全玻璃真空太阳能集热管.docx

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全玻璃真空太阳能集热管

全玻璃真空太阳集热管生产技术知识

一、全玻璃真空太阳集热管发展及简介

二、全玻璃真空集热管制造工艺流程

三、选择性吸收涂层质量和影响质量的主要因素

四、吸气剂在真空集热管中的应用

五、真空知识

六、ALN-AL涂层的制备技术

七、公司集热管生产介绍

八、全玻璃真空太阳集热管技术参数

九、全玻璃真空集热管生产设备

一、全玻璃真空太阳集热管发展及简介

1．发展

a.1973年世界上出现石油价格猛涨，“能源危机”、“石油危机”推出平板式太阳能热水器。

b.我国1979年开始，近20多年来发展较快，清华大学无线电电子系研制出全玻璃真空管集热器样机。

C.分为三个阶段：

A.1979年-1985年科研与开发。

B.1986年-1992年完成国家“七·五”科技攻关课题，年产3万支至15万支。

C.1993年实施国家重点产、学、研。

d.2003年，国内有200多家生产集热管厂，生产线达400条。

2．简介

a.原理简单，集热管象拉长的保温瓶一样。

b.质量要求严格，必须有好的吸热层，吸热层的吸收率要高，热反射率要低，有好的保温防止热量向外对流，传递向外幅射。

c.一般要求吸收率90%以上，反射率9%以下。

d.材料为高硼硅玻璃，膨胀系数小于3.3×10-7。

二、全玻璃真空集热管制造工艺流程

三、选择性吸收涂层质量和影响质量的主要因素：

选择性吸收涂层（膜）的质量（太阳吸收比，热发射率，颜色，膜的成分，结构）

溅射系统

真空检测和控制系统

磁场

溅射电源

漏率

抽速

室壁残膜

湿度

油温

环温

水循环

水压

冷却系统

加热元件

电源电压

加热功率

油量

油质（油质选择、氧化）

结构精度（泵芯等）

反应气体（纯度、流量）

工作气体（纯度、压强）

材料

工作参数（本底真空，工作压强等）

工艺参数合适（通过设计计算和实验）

工艺控制稳定（计算机程序控制）

工艺参数

成份

工艺参数

靶材

四、吸气剂在真空集热管中的应用

钡铝镍

钡钛

1.类型

非蒸散型吸气剂

蒸散型吸气剂

2.成分

总蒸12S

起蒸6S

3.蒸散

4.作用：

a.在短时间内提高管内的真空度，有利于缩短排气时间。

b.吸除封离后管内剩余气体及器件在工作时处于高温状态下各部件所放出的气体。

c.吸除器件启动和反常工作时的突发性放气，以保证器件内良好的真空状态，延长使用寿命，提高器件可靠性。

五、真空知识

1、真空概念：

a.“真空”是指在给定空间内，气体压强低于一个大气的气体状态，同正常大气相比，是较为稀薄的一种气体状态。

我们所说的真空是相对的，绝对真空是不存在的。

b.真空的主要特点：

与一个大气压相比，单位体积中气体分子的数目较少；气体分子之间相互碰撞的次数较少；在单位时间内碰到某一表面（如容器壁）上的气体分子数也比较少。

2、真空度量的单位和真空区域的划分

a.真空度量的单位：

压强这个参数使用的多，最常用的是“毫米汞柱”或“托”。

1托就是指在标准状态下1毫米汞柱对单位面积的压力。

因此，1托=1毫米汞柱。

随国际单位的推行，正式确定“帕斯卡”简称“帕”为气体压强的国际单位。

1帕=1牛顿/米2=7.5006×10-3托≈7.5×10-3托。

压强和真空度是两个完全不同的概念。

真空度高就意味着压强低；反之，真空度低，压强就高。

b.真空区域的划分：

低真空760~1托

中真空1~10-3托

高真空10-3×10-7托

超高真空＜10-7托

3、真空的获得

a.低真空的获得：

一般采用旋片式机械泵，工作的原理是基于变容作用，用油来保持运动部件之间的密封，靠机械的办法，使某一密封空间的容积周期性地增大（抽气）、缩小（排气），从而达到连续抽气和排气的目的。

