全玻璃真空集热管及其太阳热水器在中国发展回顾

清华大学电子工程系 ■ 李德坚

在“中国太阳能光热产业发展20年表彰人物”名录中，殷志强教授荣获产业发展科技突出贡献奖，唯一人获此殊荣。殷教授自20世纪70年代末以来，历80年代选择性吸收涂层的研究开发，90年代的清华大学华业公司、清华大学太阳能电子厂、清华阳光公司的产业发展，直到21世纪第一个10年的全玻璃热管真空太阳集热管、平板涂层、中温管、高温管的研究开发应用，获此殊荣确是实至名归。

1978年美国的贝聿昆先生将全玻璃真空集热管传入中国。

1979～1980年清华大学殷志强领导的小组研制成功在玻璃上化学沉积铜，再电镀双层黑镍的选择性吸收表面，α=0.90，ε=0.13(80℃)。并与北京玻璃仪器厂及北京电子管厂三分厂合作，半年后试制出化学沉铜—电镀黑镍的全玻璃真空太阳集热管，随后制成真空管太阳集热器，春节期间仍继续做试验。为此，1980年初受到“校级先进工作者”的表彰。

同年，在北京电子管厂张仲文支持下，在三分厂投产，建成年产数万支的小规模生产车间。

在此期间上海硅酸盐所和沈阳玻璃二厂也分别开展全玻璃真空管的研制，可惜没有坚持下来。

此后，北京电子管厂在北京一些地方安装了些全玻璃真空集热管的热水系统，联集管采用的是美国欧文斯-伊利诺依公司设计制造的3T01，3T01联集管结构及加工工艺都十分复杂。

1980～1982年周邦伟、殷志强等又研制成功在玻璃上真空蒸发铝底层，反应蒸发双层黑铬的选择性吸收表面，α=0.90，ε=0.06(80℃)。

1981年在北京市科委胡有道支持下，在清华大学无线电系，11区东边建太阳能实验室。1982年在太阳能实验室房屋顶上安装了采光面积31m2的3T01型全玻璃真空集热管热水系统，用北京电子管厂生产的电镀黑镍全玻璃真空集热管，1987年换成由北京真空薄膜器械厂生产的溅射铝-氮/铝全玻璃真空集热管，该太阳能热水系统一直运行到1998年。

1982年2月，殷志强应邀到悉尼大学应用物理系从事研究。他致力于采用磁控溅射基础研究和开发多种选择性吸收涂层的可行性，其中多层(渐变)铝-氮/铝选择性吸收涂层研究最深入，α=0.93，ε=0.05(80℃)。它是世界上第一次只采用一种金属材料，既制备金属底层，又制备复合材料的选择性吸收涂层与减反层，与悉尼大学专利多层不锈钢-碳/铜涂层相比，二者光-热性能相近，但后者的设备结构复杂，阴极材料的利用率仅是前者的一半。

期间，殷志强还和悉尼大学的G.L.Harding，B.Window共同研制成功简单的铜管式联集管，它与真空集热管的开口端内管内壁通过O型圈相连。

回国后，殷志强等和北京新兴薄膜公司张铭久等合作研制生产选择性吸收涂层的圆柱形磁控溅射镀膜机，第一代卧式镀膜机。

1985年北京纺织品仓库的于学德等人购买电子管三分厂的全部生产线，在殷志强、郑世民等的帮助下，建立北京真空薄膜器械厂，用磁控溅射技术生产多层渐变铝-氮/铝选择性吸收涂层的全玻璃真空集热管，年产约2～3万支。但在80年代，全玻璃真空集热管有如“杨家有女初长成，养在深闺人未识”。北京真空薄膜器械厂苦苦挣扎了几年，总算熬了下来，成为80年代中国全玻璃真空集热管的一颗宝贵的火种。

1986～1990年，清华大学完成国家“七五”科技攻关专题“玻璃真空管热水器技术开发和应用”，殷志强等研制成长方形箱式不锈钢联集管，通过O型圈与真空集热管开口端外管外壁相连，简化了联集管，3T01联集管成了历史。由北京四建和烟台福山换热器厂转让成果，生产这种联集管及相应的家庭用分体式真空管太阳热水器。

