第3章 全玻璃热管真空太阳集热管
玻璃热管集热器的防爆原理
热管在运行状态为汽液两相状态，从物质的热力学数据中可以查到工质的饱和压力和饱和温度相互关系。众所周知，在两相状态时，工质的压力随着温度的提高而急剧的升高。当压力升高到超过容器的承受压力时，就会爆炸。因此，热管就有防爆问题存在。一种明显的特例——就是玻璃热管，太阳能热水器上用的玻璃热管的耐压为6atm
，而闷晒温度可达到300℃，一般玻璃热管工质采用水溶液，水的P=f（T）曲线画在防爆原理图上，其数据为T=100℃，P=1atm；T=150℃，P=4.8大气压；T=200℃，P=15.9atm；T=250℃，P=40atm；T=300℃，P=87.6atm。所以到闷晒温度300℃，其压力为87.6atm，玻璃管早已被炸。
图1 防爆原理图
我们设计的防爆原理是利用理想气体定律：理想气体的压力与绝对温度成正比，P～T，而我们知道水的P=f（T）关系是P～T，在防爆原理图上我们找到了极限点A，其参数为：P=6atm，T=300℃，由A点作45°的斜线，与水的P=f（T）曲线的交点K。此K点为临界点。当热管工作温度升到K点时，此时，热管工质就应该全部变成气体。如果热管工作温度再升高，则按照理想气体定律，沿着KA方向升高，即使到了工作温度300℃，其压力也只有6atm，保证热管不会被爆，这就是热管的防爆理论，见图1。
当热管的工质变为气体后，防爆是成功了，但热管是否还能运行下去呢？事实上是在运行。这是什么原因呢？
运行原因可以这样解析：因为工质全部变为汽相，按照热管原理是无法运行了，因为蒸发段没有液体，只有汽相。当太阳光通过玻璃管把热量传给汽相时，汽相按照自然对流传热方式，把热量带走，蒸汽上升到冷凝段时，放出热量，被水箱中的水带走，汽相变为液体，靠重力向下流，流不到蒸发段的中部，又被蒸发汽化，总之，这种玻璃热管，即能防爆，也能正常运行。
这种防爆的玻璃热管的充装量为玻璃管的体积的0.1%～0.5%，与普通的热管的充装量5%～10%相差数十倍。
这种玻璃热管的防爆原理，我们已有发明专利，国家也为此制订了国家生产标准。
作者简介
黄永定：江苏奥莱佳太阳能科技有限公司董事长，博士研究生，高级经济师。太阳能热利用专家，品牌中国太阳能专业委员会副主任，从事太阳能行业二十余年，个人获得专利授权二十余项，并曾四次作为主要起草人参编国家标准。其发明的“聚光管太阳能热水器”获得了国家重点新产品证书，其他专利产品多次在国际发明展览会上获得金奖，为中国发明协会“第七届发明创业奖”获得者；并曾荣获“中国优秀创新企业家”荣誉称号！