真空管直插式非承壓太陽(yáng)能熱水器是通過(guò)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(chǔ)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(gè)水箱的水的溫度升高。在實(shí)際的使用過(guò)程中，有許多原因會(huì)造成真空管炸裂，影響到使用。下面針對(duì)不同的原因進(jìn)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(jī)械加工性能、化學(xué)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(wú)法機(jī)械化成型，產(chǎn)生分相使抗水性和機(jī)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(guò)14％ 時(shí)， 玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，造成分相。分相后的玻璃抗水性會(huì)下降到5級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度下降到原來(lái)的I／5。玻璃因抗水性能
下降造成侵蝕后，表面會(huì)出現(xiàn)大量微小裂紋，另外也會(huì)在相界面上裂開(kāi)。
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(shí)的成型溫度已經(jīng)不是在供料機(jī)生產(chǎn)時(shí)粘度為104P時(shí)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(jī)械強(qiáng)度大大下降。在加工過(guò)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(qiáng)度大大降低。在生產(chǎn)真空管時(shí)，對(duì)玻璃管的劃傷長(zhǎng)度有具體的要求國(guó)標(biāo)要求成品管劃傷長(zhǎng)度不得超過(guò)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(yáng)選擇性吸收膜層，將太陽(yáng)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(kāi)口設(shè)計(jì)，通過(guò)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(jìn)行支撐。當(dāng)吸熱體在吸收太陽(yáng)光能，溫度升高后，內(nèi)玻璃管受熱膨脹，卡子可緩沖工作時(shí)因膨脹造成的對(duì)真空管開(kāi)口端的應(yīng)力。
（3)真空管加工過(guò)程對(duì)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(shí)，要進(jìn)行燈工加工。這時(shí)如果火焰溫度調(diào)節(jié)不當(dāng)，則會(huì)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(shí)，對(duì)內(nèi)外管進(jìn)行封接，在管口處可能會(huì)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(guó)標(biāo)規(guī)定全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)不大于5X10-2Pa，幾乎不存在氣體對(duì)流和熱傳導(dǎo)。但這樣的負(fù)壓對(duì)真空管的缺陷部位形成較大的壓力。玻璃毛管在加工過(guò)程中出現(xiàn)的條紋、結(jié)石、氣泡、結(jié)瘤等玻璃缺陷也會(huì)在負(fù)壓下使玻璃管的強(qiáng)度大幅度下降，因此國(guó)標(biāo)中對(duì)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(lái)，形成吸氣膜。高頻烤消對(duì)卡子產(chǎn)生一定的影響，當(dāng)烤消時(shí)間較長(zhǎng)或者高頻功率較高時(shí)，對(duì)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(duì)內(nèi)管的有效支撐。
在燈工、封離等玻璃加工過(guò)程中，由于玻璃是熱的不良導(dǎo)體，不可避免地會(huì)因?yàn)闇囟炔钤斐煞窒?，?jiǎn)稱(chēng)為內(nèi)應(yīng)力。去除內(nèi)應(yīng)力一般采用退火法，在玻璃的軟化點(diǎn)溫度開(kāi)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(yīng)力。應(yīng)
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(jìn)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(chǔ)水箱和真空管內(nèi)表面上，生成的固體附著物稱(chēng)為水垢。
(1)水垢的形成
含有暫時(shí)硬度的水在受熱過(guò)程中，一些鈣鎂鹽類(lèi)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(lèi)超過(guò)了其溶解度．當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，鹽類(lèi)在蒸發(fā)面上析出。隨著溫度升高，某些鹽類(lèi)溶解度下降，CaSO4 和CaSiO 3等也會(huì)析出。
對(duì)于水中原來(lái)溶解度比較大的鹽類(lèi)，與其他的鹽或者堿發(fā)生反應(yīng)形成難溶于水的鹽類(lèi)。
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(jiān)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(fù)荷較大的受熱面上
形成，它沉淀為硅灰石，垢的硬度較大，導(dǎo)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(jiān)硬的水垢，又可以是松軟的水渣。當(dāng)進(jìn)行微弱蒸發(fā)時(shí)，碳酸鹽常沉淀成堅(jiān)硬的結(jié)晶狀水垢。當(dāng)水進(jìn)行劇烈沸騰時(shí)，碳酸鹽又常常沉淀為水渣。
(2)水垢的危害
水垢的導(dǎo)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(dǎo)熱流體熱交換受到阻礙，影響到水溫的提高。同時(shí)在水垢的內(nèi)外表面形成一定的溫度差，當(dāng)太陽(yáng)輻照較好的時(shí)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(jìn)入達(dá)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(jī)的分布，對(duì)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(shí)，在無(wú)水時(shí)也會(huì)造成真空管的炸裂。
水垢一般在7O℃ 以上時(shí)容易形成，因此在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水器時(shí)，應(yīng)注意水箱的配水量，水溫不宜過(guò)高。
三、熱水器使用不當(dāng)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(guò)程中，當(dāng)太陽(yáng)輻照量達(dá)到800MJ／(m2·h)，真空集熱管的吸熱體的表面溫度可以達(dá)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(dá)到300。C以上，在這個(gè)時(shí)候如果突然給太陽(yáng)能熱水器上水，就會(huì)造成由于冷熱沖擊造成的炸管。這就是為什么在太陽(yáng)熱水器說(shuō)明書(shū)中再三強(qiáng)調(diào)不能正午上水的原因。
還有一種情況，當(dāng)太陽(yáng)能熱水器在長(zhǎng)時(shí)間不用的時(shí)候，上面儲(chǔ)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(huì)出現(xiàn)炸管，原因是當(dāng)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(kāi)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(duì)整個(gè)熱水器的使用有非常重要的影響，很多的問(wèn)題都出現(xiàn)在安裝質(zhì)量上，比如，漏水問(wèn)題，；東堵問(wèn)題，水溫升不高的問(wèn)題，甚至真空管炸裂也與安裝有關(guān)系。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有的熱水器在安裝時(shí)，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(shí)，或者有風(fēng)時(shí)，熱水器出現(xiàn)晃動(dòng)，造成真空管受力，這種情況下發(fā)生破裂時(shí)，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(shí)，假若儲(chǔ)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(huì)導(dǎo)致發(fā)生炸管。當(dāng)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(dòng)，壓力就會(huì)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(shí)，應(yīng)嚴(yán)格地按照安裝說(shuō)明進(jìn)行安裝，將熱水器調(diào)整到合適的角度，并進(jìn)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(shí)受到時(shí)間的影響，不能滿足按要求進(jìn)行上水，用水。有的用戶直接將功率大，揚(yáng)程高的泵加在熱水器上，這樣就會(huì)造成熱水器的儲(chǔ)水箱在上水的瞬間承壓，如圖5所示。
此時(shí)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(dòng)的趨勢(shì)，但由于下端的固定，造成真空管的受力，在反復(fù)沖擊下，真空管的強(qiáng)度會(huì)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(shí)又比較分散，不容易辨別。解決此種問(wèn)題的最佳辦法是改變上水方式，預(yù)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?；蚴沁x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(shí)，儲(chǔ)水箱內(nèi)的空氣成為密閉氣體，隨著水面的下降，形成負(fù)壓，真空管受到負(fù)壓的影響向上竄動(dòng)，而在上水時(shí)又會(huì)形成正壓，向下竄動(dòng)，如此反復(fù)，造成真空管炸裂。
綜上所述，真空管炸裂有非常復(fù)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(jìn)行同批次真空管質(zhì)量對(duì)比，最后確定具體的炸管原因。
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