一種方便排垢排空太陽能集熱器的研究探討

張義勝 張欣倪 李素云

摘? ?要：目前，應用在太陽能集熱器中的水多為自來水，由于大多數地區水質很硬，會產生很多水垢;尤其在廣大的偏遠地區，太陽能集熱器用水并無過濾直接來自于地下水，而地下水水質更硬，會產生更多的沉淀和有害物質。現在通用的太陽能集熱器自身結構中，沒有設置排水垢裝置和排空裝置。除水垢的唯一辦法就是拆卸集熱管，將水垢倒掉，這就需要維修人員爬至樓頂，完成集熱管的清理，費時、費力，且集熱管拆卸安裝時容易損壞。由于沒有排空裝置，遇上寒冷的天氣，集熱管內的水排不掉，容易造成管體內的水凍結，損壞集熱管。針對存在的問題，設計了一種方便排垢排空太陽能集熱器，可使太陽能集熱器內的水垢隨時清理干凈，同時也能做到徹底排空。省去了爬至樓頂拆卸集熱管的麻煩，避免了因水凍結而損壞集熱管。

關鍵詞：太陽能集熱器? 水垢? 太陽能集熱管? 排垢? 排空

中圖分類號：TK513? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0076-02

眾所周知，水在60℃及其以上溫度時容易產生以鈉鎂離子為主要成分的沉積物，又稱“水垢”[1-2]。

太陽能集熱器在使用過程中，會產生大量水垢等有害沉淀物，沉淀于集熱管內壁或依附于儲水桶內壁上，從而成為最大的污染源，大大降低了水的質量[3]。

現有太陽能集熱器除垢的唯一辦法，就是拆卸太陽能集熱管，將水垢倒掉。需要維修人員爬至樓頂，這樣費時、費力。且容易損壞集熱管。如果遇上寒冷的天氣，集熱管內的水排不掉，容易造成管體內的水凍結，損壞集熱管[4]。

設計了一種方便排垢排空太陽能集熱器，在使用太陽能集熱器的同時，室內便輕松解決了集熱器后排空的問題。

1? 結構原理

傳統太陽能集熱器結構如圖1所示，由排氣口、保溫層外殼、保溫層、儲水桶、硅膠密封圈、防塵圈、太陽能集熱管、進、出水口、機架、太陽能集熱管托架等組成。

方便排垢排空太陽能集熱器結構如圖2所示，在傳統太陽能集熱器結構的基礎上，將進、出水口改造，新的進、出水口結構由硅膠軟管、硅膠軟管接頭、末端不銹鋼管、三通、中間不銹鋼管、出水端不銹鋼管、接頭、洗浴下水管、混水閥、接噴頭水出口、三通、抽吸裝置外殼體、手輪、活塞等組成。

三通用中間不銹鋼管連接在一起，兩端連接末端不銹鋼管和出水端不銹鋼管，末端不銹鋼管和出水端不銹鋼管分別焊接在儲水桶的兩端中心位置，末端不銹鋼管靠近儲水桶端面的一端封口，防止漏水。出水端不銹鋼管的另一端伸出儲水桶，用接頭連接洗浴下水管。

硅膠軟管接頭一端的外園加工上鋸齒，用于插入硅膠軟管;另一端外圓加工上螺紋，螺紋端擰三通內螺紋上。

硅膠軟管一端觸及集熱管底部，另一端插在硅膠軟管接頭的鋸齒外園上，最后和三通連接。和集熱管底部接觸的硅膠軟管一端，加工上一個斜口，目的是防止硅膠軟管和集熱管底部緊密接觸，從而堵塞出水口，影響出水。

在使用太陽能集熱器時，打開室內混水閥，熱水（水垢）經過由硅膠軟管、硅膠軟管接頭、末端不銹鋼管、三通、中間不銹鋼管、出水端不銹鋼管、接頭、洗浴下水管、混水閥等，從噴頭噴出。這樣，在使用過程中，集熱管底部及儲水桶內的熱水（水垢）隨時排出。

