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归丽晶应用太阳能热水器:
归丽晶应用太阳能热水器
   一、前言
 探讨水垢及腐蚀问题。
二、解决水垢问题之探讨
前文已列出解决水垢问题之五种方法,其中比较常用的为双循环系统、磁波防垢法、电离子防垢器(superion-clean水处理器)及事后酸洗。现介绍一种防垢方法,有兴趣者不妨试试。此法为太阳能热水器前安装垢霸(HYDRUBLEND),垢霸不但可抑制水垢,且可防止侵蚀,更获得美国国家卫生基金会(National sanitary Foundation)核准,符合饮用水添加之标准60。其安装管径有1/4〞、3/8〞、3/4〞、1〞、1 1/2〞等,其处理水量有40,000加仑~80,000加仑不等。其适合流速分别为
40,000加仑,流速为1~20 GPM (0.06l/s~1.3l/s)
65,000加仑,流速为2~20 GPM (0.12l/s~1.3l/s)
80,000加仑,流速为6~20 GPM (0.36l/s~1.3l/s)

三、LSI法(Langelier Saturation index)〔1〕〔2〕

  1.美国Langelier氏饱和指数法,乃Langelier在1963年发表饱和指数(Saturation index)之计算法,以判定是否形成水垢或腐蚀之倾向。
LSI = PHa-PHs<0则不沉淀,有腐蚀倾向。
>0则会沉淀,有结水垢倾向。
式中 PHa待测水之实际之pH值
PHs待测水之饱和pH值,以下图做例子
  2.例子
   已知:水温=30°(注:通常可取太阳能热水器常达到之较高水温,如:50℃)
   PH=8
   Ca硬度=120 mg/l
   M碱度(Alkalinity)=100 mg/l
   总固体含量=210 mg/l
  由横坐标找一点120 mg/l,其垂直线与Pca as CaCO3之线相交,其交点向左水平至纵坐标交于2.92,则Pca=2.92,再由横坐标找一点100 mg/l,其垂直线与M Alk(M碱度)CaCO3线相交,其交点向左水平至纵坐标交于2.7。
则P Alk=2.7
再由横坐标找一点210 mg/l,其垂直线与温度线30℃相交,其交点向右水平与纵坐标相交于2.05,此即 Total constant〝C〞(总固体量)。
则PHs = PCa + P Alk+〝C〞= 2.92+2.70+2.05=7.67
而实际上pH值为8
∴LSI = PHa - PHs= 8-7.67>0
∴使用此种水容易长垢。

