第3章 全玻璃熱管真空太陽集熱管
玻璃熱管集熱器的防爆原理
熱管在運行狀態為汽液兩相狀態，從物質的熱力學數據中可以查到工質的飽和壓力和飽和溫度相互關系。眾所周知，在兩相狀態時，工質的壓力隨著溫度的提高而急劇的升高。當壓力升高到超過容器的承受壓力時，就會爆炸。因此，熱管就有防爆問題存在。一種明顯的特例——就是玻璃熱管，太陽能熱水器上用的玻璃熱管的耐壓為6atm
，而悶曬溫度可達到300℃，一般玻璃熱管工質采用水溶液，水的P=f（T）曲線畫在防爆原理圖上，其數據為T=100℃，P=1atm；T=150℃，P=4.8大氣壓；T=200℃，P=15.9atm；T=250℃，P=40atm；T=300℃，P=87.6atm。所以到悶曬溫度300℃，其壓力為87.6atm，玻璃管早已被炸。
圖1 防爆原理圖
我們設計的防爆原理是利用理想氣體定律：理想氣體的壓力與絕對溫度成正比，P～T，而我們知道水的P=f（T）關系是P～T，在防爆原理圖上我們找到了極限點A，其參數為：P=6atm，T=300℃，由A點作45°的斜線，與水的P=f（T）曲線的交點K。此K點為臨界點。當熱管工作溫度升到K點時，此時，熱管工質就應該全部變成氣體。如果熱管工作溫度再升高，則按照理想氣體定律，沿著KA方向升高，即使到了工作溫度300℃，其壓力也只有6atm，保證熱管不會被爆，這就是熱管的防爆理論，見圖1。
當熱管的工質變為氣體后，防爆是成功了，但熱管是否還能運行下去呢？事實上是在運行。這是什么原因呢？
運行原因可以這樣解析：因為工質全部變為汽相，按照熱管原理是無法運行了，因為蒸發段沒有液體，只有汽相。當太陽光通過玻璃管把熱量傳給汽相時，汽相按照自然對流傳熱方式，把熱量帶走，蒸汽上升到冷凝段時，放出熱量，被水箱中的水帶走，汽相變為液體，靠重力向下流，流不到蒸發段的中部，又被蒸發汽化，總之，這種玻璃熱管，即能防爆，也能正常運行。
這種防爆的玻璃熱管的充裝量為玻璃管的體積的0.1%～0.5%，與普通的熱管的充裝量5%～10%相差數十倍。
這種玻璃熱管的防爆原理，我們已有發明專利，國家也為此制訂了國家生產標準。
作者簡介
黃永定：江蘇奧萊佳太陽能科技有限公司董事長，博士研究生，高級經濟師。太陽能熱利用專家，品牌中國太陽能專業委員會副主任，從事太陽能行業二十余年，個人獲得專利授權二十余項，并曾四次作為主要起草人參編國家標準。其發明的“聚光管太陽能熱水器”獲得了國家重點新產品證書，其他專利產品多次在國際發明展覽會上獲得金獎，為中國發明協會“第七屆發明創業獎”獲得者；并曾榮獲“中國優秀創新企業家”榮譽稱號！