CN102538262B - 锚桩结构陶瓷太阳能集热系统 - Google Patents

Abstract

“锚桩结构陶瓷太阳能集热系统”涉及陶瓷太阳能集热系统，陶瓷太阳能集热系统中的陶瓷太阳板支撑结构和透明盖板支撑结构采用锚桩结构，锚桩是一根棒或者是棒的上端结合平板或者是棒的一端呈平板状，锚桩结构是锚桩插入基层并与基层固定的结构，以与基层固定的锚桩支撑陶瓷太阳板，防止陶瓷太阳板下滑并且支撑透明盖板的重量及防止透明盖板下滑；由基层、保温层、陶瓷太阳板、锚桩结构、透明盖板、有机材料或无机材料或金属材料制造的板组成锚桩结构陶瓷太阳能集热系统。

Description

锚桩结构陶瓷太阳能集热系统

技术领域

本发明涉及太阳能集热系统，涉及陶瓷太阳能集热系统，涉及黑瓷复合陶瓷太阳板用于陶瓷太阳能房顶集热系统、用于陶瓷太阳能发电集热系统、用于陶瓷太阳能淡化海水集热系统，用于陶瓷太阳能淡化苦咸水集热系统，特别涉及陶瓷太阳能集热系统的结构。

背景技术

太阳能利用包括光电利用和光热利用，光电利用主要指太阳能电池，光热利用主要指聚光太阳能发电装置和太阳能集热器，应用最广泛的太阳能集热器是太阳能热水器，关键问题是太阳能集热体成本、寿命、结构、效率。我国主要采用真空玻璃管太阳能集热体，国外主要采用铜管板式太阳能集热体。真空玻璃管和铜管板式太阳能集热体成本高、寿命短，常温下形成的黑色阳光吸收层结构不够稳定，在长期阳光照射下阳光吸收比容易衰减，使用成本高于常规能源。

新能源的核心是使用成本，包括能源成本、货币成本、环境成本，只有使用成本低于常规能源的新能源才可能成为大规模替代能源。

陶瓷材料强度大、硬度高、不腐蚀、不老化、理化性能非常稳定，使用寿命很长，可达数百年以上。黑色瓷质材料具有陶瓷通性，阳光吸收率高，阳光吸收率不会衰减。

黑瓷复合陶瓷太阳板的基体是普通陶瓷，表面层是黑瓷，即其基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷中空板，表面层是黑色、粗糙、布满微小孔洞的黑瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板。

无白度要求的普通陶瓷是已知成本最低、寿命最长、性能最稳定的工程材料之一，以工业废弃物制造的钒钛黑瓷是成本最低、寿命最长、性能最稳定的太阳能吸收材料，经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，陶瓷太阳板的阳光吸收比0.95，陶瓷太阳能房顶的日得热量8.6MJ，远高于国家标准。

陶瓷太阳板制造、使用成本低，阳光吸收比不衰减，与建筑同寿命，可以用于与原房顶共用结构层、保温层、防水层、结构简单、保温隔热效果好于原房顶、与建筑一体化的混凝土结构陶瓷太阳能房顶、向阳墙面、阳台护栏面，为建筑提供热水、取暖、空调；为工农业、养殖业提供热能；可用于荒漠大规模太阳能热水发电、风道发电、海水淡化、苦咸水淡化、变沙漠为农田。已有多家工厂投产、正在投产陶瓷太阳板，我国陶瓷业产量占全球60％以上，我国最有条件大规模生产陶瓷太阳板，应该有助于解决全球能源、气候、淡水、耕地问题。

太阳能是大规模可替代能源的主要希望，陶瓷太阳能集热系统成本低、寿命长、效率高，单位能量使用成本低于常规能源，是一种新的可以大规模使用的太阳能利用装置。

本申请人陆续申报了“复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法”、“复合陶瓷太阳板”、“一种新型太阳能房顶的结构和材料”、“陶瓷太阳能集热场热水发电装置”、“陶瓷太阳板集热器墙面”、“混凝土结构太阳能房顶”、“陶瓷太阳板用于海水或苦咸水发电同时淡化的方法”、“混凝土结构平板集热体太阳能房顶”等专利申请。

