全玻璃太阳集热管烘烤排气工艺采用复合分子泵抽高真空

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)皇明太阳能集团镀膜研发中心 作者:王双

  采用复合分子泵替代油扩散泵进行全玻璃真空太阳集热管排气烘烤抽高真空试验。选用了三种型号分子泵,在集热管自动连续烘烤排气线上进行实验。经过约一年较长时间生产运行试验后,分子泵经受了190 次以上的集热管管口破裂引起的大气冲击,没有损坏,抽真空性能无明显变化。采用分子泵烘烤排气工艺制备的集热管,按国标在温度350℃,48 h 高温老化试验后,吸气剂镜面消失率约为5%,仅为国标规定值的10%。

  全玻璃真空集热管是太阳能热水器的核心部件,其质量好坏直接影响热水器的热性能。集热管夹层之间的真空性能是关键指标之一,影响集热管的热损,从而影响热效率。太阳能热水器的集热管使用寿命通常为20 年,运行过程中集热管的温度约50℃~80℃,集热管本身放气,使内外玻璃管之间夹层中的真空度逐步下降。在20年使用过程中要求集热管夹层中气体的热传导热损远小于其辐射热损,如热传导热损小于总热损的10%。

  采用高温烘烤抽真空的方法,获得集热管保持长时间运行高真空性能[1]。集热管烘烤排气装置是生产集热管的关键设备之一,在该装置上集热管的内外玻璃管和太阳选择性吸收涂层在高温下加热烘烤排气,通过尾管对其夹层抽真空,获得集热管所需的高真空度,使得集热管在使用过程中放气量少。另外,集热管的最后工序为高频蒸发激活吸气剂。在集热管圆头封闭端激活的吸气剂涂层,吸收集热管高温运行过程中放出的微量气体,主要为水汽,从而集热管夹层内在20年运行期间保持良好的真空度。

  本工作在公司集热管生产部门的自动连续烘烤排气线上进行。国内集热管烘烤排气生产工艺中都采用油扩散泵抽高真空,本实验采用复合分子泵替代排气线台车上原油扩散泵抽高真空。与油扩散泵相比,分子泵本身具有无油、对水分子抽速长时间稳定、节能等优点。另外分子泵运行可靠,在长时间,如两年生产过程中几乎不用维护。但分子泵受大气冲击性能较差,价格较贵。

1、实验

  本实验采用复合分子泵替代油扩散泵抽高真空,在集热管自动连续排气线上进行。排气线装有42 辆装载烘烤排气集热管的台车,每辆台车装40 支集热管, 排气线运行传动速度约为0.80 m/min,每辆台车一天生产运行12 炉,排气线运行一天烘烤排气集热管2 万支。烘烤排气工艺为温度450℃,烘烤时间40 min。排气线台车的示意图如图1 所示[2]。台车的真空系统由前级旋片泵、复合分子泵和高真空管道系统组成。复合分子泵上方高真空阀的圆柱侧面开四个孔,引出四支连接真空管道。每支连接真空管道与一支装集热管真空管道连接。四支装集热管真空管道两端用盲法兰密封,组成两组平行管道。每组中两支装集热管真空管道头尾相连固定,相邻两端的间隙尽可能小。每支装集热管真空管道上通过尾管座可以装10 支待烘烤排气的集热管。连接真空管道和装集热管真空管道的内径约70 mm,内表面抛光。每支连接真空管道上装有一只隔离阀。高真空阀采用自行设计的阀门,阀的高度及阀杆的行程在不影响流导的情况下尽可能短,高度约为110 mm。图2 给出了集热管排气线上装有复合分子泵的台车照片。台车台面上装有两排集热管,紧靠台面以下为高真空管道系统,高真空阀下面为复合分子泵,替代原来装的油扩散泵。

排气线台车示意图

1. 密封尾管 2. 装集热管高真空管道 3. 盲法兰 4. 连接高真空管道 5. 高阀 6. 隔离阀 7. 复合分子泵 8. 旋片泵 9. 台车控制系统

图1 排气线台车示意图

集热管排气线上装有复合分子泵的台车照片

图2 集热管排气线上装有复合分子泵的台车照片

3、结论

  我们选用三种复合分子泵,抽速为600 L/s、1200 L/s 的水冷、1200 L/s 的风冷分子泵,分别安装在排气线的三台台车上,进行约一年集热管烘烤排气试验。抽速为600 L/s 的分子泵采用400 Hz 的工作频率,其余两台抽速为1200 L/s的采用350 Hz 的工作频率。

  三台分子泵在约一年生产运行过程中,台分子泵生产集热管9 万支以上,经受了190 次以上的集热管管口破裂大气冲击,分子泵叶片和盘片没有任何损坏,抽真空性能基本没有变化,仍能满足继续生产运行要求。

  采用三台分子泵抽真空的台车,在450℃持续40 min 烘烤排气过程中,早期压强较高约为5×10- 2 Pa,随着加热过程逐渐下降到1×10- 3 Pa左右,集热管封离时压强约为7.0×10- 4 Pa。抽速为600 L/s 分子泵早期压强与其余两台分子泵相比较高。

  采用分子泵烘烤排气工艺制备的集热管,加热350℃持续48 h 高温老化实验后,吸气剂镜面消失率约为5%,约仅为国标规定的10%,表明采用复合分子泵抽高真空制备的集热管真空性能优良。

参考文献

  [1] Chow S P, Harding G L and Collins R E. Degradation ofall- glass evacuated solar collector tubes [J]. Solar EnergyMaterials 1985(12):1.
  [2] 孟秀清,刘建新,陈革,章其初. 真空太阳能集热管烘烤排气装置的高真空装置[P].(中国) 专利号:ZL2005 2 0133236.9 (2007).
  [3] 杨乃恒,巴德纯,王晓冬,于治明. 分子泵的世纪回顾与展望[J].真空,2001,(2):1.
  [4] GB/T17049- 2005 全玻璃真空太阳集热管.

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