專利名稱：陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能集熱器的結構，材料和制造方法，具體說是陶瓷太陽板集熱器、陶瓷太陽板集熱盒 的結構、材料和制造方法，本發(fā)明也涉及陶瓷太陽板的包裝、運輸、連接、安裝、使用和維修方法，涉及 陶瓷太陽能集熱器與房頂材料和結構的結合方法。(二) 背景技術太陽能利用主要分為光電利用、光熱利用方式，目前光熱利用主要是太陽能熱水器，太陽能熱水器分 為悶曬式和循環(huán)式，循環(huán)式效率較高，其集熱體主要采用金屬管板式集熱體和真空玻璃管式集熱體，金屬 管板式集熱體也稱作平板式集熱體。兩者均存在以下不足1.金屬管板式集熱體主要釆用銅、鋁等材料， 真空玻璃管集熱體結構和制造工藝相對復雜，以每平方米吸熱面積計算兩者的價格都比較高。2.兩者均采 用低溫涂覆的黑色陽光吸收涂料，在長期的陽光作用下會有一定程度的老化使陽光吸收率衰減，是導致效 率和壽命問題的原因之一。3.由于材鈄、結構和成本等原因難與建筑物結合為一體。均質(zhì)陶瓷太陽板是指以提釩尾渣和(或)其他富含過渡元素的工業(yè)廢棄物、天然礦物與普通陶瓷原料 混合后制造的整體黑色或黑灰色的陶瓷中空太陽能集熱板，復合陶瓷太陽板是指以普通陶瓷為基體，與以 提釩尾渣和(或)其他富含過渡元素的工業(yè)廢棄物、天然礦物與普通陶瓷原料混合后制造的黑色或黑灰色 的陶瓷表面層相復合的陶瓷中空太陽能集熱體。復合陶瓷太陽板、均質(zhì)陶瓷太陽板可統(tǒng)稱為陶瓷太陽板。通常太陽能熱水器由支架、太陽能集熱器、儲水箱、管道組成，或由支架、真空玻璃管、儲水箱、管 道組成，所述集熱器一般由外殼、保溫隔熱材料、具有黑色表面的金屬太陽能集熱體、透明蓋板組成。以前生產(chǎn)黑色陶瓷必須加入Co、 Cr、 Ni、 Mn、 Fe等第四周期過渡元素，價格十分昂貴，本發(fā)明人申 報并取得的中國發(fā)明專利CN85102464 "黑色陶瓷制品原料的生產(chǎn)方法及其制品"、CN86104984 "—種陶粉 末"敘述了以提釩尾渣為原料之一生&各種黑色陶瓷制品的方法，這種黑色陶瓷稱作釩鈦黑瓷。此發(fā)明又 以"陶瓷粉末及其制品"(Ceramrc p,)wder and drticles)為名稱申報并己取得九國外國發(fā)明專利證書， 分別是美國專利4737477、日本專利L736801、英、法、德、奧地利專利(歐洲專利局)0201179、澳大利 亞專利578815、新加坡專利1009/91、芬蘭專利81336。 80年代本發(fā)明人申報了 "黑色陶瓷太陽瓦"、"黑 色陶瓷攔板式太陽能集熱器"、"黑色陶瓷太陽能房頂"等專利，本世紀初本發(fā)明人申報了 "陶瓷太陽板"、 "復合陶瓷中空太陽能集熱板的制造方法"、"一種新型太陽能房頂?shù)慕Y構和材料"等專利。釩鈦磁鐵礦經(jīng)熔煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進行焙燒，將焙燒料進行 濕法浸取提釩，提取釩后所剩余的作為廢棄物的殘渣即為提釩尾渣。目前我國年產(chǎn)出提釩尾渣約30萬噸，主要產(chǎn)地是四川、河北、遼寧等，代表性企業(yè)是攀枝花鋼鐵公 司、承德第二化工廠、錦州釩業(yè)公司等。提釩尾渣富含F(xiàn)e、 Cr、 Mn、 V、 Ti等第四周期元素復雜化合物， 占總重量的80%左右，是一種十分特殊的工業(yè)廢棄物，其中任何一種成分的提取和利用均遠不如相應天然 礦物的經(jīng)濟性，而他們的集合體卻是一種十分穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，長期以來人工配制的Co系陶瓷黑 色著色劑的制造必須經(jīng)過嚴格的配方，精細、復雜的加工才能得到呈色穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，通常每噸 售價20萬元左右。提釩尾渣不僅是穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，而且其本身也是優(yōu)良的黑色瓷器原料，百分 之百的提釩尾渣就可以生產(chǎn)理化性能優(yōu)良、光熱轉(zhuǎn)換性能突出的釩鈦黑瓷制品。釩鈦黑瓷發(fā)明于1984年，1985年4月1日開始申報專利，1986年通過技術鑒定，釩鈦黑瓷可以制造 中空太陽能集熱板、遠紅外輻射元件、藝術品、建筑裝飾板等，其中目前產(chǎn)量最大的是釩鈦黑瓷建筑裝飾 板，目前主要產(chǎn)地是廣東、上海，代表性企業(yè)是佛山市東鴻陶瓷廠，上海宏基特種陶瓷公司等。