其他制冷技术三

6.3热管制冷技术热管是一种在密闭管道中，使液体经二相变化的循环流动，将热量从一端高效地传送到另一端的高效传热性能元件。通过其很小的截面积，可将大量热量远距离传输而无需外加动力。热管具有许多优点：卓越的传热效率及可靠性、隔离性、低阻力、体积小、可控制等。热管技术已经在越来越广阔的领域取得卓有成效的应用。在制冷空调行业由于冷热流体间的温差小，热管技术更能体现其优越性，使之成为实现制冷空调低能耗、高效率、冷热源多样性、走绿色空调之路的现实技术基础。

第35讲其他技术（2）

6.3.1热管的发展及现状6.3.1.1热管技术的理论研究1942年，Gauler就曾提出热管的原理。1962年，Trefethen再次提出类似于Gauler的传热元件；1965年，Cotter首次提出了较完整的热管理论。

6.3.1.2热管技术的应用研究热管最早用于空间技术和电子工业领域。1967年，美国LoaAlamos国家实验室研制的热管被送入地球卫星轨道，并取得热管运行性能的遥控数据，证明热管在零重力条件下成功运行。1968年，热管作为卫星仪器温度控制的手段第一次应用于测地卫星GEOS-Ⅱ，目的是为了减小卫星中不同应答器之间的温差。1972年发射的天文卫星OAO-C和1974年发射的应用技术卫星ATS-F上都成功地用了相当数量的热管作为温度控制的手段。1969年，日本已有带翅片热管束的空气加热器，用来回收工业排气中的热能。20世纪80年代初我国的热管研究及开发的重点转向节能及能源的合理利用，相继开发了热管气一气换热器，热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器，高温热管热风炉等各类热管产品。目前，热管应用的重点已由航天转移到地面，由工业化扩展到民用产品。随着热管技术的发展和制造加工技术的成熟，热管研究和应用的领域也将不断拓宽。新能源的开发，太阳能的利用，电子装置芯片的冷却、笔记本电脑CPU的冷却以及大功率晶体管、可控硅元件、电路控制板等的冷却，石油化工、冶金、制冷空调等领域的高效传热传质设备的开发，都将促进热管技术的进一步发展。6.3.2热管的工作原理下图（a）为重力回流式热管，由金属密封外壳构成，抽真空，内装工作液体（如水、氨、氟利昂等），垂直放置。当管于下部吸热时，管内液体在真空中迅速蒸发，蒸气上升到上部冷却成液体，放出蒸发潜热。液体在重力作用下沿管壁回流下部，如此不断地循环传热。图（b）为带有吸液芯的回流式热管，在热管内壁上敷设毛细管道，靠毛细作用代替液体的重力回流方式。吸热段为液体蒸发，绝热段为保温，放热段为气体冷凝。热管的结构在密闭容器的内表面上附着一层像海绵状的能很容易吸收工作液的毛细管结构材料，容器抽真空后注入与毛细管结构中细孔的总容积相当的工作液。容器的中间部分处于空洞状态。当加热热管的上端部（蒸发段）则靠近容器内壁的工作液就会被蒸发，此时蒸发段的蒸汽压就会升高，以致在压力低的另一端部（冷凝段）之间形成蒸气流，在冷凝段蒸气被冷却，重新凝结成液体。从蒸发段到冷凝段的热输送量可由下式求出：式中Q——热量传输量，W。m——质量流量，kg/s。L——潜热，J/kg。

热管靠蒸气流动传递热量，而蒸气的汽化潜热很大，所以热管的传热能力很大。与相同体积的铜、银等热的良导体相比，热管的导热能力要大几倍甚至上千倍。工作液相变过程产生很大的热焓差，是热管所具有的最大特点。被冷凝的工作液通过毛细管力返回到蒸发段，再进行蒸发。这样就形成了一个闭合的循环。在这个循环过程中，不需要特别的动力，这也是热管的一大特点。

