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,全名叫真空太阳集热管,包括全玻璃真空太阳集热管和玻璃-金属真空太阳集热管。我们这里讲的真空管,指的是全玻璃真空太阳集热管。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。
选择性吸收涂层是真空管的能量之源,选择性吸收涂层的优劣,直接决定着真空管质量的高低。
(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
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