CN101311141A

CN101311141A - 大尺寸中空陶瓷板的制造方法及其应用产品

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Publication number: CN101311141A
Application number: CNA2007100147788A
Authority: CN
Inventors: 曹树梁; 许建华; 蔡滨; 王启春; 石延岭; 许建丽; 谷胜利; 杨玉国; 修大鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-11-26

Abstract

“大尺寸中空陶瓷板的制造方法及其应用产品”是以普通陶瓷原料和富含第四周期过渡金属元素的工业废弃物、天然矿物等陶瓷黑色物质，以真空挤制机挤出成型方法低成本生产表面或整体黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板，单板面积可大于0.5m²，以陶瓷多孔板、陶瓷通孔板、大尺寸中空陶瓷板附件经胶接、套接的方式组成大尺寸中空陶瓷板纵列或以陶瓷封口板串接的方式组成大尺寸中空陶瓷板纵列，用于太阳能热水器提供热水，用于太阳能房顶、墙面为建筑提供致冷、暖风、热水，用于大规模陶瓷太阳能风道和大面积太阳能集热场进行发电，用于远红外干燥以节能，用于建筑暖气散热片达到节能、减少室内扬尘，促进健康的目的。

Description

大尺寸中空陶瓷板的制造方法及其应用产品

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷制造和陶瓷制品应用的技术领域，具体说是以富含第四周期过渡金属元素的工业废弃物、天然矿物、化合物和普通陶瓷原料制造低成本、长寿命的表面或整体为黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板用作太阳能集热板、远红外辐射板，用于太阳能热水器、太阳能房顶、太阳能墙面、太阳能风道、太阳能集热场、远红外干燥、建筑暖气散热片等。

(二)背景技术

经过近200年持续加速开采，煤、石油、天然气等化石燃料资源逐步枯竭，现在我们必须在有限时间内寻找到至少一种新的大规模可替代能源。与核聚变、深海可燃水化物、空间太阳能电站、低成本太阳能电池等一样，低成本、长寿命太阳能集热器的大量应用也可以形成新的大规模可替代能源。

目前科学界的共识是：到达地球陆地表面的太阳辐射能总量，比地球上消耗各种能源的总量大几万倍，一旦技术上取得突破，使之在成本上具有竞争力，太阳能可以满足人类大部分的能源需求。

或者说我们需要选择太阳能丰富的地区，在占地球陆地表面千分之一左右的面积上即约15万平方公里面积上铺满低成本的太阳能收集器并将收集到的太阳能转换为电力或其它便于应用的能量形式即可形成大规模可替代能源，15万平方公里等于1500亿平方米。

目前太阳能发电主要是太阳能光伏发电和太阳能热发电，太阳能热发电又可分为聚光、跟踪方式的高温发电和集热器方式的低温发电，光伏发电的阳光收集器是太阳能电池，高温发电的收集器是反射镜和太阳跟踪系统，低温发电的收集器主要是板管式金属集热器和真空玻璃管。目前这些收集器的共同缺点是成本较高、寿命较短，通常成本为每平方米数百至数千元人民币，寿命为5年至20年，各种发电机组已十分成熟，其成本和寿命相对固定，太阳能是低密度能源，上限约每平方米1KW，无论如何精密、复杂、先进的收集器都不能收集到更多的能量，所以收集太阳能需要巨大面积的收集器，太阳能发电的成本主要由收集器决定，关键是收集器的成本、寿命和效率，一般来说现有收集器的成本需下降数倍，同时寿命增加数倍，在最近的将来，相对常规能源而言，太阳能发电才会有竞争力。

太阳能热水器分为闷晒式和循环式，循环式效率较高，其集热体主要采用金属管板式集热体和真空玻璃管式集热体，金属管板式集热体也称作平板式集热体。两者均存在以下不足：1.金属管板式集热体主要采用铜、铝等材料，真空玻璃管集热体结构和制造工艺相对复杂，以每平方米吸热面积计算两者的价格都比较高。2.两者均采用低温涂覆的黑色阳光吸收涂料，在长期的阳光作用下会有一定程度的老化使阳光吸收率衰减，金属易腐蚀、真空玻璃管内的真空度会逐步下降，都是导致寿命和效率问题的重要原因。

面对非常分散、十分稀薄、低能量密度而总量巨大的太阳能，只有努力进行技术突破，尽力寻找一种非常廉价、很长寿命、高效率的材料、结构和应用方式才有可能经济、有效、广泛的利用太阳能，使其成为大规模可替代能源。

中国现有建筑面积400亿平方米，房顶面积约100亿平方米，每年新建建筑20亿平方米，房顶约5亿平方米，另有大面积的向阳墙面，建筑用能数量巨大，主要用于夏季空调、冬季取暖和生活用热水，化石能源紧缺，充分利用可再生能源是总体趋势，要想大规模利用太阳能，必应首先使离人类最近的房顶、墙面具备经济地吸收太阳能的功能，吸收的太阳能必然首先用于人类在居室和工作场所中的主要耗能项目：空调、取暖、热水，其次是烹饪、家电、照明，已有的太阳能房顶和太阳房已经可以做到由太阳能供应居室能源的50～80％，甚至做到全部能源自给，然而这些试验性的太阳能房顶和太阳房是建立在现有技术基础上的，建造和寿命期间所耗费的常规能源的数量有时甚至超过其同期所获取的太阳能。

近年开发的吸收式空调已可将温度大于65℃的热水的能量转换制取温度低于25℃的冷风，用于夏季空调，冬季阳光可以将太阳能集热板内的空气加热到30℃以上作为暖气供应建筑取暖。太阳能是不稳定的，稀薄的能源，中国城市居民户均房顶面积约15平方米，农村约100平方米，南墙面约12平方米和40平方米，目前仍在迅速发展，要利用太阳能实现夏季空调、冬季取暖，必须提供廉价、长寿、高效、易与建筑结合的太阳能集热体。

近年来一些国家开展了一种称之为“太阳能烟囱”的太阳能热发电方式的研究试验。太阳能烟囱发电系统，主要由烟囱集热器(平面温室)和发电机及储能装置组成，由被温室加热的空气经温室中心和烟囱底部产生气流，带动发电机而发电。1982年德国科研人员在西班牙马德里南部的Manzanaries建成一座50KW太阳能烟囱示范项目，首次把大型温室热气流推动涡轮机发电的概念变为现实。这之后，在此基础上，Eviro Mission公司开始计划在澳大利亚悉尼以西600km处，建造200MW的太阳能烟囱发电站。它的烟囱高1000m、直径130m，建于直径为7000m的平面温室的中心。其关键技术，是在温室的内外创造一定的温差，使大型圆形玻璃温室内的空气定向运动到中心的倾斜天花板处产生一个近恒速的风流，通过安装在烟囱底部的32个闭式叶轮机昼夜连续发电。计划投资16～20亿澳元。这种方式的最大特点是没有聚光系统，不但可利用漫射光，而且避免了因聚光带来的各项技术难题。设计效率1.38％，设计者认为其发电成本可以低于澳大利亚相对便宜的煤炭发电成本。

“太阳能烟囱”依靠平面温室进行集热，依靠高大烟囱中的上升气流和进出口压力差造成风流，可能存在以下不足：

1.通常温室内外温差约30℃，而对太阳能集热器进行空晒时，内外温差可以超过120℃，相比之下，“太阳能烟囱”的集热效率较低，但是，现有的太阳能集热器造价过高，其中真空玻璃管集热体为一头封闭的盲管难以形成通畅的气流，也使应用造成困难。

2.直径130m、高1000m的烟囱是目前最高的人造建筑物，其建造过程中技术和施工难度可能会形成较高的造价。

典型的低温发电可以参考地热发电，地热发电的成本可以接近采用常规能源的火力发电，地热发电可分为地热蒸汽发电和地热水发电。近年来地热发电已由采用90℃热水发展到可采用70℃左右热水，低温发电技术已日趋成熟。

地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或稍具过热度)蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含义，一种是不直接利用比较脏的的天然蒸汽(一次蒸汽)，而是让它通过换热器汽化洁净水，再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电，这样可以避免天然蒸汽对汽轮机的腐蚀和结垢，为了避免腐蚀以及地热流体对环境的污染，可采用双循环发电系统，如用异丁烷和氟里昂涡轮机，高温地热流体用泵压入换热器蒸发异丁烷以后，直接回灌至地下；异丁烷则通过换热器、涡轮机和凝结器做密封循环。第二种含义是，将从第一次汽水分离出来的高温热水进行减压扩容产生二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发电。

