一、前言
探討水垢及腐蝕問題。
二、解決水垢問題之探討
前文已列出解決水垢問題之五種方法，其中比較常用的為雙循環(huán)系統(tǒng)、磁波防垢法、電離子防垢器(superion-clean水處理器)及事后酸洗。現(xiàn)介紹一種防垢方法，有興趣者不妨試試。此法為太陽能熱水器前安裝垢霸(HYDRUBLEND)，垢霸不但可抑制水垢，且可防止侵蝕，更獲得美國國家衛(wèi)生基金會(National sanitary Foundation)核準(zhǔn)，符合飲用水添加之標(biāo)準(zhǔn)60。其安裝管徑有1/4〞、3/8〞、3/4〞、1〞、1 1/2〞等，其處理水量有40,000加侖~80,000加侖不等。其適合流速分別為
40,000加侖，流速為1~20 GPM (0.06l/s~1.3l/s)
65,000加侖，流速為2~20 GPM (0.12l/s~1.3l/s)
80,000加侖，流速為6~20 GPM (0.36l/s~1.3l/s)
三、LSI法(Langelier Saturation index)〔1〕〔2〕
1.美國Langelier氏飽和指數(shù)法，乃Langelier在1963年發(fā)表飽和指數(shù)(Saturation index)之計(jì)算法，以判定是否形成水垢或腐蝕之傾向。
LSI = PHa-PHs＜0則不沉淀，有腐蝕傾向。
＞0則會沉淀，有結(jié)水垢傾向。
式中 PHa待測水之實(shí)際之pH值
PHs待測水之飽和pH值，以下圖做例子
2.例子
已知：水溫=30°(注:通常可取太陽能熱水器常達(dá)到之較高水溫，如：50℃)
PH=8
Ca硬度=120 mg/l
M堿度(Alkalinity)=100 mg/l
總固體含量=210 mg/l
由橫坐標(biāo)找一點(diǎn)120 mg/l，其垂直線與Pca as CaCO3之線相交，其交點(diǎn)向左水平至縱坐標(biāo)交于2.92，則Pca=2.92，再由橫坐標(biāo)找一點(diǎn)100 mg/l，其垂直線與M Alk(M堿度)CaCO3線相交，其交點(diǎn)向左水平至縱坐標(biāo)交于2.7。
則P Alk=2.7
再由橫坐標(biāo)找一點(diǎn)210 mg/l，其垂直線與溫度線30℃相交，其交點(diǎn)向右水平與縱坐標(biāo)相交于2.05，此即 Total constant〝C〞(總固體量)。
則PHs = PCa + P Alk+〝C〞= 2.92+2.70+2.05=7.67
而實(shí)際上pH值為8
∴LSI = PHa - PHs= 8-7.67＞0
∴使用此種水容易長垢。
四、腐蝕
太陽能熱水器見的腐蝕為焊接道旁邊的腐蝕，或孔蝕或銹蝕以至腐爛，本文先介紹腐蝕一般定義，再介紹如何防蝕。
(一)腐蝕型態(tài)的分類
依方丹那(Fontana)及美國防蝕學(xué)會的分類法：可分為
1.均勻腐蝕(Genenal corrosion)
2.局部腐蝕(Localized corrosion)：
(1)孔蝕：不銹鋼最容易發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象之一即孔蝕，在氯離子(Cl﹣)含量高的環(huán)境，易穿孔。
(2)間隙腐蝕：常發(fā)生再接合墊底下之部份。
3.偶合腐蝕(Galvanic corrosion)：管及管帽、螺牙鎖合等組件使用不同金屬時，即易產(chǎn)生偶合腐蝕，碳鋼與銅螺帽偶合，碳鋼先腐蝕。
4.腐蝕破裂(Corrosion cracking)：如：應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞與氫脆等。
5.沖蝕(Erosion corrosion)：流動液體中含有固體時，在沖擊處會產(chǎn)生腐蝕。
6.晶界腐蝕(Intergranular corrosion)：例如不銹鋼因?yàn)楹附?，在焊接道臨近部份母材之晶界含鉻量減少，會導(dǎo)致耐蝕性質(zhì)減弱的現(xiàn)象。