我國陶瓷 建筑裝飾板(磚)產(chǎn)量居世界首位，年產(chǎn)量占世界產(chǎn)量50%左右，由于釩鈦黑瓷裝飾板使用大量提釩尾渣， 以前占用大量堆場，成為提釩廠沉重負擔的提釩尾渣目前售價已達160-300元/T。全國提釩尾渣產(chǎn)出廠因 此獲得年純收入數(shù)千萬元，釩鈦黑瓷裝飾毛板年銷售額數(shù)億元，磨光后增值1至3倍。20世紀90年代初 以石膏模注漿成型方法試制300X300毫米釩鈦黑瓷中空太陽板上萬平方米，制造和使用釩鈦黑瓷太陽能 熱水器數(shù)百臺以上，直接建造于房頂上的釩鈦黑瓷太陽能熱水器近千平方米，采用磚、水泥外框、菱苦土 外框、水缸儲水箱和專門制造的陶瓷儲水箱，目的是逐步發(fā)展成為釩鈦黑瓷太陽能房頂。300X300毫米釩 鈦黑瓷太陽板單板面積0. 09平方米，容水量0. 9 kg，單層玻璃單板悶曬時水溫可達IO(TC,在1986年山
東省太陽能熱水器全省評比中釩鈦黑瓷太陽能熱水器獲一等獎，釩鈦黑瓷太陽能熱水器加熱前后的水質(zhì)經(jīng) 檢測未發(fā)現(xiàn)可見的變化，使用10年以上的太陽板無退色、腐蝕、老化等跡象，但是石膏模注漿成型釩鈦黑瓷中空太陽板方法，成型效率低、成型大尺寸太陽板成品率低下，小尺寸板接頭過多，安裝繁瑣，難以 發(fā)展成為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)方法，難以實現(xiàn)大規(guī)模推廣使用。發(fā)明人近期開發(fā)的以真空擠出法試制的大尺 寸太陽板，成型效率比石膏模注漿法高出數(shù)十倍，單板尺寸可放大幾倍至十幾倍，可以發(fā)展形成大規(guī)模生 產(chǎn)和應用。機鈦黑瓷最重要的特性是光熱轉(zhuǎn)換特性，釩鈦黑瓷是典型的能源材料，為此發(fā)明人正在全力研究和開 發(fā)更為實用的大尺寸釩鈦黑瓷太陽板和以釩鈦黑瓷為表面層以普通陶瓷為基體的釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽 板，用于釩鈦黑瓷太陽能房頂。全國提釩尾渣產(chǎn)出量可以年產(chǎn)實用型大尺寸釩鈦黑瓷太陽板約1500萬平 方米，而制造釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板其年產(chǎn)量可以超過10億平方米，光熱轉(zhuǎn)換過程發(fā)生于物體表面， 兩者性能可以做到并無重大差別。目前一噸普通瓷質(zhì)實心毛板的售價約600元，釩鈦黑瓷實心毛板約700元，鑄鐵約3000元，鋼材4500 元，鋁材24000元，銅材70000元，與鋼鐵相比其比重相差3倍，即相同貨幣所購買的瓷板體積是鋼鐵10 倍以上，而瓷器耐蝕性壽命可以比鋼鐵長10倍以上，可以認為瓷質(zhì)材料比任何金屬更耐腐蝕，每平方米 釩鈦黑瓷或復合陶瓷太陽板重量可以小于40 kg。瓷質(zhì)材料價格低廉是由于原料儲量大、分布廣泛、運距 短、加工溫度可低于120(TC、加工工藝簡單，金屬材料價格昂貴是由于原料儲量少、有效含量低、運距遠、 加工溫度約160(TC、或需電解冶煉、加工工藝復雜，這些因素是難以改變的。所以普通陶瓷、釩鈦黑瓷或 以釩鈦黑瓷為表面以普通陶瓷材料為基體適合制造太陽能集熱體用于太陽能房頂，尤以后兩者更適合制造 太陽能集熱體用于太陽能房頂。釩鈦黑瓷被陽光照射時會大量吸收陽光中的能量，陽光吸收率可達0.9，經(jīng)試驗，在緯度37度地區(qū)， 夏日晴天1平方米釩鈦黑瓷太陽板可將10 kg水加熱至IO(TC。釩鈦黑瓷是優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料，是新型的 能源材料。釩鈦黑瓷黑色純正，理化性能優(yōu)良，目前大量用于生產(chǎn)實心的表面磨光的建筑裝飾板，生產(chǎn)成 本低廉，釩鈦黑瓷裝飾板厚度約12毫米，不磨光的毛板售價每平方米20 30元，其銷售額已達到數(shù)億元， 釩鈦黑瓷裝飾板只是利用釩鈦黑瓷黑色純正、裝飾效果沉穩(wěn)、莊重這一特性，而其本身具有的光熱轉(zhuǎn)換特 性尚未得到充分的開發(fā)和利用。