太陽(yáng)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(guó)家安全及人民日常生活具有高度的戰(zhàn)略意義，利用太陽(yáng)能光熱的太陽(yáng)能熱水器，越來越廣的走進(jìn)千家萬戶，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。想在未來激烈的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，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(yáng)能住宅

太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)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(guó)，是一個(gè)能源消耗大國(guó)，每年全國(guó)能耗約占全世界能耗總量的13，而全國(guó)總能耗中，有13是來自建筑能耗?！跋蛭蓓斠茉础?，太陽(yáng)能熱水器就是吸收太陽(yáng)的輻射熱能，加熱冷水提供給人們?cè)谏睢⑸a(chǎn)中使用的節(jié)能設(shè)備。太陽(yáng)能熱水器把太陽(yáng)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?cè)谏睢⑸a(chǎn)中的熱水使用。

一.太陽(yáng)能原理概述

太陽(yáng)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(chǔ)存在儲(chǔ)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(huì)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(yáng)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(yáng)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(guó)市場(chǎng)上普及的是全玻璃太陽(yáng)能集熱真空管。而國(guó)外成熟的集熱器都是平板集熱器，平板集熱器具有壽命長(zhǎng)、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(guó)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(guó)內(nèi)主流太陽(yáng)能廠家歪曲了平板集熱器的性能。水箱內(nèi)膽是儲(chǔ)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能熱水器是由全玻璃真空集熱管、儲(chǔ)水箱、支架及相關(guān)附件組成，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠玻璃真空集熱管。集熱管受陽(yáng)光照射面溫度高，集熱管背陽(yáng)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(shì)能。由于分子增加了勢(shì)能，兩分子間就會(huì)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(huì)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(huì)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(gòu)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(zhǎng)壽命的目的。

結(jié)語(yǔ)

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(yáng)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(yáng)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(huì)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(yáng)熱水器智能化是與時(shí)俱進(jìn)的要求，在勢(shì)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(duì)稱交流信號(hào)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(yáng)能領(lǐng)域中的應(yīng)用[j].江漢大學(xué)，2009