CN101514106B

CN101514106B - 槽型陶瓷太阳板

Info

Publication number: CN101514106B
Application number: CN 200810014172
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: 曹树梁
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: CN101514106A

Abstract

以前制造的平板型陶瓷太阳板用异型模具在背面和两侧结合硬质聚氨脂泡沫塑料，以泡沫塑料形成槽帮，将透明盖板结合在槽帮上，结构复杂、加工成本高，有机材料在阳光长期照射下容易老化，寿命短，有机材料占用部分采光面影响太阳能装置的效率。本发明提出的“槽型陶瓷太阳板”，太阳板与槽帮均为瓷质材料，结构简单，降低了制造成本，瓷质槽帮不会老化，延长了陶瓷太阳板阳光采光面的整体寿命，瓷质槽帮内侧也可吸收阳光，提高了太阳能装置的效率。

Description

槽型陶瓷太阳板

(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，具体说是关于陶瓷太阳能集热体，更详细地说是关于结构更加简单、综合成本低廉的槽型陶瓷太阳板。

(二)背景技术

太阳能是煤、石油、天然气等常规化石能源以及风能、水能、海洋能、生物质能的根本来源，辐射到地球陆地表面的太阳能是全球人类同期消耗总能量的数万倍，是全球风能总量的一万倍，水能的十万倍。

太阳能的优点是普遍、巨大、无害，缺点是分散、随机、间歇，太阳能利用的研究主要是对太阳能收集、转换及其装置的研究，由于太阳能是低密度能源，巨大的能量散布在广阔的区域，所以对太阳能利用的研究更重要的是对太阳能收集器的研究，是对太阳能收集器的成本、寿命、效率的研究。

目前太阳能收集器主要包括金属平板型、玻璃真空管型、聚光型收集器和太阳能电池等，太阳能利用装置主要包括太阳能热水器、太阳能热水系统、太阳能热风系统、太阳灶、太阳房，太阳能干燥装置、太阳能温室、太阳能制冷与空调系统、太阳能热发电系统、太阳能光伏发电系统等。

目前已工业化、市场化、规模化利用的太阳能收集器主要是金属平板型、玻璃真空管型收集器和太阳能电池。

利用太阳能的目的是为了节约和替代常规能源，关键是能量的得失，即收集器寿命期间得到的太阳能与收集器所消耗的常规能源的比值，我们称此值为A值，由于收集器本身消耗的能量难以计算而用该太阳能装置其寿命期间所取得的太阳能总量折合为标煤价值与装置价格的比值，以此得出的A值不是一个严格符合定义的值，但是A值是客观存在的。A值也可看作是一个经济指标。

目前太阳能集热器以铜、铝、硼硅玻璃、不锈钢、彩钢板为基本材料，以制作精细的低温涂料为阳光吸收层，以复杂工艺工序制造集热体、以保持高真空度为保温措施之一，但是这些太阳能集热器的阳光吸收比会衰减、金属材料会腐蚀、真空度随时间而下降，效率随之降低，以此高能耗、高代价、较短寿命、较低平均效率的制品面对非常稀薄、低密度的太阳能，不可能取得较高的A值。只有改变相关材料、制造工艺和部件结构，使现有太阳能集热器的成本下降数倍、寿命延长数倍、阳光吸收比长期稳定，才可能取得较高的A值。

初步估算认为玻璃真空管型热水器的A值为2.16-0.864，金属平板型热水器的A值为1.44-0.48，太阳能电池的A值为0.1左右。

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、烧成温度可低于1200℃、烧成时间短、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、冶炼温度约1600℃、或需电解冶炼、加工工艺复杂。制造玻璃真空管的硼硅玻璃3.3是特种玻璃，其中二氧化硅80％，氧化硼12％，熔制温度高于1600℃，加工工艺复杂，氧化硼售价每吨约20000元，每平方米采光面玻璃真空管重约14kg，另需不锈钢汇集器，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，中空陶瓷太阳板总厚20～26mm，壁厚1～3mm，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，两者的每平方米生产成本具有可比性。

无白度要求的陶瓷材料是已知成本最低的工程材料、建筑材料之一，其不腐蚀、不老化、不褪色、不氧化、高强度、高刚性、高硬度、高致密度、耐高温、长寿命的特性非常适合制造太阳能集热体，其唯一缺点-脆性也由于使用时处于玻璃板覆盖下，保温材料包围中而体现不出来，所制造的太阳能集热器与传统的太阳能集热器相比，成本可能下降几倍至十倍，寿命可能延长几倍至十倍，保持初始阳光吸收比的时间可能延长十几倍至几十倍，所以陶瓷太阳板集热器的A值可能比传统太阳能集热器的A值大几倍至几十倍，从而可能使太阳能比常规能源具有更低的成本，更少的其他资源消耗量，更好的环境保护效果。

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。

陶瓷太阳板及其太阳能集热系统的主要技术突破和设想

1.初步研制成功大尺寸、连续成型、前后贯通、薄壁、瓷质扁盒式的陶瓷太阳板的制造方法。

2.研制成功以低成本、具有较高并长期稳定的阳光吸收比的钒钛黑瓷作为陶瓷太阳板的阳光吸收层。

3.初步研制成功陶瓷太阳板附件及与陶瓷太阳板组成纵列的方法和密封连接方法。

4.提出以无机材料容器尤其以带孔混凝土管作为太阳能集热系统储水箱的方案。

5.提出以陶瓷太阳板建造陶瓷太阳能房顶及以陶瓷太阳能风道、陶瓷太阳能集热场用于发电的设想。

以上技术突破和设想可能使太阳能装置大幅度提高A值，使太阳能与常规能源相比在经济上具有竞争力，使太阳能成为大规模可替代能源。

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11月7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”、“一种多孔陶瓷板纵列的密封连接方法”、“太阳能房顶热水容器”等中国发明专利。

