创新才是太阳热水器行业的生存之本

    紧凑式太阳能热水器从其诞生至今，已有20多年的时间了。在这20多年中，其结构形式几乎没有什么重大改变，一直延续其传统的结构，因此，其得热量一直没有什么重大提高。难道紧凑式太阳能热水器就没有改造提升的空间吗？
　　答案是否定的，其改进空间还很大。
　　具体而言，传统紧凑式太阳能热水器存在着许多不足之处。比如，光照利用率不高，有效集热面积偏少，循环不畅，真空太阳集热管尾部散热，保温水箱缺水过热，进排气口散热严重，上下水水管冻塞，真空太阳集热管结垢，太阳热水器过热沸腾，电加热耗能严重，用水等待时间长，水箱积存水垢等等。这些问题的逐步解决过程就是紧凑式太阳能热水器性能提升的过程。
　　山东海臣科技有限公司通过技术创新，获得多项国家专利，生产出了高效多功能太阳热水器，得到业内专家的高度评价。本文试图通过介绍他们对产品的革新，给广大太阳能企业和研发人员以启迪。
　　针对紧凑式太阳能热水器存在的问题，海臣科技有限公司一直努力创新，进行了长达十几年的研发。从结构形式的细节上改变了紧凑式太阳能热水器，使其性能大幅度提高。
　　仅缩口变径低尾耗太阳能真空集热管、顶紧式保温尾座和三叉戟支架三项技术的应用，就使其密排紧凑式太阳能热水器的集热面积较58管（80孔距）传统太阳热水器增加23%。
　　2007年6月15日，国家太阳能热水器质量监督检验中心（北京）对海臣太阳能热水器进行了检测。结果表明：贮热水箱内，集热结束时水的温度为51℃，日有用得热量为9.4MJ/m2，平均热损因数为13W/（m3·K）。相比国家标准，日有用得热量提高25.3%，保温性能提高41%，真正实现了太阳热水器的全地域、全年使用。
　  海臣太阳能热水器在多项产品上都有创新，以下介绍的是主要的技术创新点。
　　1 缩口变径太阳真空集热管
　　现有的太阳真空集热管其密封胶圈是套装在等径外玻璃管上的，由于水箱内胆强度和胶圈之间安装间隙的要求，致使管与管之间的管距较大，常规直径47 mm真空集热管中心管距为70 mm，对应的吸热管直径为37mm，其光照利用率为52.86%；直径58mm真空集热管中心管距80mm，对应的吸热管直径为47mm，其光照利用率为58.75%，加之真空集热管靠密封胶圈的弹性密封，因此容易引起漏水等问题。
　　缩口变径太阳真空集热管外管径为58mm，管口缩径为47mm，胶圈套装于47mm管口上。在满足水箱内胆强度和胶圈之间安装间隙要求的情况下，实现了管与管之间中心管距为65mm，对应的吸热管直径为47mm。其光照利用率为72.31%，较常规直径47 mm真空集热管光照利用率增加19.45%；较常规直径58 mm真空集热管光照利用率增加13.56%。而密封胶圈与真空集热管为顶紧密封，因此根除了密封胶圈因为密封不严而漏水的问题。由于真空集热管采取顶紧密封，使水箱、真空集热管、尾座、尾托盒、支架连接固定为一个整体，强度大大提高，并剔除了反光板，风阻小，不易积雪。
　　2 导流器
　　有些企业说：真空集热管越长、越粗，集热面积越大，光照利用率越高，热水器制热水效果越好。这其实是一种误导。真空集热管中水的循环是靠冷热水之间的比重差实现水循环的，冷水比重大，热水比重小，因此冷水下降，热水上升。由于水在同一管腔内上下流动的过程中会产生湍流传导换热，使管内水温趋于一致，从而丧失水循环的动力，致使真空集热管热循环不畅，管内水温升高，内壁结垢严重。最后，真空集热管热辐射损失加大，热效率下降。特别是在真空集热管背部有反光板、真空集热管较长的情况下，这种现象更加严重。管子粗，虽然集热面积增加了，但同时辐射面积也增大了。而且管子越粗，蓄水量越大，太阳能在启动时做出的无用功越大，管子的热辐射损失越大，造价越高，机械强度越低，破碎率越高。人们通过在管内加封闭管腔的方式，试图解决蓄水量大、热启动慢这一问题，但是并没有根除管内冷热水温度趋于一致、管体结垢严重、水循环通道阻塞的问题，相反使销售商维护量加大，给用户带来了不便。
　　导流器是利用热虹吸原理，将电厂锅炉的循环系统嫁接到太阳能热水器上， 使真空集热管中的冷热水分流，冷热水腔之间的温差及压差使水流加速。导流器支撑安装固定在真空集热管内，使其不至于上浮。导流器管体根据真空集热管直径的不同对应有一定的体积，以减少真空集热管的蓄水量。导流器的封闭容腔或为圆柱状或为环腔状，半圆喇叭状汇流管口安装在导流器上管口上，下管口悬空安装在真空集热管底部，构成类似电厂锅炉的循环系统：汽包、下降管、下联箱、水冷壁、汽包的循环。导流器将水箱底部的冷水引到导流器下降管内，流到真空集热管底部联腔，使其沿上升管吸热上升，到达水箱上部，构成热虹吸对流循环。管子越长，热水与冷水的静压差越大，热虹吸对流循环动力越强劲，水的流速越快，对管壁的冲刷能力越强，管壁越不易结水垢。水流将受热产生的水垢带到水箱内，使管底不存水垢。因此，真空集热管内安装了导流器，将使得真空集热管不管是置有反光镜，还是管子变粗变长，都变成正面影响，使水流循环畅通，让热水喷涌奔腾。
　　3 低尾耗真空集热管
　　目前的太阳能真空集热管自诞生以来其尾部自由端都安装有一弹性金属支撑卡，它在完成支撑等功能的同时，也架起了散热的桥梁。此金属支撑卡与环境之间只要存在温差，它就不停地向外传递热量。温差越大、支撑点越多、金属支撑卡外表面越大，热损失越多。这极大的影响了太阳能集热元件的保温特性，使太阳能热水器保温性能下降。特别是在冬季，由于气温降到4℃以下，因为0～4℃之间水的比重差别很大，从而构成快速水对流逆循环，致使真空集热管的传导热损失极大。如遇高寒下雪天气，雪埋真空集热管尾部，则会使热水器的热损失更加严重。
　　低尾耗真空集热管是在太阳能真空集热管的内集热管的尾部安装有保温管腔，形成内集热管与保温管腔一体的安装定位自由端。太阳真空集热管尾部的外玻璃管封闭端头内壁与金属支撑弹卡支撑接触，金属支撑弹卡与保温管腔外壁支撑接触。由于玻璃的导热系数非常低，加之金属支撑弹卡与保温管腔外壁为点接触，因此使其散热量大大下降，在不影响真空集热管效率的同时，解决了其尾端散热的问题。
　　4 顶紧保温尾座
　　真空集热管尾部通过金属支撑卡散热是非常严重的，虽然低尾耗真空集热管能够使其热量损失减少，但其放热量仍不可忽视。