1. 熱管的工作原理熱管是一種新型的高效傳熱元件，也是傳熱學(xué)工程領(lǐng)域中的一項(xiàng)新技術(shù)，它是一種利用毛細(xì)現(xiàn)象和蒸氣壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送熱量的裝置。結(jié)構(gòu)如圖2-33所示，由外殼、毛細(xì)結(jié)構(gòu)和載熱流體三部分構(gòu)成。其載熱流體根據(jù)工作溫度不同來(lái)選擇。熱管可分成蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段。當(dāng)熱管蒸發(fā)段加熱時(shí)，熱量以傳導(dǎo)方式傳人管芯，載熱流體吸熱蒸發(fā)，蒸氣帶走汽化潛熱并沿著熱管的中心通過(guò)流道流向冷凝段，蒸氣冷凝變成液體進(jìn)人管芯，同時(shí)放出冷化潛熱，把熱量傳給管壁再傳給外界。而冷凝段管芯內(nèi)的載熱流體作為液體在多孔物質(zhì)的毛細(xì)現(xiàn)象的作用下，又回到蒸發(fā)段，繼續(xù)受熱蒸發(fā)。如此循環(huán)下去，不斷地把熱量從蒸發(fā)段傳給冷凝段。由于熱管中載熱流體蒸發(fā)一冷凝這一相變化過(guò)程的潛熱很大(例如:水在一個(gè)大氣壓下，100℃的汽化潛熱是540cal/g);而且熱管是一個(gè)密封系統(tǒng)，相變過(guò)程幾乎是在飽和蒸氣壓下進(jìn)行的，載熱流體的蒸氣可在很小的壓力下輸送，沿?zé)峁茌S向的溫度降落很小。因此，熱管可以在小溫差下傳遞大熱流量。如果把熱管的這一特性用人們熟知的熱導(dǎo)率來(lái)描述，那么熱管的有效熱導(dǎo)率可達(dá)質(zhì)量與其相同的銅棒的500倍之多。

2.熱管式太陽(yáng)能熱水器最早的熱管式太陽(yáng)能熱水器每塊集熱平板只與一根熱管連接，熱效率較低。其原因是集熱板與熱管之間的接觸熱阻大，而且，集熱板為平板，太陽(yáng)輻射從集熱板反射后向空中散射，再也不能被吸收。另外，由于每塊集熱板只與一根熱管組合，萬(wàn)一這一熱管發(fā)生故障，如工質(zhì)漏失，由該集熱板收集的太陽(yáng)能就不能被利用。

近幾年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)熱管式太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行研究，下面簡(jiǎn)單介紹日本學(xué)者們提出并取得專(zhuān)利權(quán)的熱管式太陽(yáng)熱水器的結(jié)構(gòu)特征。

圖2-34所示是熱管式太陽(yáng)能熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為熱管，2為集熱板，3為外殼，4為換熱罐，5為底板，6為透明玻璃蓋板。每根熱管包括一個(gè)位于外殼3內(nèi)的蒸發(fā)段7(即吸熱段)和中間絕熱段8及冷凝段9(即放熱段)。蒸發(fā)段7穿過(guò)帶孔的集熱板2，如圖2-34(b)所示，與集熱板2保持緊密的導(dǎo)熱接觸。蒸發(fā)段7與底板5之間借助集熱板2和絕熱層10支撐。冷凝段9伸向外殼3的外面穿人熱水罐4，在那里與罐中水11進(jìn)行熱交換。為防止漏失，絕熱段8與換熱罐4之間備有環(huán)形接頭12,載熱流體被密封在熱管1中。如圖2-34

(b)所示，每塊集熱板2都同時(shí)與所有熱管連接。如圖2-34(c)所示，集熱板2帶有一個(gè)彎曲段2'，而且，所有的2‘都在同一水平面上，成為一個(gè)鋪在玻璃蓋板下面的集熱表面，它幾乎與玻璃蓋板表面一樣大。

熱管式太陽(yáng)能熱水器的工作過(guò)程是:穿過(guò)玻璃蓋板的太陽(yáng)光大部分被集熱板2所吸收，部分被集熱板2反射。反射光的那部分能量，或者為彎曲部分吸收，或者為非彎曲部分吸收。這樣集熱板2能夠吸收幾乎全部人射的太陽(yáng)光。收集起來(lái)的太陽(yáng)熱傳遞送到集熱板2與熱管蒸發(fā)段之間的接觸表面，進(jìn)而傳給熱管中的載熱流體13。于是，載熱流體被蒸發(fā)，蒸發(fā)了的載熱流體流向熱管1的冷凝段9，加熱罐中的水，而載熱流體本身也得到冷凝，并沿?zé)峁?/span>1的內(nèi)壁再返回到蒸發(fā)段。如此不斷循環(huán)，罐4中水被加熱。

由上述介紹知道，熱管式太陽(yáng)能熱水器的傳熱流體裝入量少，熱容小，起動(dòng)快。由于熱管的冷凝段直接伸人水箱，取消了系統(tǒng)中的上下循環(huán)管，因而減少了管路的熱損失。另外，集熱板幾乎能夠吸收全部人射的太陽(yáng)光，所以，集熱效率高，總的熱效率也高，而且冬季不怕凍，是一種較為理想的太陽(yáng)能熱水器。