陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法

专利名称：陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法
技术领域：
本发明涉及太阳能集热器的结构，材料和制造方法，具体说是陶瓷太阳板集热器、陶瓷太阳板集热盒 的结构、材料和制造方法，本发明也涉及陶瓷太阳板的包装、运输、连接、安装、使用和维修方法，涉及 陶瓷太阳能集热器与房顶材料和结构的结合方法。(二) 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，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釆用铜、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.由于材钭、结构和成本等原因难与建筑物结合为一体。均质陶瓷太阳板是指以提钒尾渣和(或)其他富含过渡元素的工业废弃物、天然矿物与普通陶瓷原料 混合后制造的整体黑色或黑灰色的陶瓷中空太阳能集热板，复合陶瓷太阳板是指以普通陶瓷为基体，与以 提钒尾渣和(或)其他富含过渡元素的工业废弃物、天然矿物与普通陶瓷原料混合后制造的黑色或黑灰色 的陶瓷表面层相复合的陶瓷中空太阳能集热体。复合陶瓷太阳板、均质陶瓷太阳板可统称为陶瓷太阳板。通常太阳能热水器由支架、太阳能集热器、储水箱、管道组成，或由支架、真空玻璃管、储水箱、管 道组成，所述集热器一般由外壳、保温隔热材料、具有黑色表面的金属太阳能集热体、透明盖板组成。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，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 "—种陶粉 末"叙述了以提钒尾渣为原料之一生&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 p,)wder and drticles)为名称申报并己取得九国外国发明专利证书， 分别是美国专利4737477、日本专利L736801、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。 80年代本发明人申报了 "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"等专利，本世纪初本发明人申报了 "陶瓷太阳板"、 "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"等专利。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，提取钒后所剩余的作为废弃物的残渣即为提钒尾渣。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，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。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。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(砖)产量居世界首位，年产量占世界产量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 此获得年纯收入数千万元，钒钛黑瓷装饰毛板年销售额数亿元，磨光后增值1至3倍。20世纪90年代初 以石膏模注浆成型方法试制300X300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。300X300毫米钒 钛黑瓷太阳板单板面积0. 09平方米，容水量0. 9 kg，单层玻璃单板闷晒时水温可达IO(TC,在1986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、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。