CN201297782Y - 复合陶瓷太阳能集热管 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种复合陶瓷太阳能集热管，包括基体，基体为管状陶瓷材料基体，管状陶瓷材料基体外表面覆盖或内、外表面分别覆盖一层阳光吸收面层。本实用新型是以普通陶瓷原料用塑性挤制法挤出成型的普通陶瓷材料为基体，以钒钛黑瓷或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物为表面层的陶瓷管状制品，在阳光照射下，太阳能被上述表面层吸收、传递并加热管内的水、空气或其他流体，使流体升温，流体中的热能可被人们利用。本实用新型可以使其加工工艺更加简单，与复合陶瓷中空太阳能集热板相比较，在工程应用中实现可靠联结和贯通要容易得多。经测算，复合陶瓷太阳能集热管的生产成本只是规格和长度相同的真空玻璃管集热管的1/5～1/3。

Description

复合陶瓷太阳能集热管
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能集热管，尤其是一种复合型陶瓷太阳能集热管。
背景技术
太阳能利用主要分为光电利用、光热利用方式，目前光热利用主要是太阳能热水器，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，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，是导致效率和寿命问题的原因之一。3.由于材料和结构的原因难与建筑物结合为一体。
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，中国专利CN85102464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。中国专利申请200610044299公开了以提钒尾渣为原料或原料之一作为太阳能吸收材料与通常陶瓷相结合制造复合型太阳能集热板的方法。
钒钛黑瓷被阳光照射时会大量吸收阳光中的能量，阳光吸收率可达0.9，经试验，在纬度37度地区，夏日晴天，1根内径40毫米、长度2米的钒钛黑瓷太阳能集热管可将2.5kg自来水加热至100℃。钒钛黑瓷被加热时会发射远红外射线，具有较高的红外辐射率，水是红外敏感物质，钒钛黑瓷太阳能集热管内壁发射的远红外射线对提高钒钛黑瓷太阳能热水器效率是有益的，这点与通常太阳能集热体只是将黑色太阳能吸收涂料覆盖在集热体的外表面是不同的。钒钛黑瓷是优良的光热转换材料。钒钛黑瓷黑色纯正，理化性能优良，目前大量用于生产实心的表面磨光的建筑装饰板，生产成本低廉，其销售额已达到数亿元，钒钛黑瓷装饰板厚度约10毫米，不磨光的毛板售价每平方米25～30元，钒钛黑瓷装饰板只是利用钒钛黑瓷黑色纯正、装饰效果沉稳、庄重这一特性，而其本身具有的光热转换特性尚未得到充分的开发和利用。钒钛黑瓷强度高、抗折强度45～100mpa，比普通瓷质砖几乎高一倍，制造成本低廉、不腐蚀、不老化、不退色、无毒、无害、无放射性，经1000℃以上烧制而成，通过加速老化试验，未发现阳光吸收率衰减问题，可具有几乎永久的使用寿命，非常适合制造太阳能集热体，易与建筑结合，使用时间可与建筑同寿命。
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，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，由于化石能源紧缺，充分利用可再生能源已成为总体趋势。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。冬季阳光可以将钒钛黑瓷太阳能集热管内的空气加热到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，每平方米功率上限约1千瓦左右，中国城市居民户均房顶面积约15平方米，农村约100平方米，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，钒钛黑瓷太阳能集热管和钒钛黑瓷太阳能集热板都有可能实现这一目标，但是钒钛黑瓷以提钒尾渣为主要原料，目前钒的需求量和生产量都不大，导致提钒尾渣产出量有一定限度；中国专利申请200610044299公开的复合陶瓷中空太阳能集热板也有可能实现这一目标，但因其结构为大而薄的薄壁陶瓷制品，从其素坯的挤出成型、干燥到烧成的整个生产工艺非常复杂，由于对素坯的泥料、挤出成型模具、干燥、烧成工艺条件要求太高，根据3年多的试制经验来看，仅素坯的挤出成型和干燥两道工序的半成品合格率也只能达到30％左右；而且成品板在使用时还需要大量结构复杂的中间接头和端头接口等陶瓷产品与之配套，插接施工难度大、可靠性差。
实用新型内容
本实用新型为克服上述现有技术的不足，提供一种形状、结构简单、易于加工、光热转换率高、成本低廉、易于推广的复合陶瓷太阳能集热管。
本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：一种复合陶瓷太阳能集热管，包括基体，基体为管状陶瓷材料基体，管状陶瓷材料基体外表面覆盖或内、外表面分别覆盖一层阳光吸收面层。
所述阳光吸收面层是钒钛黑瓷面层或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物面层。
所述管状陶瓷材料基体的两端面为平整、光滑的平面，外表面靠近两端的部分为圆柱面。
所述管状陶瓷材料基体的横截面的外轮廓为圆形或椭圆形，或者是由单一曲线或不同曲线经圆滑连接后形成的外凸的规则或不规则封闭曲线。
