全玻璃真空集熱管及其太陽(yáng)熱水器在中國(guó)發(fā)展回顧

清華大學(xué)電子工程系 ■ 李德堅(jiān)

在“中國(guó)太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展20年表彰人物”名錄中，殷志強(qiáng)教授榮獲產(chǎn)業(yè)發(fā)展科技突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，唯一人獲此殊榮。殷教授自20世紀(jì)70年代末以來，歷80年代選擇性吸收涂層的研究開發(fā)，90年代的清華大學(xué)華業(yè)公司、清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠、清華陽(yáng)光公司的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，直到21世紀(jì)第一個(gè)10年的全玻璃熱管真空太陽(yáng)集熱管、平板涂層、中溫管、高溫管的研究開發(fā)應(yīng)用，獲此殊榮確是實(shí)至名歸。

1978年美國(guó)的貝聿昆先生將全玻璃真空集熱管傳入中國(guó)。

1979～1980年清華大學(xué)殷志強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的小組研制成功在玻璃上化學(xué)沉積銅，再電鍍雙層黑鎳的選擇性吸收表面，α=0.90，ε=0.13(80℃)。并與北京玻璃儀器廠及北京電子管廠三分廠合作，半年后試制出化學(xué)沉銅—電鍍黑鎳的全玻璃真空太陽(yáng)集熱管，隨后制成真空管太陽(yáng)集熱器，春節(jié)期間仍繼續(xù)做試驗(yàn)。為此，1980年初受到“校級(jí)先進(jìn)工作者”的表彰。

同年，在北京電子管廠張仲文支持下，在三分廠投產(chǎn)，建成年產(chǎn)數(shù)萬支的小規(guī)模生產(chǎn)車間。

在此期間上海硅酸鹽所和沈陽(yáng)玻璃二廠也分別開展全玻璃真空管的研制，可惜沒有堅(jiān)持下來。

此后，北京電子管廠在北京一些地方安裝了些全玻璃真空集熱管的熱水系統(tǒng)，聯(lián)集管采用的是美國(guó)歐文斯-伊利諾依公司設(shè)計(jì)制造的3T01，3T01聯(lián)集管結(jié)構(gòu)及加工工藝都十分復(fù)雜。

1980～1982年周邦偉、殷志強(qiáng)等又研制成功在玻璃上真空蒸發(fā)鋁底層，反應(yīng)蒸發(fā)雙層黑鉻的選擇性吸收表面，α=0.90，ε=0.06(80℃)。

1981年在北京市科委胡有道支持下，在清華大學(xué)無線電系，11區(qū)東邊建太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室。1982年在太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室房屋頂上安裝了采光面積31m2的3T01型全玻璃真空集熱管熱水系統(tǒng)，用北京電子管廠生產(chǎn)的電鍍黑鎳全玻璃真空集熱管，1987年換成由北京真空薄膜器械廠生產(chǎn)的濺射鋁-氮/鋁全玻璃真空集熱管，該太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一直運(yùn)行到1998年。

1982年2月，殷志強(qiáng)應(yīng)邀到悉尼大學(xué)應(yīng)用物理系從事研究。他致力于采用磁控濺射基礎(chǔ)研究和開發(fā)多種選擇性吸收涂層的可行性，其中多層(漸變)鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層研究最深入，α=0.93，ε=0.05(80℃)。它是世界上第一次只采用一種金屬材料，既制備金屬底層，又制備復(fù)合材料的選擇性吸收涂層與減反層，與悉尼大學(xué)專利多層不銹鋼-碳/銅涂層相比，二者光-熱性能相近，但后者的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，陰極材料的利用率僅是前者的一半。

期間，殷志強(qiáng)還和悉尼大學(xué)的G.L.Harding，B.Window共同研制成功簡(jiǎn)單的銅管式聯(lián)集管，它與真空集熱管的開口端內(nèi)管內(nèi)壁通過O型圈相連。

回國(guó)后，殷志強(qiáng)等和北京新興薄膜公司張銘久等合作研制生產(chǎn)選擇性吸收涂層的圓柱形磁控濺射鍍膜機(jī)，第一代臥式鍍膜機(jī)。

