專(zhuān)利名稱：多功用普通陶瓷太陽(yáng)能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能低溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，具體地涉及到無(wú)聚焦式太陽(yáng)能集熱器。
隨著人類(lèi)文明生活和生產(chǎn)需求的不斷提高，長(zhǎng)規(guī)能源日漸減少而環(huán)境污染又迅速增加，及時(shí)發(fā)展推廣實(shí)效簡(jiǎn)易地普及型太陽(yáng)能設(shè)備特別是低溫?zé)崂玫奶?yáng)能集熱器已成為歷史的必然要求。
現(xiàn)今研究和應(yīng)用的太陽(yáng)能集熱器品種繁多，無(wú)聚焦式集熱器按其內(nèi)工作介質(zhì)種類(lèi)不同分為兩種既工質(zhì)為液體的常稱為熱水器，工質(zhì)為氣體的稱為空氣集熱器。熱水器的目的一般是直接生產(chǎn)40-60℃的低溫生活用熱水。它們現(xiàn)今主要形式有平板型、圓筒型、開(kāi)放(水池)型，軟袋型，可上述各類(lèi)熱水器現(xiàn)還均存在著不少自身缺陷，甚至可以說(shuō)是致命地根本癥結(jié)，雖然有些已先后發(fā)展了一百多年，但卻又一直難為人們所樂(lè)意接受，比如現(xiàn)代應(yīng)用最多的普通平板型熱水器，其結(jié)構(gòu)就較復(fù)雜，它得設(shè)計(jì)較精確的外殼、支架、內(nèi)、外透明蓋板、集熱板、液流管、保溫層蓄水箱等部件所組成。集熱板、液流管大多選用銅、鋁、不銹鋼等較貴重的金屬材料，但使用壽命亦僅只3-5年，再長(zhǎng)亦在10年以內(nèi)，而且，很早就會(huì)出現(xiàn)局部腐蝕和破損現(xiàn)象，就這等熱水器一臺(tái)的售價(jià)還比現(xiàn)今我國(guó)人均年收入(720元)還要多。一平方米的平板型集熱器現(xiàn)在一般需耗費(fèi)近50公斤金屬材料，若要將其達(dá)到我國(guó)本世紀(jì)末的潛在市場(chǎng)需求量既1億到1.2億平方米，得耗費(fèi)495-594萬(wàn)噸金屬材料，尚若再算進(jìn)正常累計(jì)破損率40%的那部分，還將加進(jìn)198-273萬(wàn)噸，要達(dá)到全球的需求量4億平方米，既得2772.6萬(wàn)噸，這個(gè)數(shù)字約合中國(guó)現(xiàn)行鋼產(chǎn)量的一半，若將它僅作為滿足人們生活用熱水這一單項(xiàng)服務(wù)來(lái)說(shuō)這無(wú)疑是一個(gè)開(kāi)銷(xiāo)不了的天文數(shù)字?；?lèi)型、相圓筒型熱水器雖結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但其熱效率不高，材料來(lái)源和壽命等問(wèn)題卻和平板型一樣不佳。開(kāi)放型壽命較長(zhǎng)，但它只能固定建在平頂房上，不可拆動(dòng)且要求房頂防漏層要特別加強(qiáng)處理。不僅增加房建本身的造價(jià)、且不能保證水質(zhì)衛(wèi)生。軟袋型只能作為短期性的使用，壽命只有一二年，又多使水中產(chǎn)生異味、而且這些熱水器的功能都很單一，無(wú)法進(jìn)行雙工質(zhì)工作。亦多不能作冬季運(yùn)行。
為了解決上述問(wèn)題，有人提出真空管型熱水器，但生產(chǎn)技術(shù)較難，價(jià)格反而增高，并且其產(chǎn)品自身強(qiáng)度很差，不利于運(yùn)輸和使用，另外，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N86204415V提出用另一專(zhuān)利技術(shù)CN85102464所述的提釩尾渣原料來(lái)生產(chǎn)一種黑色陶瓷太陽(yáng)能遠(yuǎn)紅外開(kāi)水器、它解決了(正常使用時(shí))壽命問(wèn)題，但是這種礦渣尾料中國(guó)年排出量?jī)H十萬(wàn)噸、而且還要用作生產(chǎn)其它建筑裝飾板、因此此礦渣黑瓷太陽(yáng)能產(chǎn)品產(chǎn)量將很有限，不可能去及時(shí)滿足我國(guó)乃至全球的市場(chǎng)潛在需求。