釩鈦黑瓷強度高、抗折強度45 100mpa，比普通瓷質(zhì)磚幾乎高一倍，制造 成本低廉、不腐蝕、不老化、不退色、無毒、無害、無放射性，經(jīng)上千度溫度燒制而成，經(jīng)加速老化，未 發(fā)現(xiàn)陽光吸收率衰減問題，可具有幾乎永久的使用壽命，非常適合制造太陽能集熱體，易與建筑結合，用 于太陽能房頂，其強度是普通瓦片十倍左右，使用時間可與建筑同壽命。中國現(xiàn)有建筑面積400億平方米，房頂面積約100億平方米，每年新建建筑20億平方米，房頂約5 億平方米，建筑用能數(shù)量巨大，主要用于夏季空調(diào)、冬季取暖和生活用熱水，化石能源緊缺，充分利用可 再生能源是總體趨勢，耍想大規(guī)模利用太陽能，必應首先使離人類最近的房頂具備經(jīng)濟地吸收太陽能的功 能，房頂吸收的太陽能必然首先用于人類在居室和工作場所中的主要耗能項目空調(diào)、取暖、熱水，其次 是烹飪、家電、照明，已有的太陽能房頂和太陽房己經(jīng)可以做到由太陽能供應居室能源的50 80%,甚至 做到全部能源自給，然而這些試驗性的太陽能房頂和太陽房是建立在現(xiàn)有技術基礎上的，建造和壽命期間 所耗費的常規(guī)能源的數(shù)量有時超過其同期所獲取的太陽能，釩鈦黑瓷太陽能房頂可以改變這一狀況，主要取決于兩點①提出并實現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)釩鈦黑瓷太陽板尤其是釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板的方法；②提出并實現(xiàn)能夠在普通房屋上低成本建造和運行、與建筑物同壽命的釩鈦黑瓷太陽能房頂?shù)姆桨?。近年開發(fā)的吸收式空調(diào)已可將溫度大于65'C的熱水的能量轉(zhuǎn)換制取溫度低T 25'C的冷風，用于夏季 空調(diào)，冬季陽光可以將太陽能集熱板內(nèi)的空氣加熱到3(TC以上作為暖氣供應建筑取暖。太陽能是不穩(wěn)定的， 稀薄的能源，每平方米功率上限約1千瓦左右，中國城市居民戶均房頂面積約15平方米，農(nóng)村約100平 方米，目前仍在迅速發(fā)展，要利用太陽能實現(xiàn)夏季空調(diào)、冬季取暖，必須提供廉價、長壽、高效、易與建 筑結合的太陽能集熱體，釩鈦黑瓷太陽板可以實現(xiàn)這一目標，但是釩鈦黑瓷以提釩尾渣為主要原料，目前 釩的需求量和生產(chǎn)量都不大，導致提釩尾渣產(chǎn)出量有一定限度，所以開發(fā)以釩鈦黑瓷為表面層、以常規(guī)陶 瓷為基體的復合陶瓷中仝太陽能集熱板，以使提釩尾渣得到更有效的利用，是非常必要的。中國年產(chǎn)陶瓷 墻地磚約40億平方米，其中投影面積大于0. 2平方米的瓷質(zhì)磚約10億平方米，因此年產(chǎn)數(shù)億平方米以上, 表面為釩鈦黑瓷，基體為通常陶瓷的復合陶瓷中空太陽能集熱板是可能做到的，也是非常需要和必要的。近年來地熱發(fā)電己由采用90。C熱水發(fā)展到可采用70'C左右熱水，發(fā)電成本可低于常規(guī)電力成本，低溫發(fā) 電技術已日趨成熟，以相對低廉成本.大量生產(chǎn)的陶瓷太陽板也可用于低溫發(fā)電。地熱發(fā)電一般需向地下 數(shù)百米、上千米深處的干熱巖層注入或提取熱水， 一般地熱水有一定的腐蝕性，需采取防腐措施，陶瓷太 陽板可以提供比較純凈的熱水，可能實現(xiàn)更低的發(fā)電成本。釩鈦黑瓷復合陶瓷中空太陽能集熱板，也稱作 釩鈦黑瓷復合陶瓷太陽板，簡稱復合陶瓷太陽板。復合陶瓷太陽板、均質(zhì)陶瓷太陽板可統(tǒng)稱為陶瓷太陽板。 通常房頂?shù)墓δ苁欠里L、雨、日曬、保溫，形狀大致可分為"人"字形、平面型、 一面坡型，房頂建 筑在承重部分上，承重部分一般是墻體、混凝土構件或房梁(房架)和檁條，房頂本身通常由結構層、保 溫層、防水層構成。在我國一般城市建筑房頂?shù)慕Y構層是預制混凝土板或現(xiàn)澆混凝土，保溫層是膨脹珍珠巖、蛭石粉或爐 渣等輕質(zhì)保溫材料，防水層是各種油氈，為保持保溫層的整體性和便于施工通常保溫層與防水層之間還有一層水泥。一般農(nóng)村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房頂材料具有多樣性，結構層多采用薄的大尺寸玻璃纖維水泥瓦、木板條、柳條、 戶等等，保溫層常釆用鋸末與粘土、石灰等的混合物，防水層多用粘土瓦，隨經(jīng)濟發(fā)展農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房頂材料也在不斷向城市化方向發(fā)展。