1985年北京紡織品倉(cāng)庫(kù)的于學(xué)德等人購(gòu)買電子管三分廠的全部生產(chǎn)線，在殷志強(qiáng)、鄭世民等的幫助下，建立北京真空薄膜器械廠，用磁控濺射技術(shù)生產(chǎn)多層漸變鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層的全玻璃真空集熱管，年產(chǎn)約2～3萬支。但在80年代，全玻璃真空集熱管有如“楊家有女初長(zhǎng)成，養(yǎng)在深閨人未識(shí)”。北京真空薄膜器械廠苦苦掙扎了幾年，總算熬了下來，成為80年代中國(guó)全玻璃真空集熱管的一顆寶貴的火種。

1986～1990年，清華大學(xué)完成國(guó)家“七五”科技攻關(guān)專題“玻璃真空管熱水器技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用”，殷志強(qiáng)等研制成長(zhǎng)方形箱式不銹鋼聯(lián)集管，通過O型圈與真空集熱管開口端外管外壁相連，簡(jiǎn)化了聯(lián)集管，3T01聯(lián)集管成了歷史。由北京四建和煙臺(tái)福山換熱器廠轉(zhuǎn)讓成果，生產(chǎn)這種聯(lián)集管及相應(yīng)的家庭用分體式真空管太陽(yáng)熱水器。

在此期間，北京朝陽(yáng)區(qū)太陽(yáng)能熱水器廠和中科院電工研究所也都在研制和生產(chǎn)全玻璃真空集熱管太陽(yáng)熱水器。

1988年由清華大學(xué)王鳳春設(shè)計(jì)，在清華大學(xué)附屬中學(xué)兩座新落成的師資培訓(xùn)樓頂上，使用鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層的全玻璃真空管和長(zhǎng)方形箱式不銹鋼聯(lián)集管，建成一采光面積140m2的太陽(yáng)熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作運(yùn)行到2009年。培訓(xùn)樓緊鄰圓明園遺址公園，為防污染，附中校長(zhǎng)萬邦儒和書記馮慶延堅(jiān)持不用鍋爐系統(tǒng)，而積極支持太陽(yáng)能系統(tǒng)，這在當(dāng)年是極不容易的，但又是極具眼光的。

1988年殷志強(qiáng)出任清華大學(xué)華業(yè)公司總經(jīng)理，他以拼搏的精神，決心發(fā)展中國(guó)的全玻璃真空管產(chǎn)業(yè)。

1989年凱利公司岳楓總裁毅然投資292萬元，籌建年產(chǎn)15萬支的華業(yè)公司凱華全玻璃真空集熱管廠。在電真空技術(shù)專結(jié)已有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，對(duì)真空排氣臺(tái)、磁控濺射鍍膜機(jī)等設(shè)備相繼進(jìn)行改造。在華業(yè)公司副總經(jīng)理薛祖慶的帶領(lǐng)下，華業(yè)員工充分利用自身的知識(shí)優(yōu)勢(shì)，在學(xué)習(xí)和總設(shè)計(jì)、自行制造、自行調(diào)試，從工廠選址到生產(chǎn)出全玻璃真空集熱管不到一年的時(shí)間。

期間，北京真空薄膜器械廠對(duì)凱華廠的籌建給予了大力的無私支持，培訓(xùn)了凱華廠生產(chǎn)線上各工序的技術(shù)骨干，這一點(diǎn)華業(yè)的老同志至今都銘記在心。北京電子管廠的牛傳瑾等師傅也被請(qǐng)到凱華廠，作為技術(shù)中堅(jiān)。

1989年清華大學(xué)吳家慶設(shè)計(jì)制造了結(jié)構(gòu)緊湊、直插整體式家用太陽(yáng)熱水器，水箱為八邊形。清華大學(xué)華業(yè)公司和北京醫(yī)療器械研究所聯(lián)合生產(chǎn)華業(yè)牌的整體式家用熱水器，同年還推出陽(yáng)臺(tái)式真空管熱水器，為分體自然循環(huán)式。

1990年，凱華廠生產(chǎn)全玻璃真空集熱管3萬支，吸取真空集熱管“養(yǎng)在深閨人未識(shí)”的教訓(xùn)，殷志強(qiáng)和薛祖慶下決心，要將全玻璃真空集熱管之花開遍全國(guó)。帶領(lǐng)華業(yè)員工編教材、辦培訓(xùn)班，通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)安裝指導(dǎo)，使太陽(yáng)能集熱器廠家認(rèn)識(shí)了全玻璃真空管熱水器的優(yōu)點(diǎn)，迅速打破了80年代全玻璃真空管熱水器沉悶的局面，3萬支管子銷售一空。培訓(xùn)班連續(xù)舉辦到1993年，共四期。培訓(xùn)班的作用正如參加學(xué)習(xí)的人士們所言，“猶如真空管太陽(yáng)熱水器的黃埔軍校”。