本發(fā)明則不然，它克服了上文所綜述的一些缺點(diǎn)，其目的是指導(dǎo)應(yīng)用現(xiàn)今乃至古老的制陶和制瓷等技術(shù)、將蓄存來(lái)源無(wú)限地普通天然泥土，粘土、石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽原料、制備成廉價(jià)實(shí)用的普及型水氣雙工質(zhì)多功用陶瓷太陽(yáng)能集熱器。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方式方法實(shí)現(xiàn)的，既采用可塑成形法，注漿成形法等傳統(tǒng)冶制陶瓷器皿的工藝技術(shù)來(lái)制造集熱器坯體;可塑成形法，亦稱提漿成形法，工作時(shí)是將泥料和成軟團(tuán)，放在陶車(chē)、陶鈞上提車(chē)后再整形加工成類(lèi)似于半橢園體的集熱器坯體、其壁厚4-6毫米，其尾部有一圓切面，其頂面凸起成外拱，部分底面凹進(jìn)成內(nèi)拱，它分為集中開(kāi)孔和分散開(kāi)孔、前者、工質(zhì)進(jìn)出孔和恒壓孔，集中開(kāi)設(shè)在容器最高處，呈喇叭口狀。后者分散將工質(zhì)進(jìn)出孔開(kāi)設(shè)在容器的最低處、恒壓孔開(kāi)設(shè)在容器的最高處上，各孔的邊緣均延伸為園錐管狀，并在錐管面上設(shè)有防漏凸線或凹紋，。采用注漿成形工作法的，是將泥漿料倒注入石膏模內(nèi)直接成形，具體工藝有空心，實(shí)心或真空注漿法，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計(jì)為契形體，其頂面凸起呈外拱，部分底面隨頂面傾斜一定角度、并凹進(jìn)呈內(nèi)拱、坯體整體壁厚4-8毫米，它集中開(kāi)孔的孔呈喇叭口狀，分散開(kāi)孔的孔呈平口狀。上述方法制成的坯體陶質(zhì)的在800-1000℃，瓷質(zhì)的在1200-1300℃的爐窯內(nèi)燒結(jié)成品、產(chǎn)品的黑色吸熱面采用原料參色、表面施釉、滲碳燒成或半成品浸涂法獲取。本發(fā)明集熱器能因地致宜，采用直接裸露使用不附加保溫層、亦能根據(jù)當(dāng)?shù)匦枰捎猛该鳂?shù)脂涂層來(lái)保溫吸熱面，深色保溫涂層保護(hù)非吸熱面，并可采用其它常規(guī)保溫方法作輔助保溫。本發(fā)明不僅可以自成體系，而且適用于對(duì)現(xiàn)行平板型集熱器進(jìn)行改造，暨替換其內(nèi)集熱芯，形體以雙翼管或橢園管為主。
本發(fā)明產(chǎn)品選用天然泥土、粘土、石英、長(zhǎng)石等無(wú)機(jī)硅酸鹽類(lèi)原料制備的陶和瓷(本發(fā)明能延及到普通玻璃)都屬于晶體結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱能力雖不相金屬材料通過(guò)電子間相互作用或碰撞來(lái)傳導(dǎo)的那樣強(qiáng)烈，速度那樣快，但它們通過(guò)自身的晶格振動(dòng)來(lái)傳導(dǎo)熱能，其作用是相當(dāng)有效，導(dǎo)熱速度亦適中，本發(fā)明集熱器在正常持續(xù)日照下，一般2-3小時(shí)后既能達(dá)到同等容量的金屬集熱器的鄰界平衡溫度，而在間歇日照中，它比后者更加穩(wěn)定。本發(fā)明所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)大都在0.8-1瓦/米.度，這在非金屬物質(zhì)中已是佼佼者了。當(dāng)本發(fā)明太陽(yáng)能集熱器表面黑色吸收了太陽(yáng)光輻射后其溫度升高，并通過(guò)基體組織的晶格振動(dòng)將熱能傳導(dǎo)到內(nèi)壁來(lái)加熱器內(nèi)工質(zhì)，其內(nèi)壁作用工質(zhì)的主要方式有直接傳導(dǎo)和發(fā)射遠(yuǎn)紅外線。另外工質(zhì)也通過(guò)相互傳導(dǎo)、對(duì)流、滲透等方式吸獲熱能。
