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.熱管式太陽能熱水器最早的熱管式太陽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能就不能被利用。

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

圖2-34所示是熱管式太陽能熱水器的結(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。

熱管式太陽能熱水器的工作過程是:穿過玻璃蓋板的太陽光大部分被集熱板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光。收集起來的太陽熱傳遞送到集熱板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能熱水器。