现有陶瓷太阳能集热系统采用传统结构或者采用混凝土台阶条结构或彩钢板台阶条结构，这些结构都比较复杂，施工过程比较长，消耗材料、人工工时比较多。

发明内容

本发明的目的是简化陶瓷太阳能集热系统的结构，减少材料消耗，提高施工效率，减轻劳动强度，降低系统成本。

本发明是这样实现的：

黑瓷复合陶瓷太阳板也称作复合陶瓷太阳板，简称陶瓷太阳板，黑瓷复合陶瓷太阳板的基体是普通陶瓷，表面层是黑瓷，即其基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷中空板，表面层是黑瓷或是黑色、粗糙、布满微小孔洞的黑瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板，这种表面层也称作立体网状黑瓷表面层。

黑瓷复合陶瓷太阳板太阳能集热系统，简称陶瓷太阳能集热系统，主要用于陶瓷太阳能房顶集热系统、陶瓷太阳能墙面集热系统、陶瓷太阳能发电集热系统、陶瓷太阳能淡化海水集热系统，陶瓷太阳能淡化苦咸水集热系统等。

陶瓷太阳能集热系统主要由基层、防水层、保温层、黑瓷复合陶瓷太阳板、陶瓷太阳板支撑结构、透明盖板支撑结构、透明盖板等构成。黑瓷复合陶瓷太阳板简称陶瓷太阳板，透明盖板主要是玻璃板。干旱的沙漠地区可以取消防水层。

经济运行的陶瓷太阳能发电集热系统、陶瓷太阳能淡化海水集热系统，陶瓷太阳能淡化苦咸水集热系统一般规模比较大，通常建造在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区。

以前陶瓷太阳能集热系统采用传统结构或者采用混凝土台阶条结构或彩钢板台阶条结构，这些结构都比较复杂，施工过程比较长，消耗材料、人工工时比较多。

本申请的陶瓷太阳能集热系统中的陶瓷太阳板支撑结构和透明盖板支撑结构采用锚桩结构，以锚桩结构支撑陶瓷太阳板和透明盖板，锚桩是一根棒或者是棒的上端结合平板或者是棒的一端呈平板状，锚桩结构是锚桩插入基层并与基层固定的结构，以与基层固定的锚桩支撑陶瓷太阳板和透明盖板，以与基层固定的锚桩支撑陶瓷太阳板，防止陶瓷太阳板下滑并且承担透明盖板的重量及防止透明盖板下滑。

由基层、防水层、保温层、陶瓷太阳板、锚桩结构、透明盖板、有机材料制造或者无机材料制造或者金属材料制造的板组成陶瓷太阳能集热系统。

锚桩采用金属材料制造或者采用有机材料制造或者采用无机材料制造，锚桩可以采用钢材制造，当锚桩是一根棒时，锚桩可以是一根钢棒或者铁棒，称作棒型锚桩；当锚桩是在一根棒的上端结合平板组成时，是将钢棒的一端焊接在钢板的一个面上；当锚桩是在一根钢棒的上端板呈平板状时，是将钢棒的一端用热冲压或冷冲压的方法形成与钢棒垂直的平板，称作丁字型锚桩。

钢制锚桩的表面经过发黑处理或称作发蓝处理，使钢制锚桩更耐腐蚀；钢制锚桩与陶瓷太阳板之间用导热系数相对比较低的有机材料板或者无机材料板隔离，以减少陶瓷太阳板的热损失，钢制锚桩的上表面与玻璃板之间用导热系数相对比较低的有机材料或者无机材料隔离，以减少太阳能集热系统的热损失。

锚桩结构陶瓷太阳能集热系统用于建造在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区的陶瓷太阳能发电集热系统、陶瓷太阳能淡化海水集热系统，陶瓷太阳能淡化苦咸水集热系统。

锚桩结构用于陶瓷太阳能混凝土房顶，可以用传统预埋、打孔插入、孔内加入建筑结合剂固定等方法进行固定，用于荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区时，对于土质、沙质等软质坡面或碎石戈壁滩坡面可以采用锤击打入固定的方法。对于石漠地区，在大面积岩石上可以采用与在混凝土上打孔插入固定相同或类似的方法进行固定。

