崔燕鵬

摘 要：本文論述了一種新型熱管板型散熱器，這種采暖散熱器采用了熱管原理，熱網(wǎng)熱媒不進(jìn)入散熱器內(nèi)部，解決了普通散熱器內(nèi)腐蝕嚴(yán)重、耐壓性能差、易結(jié)垢、使用壽命低等缺陷。由于這種散熱器不受熱網(wǎng)壓力變化的影響，因此，在設(shè)計(jì)選材上無(wú)需考慮散熱器承受巨大壓力和內(nèi)部腐蝕的因素，因而降低了原材料消耗和生產(chǎn)成本。這種熱管板型散熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要有兩塊冷軋鋼板沖壓成型后相對(duì)焊接而成。其分布均勻、相互連通、完全封閉的橢圓形通道組成了熱管，在熱管底部設(shè)計(jì)有供熱媒通過(guò)的波紋導(dǎo)流管。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了導(dǎo)流管對(duì)熱管工作的熱動(dòng)力，導(dǎo)流管外熱管工作的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了熱交換的目的。

關(guān)鍵詞：采暖散熱器 熱管 工質(zhì) 多頭波紋導(dǎo)流管 鋼制板型熱管散熱器

中圖分類號(hào)：TU831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（c）-0096-02

采暖散熱器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用等社會(huì)各領(lǐng)域。它的結(jié)構(gòu)形式主要有鑄鐵、鋼制和鋁制三大類。目前無(wú)論何種結(jié)構(gòu)形式的采暖散熱器，其工作原理無(wú)一例外的都是熱媒（鍋爐熱水或蒸汽）都要進(jìn)入到散熱器的內(nèi)部以加熱散熱器本身，然后通過(guò)對(duì)流或輻射換熱方式完成對(duì)空間的加熱，以達(dá)到冬季采暖的目的。

以上這些散熱器，由于其結(jié)構(gòu)和工作原理的原因致使其金屬熱強(qiáng)度小、金屬消耗量大、結(jié)構(gòu)笨重、經(jīng)濟(jì)性能差、耐壓性差，已逐步被其它散熱器所取代（鑄鐵）。鋼制散熱器雖然具有熱工性能好，重量輕，承壓高外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，但由于內(nèi)部易結(jié)垢影響了熱效率的穩(wěn)定性，再加上耐腐蝕性差、使用壽命低成為了其進(jìn)一步發(fā)展的致命缺陷。鋁制散熱器雖然具有其它散熱器的所有優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)部易結(jié)垢的世界性難題和造價(jià)高、經(jīng)濟(jì)性能差和耐壓力受限等缺陷限制了它的發(fā)展。

為此，本文從改變散熱器的工作原理入手，利用“超速導(dǎo)熱”的熱管原理實(shí)現(xiàn)散熱器的放熱目標(biāo)，以克服目前散熱器存在的弊端。探索采暖散熱器發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新領(lǐng)域的可能性。

1 熱管的工作原理及其應(yīng)用

熱管是一種具有超高導(dǎo)熱性能的傳熱原件。工作原理可以簡(jiǎn)要地描述為：工質(zhì)在密閉的空間內(nèi)的某一位置吸收熱量，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠麘B(tài)發(fā)生蒸發(fā)，而后在它上方的某一位置釋放熱量，由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，在不附加任何動(dòng)力而使冷凝的液體再回到原來(lái)的位置，繼續(xù)吸熱蒸發(fā)，往復(fù)循環(huán)，達(dá)到熱量從一個(gè)地點(diǎn)快速傳遞到另一個(gè)地點(diǎn)的目的。

熱管技術(shù)從40年代提出，經(jīng)過(guò)幾十年的探索研究，有了飛速發(fā)展。熱管的研究工作和在工業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)展很快。特別在國(guó)家號(hào)召節(jié)能減排以來(lái)，熱管的應(yīng)用越來(lái)越多，發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用。

熱管換熱技術(shù)是一種高效、緊湊、耐用的換熱設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)形式多樣，使用方便靈活，特別適用于中、低溫方面的換熱。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，熱管技術(shù)正越來(lái)越廣泛地滲入到工業(yè)、民用領(lǐng)域的許多方面，發(fā)揮出獨(dú)特的作用。熱管在采暖散熱器方面的應(yīng)用設(shè)想也越來(lái)越成熟，筆者經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的研究和實(shí)驗(yàn)，通過(guò)投入小規(guī)模的運(yùn)行，表現(xiàn)出了很好的換熱能力，研制出的新產(chǎn)品通過(guò)了省級(jí)技術(shù)鑒定，得到了業(yè)界專家的一致好評(píng)，具有很高的推廣價(jià)值。