发明人近期开发的以真空挤出法试制的大尺 寸太阳板，成型效率比石膏模注浆法高出数十倍，单板尺寸可放大几倍至十几倍，可以发展形成大规模生 产和应用。机钛黑瓷最重要的特性是光热转换特性，钒钛黑瓷是典型的能源材料，为此发明人正在全力研究和开 发更为实用的大尺寸钒钛黑瓷太阳板和以钒钛黑瓷为表面层以普通陶瓷为基体的钒钛黑瓷复合陶瓷太阳 板，用于钒钛黑瓷太阳能房顶。全国提钒尾渣产出量可以年产实用型大尺寸钒钛黑瓷太阳板约1500万平 方米，而制造钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板其年产量可以超过10亿平方米，光热转换过程发生于物体表面， 两者性能可以做到并无重大差别。目前一吨普通瓷质实心毛板的售价约600元，钒钛黑瓷实心毛板约700元，铸铁约3000元，钢材4500 元，铝材24000元，铜材70000元，与钢铁相比其比重相差3倍，即相同货币所购买的瓷板体积是钢铁10 倍以上，而瓷器耐蚀性寿命可以比钢铁长10倍以上，可以认为瓷质材料比任何金属更耐腐蚀，每平方米 钒钛黑瓷或复合陶瓷太阳板重量可以小于40 kg。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120(TC、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160(TC、或需电解冶炼、加工工艺复杂，这些因素是难以改变的。所以普通陶瓷、钒钛黑瓷或 以钒钛黑瓷为表面以普通陶瓷材料为基体适合制造太阳能集热体用于太阳能房顶，尤以后两者更适合制造 太阳能集热体用于太阳能房顶。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平方米钒钛黑瓷太阳板可将10 kg水加热至IO(TC。钒钛黑瓷是优良的光热转换材料，是新型的 能源材料。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，钒钛黑瓷装饰板厚度约12毫米，不磨光的毛板售价每平方米20 30元，其销售额已达到数亿元， 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，经上千度温度烧制而成，经加速老化，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，用 于太阳能房顶，其强度是普通瓦片十倍左右，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，化石能源紧缺，充分利用可 再生能源是总体趋势，耍想大规模利用太阳能，必应首先使离人类最近的房顶具备经济地吸收太阳能的功 能，房顶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己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超过其同期所获取的太阳能，钒钛黑瓷太阳能房顶可以改变这一状况，主要取决于两点①提出并实现低成本、大规模生产钒钛黑瓷太阳板尤其是钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板的方法；②提出并实现能够在普通房屋上低成本建造和运行、与建筑物同寿命的钒钛黑瓷太阳能房顶的方案。近年开发的吸收式空调已可将温度大于65'C的热水的能量转换制取温度低T 25'C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3(TC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，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，钒钛黑瓷太阳板可以实现这一目标，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，所以开发以钒钛黑瓷为表面层、以常规陶 瓷为基体的复合陶瓷中仝太阳能集热板，以使提钒尾渣得到更有效的利用，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，因此年产数亿平方米以上, 表面为钒钛黑瓷，基体为通常陶瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板是可能做到的，也是非常需要和必要的。