利用地下热水发电就不像利用地热蒸汽那么方便，因为用蒸汽发电时，蒸汽本身既是载热体，又是工作流体。但地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的，必须以蒸汽状态输入汽轮机做功，目前对温度70～100℃的地下热水发电，有两种方法：一是减压扩容法，利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当地大气压力的扩容蒸汽，然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称“闪蒸系统”。低压蒸汽的比容很大，因而使汽轮机的单机容量受到很大的限制，这种方法发电还存在结垢问题，不过减压扩容方式发电，虽然发电机组容量小，但运行过程中比较安全，所以至今中国仍保留下来两个小发电站，以80～92℃热水发电，单机容量300KW。另一种是利用低沸点物质，如氯乙烷、正丁烷、异丁烷和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸点物质迅速汽化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用，这种方法称“中间工质法”，这种系统称“双流系统”或“双工质发电系统”。

自1904年意大利在拉德瑞罗建造起世界第一个地热试验电站以来，世界其他各国地热发电事业大多滞后到20世纪60年代后才开始发展起来。1966年进行地热发电的国家除意大利外只有新西兰、美国和墨西哥4个国家，总的发电量仅385.7MW电功率。到了1969年就增至6个国家，新加入的有日本和前苏联，总发电量达673.35MW电功率。到了1980年时增至13个国家，其中包括中国，地热总发电量达2885.8MW电功率。1987年增到5004MW，1999年已发展到20多个国家有地热电力生产基地，发电装机猛增到7974.06MW。

地热发电功率不一，但一般在4美分左右1度电，折合人民币约0.3元。冰岛地热发电成本最低，一度电仅2美分。

尽管地热发电发展较快，但全世界装机总容量仅约8000MW，不及一座大型水电站，地热发电装机总容量的发展受制于下述因素：

1.陆地表面有地热露头的区域稀少，并多已得到开发。

2.深层地热资源勘探成本高，钻井成功率低。

3.钻井深度往往超过1000m，为保持产能和维护环境须实现100％回灌，提高了成本。

4.通常地热流体具有腐蚀性、并容易结垢，增加了操作成本和设备成本。

涂装业、食品业、纺织业、印染业、粮食干燥等，需要大量耗能的干燥过程，干燥过程主要是驱除产品中的水分和有机挥发物，使其分子加快振动、运动速度，增加动能直至从产品中逃逸出来予以排除，热力干燥是对产品由外向里逐步加热，其缺点是效率较低，易使产品表面先成膜，内部挥发物再穿透表面膜层排除，表面容易产生气孔和鼓泡，引起质量问题。远红外射线对有机物具有一定穿透力可使内外同时升温有利于内部水分和有机挥发物的排出，提高效率和产品质量，远红外射线通常是指波长为2.5～25μ的射线，目前远红外加热器多使用表面涂有远红外涂层的碳化硅、红外灯和石英玻璃管等元件，价格都比较高，红外涂层一般辐射率为0.83～0.95，长期使用红外辐射率会下降，涂层易剥落污染被干燥物，红外灯发热体温度偏高，波长偏于近红外，石英玻璃管能量分布相对集中，对多种干燥对象的普适性受到影响。

室内取暖大量采用金属散热片，或称暖气片，一般安装在墙边或窗台下，散热片被介质加热时散发热量，除少量热量以辐射和空气传导形式散发外，大部分热量由上升热气流带动室内空气对流循环将热量传输到室内各部分，二十世纪后半期人们发现室内上升热气流防碍尘埃的沉降，容易将地面和地面附近的灰尘和灰尘所携带的细菌随气流散布到室内各层高度，容易被人体吸入而不利于健康，所以提出应使散热片的热量更多采用红外辐射的方式，减少传导和对流的方式，并且远红外辐射可以促进人体血液循环，更有利于身体健康，从而提出尽量采用远红外散热片的要求，但是由于红外涂料价格高、易脱落，远红外散热片并未得到充分的推广。以前散热片多采用铸铁散热片，由于生产劳动条件差、外形不美观、占地多，其生产量逐年减少，取而代之是中空钢质散热板，外表面有各色涂料和图案，单板厚度较薄，占地较少，然而热水对钢材尤其是焊缝有很强的腐蚀性，为此人们采用各种具有较强粘附力、结合力的防腐涂料注入散热板内腔，覆盖内表面，以期提高钢质散热片的寿命，由于结构较复杂，难以实现覆盖的严密性和长期性，使钢质散热板的使用寿命一直成为难题，铜质散热板成本过高。

光线的吸收和发射与物质的外层电子状况相关，目前普遍使用的太阳能涂层、远红外辐射涂层多为黑色，一般由第四周期过渡元素组成，由于制造方法的原因，其阳光吸收率、远红外辐射率容易衰减，影响寿命和效率，陶瓷是高键能矿物，性能十分稳定，但是以前生产黑色陶瓷必须加入Co、Cr、Ni、Mn、Fe等第四周期过渡元素，价格十分昂贵，长期以来人工配制的Co系陶瓷黑色着色剂的制造必须经过严格的配方，精细、复杂的加工才能得到呈色稳定的陶瓷黑色着色剂，通常每吨售价20万元左右。

本发明人申报并取得的中国发明专利CN85102464“黑色陶瓷制品原料的生产方法及其制品”、CN86104984“一种陶粉末”叙述了以提钒尾渣为原料之一生产各种黑色陶瓷制品的方法，这种黑色陶瓷称作钒钛黑瓷。此发明又以“陶瓷粉末及其制品”(Ceramrc powder anddrticles)为名称申报并已取得九国外国发明专利证书，分别是美国专利4737477、日本专利1736801、英、法、德、奥地利专利(欧洲专利局)0201179、澳大利亚专利578815、新加坡专利1009/91、芬兰专利81336和香港专利1077/1991。二十世纪80年代后期本发明人申报了“黑色陶瓷太阳瓦”、“黑色陶瓷拦板式太阳能集热器”、“黑色陶瓷太阳能房顶”、“黑色陶瓷太阳能集热盒”、“带有承插接口的黑色陶瓷太阳能集热瓦”、“黑色陶瓷太阳能远红外开水器”、“陶瓷储水箱”、“复合水泥板”、“陶瓷套管式红外元件”、“黑色陶瓷红外椅”等专利。

2006年5月25日至2007年5月8日本发明人申报了“复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法”、“一种新型太阳能房顶的结构和材料”、“陶瓷太阳板”、“陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法”、“在陶瓷太阳板上复合立体网状黑瓷阳光吸收层的方法”、“黑瓷复合陶瓷太阳板”、“陶瓷中空板胶结成型方法及其应用”、“陶瓷太阳能风道”、“陶瓷太阳能集热场热水发电装置”、“陶瓷太阳板集热器墙面”等中国发明专利。

所述的提钒尾渣是钒钛磁铁矿经熔炼得到含钒铁水，含钒铁水经吹炼得到钒渣，钒渣加入辅料进行焙烧，将焙烧料进行湿法浸取提钒盐，提取钒盐后所剩余的作为废弃物的残渣即为提钒尾渣。

提钒尾渣富含第四周期过渡金属元素，如：(Fe₂O₃+FeO)50-70、TiO 5-9、MnO 4-7、Cr₂O₃0.002-3、V₂O₅ 0.2-2、SiO₂ 12-26、Al₂O₃ 2-4、CaO 0.9-2、MgO 0.6-2、Na₂O 2-6、K₂O 0.012-0.12，提钒尾渣在常温下和经不同温度的高温焙烧直至经熔融过程，始终为纯黑色。

目前我国年产出提钒尾渣约30万吨，主要产地是四川、河北、辽宁等，代表性企业是攀枝花钢铁公司、承德第二化工厂、锦州钒业公司等。提钒尾渣富含Fe、Cr、Mn、V、Ti等第四周期元素复杂化合物，占总重量的80％左右，是一种十分特殊的工业废弃物，其中任何一种成分的提取和利用均远不如相应天然矿物的经济性，而他们的集合体却是一种十分稳定的陶瓷黑色着色剂，提钒尾渣不仅是稳定的陶瓷黑色着色剂，而且其本身也是优良的黑色瓷器原料，百分之百的提钒尾渣就可以生产理化性能优良、光热转换性能突出的钒钛黑瓷制品，其阳光吸收率0.9，远红外辐射率0.83～0.95。