2 熱管板形散熱器的結(jié)構(gòu)及工作原理

熱管板形散熱器，由兩塊板形結(jié)構(gòu)的部件相對(duì)組成。在板形結(jié)構(gòu)上制作有分布均勻的若干垂直凸槽和與其相連通的水平凸槽。這些凸槽對(duì)稱分布，組焊后它的斷面形狀呈橢圓形結(jié)構(gòu)。這些分布均勻、相互連通、完全封閉的橢圓形柱狀通道網(wǎng)，組成了熱管板形散熱器的熱管部分。在板形結(jié)構(gòu)下部，安裝有供熱媒（鍋爐熱水或蒸汽）通過(guò)的導(dǎo)流管。在熱管板形散熱器的熱管上，焊接有波形結(jié)構(gòu)的波形板。在熱管內(nèi)裝有工質(zhì)，供熱管板形散熱器工作之用。

以上的焊接結(jié)構(gòu)件，組成了一種新型的熱管板形散熱器。熱管板形散熱器的面板向外，它的主要作用：一是增加產(chǎn)品的美感，二是在散熱器工作時(shí)向室內(nèi)釋放輻射熱量，提高散熱器的熱效率。焊接在背板上的波形板，一是要增加散熱器的散熱面積，二是要完成散熱器的放熱對(duì)流通道，這樣才能有效提高熱管板形散熱器的整體放熱功能。

導(dǎo)流管是熱管板形散熱器的核心部件，這是因?yàn)闊崦綇膶?dǎo)流管內(nèi)經(jīng)流時(shí)，熱網(wǎng)的熱量要通過(guò)導(dǎo)流管轉(zhuǎn)換到熱管板形散熱器的熱管。同時(shí)導(dǎo)流管又是熱管工作的起動(dòng)部件和工作部件，只有導(dǎo)流管不斷循環(huán)的啟動(dòng)，才能確保熱管板形散熱器的正常工作。因此，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)系到整個(gè)熱管板形散熱器性能的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)筆者最佳的紊流和水阻計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn)，確定多頭波汶管做為導(dǎo)流管的斷面設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)考慮，一方面是增加熱媒放熱面積，也增加了熱管的吸熱面積。另一方面當(dāng)受壓的熱媒流經(jīng)帶波紋的導(dǎo)流管時(shí)，在波紋的導(dǎo)向下熱媒發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)且流動(dòng)的熱媒破壞了固有的層流，形成了很好的紊流效果，也就達(dá)到了理想的換熱效果。同時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的紊流體又不會(huì)使熱媒中的污垢沉積，很好的解決了散熱器的結(jié)垢問(wèn)題，有效提高了散熱器的熱功性能和使用壽命，大大縮短了散熱器的維護(hù)周期。

導(dǎo)流波紋管的外部，是熱管板形散熱器熱管部分的工作面，由于多頭波紋的設(shè)計(jì)，使這個(gè)工作面高低起伏、錯(cuò)落有致，當(dāng)工質(zhì)受熱蒸發(fā)時(shí)，工質(zhì)蒸發(fā)面處在不同的方向和層面上，可以很好的解決熱管工作的“爆沸”和“共振”，使熱管工作起來(lái)更加平穩(wěn)。

熱管板形散熱器的工作原理是：當(dāng)熱媒進(jìn)入熱管板形散熱器的導(dǎo)流管時(shí)，熱媒的熱量通過(guò)導(dǎo)流管傳遞給工質(zhì)，處在熱管板形散熱器腔體內(nèi)負(fù)壓環(huán)境下的工質(zhì)，吸熱后由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，發(fā)生蒸發(fā)的蒸汽工質(zhì)在負(fù)壓作用下迅速上升，上升后的氣態(tài)工質(zhì)遇到較低溫度的橢圓形熱管壁后，釋放熱量，迅速凝結(jié)，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)工質(zhì)在重力作用下，回落到熱管板形散熱器的蒸發(fā)段—— 波紋導(dǎo)流管的部分。