工作的范围为760~5×10-4托。

b.高真空的获得：

一般采用油蒸气扩散泵，工作的原理是泵油经电炉加热后，产生的油蒸气沿着泵芯导流管传输到上部各级喷嘴，蒸气流在喷嘴帽处改变方向，由于喷嘴处的咽喉缝截面积很小，于是油蒸气高速蒸气从喷嘴喷出，形成了定向运动的射流。

若气体分子扩散到油蒸气射流区域，与油蒸气分子发生碰撞，便得到了与油蒸气相同的运动方向和速度。

由于油蒸气流密度远大于被抽气体密度，只要使油蒸气流和泵壁之间保持相当角度，则气体分子大部分将被带到喷嘴下方。

这样，气体分子被油气流逐级向下推送、压缩，最后由前级泵抽出系统。

而油蒸气碰到冷泵壁后，被冷凝成液体，顺泵壁流回油锅继续循环使用。

工作的范围为10-7~10-10托的极限真空。

六、ALN-AL涂层的制备技术

a.磁控溅射的原理：

在一定的真空状态下，将惰性气体（Ar）注入真空室，电子在电场作用下获得能量，当能量超过气体电离能量时，气体被电离，得到正离子。

正离（Ar+）在电场中获得能量，撞击靶材，铝离子被溅射出来，沉积在管子上。

（氩气的作用：

产生溅射需要的撞击离子）

b.磁铁的作用：

由于带电粒子在磁场中运动会受到垂直于运动方向的磁场力，带电离子会因此变直线运动为圆周运动。

在电场和磁场的共同作用下，带电离子（Ar+）沿着曲线轨迹冲向铝靶，增大了运动的路程，增加了与氩气分子碰撞的几率，使得氩气分子在碰撞中发生电离，从而增加了离子的数量。

C.ALN-AL选择性吸收表面的结构作用

ALN-AL选择性吸收表面的结构图：

---------------------------------------减反射层

---------------------------------------吸收层

---------------------------------------减少基底热发射红外反射层

---------------------------------------金属-氮化铝粘结层

---------------------------------------玻璃基底

铝膜的作用：

红外高反射

吸收膜的作用：

吸收太阳辐射

减反射膜的作用：

减少太阳光的反射，增加吸收。

d.改变N2的量

当其它条件不变时，N2/Ar的比值增加，ALN-AL膜中ALN的量增加，ALN-AL膜的吸收性能降低，减反射性提高；同时膜的沉积速率降低。

e.改变外加功率（这里主要功率）

当其它条件不变时，外加功率提高（或降低），膜层中ALN的量降低（或提高），ALN-AL膜的吸收性能提高（或降低），减反射性能降低（或提高），同时膜的沉积速率提高（或降低）。

f.真空压强的影响

本底压强反映了真空室内杂质气体的含量，就保持不变。

溅射压强会使整个工艺放电电压提高（或降低），涂层的厚度及成分，影响涂层质量；此外过高的放电电城市又对电源产生不良影响。

七、公司集热管生产介绍

1、生产规模

公司现有76条全玻璃真空太阳能集热管生产线，年生产各类集热管2200~2400万支，为全国最大生产厂家之一，产品遍及全国各地并出口德国、美国、奥地利、瑞士、南非、印度等十几个国家，成为出口欧洲的免检产品。

同时拥有自营进出口权，已通过ISO9002国际质量体系认证，被国家科技部认定为“国家重点高新技术企业”。

2、技术优势

a.公司采用本集团自产的优质高硼硅玻璃管，保证了集热管各项技术性能达标。

b.玻璃管清洗使用去离子水清洗，去离子水的纯水电阻率达到＜10MΩ以上，彻底清洗玻璃管的表面，充分使玻璃内管与太阳选择性吸收涂层结合牢固。

c.引进德国帕拉迪格玛公司先进技术，聘任德国镀膜专家进行指导生产“超级蓝色”集热管，太阳选择性吸收涂层的颜色为地中海蓝色，在使用中颜色能保20年不变色，能适应在高温400℃的条件下工作。

