CN110726259A - 中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板 - Google Patents

Abstract

中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板，涉及陶瓷制品，是传统陶瓷太阳板的改进和发展，简称中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板中轴线上有上下两个流体进出管口，管口根部有向两侧倾斜的斜边，斜边与水平线形成四个倾角，采用单一板型即可形成大面积陶瓷太阳能集热系统，不分左右型，能够确保太阳能集热系统放水时板内不存水，避免冬天板内存水冻裂，使生产、安装、维护更加简单、方便，克服了传统对角线管口陶瓷太阳板为避免板内存水冻裂，安装时需要局部垫高，并必须生产、发货、安装、使用等量配套的左右型陶瓷太阳板的缺点，避免了对角线管口陶瓷太阳板和四管口陶瓷太阳板生产工艺复杂、生产与安装成本高的问题。

Description

中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷产品制造和应用领域，具体说是关于改进黑瓷复合陶瓷太阳板使其成为生产工艺更加简单、安装使用方便、防冻可靠的新型陶瓷太阳板。

(二)背景技术

目前太阳能收集器主要包括玻璃真空管型、金属平板型、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、太阳能取暖与制冷系统、太阳能光热发电系统、太阳能光伏发电系统等。

黑瓷复合陶瓷中空太阳能集热板，也称作黑瓷复合陶瓷太阳板，简称陶瓷太阳板，是一种陶瓷质太阳能吸热体，由普通陶瓷和黑瓷组成，以普通陶瓷为基体，黑瓷为表面层，黑瓷以提钒尾渣或/和其他富含第四周期过渡金属元素的工业废渣或/和富含第四周期过渡金属元素的金属矿物或/和富含第四周期过渡金属元素的化工产品与普通陶瓷原料制造；没有白度要求的普通陶瓷是目前已知的成本最低、寿命最长、性能最稳定的工程材料之一，以工业废弃物一提钒尾渣为主要原料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；大规模生产一平方米陶瓷太阳板的成本、能耗是同面积常规太阳能集热体的几分之一，使用寿命是几倍到十几倍，使用成本可以是几分之一到几十分之一；经国家太阳能热水器质量监督检验中心检验，陶瓷太阳板的阳光吸收比是0.93-0.95，陶瓷太阳板太阳能屋面的日有用得热量是8.6MJ，远高于国家标准规定的7.0MJ。黑瓷复合陶瓷太阳板主要用于建筑、温室大棚取暖、提供各种需求的热水、在夏日晴天可将水加热到100℃左右或以上，可以用于制冷、淡化海水、淡化苦咸水、热水蒸汽发电等。可以用于与建筑一体化的陶瓷太阳能屋面而不增加建筑造价，陶瓷太阳板与建筑同寿命。

陶瓷太阳板基本制造方法：用普通陶瓷原料注浆成型为中空陶瓷太阳板素坯，素坯干燥后，在向阳面的表面喷涂黑瓷泥浆层，经过烧成即成为基体是普通陶瓷，向阳面是立体网状多孔黑瓷阳光吸收层的黑瓷复合陶瓷中空太阳能集热板，也称作黑瓷复合陶瓷太阳板，简称陶瓷太阳板。立体网状黑瓷层有无数小孔，阳光进入小孔后难以逃逸，具有很高的集热效率，可以达到阳光陷阱的效果。

石膏模注浆成型方法产生的素坯是上下面都是波浪形的两端有进出管口的中空的陶瓷太阳板素坯，素坯表面喷涂黑瓷泥浆层，经过烧成即成为陶瓷太阳板，陶瓷太阳板使用时是将上下相邻两片板的管口以硅橡胶管和管箍连接，实现密封，连接的陶瓷太阳板形成流体通道，阳光加热黑色表面将能量传递给流体，产生可以利用的热能。

(三)发明内容

本发明的目的：

采用结构简单、生产方便的单一板型的黑瓷复合陶瓷太阳板确保太阳能集热系统中上下水通畅，放水时板内不存水，避免冬天板内存水冻裂陶瓷太阳板，使生产、安装、维护更加简单、方便，提高陶瓷太阳能集热系统运行可靠性。克服了传统对角线管口陶瓷太阳板当安装平面不平整时在下边的无管口侧存水冻裂陶瓷太阳板的缺点。

