全玻璃真空太陽集熱管(用於收集太陽能熱量以加熱管內流體介質的裝置)

全玻璃真空太陽能集熱管是由具有太陽選擇性吸收塗層的內玻璃管和同軸的罩玻璃管構成的，內外管夾層之間抽成高真空的，用於收集太陽能熱量以加熱管內流體介質的裝置。若干支全玻璃真空太陽能集熱管一定規則排成陣列與聯集管、尾架和反射器等組裝成太陽能集熱器；與循環管路、儲水箱等組件組成分體式太陽能熱水系統。

基本介紹

• 中文名：全玻璃熱管真空太陽集熱管
• 外文名：All—glass heat pipe evacuated solar collector tube
• 材料：硼矽玻璃3.3
• 目的：收集太陽能熱量
• 執行標準：GB/T 26975-2011
• 熱介質：水等傳統流體

發展歷史

真空管熱水器全名為全玻璃真空太陽集熱管熱水器，其集熱部件為全玻璃真空太陽集熱管。全玻璃真空太陽集熱管最初在上世紀 70 年代問世，基於 1977 年澳大利亞悉尼大學發明的漸變膜的基礎上，由美國歐斯公司率先研製出來，在一定溫度下有很好的集熱和保溫特性。80 年代初期，美籍華人貝律昆先生將其引入國內，之後經過瀋陽玻璃設計廠工程師的艱苦研究，使得真空管進而在中國問世。1984 年，清華大學殷志強教授發明了漸變“Al N/Al”選擇性吸收塗層技術，這種選擇性膜層已在國內多家公司大規模生產，其出色的性能奠定了中國太陽能熱利用行業大發展的基礎，開創了全玻璃真空太陽集熱管在中國的產業化生產。

中國太陽能熱水器累計安裝量的 90%為真空管熱水器，這一使用總量則占世界使用總量的 97%。

產品結構

全玻璃真空太陽能集熱管由具有太陽選擇性吸收塗層的內玻璃管和同軸的罩玻璃管構成，內玻璃管一端為封閉的圓頂形狀，由罩玻璃管封離端內帶吸氣劑的支承件支承；由罩玻璃管、內玻璃管或直徑在罩玻璃管和內玻璃管之間熔封一封閉段為冷凝段，在密閉空間內有熱管的工作液體。

圖1 全玻璃真空太陽集熱管結構及組成部件

全玻璃真空太陽能集熱管由內、外兩根同心圓玻璃管構成，具有高吸收率和低發射率的選擇性吸收臘沉積在內管外表面上構成吸熱體，內外管夾層之間抽成高真空，其形狀像一個細長的暖水瓶膽，如圖1下圖所示。它採用單端開口，將內、外管口予以環形熔封；另一端是密閉半球開有圓頭，由彈簧卡支撐，可以自由伸縮，以緩衝內外管熱脹冷縮引起的應力。彈簧卡上裝有消氣劑，當它蒸散後能吸收真空運行時產生的氣體，保持管內真空度。

工作原理

全玻璃真空太陽能集熱管的工作原理是太陽能透過外玻璃照射到內管外表面吸熱體上轉換為熱能，然後加熱內玻璃管內的傳熱流體，由於夾層之間被抽真空，有效降低了向周圍環境散失的熱損失，使集熱效率得以提高。

因其真空夾層的存在，減少了熱量通過氣體對流和傳導向環境的散失，因而高溫運行時，真空管熱水器的熱性能要優於平板型熱水器。

性能要求

玻璃

國家標準 《全玻璃熱管真空太陽集熱管》（GB/T 26975-2011）規定：生產製造全玻璃真空集熱管的玻璃材料應採用硼矽玻璃3.3。該材料具有很好的透光性能，玻璃中的氧化鐵含量為0.5%以下；熱穩定性能好、熱膨脹係數低，為3.3×10ˉ6/℃;耐熱衝擊性能好、耐熱溫差大於200℃；有較高的機械強度，有較好的抗化學侵蝕性並適合於加工。

真空度

確保真空集熱管的真空度是提高產品質量，保證產品使用年限的重要指標，根據國家標準規定，集熱管的真空度應小於或等於5×10ˉ2Pa.

要使集熱管內長期保持較高的真空度，在排氣台排氣時，必須對玻璃真空集熱管進行較高溫度與較長時間的保溫烘烤，以消除管內水蒸氣及其他氣體，此外，在真空集熱管內還放置了蒸散吸氣劑，它蒸散在抽真空封口一端的管殼內表面上，像鏡面一樣，能在運行時吸收集熱管內釋放出的微量氣體，以確管內真空度的保持。一旦銀白色的鏡面消失，就說明該真空集熱管的真空度受到損壞，管子也就報廢了。

選擇性吸收塗層

採用光譜選擇性吸收膜作為光熱轉換材料是真空集熱管的又一重要特點。對於真空集熱管的選擇性吸收膜需要考慮兩個特殊要求：一是真空性能；二是耐溫性能。工作時要求不影響管內真空度，其他性能指標也不能下降。

真空集熱管選擇性吸收膜需使用專門設備進行製作，我國真空集熱客管選擇性吸收膜絕大多數採用磁控濺射工藝。例如，鋁-氮-鋁選擇性吸收膜，它的太陽輻射吸收比α大於0.93紅外發射比ε約0.06；而國家標準α≥0.86，ε≤0.08。