6.3.2热管技术在制冷空调行业中的应用6.3.2.1热管式房间空调器下图是一种利用重力回流式热管构成的空调器简图。热管的蒸发端在室内，冷凝端在室外，绝热端在墙体内。热管内液态工质在室内吸热后气化，室内温度降低。为了提高管内工质的气化能力，吸收更多的热量重力回流式热管空调器的结构而产生更多的冷量，在热管的蒸发端加装风机。气化后的气体上移冷凝端，由冷却水带走热量而凝结成液态工质，在重力作用下回流至蒸发端。由于未采用毛细管吸液芯，因而回流阻力小，传输热量的效率高。为保持重力作用，热管冷凝端的位置应高于蒸发端，即冷凝端向上倾斜。6.3.2.2图6-9重力回流式热管空调器的结构电磁阀冷却水热管风机风冷风翅片

6.3.2.2热管技术在房间空调器上的应用房间的热负荷是由显热负荷和潜热负荷两部分组成。目前在常规大型空调系统中利用除湿转轮或回转盘管换热器来增加系统的除湿能力，能较好地控制室内湿度，满足室内舒适性要求。将重力式热管换热器应用于房间空调器中，可以保证空调器的制冷量和功耗基本不变，而除湿量却显著地增加，同时空调器的送风温湿度适宜，从而可以解决目前现有房间空调器在潮湿地区使用时，因除湿量不足而造成房间内舒适性较差这一问题。

6.3.2.2

有关文献表明，通过在房间空调器上加重力式热管换热器，可使空调器的除湿量增加30％40％，而制冷量和耗功率基本不变；重力式热管换热器结构可与空调器的蒸发器结构相同，其所需换热面积一般不会超过蒸发器换热面积的2倍，热管的工作介质可与空调器用的制冷剂相同；加重力式热管换热器后，无需改变空调器配置的压缩机、冷凝器、蒸发器及毛细管，而只需适当增加室内侧风机压头，热管换热器在空调器上布置可行，且不会使空调器的总体积增加很多。6.3.2.3热管技术在空调热回收上的应用为保证房间空气清新，以及充分节能，空调系统中的部分回风经冷却（夏季）或再热（冬季）后作为送风与新风一同送到空调房间，其它部分的回风则排出。而排出的风包含有制冷或制热需要的冷量或热量。热管由于热传递速度快、传递温降小、结构简单和易控制等特点，因而将被广泛用于空调系统的热回收和热控制。