锚桩可以固定平板形成建造混凝土构件的模具，建造混凝土条、混凝土框架、混凝土结构，在建造混凝土构件时，锚桩、平板可以成为所建造的混凝土构件的一部分，即锚桩、平板和注入的混凝土砂浆共同构成混凝土构件。

锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，大幅度简化了陶瓷太阳能集热系统的结构，减少材料消耗，提高施工效率，减轻工人劳动强度，降低系统成本。

附图说明：

图1表示棒型锚桩

图2表示丁字型锚桩

图3表示在混凝土结构斜房顶上建造锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，称作锚桩结构陶瓷太阳能房顶，图中表示已经建造了混凝土边框、安装了丁字型锚桩和铺贴了底层防水层

图4是图3的俯视图

图5表示在混凝土结构斜房顶上建造锚桩结构陶瓷太阳能房顶，图中表示已经建造了混凝土边框、安装了丁字型锚桩、底层防水层、保温层、陶瓷太阳板、玻璃板，玻璃板是上下搭接的，玻璃板是依靠不锈钢S钩上下结合的，玻璃板的重量由锚桩和下面的混凝土边框共同承担

图6是图5的俯视图

图7表示在混凝土结构斜房顶上建造好的锚桩结构陶瓷太阳能房顶，或称作锚桩结构陶瓷太阳能集热系统

图8表示在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区建造的锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，从左到右分别表示土质基层、沙漠基层、戈壁基层、石漠基层，其中边框由锚桩、平板、保温材料共同组成，玻璃板的重量由锚桩和下面构成边框的锚桩共同承担，或者说玻璃板的重量全部由锚桩承担，陶瓷太阳能集热系统的中间采用丁字型锚桩，边框采用棒型锚桩

图9表示的内容与图8相同，只是陶瓷太阳能集热系统的中间也采用棒型锚桩

图10表示在混凝土结构斜房顶，在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区用锚桩固定平板形成建造陶瓷太阳能集热系统混凝土边框的模具

图11是图10的侧视图

图12表示在图10、图11所表示锚桩固定平板形成边框模具中注入混凝土形成了由锚桩、平板和注入的混凝土砂浆共同构成混凝土边框

图13是图12的侧视图

图中标记的说明：

1、棒型锚桩 2、丁字型锚桩 3、边框 4、底层防水层 5、混凝土结构斜房顶的混凝土斜平板 6、保温层 7、陶瓷太阳板 8、不锈钢S钩 9、玻璃板 10、陶瓷太阳能房顶(陶瓷太阳能集热系统)的上汇集管 11、陶瓷太阳能房顶(陶瓷太阳能集热系统)的下汇集管12、陶瓷太阳能房顶(陶瓷太阳能集热系统)的下循环管 13、水泵 14、循环水箱 15、使用水箱 16、上循环管 17、陶瓷太阳能房顶(陶瓷太阳能集热系统)的进出气管 18、温度传感器 19、纤维水泥板或硅酸钙板或其他无机材料板或有机材料板 20、土质基层21、沙漠基层 22、戈壁基层 23、石漠基层 24、金属丝 25、垫块 26、基层 27、由锚桩、平板和注入的混凝土砂浆共同构成的混凝土边框

具体实施例：

1、在混凝土结构斜房顶上建造锚桩结构陶瓷太阳能房顶，用传统方法建造混凝土边框，边框厚60毫米，两侧和上面的边框高120毫米，最下面的边框高140毫米，丁字型锚桩总长190毫米，插入混凝土基层70毫米，在混凝土边框内铺贴防水层，在防水层上放置保温层，在保温层上放置陶瓷太阳板，陶瓷太阳板下边依靠锚桩，锚桩与陶瓷太阳板之间有厚度12毫米的硅酸钙板，厚度5毫米的玻璃板是上下搭接的，玻璃板是依靠不锈钢S钩上下结合的，玻璃板的重量由锚桩和下面的混凝土边框共同承担。有进出介质管口的中空的陶瓷太阳板通过上下汇集管、上下循环管与水箱联通。阳光透过玻璃板照射在陶瓷太阳板上，当陶瓷太阳板上的温度传感器的温度超过循环水箱中的水温8℃时，在控制器指令下，水泵自动启动，水上升进入陶瓷太阳板，空气从进出气管排出，水达到最高点通过上循环管流回循环水箱，如此反复循环，循环水箱中的水温逐步升高，下午阳光减弱，当温度传感器的温度只超过循环水箱中的水温2℃时，水泵自动停止，水回落到循环水箱，空气从进出气管进入，循环水箱是保温水箱，使用时，循环水箱中的水通过第二台水泵进入使用水箱，由仪表自动控制加入冷水或者继续用常规能源加热使水温达到要求，提供生活热水、取暖、空调等不同需要。