本发明是这样实现的：

陶瓷太阳板是阳光吸收体，陶瓷太阳板可以组成大面积的阳光吸收面，陶瓷太阳板以廉价的水为主要加热介质，平时系统中全部水在阳光吸收面下面的水箱中，阳光照射时当阳光吸收面温度高于水箱水温一定值如阳光吸收面温度高于水箱水温8℃时，控制器指令水泵自动启动，将水通过陶瓷太阳板加热再回到下面水箱中进行循环，水箱中的水逐步升高温度，循环系统管道的最高点与大气相通，当太阳西斜，阳光不能使水继续提高温度时，控制器指令水泵自动关闭，没有水泵的驱动力，全部水自动回落到水箱中。

以前的问题在于，作为阳光吸收面的安装基础面如太阳能屋面或太阳能系统的混凝土屋面板、金属板等基础面往往是不平整的，高低误差可达到几厘米，陶瓷太阳板一般总厚度2.6 厘米，通常采用对角线管口陶瓷太阳板，即陶瓷太阳板上边有一个进出水管口，下边有一个进出水管口，两个管口在陶瓷太阳板的对角线上，即陶瓷太阳板下边有一个角有管口，另一个角没有管口，当没有管口的角低于有管口的角时，没有管口的角中水放不出来，冬天气温低于0℃时水结冰，体积膨胀1/6，胀裂陶瓷太阳板，系统漏水，停止运行。为解决此问题安装时在每一片陶瓷太阳板的没有管口的角下面垫木片或陶瓷片等，通过水平尺测量确保没有管口的角高于有管口的角，并将木片或陶瓷片固定，以免热胀冷缩等因素导致垫片滑落，这样对几乎每片陶瓷太阳板都要加垫板的安装方法和措施由于人工越来越贵而使安装成本越来越高。另外对角线管口陶瓷太阳板分为左右型两种产品，必须1∶1配套生产、使用才能够形成系统，即面对陶瓷太阳板黑色表面，上边管口在左边的称作左型板，上边管口在右边的称作右型板，生产方必须等量生产，使用方必须等量使用，当由于运输或安装发生破损时，生产方必须按照使用方要求发送一定数量的左型板或右型板，比较麻烦也容易造成浪费。这种情况已经由我们以陶瓷太阳板安装的与建筑一体化的一面坡陶瓷太阳能屋面和安装在平房顶上的陶瓷太阳能系统所充分证实。

本申请提出中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板，简称中管口四倾角陶瓷太阳板，是两个管口的陶瓷太阳板，也是以普通陶瓷为基体，黑色陶瓷为表面阳光吸收层，内壁有釉层，一次高温烧成的中空全陶瓷阳光吸收板；中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板中轴线上有上下两个流体进出管口，称作中管口，管口根部有向两侧倾斜的斜边，斜边与水平线形成的夹角即倾角D是2度至10度，四个夹角称作四个倾角，中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板是上下左右对称的黑瓷复合陶瓷太阳板板型，以此单一板型构成太阳能集热系统中太阳能集热器内全部阳光吸收面和其中的流体通道；中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板本身的倾角可以抵消安装基础面的高低不平，确保太阳能集热系统中上下水通畅，放水时板内不存水，避免冬天板内存水冻裂陶瓷太阳板，采用中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板使生产、安装、维护更加简单、方便，克服了传统对角线管口陶瓷太阳板当安装平面不平整时在下边的无管口侧存水冻裂陶瓷太阳板的缺点，避免了对角线管口陶瓷太阳板安装时为了防止板内存水必须将下边的无管口下角垫高的工序和工作量，避免了在陶瓷太阳板几十年寿命期间此垫高的角下的垫片会否下陷的担忧，避免了对角线管口陶瓷太阳板必须生产、发货、安装、使用等量的配套的左右型陶瓷太阳板的缺点，中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板的生产工艺比四管口陶瓷太阳板生产工艺简单，生产成本低，安装接口工作量和使用的接口材料也比四口陶瓷太阳板减少了一半，本申请所述的四管口陶瓷太阳板也存在当安装平面不平整时在板内下边容易存水冻裂陶瓷太阳板的问题。

