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，以热浸镀锌铁最耐中国台湾的气候。
　　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。