1990～1992年殷志強(qiáng)帶領(lǐng)清華大學(xué)華業(yè)公司工程部大力推廣集體大面積全玻璃真空集熱管熱水系統(tǒng)的安裝，并在安裝中采用流量分配，雙限溫控出熱水，在冬天雙限溫控管道防凍，系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行等新技術(shù)，為真空集熱管太陽(yáng)熱水器的全面推廣積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1991年凱華廠采用李云松、殷志強(qiáng)等人研制的第二代鍍膜機(jī)，年產(chǎn)的8萬支真空集熱管銷售一空。

1992年凱華廠生產(chǎn)15萬支，又銷售一空，擴(kuò)大全玻璃真空集熱管的生產(chǎn)勢(shì)在必行。同年清華大學(xué)和北京玻璃儀器廠合作，承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)產(chǎn)、學(xué)、研工程，籌建年產(chǎn)50萬支的清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠(后稱一期工程)。沈長(zhǎng)治任董事長(zhǎng)，薛祖慶任總經(jīng)理，殷志強(qiáng)任研發(fā)部主任，專門從事科研開發(fā)工作，張劍教授任副總經(jīng)理，這就是光熱產(chǎn)業(yè)史上的“XYZ時(shí)期”。(分別代指薛祖慶、殷志強(qiáng)和張劍)

1993年薛祖慶和嚴(yán)習(xí)元等總結(jié)凱華廠生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)，充分利用真空技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和北玻廠加工玻璃的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)生產(chǎn)線上的真空排氣臺(tái)設(shè)備、玻璃管拉圓頭工藝、退火工藝進(jìn)行改造，使全玻璃真空管生產(chǎn)線日趨完善。這條生產(chǎn)線可以說成為此后大多數(shù)全玻璃真空集熱管廠家的生產(chǎn)線樣板。

建廠的同時(shí)李德堅(jiān)等對(duì)長(zhǎng)方形箱式不銹鋼聯(lián)集管和直插整體式真空管熱水器水箱的密封結(jié)構(gòu)以及水箱形狀做了改造，推出了一種新型的密封結(jié)構(gòu)，密封膠圈和密封膠圈的材料的聯(lián)集管，水箱形狀由八邊形變成圓形。經(jīng)一段時(shí)期實(shí)踐證明，它不僅密封性能好，而且具有易于安裝等許多優(yōu)點(diǎn)。并和清華大學(xué)機(jī)電廠合作研制出第一臺(tái)利用這種新型密封結(jié)構(gòu)的圓形水箱的直插整體式真空管熱水器。同年與中科院地震儀器廠聯(lián)合，生產(chǎn) “曬樂”牌真空管太陽(yáng)熱水器。

清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠一方面申請(qǐng)專利保護(hù)，另一方面從保證熱水器產(chǎn)品質(zhì)量、保護(hù)消費(fèi)者權(quán)益的角度出發(fā)，立即在第四期培訓(xùn)班上向真空管熱水器廠家予以大力推廣，無償提供圖紙等技術(shù)資料。至目前為止，全國(guó)直插整體式真空管熱水器幾乎都使用這種新型密封結(jié)構(gòu)或類似這種密封結(jié)構(gòu)的圓水箱。

同年清華大學(xué)李元哲推出真空管-金屬熱管太陽(yáng)熱水器，銅金屬熱管由雙木公司生產(chǎn)。

1993年凱華廠生產(chǎn)27萬支真空集熱管，仍然銷售一空。

1.2 藥液配制 將紫地榆根粉碎，稱取20 006.98 g，用95%工業(yè)乙醇浸泡48 h，旋蒸得到浸膏，分別用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取，得到乙酸乙酯和正丁醇部分（以下分別稱為乙酸乙酯提取物和正丁醇提取物），冷凍干燥成粉末，均用蒸餾水將其配置成2 mg∕mL溶液。

