全玻璃真空太阳集热管制造过程中普遍采用高温烘烤排气工艺，该工艺是在高温下烘烤集热管，使集热管夹层内溶解及吸附的气体分子解吸出来，通过尾管对其抽真空排气，以获得集热管所需的真空度。排出的气体主要为水汽，以及内管镀膜过程中残留的溅射气体———氩气。烘烤排气后，集热管内大部分气体分子已被排除，但仍会有少量气体分子吸附在真空夹层的表面和内部，集热管使用过程中，这些气体有可能解吸而进入夹层。此外，大气中的气体，特别是氦气，也可以通过渗透、扩散、解吸进入真空夹层，而夹层内的气体分子还有可能同夹层表面碰撞而被再吸附，这样夹层内的气体就形成了动态平衡[1]。尽管外管排气端内表面的吸气剂镜面可吸收夹层内的部分气体，集热管内仍残留微量气体分子，集热管的真空品质取决于这些气体分子的数量。内聚光膜式全玻璃真空太阳集热管（以下简称聚光管）是一种新型的集热管，它与普通集热管的主要区别是，其内管与外管偏心设置，外管内表面的一半镀有反射膜层（通常为一层铝膜），用于将射入外管内的部分太阳光聚集至内管外表面的吸收膜层上，提高了单位面积上的入射光强度，增加了集热管的得热量。集热管的真空夹层是一个无任何接口的封闭体系，因此很难通过直接方法测量其真空度，只能通过某种方法间接表征。悉尼大学Harding等人采用测量集热管在350℃下长时间烘烤后的热量损耗，来表征其真空性能[2,3]。国内制定的国标是将集热管在350℃下烘烤48h后，以其吸气镜面轴向长度消失率不大于50%作为合格品的判据[4]。本文通过计算聚光管烘烤排气过程中的排气量，定量表征其真空品质，并利用聚光管高温烘烤———加速老化实验（以下简称高温老化实验）中吸气剂镜面消失率、热量损耗及铝膜温度随老化时间的变化曲线对其真空品质进行验证。
1实验部分
1.1聚光管烘烤排气过程中排气量一般，同一批聚光管在玻璃毛管生产、清洗、镀膜及装配过程中吸附周围环境中的气体量是大体相当的，在烘烤排气过程中，聚光管内外管夹层排出的气体量越多，残余在夹层中的气体量越少，其真空品质越好，反之越差。因此聚光管烘烤排气过程中的排气量可间接表征其真空品质。其计算公式如下：真空系统某处的气体流量Q（Pa•L/s）、气压P（Pa）、有效抽速Veff（L/s）有如下基本关系[5]，Q=P×Veff（1）我们只要测量聚光管烘烤排气过程中某处气压随时间的变化P(t)，已知与气压P相对应的该处的有效抽速Veff(P)，利用上式可以计算得到某时刻的排气量Q(t)。通过对聚光管烘烤排气时间段0~τ的积分可以得到其排气总量Qτ（Pa•L）。Qτ=τ0乙Q(t)dt=τ0乙P(t)Veff(P)dt（2）聚光管烘烤排气实验是在皇明公司燃气循环式烘烤排气线上进行的。此排气线共有15节烘箱，其中前三节为升温段，后三节为降温段，中间九节为恒温段，它利用天然气燃烧热作热源，通过每个烘箱上部的鼓风机对空气进行强制循环，以保持烘箱内温度场均匀；排气线有排气台车16辆，每辆台车可装32支Φ84mm×2100mm聚光管，台车均通过名义抽速为1200L/s的TYFB-1200型复合分子泵抽高真空，排气过程中的气压采用安装在高阀处的ZJ-10型高真空电离规管和ZDF-5227B型复合真空计测量。本次共做了三种工艺的聚光管烘烤排气实验，其工艺条件（烘烤温度/烘烤时间）分别为450℃/40min、350℃/50min和350℃/30min。
