介绍无水箱太阳能核心技术

0前言 　　郑州新一代太阳能科技有限公司完成的锦彩无水箱太阳能项目，在郑州通过了省级科技成果鉴定，并于2014年1月17日成为“河南省建设行业科技成果推广项目”，正在积极开拓全国市场。 　　据专家组认定：锦彩无水箱太阳能可实现集热储热一体化；在单个集热模块上加装保温防爆罩，实现过热及破损防护；通过稳定可靠的控制系统和进出水管组合一体盖将集热过程中形成的压力逆流循环经冷水管路泄压，实现了无压集热，承压运行；采用模块化设计，可根据需要组合成相应系统。锦彩无水箱太阳能具有模块化、标准化、集热和储热一体化、安装方便、运行安全可靠等特点。经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，该太阳能热水系统符合GB/T19141-2011、GB26969-2011等标准的要求。经用户使用表明：锦彩无水箱太阳能性能稳定、外型美观、占用空间小，实现了与建筑相结合安装要求，经济社会效益显著，推广应用前景广阔。 　　1无水箱太阳能由来与科技突破 　　1.1 无水箱太阳能的由来 　　无水箱太阳能并不是没有水箱，而是水箱和大口径真空管集热器合二为一，水装在大口径真空管里。它实际就是一台闷晒式热水器，但技术上有所创新、突破。 　　上世纪80年代，市场上便有闷晒储水式热水器产品在售，结构很简单，一般有这么几种：1. 黑色塑料或橡胶袋式；2. 涂黑色的储水桶、箱式；3. 涂黑大口径钢管并排放在箱体里，底部用岩棉类保温，上面加盖玻璃板，称为保温箱式等。 　　真空管是太阳能热水器的核心，其结构如同一个拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。在内玻璃管的表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层，最大限度地吸收太阳辐射能。经阳光照射，光能转化成热能，传递给水，使水温升高。因热水比重小，向上运动，流向上部水箱中的上层，而比重大的冷水下降，流入真空管。不过，这样循环，造成冷热水的对流热损较大，而且真空管里的水温要高于水箱5益才能启动循环。若阳光无法连续照射真空管，热水器将难以启动，这就是其阴天升温慢的原因。 　　由于我国的水质不好，加上真空管口径小、温度高，热水器，结垢很严重。用不了多长时间，管内水垢很多，热效率降得很低，返修率特别高。业内的解决办法是将管的直径加大这就有了Φ58mm管、Φ70mm管等。 待管径加大到70mm后，新问题又来了。由于水量和管径是一个2次方函数关系，管径的变化带来了水量成级数的变化，水量大了，可吸热面积却相对小了，水从真空管到水箱，必须有5℃温差才能循环的“循环滞后效应”起动就更明显了，浪费的热能也更多。 　　发现这种情况后，人们就想到，为什么非要这么循环？干脆把管子的直径加粗到能容下一定水量，把水箱取消掉，直接闷晒，不就行了吗？这就是无水箱太阳能的由来。 　　1.2科技突破 　　管径加粗，可以闷晒，密封问题也就来了。由于整根管子变成了一个两层的闷晒容器，太阳照射时，盛水的内管温度很高，直径发生很大变化（空晒需承受300℃左右的温差收缩变化），而外管是环境温度，直径不变化。当外管难以抵挡掉内管的膨胀力，就会爆管、漏水。这就是用大管闷晒的核心难题，多少年来，人们都解决不了。 　　用法兰的形式解决了这个问题！我们将内外管合在一起，加工成一个法兰口，使内管的膨胀力充分地传导过渡给外管，从而彻底解决了管子因300℃左右的温差爆管问题。经过法兰口密封的大管子漏水问题也解决了，管子非常稳定。 　　2大管加工工艺和成品率 　　普通太阳能集热器所用的小管，壁厚通常是1.3mm-1.5mm。之所以采用这么薄的管，是为了加工时让它快速溶解、快速焊接。 　　无水箱太阳能采用的是3.3的高硼硅玻璃管—壁厚3.0mm（内管和外管都是），法兰的厚度是9mm，法兰口的堆料量是65g-85g。 　　从理论上讲，3.3硼硅料低温长时间二次加工。因为3.3高硼硅玻璃料性短，高温料性易变，二氧化硼易挥发。那么，怎么将这么粗的高硼硅玻璃管密封起来呢？经过不懈的摸索和努力，采用一种可靠的工艺，让它在短时间内快速融化、快速焊接，确保熔接。目前成品率是96%，一般小管的成品率(管理好的企业)是96%-97%。 　　3.3硼硅料二次烧制加工本身就是一个难点，用了八年的时间，才探索出了3.3硼硅料壁厚3.0mm中空双层玻璃法兰加工技术，具有一定的偶然性和不可复制性。 　　3无压集热、承压运行 　　水受热，水温升高，体积增大，当超过100℃时，体积急剧膨胀，如不能解决这一问题，热水器将无法使用。 业内解决闷晒式热水器因集热造成水温过高、压力过大的方法，通常就是装一个泄压阀，一个水汽分离阀，或者在热水器管路高点加一个电磁阀通向大气。然而，如果热水器在阳光照射条件较大的状态下几天不用，所装的水将沸腾，电磁阀在高温状态下大部分都不可靠。 　　而无水箱太阳能热水器将这些通用的原件统统都设置在热水管路之中，将无压集热、承压运行转化简便顺畅，并可根据光照条件，设定一个85℃上限65℃下限自动温控系统。当热水器温度到达85℃时，防爆遮阳一体罩将自动遮挡阳光，当温度低于65益时，防爆遮阳一体罩自动打开。如遇极端状态，我们设有二级安全保护装置，即安全阀（0.3Pa）和终极安全保护防爆膜片（0.4Pa），这两个保护装置打开释放压力后，可确保热水器安全。 　　一般热水器负压多产生于密闭系统类热水器，而无水箱热水器常态下非运行和大气相通，不存在负压；有压运行时和自来水系统相通的，更不存在负压现象；在极端状态下，无水箱热水器设有防爆膜片（依0.4Pa）。 　　4无水箱太阳能除垢过程 　　在热水器使用过程中，肯定会产生水垢。无水箱太阳能采取的措施：将进水口设计在下部，出水口设计在上部。由于水垢不能很厚地附着在玻璃上，如我们家里使用的暖瓶一样，都是结成很薄的片就脱落了。这样，底部进水的水流就会把这些薄水垢片带到出水口的下边，而出水口又很高，不会流出去造成水管堵塞。即便偶尔有一些小碎片进入出水口，由于无水箱太阳能使用4分的水管，畅通性很好，也不会堵。 　　那么，水垢的量是多少呢？我们做的实验表明：郑州三年时间所结的水垢仅占到管容积的2%，很少，无需清洗。 　　从清洗的方法来说，大管的口是螺纹，管口直径是72mm，和喝水的杯子口一样大，拧开后，很容易将水垢片倒出来。 　　综上所述，无水箱太阳能有助于太阳能与建筑相结合的趋势，是太阳能光热利用行业的一次创新！（郑州新一代太阳能科技有限公司王昆玉）