目前太陽能熱利用裝置主要是平板太陽能熱水器和真空玻璃管熱水器，平板太陽能熱水器主要由承重 支架、集熱器和水箱構成，集熱器由結構層或稱作集熱器外殼、保溫材料、平板集熱體、透明蓋板組成， 平板集熱體一般由金屬制造，與常溫水相比，IO(TC以下的熱水對金屬有較強的腐蝕性，為耐腐蝕延長使 用壽命一般采用銅鋁復合平板集熱體，以較粗的銅管為橫管、較細的銅管為豎管焊接形成水的通道，豎管 間隔約10公分，鋁板占據(jù)間隔面積或整體面積與銅管經(jīng)擠壓等方法復合為一體，表面覆蓋選擇性或非選 擇性太陽能吸收涂料，從集熱器的斷面看，集熱器是由結構層、保溫層、集熱體、防水層組成的，其中防 水層是透明蓋板， 一般是玻璃或透明塑料，同時起到防水、透過陽光、形成封閉構成溫室效應的作用。選 擇性涂料和非選擇性涂料都會隨時間而老化，逐步降低陽光吸收率。真空玻璃管熱水器主要由承重支架、真空玻璃管集熱體和水箱組成，真空玻璃管集熱體是一粗一細二 根同軸玻璃盲管組合而成， 一頭開口. 一頭封閉，粗細管之間為真空，內(nèi)管表面覆蓋選擇性太陽能吸收涂 層，水在內(nèi)管中加熱，向水箱輸送熱水。太陽能是可再生、取之不盡、不危害環(huán)境的綠色能源，又是不穩(wěn)定、稀薄、低密度的能源。房頂是最 容易被陽光照射、離人類最近、面積最大，目前綜合利用率最低、最容易采集、利用陽光的場所和空間。制造、建造太陽能裝置包括太陽能熱水器、太陽能房頂、太陽房是為了利用太陽能從而節(jié)約常規(guī)能源， 是為了節(jié)能。其衡量標準應該是一臺(座)太陽能裝置在壽命期間所取得的全部能量減去制造、建造、維 護、維修這臺(座)裝置所消耗的全部能量之差，這個差值可稱作Q值，Q是正值說明是節(jié)能的，負值是 耗能的，是得不償失的。所取得的能量比較容易計算，所消耗的能量應包括制造材料、將材料加工成另部 件所消耗的能量及制造、維修人員和相關人員每天生活所消耗的能源，如冶煉1噸鋼材所耗常規(guī)能量折合 約700升石油，從業(yè)人員家庭耗費的煤氣、電力能源等，這些能源消耗比較難以計算。 一種比較簡單的辦 法是以貨幣量進行與采用常規(guī)能源的相應裝置的對比，因為貨幣量在很大程度上反映了能源的消耗量，也 是社會公認的是否經(jīng)濟的核算依據(jù)，如一臺太陽能熱水器只用于提供洗浴熱水，購入價3000元，平均10 年后報廢，10年中維修費折合耗資530元，3000元的10年利息設為1000元，則總支出為4500元，使用 一臺煤氣熱水器，如也只用于提供洗浴熱水，購入價300元，平均10年后報廢，10年中購置費、維修費、 煤氣費和利息總計為a元，則對比值為(a-4500)元。因此任何一臺(座)太陽能裝置都應該使對比值為 正值才會有長期存在價值和發(fā)展前景。通常建筑要求50年至上百年使用壽命， 一般防水層使用壽命為3 20年，現(xiàn)代建筑防水層維修間隔 可以達到15年以上，目前包括結構層、保溫層、防水層在內(nèi)的房頂每平方米造價大致為幾十元至二百元 之間。盡管太陽能利用最應該首先釆用太陽能房頂，但目前太陽能房頂十分罕見，而且多數(shù)是將金屬太陽能 集熱器或真空玻璃太陽能集熱器直接安裝在已建造好的房頂上，并不是真正意義的太陽能房頂。目前太陽 能房頂沒有普遍使用，我們認為根本原因是其Q值很難實現(xiàn)大數(shù)值的正值，有的甚至為負值，具體原因分析如下1. 價格高——金屬管板式和真空玻璃集熱體每平方米售價為數(shù)百元，僅集熱體價格就是晉通房頂造價的兒倍甚至十幾倍。2. 壽命短——金屬和真空玻璃管集熱體一般采用低溫太陽能涂料，陽光吸收率容易衰減，金屬管板式的 銅管焊接口多，焊接口容易腐蝕，涂層性能衰減和焊口腐蝕導致金屬太陽能集熱器平均壽命約10年左右， 真空玻璃管除涂層老化外，還存在真空壽命、玻璃管漏氣、破碎等因素，我國水源多為硬水，Ca、 Mg離子 多，容易產(chǎn)生水堿，水堿絮狀沉淀堵塞玻璃盲管等問題，各種原因?qū)е抡婵詹ＡЧ芗療崞髌骄鶋勖苍?0 年左右。在10年左右時間中一般還需經(jīng)過多次維修和零件更換，平均壽命10年左右是指采光面積1 2 平方米的單臺太陽能熱水器而言，如大面積用于房頂則意味需要經(jīng)常修理房頂，這點對于使用壽命50年 至100年以上的建筑物來說是難以接受的。3. 