中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板的单板宽度300-1000毫米，高度300-1000 毫米，总厚度20-50毫米，壁厚2-5毫米，黑瓷表面阳光吸收层的阳光吸收率不会衰减，黑瓷表面阳光吸收层和基体都是陶瓷材料，不腐蚀、不老化、强度高、耐高温、内壁有釉层，采用普通水作为加热介质，内壁光滑不存水不结垢，可以低成本用于太阳能集热系统。

中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板打破了三个传统观念，第一是一般太阳能教科书认为被加热水采用对角线流动加热效率最高，通过陶瓷太阳板的实际应用，发现陶瓷太阳板内对角线流动加热与直通上下流动加热效率几乎没有差别；第二是以前认为太阳能热水系统中陶瓷太阳板占据采光面积比例越多越好，而忽略了板内存水在冬天容易冻裂陶瓷太阳板的问题；第三是以前认为太阳能集热系统基平面或建筑屋面板可以并应该是很平整的，通过实践发现无论是混凝土屋面板还是钢结构很难实现很平整；所以提出中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板。

中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板实现了陶瓷太阳板结构简单、生产方便、单一板型，供货、补货、维修方便，集热系统中上下水通畅，放水时板内不存水的目的，避免冬天板内存水冻裂陶瓷太阳板，使生产、安装、维护更加简单，降低生产成本和维护费用。同时大幅度提高陶瓷太阳能集热系统运行可靠性，克服了传统对角线管口陶瓷太阳板当安装平面不平整时在下边的无管口侧存水冻裂陶瓷太阳板此长期存在的重大缺点和隐患。

(四)附图说明

以下结合附图详细说明本发明的特点：

图1表示中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板。

图2表示对角线管口陶瓷太阳板。

图3表示四管口陶瓷太阳板。

图4表示采用中管口四倾角陶瓷太阳板组成的太阳能集热器，由中管口四倾角陶瓷太阳板、带边框的基础平板、保温材料、锚桩件、上下汇集管、在上汇集管最高点与大气相通的进出气管、集热器中的温度传感器、覆盖太阳能集热器上表面的透明盖板组成。当上述基础平板是建筑房顶的混凝土或金属屋面板时，所述太阳能集热器即是陶瓷太阳能屋面。

图5表示采用中管口四倾角陶瓷太阳板组成的太阳能集热系统，由上述太阳能集热器，水泵，位置低于太阳能集热器最低点的水箱，水箱中的水温传感器，连接集热器中的温度传感器、水箱中的水温传感器、水泵并控制水泵启动或停止运行的控制器，上循环管、下循环管组成。当上述基础平板是建筑房顶的混凝土或金属屋面板时，所述太阳能集热系统即是陶瓷太阳能屋面集热系统。控制器的设计是太阳能集热器温度高于水箱水温时控制器指令水泵启动运行，水从水箱通过太阳能集热器加热回到水箱不断循环升高水箱水温，太阳西下，太阳能集热器温度低于水箱水温时控制器指令水泵停止运行，陶瓷太阳板中全部水回到水箱中，陶瓷太阳板中没有水，避免冬天板中存水，冻坏陶瓷太阳板。

图6是采用对角线管口陶瓷太阳板组成的太阳能集热系统。

图7是图6的侧视图。

图6、图7与图4、图5的唯一区别是采用对角线管口陶瓷太阳板，区别在于为了避免冬天陶瓷太阳板内存水冻裂，必须使每一片对角线管口陶瓷太阳板的下水管口处于全板的最低点，无论是太阳能集热器还是太阳能屋面其基础平板都难以是完全平整的，理论上要将一半数量的陶瓷太阳板的无管口的下角垫高，陶瓷太阳板的使用寿命可长达数十年，陶瓷太阳板下面有几厘米厚的保温材料，在几十年的使用过程中保温材料会发生不均匀收缩，所以在实际安装时要求将全部每一片陶瓷太阳板的无管口的下角垫高。采用对角线管口陶瓷太阳板大幅度增加安装工作量，降低了系统的运行可靠性。对角线管口陶瓷太阳板分为左型和右型，也增加了生产成本和销售成本。