钒钛黑瓷发明于1984年，1985年4月1日开始申报专利，1986年通过技术鉴定，钒钛黑瓷可以制造中空太阳能集热板、远红外辐射元件、艺术品、建筑装饰板等，其中目前产量最大的是钒钛黑瓷建筑装饰板，目前主要产地是广东、上海，代表性企业是佛山市东鸿陶瓷厂，上海宏基特种陶瓷公司等。我国陶瓷建筑装饰板(陶瓷墙地砖)产量居世界首位，年产量40亿平方米占世界总产量50％左右，由于钒钛黑瓷装饰板使用大量提钒尾渣，以前占用大量堆场，成为提钒厂沉重负担的提钒尾渣目前售价已达160-300元/T。全国提钒尾渣产出厂因此获得年纯收入上千万元，钒钛黑瓷装饰毛板800×800×12mm，零售价25元/m²，出厂价约17元/m²，年销售额数亿元。20世纪80年代、90年代初以石膏模注浆成型方法试制300×300毫米钒钛黑瓷中空太阳板上万平方米，制造和使用钒钛黑瓷太阳能热水器数百台以上，直接建造于房顶上的钒钛黑瓷太阳能热水器近千平方米，采用砖、水泥外框、菱苦土外框、水缸储水箱和专门制造的陶瓷储水箱，目的是逐步发展成为钒钛黑瓷太阳能房顶。300×300毫米钒钛黑瓷太阳板单板面积0.09平方米，容水量0.9kg，单层玻璃单板闷晒时水温可达100℃，在1987年山东省太阳能热水器全省评比中钒钛黑瓷太阳能热水器获一等奖，钒钛黑瓷太阳能热水器加热前后的水质经检测未发现可见的变化，使用10年以上的太阳板无退色、腐蚀、老化等迹象，但是石膏模注浆成型钒钛黑瓷中空太阳板方法，成型效率低、消耗大量石膏、成型大尺寸太阳板成品率低下，小尺寸板接头过多，安装繁琐，难以发展成为大规模工业化生产方法，难以实现大规模推广使用。

(三)发明内容

本发明的目的：以普通陶瓷原料和陶瓷黑色物质低成本生产表面或整体黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板，单板面积可大于0.5m²，用于太阳能热水器提供热水，用于太阳能房顶为建筑提供致冷、暖风、热水，用于大规模陶瓷太阳能风道和大面积太阳能集热场进行发电，用于远红外干燥以节能，用于建筑暖气散热片达到节能、减少室内扬尘，促进健康的目的。

本发明是这样实现的：

本发明所述的普通陶瓷原料主要是指瓷土、石英、长石，多数陶瓷制品有一定的白度要求，所以限制使用含铁量过高的原料，大尺寸中空陶瓷板表面或整体为黑色或深色，无白度要求，可以采用含铁量较高的原料，所以原料来源更广泛，原料成本更低。

本发明所述的陶瓷黑色物质是指提钒尾渣、富含第四周期过渡金属元素除提钒尾渣以外的工业废渣、富含第四周期过渡金属元素的天然矿物、富含第四周期过渡金属元素的化合物、化工产品、富含第四周期过渡金属元素的传统陶瓷黑色着色剂。

所述富含第四周期过渡金属元素除提钒尾渣以外的工业废渣是指以第四周期过渡金属元素为主的Fe、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Co、Zn、Zr、Nb、Mo、W的氧化物或化合物总量超过5％或含有大量SiC、单质硅的工业废弃物，这些废弃物或称作废渣通常是深色和黑色的，包括铁合金工业废渣、钢铁业废渣、有色冶金业废渣、化工业废渣。铁合金工业废渣中各种锰铁渣含MnO 5-50％、FeO 0.2-2.5％，硅铬合金渣含Cr₂O₃ 0.1-5％、Cr 2-10.5％、SiC 4-22％、Si 7-8％，中、低、微碳铬铁渣含Cr₂O₃ 2-7％、FeO 1-3％，硅铁渣含FeO 3-7％、SiC 20-29％、Si 7-10％，钨铁渣含MnO 20-25％、FeO 3-9％，钼铁渣含FeO 13-15％，金属铬浸出渣含Cr₂O₃ 2-7％、Fe₂O₃ 8-13％，金属铬冶炼渣含Cr₂O₃ 11-14％，电解锰渣含MnSO₄约15％、Fe(OH)₃约30％，硅锰渣含MnO 8-18％、FeO 0.2-2％，硅锰烟尘含MnO₂ 20-24％，镍铁炉渣含FeO 40％、Cr₂O₃ 40％。钢铁业废渣中转炉钢渣含Fe₂O₃ 1.4-11％、FeO 7-21％、MnO 0.9-4.5％，平炉钢渣含Fe₂O₃1.7-7.4％、FeO 7-36％，MnO 0.6-3.9％，轧钢氧化铁皮含Fe₂O₃接近100％，钒钛磁铁矿炼铁渣含TiO₂ 10-17％、Fe₂O₃约4％，钒钛磁铁矿炼钢渣含氧化铁11-13％、MnO 1-1.2％、V₂O₅ 2.3-2.9％、TiO₂ 2-2.9％。有色冶金业废渣中电炉铜渣含FeO 26-34％，铜鼓风炉水淬渣(俗称黑砂)含FeO+Fe₂O₃ 40-50％，湿法炼铜浸出渣含Fe 50％、Cu 1.13％、Pb 1.05％、Zn 0.2％、Bi 0.15％、Mn 0.04％，铅烟化炉水淬渣是将炼铅产出的鼓风炉炉渣再经烟化炉回收铅、锌后的弃渣内含Fe₂O₃ 38.6-38.7％、Pb 0.06-0.37％、Zn 0.8-1.3％，炼铝厂制造Al₂O₃时排出弃渣赤泥含Fe₂O₃8-10％、TiO₂ 2.5％，化工业废渣中以硫铁矿制造硫酸时产出的硫铁矿烧渣含Fe₂O₃ 41-49％，FeO10-10.4％、TiO 0.4-0.5％、MnO 0.1-0.5％、CuO 2-4％。

所述天然矿物是指含有第四周期过渡金属元素的矿物如普通铁矿，褐红色，含Fe₂O₃30-70％，铬铁矿，暗红色，含Cr₂O₃ 30-54％、FeO 12-17％，钛铁矿，黑紫色，含TiO 50-60％、FeO 22-35％、Fe₂O₃ 7-15％、MnO 0.5-4％，锰矿，黑褐色，MnO₂ 40-78％、Mn₃O₄ 4-32％、Fe 1-18％，含镍褐铁矿，褐色，含Ni 1.2-1.4％、Co 0.1-0.2％、Cr₂O₃ 3％、Fe 35-50％，钒钛磁铁矿，黑色，含V 0.4-1.8％、TiO₂ 9-34％、Fe₂O₃ 15-50％、FeO 9-34％、MnO 0.2-6％、Cr₂O₃ 0.1-0.7％，铌铁矿，黑色，含Nb₂O₅ 9-68％、Ta₂O₅ 1-15％、TiO 1-3％、MnO 1-3％、SnO 2-5％、FeO 12-20％，黑钨矿、黑褐色，含WO₃ 65-67％、FeO 12-15％、MnO 8-12％、Sn 0.17-0.8％。选用这些富含过渡元素的工业废弃物和天然矿物的目的是为陶瓷太阳板整体或表面层提供着色的成分，使整体或表面层呈现深色或黑色，使其吸收更多的阳光或发射更多的远红外射线。

所述富含第四周期过渡金属元素的化合物、化工产品主要是指第四周期过渡金属元素Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的化合物和化工产品，这些化合物和化工产品可以用作陶瓷黑色着色剂。

所述富含第四周期过渡金属元素的传统陶瓷黑色着色剂是指以上述化合物和化工产品有目的配制的经过加工、专用于使陶瓷呈现黑色的混合物。

本发明所述的大尺寸中空陶瓷板以形状、材质和用途分类。以形状分类时，大尺寸中空陶瓷板分为多孔陶瓷板、半通孔陶瓷板、通孔陶瓷板、封口陶瓷板，以材质分类时，大尺寸中空陶瓷板分为复合陶瓷板和均质陶瓷板，复合陶瓷板是指黑瓷表面层与以普通陶瓷原料制造的瓷质基体经高温烧结复合为一体的大尺寸中空陶瓷板，均质陶瓷板是指整体为黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板，以用途分类时，大尺寸中空陶瓷板分为大尺寸中空陶瓷太阳板、大尺寸中空陶瓷远红外辐射板、大尺寸中空陶瓷建筑暖气散热板。

