太阳能热水器介绍--太阳能热水器原理
一、真空管
真空管——太阳能热水器的“心脏”
真空管的“心脏”——选择性吸收涂层
（1）什么是真空管？真空管在太阳能热水器中有什么重要性？
真空管，全名叫真空太阳能集热管，包括全玻璃真空太阳能集热管和玻璃-金属真空太阳能集热管。我们这里讲的真空管，指的是全玻璃真空太阳能集热管。目前，真空管主要用于太阳能热水器。
真空管是太阳能热水器产生热水的能量之源，也是太阳能热水器的核心技术所在，是太阳能热水器的关键部件，就像人的心脏一样。所以，真空管被称作是太阳能热水器的“心脏”。真空管在太阳能热水器中所起的作用，就像发动机在汽车中的作用一样重要。由此也可以看出，谁掌握了最先进的真空管技术，谁就能制造出性能最优良的太阳能热水器。
（2）、真空管由哪几部分构成？各部分的基本功能是怎样的？
真空管为全玻璃同轴双层圆管结构，主要由三大部分构成：外玻璃管（外管）、真空夹层和内玻璃管（内管）。
内管用于容水。内管外壁的黑色部分是选择性吸收涂层，即膜层，是真空管进行光热转换的介质。太阳光线经外管照射到膜层，膜层通过吸收太阳光线中的可见光和近红外线来集聚能量，并将光能转化为热能，使内管里的水温不断升高。外管与内管之间是真空夹层，其作用在于减少热损失，起保温作用，从而大大提高集热效率。
不锈钢弹簧卡子，既用来支撑内管自由端，又可固定吸气剂。吸气剂，指在真空管底部，与弹簧卡子相连的不锈钢钢环上所附着的钡铝镍成份，用于蒸散、吸收夹层内排气后残余的空气，以进一步提高真空度。
真空管尾部约50㎜的银白色部分是消气镜面，也叫吸气膜。它是吸气剂在800 ℃以上高温状态下蒸散得到的。消气镜面的作用是为了吸收真空夹层内残余的空气，以进一步提高真空度。太阳能在使用中，如果真空管的消气镜面消失，说明真空夹层内进入了大量空气，真空管就不能正常工作了。
（3）、真空管的集热原理是什么？
真空管的集热原理是，靠内管外壁上的选择性吸收涂层，吸收波长为0.3～1.3um的太阳光线(主要是可见光和近红外线)来集聚光能，从而将光能转化为热能，并由真空夹层保温隔热，降低热损失。
由此看来，选择性吸收涂层对于太阳能真空管非常重要。真空管的优劣，就主要体现在选择性吸收涂层的优劣上。吸收比越高、发射比越低的选择性吸收涂层，说明太阳能真空管的性能越好。
选择性吸收涂层：在太阳光谱范围内，具有较高的太阳吸收比和较低的发射比的涂层表面，就是太阳选择性吸收涂层，或叫表面，也叫膜系，又称为黑镜或黑膜。理想的吸收表面应当是黑色的，但黑色并不一定表示吸收表面的热性能最好，实际的吸收表面往往是黑里偏蓝或偏黄、偏紫。
选择性吸收：指有选择性地吸收太阳光谱中能量较强的可见光和近红外线部分。
吸收比：指选择性吸收涂层能吸收太阳光能的多少。
发射比：指选择性吸收涂层未能吸收而发射出去的热辐射的多少。
（4）、选择性吸收涂层主要有哪两种类型？它在真空管中有什么重要性？
选择性吸收涂层主要有渐变选择性吸收涂层和干涉-吸收型选择性吸收涂层两种，即渐变膜和干涉膜：
A、渐变膜，是目前多数厂家所采用的一种低档膜。
B、干涉膜，是当前全球技术水平最高、吸收效果最好的真空管膜系。
选择性吸收涂层是太阳能真空管的能量之源，选择性吸收涂层的优劣，直接决定着太阳能真空管质量的高低。
（5）、简述真空管的工艺流程，镀膜工艺
真空管制造工艺，主要包括六大工序——
1、灯工：（对内、外管的加工）切齐→圆底→接排气管→退火去应力→检漏
2、清洗：用纯净水离子清洗完后，在烘干炉内烘干。
3、镀膜：一般采用磁控溅射工艺，通过辉光放电（一种物理现象），使带正电的气体离子轰击金属靶，溅射出金属原子和原子团，并在内管外表面沉积成膜层。镀膜的技术和工艺，直接决定着真空管的质量。
溅射：在镀膜时，用气体正离子轰击金属靶，从金属靶表面飞溅出原子、原子团的现象，就是溅射。靶：能溅射出原子和原子团的柱状金属体，就是靶。
4、封口：在高温状态下，将内、外管环形焊接起来。
5、排气：在400℃高温下将夹层内空气，经40分钟的时间抽成真空，并封离排气管。
