热管材质的选用及其寿命

     按照目前太阳能集热器的形式上看，太阳能热管正常工作时温度范围应当在50℃~80℃左右，上表中大部分介质都可以使用，但是当集热器空晒时热管的温度高达270℃左右，此时上表中的一些有机工质逐渐发生分解产生不凝性气体导致热管效率下降，分子越简单的有机物越不容易分解，甲醇、乙醇的防止分解能力稍强于其他的有机工质，但是一般有机物工质都无法避免溶解了一些其他的有机工质，只需要很少量的工质分解就能造成热管的效率急剧下降，从实际的太阳能热管使用情况看来，使用有机工质的热管在一两年内都发生了不同程度的衰减，同时大部分有机工质不符合国际环境组织的ROSH认证要求。所以通常的太阳能热管选用纯水作为工作液体，如果确认热管不会工作在120度以上的高温环境，高纯度的乙醇也可以使用。

    水热管最好的壳体材料就是铜了，因为铜的金属电位比H⁺高，不会与水发生化学反应产生不凝性气体，金属活性超过H⁺的均不适合制作水热管。需要提一点的是工业上常用碳钢将内壁作适当的化学处理降低了活性，然后和水做成碳钢-水热管，这种热管只能用在工业的换热器上面，因为换热器有足够大的冷凝面积，即使发生化学变化产生了一些不凝性气体也不会使换热器效率大大降低，发生化学反应方程3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂产生的H2就是一种不凝性气体，而太阳能集热器的尺寸通常小巧，不可能布置很长的冷凝面积，另外太阳能热管希望使用的寿命需要达到10年左右，普通的工业需求一般都在5年左右。所以水热管对于太阳能行业最好选用铜作为管材。

     常见的铜管材料分三种，无氧铜、纯铜、磷脱氧铜。通常材料在高温熔炼过程中会溶解部分氧气，而这些氧气在高温的环境下会逐渐释放出来，特别是在真空设备上使用的铜材对于其内部的含氧量要求很高。普通的纯铜T2含氧量为0.06%，当制成热管长期在高温下氧气释放就会产生超过10cm以上的气塞直接导致热管失效，所以T2铜管做成的热管只适合温度在80度以下的电子散热产品上面。磷脱氧铜典型的TP1含氧量0.01%制作的热管就高温氧气释放产生的不凝性气体量尚可接受，但是由于TP1材料中含有0.01%磷，虽然材料的强度能有所提高，但是材料的脆性增加，最关键的是磷在高温下会和水发生缓慢的化学反应8P+12H₂O=5H₃P+3H₃PO₄生成的H₃P是一种不凝性气体，所以TP1的材料做成的热管也不是太适合制作较高温度下运行的热管。无氧铜常用在真空电子行业，由于其脱氧的工艺较复杂材料的价格相对较高，常用的TU1无氧铜含氧量在0.002%以内，用它做的太阳能热管可以长期安全的在高温下运行而不至于产生不凝性气，这一点在实际的太阳能热管使用中也得到了验证。

    综上述，太阳能热管最好的材料组合是TU1和纯水的组合，如果加上好的热管制作工艺，其使用寿命可以超过15年。T2及TP1制作的热管不能使用在120℃以上的高温环境，否则寿命只能在2年以内。有机工质不建议使用，因为一旦工质发生分解，往往热管一个夏天内就失效了。