如果空调系统新风量按送风量的30％计算，采用分体热虹吸热管冷热回收装置，可使空调系统节能7％以上。实验表明，冷热气流温差只要超过3℃，即可回收能量。据此推算，上海、南京等长江中下游地区夏天空调冷回收时间长达1500h以上，三年内可回收设备初投资费用。有关研究表明，对于室内温度22℃，相对湿度50％的空调工况，在供回风系统中加装热管换热器后，取得了如下效果：在室外温度波动超过4.4℃时，室内温度波动小于0.3℃，相对湿度小于0.5％；热管换热器效率接近100％；去湿能力比普通系统提高62％，比旁通系统提高70％，相应地，辅助再热量分别减少20％和18％，潜在能效比（LEER）分别提高90％和87％。右上惰图为庸一种加用于导空调魔系统苗热回峡收的锡流程蝇图。右下单图为夺一种俱带热饲力毛剧细动渣力循产环的浪热管辰热回哗收系挖统。格空调亭送风楚状态产是通帮过调滑节阀胸调节室热管其管路忍中介岂质的效流量嘴进行樱调节匀的。热管潮式空伙调系坊统流喇程图含热杯毛细瞒动力销循环稠热管孤热回株收空百调器锯系统下图具给出敬了一坛种用雨于空永调换蛇气的赌热管外式换影热器纹系统骨。在筒一年慰里，扁如果耽采暖付和制境冷分玩别按竹4个永月和鞋3个决月计尝算，飘1台缠热管神式空阔调换难气换舍热器更每年找可节冰电l肚14埋6度厉。若帽将热裳管式窃换气匆换热国器折悲算成痒一台诉制冷非（热丽）系麻数为饥2.坊5的伟热泵控型空忽调机毯，则般冬季参相当岭于一多台5驳33估W织或夏耕季相嗓当于机一台符30衔4W饥的热纷泵型神空调刻机。热管驱式空芝调换搬气换宜热器6.规4液太阳妥能制供冷技泡术在制麦冷空倾调领者域，拿应用剑太阳束能驱菌动制仆冷系肉统一幻玉方面漠可以志大大岔减少圣电力脂消耗覆；另舍一方栗面，从由于晶太阳烈能制尘冷系席统一窄般采厌用非盆氟氯贫烃类红物质过作为兼制冷固剂，效不会贪造成碎对大断气臭岸氧层颤的破扣坏而骑产生成环境符温室降效应辅，符颤合当糟前的税全球距环保门要求画。此辩外，攀它还策有一报个独拘特的露优势巧，即澡热量悄的供俩给和蠢冷量缓的需缸求在撇季节待和数匙量上佣高度惰匹配卷，在侄夏季岔太阳嚼辐射伶强，然气温嫌高，申冷量企需求挠也大资。应用跃太阳梁能驱焰动实紧现制膊冷，峰是通渐过采嘱用不保同的竞能量魂转换纸方式论来实信现的策。目吩前提誉出了解两种坟主要孔方式因：其悠一是棚先实敌现把裤光-艇电转胶换，泄再以驾电力鹊推动谈常规公的压驱缩式造制冷鼓机制办冷即博压缩朱式太话阳能类制冷此系统歼，或言以电陆力驱若动半丸导体殿制冷陕器实嗓现制尖冷的条系统拜。其搜二是鞠进行据光-糟热转箱换，壳以热窑能制讯冷。蹄由于卧目前洪光电疼转换融技术黑成本下太高荷，前瓶一种祸制冷虽系统寇在市胃场上萍尚难榨推广缝应用拾，选哪择后闲一种焰方式蔽作为麦研究类的重泛点，样并从妄以下系三个拘方向嗽进行赖，即外太阳退能吸盲收式纵制冷孩、太遗阳能晚吸附座式制茂冷和姜太阳川能喷拨射式葡制冷场。6.挨4.筝1渡太度阳能累光-询电转晒换实掏现制蔽冷的贵原理够及其另研究附现状太阳牲能光馆-电示转换桐实现个制冷朝是利馋用光送伏转处换装皮置将饶太阳特能转根化成森电能址后，悟再用预于驱度动普硬通蒸住气压悦缩式但制冷漆系统腾或半乞导体拔制冷寸系统蜻实现历制冷艘的方吩法，尝即光辜电半饲导体颂制冷批和光集电压后缩式辞制冷第。其累关键京是光歪电转棍换技奴术，瓜必须奖采用税光电退转换杆接受湿器，篇即光猾电池低。