同年，清華大學(xué)專利許可授權(quán)的山東泰安鐵將軍公司范維海和江蘇華揚(yáng)公司黃永偉也相繼投產(chǎn)全玻璃真空集熱管。此時(shí)的全玻璃真空集熱管已到了“春色滿園關(guān)不住”的境地，星星之火，現(xiàn)出燎原之勢(shì)。

1994年一期工程建成投產(chǎn)，凱華廠隨之并入清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠，年產(chǎn)售50萬支真空集熱管，并于同年試制成功1.5m長(zhǎng)的全玻璃真空集熱管(以前都是1.2m)。

1995年清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠年產(chǎn)售60萬支集熱管。

1995年7月清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠年產(chǎn)300萬支的第二期工程開工。同年，在云南辦熱水器分廠，接著和山東皇明合資興辦了清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠山東分廠，生產(chǎn)皇明牌太陽(yáng)熱水器。

1996年8月二期工程建成投產(chǎn)，至此，一、二期年產(chǎn)能力總和為400萬支，居世界第一位。

1996年12月1日，清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠山東分廠廠報(bào)，全國(guó)太陽(yáng)能企業(yè)首家內(nèi)刊“清華皇明太陽(yáng)能科普?qǐng)?bào)”第1期正式出版，首版首條報(bào)道了“清華大學(xué)太陽(yáng)集熱管第二期工程正式開工”，并刊出薛祖慶的題詞“向太陽(yáng)索取，為人民造?！薄?/p>

1996年清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠年產(chǎn)售95萬支集熱管。期間，曾經(jīng)是清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠客戶的熱水器廠家，在市場(chǎng)強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力之下，都紛紛上馬建廠投產(chǎn)真空集熱管。全玻璃真空集熱管已到了“等閑識(shí)得東風(fēng)面，萬紫千紅總是春”的形勢(shì)，由星火燎原之勢(shì)發(fā)展到了燃及全國(guó)許多省份的熊熊烈火。

1996～1998年清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠研制生產(chǎn)鋁翼改進(jìn)型的U型管的聯(lián)集管集熱器及相變熱導(dǎo)式真空管太陽(yáng)熱水器，并和清華大學(xué)工程力學(xué)系結(jié)合，共同開發(fā)能承受3～6 個(gè)大氣壓的全玻璃真空管太陽(yáng)集熱器。

1998年清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠第三期 工程完工，在北京昌平建成一條年產(chǎn)15萬臺(tái)清華陽(yáng)光牌全玻璃真空集熱管太陽(yáng)熱水器生產(chǎn)線。

清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠第四期工程完工，在北京玻璃儀器廠內(nèi)，建成年產(chǎn)能力400萬支真空集熱管的生產(chǎn)線，并采用殷志強(qiáng)等研制的第三代鍍膜機(jī)。全國(guó)年銷售量達(dá)750萬支。

同年，清華大學(xué)太陽(yáng)能電子廠改名為清華陽(yáng)光公司。

1999年全國(guó)年銷售量約達(dá)1000萬支以上。

2000年全國(guó)全玻璃真空管太陽(yáng)熱水器粗略估算在120萬m2(臺(tái))，約是1995年的20倍，1990年的200倍，增長(zhǎng)速度之快，舉世無雙。毫無疑義，中國(guó)是當(dāng)今世界全玻璃真空集熱管及太陽(yáng)熱水器的生產(chǎn)大國(guó)。

21世紀(jì)的第一個(gè)10年，殷志強(qiáng)又從事玻璃熱管真空集熱管、平板集熱器吸收膜、中溫吸收膜、高溫吸收膜的研究工作，并都將研究結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)中去，取得實(shí)際應(yīng)用的成果。

中國(guó)從1978年開始研究選擇性吸收表面的全玻璃真空管，直到今天成了生產(chǎn)真空集熱管及其太陽(yáng)熱水器的大國(guó)，其中含有眾多同代中國(guó)人的艱辛和奮斗，但終于實(shí)現(xiàn)了在太陽(yáng)能光-熱轉(zhuǎn)換方面以殷志強(qiáng)為代表的中國(guó)一代知識(shí)分子的宏愿。全玻璃真空集熱管及其太陽(yáng)熱水器不但在中國(guó)生根、開花、結(jié)果，而且還走向全世界，表明了一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，在一個(gè)不大的領(lǐng)域里，運(yùn)用自己的力量，是可以走一條跨越道路的。