真空超导散热器简介

1、真空超导散热器基本原理真空超导散热器，又叫热虹吸管散热器，利用柱型或板型散热器为壳体，在散热器底部穿入热媒管，壳体内注入工质，并建立真空环境，这是一种常温重力式热管。工作过程是：在散热器底部，供热系统通过热媒管将壳体内的工质加热，在工作温度范围内，工质沸腾，蒸汽上升至散热器上部凝结放热，凝结液沿散热器内壁回流至加热段被再次加热蒸发，热量通过工质的不断循环相变由热源传递至热沉，达到供热、加热的目的蒸发段相当于散热器的“内热源”，“冷凝段”的表面积远远大于“蒸发段”的表面积。为了改善对室内热微环境的影响，供暖散热器理想的目标是一定的热媒温度下得到最大的散热量，同时有均匀的表面温度，避免散热器表面出

2、现“热区”、“冷区”。几种工质的主要热物理参数（1）热虹吸散热器的放热能力不及常规散热器。热虹吸散热器属于“二次换热”，总的传热热阻比常规散热器大，使得以外表面计算的总传热系数下降；受结构的局限，热虹吸散热器“蒸发段”传热面积远小于“冷凝段”传热面积，因而其传热能力主要取决于热媒管与工质之间的热阻。另有研究表明，强化热媒与工质之间的换热可以提高热虹吸散热器总传热系数30%以上3。（2） 热虹吸散热器具有与常规散热器相反的表面温度均匀性特性。常规散热器表面温度不均匀，存在明显的“热区”和“冷区”，热媒出口附近散热器表面测试温度值明显低于热媒进口附近的测试温度值，散热器表面温度标准偏差数据比热虹吸

3、散热器相应数值高得多，而且其数值随着热媒温度的升高而加大；热虹吸散热器表现出良好的表面温度均匀性特性，但水工质热虹吸散热器在热媒进水温度低于88时，散热器表面温度标准偏差值与常规散热器不相上下，热媒进水温度88后，水工质热虹吸散热器表现出良好的表面温度均匀性；随着热媒进水温度的升高，各种实验工质热虹吸散热器的表面温度均匀性越显著。对于常规散热器，热媒温度越高，进、出口端受热不均匀越显著，相应进、出口端散热器表面温度的不均匀性也越明显；而对于热虹吸散热器，表面温度不均匀是工质蒸汽不均匀分布和残存不凝性气体阻止蒸汽凝结放热引起的。沿热媒管长度方向，热虹吸工质在热媒入口端比出口端沸腾强烈，常规散热器

4、片式或柱式结构形式阻碍了热虹吸工质在散热器内部的横向流动，导致散热器表面温度的不均匀性，随着散热器的温度升高，不凝性气体的影响相对减弱，散热器的表面温度均匀性进一步改善，另外，开发有利于热虹吸工质蒸汽在散热器内部均匀分布的散热器结构形式，可进一步克服沿热媒管方向工质不均匀受热造成的表面温度不均匀现象。（3） 适当的饱和蒸汽压范围是选择热虹吸散热器工质的重要决定因素。 热虹吸管散热器主要依靠工作液体的相变来传递热量，工作液体应具有良好的综合热物理性质，要求液体的输运因素大，并有适当的饱和蒸汽压；与经典热管不同的是，热虹吸热管没有吸液芯结构，凝结液在重力作用下回流，其最大传热能力主要受限于携带极限

5、，而常温重力热虹吸管，内腔相对开阔，上升蒸汽流对壁面回流冷凝液的影响并不显著，工作温度区域内适当的饱和气压显得更为重要。适当的饱和蒸汽压是热虹吸在通常热媒温度范围内正常启动的条件，实验中，R11、丙酮、甲醇、水工质的热虹吸散热器的启动温度依次提高也说明了这一点；另外，过高、过低的饱和蒸汽压，以及散热器运行时内部大跨度的压力变化还给工程运用带来工艺实现上的困难；所以，水、R11不宜作为一般供暖热虹吸散热器工质；而甲醇、丙酮工质热虹吸散热器内的压力则在大气压附近变化，是较理想的选择。尽管水有很高的输运因素（如表1所示），测试数据表明，水工质热虹吸散热器的热工性能并不优越，特别是热媒流量较小或热媒温