1.2聚光管高温老化实验聚光管高温老化实验是通过电加热组件将其加热至350℃，并保持一定的时间，以考察聚光管真空夹层放气性能的实验。本实验采用的自制装置由电加热组件、温控模块、功率采集模块组成。实验时，将加热组件（由加热棒和铝套管构成）插入聚光管内，铂电阻置于聚光管内管外表面的中部，用于测量其烘烤温度。聚光管管口处装有保温帽，以降低其端部热损。铝膜温度由另一铂电阻测量，测温点位于聚光管外管铝膜的中部，其上方覆盖泡沫塑料保温层，以减少测温点处的热损。装置控温精度±1℃，具有加热功率和温度自动采集和记录功能。我们对上述三种工艺的聚光管同时进行了高温老化实验，实验期间，平均环境温度为23±2℃，且在没有风直吹聚光管的状况下进行。本实验考察了历经920h高温老化后的聚光管吸气剂镜面轴向长度消失率、高温老化过程中的热量损耗和铝膜温度三个指标。聚光管吸气剂镜面轴向长度是指从聚光管封离端玻璃管直径15mm处至吸气剂镜面边缘的距离[4]，我们测量了聚光管上三点（分别为铝膜两侧边缘处两点及两点连线的中点）吸气剂镜面轴向长度，取平均后得到其镜面的轴向长度值。
2实验结果及讨论
2.1聚光管烘烤排气过程中的气压聚光管烘烤排气实验时，每种工艺的32支聚光管均装在2#台车上。排气过程中利用气压采集系统跟踪记录分子泵高阀处气压随时间的变化曲线，数据采集的时间间隔为60s。台车进入烘箱前3个工位即开始抽真空，工艺规定入烘箱前的气压P<3×10-3Pa，认为此时集热管内的本底气体已经全部抽走，本实验中气压的采集以台车完全进入烘箱为起始位置。图1为聚光管烘烤排气过程中气压随时间变化曲线。
2.2复合分子泵的抽速测量复合分子泵的抽速采用国标规定的方法测试，测试气压范围为3×10-3Pa~1Pa，共10个测量点[6]。测试装置中采用的真空计预先进行校正，校正时气压数值选取抽速测试时设定的气压值，根据校正数据对测试的气压进行修正，利用修正后的数据计算分子泵的抽速，从而消除真空计测量偏差引起的抽速系统偏差。图2给出了聚光管烘烤排气线2#分子泵的抽速曲线。
2.3聚光管排气量计算由于分子泵与高阀直接相连，高阀处的有效抽速可近似采用按国标方法测得的分子泵抽速数值。因此我们利用式（2）计算得到聚光管烘烤排气过程中0~t时间段的排气总量，除以聚光管总数32支后，得到单支集热管的排气量Qt。表1给出3种工艺的聚光管烘烤排气过程中的排气量，从表中可以看出，450℃/40min工艺聚光管的排气量最大，其真空品质最好，350℃/50min工艺的次之，350℃/30min工艺的最差。
2.4吸气剂镜面轴向长度消失率表2为聚光管高温老化920h后吸气剂镜面消失率，从表中可看出，450℃/40min工艺聚光管的吸气剂镜面长度方向消失率最小，350℃/30min工艺的最大。这是因为高温老化实验过程中，随着聚光管真空夹层中气体脱附量的增加，吸气剂镜面因吸收部分脱附气体而部分消失。一般，聚光管真空品质越差，其真空夹层中脱附的气体越多，吸气剂镜面轴向长度消失率越大，反之，轴向长度消失率越小。因此，450℃/40min工艺聚光管真空品质最好，350℃/30min工艺的最差。这与2.3中的结论一致。
2.5高温老化实验过程中的热量损耗高温老化实验开始时，聚光管主要通过热辐射向环境传热，随着实验的进行，真空夹层内吸附的残余气体逐渐被解吸出来，其中一部分气体（主要是水汽）被吸气剂镜面吸收，其余气体占据了聚光管的真空夹层，使其真空度降低，这时，聚光管亦可通过热传导向环境传热，其辐射和传导热损由电加热组件来补偿，以维持集热管温度恒定。因本次实验采用同一批镀膜内管，膜层红外发射比相近，且在350℃下长期烘烤后几乎不发生变化[3]，即聚光管辐射热损近似相等。因此电加热组件所消耗功率的大小可间接反映聚光管传导热损，即反映真空夹层内未被吸气剂吸收的气体量，进而反映集热管的真空性能。图3为聚光管高温老化实验中加热组件功率随老化时间的变化曲线。