近年来地热发电己由采用90。C热水发展到可采用70'C左右热水，发电成本可低于常规电力成本，低温发 电技术已日趋成熟，以相对低廉成本.大量生产的陶瓷太阳板也可用于低温发电。地热发电一般需向地下 数百米、上千米深处的干热岩层注入或提取热水， 一般地热水有一定的腐蚀性，需采取防腐措施，陶瓷太 阳板可以提供比较纯净的热水，可能实现更低的发电成本。钒钛黑瓷复合陶瓷中空太阳能集热板，也称作 钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板，简称复合陶瓷太阳板。复合陶瓷太阳板、均质陶瓷太阳板可统称为陶瓷太阳板。 通常房顶的功能是防风、雨、日晒、保温，形状大致可分为"人"字形、平面型、 一面坡型，房顶建 筑在承重部分上，承重部分一般是墙体、混凝土构件或房梁(房架)和檩条，房顶本身通常由结构层、保 温层、防水层构成。在我国一般城市建筑房顶的结构层是预制混凝土板或现浇混凝土，保温层是膨胀珍珠岩、蛭石粉或炉 渣等轻质保温材料，防水层是各种油毡，为保持保温层的整体性和便于施工通常保温层与防水层之间还有一层水泥。一般农村或乡镇建筑房顶材料具有多样性，结构层多采用薄的大尺寸玻璃纤维水泥瓦、木板条、柳条、 戶等等，保温层常釆用锯末与粘土、石灰等的混合物，防水层多用粘土瓦，随经济发展农村、乡镇建筑房顶材料也在不断向城市化方向发展。目前太阳能热利用装置主要是平板太阳能热水器和真空玻璃管热水器，平板太阳能热水器主要由承重 支架、集热器和水箱构成，集热器由结构层或称作集热器外壳、保温材料、平板集热体、透明盖板组成， 平板集热体一般由金属制造，与常温水相比，IO(TC以下的热水对金属有较强的腐蚀性，为耐腐蚀延长使 用寿命一般采用铜铝复合平板集热体，以较粗的铜管为横管、较细的铜管为竖管焊接形成水的通道，竖管 间隔约10公分，铝板占据间隔面积或整体面积与铜管经挤压等方法复合为一体，表面覆盖选择性或非选 择性太阳能吸收涂料，从集热器的断面看，集热器是由结构层、保温层、集热体、防水层组成的，其中防 水层是透明盖板， 一般是玻璃或透明塑料，同时起到防水、透过阳光、形成封闭构成温室效应的作用。选 择性涂料和非选择性涂料都会随时间而老化，逐步降低阳光吸收率。真空玻璃管热水器主要由承重支架、真空玻璃管集热体和水箱组成，真空玻璃管集热体是一粗一细二 根同轴玻璃盲管组合而成， 一头开口. 一头封闭，粗细管之间为真空，内管表面覆盖选择性太阳能吸收涂 层，水在内管中加热，向水箱输送热水。太阳能是可再生、取之不尽、不危害环境的绿色能源，又是不稳定、稀薄、低密度的能源。房顶是最 容易被阳光照射、离人类最近、面积最大，目前综合利用率最低、最容易采集、利用阳光的场所和空间。制造、建造太阳能装置包括太阳能热水器、太阳能房顶、太阳房是为了利用太阳能从而节约常规能源， 是为了节能。其衡量标准应该是一台(座)太阳能装置在寿命期间所取得的全部能量减去制造、建造、维 护、维修这台(座)装置所消耗的全部能量之差，这个差值可称作Q值，Q是正值说明是节能的，负值是 耗能的，是得不偿失的。所取得的能量比较容易计算，所消耗的能量应包括制造材料、将材料加工成另部 件所消耗的能量及制造、维修人员和相关人员每天生活所消耗的能源，如冶炼1吨钢材所耗常规能量折合 约700升石油，从业人员家庭耗费的煤气、电力能源等，这些能源消耗比较难以计算。 一种比较简单的办 法是以货币量进行与采用常规能源的相应装置的对比，因为货币量在很大程度上反映了能源的消耗量，也 是社会公认的是否经济的核算依据，如一台太阳能热水器只用于提供洗浴热水，购入价3000元，平均10 年后报废，10年中维修费折合耗资530元，3000元的10年利息设为1000元，则总支出为4500元，使用 一台煤气热水器，如也只用于提供洗浴热水，购入价300元，平均10年后报废，10年中购置费、维修费、 煤气费和利息总计为a元，则对比值为(a-4500)元。因此任何一台(座)太阳能装置都应该使对比值为 正值才会有长期存在价值和发展前景。通常建筑要求50年至上百年使用寿命， 一般防水层使用寿命为3 20年，现代建筑防水层维修间隔 可以达到15年以上，目前包括结构层、保温层、防水层在内的房顶每平方米造价大致为几十元至二百元 之间。