真空管直插式非承壓太陽能熱水器是通過熱水器的集熱部件真空管，將光能轉(zhuǎn)化成熱能，從而加熱真空管內(nèi)的水。真空管與儲水箱連通，依靠熱水的密度小于冷水的密度，熱水上浮，靠不斷地循環(huán)使整個水箱的水的溫度升高。在實際的使用過程中，有許多原因會造成真空管炸裂，影響到使用。下面針對不同的原因進行分析論述。
一、真空管方面的原因
(1)真空管材質(zhì)本身存在隱患
為保證真空管的集熱效率和壽命，一般選用硼硅玻璃，此玻璃具有制造真空管所必需的熱穩(wěn)定性、機械加工性能、化學穩(wěn)定性、燈工加工性能，以及其優(yōu)秀的膨脹系數(shù)、優(yōu)良的抗水性和較好的透光比。
然而膨脹系數(shù)大于3．4×1O－6 ℃ 的硼硅玻璃就不宜加工真空管，由于玻璃組成和結(jié)構(gòu)的變化，性能發(fā)生了突變，即由于析晶溫度升高無法機械化成型，產(chǎn)生分相使抗水性和機械性能大幅度下降，從而造成炸管。因此一般選用硼硅玻璃3．3。
玻璃分相是玻璃中的B2O3。含量超過14％ 時， 玻璃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)松散，造成分相。分相后的玻璃抗水性會下降到5級，機械強度下降到原來的I／5。玻璃因抗水性能
下降造成侵蝕后，表面會出現(xiàn)大量微小裂紋，另外也會在相界面上裂開。
由于硼硅玻璃表面硼易揮發(fā)變質(zhì)，只能采用垂直引下法生產(chǎn)玻璃管，此時的成型溫度已經(jīng)不是在供料機生產(chǎn)時粘度為104P時的溫度，而是粘度為1O5P的溫度。析晶溫度和成型溫度易重合，造成玻璃管中有析晶線，機械強度大大下降。在加工過程中，玻璃熔化不均勻也是造成真空管易炸裂的原因，這種不均勻肉眼很難鑒別。
玻璃管之間的劃傷也是造成集熱管炸裂的主要原因之一，但此種劃傷比較容易肉眼觀察，劃傷后的玻璃管強度大大降低。在生產(chǎn)真空管時，對玻璃管的劃傷長度有具體的要求國標要求成品管劃傷長度不得超過500mm。
(2)真空管結(jié)構(gòu)
真空管結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1
真空管由兩根同心的玻璃管組成， 內(nèi)外管之間抽成真空，在內(nèi)管的外壁上沉積有太陽選擇性吸收膜層，將太陽光能轉(zhuǎn)化成熱能，加熱內(nèi)玻璃管內(nèi)的傳熱流體。
真空管采用單端開口設計，通過一端內(nèi)外管玻璃環(huán)形熔封，而內(nèi)管的另一端密閉形成半圓形的圓頭，用帶有吸氣劑的卡子將內(nèi)管圓頭端進行支撐。當吸熱體在吸收太陽光能，溫度升高后，內(nèi)玻璃管受熱膨脹，卡子可緩沖工作時因膨脹造成的對真空管開口端的應力。
（3)真空管加工過程對真空管炸管的影響
按照真空管的加工工藝流程，在制作真空管的同時，要進行燈工加工。這時如果火焰溫度調(diào)節(jié)不當，則會出現(xiàn)玻璃壁厚薄不均，形成缺陷。在玻璃處于高溫融化狀態(tài)時，對內(nèi)外管進行封接，在管口處可能會出現(xiàn)如圖2所示的缺陷。為使真空管的吸熱體在吸收熱量后，將熱量盡可能多地傳遞給內(nèi)管內(nèi)的傳熱流體，在兩層玻璃管之間構(gòu)造真空夾層，國標規(guī)定全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)的氣體壓強不大于5X10-2Pa，幾乎不存在氣體對流和熱傳導。但這樣的負壓對真空管的缺陷部位形成較大的壓力。玻璃毛管在加工過程中出現(xiàn)的條紋、結(jié)石、氣泡、結(jié)瘤等玻璃缺陷也會在負壓下使玻璃管的強度大幅度下降，因此國標中對玻璃缺陷有明確的規(guī)定。