波紋導(dǎo)流管由于供熱熱網(wǎng)的高溫?zé)崦皆丛床粩嗟慕?jīng)流，因此，保持了其高溫狀態(tài)，確保了工質(zhì)蒸發(fā)所需要的動(dòng)力—— 高溫。蒸發(fā)上升的工質(zhì)，在凝結(jié)回落（流）時(shí)，將自身攜帶的熱量傳遞給熱管的冷凝段—— 由背、面板凹槽相對(duì)組成的橢圓形熱管壁。由于熱管散熱器的面板向室內(nèi)釋放的輻射熱、背板及對(duì)流通道向室內(nèi)釋放的對(duì)流熱量和輻射熱量，形成了熱管壁（冷凝段）的低溫特征。

熱管板形散熱器蒸發(fā)段的高溫特征與冷凝段的低溫特征確保了工質(zhì)的吸熱—— 蒸發(fā)—— 凝結(jié)—— 回落連綿不斷，反復(fù)循環(huán)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了熱管板形散熱器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 熱管板形散熱器的制作工藝

熱管板形散熱器主要有面板、背板、對(duì)流片、導(dǎo)流管、安裝掛件組成。制作工藝分為沖壓成型及沖孔——導(dǎo)流管制作安裝——焊接——抽真空及注工質(zhì)——表面處理等四個(gè)工藝過(guò)程。

面、背板組成的熱管在工作或非工作狀態(tài)時(shí)，由于熱網(wǎng)熱媒不進(jìn)入其內(nèi)部，熱網(wǎng)壓力變化對(duì)其沒(méi)有影響，基本處于常壓狀態(tài)，在其背板熱管通道上焊接的對(duì)流片，主要作用是傳遞熱量。因而這些部件的材質(zhì)均選擇比較薄的冷扎鋼板。

導(dǎo)流管是熱管板形散熱器的關(guān)鍵部件，主要承擔(dān)熱媒的壓力，建筑層高壓力變化對(duì)散熱器的影響，還要克服熱媒的腐蝕。因而選擇性能優(yōu)越的不銹鋼。

鋼制熱管板形散熱器的面、背板在設(shè)計(jì)上是對(duì)稱體，因此，制作成型只需要一套模具沖壓完成，周邊采用高頻縫焊。立柱熱管間（橢圓形通道間）采用點(diǎn)焊技術(shù)加工。在背板的熱管外壁上，點(diǎn)焊有波形板。波形板的凹槽與熱管間隔形成的對(duì)流通道，組成了熱管板形散熱器的對(duì)流換熱器。導(dǎo)流管安裝在背板下部水平凹槽內(nèi)。

經(jīng)過(guò)組裝、焊接、清理的鋼制熱管板形散熱器，進(jìn)行負(fù)壓工序和加注工質(zhì)，進(jìn)行涂裝后即已完成了全部制作過(guò)程。

4 經(jīng)濟(jì)性和其他性能評(píng)價(jià)

鋼制熱管板形散熱器，主要耗材為冷扎鋼板，由于所耗鋼板的厚度不到同類產(chǎn)品的二分之一，省去了普通形板散熱器的進(jìn)出口部件，總體鋼材消耗量較同類產(chǎn)品降低50%以上，雖然導(dǎo)流管選擇的材質(zhì)為價(jià)格較昂貴的不銹鋼，但重量所占鋼制熱管板形散熱器總體重量比重較小，對(duì)總體成本影響不大。

鋼制熱管板形散熱器，一方面具有熱功性能好、散熱快、裝飾性好、制作工藝簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，由于熱媒經(jīng)流導(dǎo)流管，不進(jìn)入散熱器內(nèi)部，具有了很好的抗腐蝕性能，大大提高了產(chǎn)品的使用壽命，并且減少了維修更換次數(shù)，減少了維修更換成本。同時(shí)，波形導(dǎo)流管的承壓能力非常強(qiáng)，熱網(wǎng)的壓力變化與建筑層高的壓力增加，幾乎對(duì)其沒(méi)有影響，因此，鋼制熱管板形散熱器的使用范圍更加廣泛。還由于熱媒經(jīng)流本產(chǎn)品時(shí)高速旋轉(zhuǎn)，有極好的紊流效果，在提高執(zhí)效率的同時(shí)，又解決了結(jié)垢難題，具有良好的社會(huì)效益。

總之，鋼制熱管板形散熱器由于自身優(yōu)勢(shì)突出，結(jié)構(gòu)形式與表面顏色完全可按照建筑裝飾的適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性來(lái)組織加工，是一種新型的采暖散熱設(shè)備，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推廣應(yīng)用價(jià)值非常廣泛。

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