平均效率不高^0低溫涂層幾年內(nèi)開始老化，陽光吸收率逐步下降，整個壽命期間平均效率不高； ②銅材昂貴，管間距離大，鋁板吸收太陽能后橫向傳遞給銅管中的介質(zhì)，平均傳熱距離30毫米左右。由 于結構限制，真空玻璃管管間空隙大，黑色吸收層只占結構面積50%左右，中午陽光強烈，但是中午陽光 直射時大量陽光從管間空隙中穿過，影響了集熱效率。4. 難與建筑結合——房頂由結構層、保溫層、防水層構成，太陽能集熱器由結構層、保溫層、集熱層、 防水層(透明層)構成，所謂太陽能房頂勢必要求將兩者有機結合，盡可能共用兩者的功能層，才能起到 既保持原有房頂?shù)墓δ苡帜軓闹腥〉锰柲苡糜诮ㄖ锏母鞣N用能需要，并降低建造成本，如前所述，由 于上述兩種集熱體具有各種不足，當形成大面積使用時其可靠性進一步下降，難以設計出一種合理的太陽 能房頂結構，即使設計出來也會出現(xiàn)F述結果①房頂造價提高幾倍至十幾倍；②房頂使用可靠性下降， 導致這種太陽能房頂?shù)腝值很難成為較大的正值。因此，在現(xiàn)有的金屬太陽能集熱體、真空玻璃管太陽能 集熱體的基礎上很難建造能被用戶普遍接受、大量使用的太陽能房頂。陶瓷太陽能房頂?shù)幕A是陶瓷太陽 板和陶瓷太陽能集熱器，簡化在房頂h的安裝工序，將陶瓷太陽能集熱器的組裝、安裝實現(xiàn)工廠化、模塊 化是十分重要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的陶瓷太陽板制造成本較低、強度高、剛性好、理化性能穩(wěn)定、不腐蝕、不老化、黑色 表面不退色，可具有很長的使用壽命.但是陶瓷太陽板具有一定的脆性，與普通瓷器一樣，受到較強的沖 擊容易破碎，須尋找一種適當?shù)陌b，運輸、安裝、維修方式。通常房頂由結構層、保溫層、防水層組成， 陶瓷太陽板集熱器由結構層(外殼)、保溫層、陶瓷太陽板、防水層(透明蓋板)組成，為節(jié)約材料、簡 化結構，兩者應有一種有效的共用和結合方法。房頂施工是高空作業(yè)，保溫層和防水層的施工工序繁瑣、 工期長、相對地面操作而言，施工困難。本發(fā)明的目的是使陶瓷太陽板集熱器的生產(chǎn)實現(xiàn)工廠化、模塊化， 使保溫隔熱材料與陶瓷太陽板結合為一體，同時作為包裝、減震材料，方便了運輸、安裝和維修，使集熱 器與房頂共用結構層、保溫層、防水層，簡化了房頂結構和施工工序，方便了操作，使房頂?shù)慕ㄔ觳僮鞲?加方便、快捷、高效。所建造的陶瓷太陽能房頂不僅具有普通房頂?shù)囊磺泄δ埽铱梢晕仗柲苡糜?提供夏季空調(diào)、冬季暖氣、生活用熱水，當面積足夠大時還可用于低溫發(fā)電。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的均質(zhì)陶瓷太陽板是指以提釩尾渣和(或)其他富含過渡元素的工業(yè)廢棄物，天然礦物與普通陶瓷原料 混合后制造的整體黑色或黑灰色的陶瓷太陽能集熱板，復合陶瓷太陽板是指以普通陶瓷為基體，與以提釩 尾渣和(或)其他富含過渡元素的工業(yè)廢棄物、天然礦物與普通陶瓷原料混合后制造的黑色或黑灰色的陶 瓷表面層相復合的陶瓷中空太陽能集熱體。復合陶瓷太陽板、均質(zhì)陶瓷太陽板可統(tǒng)稱為陶瓷太陽板。通常太陽能熱水器由支架、太陽能集熱器、儲水箱、管道組成，或由支架、真空玻璃管、儲水箱、管 道組成，所述集熱器一般由外殼、保溫隔熱材料、具有黑色表面的金屬太陽能集熱體、透明蓋板組成。陶瓷太陽板分為同質(zhì)的或稱均質(zhì)的陶瓷太陽板和復合陶瓷太陽板，均質(zhì)陶瓷太陽板是整體黑色或黑灰 色的陶瓷中空板，復合陶瓷太陽板是表面為黑色或黑灰色的陶瓷層與通常陶瓷原料制造的陶瓷中空板基體 高溫燒結為一體的復合陶瓷中空板，兩者都是以塑性擠制法制造多孔中空板后兩端封接端頭、接口后高溫 燒制而成，兩端頭內(nèi)各平行孔與進出接口相通。本發(fā)明是以澆注、模壓、噴涂、粘結、機械結合等方法將具有一定強度、厚度的保溫隔熱材料牢固的 結合在陶瓷太陽板的底部和四周側(cè)面，側(cè)面的保溫隔熱材料高于陶瓷太陽板的集熱面，在陶瓷太陽板兩端