在此期间，北京朝阳区太阳能热水器厂和中科院电工研究所也都在研制和生产全玻璃真空集热管太阳热水器。

1988年由清华大学王凤春设计，在清华大学附属中学两座新落成的师资培训楼顶上，使用铝-氮/铝选择性吸收涂层的全玻璃真空管和长方形箱式不锈钢联集管，建成一采光面积140m2的太阳热水系统。该系统工作运行到2009年。培训楼紧邻圆明园遗址公园，为防污染，附中校长万邦儒和书记冯庆延坚持不用锅炉系统，而积极支持太阳能系统，这在当年是极不容易的，但又是极具眼光的。

1988年殷志强出任清华大学华业公司总经理，他以拼搏的精神，决心发展中国的全玻璃真空管产业。

1989年凯利公司岳枫总裁毅然投资292万元，筹建年产15万支的华业公司凯华全玻璃真空集热管厂。在电真空技术专结已有生产线的基础上，对真空排气台、磁控溅射镀膜机等设备相继进行改造。在华业公司副总经理薛祖庆的带领下，华业员工充分利用自身的知识优势，在学习和总设计、自行制造、自行调试，从工厂选址到生产出全玻璃真空集热管不到一年的时间。

期间，北京真空薄膜器械厂对凯华厂的筹建给予了大力的无私支持，培训了凯华厂生产线上各工序的技术骨干，这一点华业的老同志至今都铭记在心。北京电子管厂的牛传瑾等师傅也被请到凯华厂，作为技术中坚。

1989年清华大学吴家庆设计制造了结构紧凑、直插整体式家用太阳热水器，水箱为八边形。清华大学华业公司和北京医疗器械研究所联合生产华业牌的整体式家用热水器，同年还推出阳台式真空管热水器，为分体自然循环式。

1990年，凯华厂生产全玻璃真空集热管3万支，吸取真空集热管“养在深闺人未识”的教训，殷志强和薛祖庆下决心，要将全玻璃真空集热管之花开遍全国。带领华业员工编教材、办培训班，通过现场教学，现场安装指导，使太阳能集热器厂家认识了全玻璃真空管热水器的优点，迅速打破了80年代全玻璃真空管热水器沉闷的局面，3万支管子销售一空。培训班连续举办到1993年，共四期。培训班的作用正如参加学习的人士们所言，“犹如真空管太阳热水器的黄埔军校”。

1990～1992年殷志强带领清华大学华业公司工程部大力推广集体大面积全玻璃真空集热管热水系统的安装，并在安装中采用流量分配，双限温控出热水，在冬天双限温控管道防冻，系统全自动运行等新技术，为真空集热管太阳热水器的全面推广积累了丰富的经验。

1991年凯华厂采用李云松、殷志强等人研制的第二代镀膜机，年产的8万支真空集热管销售一空。

1992年凯华厂生产15万支，又销售一空，扩大全玻璃真空集热管的生产势在必行。同年清华大学和北京玻璃仪器厂合作，承担国家重点产、学、研工程，筹建年产50万支的清华大学太阳能电子厂(后称一期工程)。沈长治任董事长，薛祖庆任总经理，殷志强任研发部主任，专门从事科研开发工作，张剑教授任副总经理，这就是光热产业史上的“XYZ时期”。(分别代指薛祖庆、殷志强和张剑)

1993年薛祖庆和严习元等总结凯华厂生产线的经验，充分利用真空技术的优势和北玻厂加工玻璃的技术优势，对生产线上的真空排气台设备、玻璃管拉圆头工艺、退火工艺进行改造，使全玻璃真空管生产线日趋完善。这条生产线可以说成为此后大多数全玻璃真空集热管厂家的生产线样板。

建厂的同时李德坚等对长方形箱式不锈钢联集管和直插整体式真空管热水器水箱的密封结构以及水箱形状做了改造，推出了一种新型的密封结构，密封胶圈和密封胶圈的材料的联集管，水箱形状由八边形变成圆形。经一段时期实践证明，它不仅密封性能好，而且具有易于安装等许多优点。并和清华大学机电厂合作研制出第一台利用这种新型密封结构的圆形水箱的直插整体式真空管热水器。同年与中科院地震仪器厂联合，生产 “晒乐”牌真空管太阳热水器。

