一种方便排垢排空太阳能集热器的研究探讨
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摘 要：目前，应用在太阳能集热器中的水多为自来水，由于大多数地区水质很硬，会产生很多水垢;尤其在广大的偏远地区，太阳能集热器用水并无过滤直接来自于地下水，而地下水水质更硬，会产生更多的沉淀和有害物质。现在通用的太阳能集热器自身结构中，没有设置排水垢装置和排空装置。除水垢的唯一办法就是拆卸集热管，将水垢倒掉，这就需要维修人员爬至楼顶，完成集热管的清理，费时、费力，且集热管拆卸安装时容易损坏。由于没有排空装置，遇上寒冷的天气，集热管内的水排不掉，容易造成管体内的水冻结，损坏集热管。针对存在的问题，设计了一种方便排垢排空太阳能集热器，可使太阳能集热器内的水垢随时清理干净，同时也能做到彻底排空。省去了爬至楼顶拆卸集热管的麻烦，避免了因水冻结而损坏集热管。
关键词：太阳能集热器 水垢 太阳能集热管 排垢 排空
中图分类号：TK513 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0076-02
众所周知，水在60℃及其以上温度时容易产生以钠镁离子为主要成分的沉积物，又称“水垢”[1-2]。
太阳能集热器在使用过程中，会产生大量水垢等有害沉淀物，沉淀于集热管内壁或依附于储水桶内壁上，从而成为最大的污染源，大大降低了水的质量[3]。
现有太阳能集热器除垢的唯一办法，就是拆卸太阳能集热管，将水垢倒掉。需要维修人员爬至楼顶，这样费时、费力。且容易损坏集热管。如果遇上寒冷的天气，集热管内的水排不掉，容易造成管体内的水冻结，损坏集热管[4]。
设计了一种方便排垢排空太阳能集热器，在使用太阳能集热器的同时，室内便轻松解决了集热器后排空的问题。
1 结构原理
传统太阳能集热器结构如图1所示，由排气口、保温层外壳、保温层、储水桶、硅胶密封圈、防尘圈、太阳能集热管、进、出水口、机架、太阳能集热管托架等组成。
方便排垢排空太阳能集热器结构如图2所示，在传统太阳能集热器结构的基础上，将进、出水口改造，新的进、出水口结构由硅胶软管、硅胶软管接头、末端不锈钢管、三通、中间不锈钢管、出水端不锈钢管、接头、洗浴下水管、混水阀、接喷头水出口、三通、抽吸装置外壳体、手轮、活塞等组成。
三通用中间不锈钢管连接在一起，两端连接末端不锈钢管和出水端不锈钢管，末端不锈钢管和出水端不锈钢管分别焊接在储水桶的两端中心位置，末端不锈钢管靠近储水桶端面的一端封口，防止漏水。出水端不锈钢管的另一端伸出储水桶，用接头连接洗浴下水管。
硅胶软管接头一端的外园加工上锯齿，用于插入硅胶软管;另一端外圆加工上螺纹，螺纹端拧三通内螺纹上。
硅胶软管一端触及集热管底部，另一端插在硅胶软管接头的锯齿外园上，最后和三通连接。和集热管底部接触的硅胶软管一端，加工上一个斜口，目的是防止硅胶软管和集热管底部紧密接触，从而堵塞出水口，影响出水。
在使用太阳能集热器时，打开室内混水阀，热水（水垢）经过由硅胶软管、硅胶软管接头、末端不锈钢管、三通、中间不锈钢管、出水端不锈钢管、接头、洗浴下水管、混水阀等，从喷头喷出。这样，在使用过程中，集热管底部及储水桶内的热水（水垢）随时排出。
三通、抽吸装置外壳体、手轮、活塞等组成抽吸装置。
2 安装程序及工作原理
2.1 安装程序
在太阳能集热器制造时，中间不锈钢管两端的外螺纹将各个三通用连接起来，末端不锈钢管、出水端不锈钢管的一端拧入三通，另一端分别焊接在储水桶的两端中心位置，硅胶软管接头的螺纹端拧入三通。
现场安装太阳能集热器制造时，现将硅胶软管插入硅胶软管接头的锯齿外园上，然后将硅胶密封圈穿过硅胶软管，安装在集热器储水桶的孔内;硅胶软管的另一端切割上一个斜口，防止硅胶软管和集热管底部紧密接触，从而堵塞出水口，影响出水和排空;防尘圈套在太阳能集热管的外壁;将硅胶软管插入太阳能集热管的内孔，将太阳能集热管插入硅胶密封圈内孔，并调整好安装角度，使之密封完好;最后将防尘圈固定在储水桶的外壁上，使集热管和太阳能集热管托架紧密接触。
室内安装时，将抽吸装置的手轮、外壳体、活塞等连接在由三通上，其它安装程序和传统太阳能集热器相同。
2.2 工作原理
太阳能集热器在使用时，集热管的底部热水依次通过硅胶软管、硅胶软管接头、三通、中间不锈钢管、出水端不锈钢管、接头、洗浴下水管、混水阀、喷头流出。
储水桶内部产生的水垢落入集热管的底部，由于热水是从集热管的底部流出的，故集热管底部的热水（水垢）可随时排出。
如果遇上寒冷的天气，可将集热管内的水全部排空，避免了储水桶和集热管冻裂的现象。
需要说明的是，热水是从集热管的底部流出的，既热水流出位置在集热器的最低位置。在通常情况下，太阳能集热器的下水管路中是储存满水的，即打开混水阀，便有热水流出，同时，利用虹吸原理，集热管的底部的水随之流出。
当太阳能集热器的下水管路中无水或水量较小时，集热管底部的水无法流出。此时，有两个解决办法：
（1）关闭淋浴喷头，打开混水阀，启用抽吸装置，用手轮来回拉动活塞几下，抽吸装置外壳体内产生一定负压，帶动下水管路产生一定负压，便可将集热管的底部的水吸出，然后再打开淋浴喷头，便有热水流出。
（2）将混水阀切换到上水位置，稍微上一点水，下水管路中便有了水，然后将混水阀切换到下水位置，下水管路中的水开始流出，利用虹吸原理，集热管的底部的水随之流出。
当然，太阳能集热器的下水管路中无水或水量较小，这是极个别的情况，在通常情况下，太阳能集热器的下水管路中是储存满水的，是能够正常使用的。
3 结语
方便排垢排空太阳能集热器，避免了维修人员爬至楼顶清理太阳能集热器水垢的麻烦，避免了损坏集热管，省时、省力。
在使用太阳能集热器的同时，集热管底部的水垢可随时排出。
天气寒冷的时候，可将集热管内的水全部排空，避免了储水桶和集热管冻裂的现象。
参考文献
[1] 刘洪绪.太阳能热水器水垢的危害及解决办法[J].太阳能，2010（8）：61-64.
[2] 刘洪绪，李小芬.太阳能热水器水垢的解决办法[J].现代家电，2010（6）：65-66.
[3] 梁笃荣.水垢对太阳能热水系统的危害及解决措施[J].太阳能，2015（3）：69-72.
[4] 张义胜，李素云，张欣倪，等.一种太阳能集热器排垢及排空装置.CN 206618132 U[P].2017-11-7.
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