接口處的保溫隔熱材料中予留兩板之間連接管和固定件的位置和連接時的操作空間，形成陶瓷太陽板集熱 盒，在集熱盒頂部覆蓋透明蓋板即成為陶瓷太陽板集熱器，或?qū)⑻沾商柊寮療岷薪涌趯涌谝赃B接管相 連接整齊的排放在建筑物的屋頂上，在陶瓷太陽板集熱盒上安裝透明蓋板形成陶瓷太陽板集熱器，間隔一 定距離或在四周安裝Q (歐米咖)型材板或各種型材，構成了陶瓷太陽能房頂。太陽板吸光面與模具之間 放置塑料薄膜有利脫模，成型中保護吸光面，在運輸和安裝時避免污染吸光面，在覆蓋透明蓋板前揭掉塑 料薄膜。所述的保溫隔熱材料是指有機微孔狀保溫隔熱材料如硬質(zhì)聚氨脂、酚醛、脲醛、聚稀烴、聚氯乙烯、 聚苯乙烯等泡沫塑料，無機微孔狀保溫隔熱材料如微孔硅酸鈣、微孔鋁酸鈣、硅藻土、無機泡沫膠凝材料 等，纖維狀保溫隔熱材料與結合劑的混合物其中纖維狀保溫隔熱材料如巖棉、礦棉、玻璃棉、硅酸鋁纖棉、 無機人造纖維、有機纖維等，散粒狀保溫隔熱材料與結合劑的混合物其中散粒狀保溫隔熱材料如膨脹珍珠 巖、膨脹蛭石、陶粒、泡沫石棉等，層狀隔熱材料如層狀中空結構隔熱材料、層狀夾心結構隔熱材料等。所述的透明蓋板是指玻璃板、透明塑料板等。所述的連接管是指耐老化、耐腐蝕的軟質(zhì)的塑料管、硅橡膠管、橡塑管等，硬質(zhì)的銅管、不銹鋼管、 陶瓷管、塑料管等，軟質(zhì)管的固定和密封可采用不銹鋼管箍、銅卡箍、卡簧、熱收縮帶等，硬質(zhì)管的固定 和密封可采用有機、無機的膠粘劑、膠凝材料等。所述Q (歐米咖)型材板是指鍍鋅鋼板或彩涂鋼板加工成的Q形狀的型材板，底邊寬度N為60 200 咖，棱高M為80 250咖，棱寬L為1 30咖，其底邊的兩翼固定在屋頂上，對陶瓷太陽板集熱器起到保 護和圍護作用，安裝和維修時可作為操作者的支撐點。對上述陶瓷太陽能房頂來說，在陶瓷太陽板集熱器與屋頂之間可以事先鋪設一層防水層，如鍍鋅鋼板 或彩涂鋼板，其厚度為0.3 1.5皿，其作用是當玻璃板破碎或陶瓷太陽板因意外原因而破碎時，此層鍍 鋅鋼板或彩涂鋼板可作為建筑物頂部的防水層同時也起到集熱器結構層的作用。對上述陶瓷太陽能房頂來說，在陶瓷太陽板集熱器與屋頂或鍍鋅鋼板或彩涂鋼板之間可以事先鋪設一 層保溫隔熱材料，將陶瓷太陽板集熱器安裝在這層保溫隔熱材料上，使陶瓷太陽板集熱器和建筑物取到更 好的保溫隔熱效果，所述保溫隔熱材料是上文所述保溫隔熱材料中的一種或幾種。當陶瓷太陽板集熱器下 層保溫隔熱效果比較好時，上述措施是不必要的。所述陶瓷太陽板集熱盒或陶瓷太陽板集熱器是在工廠制造的，其生產(chǎn)可以實現(xiàn)工廠化和安裝實現(xiàn)模塊 化，結合在陶瓷太陽板底部和四周的保溫隔熱材料也是陶瓷太陽板的出廠包裝材料，并使陶瓷太陽板的裝 卸、運輸、安裝更加安全可靠，使安裝和今后的維修更加快速、簡單、方便。目前我國年產(chǎn)建筑用陶瓷板、磚約40億平方米，規(guī)?；a(chǎn)的不磨光、不上釉、尺寸600 800im見 方，燒制的實心陶瓷毛板生產(chǎn)成本可達到15 25元/平方米。以實心陶瓷毛板與陶瓷太陽板的原料、生產(chǎn)工藝相比較，當兩者的工業(yè)生產(chǎn)成熟程度和生產(chǎn)規(guī)模相接 近時，陶瓷太陽板的生產(chǎn)成本可能是實心陶瓷毛板生產(chǎn)成本的2-4倍。陶瓷太陽板可以較低的生產(chǎn)成本進 行生產(chǎn)，由于陶瓷特性，陶瓷太陽板可以具有相當長的使用壽命，制造陶瓷太陽板集熱器的保溫隔熱材料 選擇范圍廣泛，可以制造成本相對低廉的陶瓷太陽板集熱器和以較低的造價建造陶瓷太陽能房頂，陶瓷太 陽能房頂可以吸收太陽能用于提供夏季空調(diào)、冬季暖氣、生活用熱水，當面積足夠大時還可用于低溫發(fā)電。 陶瓷太陽能集熱器另一項可能用途是在荒漠、沙漠、荒山地帶建立太陽能低溫發(fā)電場。 以下結合附圖詳細說明本發(fā)明的特點

圖1表示均質(zhì)陶瓷太陽板的形狀和結構。 圖2表示復合陶瓷太陽板的形狀和結構。圖3表示將復合陶瓷太陽板、塑料薄膜和芯模放入外模模具內(nèi)，用模具內(nèi)發(fā)泡固化的方法使保溫隔熱材料 結合在陶瓷太陽板的底部和四周，出模后拿掉芯模，則在保溫隔熱材料中予留了接口處的連接另件和操作 的空間，從而以這樣的方法制造陶瓷太陽板集熱器的集熱盒，此方法適于采用各種泡沫塑料和產(chǎn)氣、發(fā)泡 類的保溫隔熱材料。如圖所示，僅將模具的上蓋去掉，向模內(nèi)注入各種保溫隔熱材料與粘結劑、固化劑的混合物，或向模 內(nèi)噴注泡沫塑料，固化后以槽的上口為基準刮平、脫模，即可得到陶瓷太陽板集熱盒，此方法可用于多種 保溫隔熱材料。