图8是对角线管口陶瓷太阳板的左型板的正面。

图9是对角线管口陶瓷太阳板的左型板的背面。左右型的规定是面对黑色面，管口在上边和下边，上管口在左侧的板是左型板，上管口在右侧的板是右型板。

图10是陶瓷太阳板的断面，基体是普通陶瓷，阳光吸收面是与基体一次烧成复合为一体的立体网状多孔黑瓷层，陶瓷太阳板内有纵横通道，壁厚2-5毫米，内壁有釉层。

图11是陶瓷太阳板的局部断面，基体壁厚3毫米左右，黑瓷阳光吸收层是密集针状的立体多孔结构，形成阳光陷阱。

图12是陶瓷太阳板的局部表面，说明黑瓷阳光吸收层是立体网状多孔结构，上部破口部分说明阳光吸收黑瓷层与陶瓷基体已经烧成复合为一体，两者牢固结合为一体，破坏黑瓷层时陶瓷基体也一起被破坏。

图13是对角线管口陶瓷太阳板单板在屋面上安装时，在无管口的下角下面需要用木片垫高，并用水平尺测量确定无管口的下角高于下管口，并且下管口处于全板最低点。

图14是对角线管口陶瓷太阳板多板在屋面上安装时，在无管口的下角下面需要用木片垫高，使无管口的下角高于下管口，并且下管口处于全板最低点。

图15是采用对角线管口陶瓷太阳板在安装陶瓷太阳能屋面。右边是立放在钢架上的厚度 4毫米、宽度2米、长度3米的的钢化玻璃板用作陶瓷太阳能屋面透明盖板。

图16是6户采用对角线管口陶瓷太阳板与建筑一体化的一面坡陶瓷太阳能屋面农居。

图17是数十户采用对角线管口陶瓷太阳板与建筑一体化的一面坡陶瓷太阳能屋面农居。一面坡陶瓷太阳能屋面取代了传统人字形屋面，夏天加热水降低屋面温度，冬天加热水用于农居取暖同时增加屋面温度，一面坡陶瓷太阳能屋面下面形成的直角形房间冬暖夏凉，成为建筑中冬天夏天都可以起居生活的有效空间。

图2、图6、图7、图8、图13、图14说明对角线管口陶瓷太阳板安装时，必须在无管口的下角下面用木片等垫高，确保冬天不会存水冻裂陶瓷太阳板。图1、图4、图5说明中管口四倾角陶瓷太阳板安装时，不必局部垫高，直接快速安装即可确保冬天不会存水冻裂陶瓷太阳板。

图中：

1-中管口四倾角陶瓷太阳板 2-中管口四倾角陶瓷太阳板4个倾角D，每个倾角是2度至10度 3-对角线管口陶瓷太阳板 4-四管口陶瓷太阳板 11-陶瓷太阳板内流体上汇集通道 12-陶瓷太阳板内流体纵向通道 13-陶瓷太阳板纵向支撑筋 14-管口 15-陶瓷太阳板内流体下汇集通道 16-立体网状多孔结构黑瓷阳光吸收层 17-陶瓷太阳板陶瓷基体18-四管口陶瓷太阳板凹角管口 21-陶瓷太阳能集热器中流体上汇集管 22-陶瓷太阳能集热器中温度传感器 23-在上汇集管最高点与大气相通的进出气管 24-与基础平板连接的边框 25-锚桩件，用于支撑定位陶瓷太阳板和透明盖板 26-保温材料层 28-陶瓷太阳能集热器中流体下汇集管 29-水泵 30-基础平板，包括混凝土平板、金属平板等 31-透明盖板，包括钢化玻璃板、超透钢化玻璃板、普通玻璃板、有机材料透光板 32-下循环管 33-控制器34-水箱水温传感器 35-水箱 36-上循环管

(五)具体实施方案

实施例

1、制造和使用中管口四倾角陶瓷太阳板，四倾角每个倾角都是4度，用于两层农居一面坡陶瓷太阳能屋面，屋面结构与热水系统如图4、图5所示，提供农居冬天取暖，全年生活热水。中管口四倾角陶瓷太阳板下面不进行局部垫高，陶瓷太阳板内没有存水现象，冬天不会冻裂陶瓷太阳板。