尽管太阳能利用最应该首先釆用太阳能房顶，但目前太阳能房顶十分罕见，而且多数是将金属太阳能 集热器或真空玻璃太阳能集热器直接安装在已建造好的房顶上，并不是真正意义的太阳能房顶。目前太阳 能房顶没有普遍使用，我们认为根本原因是其Q值很难实现大数值的正值，有的甚至为负值，具体原因分析如下1. 价格高——金属管板式和真空玻璃集热体每平方米售价为数百元，仅集热体价格就是晋通房顶造价的儿倍甚至十几倍。2. 寿命短——金属和真空玻璃管集热体一般采用低温太阳能涂料，阳光吸收率容易衰减，金属管板式的 铜管焊接口多，焊接口容易腐蚀，涂层性能衰减和焊口腐蚀导致金属太阳能集热器平均寿命约10年左右， 真空玻璃管除涂层老化外，还存在真空寿命、玻璃管漏气、破碎等因素，我国水源多为硬水，Ca、 Mg离子 多，容易产生水碱，水碱絮状沉淀堵塞玻璃盲管等问题，各种原因导致真空玻璃管集热器平均寿命也在10 年左右。在10年左右时间中一般还需经过多次维修和零件更换，平均寿命10年左右是指采光面积1 2 平方米的单台太阳能热水器而言，如大面积用于房顶则意味需要经常修理房顶，这点对于使用寿命50年 至100年以上的建筑物来说是难以接受的。3. 平均效率不高^0低温涂层几年内开始老化，阳光吸收率逐步下降，整个寿命期间平均效率不高； ②铜材昂贵，管间距离大，铝板吸收太阳能后横向传递给铜管中的介质，平均传热距离30毫米左右。由 于结构限制，真空玻璃管管间空隙大，黑色吸收层只占结构面积50%左右，中午阳光强烈，但是中午阳光 直射时大量阳光从管间空隙中穿过，影响了集热效率。4. 难与建筑结合——房顶由结构层、保温层、防水层构成，太阳能集热器由结构层、保温层、集热层、 防水层(透明层)构成，所谓太阳能房顶势必要求将两者有机结合，尽可能共用两者的功能层，才能起到 既保持原有房顶的功能又能从中取得太阳能用于建筑物的各种用能需要，并降低建造成本，如前所述，由 于上述两种集热体具有各种不足，当形成大面积使用时其可靠性进一步下降，难以设计出一种合理的太阳 能房顶结构，即使设计出来也会出现F述结果①房顶造价提高几倍至十几倍；②房顶使用可靠性下降， 导致这种太阳能房顶的Q值很难成为较大的正值。因此，在现有的金属太阳能集热体、真空玻璃管太阳能 集热体的基础上很难建造能被用户普遍接受、大量使用的太阳能房顶。陶瓷太阳能房顶的基础是陶瓷太阳 板和陶瓷太阳能集热器，简化在房顶h的安装工序，将陶瓷太阳能集热器的组装、安装实现工厂化、模块 化是十分重要的。
发明内容本发明的目的陶瓷太阳板制造成本较低、强度高、刚性好、理化性能稳定、不腐蚀、不老化、黑色 表面不退色，可具有很长的使用寿命.但是陶瓷太阳板具有一定的脆性，与普通瓷器一样，受到较强的冲 击容易破碎，须寻找一种适当的包装，运输、安装、维修方式。通常房顶由结构层、保温层、防水层组成， 陶瓷太阳板集热器由结构层(外壳)、保温层、陶瓷太阳板、防水层(透明盖板)组成，为节约材料、简 化结构，两者应有一种有效的共用和结合方法。房顶施工是高空作业，保温层和防水层的施工工序繁琐、 工期长、相对地面操作而言，施工困难。本发明的目的是使陶瓷太阳板集热器的生产实现工厂化、模块化， 使保温隔热材料与陶瓷太阳板结合为一体，同时作为包装、减震材料，方便了运输、安装和维修，使集热 器与房顶共用结构层、保温层、防水层，简化了房顶结构和施工工序，方便了操作，使房顶的建造操作更 加方便、快捷、高效。所建造的陶瓷太阳能房顶不仅具有普通房顶的一切功能，而且可以吸收太阳能用于 提供夏季空调、冬季暖气、生活用热水，当面积足够大时还可用于低温发电。本发明是这样实现的均质陶瓷太阳板是指以提钒尾渣和(或)其他富含过渡元素的工业废弃物，天然矿物与普通陶瓷原料 混合后制造的整体黑色或黑灰色的陶瓷太阳能集热板，复合陶瓷太阳板是指以普通陶瓷为基体，与以提钒 尾渣和(或)其他富含过渡元素的工业废弃物、天然矿物与普通陶瓷原料混合后制造的黑色或黑灰色的陶 瓷表面层相复合的陶瓷中空太阳能集热体。复合陶瓷太阳板、均质陶瓷太阳板可统称为陶瓷太阳板。通常太阳能热水器由支架、太阳能集热器、储水箱、管道组成，或由支架、真空玻璃管、储水箱、管 道组成，所述集热器一般由外壳、保温隔热材料、具有黑色表面的金属太阳能集热体、透明盖板组成。