使用的Optosol-Alpameter检测仪，测量吸收玻管（内管）对太阳辐照（AM1.5）范围内的5种不同波长的反射情况。

测量程序根据测量结果计算出太阳吸收率。

并通过计算机软件进行处理数据，模拟调试工艺，使太阳吸收涂层的品质得到不断的优化和提高。

d.国内独家采用触摸式无开关可编程自动化控制技术，此操作系统可以有效控制勿操作，设定工艺参数后，如达不到规定的要求有自动保护功能。

对镀膜工艺进行自动控制，有效地控制工艺参数，保证真空度，提高膜层质量。

操作时有“自动”和“手动”两种方式供选择，一般操作时全部选择“自动”方式，实现了生产过程的自动化。

e.公司与北京机械工业部自动化研究所合作开发并建成了国内首套排气台计算机远程通讯自动监控系统，真正实现了产品质量计算机控制数字化，使集热管的真空度有了可靠的保证。

此监控系统根据排气质量要求，对主要的工艺参数进行了控制，计算机以图表和报表的形式进行采集，可任意检索历史报表，对生产出的每一支管子的质量都能全部追溯到。

f.采用先进的环封技术和电退火系统，内外管封接牢固，内应力消除干净，彻底解决了环封口部位易破碎、炸裂的难题，集热管在运输、安装和使用过程中的破碎率降至最低。

g.公司引进世界先进的集热管的真空测量设备，模拟太阳光做集热管抗老化性试验，总结出一套集热管的真空排气技术，更深一步提高集热管的寿命。

3、质保措施

公司是全行业第一个率先通过ISO9000：

2000国际质量体系认证的企业。

建立了完整的质量保证体系，加强对原材料、半成品和成品的过程检验工作，对关键工序的操作实行“工号”对应管理，保证产品质量的可追溯性。

我们参照镀膜管的国家标准，制定了高于国家标准的企业内控标准，严把出厂检验关，保证用户使用的管子都是优质产品。

4、产品类型

公司可生产直径为Φ47mm、Φ58mm和Φ70mm三种规格的产品，长度可生产300-1950mm各种长度的产品，以满足不同用户的需求。

5、现产品达到的水平

a.玻璃管材料高硼硅3.3（Pyrex），管材透射比≤0.89，弯曲度≤0.12%。

b.太阳选择性吸收涂层的太阳吸收比α≥93%；太阳选择性吸收涂层的半球发射比εh≤6%（70℃）。

c.真空夹层内的气体压强p＜3.0×10-2Pa。

e.内管的未镀膜长度＜25mm，进一步扩大集热管的吸热面积，

降低热损系数。

八、全玻璃真空太阳集热管技术参数

型号

SL-1200

（QB-AI-N-C/AI-37/47-1200-1）

SL-1500

（QB-AI-N-C/AI-37/47-1500-1）

结构

全玻璃同轴双层圆管

全玻璃同轴双层圆管

玻璃热膨胀系数

3.3×10-6/k

3.3×10-6/K

罩玻璃管直径

47mm

47mm

内玻璃管直径

37mm

37mm

玻璃管厚度

1.6mm

1.6mm

罩玻璃管透射比

0.91

0.91

真空集热管长度

1200mm

1500mm

太阳选择性吸收涂层

磁控溅射铝-氮-碳/铝

磁控溅射铝-氮-碳/铝

吸收率

0.93

0.93

发射率

0.06

0.06

真空度

P≤3×10-2Pa

P≤3×10-2Pa

空晒

温度

220℃

220℃

热损系数

ULT≤0.80W/（m2.℃）

ULT≤0.80W/（m2.℃）

抗冰雹能力

直径25mm冰雹冲击不破损

直径25mm冰雹冲击不破损

耐压

1MPa

1MPa