以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工成为多孔、半通孔、通孔、封口中空陶瓷板素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成泥浆，将泥浆覆盖在上述中空陶瓷板素坯表面，经干燥、烧成为黑瓷复合陶瓷板、立体网状黑瓷复合陶瓷板；或以除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工、干燥、烧成为多孔、半通孔、通孔、封口的均质陶瓷板，上述复合陶瓷板、立体网状黑瓷复合陶瓷板、均质陶瓷板统称大尺寸中空陶瓷板，将具有进出口的陶瓷端头板与通孔陶瓷板胶结成为胶结型封口陶瓷板，将若干封口陶瓷板进出口串接或将若干多孔陶瓷板、半通孔陶瓷板、通孔陶瓷板、大尺寸中空陶瓷板附件经胶接或套接串联成为大尺寸中空陶瓷板纵列，将隔热保温材料结合在大尺寸中空陶瓷板或大尺寸中空陶瓷板纵列的底部和四周，上面覆盖透明盖板则成为陶瓷太阳板集热器和陶瓷太阳板集热器纵列，大尺寸中空陶瓷太阳板集热器和大尺寸陶瓷太阳板集热器纵列可用于陶瓷太阳能热水器、陶瓷太阳能房顶、陶瓷太阳能风道发电装置、陶瓷太阳能集热场热水发电装置，大尺寸中空陶瓷板可用作陶瓷远红外辐射板和陶瓷建筑暖气散热板。

大尺寸中空复合陶瓷板的制造方法：以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为多孔陶瓷板素坯，经加工使通孔在两端或一端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔陶瓷板素坯和一端通孔相连的半通孔陶瓷板素坯，在通孔陶瓷板素坯两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进出口的端头板素坯成为封口陶瓷板素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或天然矿物和/或化合物和/或陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成黑色泥浆，将此黑色泥浆覆盖在多孔陶瓷板素坯、通孔陶瓷板素坯、半通孔陶瓷板素坯、封口陶瓷板素坯表面，经干燥、烧成，即得到基体是普通陶瓷，表面是黑色陶瓷层的大尺寸多孔、通孔、半通孔、封口复合陶瓷板，统称大尺寸中空复合陶瓷板。

大尺寸中空复合陶瓷板的表面黑色陶瓷层可以制成立体网状结构以提高阳光吸收率，称作大尺寸中空立体网状黑瓷复合陶瓷板，制造方法是：用常规干燥的方法使上述中空陶瓷板素坯成为充分干燥的素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂和/或传统陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成泥浆，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的中空陶瓷板素坯表面上，采用单支喷枪或多支喷枪喷涂，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例使初期与干燥的陶瓷板素坯表面相接触的雾滴由于干燥素坯的快速吸水和雾滴的表面张力形成具有一定强度、相对干燥、粘附于素坯板表面的泥粒，后续喷落的雾滴首先遇到这些具有一定吸湿能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆积成柱状、尖塔状、立壁状、蜂窝状、多孔状的非均匀、不连续、被吸湿而具有一定强度的雾滴泥料堆积体，当这些立体堆积体达到一定高度失去吸湿能力前停止喷雾，从而在中空陶瓷素坯板表面得到立体网状黑瓷的素坯层，将此具有立体网状黑瓷素坯层的中空陶瓷素坯板经干燥后进行高温烧制，控制烧成温度和时间使立体网状黑瓷素坯层与中空陶瓷板素坯同时烧结为立体网状黑瓷层和瓷质中空陶瓷板基体，高温烧结使立体网状黑瓷层与瓷质中空陶瓷板基体烧结复合为一体，成为立体网状黑瓷复合陶瓷板，喷涂时喷枪以一定角度与中空陶瓷板素坯表面作相对运动，单枪喷涂时，单枪在素坯板表面上方作规则性移动扫描，使运动速度、泥浆喷出速度与素坯吸湿速度相对应，确保雾滴堆积体始终具有相应的吸湿能力，使粘附在堆积体上的雾滴中的大量水分通过相对干燥的堆积体传递至干燥的素坯中，使新粘附的雾滴迅速失去部分水分而具有一定形状和强度，不要使雾滴聚为流动的泥浆从而使堆积物倒塌成为平面层，多枪喷涂时，中空陶瓷板素坯在喷枪下方运动，使运动速度、喷枪间隔距离与泥浆喷出速度和素坯吸湿速度相对应，以达到上述目的，调整泥浆配方和水分决定泥浆中颗粒之间的内聚力，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例决定喷出雾滴的速度和大小，雾滴是泥浆与空气的混合物是中空的泥浆球，粘附在堆积物上时，失去部分水分而硬化成中空硬壳，部分球体破碎，形成立体网状多孔的堆积体，泥浆的配方、内聚力、失去水分的速度决定堆积体的平均直径和高度，堆积体高度为0.1～3毫米，堆积体中充满的毛细孔是干燥素坯吸收水分时造成的水分运动通道，烧成时形成微细孔穴，烧成后堆积体的每一个立柱、尖塔、立壁、蜂窝壁上布满孔穴，孔径为0.1～50微米，立体网状黑瓷阳光吸收层呈黑色。

大尺寸中空均质陶瓷板的制造方法：以除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为多孔陶瓷板素坯，经加工使通孔在两端或一端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔板和一端通孔相连的半通孔板素坯，在通孔板素坯两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进出口的端头板素坯成为封口陶瓷板素坯，经干燥、烧成，即得到整体为黑色或深色的各种大尺寸中空均质陶瓷板。

上述大尺寸封口陶瓷板也可用胶接的方法成型，将上述具有进出口的端头板素坯烧结成为具有进出口的陶瓷端头板用有机或无机胶粘剂粘结在通孔板的两端即为胶结型封口陶瓷板。

以普通陶瓷原料经常规陶瓷制品生产方法制造陶瓷端头板、陶瓷进出管口、带进出管口的陶瓷端头板、大管口陶瓷端头板、大管口陶瓷套接端头板、多孔陶瓷套接接头、单孔陶瓷套接接头，统称为大尺寸中空陶瓷板附件，其表面均可复合黑瓷层，或用有机材料、有弹性的有机材料、金属材料制造附件，将若干封口陶瓷板的进出管口用耐老化的软质管、不锈钢箍相连接构成大尺寸中空陶瓷板纵列，或将若干多孔陶瓷板、半通孔陶瓷板、通孔陶瓷板与大尺寸中空陶瓷板附件采用胶接或套接的方法相连接构成大尺寸中空陶瓷板纵列，纵列内部是连通的，形成一条通道，完成胶接的大尺寸中空陶瓷板纵列，用于太阳能利用时，底部和四周被保温材料包围，此时应及时盖上透明盖板，不要通水，使其在阳光空晒温度下，胶粘剂自行完成固化过程。

所述胶接采用的胶粘剂是环氧类、酚醛类、有机硅类、含氮杂环类、硅酸盐类、磷酸盐类等各种有机、无机胶粘剂，环氧类、酚醛类、有机硅类、含氮杂环类等有机胶粘剂长期耐高温温度可以达到200～400℃，硅酸盐类、磷酸盐类等无机胶粘剂长期耐高温温度可达到900～1700℃，两者都可以长期承受零下几十度的低温，陶瓷太阳板、建筑取暖用远红外散热板在极端情况下的环境、使用温度是-30℃(冬夜)至200℃(太阳板空晒)，可以采用有机胶粘剂，远红外辐射板的使用温度为400～600℃，一般主要采用无机胶粘剂。

大尺寸中空陶瓷板、大尺寸中空陶瓷板纵列可用于太阳能、远红外辐射干燥、建筑暖气散热，用于太阳能利用时称作陶瓷太阳板和陶瓷太阳板纵列，用于远红外辐射时称作陶瓷远红外板和陶瓷远红外板纵列，用于建筑暖气时称作陶瓷散热板和陶瓷散热板纵列。陶瓷太阳板和陶瓷太阳板纵列与保温隔热材料、透明盖板相结合构成陶瓷太阳板集热器和陶瓷太阳板集热器纵列可用于陶瓷太阳能热水器、陶瓷太阳能房顶、陶瓷太阳能风道发电装置、陶瓷太阳能集热场热水发电装置。