陶瓷太阳板分为同质的或称均质的陶瓷太阳板和复合陶瓷太阳板，均质陶瓷太阳板是整体黑色或黑灰 色的陶瓷中空板，复合陶瓷太阳板是表面为黑色或黑灰色的陶瓷层与通常陶瓷原料制造的陶瓷中空板基体 高温烧结为一体的复合陶瓷中空板，两者都是以塑性挤制法制造多孔中空板后两端封接端头、接口后高温 烧制而成，两端头内各平行孔与进出接口相通。本发明是以浇注、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，或将陶瓷太阳板集热盒接口对接口以连接管相 连接整齐的排放在建筑物的屋顶上，在陶瓷太阳板集热盒上安装透明盖板形成陶瓷太阳板集热器，间隔一 定距离或在四周安装Q (欧米咖)型材板或各种型材，构成了陶瓷太阳能房顶。太阳板吸光面与模具之间 放置塑料薄膜有利脱模，成型中保护吸光面，在运输和安装时避免污染吸光面，在覆盖透明盖板前揭掉塑 料薄膜。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。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、热收縮带等，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Q (欧米咖)型材板是指镀锌钢板或彩涂钢板加工成的Q形状的型材板，底边宽度N为60 200 咖，棱高M为80 250咖，棱宽L为1 30咖，其底边的两翼固定在屋顶上，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。对上述陶瓷太阳能房顶来说，在陶瓷太阳板集热器与屋顶之间可以事先铺设一层防水层，如镀锌钢板 或彩涂钢板，其厚度为0.3 1.5皿，其作用是当玻璃板破碎或陶瓷太阳板因意外原因而破碎时，此层镀 锌钢板或彩涂钢板可作为建筑物顶部的防水层同时也起到集热器结构层的作用。对上述陶瓷太阳能房顶来说，在陶瓷太阳板集热器与屋顶或镀锌钢板或彩涂钢板之间可以事先铺设一 层保温隔热材料，将陶瓷太阳板集热器安装在这层保温隔热材料上，使陶瓷太阳板集热器和建筑物取到更 好的保温隔热效果，所述保温隔热材料是上文所述保温隔热材料中的一种或几种。当陶瓷太阳板集热器下 层保温隔热效果比较好时，上述措施是不必要的。所述陶瓷太阳板集热盒或陶瓷太阳板集热器是在工厂制造的，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。目前我国年产建筑用陶瓷板、砖约40亿平方米，规模化生产的不磨光、不上釉、尺寸600 800im见 方，烧制的实心陶瓷毛板生产成本可达到15 25元/平方米。以实心陶瓷毛板与陶瓷太阳板的原料、生产工艺相比较，当两者的工业生产成熟程度和生产规模相接 近时，陶瓷太阳板的生产成本可能是实心陶瓷毛板生产成本的2-4倍。陶瓷太阳板可以较低的生产成本进 行生产，由于陶瓷特性，陶瓷太阳板可以具有相当长的使用寿命，制造陶瓷太阳板集热器的保温隔热材料 选择范围广泛，可以制造成本相对低廉的陶瓷太阳板集热器和以较低的造价建造陶瓷太阳能房顶，陶瓷太 阳能房顶可以吸收太阳能用于提供夏季空调、冬季暖气、生活用热水，当面积足够大时还可用于低温发电。 陶瓷太阳能集热器另一项可能用途是在荒漠、沙漠、荒山地带建立太阳能低温发电场。 以下结合附图详细说明本发明的特点

图1表示均质陶瓷太阳板的形状和结构。 图2表示复合陶瓷太阳板的形状和结构。图3表示将复合陶瓷太阳板、塑料薄膜和芯模放入外模模具内，用模具内发泡固化的方法使保温隔热材料 结合在陶瓷太阳板的底部和四周，出模后拿掉芯模，则在保温隔热材料中予留了接口处的连接另件和操作 的空间，从而以这样的方法制造陶瓷太阳板集热器的集热盒，此方法适于采用各种泡沫塑料和产气、发泡 类的保温隔热材料。如图所示，仅将模具的上盖去掉，向模内注入各种保温隔热材料与粘结剂、固化剂的混合物，或向模 内喷注泡沫塑料，固化后以槽的上口为基准刮平、脱模，即可得到陶瓷太阳板集热盒，此方法可用于多种 保温隔热材料。