圖4表示陶瓷太陽板集熱盒的材料、形狀和結構。圖5是圖4剖面圖，表示陶瓷太陽板接口處予留空間的位置和形狀。圖6表示陶瓷太陽板集熱盒以軟質(zhì)管相連接的另件和方法。圖7表示陶瓷太陽板集熱器成型時所用芯模的形狀和結構，Ol略大于管箍外徑或硬質(zhì)連接管的外徑，02 略大于陶瓷太陽板接口外徑。圖8表示將復合陶瓷太陽板、塑料薄膜、芯模、粒狀或纖維狀保溫隔熱材料與粘結劑、固化劑的混合物放 入如圖所示的各自位置，對上、下模頭加壓，在常溫或一定溫度中固化后脫模，即得到陶瓷太陽板集熱盒。 圖9表示陶瓷太陽板集熱盒以硬質(zhì)管相連接的另件、材料和方法。 圖10是2件陶瓷太陽板集熱盒相連接的示意圖。 圖11是多件陶瓷太陽板集熱盒相連接的示意圖。 圖12是以軟質(zhì)管相連接的放大示意圖。圖13是以陶瓷太陽板集熱器組成的陶瓷太陽能房頂?shù)母┮暿疽鈭D，19表示安裝和維修時支撐操作人員的 墊板，墊板由Q彩鋼型材板支撐，Q型材板頂部高于陶瓷太陽板集熱器，墊板下面有橡膠襯以增加摩擦力 和保護Q彩鋼型材板的涂層或鍍鋅板的表層。圖14是陶瓷太陽能房頂?shù)膫?cè)面剖視圖，表示玻璃板、陶瓷太陽板集熱盒、防水層之間的位置關系。圖15表示q型材板橫截面的形狀和尺寸，底邊寬度N為60 200 mi，棱高M為80 250咖，棱寬L為l 30咖。圖16表示陶瓷太陽板集熱盒出廠時的包裝方式。 圖中1—一均質(zhì)陶瓷太陽板 2——復合陶瓷太陽板 3——黑色或黑灰色陶瓷層(陽光吸收層) 4——陶瓷太陽板接口 5——保溫隔熱材料 ~~模具 7——芯模 8——塑料薄膜9——陶瓷太陽板集熱盒10——接口連接空間11——軟質(zhì)連接管 12——管箍 13——封接材料 14—一硬質(zhì)連接管15——Q型材板 16——流體上匯集管17——流體下匯集管 18——彩鋼板或其他防水層 19—一墊板 20——玻璃板或其他透明板 21——包裝帶 (五)具體實施方案 實施例1. 將塑料薄膜貼合在復合陶瓷太陽板的黑瓷吸光面上，芯模套在復合陶瓷太陽板的接口上放入封閉的外 模模具內(nèi)，如圖3所示，將硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料的液體原料混合均勻后注入模具內(nèi)，發(fā)泡固化使聚氨脂泡 沫塑料結合在復合陶瓷太陽板的底部和四周，打開模具取出聚氨脂泡沫塑料和復合陶瓷太陽板的結合體， 聚氨脂泡沫塑料外表面有一層光滑、堅硬的未發(fā)泡層，結合體為復合陶瓷太陽板集熱盒，上蓋透明蓋板即 成為復合陶瓷太陽板集熱器。2. 將例1所述的模具去掉上模蓋，將芯模套在均質(zhì)陶瓷太陽板的接口上放入模具，將膨脹珍珠巖粉料與 樹脂水泥攪拌均勻呈半流動狀態(tài)注入模具中，插搗物料使其填充至模具的各個部位，固化后脫模，樹脂水 泥珍珠巖材料結合在陶瓷太陽板的底部和四周形成陶瓷太陽板集熱盒。3. 將芯模套在陶瓷太陽板的接口上放入如圖8所示的模具中，使酚醛樹脂與巖棉均勻分布鋪設在模具的 空腔內(nèi)，對模具的上下模頭加壓并對模具加熱使樹脂固化，脫模即得到陶瓷太陽板集熱盒。4. 如實施例1所述的以硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料為保溫隔熱材料的復合陶瓷太陽板集熱盒長1000毫米、寬500 毫米、高100毫米，其中太陽板底部聚氨脂厚度50毫米，側(cè)壁厚度20毫米，太陽板總厚度30毫米，陶 瓷壁厚5毫米，太陽板吸光面上附有塑料薄膜，將集熱盒以圖16所示方法進行包裝運至建筑工地，建筑 物屋頂傾角為3(T ，面向赤道方向，屋頂混凝土結構上鋪設厚度為0.5毫米的彩鋼平板，將集熱盒整齊排 列在屋頂上，上下集熱盒接口之間以硅橡膠管和不銹鋼管箍相連接，集熱盒上下安裝上下流體匯集管和彩 鋼板制造的Q型材板，橫向每隔約2000毫米鋪設一條縱向的Q型材板，Q型材板底面以自攻絲螺絲與屋 頂彩鋼平板相連接，Q型材板底寬N為100毫米，棱高M為120毫米，棱寬L為10毫米，Q型材板的板 厚為0. 8毫米，太陽盒上粘貼長1060毫米、寬1000毫米、厚4毫米的玻璃板，此前揭掉太陽板吸熱面上 的塑料薄膜，玻璃板之間采用搭接方式，如圖14所示，玻璃板以硅膠與太陽盒粘接，此時操作人員可以 墊板為支撐點進行操作，封裝玻璃板后集熱盒成為集熱器，由集熱器、流體匯集管、Q型材板構成了陶瓷 太陽能房頂。
權利要求
1. 陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于以澆注、模壓、噴涂、粘結、機械結合方法將保溫 隔熱材料結合在陶瓷太陽板的底部和四周側(cè)面，在陶瓷太陽板兩端接口處的保溫隔熱材料中予留兩板之間 連接管和固定件的位置和連接時的操作空間，形成陶瓷太陽板集熱盒，在集熱盒頂部覆蓋透明蓋板即成為 陶瓷太陽板集熱器，將陶瓷太陽板集熱盒接口對接口以連接管相連接排放在建筑物的屋頂上，在陶瓷太陽 板集熱盒上安裝透明蓋板形成陶瓷太陽板集熱器，間隔一定距離或在四周安裝Q型材板或各種型材，構成 陶瓷太陽能房頂。