6、度较低时，传热量较小，散热器在较低温度下运行，这时饱和气压很低，蒸汽非常稀薄，凝结放热量小，热虹吸散热器性能不佳。（4） 残存不凝性气体对热虹吸散热器热工性能有关键性不利影响。 2由于工艺上的局限，散热器内必然不同程度地残留一定量的空气等不凝结性气体，对热虹吸散热器的热工性能带来不利影响，这种影响在热虹吸工质饱和蒸汽压较低时尤其显著，也从另一个方面说明了水不宜作为一般供暖热虹吸散热器工质。不凝结性气体存在，导致启动温度上移，在热媒温度较低或热媒流量不足时，热虹吸散热器不能启动，因而不能供热，实验中，水工质的热虹吸散热器在热媒温度较低时启动困难也说明了这一点。由于不凝结性气体在散热器内壁面形成气

7、膜，阻碍蒸汽的凝结放热，导致热虹吸效果恶化，在热功率较小时甚至导致热虹吸现象停止，散热器性能大大降低或破坏，实验中，水工质热虹吸散热器在热媒温度较低时，热工性能并不优越也说明了这一点，但是，当热媒进水温度超过88以后，水工质热虹吸散热器热工性能显著改善，因为随着散热器的温度升高，饱和蒸汽压提高，不凝性气体的影响相对减弱。（5） 各种实验散热器总放热量中，辐射放热量约占其比例的39±6%。散热器壳体内残存的不凝性气体对热虹吸效果的不利影响，且随着温度的降低，这种影响更为显著，5 热虹吸散热器的优点及有待进一步解决的问题选用适当的工质，热虹吸散热器相对于常规散热器具有显而易见的优越性：（

8、1）表面温度均匀，热媒温度越高，或传热量越大，热虹吸散热器表面温度均匀性越好，有利于改善热微环境。（2）二次换热，散热器本身不承受热媒管路系统压力，而热媒管路比散热器承压能力大，因此应用于高层建筑供热系统，不容易出现低区超压的问题。（3）热媒环路比使用常规散热器简单，不容易出现因集气而造成的气塞现象。（4）散热器壳体不与热媒接触，散热体难以腐蚀，大大减轻始终困扰常规散热器中央供热系统的氧化腐蚀现象，以及由此进一步引起的管道堵塞而造成的供热失调。（5）热媒循环系统更为简化，系统阻力小，节省循环动力功耗。（6）热虹吸散热器内工质的质量远少于常规散热器内水的质量，散热器整体相当轻便，便于安装布置。同

9、时，用于集中供热系统，也有一些实际性的工程问题有待进一步完善： 3（1）热虹吸散热器属于二次间壁换热，对比常规水热媒散热器，总的热阻有所增大，热媒流量也要加大，强化热媒与热管工质之间的换热是提高效率的关键。（2）热虹吸从启动到稳定工作，管内产生从负压到正压的大跨度压力变化，停止工作时，管壳内需要维持一定的负压，因此，生产工艺要求较普通散热器高得多。（3）热虹吸散热器的性能稳定性有待更长期的工程实践检验。（4）开发有利于热虹吸工质蒸汽在散热器内部均匀分布的散热器结构形式，可进一步克服沿热媒管方向工质不均匀受热造成的表面温度不均匀现象。 6 结论（1） 选用丙酮、甲醇等合适的工质，热虹吸散热器具有

10、优越的热工性能，与常规散热器比较具有众多优点，如：表面温度均匀，没有氧化腐蚀，高层供热系统容易解决低区超压、集气气塞问题，安装方便，系统维护量少，节省热媒循环动力功耗。（2） 热虹吸散热器属于“二次换热”，总的传热热阻比常规散热器大，放热能力不及常规散热器。（3） 适当的热虹吸工质饱和蒸汽压范围以及残存不凝性气体的影响是决定热虹吸散热器正常运行的关键因素。（4） 实验和分析表明，柱式热虹吸散热器的总散热量中，辐射散热量约占39±6%。（5） 寻找更适用的热虹吸工质，强化热媒与热虹吸工质之间的换热，以及研究有利于工质蒸汽在散热器内部自由流动和均匀分布的结构形式，应当是进一步完善热虹吸散

11、热器性能的主要研究方向，热虹吸散热器的性能稳定性有待更长期的工程实践检验。简单介绍：热管超导散热器是利用介质相变散热，高效快捷，省水节能，原是宇航科技成果，但用于民用供暖散热器上，由于材质及工艺上达不到要求，往往它很快失效，达不到长期供暖使用目的。而有一些高素质的科技人才，用严谨的科学态度来解决问题，已取得显著成果，有的已使用10年以上，因此热管超导散热的前景看好。十关于散热器不热问题散热器不热，可能是下述原因之一：1.设计或安装的散热器片较少，总的散热量不够；2.热媒水温低，散热量就小，我们常用的标准散热量是指进水温度95,出水温度70,室温18下测定的,若进水温度70,出水温度55,室温18时其散热量要低40%左右;3.有暖气