图4表示陶瓷太阳板集热盒的材料、形状和结构。图5是图4剖面图，表示陶瓷太阳板接口处予留空间的位置和形状。图6表示陶瓷太阳板集热盒以软质管相连接的另件和方法。图7表示陶瓷太阳板集热器成型时所用芯模的形状和结构，Ol略大于管箍外径或硬质连接管的外径，02 略大于陶瓷太阳板接口外径。图8表示将复合陶瓷太阳板、塑料薄膜、芯模、粒状或纤维状保温隔热材料与粘结剂、固化剂的混合物放 入如图所示的各自位置，对上、下模头加压，在常温或一定温度中固化后脱模，即得到陶瓷太阳板集热盒。 图9表示陶瓷太阳板集热盒以硬质管相连接的另件、材料和方法。 图10是2件陶瓷太阳板集热盒相连接的示意图。 图11是多件陶瓷太阳板集热盒相连接的示意图。 图12是以软质管相连接的放大示意图。图13是以陶瓷太阳板集热器组成的陶瓷太阳能房顶的俯视示意图，19表示安装和维修时支撑操作人员的 垫板，垫板由Q彩钢型材板支撑，Q型材板顶部高于陶瓷太阳板集热器，垫板下面有橡胶衬以增加摩擦力 和保护Q彩钢型材板的涂层或镀锌板的表层。图14是陶瓷太阳能房顶的侧面剖视图，表示玻璃板、陶瓷太阳板集热盒、防水层之间的位置关系。图15表示q型材板横截面的形状和尺寸，底边宽度N为60 200 mi，棱高M为80 250咖，棱宽L为l 30咖。图16表示陶瓷太阳板集热盒出厂时的包装方式。 图中1—一均质陶瓷太阳板 2——复合陶瓷太阳板 3——黑色或黑灰色陶瓷层(阳光吸收层) 4——陶瓷太阳板接口 5——保温隔热材料 ~~模具 7——芯模 8——塑料薄膜9——陶瓷太阳板集热盒10——接口连接空间11——软质连接管 12——管箍 13——封接材料 14—一硬质连接管15——Q型材板 16——流体上汇集管17——流体下汇集管 18——彩钢板或其他防水层 19—一垫板 20——玻璃板或其他透明板 21——包装带 (五)具体实施方案 实施例1. 将塑料薄膜贴合在复合陶瓷太阳板的黑瓷吸光面上，芯模套在复合陶瓷太阳板的接口上放入封闭的外 模模具内，如图3所示，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，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。2. 将例1所述的模具去掉上模盖，将芯模套在均质陶瓷太阳板的接口上放入模具，将膨胀珍珠岩粉料与 树脂水泥搅拌均匀呈半流动状态注入模具中，插捣物料使其填充至模具的各个部位，固化后脱模，树脂水 泥珍珠岩材料结合在陶瓷太阳板的底部和四周形成陶瓷太阳板集热盒。3. 将芯模套在陶瓷太阳板的接口上放入如图8所示的模具中，使酚醛树脂与岩棉均匀分布铺设在模具的 空腔内，对模具的上下模头加压并对模具加热使树脂固化，脱模即得到陶瓷太阳板集热盒。4. 如实施例1所述的以硬质聚氨脂泡沫塑料为保温隔热材料的复合陶瓷太阳板集热盒长1000毫米、宽500 毫米、高100毫米，其中太阳板底部聚氨脂厚度50毫米，侧壁厚度20毫米，太阳板总厚度30毫米，陶 瓷壁厚5毫米，太阳板吸光面上附有塑料薄膜，将集热盒以图16所示方法进行包装运至建筑工地，建筑 物屋顶倾角为3(T ，面向赤道方向，屋顶混凝土结构上铺设厚度为0.5毫米的彩钢平板，将集热盒整齐排 列在屋顶上，上下集热盒接口之间以硅橡胶管和不锈钢管箍相连接，集热盒上下安装上下流体汇集管和彩 钢板制造的Q型材板，横向每隔约2000毫米铺设一条纵向的Q型材板，Q型材板底面以自攻丝螺丝与屋 顶彩钢平板相连接，Q型材板底宽N为100毫米，棱高M为120毫米，棱宽L为10毫米，Q型材板的板 厚为0. 8毫米，太阳盒上粘贴长1060毫米、宽1000毫米、厚4毫米的玻璃板，此前揭掉太阳板吸热面上 的塑料薄膜，玻璃板之间采用搭接方式，如图14所示，玻璃板以硅胶与太阳盒粘接，此时操作人员可以 垫板为支撑点进行操作，封装玻璃板后集热盒成为集热器，由集热器、流体汇集管、Q型材板构成了陶瓷 太阳能房顶。
权利要求
1. 陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于以浇注、模压、喷涂、粘结、机械结合方法将保温 隔热材料结合在陶瓷太阳板的底部和四周侧面，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，将陶瓷太阳板集热盒接口对接口以连接管相连接排放在建筑物的屋顶上，在陶瓷太阳 板集热盒上安装透明盖板形成陶瓷太阳板集热器，间隔一定距离或在四周安装Q型材板或各种型材，构成 陶瓷太阳能房顶。