本实用新型是以普通陶瓷原料用塑性挤制法挤出成型的普通陶瓷材料为基体，以钒钛黑瓷或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物为表面层的陶瓷管状制品，在阳光照射下，太阳能被上述表面层吸收、传递并加热管内的水、空气或其他流体，使流体升温，流体中的热能可被人们利用。
复合陶瓷太阳能集热管的基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷管，表层是黑色、粗糙、布满微小孔洞的钒钛黑瓷或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物，调整陶瓷管的配方和原料细度可以使其烧成温度控制在1100～1300℃之间的适当温度，同样调整表面层的材料配方和原料细度也可以使其烧成温度控制在1100～1300℃之间的适当温度，可以使构成表面层的材料烧结成瓷而不使其熔融、流动成为光滑、反光的釉面。可以将陶瓷管与表面层调至相同的烧结温度，使两者一次烧成，也可以先烧制陶瓷管，然后在陶瓷管上覆盖表面泥浆层后再烧制表面层。
钒钛黑瓷是光热转换材料，钒钛黑瓷受热时会发射远红外射线，水是红外敏感物质，红外射线对水的加热效率较高，所以当复合陶瓷太阳能集热管使用水为管内流体时，在陶瓷管内表面覆盖钒钛黑瓷会提高集热体的效率。
为在使用复合陶瓷太阳能集热管生产太阳能热水器或建造太阳能集热系统时，便于多条复合陶瓷太阳能集热管联接、贯通时与联结密封件表面保持良好的结合，复合陶瓷太阳能集热管烧成后两端端面应经过切割、磨削加工，达到平齐、光滑，两端内、外端口经磨削加工后保持光滑、标准的圆柱面。
开发以钒钛黑瓷或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物为内、外表面层、以常规陶瓷为基体的复合陶瓷太阳能集热管，既可以使提钒尾渣得到更有效的利用，又可以使其加工工艺更加简单。与复合陶瓷中空太阳能集热板相比较，在工程应用中实现可靠联结和贯通要容易得多，因此实施起来也更具有实用性。这对于人类实现廉价获取和大规模利用太阳能是非常必要的。中国年产陶瓷墙地砖约40亿平方米，其中投影面积大于0.2平方米的瓷质砖约10亿平方米，因此年产数十亿米内径40毫米左右，外表面或内、外表面为钒钛黑瓷或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物，基体为通常陶瓷的复合陶瓷太阳能集热管是可能做到的，也是非常需要的。经测算，复合陶瓷太阳能集热管的生产成本只是规格和长度相同的真空玻璃管集热管的1/5～1/3。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
其中1.管状陶瓷材料基体，2.阳光吸收面层，3.外表面靠近两端的部分，4.陶瓷管端面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1：图1中，管状陶瓷材料基体1外表面上覆盖一层阳光吸收面层2。
阳光吸收面层2是钒钛黑瓷面层或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合面层。
管状陶瓷材料基体1外表面靠近两端的部分3为圆柱面。
管状陶瓷材料基体1的两个陶瓷管端面4为平整、光滑的平面。
管状陶瓷材料基体1的横截面的外轮廓线为圆形或椭圆形，或者是由单一曲线或不同曲线经圆滑连接后形成的外凸的规则或不规则封闭曲线。此处的曲线是抛物线或双曲线或摆线等已知曲线中的任一种。
实施例2：与实施例1不同的是管状陶瓷材料基体1内外表面上分别覆盖一层阳光吸收面层2。其余相同，在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种复合陶瓷太阳能集热管，包括基体，其特征在于：基体为管状陶瓷材料，管状陶瓷材料基体外表面覆盖一层阳光吸收面层。
2.根据权利要求1所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述阳光吸收面层是钒钛黑瓷面层或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物面层。
3.根据权利要求1所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述管状陶瓷材料基体的两端面为平整、光滑的平面，外表面靠近两端的部分为圆柱面。
4.根据权利要求1所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述管状陶瓷材料基体的横截面的外轮廓为圆形或椭圆形，或者是由单一曲线或不同曲线经圆滑连接后形成的外凸的封闭曲线。
5.一种复合陶瓷太阳能集热管，包括基体，其特征在于：基体为管状陶瓷材料基体，管状陶瓷材料基体内、外表面上分别覆盖一层阳光吸收面层。
6.根据权利要求5所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述阳光吸收材料是钒钛黑瓷面层或钒钛黑瓷与普通陶瓷材料的混合物面层。
7.根据权利要求5所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述管状陶瓷材料基体的两端面为平整、光滑的平面，外表面靠近两端的部分为圆柱面。
8.根据权利要求5所述的复合陶瓷太阳能集热管，其特征在于：所述管状陶瓷材料基体的横截面的外轮廓为圆形或椭圆形，或者是由单一曲线或不同曲线经圆滑连接后形成的外凸的封闭曲线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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