為保證真空夾層的真空度，在真空管的真空夾層中安裝有吸氣劑，吸氣劑固定在卡子上，在排氣封離后，再利用高頻烤消，將吸氣劑釋放出來，形成吸氣膜。高頻烤消對卡子產(chǎn)生一定的影響，當烤消時間較長或者高頻功率較高時，對卡子加熱的溫度較高，從而降低了不銹鋼卡子的彈性和韌性，造成卡子的退火，從而影響到卡子對內(nèi)管的有效支撐。
在燈工、封離等玻璃加工過程中，由于玻璃是熱的不良導體，不可避免地會因為溫度差造成分相，簡稱為內(nèi)應力。去除內(nèi)應力一般采用退火法，在玻璃的軟化點溫度開始，逐漸降低溫度，使玻璃能夠均勻地降溫，從而消除玻璃內(nèi)的內(nèi)應力。應
力去除不完全，是造成真空管炸裂的主要原因。
二、水垢方面的原因
水中的雜質(zhì)進入熱水器系統(tǒng)后，隨著水溫不斷升高或者蒸發(fā)，濃縮在儲水箱和真空管內(nèi)表面上，生成的固體附著物稱為水垢。
(1)水垢的形成
含有暫時硬度的水在受熱過程中，一些鈣鎂鹽類受熱分
解，從溶于水的物質(zhì)變?yōu)殡y溶于水的物質(zhì)。
Ca(HCO3)2=CaCO3 ↓+H2O+CO2↑
Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+CO2↑
MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑
隨著水不斷被蒸發(fā)和濃縮，某些鹽類超過了其溶解度．當達到過飽和時，鹽類在蒸發(fā)面上析出。隨著溫度升高，某些鹽類溶解度下降，CaSO4 和CaSiO 3等也會析出。
對于水中原來溶解度比較大的鹽類，與其他的鹽或者堿發(fā)生反應形成難溶于水的鹽類。
如：Ca(HCO3)2+2NaOH＝CaCO3↓+NaCO3+H2O
CaCI2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCI
以鈣為主要成分的垢占水垢的9O％ 以上，如硫酸鈣垢、硅酸鈣垢、碳酸鈣垢等，以鎂為主要成分的，如氫氧化鎂垢、磷酸鎂垢等。硫酸鈣垢堅硬而致密，主要以半水合物或石膏的形式沉淀附著；硅酸鈣垢主要在真空管熱負荷較大的受熱面上
形成，它沉淀為硅灰石，垢的硬度較大，導熱性很差，能牢固地粘附在受熱面上；碳酸鹽垢有著不同的特性，它既可以是堅硬的水垢，又可以是松軟的水渣。當進行微弱蒸發(fā)時，碳酸鹽常沉淀成堅硬的結(jié)晶狀水垢。當水進行劇烈沸騰時，碳酸鹽又常常沉淀為水渣。
(2)水垢的危害
水垢的導熱系數(shù)較小，在真空管的內(nèi)壁上形成致密的水垢層，隨著水垢層的加厚，使真空管的吸熱體和管內(nèi)的導熱流體熱交換受到阻礙，影響到水溫的提高。同時在水垢的內(nèi)外表面形成一定的溫度差，當太陽輻照較好的時候，水垢的外層溫
度較高，與內(nèi)層形成較大的溫差，造成水垢裂紋，管內(nèi)的冷液沿裂紋進入達到內(nèi)玻璃管內(nèi)壁上，造成炸管。
由于玻璃表面在微觀結(jié)構(gòu)上的凹凸不平，而水垢的形成是隨機的分布，對于硫酸鹽和硅酸鹽的水垢，牢固地附著在真空管表面，由于水垢的膨脹系數(shù)和硼硅玻璃的膨脹系數(shù)不同，造成真空管炸管。此種形式不僅僅表現(xiàn)在真空管內(nèi)有水時，在無水時也會造成真空管的炸裂。
