本研究以熱阻分析方法，探討鰭片數量尺寸、蒸發端長度、流體流速與熱管特性對熱管熱交換器整體性能之影響。分析數據亦與實驗結果進行比較，實驗裝置共裝設19支不鏽鋼-水熱管，熱管尺寸為外徑6.2 mm、壁厚0.5 mm、長300 mm，於蒸發端流經入口溫度150  250 ºC與質量流率0.114-0.270 kg/min之熱氣體，冷凝端則流經恆定入口溫度30 ºC與質量流率0.940 kg/min之冷卻水，其熱管蒸發端長度為冷凝端長度之2倍，實驗結果與理論總熱傳量之誤差為18.6%-23.0%。

In this study the effects of fin size, length of the evaporator, fluid velocity and heat pipe characteristics are investigated on the overall performance of heat pipe heat exchanger by thermal resistance analysis. The experimental device consist 19 stainless steel-water heat pipes with an outside diameter of 6.2 mm, a wall thickness of 0.5 mm and a length of 300 mm. The experiment was conducted at conditions for which hot gas and cooling waters enter at temperatures of 150-250ºC and 30ºC, respectively. The flow rate of gas through the evaporator is at the range of 0.114-0.270 kg/min, while the flow rate of water through the condenser is 0.940 kg/min. The length of the evaporator is twice the length of condenser in heat exchanger for better efficiency. The error between the theoretical and experimental result is 18.6-23.0 %.

目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	VI
符號說明	VII
第一章 緒論	1
1.1 研究背景與動機	1
1.2 文獻回顧	4
1.3 研究目的	8
1.4 論文架構	9
第二章 理論基礎	10
2.1 熱管介紹	10
2.1.1	熱管構造與工作原理	10
2.1.2	虹吸式熱管	11
2.1.3	工作流體與作動溫度	13
2.1.4	性能評估	14
2.2 熱管熱交換器介紹	15
2.2.1	熱管熱交換器之特性	16
2.2.2	熱交換器性能評估	17
第三章 實驗製程與方法	25
3.1 熱管熱交換器備製	25
3.1.1	熱管規格	25
3.1.2	熱管熱交換器規格	27
3.2 測試平台之架設	29
3.2.1	操作平台	29
3.2.2	實驗設備	30
3.3 實驗步驟與參數	33
第四章 實驗結果與討論	35
4.1 熱管熱交換器設計分析	35
4.2 鰭片對熱阻之影響	37
4.3蒸發端與冷凝端長度比例之影響	38
4.4雷諾數對熱阻之影響	39
4.5熱管之熱阻對於整體熱阻影響	40
4.6驗証與實驗結果比較	42
第五章 結果與建議	43
5.1 結論	43
5.2 未來建議	44
參考文獻	45
附錄A 熱管熱交換器之實驗數據總表	48
附錄B 熱阻計算相關參數值表	49
附錄C 不同鰭片與長度比例下之熱阻表	52

 
圖目錄
圖1.1  台灣個別能源消耗量分布	3
圖1.2  台灣產業不同溫度範圍之廢熱排放比例	3
圖1.3  廢熱溫度對熱傳影響	5
圖1.4  溫度與有效度和廢熱回收關係	7
圖2.1  熱管作動示意圖	12
圖2.2  虹吸式熱管作動示意圖	12
圖2.3  有隔熱層的熱管熱交換器	15
圖2.4  無隔熱層的熱管熱交換器	15
圖2.5  燃燒爐應用熱管作預熱空氣的熱回收	16
圖2.6  (1)熱虹吸管與(2)熱管熱阻網模擬示意圖	18
圖2.7  熱管熱交換器單個模組熱阻示意圖	23
圖3.1  熱管熱交換器示意圖(單位：mm)	27
圖3.2  熱管排列分布示意圖(單位：mm)	28
圖3.3  測試平台示意圖	29
圖3.4  鼓風機	30
圖3.5  熱風機	30
圖3.6  風速計	31
圖3.7  溫度量測模組	31
圖3.8  恆溫水槽	32
圖3.9  流量計	32 
圖4.1  管束的排列(a)順向、(b)交叉	35 
圖4.2  鰭片數量對熱阻影響	37 
圖4.3  冷熱端比例對熱阻影響	38 
圖4.4  雷諾數對熱阻之影響	39
圖4.5  熱管熱阻對總熱阻影響	40
圖4.6  入口溫度對總熱傳量	42