但是以前制造的真空挤出成型陶瓷太阳板都是平板型陶瓷太阳板，采用异型模具在平板型陶瓷太阳板背面和侧面用压力浇注硬质聚氨脂泡沫塑料形成侧面的槽帮，依靠泡沫塑料的槽帮承担玻璃板，如本申请图4所示。缺点是：①陶瓷太阳板一般拼装成大面积使用，本身具有几十年至上百年的使用寿命，太阳板之间采用无机材料结合剂和承插接口，使太阳板形成很长的纵列，泡沫塑料在阳光照射下容易老化，一旦失去承担玻璃板的强度，将难以维修，甚至会影响陶瓷太阳板的使用寿命。②为保持一定强度，泡沫塑料槽帮较厚，会占据十分之一左右的采光面，从而减少阳光吸收面，降低整台装置的效率。③在平板型陶瓷太阳板上压力浇注泡沫塑料需采用异型模具，增加制造成本。

(三)发明内容

本发明的目的：

①提高陶瓷太阳板整体阳光吸收面的使用寿命、减少维修工作量。②增加阳光吸收量，提高整台装置的效率。③简化结构、降低成本。

本发明是这样实现的：

以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用槽型多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为槽型陶瓷板素坯，如图1所示，经加工去除槽型陶瓷板素坯四角的部分槽帮，如图2所示，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，将泥浆覆盖在上述槽型陶瓷板素坯的内底面和槽帮内侧表面，经干燥、烧制成为槽型黑瓷复合陶瓷太阳板；或者以提钒尾渣和/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/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用槽型多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工、干燥、烧制成为黑色或深色的槽型均质陶瓷太阳板。

所述富含第四周期过渡金属元素的工业废渣、天然矿物、化合物是指含有第四周期过渡金属元素的氧化物或化合物总量超过5％的工业废渣、天然矿物、化合物。

去除槽型多孔陶瓷板素坯四角的部分槽帮是为了便于采用承插接口将陶瓷太阳板连接为纵列以利应用。四角的部分槽帮也可以在烧成后再加工去除。

槽型陶瓷太阳板与平板型陶瓷太阳板相比具有下述优点：①延长了整体陶瓷太阳板采光面的使用寿命②槽帮内侧也有黑瓷吸光面增加了阳光吸收面提高了整体太阳能装置的效率③简化结构、降低成本。

(四)附图说明

以下结合附图详细说明本发明的特点：

图1表示槽型陶瓷板素坯。

图2表示去除了四角部分槽帮的槽型陶瓷板素坯和槽型陶瓷太阳板。

图3表示槽型陶瓷太阳板的应用方式。

图4表示平板型陶瓷太阳板的应用方式。

图中：

1——槽型陶瓷太阳板素坯 1.1——槽型陶瓷太阳板素坯或槽型陶瓷太阳板的槽帮

2——去除四角部分槽帮的槽型陶瓷太阳板素坯或槽型陶瓷太阳板 3——保温材料

4——结构层 5——透明盖板 6——平板型陶瓷太阳板

(五)具体实施方案

实施例

1.以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用槽型多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为槽型陶瓷板素坯，如图1所示，经加工去除槽型陶瓷板素坯四角的部分槽帮，如图2所示，以提钒尾渣55％，普通陶瓷原料45％，共同球磨成为泥浆喷涂在槽型陶瓷板素坯的内底面和槽帮内侧，经干燥、烧成为槽型黑瓷复合陶瓷太阳板。

2.普通陶瓷原料60％，钒钛磁铁矿20％，锰矿10％，钛铁矿10％，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槽型陶瓷板素坯，经加工、干燥、烧成为整体黑灰色的均质槽型陶瓷太阳板。

3.在房顶结构层上喷涂发泡聚氨脂泡沫塑料并找平，在房顶上将槽型陶瓷太阳板组合成并排的纵列，透明盖板为4mm厚的钢化玻璃板，以硅橡胶将钢化玻璃粘接在槽型陶瓷太阳板的槽帮上，如图3所示，则构成陶瓷太阳能房顶。

Claims

1.槽型陶瓷太阳板的制造方法，其特征在于：以普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用槽型多孔模具由真空挤制机挤制方法挤出成型为槽型陶瓷板素坯，成为具有槽帮(1.1)的槽型陶瓷太阳板素坯(1)，经加工去除槽型陶瓷板素坯四角的部分槽帮，成为去除四角部分槽帮(1.1)的槽型陶瓷太阳板素坯(2)，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，将泥浆覆盖在上述槽型陶瓷板素坯的内底面和槽帮内侧表面，经干燥、烧制成为槽型黑瓷复合陶瓷太阳板；或者以提钒尾渣和/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/或陶瓷黑色着色剂与普通陶瓷原料经常规陶瓷原料处理方法制成泥料，采用槽型多孔模具由真空挤制机挤制方法成型，经加工、干燥、烧制成为槽型均质陶瓷太阳板。

2.根据权利要求1所述的槽型陶瓷太阳板的制造方法，其特征在于：槽型陶瓷太阳板素坯经烧成后再去除四角的部分槽帮。

3.根据权利要求1所述方法制造的槽型陶瓷太阳板。