陶瓷太阳板集热器的制造方法：以浇注、模压、喷涂、粘结、机械结合等方法将具有一定强度、厚度的保温隔热材料牢固的结合在陶瓷太阳板的底部和四周侧面，侧面的保温隔热材料高于陶瓷太阳板的集热面，在陶瓷太阳板两端接口处的保温隔热材料中予留两板之间连接管和固定件的位置和连接时的操作空间，形成陶瓷太阳板集热盒，在集热盒顶部覆盖透明盖板即成为陶瓷太阳板集热器，陶瓷太阳板集热器上的保温隔热材料是单一品种，或是多品种复合，与此相同，将保温隔热材料结合在陶瓷太阳板纵列的底部和四周侧面，侧面的保温材料高于陶瓷太阳板的集热面，顶部覆盖透明盖板即成为陶瓷太阳板集热器纵列。

所述的保温隔热材料是指有机微孔状保温隔热材料如硬质聚氨脂、酚醛、脲醛、聚稀烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯等泡沫塑料，无机微孔状保温隔热材料如微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、硅藻土、无机泡沫胶凝材料等，纤维状保温隔热材料与结合剂的混合物其中纤维状保温隔热材料如岩棉、矿棉、玻璃棉、硅酸铝纤棉、无机人造纤维、有机纤维等，散粒状保温隔热材料与结合剂的混合物其中散粒状保温隔热材料如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒、泡沫石棉等，层状隔热材料如层状中空结构隔热材料、层状夹心结构隔热材料等，使用中所有阳光可以照射到的保温隔热材料表面均覆盖防老化涂层，如聚脲、环氧树脂、丙烯酸树脂等。

所述陶瓷太阳板集热盒或陶瓷太阳板集热器可以在工厂制造，其生产可以实现工厂化和安装实现模块化，结合在陶瓷太阳板底部和四周的保温隔热材料也是陶瓷太阳板的出厂包装材料，并使陶瓷太阳板的装卸、运输、安装更加安全可靠，使安装和今后的维修更加快速、简单、方便。

陶瓷太阳能热水器的结构：普通太阳能热水器由集热器、支架、水箱构成，将普通太阳能集热器换成陶瓷太阳板集热器或陶瓷太阳板集热器纵列，即为陶瓷太阳能热水器。

陶瓷太阳能房顶的结构和安装方法：将陶瓷太阳板集热器纵列或陶瓷太阳板集热器接口对接口以连接管相连接形成纵列，整齐的排放在覆盖防水层的房顶结构层上，安装上下汇集管和水箱，透明盖板之间的接缝上涂复防水材料，间隔一定距离安装Ω型材板，即构成陶瓷太阳能房顶，陶瓷太阳板集热器底部的保温层同时也是房顶的保温层，两者共用保温层，透明盖板既是集热器的透光、保温、防水层也是房顶的上防水层，夏天太阳能房顶产生的热水开动吸收式空调，为建筑致冷，冬天将陶瓷太阳能房顶中的水放掉，阳光加热陶瓷太阳板集热器中的空气，将热空气经过水箱中的螺旋管泵入建筑物为房间提供暖气并加热水箱中的水，春、夏、秋、冬，陶瓷太阳能房顶都可以提供热水，将陶瓷太阳能房顶安装在墙面上即构成陶瓷太阳能墙面。

所述的透明盖板是指玻璃板、透明塑料板等。

所述的连接管是指耐老化、耐腐蚀的软质的塑料管、硅橡胶管、橡塑管等，硬质的铜管、不锈钢管、陶瓷管、塑料管等，软质管的固定和密封可采用不锈钢管箍、铜卡箍、卡簧、热收缩带等，硬质管的固定和密封可采用有机、无机的胶粘剂、胶凝材料等。

所述Ω(欧米咖)型材板是指镀锌钢板或彩涂钢板加工成的Ω形状的型材板，底边宽度60～200mm，棱高80～250mm，棱宽1～30mm，其底边的两翼固定在屋顶或坡面上，对陶瓷太阳板集热器起到保护和围护作用，安装和维修时可作为操作者的支撑点。

陶瓷太阳能风道发电装置：将陶瓷太阳板集热器纵列分组安装在向阳山坡和山坡下的坡地上，上下左右分组，每组分若干纵列，陶瓷太阳板集热器纵列中的太阳板上下首尾相通，下口与进风管相通，上口与热风支道相通，进风管与热风支道均与水平面成一定倾角，气流方向由下向上，进风管下口敞开，上口封闭，热风支道下口封闭，上口与总风道相通，空气从进风管下口进入在集热器中被阳光加热向上经热风支道进入总风道，从总风道上口排出，进风管进口处形成负压，总风道出口处形成正压，在进风管进口处和总风道出口处安装空气涡轮机，空气在压力差下形成气流，推动涡轮带动发电机发电，或者去掉进风管，在热风支道和总风道内逐级安装空气涡轮机。

通常温室内外温差约30℃，陶瓷太阳板集热器纵列内外温差可以超过120℃，陶瓷太阳能风道可能比太阳能烟囱具有更高的效率，陶瓷太阳板集热器纵列的造价低于玻璃温室，热风支道和总风道倚山势而建造价也低于烟囱，因此陶瓷太阳能风道可能具有更低的发电成本。

陶瓷太阳能集热场热水发电装置：在向阳山坡上或相对平坦的荒滩、荒地、沙漠建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，向阳坡面与水平面夹角接近当地纬度，为5-55度，将相对平坦的地面修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，用大型开沟机顺东西方向挖沟，形成沟的向阳坡面，将挖出的土、石、沙堆积在沟的向阳坡面一侧的地面上，堆成堆积物坡面，沟的坡面和堆积物的坡面共同构成陶瓷太阳能集热场的向阳坡面，在挖相邻的沟时，沟的背阳坡面离开前一条沟的堆积物一段距离，中间形成一条水平通道，将坡顶、坡面、沟底整平、夯实、加固，沿坡顶敷设上水管即出水管，离沟底约100～500mm敷设水平下水管即进水管，在上、下水管之间安装陶瓷太阳板集热器纵列，纵列上口与上水管连通，下口与下水管连通，阳光加热陶瓷太阳板中的水，热水沿出水管进入热水罐，热水罐中的热水进入发电装置将热能转化为动能做功发电后进入冷水罐，或热水罐中的热水进入聚光型高温太阳能装置被进一步加热成为更高温度的热水、汽水混合物、高温高压蒸汽进入发电装置发电后进入冷水罐，冷水罐中温度较低的水进入陶瓷太阳板集热器纵列中再次被太阳能加热。

与地热水发电相比，用陶瓷太阳能集热场获取热水，其流量可以大于任何一座已知的地热田供应的热水流量，并且不必进行风险很大的地热资源勘探，不需进行耗资巨大的钻井和废水回灌，所取得热水不会结垢和腐蚀设备，所以陶瓷太阳能集热场热水发电装置的发电成本可能低于地热水发电成本。

陶瓷远红外辐射板：将大尺寸多孔陶瓷板通孔内穿入常规电发热体，在侧面和背面覆盖硅酸铝纤维毡、岩棉毡、矿棉毡、玻璃纤维毡等耐高温无机保温隔热材料，则形成陶瓷远红外辐射板，在大管口大尺寸中空陶瓷板纵列中通入高温燃气等高温气流在其两侧和背面覆盖上述保温隔热材料，则形成大尺寸中空陶瓷远红外辐射板纵列，两者的黑瓷面为远红外辐射面，可用于隔歇式的远红外干燥炉和连续式的远红外干燥隧道，比传统远红外元件成本更低、寿命更长，寿命期间平均效率更高。

陶瓷建筑暖气散热板：将大尺寸封口陶瓷板或大尺寸中空陶瓷板纵列的进出口改造为与建筑暖气系统的接口相一致，通入热水或蒸汽，则成为大尺寸陶瓷建筑暖气散热板，这种散热板将大部分能量以远红外射线形式向外辐射，减少了空气对流，即减少了灰尘和细菌在室内对流循环扩散，远红外射线有利于增加人体血液循环，有益健康，并且这种散热板具有较低的成本和很长的使用寿命。