表目錄
表2.1  主要工作流體與可作動溫度範圍	13
表3.1  水的物理性質	26
表3.2  不鏽鋼316L之性質	26
表3.3  實驗參數	34
表4.1  交互流方程式的修正因子(NL < 20)	36
表4.2  管束交互流方程式的常數	36
表4.3  單圓管交互流方程式的常數	36
表4.4  驗証與實驗結果比較值	42
表A.1  熱氣體m ̇_h = 0.270 kg/min之實驗數據	48
表A.2  熱氣體m ̇_h = 0.192 kg/min之實驗數據	48
表A.3  熱氣體m ̇_h = 0.114 kg/min之實驗數據	48
表B.1  Re,ex-plate 在(m_h ) ̇ = 0.114 kg/min之參數值表	49
表B.2  Re,ex-plate在(m_h ) ̇ = 0.192 kg/min之參數值表	49
表B.3  Re,ex-plate在(m_h ) ̇= 0.270 kg/min之參數值表	49
表B.4  Rc,ex在(m_c ) ̇ = 0.940 kg/min之參數值表	50
表B.5  Rc,ex-plate在(m_c ) ̇ = 0.940 kg/min之參數值表	50
表B.6  Re,ex在(m_h ) ̇ = 0.114 kg/min之參數值表	50
表B.7  Re,ex在(m_h ) ̇ = 0.192 kg/min之參數值表	51
表B.8  Re,ex在(m_h ) ̇= 0.270 kg/min之參數值表	51
表C.1  不同鰭片與長度比例下之熱阻	52

參考文獻
[1]	經濟部能源局，中華民國105年能源統計手冊，2017年5月。
[2]	經濟部能源局，讓能源充分發揮效益-工業廢熱回收，能源報導2014年9月，21-25頁。
[3]	吳金星,尹凱杰,潘彥凱，「熱管換熱器的工程應用領域及侷限性」，第十二屆全國熱管會議2010年10月，294-300頁。
[4]	E. Azad, F. Geoola, A Design Procedure For Gravity-Assisted Heat Pipe Heat Exchanger, Heat Recovery Systems Vol. 4, No. 2, pp. 101-111, 1984.
[5]	T. Wadowski, A. Akbarzadeh, P. Johnson, Characteristics of a gravity-assisted heat pipe-based heat exchanger, Heat Recovery Systems and CHP, Volume 11, Issue 1, 1991, Pages 69-77.
[6]	S.H. Noie-Baghban, G.R. Majideian, Waste heat recovery using heat pipe heat exchanger (HPHE) for surgery rooms in hospitals, Applied Thermal Engineering 20 (2000) 1271-1282.
[7]	S.H. Noie, Investigation of thermal performance of an air-to-air thermosyphon heat exchanger using ε-NTU method, Applied Thermal Engineering 26 (2006) 559–567.
[8]	M.A. Abd El-Baky, M.M. Mohamed, Heat pipe heat exchanger for heat recovery in air conditioning, Applied Thermal Engineering 27 (2007) 795–801.
[9]	L. Yodrak, S. Rittidech, N. Poomsa-ad, P. Meena, Waste heat recovery by heat pipe air-preheater to energy thrift from the furnace in a hot forging process, American Journal of Applied Sciences 7 (5)： 675-681, 2010.
[10]	H. Jouhara, H. Merchant, Experimental investigation of a thermosyphon based heat exchanger used in energy efficient air handling units, Energy 39 (2012) 82-89.
[11]	J.B. Ramos, A. Chong, C. Tan, J. Matthews, M.A. Boocock, H. Jouhara, Experimental analysis of gas to water two phase closed thermosyphon based heat exchanger, Int. Conf. on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Jul 2014.
[12]	H. Ma, L. Yin, X. Shen, W. Lu, Y. Sun, Y. Zhang, Na Deng, Experimental study on heat pipe assisted heat exchanger used for industrial waste heat recovery, Applied Energy 169 (2016)177–186.
[13]	H. Mroue, J.B. Ramos, L.C. Wrobel, H. Jouhara, Performance evaluation of a multi-pass air-to-water thermosyphon-based heat exchanger, Energy xxx (2017) 1-18.
[14]	S. Muhammaddiyah, A. Winarta, N. Putra, Experimental study of multi-fin heat pipe heat exchanger for energy efficiency in operating room air systems, Volume 9, Issue 2, 1 April 2018, Pages 422-429.
[15]	依日光，熱管技術理論實務，復漢出版社，2000年四月。
[16]	B. Zohuri, Heat Pipe Design and Technology, 6th Edition, Springer International Publishing AG, Jul 2016.
[17]	D. Reay, R. McGlen, P. Kew, Heat Pipes： Theory, Design and Applications, 6th Edition, Butterworth-Heinemann, Nov 2013.
[18]	W. Srimuang, P. Amatachaya, A review of the applications of heat pipe heat exchangers for heat recovery, Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (2012) 4303– 4315.
[19]	H. Shabgard, M.J. Allen, N. Sharifi, S.P. Benn, A. Faghri, T.L. Bergman, Heat pipe heat exchangers and heat sinks： Opportunities, challenges, applications, analysis, and state of the art, International Journal of Heat and Mass Transfer 89 (2015) 138–158.
[20]	F. Incropera, D. Dewitt, T. Bergman, A. Lavine, Principles of Heat And Mass Transfer, 7th Ed, John Wiley & Sons, Inc., 2012.
[21]	A. Zukauskas, Heat Transfer from Tubes in Cross Flow, in J. P. Hartnett and T. F. Irvine, Jr., Eds., Advances in Heat Transfer, Vol. 8, Academic Press, New York, 1972.