热管技术在制冷空调中的应用

1前言

在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之一，它可将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。热管换热器几乎没有什么机械障碍，属于二次间壁换热，具有安全可靠、阻力小、单向导热（热二极管）等特性，非常适合于回收各种连续生产工艺的余热作为空调工程的热源。经过20余年的努力，我国的热管技术在制冷空调领域的应用也有很大的发展[1-3]。

1965年，Cotter首次提出了较完整的热管理论[4]，为以后的热管理论的研究工作奠定了基础。如图1所示，其工作原理为：当热管蒸发端的温度达到工质流体的汽化点时，管内工质汽化，从热源中吸收汽化热，汽化后的蒸汽向位于温度场内的热管冷凝端流动并遇冷凝结，通过散热翅片向散热区放出潜热。散热后产生的相变液态冷凝工质借助热管内壁材料的毛细力作用回流至蒸发端，继续受热汽化。这样往复循环将大量热量从加热区传递到散热区。

2热管在空调系统中的应用

2.1热管技术在太阳能制冷中的应用

热管式太阳能空调制冷系统由太阳能集热器、溴化锂吸收制冷系统、数台循环泵、蓄热的水箱、辅助电加热器、两个冷却器和连接管路等辅助器件以及控制系统组成，如图2所示[5]。热管式真空管技术的发展，推动了太阳能产业的迅速发展，由于太阳能资源丰富，属于清洁的新能源，是实现节能的有效途径。采用热管式真空管作为集热器具有极大优越性，可以有效地提高太阳能集热器的性能，推动太阳能热管吸收式制冷系统的实用化发展。太阳能热管吸收式空调制冷系统以其环境保护的制冷手段已逐渐被人们广为接受，其实用化的产品开发仍在积极的探索研究中。

2.2热管技术在汽车空调中的应用

随着人们对生活质量的要求不断提高，空调设备在车辆上特别是公交车上的应用也越来越普及。目前车辆的换气主要采用开窗换气，这样就会使车厢内冷量或热量大量流失。WorshingtonPT等人将热管应用于汽车空调中，他们采用两根热管，一根缠绕在冷却盘管上，将进入盘管的空气的热量传给盘管内的冷空气，相对没有加装热管的相同的盘管而言，冷却盘管可从预冷空气中冷凝出更多的水，当空气离开冷却盘管时将具有100%的相对湿度，同时热管的另一端用来预热空气，降低它的相对湿度；另一根热管放在新风和排风之间，用于吸收排风的冷量来冷却新风[6]。通过加装热管的设计能减少空调能耗、增加热阻、降低热传递势能，同时通过降低车厢内的相对湿度提高干球温度、减少来自电池组或发动机的能量消耗，因此将热管技术应用于汽车空调系统是极具潜力的，它能利用现有技术节约汽车空调用能。

2.3热管技术在房间空调器上的应用

实际上，房间的热负荷是由显热负荷和潜热负荷两部分组成。在潮湿地区，潜热负荷在总热负荷中所占的比例较大，现有房间空调器在潮湿地区使用时，因除湿量较小，相应除去的潜热负荷亦较少，因而房间内空调效果并不理想，舒适性较差。为解决这一问题，在基本不改变空调器现有配置的基础上，加设热管换热装置，组成热管-空调器系统。夏季，空气先经过热管蒸发段预冷却后，再由冷却盘管除湿，然后经过热管冷凝段升温后送风。经过这一处理流程达到提高空调系统制冷能力和除湿能力，完全或部分取消再热器负荷，达到节省空调系统能耗，提高舒适度的目的[7-8]。热管-空调器系统的整体性能受旁通风量比例、新风、送/回风参数等运行条件的影响较大，系统优化设计和优化运行很重要[9]。另外，由于增加了热管换热器，气流阻力有所增加，需要适当增加空调器风机压头。

2.4热泵技术在地源热泵中的应用

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效、节能、环保型空调系统，属于“绿色技术”。据世界环境保护组织EPA的一份有关空调未来发展的报告所得出的结论：地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高效节能的空调环境的同时，将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。地源热泵在推广的过程中，有待进一步完善的技术问题主要有两个方面：即地下盘管问题和地下水资源问题。热管换热器在换热、防腐等技术问题上的成熟使热管技术能较好地解决这两个问题。热管技术和地源热泵相结合，可以使地源热泵技术扬长避短，投资更省，效率更高，适应性更强。

3其他

随着以及国家相关的环保节能政策的出台，热管技术的发展将促进热、电、冷三联产的发展，目前在在方面已有成功应用的实例，如热管废热溴化锂制冷机于2001年成功地应用在200kW柴油发电机的尾气处理上，真正实现了柴油发电机的热、电、冷联供[10]。由于热管的高效传热特性，以及国家能源动力方面的政策调控，热管在蓄冷、蓄热方面也取得许多实际成功应用的实例。

4结论

本文从热管技术的优越特性出发，论述了热管的工作原理及其高效的传热性能，利用热管的技术特点，在太阳能空调、汽车空调、房间空调器以及热泵等领域的应用前景，对于节约能源，提高能源利用效率具有重要意义，因此，随着科技的进步和人们对新技术的需求，热管技术在制冷空调领域将有较好的应用前景。