三通、抽吸裝置外殼體、手輪、活塞等組成抽吸裝置。

2? 安裝程序及工作原理

2.1 安裝程序

在太陽能集熱器制造時，中間不銹鋼管兩端的外螺紋將各個三通用連接起來，末端不銹鋼管、出水端不銹鋼管的一端擰入三通，另一端分別焊接在儲水桶的兩端中心位置，硅膠軟管接頭的螺紋端擰入三通。

現場安裝太陽能集熱器制造時，現將硅膠軟管插入硅膠軟管接頭的鋸齒外園上，然后將硅膠密封圈穿過硅膠軟管，安裝在集熱器儲水桶的孔內;硅膠軟管的另一端切割上一個斜口，防止硅膠軟管和集熱管底部緊密接觸，從而堵塞出水口，影響出水和排空;防塵圈套在太陽能集熱管的外壁;將硅膠軟管插入太陽能集熱管的內孔，將太陽能集熱管插入硅膠密封圈內孔，并調整好安裝角度，使之密封完好;最后將防塵圈固定在儲水桶的外壁上，使集熱管和太陽能集熱管托架緊密接觸。

室內安裝時，將抽吸裝置的手輪、外殼體、活塞等連接在由三通上，其它安裝程序和傳統太陽能集熱器相同。

2.2 工作原理

太陽能集熱器在使用時，集熱管的底部熱水依次通過硅膠軟管、硅膠軟管接頭、三通、中間不銹鋼管、出水端不銹鋼管、接頭、洗浴下水管、混水閥、噴頭流出。

儲水桶內部產生的水垢落入集熱管的底部，由于熱水是從集熱管的底部流出的，故集熱管底部的熱水（水垢）可隨時排出。

如果遇上寒冷的天氣，可將集熱管內的水全部排空，避免了儲水桶和集熱管凍裂的現象。

需要說明的是，熱水是從集熱管的底部流出的，既熱水流出位置在集熱器的最低位置。在通常情況下，太陽能集熱器的下水管路中是儲存滿水的，即打開混水閥，便有熱水流出，同時，利用虹吸原理，集熱管的底部的水隨之流出。

當太陽能集熱器的下水管路中無水或水量較小時，集熱管底部的水無法流出。此時，有兩個解決辦法：

（1）關閉淋浴噴頭，打開混水閥，啟用抽吸裝置，用手輪來回拉動活塞幾下，抽吸裝置外殼體內產生一定負壓，帶動下水管路產生一定負壓，便可將集熱管的底部的水吸出，然后再打開淋浴噴頭，便有熱水流出。

（2）將混水閥切換到上水位置，稍微上一點水，下水管路中便有了水，然后將混水閥切換到下水位置，下水管路中的水開始流出，利用虹吸原理，集熱管的底部的水隨之流出。

當然，太陽能集熱器的下水管路中無水或水量較小，這是極個別的情況，在通常情況下，太陽能集熱器的下水管路中是儲存滿水的，是能夠正常使用的。

3? 結語

方便排垢排空太陽能集熱器，避免了維修人員爬至樓頂清理太陽能集熱器水垢的麻煩，避免了損壞集熱管，省時、省力。

在使用太陽能集熱器的同時，集熱管底部的水垢可隨時排出。

天氣寒冷的時候，可將集熱管內的水全部排空，避免了儲水桶和集熱管凍裂的現象。

參考文獻

[1] 劉洪緒.太陽能熱水器水垢的危害及解決辦法[J].太陽能，2010（8）：61-64.

[2] 劉洪緒，李小芬.太陽能熱水器水垢的解決辦法[J].現代家電，2010（6）：65-66.

[3] 梁篤榮.水垢對太陽能熱水系統的危害及解決措施[J].太陽能，2015（3）：69-72.

[4] 張義勝，李素云，張欣倪，等.一種太陽能集熱器排垢及排空裝置.CN 206618132 U[P].2017-11-7.