)峁,溫度系?shù)測(cè)試臺(tái)等溫?zé)峁,法?guó)Sodern的熱管恒溫爐等都是屬于這一范疇。南京工業(yè)大學(xué)熱管研究所的專家突破了徑向熱管僅作為恒溫場(chǎng)的限制,將徑向熱管作為傳遞熱量的傳熱元件進(jìn)行研制開(kāi)發(fā),由江蘇科圣高溫?zé)峁茉O(shè)備制造公司制造并投入使用。由于其功能變了,所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相應(yīng)改變,這主要反映在吸液芯結(jié)構(gòu)上。作為等溫體的熱管其吸液芯一般布置,除管內(nèi)腔壁面處布有吸液芯外,還另敷有輻條吸液芯。此類熱管管內(nèi)汽、液兩相的流速很低,其關(guān)鍵是使汽、液兩相流體要充滿整個(gè)腔體,使之處于一個(gè)充分而完整的飽和狀態(tài),從而形成一個(gè)等溫體,所以吸液芯要布滿整個(gè)內(nèi)腔。而作為熱量傳輸?shù)膹较驘峁,汽、液兩相的流速相?duì)較高,它的關(guān)鍵是吸熱面必須保證有充足的液體,以免出現(xiàn)干枯,因此一般只在吸熱面處敷置吸液芯,而過(guò)多布置吸液芯反而會(huì)阻礙蒸汽的通暢流動(dòng)且增加了傳熱熱阻。
設(shè)備運(yùn)行結(jié)果證實(shí):設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值基本一致,說(shuō)明設(shè)計(jì)方法是正確的,同時(shí)可靠的運(yùn)行又證實(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。將新型徑向熱管換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的使用情況(熱流體為工藝氣,冷流體為水)與傳統(tǒng)的軸向熱管進(jìn)行分析比較,徑向熱管換熱器具有下述優(yōu)點(diǎn):(1)徑向熱管換熱器所使用的熱管是徑向熱管內(nèi)布有吸液芯,流體回流是在毛細(xì)管力作用下實(shí)現(xiàn)的,因此熱管的工作位置和流體的流動(dòng)不受任何限制,可以全方位工作,尤其適用于熱流體必須垂直方向流動(dòng)的場(chǎng)合。(2)徑向熱管換熱器與軸向熱管換熱器相比,在處理量相同的情況下,設(shè)備更加緊湊,一般體積可縮小30~40,重量可減輕15~20.(3)徑向熱管能更有效的控制壁面溫度,由于其熱側(cè)的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷側(cè)的面積,所以能更好的提高壁面溫度。(4)徑向熱管具有很高的等溫性能,不凝性氣體對(duì)其影響極小,傳熱性能相對(duì)較好。(5)可大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,即使外管腐蝕,也不會(huì)造成冷熱流體的串流。(6)徑向熱管換熱器兩側(cè)流體的流動(dòng)阻力均較小,設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用低。(7)在徑向熱管換熱器中,水是在管內(nèi)流動(dòng),因此具有很好的承壓能力。(8)由于水路的焊接點(diǎn)均在換熱器外側(cè),維修方便。徑向熱管換熱器的諸多優(yōu)點(diǎn),表示其能廣泛的適用于氣-水換熱的各工業(yè)領(lǐng)域。