清华大学太阳能电子厂一方面申请专利保护，另一方面从保证热水器产品质量、保护消费者权益的角度出发，立即在第四期培训班上向真空管热水器厂家予以大力推广，无偿提供图纸等技术资料。至目前为止，全国直插整体式真空管热水器几乎都使用这种新型密封结构或类似这种密封结构的圆水箱。

同年清华大学李元哲推出真空管-金属热管太阳热水器，铜金属热管由双木公司生产。

1993年凯华厂生产27万支真空集热管，仍然销售一空。

1.2 药液配制 将紫地榆根粉碎，称取20 006.98 g，用95%工业乙醇浸泡48 h，旋蒸得到浸膏，分别用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取，得到乙酸乙酯和正丁醇部分（以下分别称为乙酸乙酯提取物和正丁醇提取物），冷冻干燥成粉末，均用蒸馏水将其配置成2 mg∕mL溶液。

同年，清华大学专利许可授权的山东泰安铁将军公司范维海和江苏华扬公司黄永伟也相继投产全玻璃真空集热管。此时的全玻璃真空集热管已到了“春色满园关不住”的境地，星星之火，现出燎原之势。

1994年一期工程建成投产，凯华厂随之并入清华大学太阳能电子厂，年产售50万支真空集热管，并于同年试制成功1.5m长的全玻璃真空集热管(以前都是1.2m)。

1995年清华大学太阳能电子厂年产售60万支集热管。

1995年7月清华大学太阳能电子厂年产300万支的第二期工程开工。同年，在云南办热水器分厂，接着和山东皇明合资兴办了清华大学太阳能电子厂山东分厂，生产皇明牌太阳热水器。

1996年8月二期工程建成投产，至此，一、二期年产能力总和为400万支，居世界第一位。

1996年12月1日，清华大学太阳能电子厂山东分厂厂报，全国太阳能企业首家内刊“清华皇明太阳能科普报”第1期正式出版，首版首条报道了“清华大学太阳集热管第二期工程正式开工”，并刊出薛祖庆的题词“向太阳索取，为人民造福”。

1996年清华大学太阳能电子厂年产售95万支集热管。期间，曾经是清华大学太阳能电子厂客户的热水器厂家，在市场强大的驱动力之下，都纷纷上马建厂投产真空集热管。全玻璃真空集热管已到了“等闲识得东风面，万紫千红总是春”的形势，由星火燎原之势发展到了燃及全国许多省份的熊熊烈火。

1996～1998年清华大学太阳能电子厂研制生产铝翼改进型的U型管的联集管集热器及相变热导式真空管太阳热水器，并和清华大学工程力学系结合，共同开发能承受3～6 个大气压的全玻璃真空管太阳集热器。

1998年清华大学太阳能电子厂第三期 工程完工，在北京昌平建成一条年产15万台清华阳光牌全玻璃真空集热管太阳热水器生产线。

清华大学太阳能电子厂第四期工程完工，在北京玻璃仪器厂内，建成年产能力400万支真空集热管的生产线，并采用殷志强等研制的第三代镀膜机。全国年销售量达750万支。

同年，清华大学太阳能电子厂改名为清华阳光公司。

1999年全国年销售量约达1000万支以上。

2000年全国全玻璃真空管太阳热水器粗略估算在120万m2(台)，约是1995年的20倍，1990年的200倍，增长速度之快，举世无双。毫无疑义，中国是当今世界全玻璃真空集热管及太阳热水器的生产大国。

21世纪的第一个10年，殷志强又从事玻璃热管真空集热管、平板集热器吸收膜、中温吸收膜、高温吸收膜的研究工作，并都将研究结果应用到生产中去，取得实际应用的成果。

中国从1978年开始研究选择性吸收表面的全玻璃真空管，直到今天成了生产真空集热管及其太阳热水器的大国，其中含有众多同代中国人的艰辛和奋斗，但终于实现了在太阳能光-热转换方面以殷志强为代表的中国一代知识分子的宏愿。全玻璃真空集热管及其太阳热水器不但在中国生根、开花、结果，而且还走向全世界，表明了一个发展中国家，在一个不大的领域里，运用自己的力量，是可以走一条跨越道路的。