2、采用棒型锚桩或丁字型锚桩插入荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠的斜坡上，在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区建造锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，其原理和结构与实施例1相同，利用荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区的烈日阳光，将水加热到90℃以上，以热水发电，边框也是用锚桩、硅酸钙板、保温板构成的，在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区建造锚桩结构陶瓷太阳能集热系统，避免了建造庞大的基础，大幅度降低建造成本。

3、在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区建造锚桩结构陶瓷太阳能集热系统加热海水，淡化海水，得到淡水，将海水加热到70℃以上，喷入真空室进行海水淡化是传统方法，与传统方法相比，锚桩结构陶瓷太阳能集热系统可以得到低成本的淡水。用同样方法可以进行苦咸水淡化。

Claims (5)

1.一种陶瓷太阳能集热系统的锚桩结构，其特征在于在混凝土结构斜房顶上建造锚桩结构陶瓷太阳能房顶，所述的锚桩结构陶瓷太阳能房顶包括基层、防水层、保温层、陶瓷太阳板、锚桩、玻璃板、硅酸钙板，还包括用传统方法建造的混凝土边框，锚桩插入混凝土基层，在混凝土边框内铺贴防水层，在防水层上放置保温层，在保温层上放置陶瓷太阳板，陶瓷太阳板下边依靠锚桩，锚桩与陶瓷太阳板之间有硅酸钙板，玻璃板是上下搭接的，玻璃板依靠不锈钢S钩上下结合，玻璃板的重量由锚桩和下面的混凝土边框共同承担，锚桩用传统预埋、打孔插入、孔内加入建筑结合剂方法进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷太阳能集热系统的锚桩结构，其特征在于在所述的锚桩采用金属材料、有机材料或者无机材料制造；锚桩采用钢材制造时，当锚桩是一根棒时，锚桩是一根钢棒，称作棒型锚桩；当锚桩是在一根棒的上端结合平板组成时，是将钢棒的一端焊接在钢板的一个面上，当锚桩是在一根钢棒的上端板呈平板状时，是将钢棒的一端用热冲压或冷冲压的方法形成与钢棒垂直的平板，称作丁字型锚桩。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷太阳能集热系统的锚桩结构，其特征在于所述的锚桩是钢制的，钢制锚桩的表面经过发黑处理或称作发蓝处理，使钢制锚桩更耐腐蚀；钢制锚桩与陶瓷太阳板之间用导热系数相对比较低的有机材料板或者无机材料板隔离，以减少陶瓷太阳板的热损失，钢制锚桩的上表面与玻璃板之间用导热系数相对比较低的有机材料或者无机材料隔离，以减少太阳能集热系统的热损失。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷太阳能集热系统的锚桩结构，其特征在于所述的具有锚桩结构的陶瓷太阳能集热系统用于建造在荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区的陶瓷太阳能发电集热系统或陶瓷太阳能淡化海水集热系统或陶瓷太阳能淡化苦咸水集热系统。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷太阳能集热系统的锚桩结构，其特征在于所述的锚桩结构用于陶瓷太阳能混凝土房顶时，用传统预埋、打孔插入、孔内加入建筑结合剂固定方法进行固定，用于荒坡、荒山、荒漠、沙漠、戈壁、石漠地区时，对于土质、沙质类软质坡面或碎石戈壁滩坡面采用锤击打入固定的方法，对于石漠地区，在大面积岩石上采用与在混凝土上打孔插入固定相同的方法进行固定。