7.選擇性侵蝕(Selective Leaching或Dealloying)
8.高溫腐蝕(High temperature corrosion)：在高溫中產(chǎn)生氧化及高溫硫化之腐蝕。
(二)防蝕之法
1.涂層保護(hù)：
此種防蝕方式之基本原理非常簡單，主要是在金屬的表面涂上一層或數(shù)層〝膜〞，此
膜具有斷絕金屬材料與侵蝕性環(huán)境反應(yīng)之作用，從而抑制腐蝕的發(fā)生或降低腐蝕的速率，以達(dá)到防蝕的效果。至于涂層的處理方式則有許多的辦法，例如：油漆、電鍍、熱浸鍍、磷酸鹽皮膜處理、鉻酸鹽皮膜處理、化學(xué)氣相蒸鍍、物理氣相蒸鍍、熱噴涂(包含：火焰噴涂、電孤噴涂、電漿噴涂等)，離子鍍層、離子布植、雷射處理等。利用上述方法涂布之物質(zhì)可能是有機(jī)物質(zhì)(如：油漆、高分子材料)，無機(jī)物質(zhì)(如：陶瓷)，或金屬等。至于采用何種處理方式或涂上何種材料，則視材料使用環(huán)境、功能、及價格而定。根據(jù)調(diào)查，暴露在外的之支架，以熱浸鍍鋅鐵最耐中國臺灣的氣候。
2.陰極防蝕
此種方式之防蝕原理，主要是將系統(tǒng)中金屬之電位往負(fù)的方向偏移，通常在陰極防蝕處理時，其電位大約低于腐蝕電位100~300mV左右，并不需低至金屬之氧化還原平衡電位之下，陰極防蝕基本上可分為兩種方式，即：(1)犧牲陽極法，(2)外加電流法。前者是借著與較活潑之金屬，如：鋁、鋅、鎂、或鐵等之偶合，利用這些活潑金屬之優(yōu)先腐蝕而提供被保護(hù)電子而使其免于腐蝕。至于外加電流法，利用整流器提供電子給被保護(hù)之結(jié)構(gòu)體以抑制陽極氧化反應(yīng)。在太陽能熱水器儲水桶中，使用鎂極棒以防止電位腐蝕，即為犧牲陽極的作法，因其為犧牲陽極而會消耗棒質(zhì)，故隔一段時間就需更換新的鎂極棒。
3.陽極保護(hù)
有些金屬經(jīng)過腐蝕后，其氧化物非常穩(wěn)定，且缺陷少而致密，這種氧化物具有保護(hù)的作用，故有些金屬材料，常施以氧化處理，來取得其防蝕效果。鋁合金的陽極處理是最典型的例子。若用鋁合金當(dāng)儲水桶外殼或集熱器外框，可采用此法防蝕。
4.材料選擇
不銹鋼304有二缺點(diǎn)，(在熱水50~80℃范圍內(nèi)特別會腐蝕)，怕氯離子(Cl﹣)腐蝕，焊接道腐蝕。改善之道，防止孔蝕，可加鉬(Mo)，即不銹鋼316。為了防止應(yīng)力腐蝕，尤其是氯化物應(yīng)力腐蝕(chlorids stress corrosion cracking)，不銹鋼中之鎳(Ni)含量必須遠(yuǎn)高于8％或低于2％。因此建議使用不銹鋼444，316或不銹鋼304，在焊接時使用不銹鋼304為焊料〔2〕或用耐酸堿耐熱的塑料耐熱材質(zhì)做開放式儲水桶。
5.水質(zhì)處理
(1)工作流體填加腐蝕抑制劑，使器材表面被抑制劑占據(jù)，防止金屬的氧化及溶解，或抑制劑與器材金屬表面產(chǎn)生一層金屬氧化物，形成保護(hù)作用。
(2)對水質(zhì)處理，使其不具腐蝕性，如在工作流體中加入〝垢霸〞。
五、結(jié)論
1.太陽能熱水器所面臨的問題，大部份已獲得解決，唯有水垢與腐蝕并未解決。
2.在水垢方面，會造成補(bǔ)助電熱器燒壞集熱效率降低，常用的解決之道有雙循環(huán)系統(tǒng)、磁波防垢器、電離子防垢器，事后酸洗。但要注意其適用范圍。在此介紹〝垢霸〞不僅阻止水垢生成，更可防止腐蝕，不妨試試。
3.在腐蝕方面，主要發(fā)生在儲水桶，市面上大量應(yīng)用不銹鋼304，但容易產(chǎn)生孔蝕及氯應(yīng)力腐蝕。建議在材質(zhì)方面采用不銹鋼444或316或不銹鋼304，在焊接時，建議使用不銹鋼304為焊料，或在水質(zhì)處理方面添加垢霸，且定期更換濾心；或用耐酸堿、耐高
溫(100℃)之塑料儲水桶(但需用于開放式)。在不銹鋼水桶中，可用鎂極棒來防腐蝕。