大尺寸中空陶瓷板的成本、寿命、效率：目前一吨普通瓷质实心毛板约600元，铸铁3000元，钢材4500元，铝材24000元，铜材70000元，瓷质材料价格低廉是由于原料储量大、分布广泛、运距短、加工温度可低于1200℃、加工工艺简单，金属材料价格昂贵是由于原料储量少、有效含量低、运距远、加工温度约1600℃、或需电解冶炼、加工工艺复杂，这些因素是难以改变的。目前800×800×12mm钒钛黑瓷装饰毛板生产成本可低于17元/m²，大尺寸中空陶瓷板总厚20～40mm，壁厚1～5mm，从原料种类、单位面积原料用量、成型方法和效率、干燥烧成的能耗、设备种类、相同产量的厂房面积、用工数量等方面衡量比较，可以认为当两者均采用大规模生产时，两者的生产成本具有可比性。

瓷质材料理化性能十分稳定，不腐蚀、不老化、不退色、无毒、无害、无放射性，只要所选择制造的产品不必承受或制定使用规则使其避免承受强烈的机械冲击和热冲击，则其使用寿命可以上百年或更长。

大尺寸中空陶瓷板的壁厚可以达到1～5mm，太阳板、红外辐射板、暖气板的使用均与热传导有关，尽管陶瓷材料是热的不良导体，但由于壁薄、热传导距离短，所以大尺寸中空陶瓷板仍具有较高的效率，由于黑瓷表面层光热性能稳定，使其在很长的寿命期间具有较高的平均效率。

面对非常分散、十分稀薄、低能量密度而总量巨大的太阳能，只有努力进行技术突破，尽力寻找一种非常廉价、很长寿命、高效率的材料、结构和应用方式才有可能经济、有效、广泛的利用太阳能，使其成为大规模可替代能源。大尺寸中空陶瓷板的研发和大量应用是太阳能成为大规模可替代能源的有效途径之一。

(四)附图说明

以下结合附图详细说明本发明的特点：

图1表示以普通陶瓷泥料或加入第四周期过渡金属元素的陶瓷泥料用真空挤制成型方法成型为多孔陶瓷板素坯1，经加工成为两端通孔相连的通孔陶瓷板素坯2，两端粘结具有进出口的端头板素坯3，成为封口陶瓷板素坯4，1、2、4也表示经烧成后的多孔陶瓷板、通孔陶瓷板和封口陶瓷板。

图2表示喷枪与陶瓷封口板素坯表面成一定角度喷出雾化的泥浆。

图3表示单支喷枪在素坯板表面上方作扫描移动，逐行喷涂雾化的泥浆，逐步形成立体网状黑瓷阳光吸收层的素坯层。

图4表示经烧成复合在封口陶瓷板表面的立体网状黑瓷阳光吸收层。

图5表示陶瓷太阳板集热盒，即未装透明板的陶瓷太阳板集热器的材料、形状和结构。

图6表示陶瓷太阳板集热器以软管、管箍相连接的方法。

图7表示由大管口陶瓷端头板、大管口陶瓷套接端头板、通孔陶瓷板、多孔陶瓷板、多孔陶瓷套接接头、单孔陶瓷套接接头胶结而成的大尺寸中空陶瓷板纵列。

图8表示由大管口弹性套接端头板、半通孔陶瓷板、多孔陶瓷板、弹性带圈套接组成的大尺寸中空陶瓷板纵列。

图9表示以大尺寸中空陶瓷板集热器纵列组成的陶瓷太阳能房顶的结构，29表示安装和维修时支撑操作人员的垫板，垫板由Ω型材板支撑。

图10是陶瓷太阳能房顶的侧视图，表示透明盖板、陶瓷太阳板、下防水层之间的位置关系，透明盖板既是陶瓷太阳板集热器纵列的组成部分，同时起到房顶上防水层的作用。

图11表示Ω型材板横截面的形状和尺寸，底边宽度N为60～200mm，棱高M为80～250mm，棱宽L为1～30mm。

图12表示陶瓷太阳能风道发电装置的局部结构。

图13表示陶瓷太阳能风道发电装置的整体结构和建造方法。

图14表示陶瓷太阳能集热场热水发电装置的结构和布局。

图15表示陶瓷太阳能集热场的向阳坡道和陶瓷太阳板集热器纵列的结构与联接方式。

图16表示陶瓷太阳能集热场锯齿形向阳坡面的建造方法。

图中：

1——多孔陶瓷板素坯、多孔陶瓷板2——通孔陶瓷板素坯、通孔陶瓷板3——具有进出口的陶瓷端头板素坯、具有进出口的陶瓷端头板4——封口陶瓷板素坯、封口陶瓷板5——立体网状黑瓷阳光吸收层的素坯层6——喷枪7——雾化的黑瓷泥浆8——经烧成的立体网状黑瓷阳光吸收层及其微细孔穴9——烧成时立体网状黑瓷层与封口陶瓷板之间形成的过渡结合层10——复合立体网状黑瓷层的封口陶瓷板11——结合保温隔热材料的封口陶瓷太阳板12——保温隔热材料13——不锈钢管箍14——耐老化的软质连接管15——大管口陶瓷端头板16——多孔陶瓷套接接头17——单孔陶瓷套接接头18——大管口陶瓷套接端头板19——胶粘剂20——大管口弹性套接端头板21——半通孔陶瓷板22——弹性带圈23——大尺寸中空陶瓷太阳板集热器纵列24——Ω形板材25——流体上汇集管26——流体下汇集管27——下防水层28——玻璃板或其他透明盖板兼房顶上的防水层29——安装与维修用的垫板30——总风道31——热风支道32——进风管33——总风道涡轮34——进风管涡轮35——山峰36——向阳坡面37——出水管(热水管)38——进水管(冷水管)39——热水罐40——冷水罐41——涡轮发电机组42——向阳坡道的堆积部分43——水平通道44——沟45——地面

(五)具体实施方案

实施例

1.以普通陶瓷原料粘土、石英、长石加水磨制成泥浆，过筛后经压滤为水份18％的泥料，经粗练、真空练泥成为泥段，以真空挤制机挤出成型宽700mm、总厚30mm、具有21个孔、壁厚3mm、长度1150mm的多孔板素坯，去掉多孔板两端局部间壁，成为通孔两端相通的通孔板素坯，在两端以泥浆粘接同样材质的具有进出管口的端头板，成为封口板素坯，适当干燥后待用，以钒钛磁铁矿35％、锰矿30％、铬铁矿25(重量百分比，下同)，普通陶瓷原料20％，共同磨制成泥浆，过200目筛，以常规方法喷涂在封口板素坯表面，干燥后烧成1200℃，成为表面为黑瓷阳光吸收层，基体为普通陶瓷的大尺寸中空复合陶瓷太阳板。

2.提钒尾渣65％，苏州土20％，焦宝石15％加水球磨24小时，泥浆含水率40％，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的长×宽为1200×800毫米的中空陶瓷太阳板素坯表面上，空气压力0.6Mpa、喷枪与垂直面成70°角向下喷雾，喷枪距素坯表面300毫米，单枪逐行扫描喷涂2分钟，使初期喷出的雾滴被板面吸湿固化，后续喷在堆积体上的雾滴被已经固化的堆积体吸湿固化，最终形成立体网状黑瓷阳光吸收素坯层，将整件太阳板素坯经干燥、1240℃烧制，堆积体高度0.2毫米，成为具有立体网状黑瓷阳光吸收层的钒钛黑瓷复合陶瓷太阳能集热板。

3.以陶瓷业通常认为是劣质原料的氧化铁含量为5％、氧化钛含量为3.2％的陶瓷原料40％和锰铁渣25％、金属铬冶炼渣20％、硫铁矿烧渣15％用通常陶瓷设备和工艺制成泥料，经真空练泥和陈腐后以真空挤出机挤制成为多孔陶瓷板坯体，坯板经干燥、烧成即成为整体为黑灰色的均质陶瓷太阳板。

4.将硬质聚氨脂泡沫塑料的液体原料混合均匀后注入模具内，发泡固化使聚氨脂泡沫塑料结合在复合陶瓷太阳板的底部和四周，四周的泡沫塑料比太阳板吸热面高25mm，打开模具取出聚氨脂泡沫塑料和复合陶瓷太阳板的结合体，聚氨脂泡沫塑料外表面有一层光滑、坚硬的未发泡层，结合体为复合陶瓷太阳板集热盒，上盖透明盖板即成为复合陶瓷太阳板集热器。

5.长1400mm宽800mm的以立体网状黑瓷阳光吸收层为表面的复合陶瓷通孔板与具有进出管口的陶瓷端头板、用环氧树脂粘接成为封口陶瓷太阳板，底部和四周结合硬质聚氨脂泡沫塑料，表面粘结4mm厚玻璃板，成为大尺寸封口陶瓷太阳板集热器，倾斜35℃放置在支架上，支架上部放置水箱，将水箱上口与集热器上口接通，水箱下口与集热器下口接通，在水箱中注入水，即成为大尺寸中空陶瓷太阳板热水器。