当专前硅极类电敞池用肌得最换多，萄包括葬：单粱晶硅保、多百晶硅榆和非斤晶硅就等，尽此外传砷化士镓电愉池也怨用得留不少厉。太除阳能余电池遇接受舌阳光朝直接慕产生蛛电力军，目佩前效喊率较厌低，汽约1阅0％音左右佳，而底光电诞板、烘蓄电配器和设逆变漂器等链成本意却很取高。愿光电节压缩佛式制拆冷的涌优点诵是可兔采用抵技术苗成熟密且效蛇率高敢的蒸春气压离缩式鱼制冷宽技术腰，其逗小型炸制冷爽机在工日照恭好又盲缺少纯电力禽设施婚的一桂些国讽家和嗽地区政已得百到应渔用。委虽然览光电李式太崇阳能涉制冷品系统洞已经馋被用注于空锋调和瞒冰箱愈，但稍是目秩前人黎们对葬其制伸冷系魄统特改性的些研究床不多收，一择般都码直接恳采用暴常规保的空塑调或艘冰箱奸，压育缩机愈一般臭都没僵有考股虑光膛伏系泊统的绢特性川，因治而整心个系辆统的牢效率访尚不徒能与胞专用俩的直坏流压践缩机赌相比敲，成警本比至直接葵以热点能为名动力劣的制愈冷循化环高梳得多激（约桨3～蒸4倍坏），泳这是打其最邻大的隙缺点芬。随瓣着光供伏转恶换装需置效像率的初提高挽和成谨本的夺降低袋，太自阳能咸发电沟必将包得到份迅速返发展河，加惕上制割冷空段调市抄场的禽发展度空间座仍然纺很大线，光居电式愉太阳电能制植冷产结品将旱有广兼阔的缴发展幅前景经。6.4.2太阳能吸收式制冷的原理及其研究现状太阳能吸收式制冷研究最接近于实用化，而且已经有了很多成功的实例。常规的配置是：采用平板或热管型真空管集热器来收集太阳能，用来驱动单效、双效或双级吸收式制冷机，工质主要采用LiBr–H2O，当太阳能不足时可采用燃油或燃煤锅炉来进行辅助加热。系统主要构成与普通的吸收式制冷系统基本相同（如下图）。太阳能吸收式制冷系统简图工作原理是利用太阳能集热器采集热量加热热水，再以热水加热发生器中的溶液产生冷剂蒸气，制冷剂经过冷却、冷凝和节流降压在蒸发器中由液体汽化吸热实现制冷，之后制冷剂蒸气被吸收器中的吸收溶液吸收，吸收完成后再由泵加压将含有制冷剂的溶液送入发生器进行加热蒸发，完成一个制冷循环。太阳鱼能热狱管-娱吸收常复合免式空椅调制蔑冷系绒统由柜太阳芹能集子热器攀、溴郊化锂鹅吸收廊制冷艰系统爆、数团台循糠环泵健、蓄立热的警水箱弓、辅洞助电段加热享器、雄两个会冷却改器和纹连接爱管路俗等辅真助器孕件以爱及控亮制系响统组婚成，好如下做图。况循环蹈水由院循环垄泵输惠入水箭箱，丘热管档吸收酷太阳景能后宴加热闭水箱竭中的虚循环典水；府温度顺升高当后的违水，跳由另翻一台惭循环何泵输艺送到晒溴化亭锂吸怖收式间制冷米装置均的发撑生器医，将撕热量删释放欧给发发生器赴，再冤返回混水箱测。吸忍收器违的冷困却水俊由循烛环水挖泵输耕送到嗓空气敢冷却杏器循井环冷或却；孩冷凝势器产鸽生的首热量够，同炸样用液冷却龟水带费走，黑并由闸另一辆台循编环水降泵输丽送到请另一昂个空旷气冷霉却器蛮（大废型的通可考盐虑用棍冷却盾塔）祸排出侨。整先个空飘调系测统由类三个樱流通防环路铅组成掀，即躬发生诱器流牌通环肺路、摧冷水颗流通趴环路激和冷鬼却水锋流通祖环路酒。各却流通坏环路漠流量阁、温饶度都况由流访量计赛与温暗度传惯感器滴测定木。太阳惹能热规管吸护收式奥制冷嚼系统讽的实谋用化窝取决援于太恒阳能而集热羽器，起采用拾热管室式真发空管洒制作额的集景热器谦具有喜极大牺优越震性。鉴热管池式太栗阳能埋空调填制冷可系统收是间与歇式科系统波，加嘴入一景个辅乌助电阵加热退器可滚以保植证夜灾间也怪能连糠续制秆冷，奶构造立不复溉杂，握性能蛋可靠忍，但序稳定衬性较罩差，外系统陡的C合OP岩值低非。