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的保温隔热材料是指有 机微孔状保温隔热材料硬质聚氨脂、酚醛、脲醛、聚稀烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯泡沫塑料，无机微孔状保 温隔热材料微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、硅藻土、无机泡沫胶凝材料，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是岩棉、旷棉、玻璃棉、硅酸铝纤棉、无机人造纤维、有机纤维，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是膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒、泡沫石棉，层状隔热材料是层状中空结构隔热材料、层状夹心结构隔热材料。
3. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于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，硬质的铜管、不锈钢管、陶瓷管、塑料管，软质管的固定和 密封采用不锈钢管箍、铜卡箍、卡簧、热收縮带，硬质管的固定和密封采用有机、无机的胶粘剂、胶凝材 料。
4. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的Q型材板是指镀锌钢 板或彩涂钢板加工成的Q形状的型材板，其横截面如图15所示，底边宽度N为60 200 mm,棱高M为80 250咖，棱宽L为1 30咖，其底边的两翼固定在屋顶上。
5. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的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。
6. 陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于制造陶瓷太阳板集热盒时在陶瓷太阳板吸光面与模 具之间放置塑料薄膜。
7. 陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的陶瓷太阳能房顶，在陶瓷太阳板集热器与屋 顶之间事先铺设镀锌钢板或彩涂钢板，其厚度为0. 3 1. 5 ran。
8. 陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的陶瓷太阳能房顶，在陶瓷太阳板集热器与屋 顶之间事先铺设一层保温隔热材料，将陶瓷太阳板集热器安装在这层保温隔热材料上，所述保温隔热材料 是上文所述保温隔热材料中的一种或几种。
9. 陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法，其特征在于所述的陶瓷太阳板集热器吸收太阳能用于空调、暖 气、热水、在大面积房顶、荒漠、沙漠、荒山建立太阳能低温发电场。
全文摘要
本发明属于采用陶瓷等新材料、新结构利用太阳能的技术领域，以前太阳能集热器主要由铜铝复合管板式太阳能集热体上涂覆低温型阳光吸收涂层、结构层、保温层、透明盖板组成，或由真空玻璃管组成，成本高、使用寿命短，由于涂层老化，平均效率不高。陶瓷太阳板集热器由陶瓷太阳板、保温层、透明盖板组成，结构简单、安装方便、陶瓷太阳板生产成本低、不老化、不腐蚀、使用寿命长，黑瓷阳光吸收层由1000℃以上高温烧制而成，阳光吸收率几乎不衰减，“陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法”所制造的太阳板集热盒对陶瓷太阳板装卸、运输比较安全、可靠，可实现模块化和快速安装，组装太阳能屋顶时可与建筑物共用保温层、结构层、防水层，简化结构、降低造价，减少了维护、维修工作量。所建造的陶瓷太阳能房顶不仅具有普通房顶的一切功能，而且可以吸收太阳能用于提供夏季空调、冬季暖气、生活用热水，当面积足够大时还可用于低温发电。
文档编号F24J2/00GK101144651SQ200610068789
公开日2008年3月19日 申请日期2006年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者曹树梁, 王启春, 石延岭, 滨 蔡, 许建丽, 许建华 申请人:曹树梁