分离式热管换热器结构与原理

分离式热管换热器是由若干根高频翅片管组焊成、彼此独立的热管束组成。它具有良好的导热性能，冷、热端相对应的各片管束通过蒸汽导管和回流导管连接，构成各自独立的封闭管路系统，其立面结构如《分离式热管换热器结构图》所示。

分离式热管换热器是单管型热管换热器的发展。在单管型热管换热器中，蒸发段和凝结段是一支热管的两个部分，换热器是由若干支单管构成的。而分离式热管换热器则不同，其蒸发段和凝结段不再由单独的热管元件组成，而是分离成两个部分，组成了两个换热器：蒸发器和冷凝器。

蒸发器在下部，凝结器在上部，中间用蒸汽通道（上升管）和凝液回流通道（下降管）相连。蒸发器内部因沸腾而产生的蒸汽，通过上升管，流动到上部的冷凝器凝结，凝结液通过下降管回流到蒸发器二这样，依靠内部介质的连续相变，完成了热量的连续转移。

为了使分离式热管换热器能正常运行，需要满足并保证下列条件：

(1)保证运行压差。热管内的介质不是依靠外界动力驱动，而是依靠内部介质的液位差驱动。液位差是指冷凝器中的液位与蒸发器中的液位之差。为此，冷凝器应位于蒸发器之上，且保持一定的高度差。

(2)保持管内介质处于一定的压力范围下 当冷热流体的流量或温度偏离设计值，或发生激烈波动时，管内介质的温度和压力会随之发生激烈波动，从而影响设备的安全运行。为此，需要设置自动监测、报警、控制系统和旁通管道系统。

(3)需要防止管内不凝气体的产生和积聚。当设备因故停机时，管内会处于真空状态，空气会自动漏入，在开机运行时，须自动排气并补充介质。

(4)在余热回收的应用中，一般以水作为管内的工作介质，为了防止空气的渗漏，应保证管内一直在正压状态下运行。

(1)分离式热管换热器由两个相对独立的部分组成，每部分可方便地安装在需要吸热和放热的管道上，这样就避免了对管道系统做大的改动。在大功率的余热回收系统中，冷热流体的流量很大，管道直径大，很难弯曲和引出，应用分离型换热器就显得特别方便。

(2)因为分离型由两个基本上独立的换热器组成，因而每个换热器的传热面积都可以根据需要而改变，管束尺寸、管子规格、排列方式等都可独立选择。

(3)因为冷热两流体被完全隔离，两流体不会发生互相泄漏和互相掺混的情况，避免了易燃易爆流体在换热过程中可能发生的安全事故。

(4)可以在现场进行管内介质的灌注和排气工艺．在运行过程中，产生的不凝结气体容易排掉，若发现热管性能下降，可在现场进行维护。

(5)可远距离传输热量，蒸发器和冷凝器可以相距几十米，仍能正常工作。

(6)从一种热流体获得的热量，可用来加热两种不同的冷流体，反之，从两种热流体获得的热量，可用来加热一种冷流体。

(7)在同一个换热器中，可以同时实现顺流和逆流。高温流体的入口管束与低温流体的入口管束相连接，构成冷热流体的顺流换热，而其他仍可保留逆流形式换热。这种独特的排列方式可以降低高温流体入口管束的管内蒸汽温度，使管内介质处于允许的温度和压力之下，也可以升高低温流体入口管束的管内温度，以避免温度过低的不利影响。

1、热管换热器按形式分，有整体式热管换热器、分离式热管换热器、回转式热管换热器和蜗壳热管换热器等。

（1）整体式热管换热器

整体式热管换热器是一种最常见的热管换热器，这种换热器由一支支热管元件组成，两换热流体分别位于换热器的上、下部分。中间由管板分隔，热管悬挂在管板上，该处可采用静密封或焊接结构，视设计需要而定。

采用活动的静密封结构，方便热管的维修、清洗；焊接结构密封可靠，两边流体没有泄漏的隐患。

整体式热管换热器一般用于气体与气体的热交换。为克服气体间换热的换热系数不高的问题，热管两端的外壁传热面积利用翅片作适度扩展，这样处理，不仅强化了管外传热。也有效地减少了换热器的体积和重量，节约了金属耗材，可以得到一个高性价比的换热器。

一些小型的气一液式换热器、气一汽式热管换热器和余热锅炉等也往往制作成整体式。而对于换热量大、结构庞大、液体或蒸汽的压力也较高的热管换热器。考虑到壳体和管板的强度问题，往往不宜采用整体式。条件允许的情况下。可以设计成一个个小的换热器单元，然后把它们串联、组合起来。

（2）分离式热管换热器

分离式热管换热器是换热器中的一种独特的结构形式，这种换热器布置灵活，变化随意。它可以实现远距离热量交换；可以实现一种流体和几种流体同时换热；可以完全隔绝两种或多种换热流体。分离式热管的加热段和冷凝段分别置于两个独立的换热流体通道中，热管内部的工作液体在加热段吸热蒸发后通过蒸汽，上升管输送热量到冷凝段，放热冷凝后通过冷凝液下降管回流到加热段。

冷凝液回流依赖重力的作用。分离式热管换热器的加热蒸发段与放热冷凝段之间的距离取决于两者间的高度差，同时也与蒸汽沿管路流动的压力损失有关。理论上，加热蒸发段与放热冷凝段的高度差越大，蒸汽上升管径越大，两者间的距离就可以越远，以确保热管正常进行工作循环。

蒸汽上升管和冷凝液下降管需要实施严格的绝热保温，以避免沿途不必要的热量损失。

分离式热管的每个传热单元的内部容积比单支热管要大得多。水为工质的管内液体介质在工作时的温度和蒸汽压力较高，在管排以及上升管、下降管的焊接节点很多的情况下，强度问题需要设计人员引起足够的重视。在内部空间容积和承压达到一定数值时，管束必须按照压力容器的相关规范设计、制造和检验。

在充分利用分离式热管换热器所具有的优点时，还要注意克服它的一些缺点。例如，现场制作连接管路比较复杂，工作液体的充装、换热管束真空度的形成都比较困难，连接管路沿途的保温绝热、热胀冷缩等设计也不容忽视。

2、按功能分，热管换热器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。

3、常见的还有热管废热锅炉(或称为热管蒸汽发生器)。

热管废热锅炉热管废热锅炉是一种实用性很强、结构可靠且热效率较高的蒸汽发生设备。

热管废热锅炉的形式主要有两种：整体式和分体式。