提恋高系注统的候CO滔P值煮，实热现太洗阳能疲驱动雄下的致连续阅循环牲是空榨调制懒冷系去统获子得广姥泛应易用的候关键核。热管枣式太厅阳能尿空调援系统回结构休及原磨理图6.裤4.蜜3挎太屋阳能岸吸附予式制狗冷原厚理及廊其研鱼究现惕状制冷羡原理患：利用讽吸附江床中干的固摄体吸尼附剂匀（如苗活性颠炭）田对制旋冷剂娘（如验甲醇筝）的驴周期岸性吸棒附，盈解吸概附过承程实辰现制根冷循昆环。鼓即当偏无阳叙光曝维晒加篮热时换，吸螺附剂艰在较正低温漏度下倍对制锋冷剂辣进行寸吸附耽压缩浙，导房诚致液辫态的企制冷羡剂在表蒸发刚器内选汽化联吸热之，因放而使男包含湾蒸发子器的椅空间奥温度纳下降猛，达游到制英冷的疗目的轮，此转过程平一般谋在夜鞠间进涉行。陵当吸廊附剂丑处于川阳光质曝晒忠的加约热状谨态时荐，夜春间被世吸附谜的气片态制睁冷剂材受热脸脱附情，离恭开吸若附床网，经怜过冷忘凝器考时凝玩结为且液体鸟，流展回蒸局发器陈中，术等待慕下一怜循环谦的蒸容发、虹吸热谜过程偶的开口始。无通常催，吸狼附剂民装入析吸附肿床（盯集热器器）喇中，拿以接仓近垂候直的监角度竿接收降太阳湖光线步的辐饰射加秘热，渠制冷膜剂装疗入蒸接发器滩中。哭其系所统形疯式有浮两种碧，一征种为芳利用畏昼夜亿交替添实现怠自然赵循环疤的间陈歇式撒太阳廊能吸石附式头制冷张系统今，通钉常用掉于使眨夜间隶制冰穗，但么生产弦周期叹较长尖。为器了克占服这添个缺观点，脱现在胞已经暴研究碍出了核另一打种连建续性育太阳捉能吸秤附式搏制冷歉系统戴，利责用多端个吸挤附床嗓交替屑地进馋行吸邀附和凉脱附涛，并酷在吸障附床冬之间袍发生煌热交震换的劣连续林性回日热式课循环等制冷坚系统暂。目前午的太斜阳能董固体幸吸附灵式制码冷系胀统制潜冷效盾率较琴低。灾要实奴用化蜘还应歇考虑宽：吸企附速救度的浅影响桥、集边热器储与工梅质对委的选享取和击改善社吸附柳床内删的传拼热／凝传质盈性能纲。6.德4.签4纹太汇阳能旗喷射倡式制傅冷原修理及捐其研摸究现席状太阳助能喷跟射式衬制冷鱼系统俭原理蕉如下源图所撞示，复整个野制冷犬循环衰基本西上由匹三个伶子循拒环组亿成，成即制题冷子浙循环惜，动迈力子露循环娱和太趋阳能帖转换声子循看环。硬具体舰工作帆过程患描述债如下健：制店冷剂赵（通渐常为伯水）拦在蓄殖热器趴中吸前收高竭温传括热工志质的络热量夜后汽以化、具增压旗，产蹈生饱浊和蒸粪汽，努蒸汽咬进入汉喷射遣器，断经过倦喷嘴轨高速脚喷出波膨胀任，在雾喷嘴柔附近拢产生马真空胖，将浆蒸发焦器中轻的低情压蒸稀汽吸行入喷冰射器块，经红过喷怠射器故出来进的混摩合气血体进列入冷肆凝器症放热债、冷蜂凝为纸液体至，然宏后冷绞凝液下的一疾部分兴通过末节流巧阀进牧入蒸扒发器辞吸收福热量穿后汽签化制陕冷，染完成削一次歼循环偶，这袜部分西工质伯完成滤的循拆环是忧制冷学子循朵环。另一道部分养工质派通过洁循环办泵升母压后互进入担蓄热勒器，砍重新雾吸热会汽化弱，再纲进入怒喷射闹器，胞流入绿冷凝格器冷挠凝后烫变为陵液体漏，该女子循蛙环称寒为动咬力循痛环。幅而太瓦阳能种集热缩慧器将优太阳们能转尊换成府热能翻，使准集热证器内经传热烂工质蝇吸热锤汽化滚，传光热工份质流惭经蓄背热器搞并将闲热量肃贮存赵其中业，当禁蓄热负器中延因制桐冷剂亮吸热猪而被均冷却恋的传买热工饺质通悟过循劈燕环泵蝇重新亿回到桐集热虹器吸伤收太油阳能龄热量盼，此年为太璃阳能毫转换雄子循气环。盟整个效系统他中，己循环薄泵是帝唯一秤的运勾动部雷件，识系统