太陽能領(lǐng)域中的機(jī)械自動(dòng)化研究

楊靜

摘要：能源作為未來三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，在保障國家安全及人民日常生活具有高度的戰(zhàn)略意義，利用太陽能光熱的太陽能熱水器，越來越廣的走進(jìn)千家萬戶，競爭日趨激烈。想在未來激烈的產(chǎn)業(yè)競爭中取得優(yōu)勢，必須降低生產(chǎn)成本，降低成本的關(guān)鍵就是要提升生產(chǎn)流程的機(jī)械自動(dòng)化程度，機(jī)械設(shè)備要具備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)備原料遠(yuǎn)程跟蹤系統(tǒng)等。

關(guān)鍵詞：熱能性 機(jī)械自動(dòng)化 智能化技術(shù) 太陽能住宅

太陽能熱水器是太陽能成果應(yīng)用中的一大產(chǎn)業(yè)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，迅速贏得了廣大消費(fèi)者的青睞，中國，是一個(gè)能源消耗大國，每年全國能耗約占全世界能耗總量的13，而全國總能耗中，有13是來自建筑能耗?！跋蛭蓓斠茉础?，太陽能熱水器就是吸收太陽的輻射熱能，加熱冷水提供給人們在生活、生產(chǎn)中使用的節(jié)能設(shè)備。太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。

一.太陽能原理概述

太陽輻射透過玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時(shí)通過下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度 。

影響平板式集熱器板芯性能的主要因素，一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是表面吸收涂層。設(shè)計(jì)良好的集熱器的板芯肋片效率應(yīng)該在93%以上。集熱器的板芯肋片效率與板芯結(jié)構(gòu)、表面處理以及集熱器整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

保溫材料的好壞直接關(guān)系著熱效率和晚間清晨的使用，在寒冷的東北尤其重要。目前較好的保溫方式是進(jìn)口聚氨脂保溫，若配料、工藝、環(huán)境、溫度不適，也會造成發(fā)泡不均或泡孔過大、工質(zhì)緩慢漏失保溫性逐漸下降的后果，這就需要廠家有專門的發(fā)泡機(jī)械、標(biāo)準(zhǔn)化模具和較高的工藝技術(shù)水平。

二.太陽熱水器從“制造”走向“智造”

數(shù)字化一體機(jī)系統(tǒng)，是將傳感器和水箱從根本上做了技術(shù)和結(jié)構(gòu)的革新，實(shí)現(xiàn)了與水箱的一體原裝，使其不受高溫、水垢的影響，讓傳感器的使用壽命達(dá)到與太陽能熱水器相同，即便是萬一有損壞，也可即時(shí)更換，非常方便，從而做到真正意義上的“原裝數(shù)字化”。

目前中國市場上普及的是全玻璃太陽能集熱真空管。而國外成熟的集熱器都是平板集熱器，平板集熱器具有壽命長、穩(wěn)定性高、可回收的優(yōu)點(diǎn)，但由于較真空管集熱器成本稍高，國內(nèi)生產(chǎn)的很多價(jià)格低廉的平板集熱器性能確實(shí)不好，因此被國內(nèi)主流太陽能廠家歪曲了平板集熱器的性能。水箱內(nèi)膽是儲存熱水的重要部分，其用材料強(qiáng)度和耐腐蝕性至關(guān)重要。普通式太陽能熱水器：就是將真空玻璃管直接插入水箱中，利用加熱水的循環(huán)，使得水箱中的水溫升高，這是目前廠家都采用的。也是一只流行到現(xiàn)在的最常規(guī)的熱水器。分體式熱水器：分體式熱水器是為了解決不是頂層用戶也能使用太陽能熱水器而誕生的。分體式的循環(huán)有2種，一種是靠水的自然循環(huán)，這種熱水器熱交換效率很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用水要求;另一種是靠泵循環(huán)熱交換，這也是為了解決自然循環(huán)效率低的問題，使用泵循環(huán)，可以明顯改善水的熱交換。

太陽能熱水器是由全玻璃真空集熱管、儲水箱、支架及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠玻璃真空集熱管。集熱管受陽光照射面溫度高，集熱管背陽面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。

三.機(jī)械自動(dòng)化之路探索研究

當(dāng)前，水位傳染器多數(shù)采用金屬部件，而金屬部件的重要特征是熱脹冷縮，熱脹冷縮是物質(zhì)的宏觀變化，體積變大，而它的微觀變化是：分子在獲得熱能的同時(shí)，增大了分子動(dòng)能，同時(shí)增大了分子的勢能。由于分子增加了勢能，兩分子間就會發(fā)生位移，當(dāng)兩分子間的距離大于水垢離子（鈣、鎂離子）的直徑時(shí)，水垢離子就會乘虛而入，這樣多個(gè)水垢離子分別至于多組分子之間，從而形成了水垢晶核，當(dāng)水垢晶核形成之后，水垢離子就會聚合到水垢晶核上，水垢急速形成。在宏觀上，水溫在63℃以上可達(dá)到水垢為晶核[fu2]的培養(yǎng)基。

膠類材料由于分子之間與上述物質(zhì)是截然不同的排列順序，收購晶核很難形成，因此就不容易結(jié)水垢，可以成為較理想的水位傳感器。如果膠類材料再添加防垢高微分子材料，即可達(dá)到理想的防結(jié)垢目的。整個(gè)傳感器采用實(shí)心硅膠加高微分子，一次成型而不含金屬件（眾所周知，金屬件易結(jié)水垢），從而使傳感器達(dá)到了長壽命的目的。

結(jié)語

自動(dòng)上水器能使人們的生活方便、節(jié)水、節(jié)能、省心，意義是很大的。而自動(dòng)上水器的使用壽命一般由傳感器的壽命決定。由于太陽熱水器的水溫很高，水中的鈣、鎂離子很容易達(dá)到水垢晶核形成的條件，這樣，接觸式金屬傳感器極易結(jié)垢，傳感器失靈，上水器失去自動(dòng)化的意義。有的太陽能經(jīng)銷商為此曾付出過代價(jià)，盡管用戶要求配自動(dòng)上水器，經(jīng)銷商也不愿意給用戶安裝自動(dòng)上水器。如果能解決水中傳感器結(jié)水垢及腐蝕的問題，自動(dòng)上水器的正常使用壽命會幾十倍的增加，經(jīng)銷商就可大膽地滿足用戶的要求，既節(jié)水又方便。因此，普及是遲早的事。太陽熱水器智能化是與時(shí)俱進(jìn)的要求，在勢所趨。有效措施是：不使用易結(jié)垢的金屬和塑料傳感器，而使用難結(jié)垢的膠類傳感器，采用對稱交流信號的防電腐蝕控制電器。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李強(qiáng).機(jī)械自動(dòng)化在太陽能領(lǐng)域中的應(yīng)用[j].江漢大學(xué)，2009