2. 根據(jù)權利要求1所述的陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的保溫隔熱材料是指有 機微孔狀保溫隔熱材料硬質(zhì)聚氨脂、酚醛、脲醛、聚稀烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯泡沫塑料，無機微孔狀保 溫隔熱材料微孔硅酸鈣、微孔鋁酸鈣、硅藻土、無機泡沫膠凝材料，纖維狀保溫隔熱材料與結合劑的混合 物其中纖維狀保溫隔熱材料是巖棉、曠棉、玻璃棉、硅酸鋁纖棉、無機人造纖維、有機纖維，散粒狀保溫 隔熱材料與結合劑的混合物其中散粒狀保溫隔熱材料是膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、陶粒、泡沫石棉，層狀隔熱材料是層狀中空結構隔熱材料、層狀夾心結構隔熱材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的連接管是指耐老化、 耐腐蝕的軟質(zhì)的塑料管、硅橡膠管、橡塑管，硬質(zhì)的銅管、不銹鋼管、陶瓷管、塑料管，軟質(zhì)管的固定和 密封采用不銹鋼管箍、銅卡箍、卡簧、熱收縮帶，硬質(zhì)管的固定和密封采用有機、無機的膠粘劑、膠凝材 料。
4. 根據(jù)權利要求1所述的陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的Q型材板是指鍍鋅鋼 板或彩涂鋼板加工成的Q形狀的型材板，其橫截面如圖15所示，底邊寬度N為60 200 mm,棱高M為80 250咖，棱寬L為1 30咖，其底邊的兩翼固定在屋頂上。
5. 根據(jù)權利要求1所述的陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的結合在陶瓷太陽板底 部和四周的保溫隔熱材料也是陶瓷太陽板的出廠包裝材料。
6. 陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于制造陶瓷太陽板集熱盒時在陶瓷太陽板吸光面與模 具之間放置塑料薄膜。
7. 陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的陶瓷太陽能房頂，在陶瓷太陽板集熱器與屋 頂之間事先鋪設鍍鋅鋼板或彩涂鋼板，其厚度為0. 3 1. 5 ran。
8. 陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的陶瓷太陽能房頂，在陶瓷太陽板集熱器與屋 頂之間事先鋪設一層保溫隔熱材料，將陶瓷太陽板集熱器安裝在這層保溫隔熱材料上，所述保溫隔熱材料 是上文所述保溫隔熱材料中的一種或幾種。
9. 陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法，其特征在于所述的陶瓷太陽板集熱器吸收太陽能用于空調(diào)、暖 氣、熱水、在大面積房頂、荒漠、沙漠、荒山建立太陽能低溫發(fā)電場。
全文摘要
本發(fā)明屬于采用陶瓷等新材料、新結構利用太陽能的技術領域，以前太陽能集熱器主要由銅鋁復合管板式太陽能集熱體上涂覆低溫型陽光吸收涂層、結構層、保溫層、透明蓋板組成，或由真空玻璃管組成，成本高、使用壽命短，由于涂層老化，平均效率不高。陶瓷太陽板集熱器由陶瓷太陽板、保溫層、透明蓋板組成，結構簡單、安裝方便、陶瓷太陽板生產(chǎn)成本低、不老化、不腐蝕、使用壽命長，黑瓷陽光吸收層由1000℃以上高溫燒制而成，陽光吸收率幾乎不衰減，“陶瓷太陽板集熱器的制造和安裝方法”所制造的太陽板集熱盒對陶瓷太陽板裝卸、運輸比較安全、可靠，可實現(xiàn)模塊化和快速安裝，組裝太陽能屋頂時可與建筑物共用保溫層、結構層、防水層，簡化結構、降低造價，減少了維護、維修工作量。所建造的陶瓷太陽能房頂不僅具有普通房頂?shù)囊磺泄δ?，而且可以吸收太陽能用于提供夏季空調(diào)、冬季暖氣、生活用熱水，當面積足夠大時還可用于低溫發(fā)電。
文檔編號F24J2/00GK101144651SQ200610068789
公開日2008年3月19日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權日2006年9月12日
發(fā)明者曹樹梁, 王啟春, 石延嶺, 濱 蔡, 許建麗, 許建華 申請人:曹樹梁