四、腐蚀

  太阳能热水器最常见的腐蚀为焊接道旁边的腐蚀,或孔蚀或锈蚀以至腐烂,本文先介绍腐蚀一般定义,再介绍如何防蚀。
(一)腐蚀型态的分类
  依方丹那(Fontana)及美国防蚀学会的分类法:可分为
  1.均匀腐蚀(Genenal corrosion)
  2.局部腐蚀(Localized corrosion):
   (1)孔蚀:不锈钢最容易发生的腐蚀现象之一即孔蚀,在氯离子(Cl﹣)含量高的环境,易穿孔。
   (2)间隙腐蚀:常发生再接合垫底下之部份。
  3.偶合腐蚀(Galvanic corrosion):管及管帽、螺牙锁合等组件使用不同金属时,即易产生偶合腐蚀,碳钢与铜螺帽偶合,碳钢先腐蚀。
  4.腐蚀破裂(Corrosion cracking):如:应力腐蚀、腐蚀疲劳与氢脆等。
  5.冲蚀(Erosion corrosion):流动液体中含有固体时,在冲击处会产生腐蚀。
  6.晶界腐蚀(Intergranular corrosion):例如不锈钢因为焊接,在焊接道临近部份母材之晶界含铬量减少,会导致耐蚀性质减弱的现象。
  7.选择性侵蚀(Selective Leaching或Dealloying)
  8.高温腐蚀(High temperature corrosion):在高温中产生氧化及高温硫化之腐蚀。
(二)防蚀之法
  1.涂层保护:
此种防蚀方式之基本原理非常简单,主要是在金属的表面涂上一层或数层〝膜〞,此
膜具有断绝金属材料与侵蚀性环境反应之作用,从而抑制腐蚀的发生或降低腐蚀的速率,以达到防蚀的效果。至于涂层的处理方式则有许多的办法,例如:油漆、电镀、热浸镀、磷酸盐皮膜处理、铬酸盐皮膜处理、化学气相蒸镀、物理气相蒸镀、热喷涂(包含:火焰喷涂、电孤喷涂、电浆喷涂等),离子镀层、离子布植、雷射处理等。利用上述方法涂布之物质可能是有机物质(如:油漆、高分子材料),无机物质(如:陶瓷),或金属等。至于采用何种处理方式或涂上何种材料,则视材料使用环境、功能、及价格而定。根据调查,暴露在外的之支架,以热浸镀锌铁最耐台湾的气候。
  2.阴极防蚀
此种方式之防蚀原理,主要是将系统中金属之电位往负的方向偏移,通常在阴极防蚀处理时,其电位大约低于腐蚀电位100~300mV左右,并不需低至金属之氧化还原平衡电位之下,阴极防蚀基本上可分为两种方式,即:(1)牺牲阳极法,(2)外加电流法。前者是借着与较活泼之金属,如:铝、锌、镁、或铁等之偶合,利用这些活泼金属之优先腐蚀而提供被保护电子而使其免于腐蚀。至于外加电流法,利用整流器提供电子给被保护之结构体以抑制阳极氧化反应。在太阳能热水器储水桶中,使用镁极棒以防止电位腐蚀,即为牺牲阳极的作法,因其为牺牲阳极而会消耗棒质,故隔一段时间就需更换新的镁极棒。
  3.阳极保护
有些金属经过腐蚀后,其氧化物非常稳定,且缺陷少而致密,这种氧化物具有保护的作用,故有些金属材料,常施以氧化处理,来取得其防蚀效果。铝合金的阳极处理是最典型的例子。若用铝合金当储水桶外壳或集热器外框,可采用此法防蚀。
  4.材料选择
不锈钢304有二缺点,(在热水50~80℃范围内特别会腐蚀),怕氯离子(Cl﹣)腐蚀,焊接道腐蚀。改善之道,防止孔蚀,可加钼(Mo),即不锈钢316。为了防止应力腐蚀,尤其是氯化物应力腐蚀(chlorids stress corrosion cracking),不锈钢中之镍(Ni)含量必须远高于8%或低于2%。因此建议使用不锈钢444,316或不锈钢304,在焊接时使用不锈钢304为焊料〔2〕或用耐酸碱耐热的塑料耐热材质做开放式储水桶。
  5.水质处理
   (1)工作流体填加腐蚀抑制剂,使器材表面被抑制剂占据,防止金属的氧化及溶解,或抑制剂与器材金属表面产生一层金属氧化物,形成保护作用。
   (2)对水质处理,使其不具腐蚀性,如在工作流体中加入〝垢霸〞。

五、结论

  1.太阳能热水器所面临的问题,大部份已获得解决,唯有水垢与腐蚀并未完全解决。
  2.在水垢方面,会造成补助电热器烧坏集热效率降低,常用的解决之道有双循环系统、磁波防垢器、电离子防垢器,事后酸洗。但要注意其适用范围。在此介绍〝垢霸〞不仅阻止水垢生成,更可防止腐蚀,不妨试试。
  3.在腐蚀方面,主要发生在储水桶,市面上大量应用不锈钢304,但容易产生孔蚀及氯应力腐蚀。建议在材质方面采用不锈钢444或316或不锈钢304,在焊接时,建议使用不锈钢304为焊料,或在水质处理方面添加垢霸,且定期更换滤心;或用耐酸碱、耐高
温(100℃)之塑料储水桶(但需用于开放式)。在不锈钢水桶中,可用镁极棒来防腐蚀。



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