6.家庭住宅钒钛黑瓷太阳能房顶系统，太阳能房顶的向阳面面积100平方米，在纬度37度地区，与水平面成30度夹角，房顶结构层是厚度0.5毫米彩钢板成型的槽板，单件槽板长8米，纵向安装，平槽底宽度为740毫米，立边高度120毫米，钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板长度1500毫米，宽度700毫米，总厚22毫米，壁厚2毫米，放在槽内，太阳板与槽底之间是厚度30毫米的聚氨脂泡沫塑料和厚度70毫米的膨胀珍珠岩与水泥的混合物保温层，与立边之间是厚度20毫米的聚氨脂泡沫塑料，厚度3毫米的平板玻璃以耐老化防水胶粘接在立边上。

陶瓷储水箱容量2500升，置于建筑的承重构件上，夏日晴天水温达到80℃以上，以80℃热水驱动小型吸收式空调机，产生9℃冷水进入陶瓷冷水储箱中，经热交换器向室内输送15℃冷风，储箱四周包复隔热材料。

冬天放掉房顶和管道中的水，阳光加热太阳板中的空气，白天风泵将热空气经过水箱中的螺旋管和房间内空气形成闭路循环，夜间使室内空气与水箱中的螺旋管构成闭路循环，以水箱中余热维持室内一定的温度，将陶瓷太阳能房顶安装在墙面上即构成陶瓷太阳能墙面。

一年四季，陶瓷储水箱中的水也可提供生活热水。

7.在阳光充沛地区的荒山和荒山下的荒滩上建造陶瓷太阳能风道，总风道从山峰顶部顺向阳山坡延伸到荒滩上，荒滩至山峰顶部高度差1500m，总风道建在垂直和倾斜山坡上部分总长5公里，建在基本平坦的荒滩上部分长度5公里，总风道总长10公里，使建在荒滩上的总风道倾斜0.5～2度，总风道出口部分直径最大，为160m，向下逐步变细，总风道两侧每隔50米连接热风支道、安装进风管，各长5公里，热风支道与总风道连接处最高，尾端向下倾斜，倾斜0.1～2度，热风支道与总风道连接处直径8m，向下逐步变细，与热风支道平行相距50m的下方建进风管，两者长度，倾角近似，进风管最粗部分直径6m，在热风支道和进风管之间安装陶瓷太阳板集热器纵列，与热风支道接合部高于进风管处，倾斜0.1-2度，采用如图8所示的大通道软连接的陶瓷太阳板集热器纵列，即采用硅橡胶制造的大管口弹性套接端头板、弹性带圈、陶瓷半通孔板、陶瓷多孔板，陶瓷半通孔板、多孔板长度2000mm，宽度870mm，总厚50mm，壁厚3mm，以普通陶瓷为基体，表面复合立体网状钒钛黑瓷阳光吸收层。在进风管进口处和总风道出口处安装空气涡轮发电装置。

8.如实施例7所述的陶瓷太阳能风道，去掉进风管，在热风支道和总风道中逐级安装空气涡轮发电机组。

9.在日照充分地区的荒滩、荒地、沙漠建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，集热场周围建造防风林，顺东西方向用开沟机开第一排沟，沟长200m一段，共100段，每段相隔5m，沟的截面呈倒三角形，将挖出的土、石、沙置于沟的向阳坡面一侧的地面上，堆积成斜坡，与沟坡连成一体成为倾角为30度的向阳坡面，坡面斜长10m，将南北坡面压平夯实，在向阳坡背面距堆积物3m处开第二排沟，水平通道宽3m，顺南北方向依次开沟，共开2000排沟，沿坡顶、沟底浇筑混凝土，敷设水管，在向阳坡面上覆盖100mm厚度膨胀蛭石与结合剂的混合物，喷涂厚度20mm的硬质聚氨脂泡沫塑料，每隔930mm南北向突起一条棱，棱宽30mm、棱高100mm，形成泡沫塑料槽框，槽底和侧面放置15mm厚岩棉毡，在棱侧面喷涂抗老化的聚脲涂层，将大管口陶瓷端头板、陶瓷半通孔太阳板、陶瓷多孔太阳板、陶瓷套接接头用硅橡胶胶接形成大通道组合式陶瓷太阳板纵列安装在槽框内，上下口与上下管相通，在槽框的棱顶面上涂复耐老化结合剂，将4mm厚度的玻璃板贴在棱顶面上，形成陶瓷太阳板集热器纵列，下水管与冷水罐相通，上水管与热水罐相通，被阳光加热的80～100℃热水以“中间工质法”用于发电。

10.如实施例9所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，所述热水采用“减压扩容法”进行发电。

11.如实施例9所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，所述热水进入聚光型太阳能装置，进一步加热成为高温高压蒸汽用于发电。

12.如实施例9所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，将热水罐分为高温热水罐和中温热水罐，将由于各种原因，如天气不够晴朗时加热的温度未达上限的热水进入中温热水罐储存，待烈日当空、十分晴朗时将此热水经太阳板集热器纵列再次加热至温度上限进入高温热水罐用于发电。

Claims

1.大尺寸中空陶瓷板的制造方法，其特征在于：所述陶瓷板以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工成为多孔、半通孔、通孔、封口中空陶瓷板素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成泥浆，将泥浆覆盖在上述中空陶瓷板素坯表面，经干燥、烧制成为的黑瓷复合陶瓷板或立体网状黑瓷复合陶瓷板；或以除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工、干燥、烧制成为多孔、半通孔、通孔、封口的均质陶瓷板。

2、根据权利要求1所述的大尺寸中空陶瓷板的制造方法，其特征在于：所述的黑瓷复合陶瓷板是以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为多孔陶瓷板素坯，经加工使通孔在两端或一端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔陶瓷板素坯和一端通孔相连的半通孔陶瓷板素坯，在通孔陶瓷板素坯两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进出口的端头板素坯成为封口陶瓷板素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或天然矿物和/或化合物和/或陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成黑色泥浆，将此黑色泥浆覆盖在多孔陶瓷板素坯、通孔陶瓷板素坯、半通孔陶瓷板素坯、封口陶瓷板素坯表面，经干燥、烧成，即得到基体是普通陶瓷，表面是黑色陶瓷层的大尺寸多孔、通孔、半通孔、封口黑瓷复合陶瓷板。

3、根据权利要求1所述的大尺寸中空陶瓷板的制造方法，其特征在于：所述的立体网状黑瓷复合陶瓷板是用常规干燥的方法使上述中空陶瓷板素坯成为充分干燥的素坯，以提钒尾渣和/或其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂和/或传统陶瓷黑色着色剂加入或不加入普通陶瓷原料磨制成泥浆，以压缩空气将泥浆喷涂在干燥的中空陶瓷板素坯表面上，采用单支喷枪或多支喷枪喷涂，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例使初期与干燥的陶瓷板素坯表面相接触的雾滴由于干燥素坯的快速吸水和雾滴的表面张力形成具有一定强度、相对干燥、粘附于素坯板表面的泥粒，后续喷落的雾滴首先遇到这些具有一定吸湿能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆积成柱状、尖塔状、立壁状、蜂窝状、多孔状的非均匀、不连续、被吸湿而具有一定强度的雾滴泥料堆积体，当这些立体堆积体达到一定高度失去吸湿能力前停止喷雾，从而在中空陶瓷素坯板表面得到立体网状黑瓷的素坯层，将此具有立体网状黑瓷素坯层的中空陶瓷素坯板经干燥后进行高温烧制，控制烧成温度和时间使立体网状黑瓷素坯层与中空陶瓷板素坯同时烧结为立体网状黑瓷层和瓷质中空陶瓷板基体，高温烧结使立体网状黑瓷层与瓷质中空陶瓷板基体烧结复合为一体，成为立体网状黑瓷复合陶瓷板，喷涂时喷枪以一定角度与中空陶瓷板素坯表面作相对运动，单枪喷涂时，单枪在素坯板表面上方作规则性移动扫描，使运动速度、泥浆喷出速度与素坯吸湿速度相对应，确保雾滴堆积体始终具有相应的吸湿能力，使粘附在堆积体上的雾滴中的大量水分通过相对干燥的堆积体传递至干燥的素坯中，使新粘附的雾滴迅速失去部分水分而具有一定形状和强度，不要使雾滴聚为流动的泥浆从而使堆积物倒塌成为平面层，多枪喷涂时，中空陶瓷板素坯在喷枪下方运动，使运动速度、喷枪间隔距离与泥浆喷出速度和素坯吸湿速度相对应，以达到上述目的，调整泥浆配方和水分决定泥浆中颗粒之间的内聚力，控制压缩空气的压力、流量和泥浆的比例决定喷出雾滴的速度和大小，雾滴是泥浆与空气的混合物是中空的泥浆球，粘附在堆积物上时，失去部分水分而硬化成中空硬壳，部分球体破碎，形成立体网状多孔的堆积体，泥浆的配方、内聚力、失去水分的速度决定堆积体的平均直径和高度，堆积体高度为0.1～3毫米，堆积体中充满的毛细孔是干燥素坯吸收水分时造成的水分运动通道，烧成时形成微细孔穴，烧成后堆积体的每一个立柱、尖塔、立壁、蜂窝壁上布满孔穴，孔径为0.1～50微米，立体网状黑瓷阳光吸收层呈黑色。