6、蒸散吸气剂：为进一步提高真空度，使吸气剂在高温状态下蒸散，形成消气镜面。
真空管工艺流程图
（6）、真空管的发展历程——
1、长度：由最初的1.2米发展到现在的1.3米、1.5米、1.6米、1.8米、1.9米、2.0 米。在相同光照条件下，同等容量的太阳能热水器，太阳能真空管长度越长，所需的支数越少，太阳能真空管的整体热损就越少，那么，相同集热面积内的得热量就越高。
2、膜系：目前的膜系主要有两种，单靶渐变膜和单、双、三靶干涉膜。前者溅射系统构造简单，靶材料利用率高，但集热效率低；后者集热效率高，但溅射系统构造复杂，靶材料利用率低。
多数厂家考虑到利润问题，也苦于掌握不了先进的干涉镀膜技术，（况且干涉镀膜工艺复杂，工艺控制要求非常严格。）因此只能采用成本低、但集热效率也低的单靶渐变技术。（单靶指铝靶，双靶指铝靶和铜靶，三靶指铝靶、铜靶和不锈钢靶。）
（7）、选购时，怎样辨别真空管质量优劣？
消费者在选购太阳能热水器时，辨别真空管质量优劣，主要是看外观。
优质真空管应当是：
A、表面光滑干净，没有斑点，而且没有划痕（划痕太多，会影响集热效率和美观）；
B、膜层应当是黑色或蓝黑色，整体色差小。但黑色并不一定表明真空管质量好，因为有的太阳能厂家为掩盖杂色，往往把膜层做成纯黑色。况且黑色也有可能发射率高，在高温状态下，发射率会大大增加。实际上，真空管在颜色上存在一定的误差，是不可避免的，这并不影响真空管的集热效率。
C、消气镜面完整光亮；
D、用肉眼看，内管颜色为暗红色，表明它的金属底层是铜，这种真空管在严寒条件下也能正常工作，-30℃照常出热水。
优质真空管一般使用15年以上，直接关系到太阳能热水器的整体寿命。因而真空管的认真挑选，应是选购太阳能热水器的核心问题，在现在多数厂家技术水平还不太高的情况下，消费者更应仔细鉴别。
二、聚氨酯
（1）、聚氨酯基本知识
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，符号“PU”。聚氨酯是由二元或多元异氰酸酯与多元醇化合物相互作用制得。
聚氨酯特点：高强度、耐磨、耐溶剂、耐低温。
聚氨酯应用：塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、人造革。
（2）、聚氨酯构成
异氰酸酯（进口牌号）
（3）、聚氨酯泡沫生成
组合聚醚＋异氰酸酯→聚氨酯
俗称：白料＋黑料→发泡料
（4）、常用指标
导热率≤０.０２Ｗ／ｍ?Ｋ
密度３０～４０㎏／
闭孔率≥９０％
（5）、常见泡沫体缺陷
收缩：原料配比不当。
穿孔：混合时卷入空气。
开裂：内外温差大。
三、太阳能热水器水箱内胆的选材、焊接
选材：
太阳能水箱材料应具备足够的强度及使用耐久性，诸如抗氧化能力以及常年在温水环境下运行的抗腐蚀能力。此外，金属材料要具备优良的焊接性，使水箱易于制造。
不锈钢是近代各国太阳能水箱普遍采用的材料。不锈钢具备优良的强度、塑性、耐腐蚀性及焊接性，用薄不锈钢板焊成的太阳能水箱既轻又强，在一体化的承压及非承压太阳能热水器中普遍采用。
不锈钢品种很多，对不锈钢牌号的选择要综合考虑强度、塑性、焊接性、经济性特别是在含氯离子水中的抗腐蚀性。广泛用于化工、食品工业、厨房设备的304不锈钢属奥氏体不锈钢，强度、塑性优良，焊接性好。目前在我国非承压式水箱大多用304不锈钢制作。
304不锈钢在氧化性酸介质中耐腐蚀能力强，但在含氯离子水中容易产生点腐蚀及应力腐蚀。钢中含铬量≥12％时，由于氧化性活泼的铬在钢的表面迅速与氧形成致密、坚固的富氧钝化膜（Cr2O3），有效地隔离了氧的进一步侵入。因而在空气中或氧化性酸（如硝酸）中，这一类钢抗均匀腐蚀性能好，不生锈，故称之为不锈钢。但在水中，尤其在含Cl-浓度较高的的水中，由于Cl-离子可在某些局部部位对Cr2O3钝化膜起破坏作用，导致发生局部腐蚀。与均匀腐蚀（化学腐蚀）相比，局部腐蚀（电化学腐蚀）速度要快的多，危险性也大的多，往往导致泄漏失效。