从图中可看出，实验开始时，450℃/40min工艺的聚光管电加热功率在0.165kW左右，130h后，升至约0.19kW后，趋于稳定，消耗的电功率较小且基本不变，说明该工艺的聚光管放气量较小，真空品质较好；350℃/30min工艺的聚光管的起始加热功率为0.17kW，100h后升至0.25kW左右，之后逐渐升至0.27kW，620h后稳定在0.29kW~0.3kW；350℃/50min工艺聚光管加热功率曲线与350℃/30min的相似，只是加热功率最后稳定在0.3kW~0.31kW，稍高于350℃/30min工艺聚光管的功率，说明这两种工艺的聚光管真空夹层在高温烘烤过程中放气量逐渐增加，且放气总量较大，真空品质较差，但这两种工艺的聚光管因热损相差不多，真空性能不易比较。
2.6高温老化实验过程中的铝膜温度聚光管工作时，其外管内表面铝膜将太阳光聚集在内管外表面的的吸收膜层上，提高了内管吸收膜层的入射光强度；而在高温烘烤过程中，我们发现，聚光管外管铝膜面的温度（与铝膜温度相近）远远低于另一半玻璃面的温度（若聚光管真空品质较好，二者的温差在60℃~80℃），这是因为这层铝膜在聚光管高温烘烤时，可充当红外高反射金属层，它将内管发射至铝膜的所有热辐射均反射至外管的玻璃面上，热辐射几乎不通过外管的铝膜面传递，而通过玻璃面传递到环境中，这样导致了两者温差的产生。因此铝膜温度只与聚光管真空夹层的热传导相关，与热辐射无关。若集热管夹层内残留气体较少，真空度较高，热传导较小，铝膜温度相应较低，相反，铝膜温度较高，因此，铝膜温度的高低是表征聚光管真空品质好坏的重要指标。图4为聚光管高温老化实验中铝膜温度随老化时间的变化曲线。从图中可看出，450℃/40min工艺聚光管铝膜温度快速升至45℃左右后，基本不随老化时间的增加而变化，说明该工艺的聚光管高温老化时，脱附气体量极少，真空性能稳定，真空品质较好，使用寿命相应较长。350℃/50min和350℃/30min工艺聚光管的铝膜温度随老化时间的增加逐渐升高，约700h后，分别稳定在117℃和124℃左右，说明这两个工艺的聚光管高温老化过程中脱附的气体逐渐增多，直至700h后，聚光管放气才基本停止。与450℃/40min工艺聚光管比较，这两种工艺的聚光管真空性能稳定性较差，使用寿命相应较短。350℃/50min和350℃/30min两种工艺的聚光管相比，前者的真空品质稍好，这验证了2.3的结论。
2.7真空品质表征方法分析聚光管真空品质表征方法中，定量分析的方法是通过计算聚光管烘烤排气过程中排出的气体量，间接反映真空夹层中残余的气体量，从而表征其真空品质，这种方法的前提条件是烘烤排气前聚光管吸附的气体量一致；测量吸气剂镜面消失率的方法是通过考察聚光管高温老化过程中从真空夹层内脱附的，能被吸气剂吸收的部分气体量，来间接推测聚光管真空夹层中残余的气体量，不是对夹层中残余气体量的直接反映，这种方法有时具有较大的不确定度；测量热量损耗的方法表征聚光管真空品质时，加热组件消耗的功率为辐射热损和传导热损总和，而聚光管真空品质只是考察真空夹层中的残余气体量，即传导热损的大小，因此这种方法表征聚光管真空品质时有时也会带来一定的偏差；而利用铝膜温度表征聚光管真空品质时，铝膜温度的高低只与聚光管真空夹层中的传导热损相关，即与真空夹层中残余气体量有关，是对聚光管真空性能的直接反映，因此，它能更好的表征聚光管的真空品质。
3结论
(1)运用聚光管烘烤排气过程中排气量的方法表征其真空品质是可行的。(2)聚光管高温老化实验中，与测量吸气镜面消失率及热量损耗方法相比，利用铝膜温度变化曲线表征聚光管的真空品质更有效。(3)采用定量分析结合实验验证的方法能较好的表征聚光管的真空品质。
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