4、根据权利要求1所述的大尺寸中空陶瓷板的制造方法，其特征在于：所述的均质陶瓷板是以除提钒尾渣以外的其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣和/或富含第四周期过渡金属元素的天然矿物和/或富含第四周期过渡金属元素的化合物和/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为多孔陶瓷板素坯，经加工使通孔在两端或一端处互相连通，成为两端通孔相连的通孔板和一端通孔相连的半通孔板素坯，在通孔板素坯两端用陶瓷泥浆粘接同种材质的具有进出口的端头板素坯成为封口陶瓷板素坯，经干燥、烧成，即得到整体为黑色或深色的各种大尺寸中空均质陶瓷板。

5、陶瓷通孔板胶结而成的胶结型封口陶瓷板，其特征在于：将具有进出口的陶瓷端头板用有机或无机胶粘剂粘结在通孔板的两端成为胶结型封口陶瓷板。

6、大尺寸中空陶瓷板组合而成的大尺寸中空陶瓷板纵列，其特征在于：将大尺寸中空陶瓷板连接成大尺寸中空陶瓷板纵列，其连接部件及连接方式为：以普通陶瓷原料经常规陶瓷制品生产方法制造陶瓷端头板、陶瓷进出管口、带进出管口的陶瓷端头板、大管口陶瓷端头板、大管口陶瓷套接端头板、多孔陶瓷套接接头、单孔陶瓷套接接头，统称为大尺寸中空陶瓷板附件，其表面复合黑瓷层或不复合黑瓷层，或用有机材料、金属材料制造大尺寸中空陶瓷板附件，将若干多孔陶瓷板、半通孔陶瓷板、通孔陶瓷板与大尺寸中空陶瓷板附件采用胶接或套接的方法相连接构成大尺寸中空陶瓷板纵列，纵列内部是连通的，形成一条通道，完成胶接的大尺寸中空陶瓷板纵列，用于太阳能利用时，底部和四周被保温材料包围，此时应及时盖上透明盖板，不要通水，使其在阳光空晒温度下，胶粘剂自行完成固化过程，或将若干封口陶瓷板的进出管口用耐老化的软质管、不锈钢箍相连接构成大尺寸中空陶瓷板纵列。

7、利用大尺寸中空陶瓷板组合而成的陶瓷太阳板集热器，其特征在于：以浇注、模压、喷涂、粘结、机械结合等方法将具有一定强度、厚度的保温隔热材料牢固的结合在陶瓷太阳板的底部和四周侧面，侧面的保温隔热材料高于陶瓷太阳板的集热面，在陶瓷太阳板两端接口处的保温隔热材料中予留两板之间连接管和固定件的位置和连接时的操作空间，形成陶瓷太阳板集热盒，在集热盒顶部覆盖透明盖板即成为陶瓷太阳板集热器，陶瓷太阳板集热器上的保温隔热材料是单一品种，或是多品种复合，与此相同，将保温隔热材料结合在陶瓷太阳板纵列的底部和四周侧面，侧面的保温材料高于陶瓷太阳板的集热面，顶部覆盖透明盖板即成为陶瓷太阳板集热器纵列。

8、利用大尺寸中空陶瓷板组合而成的陶瓷太阳能房顶和陶瓷太阳能墙面，其特征在于：将陶瓷太阳板集热器纵列或陶瓷太阳板集热器接口对接口以连接管相连接形成纵列，整齐的排放在覆盖防水层的房顶结构层上，安装上下汇集管和水箱，透明盖板之间的接缝上涂复防水材料，间隔一定距离安装Ω型材板，即构成陶瓷太阳能房顶，陶瓷太阳板集热器底部的保温层同时也是房顶的保温层，两者共用保温层，透明盖板既是集热器的透光、保温、防水层也是房顶的上防水层，夏天太阳能房顶产生的热水开动吸收式空调，为建筑致冷，冬天将陶瓷太阳能房顶中的水放掉，阳光加热陶瓷太阳板集热器中的空气，将热空气经过水箱中的螺旋管泵入建筑物为房间提供暖气并加热水箱中的水，春、夏、秋、冬，陶瓷太阳能房顶都可以提供热水，将陶瓷太阳能房顶安装在墙面上即构成陶瓷太阳能墙面。

9、利用大尺寸中空陶瓷板组合而成的陶瓷太阳能风道发电装置，其特征在于：将陶瓷太阳板集热器纵列分组安装在向阳山坡和山坡下的坡地上，上下左右分组，每组分若干纵列，陶瓷太阳板集热器纵列中的太阳板上下首尾相通，下口与进风管相通，上口与热风支道相通，进风管与热风支道均与水平面成一定倾角，气流方向由下向上，进风管下口敞开，上口封闭，热风支道下口封闭，上口与总风道相通，空气从进风管下口进入在集热器中被阳光加热向上经热风支道进入总风道，从总风道上口排出，进风管进口处形成负压，总风道出口处形成正压，在进风管进口处和总风道出口处安装空气涡轮机，空气在压力差下形成气流，推动涡轮带动发电机发电，或者去掉进风管，在热风支道和总风道内逐级安装空气涡轮机。

10、利用大尺寸中空陶瓷板组合而成的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其特征在于：在向阳山坡上或相对平坦的荒滩、荒地、沙漠建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，向阳坡面与水平面夹角接近当地纬度，为5-55度，将相对平坦的地面修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，用大型开沟机顺东西方向挖沟，形成沟的向阳坡面，将挖出的土、石、沙堆积在沟的向阳坡面一侧的地面上，堆成堆积物坡面，沟的坡面和堆积物的坡面共同构成陶瓷太阳能集热场的向阳坡面，在挖相邻的沟时，沟的背阳坡面离开前一条沟的堆积物一段距离，中间形成一条水平通道，将坡顶、坡面、沟底整平、夯实、加固，沿坡顶敷设上水管即出水管，离沟底约100～500mm敷设水平下水管即进水管，在上、下水管之间安装陶瓷太阳板集热器纵列，纵列上口与上水管连通，下口与下水管连通，阳光加热陶瓷太阳板中的水，热水沿出水管进入热水罐，热水罐中的热水进入发电装置将热能转化为动能做功发电后进入冷水罐，或热水罐中的热水进入聚光型高温太阳能装置被进一步加热成为更高温度的热水、汽水混合物、高温高压蒸汽进入发电装置发电后进入冷水罐，冷水罐中温度较低的水进入陶瓷太阳板集热器纵列中再次被太阳能加热。

11、利用大尺寸中空陶瓷板组合而成的陶瓷远红外辐射板，其特征在于：将大尺寸多孔陶瓷板通孔内穿入常规电发热体，在侧面和背面覆盖耐高温无机保温隔热材料，则形成陶瓷远红外辐射板，或在大管口大尺寸中空陶瓷板纵列中通入高温气流在其两侧和背面覆盖上述保温隔热材料，则形成大尺寸中空陶瓷远红外辐射板纵列，两者的黑瓷面为远红外辐射面，用于隔歇式的远红外干燥炉和连续式的远红外干燥隧道。

12、大尺寸中空陶瓷板作为陶瓷建筑暖气散热板，其特征在于：将大尺寸封口陶瓷板或大尺寸中空陶瓷板纵列的进出口改造为与建筑暖气系统的接口相一致，通入热水或蒸汽，则成为大尺寸陶瓷建筑暖气散热板。