而在含Cl-的水介质之中，不锈钢最易发生腐蚀的薄弱环节是焊接区，由于该区经受过高温加热，组织及性能有劣化，抗腐蚀性能也降低。因而水箱的使用寿命主要取决于水箱薄弱环节处（焊接区）是否发生晶界腐蚀、应力腐蚀及点（缝隙）腐蚀一类局部腐蚀。试验研究表明，当水中含Cl-离子的浓度较高时，缝隙（点）腐蚀是水箱中最常发生的腐蚀形式。
304不锈钢对卤族元素阴离子特别是对Cl-离子敏感，水中Cl-浓度越大，点蚀临界电位越低，越易于发生点腐蚀。而缝隙腐蚀的临界电位比点蚀更低，当有窄缝存在时缝隙腐蚀更易于发生，腐蚀速度更快。因而有效地防止点（缝隙）腐蚀是提高太阳能水箱使用寿命的关键。
焊接：
不锈钢焊接极为关键，容易产生晶间腐蚀，我公司采取窄焊缝自动氩弧焊接缩短敏化温度区（450℃—850℃）滞留时间；用水强制焊接区快速冷却措施，防止不锈钢焊接产生晶间腐蚀。
以下供参考：
对304不锈钢焊接时如操作工艺不当会出现晶间腐蚀及热裂纹等缺陷。
奥氏体不锈钢焊接注意事项：
（1）.采用尽量快的焊接速度,减少焊道高温的持续时间，以提高抗晶间腐蚀和热裂纹的能力。
（2）.多层焊时,待焊层冷却后(600),再焊下一道。
（3）.采用小的线能量,相同条件时电流比普通钢要小10～20%，避免横向摆动。
（4）.采用脉冲焊接有利于减少接头过热,可改善耐蚀性和抗裂性。
（5）.焊接结束或中断时收弧要慢,弧坑要填满,可防止火口裂纹。
（6）.填充焊时,填充焊丝应偏向电弧快速抽出,以免与熔池边缘粘连。
（7）.其它：焊缝表面应光洁，无凹凸不平现象，残渣彻底除净。禁止随意乱打弧，避免飞溅。注意接头背面的气体保护，以保证背面成形并防止氧化。
四、太阳能热水器外壳锌彩板
（1）、锌彩板结构和特点
A、结构：基材、镀层、喷塑涂层三部分结构
B、结构特点：通过使用材料表面强化技术，在金属表面被覆与基体材料不同的膜层形成耐磨膜、抗蚀膜，从而取得基材很难具备的性能，比如说降低基材导电性、抗氧化腐蚀性等。
基材：冷轧薄钢板。
电镀层：镀锌层。
涂层：抗紫外线粉末涂料。
加工工艺：无尘静电喷涂、高温固化。
（2）、高温无尘静电抗紫外线涂层的作用：
A、防护作用
喷涂涂膜本身耐酸、耐碱、耐水、耐油，并可隔离水分、氧气和各种腐蚀性介质。
这是锌彩板的最重要作用，它能真正实现太阳能水箱、支架在户外恶劣环境下工作十年以上。
B、装饰作用
装饰美观与色彩运用自古以来就与美化产品和周围生活环境有密切关系。涂层可切实提高产品的使用价值和寿命同时给人以美的享受。符合环境发展需要。
C、特殊作用：降低电导率，提高太阳能热水器的安全性。
D、太阳能支架造型多样且承重好，抗风抗雪抗雹能力比不锈钢产品提高好几倍。
E、是未来太阳能热水器外在工艺技术发展的大趋势和方向。
五、太阳能热水器支架:
现在市面上太阳能支架就两种，铝合金太阳能支架和碳钢喷塑太阳能支架，碳钢太阳能支架可以做各种造型，铝合金型材只能做杆式结构的太阳能支架。相对来说我还是喜欢铝合金的支架，经久耐用。 还有就是不锈钢支架，一般采用430不锈钢，（俗称不锈铁）是铁素体不锈钢，在潮湿的环境下表面会有锈斑，但不会影响结构强度，性能比碳钢的好，由于价格没有优势，现在用的不多。
六、太阳能热水管道连接
太阳能热水器是将冷水先进入蓄热水箱，然后通过集热器将热量输送到保温水箱。蓄热水箱与室内冷、热水管路相连，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的太阳能管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。太阳能管道必须做保温处理，北方寒冷地区需要在管道外壁铺设伴热带，以保证用户在寒冷冬季也能用上太阳能热水。
七、控制部件
一般家用太阳能热水器需要自动或半自动运行，太阳能控制系统是不可少的，常用的控制器是自动上水、水满断水并显示水温和水位，带电辅助加热的太阳能热水器还有漏电保护、防干烧等功能。目前市场上有手机短信控制的智能化太阳能热水器，具有水位水位查询、故障报警、启动上水、关闭上水、启动电加热等功能，方便了用户。
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