2、制造和使用中管口四倾角陶瓷太阳板，四倾角每个倾角都是6度，用于30层住宅楼一面坡陶瓷太阳能屋面，屋面结构与热水系统如图4、图5所示，提供全楼240户全部居民全年生活热水，每户建筑面积100平方米，纵向30户共用100平方米屋面上安装的90平方米中管口四倾角陶瓷太阳板的太阳能屋面，共用3吨水箱，户均热水100升，太阳能热水保证率约85％，阴雨天电补充加热。中管口四倾角陶瓷太阳板下面不进行局部垫高，安装效率很高，陶瓷太阳板内没有存水现象，冬天不会冻裂陶瓷太阳板。一面坡陶瓷太阳能屋面产生半层楼冬暖夏凉的有效居住面积，降低全楼单位建筑面积造价，实现陶瓷太阳能屋面相当于零造价，不产生陶瓷太阳能屋面的折旧费，陶瓷太阳板使用寿命很长，维修率很低，运行费用很低，居民用热水费用低，物业管理效益好。

3、制造和使用中管口四倾角陶瓷太阳板，四倾角每个倾角都是8度，用于18层住宅楼一面坡陶瓷太阳能屋面，屋面结构与热水系统如图4、图5所示，提供全楼144户全部居民全年生活热水，每户建筑面积100平方米，纵向18户共用100平方米屋面上安装的90平方米中管口四倾角陶瓷太阳板的太阳能屋面，共用3吨水箱，户均热水166升，太阳能热水保证率约95％，3吨保温水箱可以使初始水温60℃的热水在5天之内保持40℃以上水温，阴雨天也很少需要电补充加热。

4、制造和使用中管口四倾角陶瓷太阳板，四倾角的两个上倾角是2度，两个下倾角是 10度，用于600平方米蘑菇养殖房一面坡陶瓷太阳能屋面，产生的热水提供周围8栋每栋600 平方米的蔬菜温室大棚秋末、冬天、春初的供热，使温室大棚的温度维持在10℃左右或以上。

Claims (2)

1.中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板，简称中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板其特征在于中轴线上有上下两个流体进出管口，称作中管口，管口根部有向两侧倾斜的斜边，斜边与水平线形成的夹角是2度至10度，四个夹角称作四个倾角，中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板是上下左右对称的黑瓷复合陶瓷太阳板单一板型，由此单一板型构成太阳能集热系统中全部阳光吸收面和其中的流体通道；中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板确保太阳能集热系统中上下水通畅，放水时板内不存水，避免冬天板内存水冻裂陶瓷太阳板，采用中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板使生产、安装、维护更加简单、方便，克服了传统对角线管口陶瓷太阳板当安装平面不平整时在下边的无管口侧存水冻裂陶瓷太阳板的缺点，避免了对角线管口陶瓷太阳板安装时为了防止存水必须将下边的无管口下角垫高的工序和工作量，避免了在陶瓷太阳板几十年寿命期间此垫高角的垫片会否下陷的担忧，避免了对角线管口陶瓷太阳板必须生产、发货、安装、使用等量配套的左右型陶瓷太阳板的缺点；中管口四倾角单一板型陶瓷太阳板的生产工艺比四管口陶瓷太阳板生产工艺简单，安装接口工作量和使用的接口材料也比四管口陶瓷太阳板减少了一半，本申请所述的四管口陶瓷太阳板也存在当安装平面不平整时在板内下边容易存水冻裂陶瓷太阳板的问题。

2.根据权利要求1所述的中管口四倾角单一板型黑瓷复合陶瓷太阳板，其特征在于其单板宽度300-1000毫米，高度300-1000毫米，厚度是20-50毫米，壁厚2-5毫米，黑色陶瓷表面阳光吸收层的阳光吸收率不会衰减，黑色陶瓷表面阳光吸收层和基体都是陶瓷材料，不腐蚀、不老化、强度高、耐高温，内壁有釉层，采用普通水作为加热介质，内壁光滑不存水、不结垢，用于太阳能集热系统。

Images