水垢一般在7O℃ 以上時容易形成，因此在設計太陽能熱水器時，應注意水箱的配水量，水溫不宜過高。
三、熱水器使用不當造成炸管
熱水器的使用原理，如圖3所示：
熱水器在正常的使用過程中，當太陽輻照量達到800MJ／(m2·h)，真空集熱管的吸熱體的表面溫度可以達到200。C以上的高溫，有的吸收比較高的真空集熱管的悶曬溫度甚至可以達到300。C以上，在這個時候如果突然給太陽能熱水器上水，就會造成由于冷熱沖擊造成的炸管。這就是為什么在太陽熱水器說明書中再三強調(diào)不能正午上水的原因。
還有一種情況，當太陽能熱水器在長時間不用的時候，上面儲水箱的水不斷地蒸發(fā)，最后只剩下真空集熱管內(nèi)還存有部分水，同樣也會出現(xiàn)炸管，原因是當真空集熱管在吸收熱量后，只是加熱少量的水，最后使這些水開始沸騰了。水滴飛濺
到真空集熱管的上面，由于上面的真空集熱管處于空曬狀態(tài)，表面溫度非常高，飛濺的水滴造成炸管，如圖4所示。這種炸管大多發(fā)生在真空管的中上部。
四、熱水器安裝質(zhì)量的影響
熱水器的安裝質(zhì)量對整個熱水器的使用有非常重要的影響，很多的問題都出現(xiàn)在安裝質(zhì)量上，比如，漏水問題，；東堵問題，水溫升不高的問題，甚至真空管炸裂也與安裝有關系。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有的熱水器在安裝時，不注意安裝質(zhì)量，熱水器不能平穩(wěn)站立，有懸空情況存在，這樣的熱水器，在上水時，或者有風時，熱水器出現(xiàn)晃動，造成真空管受力，這種情況下發(fā)生破裂時，都是連續(xù)幾根真空管破裂。這種炸裂的主要炸裂部位一般發(fā)生在邊緣的真空管。在安裝時，假若儲水箱的真空管孔與真空管的托架孔不能做到方向一致，也會導致發(fā)生炸管。當真空管受到部分壓力，真空管不能處于一種自由的狀態(tài)，不能沿軸向自由地竄動，壓力就會集中在真空管的某一位置，造成真空管炸裂。
熱水器在安裝時，應嚴格地按照安裝說明進行安裝，將熱水器調(diào)整到合適的角度，并進行可靠的固定，防止意外的發(fā)生。
五、熱水器的不規(guī)范改造
很多農(nóng)村用戶，在用水時受到時間的影響，不能滿足按要求進行上水，用水。有的用戶直接將功率大，揚程高的泵加在熱水器上，這樣就會造成熱水器的儲水箱在上水的瞬間承壓，如圖5所示。
此時由于真空管也處于承壓狀態(tài)，真空管在壓力下有沿軸向向下竄動的趨勢，但由于下端的固定，造成真空管的受力，在反復沖擊下，真空管的強度會受到影響造成炸裂。此種炸裂以靠近上水位置的真空管居多，但有時又比較分散，不容易辨別。解決此種問題的最佳辦法是改變上水方式，預先安裝冷水箱，用泵將水打入冷水箱，再由冷水箱給熱水器加水。或是選用較小的泵上水，增加水位控制，在水滿后迅速停泵。
還有一種情況是由于冰凍或是其他原因造成排氣孔不暢或堵死。這種情況與上述情況相反，在用水時，儲水箱內(nèi)的空氣成為密閉氣體，隨著水面的下降，形成負壓，真空管受到負壓的影響向上竄動，而在上水時又會形成正壓，向下竄動，如此反復，造成真空管炸裂。
綜上所述，真空管炸裂有非常復雜的原因，在排除所有的安裝使用方面的原因后，再確定真空管自身質(zhì)量，進行同批次真空管質(zhì)量對比，最后確定具體的炸管原因。
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