本發(fā)明所用材料有著很多優(yōu)越性，首先是材料來(lái)源廣泛，陶質(zhì)和瓷質(zhì)的集熱器所用粘土的要求均不高。陶質(zhì)的只要求代粘性的無(wú)嚴(yán)重污染的普通泥土既可生產(chǎn)，瓷質(zhì)以較純凈一些的粘土，既高嶺土為原料或再略加石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽原料，而它們這些物質(zhì)是地殼構(gòu)成的主要成分，對(duì)于人類(lèi)的開(kāi)采量來(lái)說(shuō)是取用不盡的，這些原料的成本僅在于它們的開(kāi)采或運(yùn)輸費(fèi)用。因此價(jià)格都十分低廉，而且現(xiàn)在農(nóng)村就地開(kāi)采陶質(zhì)土則不需花錢(qián)，這樣農(nóng)民工匠就有條件在手工作坊里，以中華民族最古老的制陶技術(shù)直接完成現(xiàn)代太陽(yáng)能科技活動(dòng)，用他們身邊的泥土，制造出簡(jiǎn)單卻實(shí)用的太陽(yáng)能集熱器來(lái)，它們不腐蝕，不老化，無(wú)異味，使用壽命近乎永久，可直接用于烘干糧食，制造熱水，防寒采暖等，而卻不再用半點(diǎn)柴薪，這對(duì)保護(hù)林木資源和稿桿還田，減少對(duì)自然生態(tài)平衡的破壞有著長(zhǎng)遠(yuǎn)地普遍意義。
本發(fā)明有條件達(dá)到中國(guó)集熱器市場(chǎng)的潛在要求，既1-1.2億平方米，那么，它將因此而節(jié)約金屬材料600萬(wàn)噸，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4400-5000萬(wàn)噸/年，減少現(xiàn)今城市因居民生活而帶來(lái)的煙塵灰渣污染的40%，要達(dá)到世界范圍的普及，那前景將更加誘人。
本發(fā)明的安裝和綜合功能集中設(shè)孔的集熱器不要求固定的安裝地點(diǎn)，并適宜直接單個(gè)用手工加倒工質(zhì)液體，利于農(nóng)鄉(xiāng)或無(wú)自來(lái)水的地區(qū)使用。分散設(shè)孔的集熱器，多件使用時(shí)，半橢園體的用軟管聯(lián)接和密封，契形體的用橡膠雙頭軟墊銜接和密封，用穿心螺絲拉緊。前文所述集熱器都直接適用于有陽(yáng)光照射的房頂、地面，圍墻等處，在其上增設(shè)吊環(huán)、掛孔，則又能直接適用于迎陽(yáng)墻面和陽(yáng)臺(tái)端面。多個(gè)聯(lián)通使用的集熱器，能與液體工質(zhì)源和氣體工質(zhì)源聯(lián)接成工作系統(tǒng)，當(dāng)集熱器與自來(lái)水源聯(lián)接時(shí)它既為太陽(yáng)能熱水器。又因它工質(zhì)容量較大和其非金屬材料散熱速度較慢，所以它又具有一定的蓄水蓄熱能力。當(dāng)它與鍋爐進(jìn)水管聯(lián)接既成為進(jìn)水預(yù)熱器，與其(低壓)出水汽管聯(lián)接成為采暖器，與釀酒或化學(xué)工質(zhì)聯(lián)接而成為低溫加熱發(fā)酵罐或反應(yīng)罐。當(dāng)大量的集熱器在樓頂與居民的總水源接通后，既可充當(dāng)高位蓄供水箱塔、能直接解決城市供水蓄備調(diào)度難、回避用水高峰等問(wèn)題，它們并且還有一定的凈水作用，因它可直接沉載水中雜質(zhì)和在太陽(yáng)光較長(zhǎng)輻射的加熱過(guò)程中，可通過(guò)恒壓管直接渾發(fā)逸出水中殘存的三氯乙烯和三氯甲烷等有害氣體。而當(dāng)集熱器與氣體工質(zhì)源聯(lián)通時(shí)既為空氣集熱器系列，在夏季白日陽(yáng)光暴曬中引出器內(nèi)60-75℃的熱干風(fēng)能用于烘干。在夜晚集熱器在房頂熱量自然散失后，其內(nèi)空氣受涼且濕加重，會(huì)自然下沉，若與下層房間底部聯(lián)通就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)能耗冷氣空調(diào)，在冬季光照受熱時(shí)，安裝在樓頂?shù)募療崞骺赏ㄟ^(guò)鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制自向下層房間進(jìn)行暖風(fēng)空調(diào)。安裝在下層的集熱器可直接實(shí)現(xiàn)向上層房間的無(wú)能耗空調(diào)換氣，當(dāng)集熱器(特別是契形體的)在樓頂大規(guī)模組陣拼集后具備有隔熱墩，保溫層的綜合功能，在迎陽(yáng)墻面和陽(yáng)臺(tái)端面有規(guī)律的排列以注漿成形代工藝浮刁花紋的集熱器還有助于建筑物的美化裝飾和充當(dāng)遮陽(yáng)板的功能。


圖a-1為半橢園體分散開(kāi)孔的集熱器剖視a-2為契形體分散開(kāi)孔的集熱器剖視a-3為半橢園體集中開(kāi)孔的集熱器外觀a-4為增加吊環(huán)掛孔的集熱器外觀中(1)為工質(zhì)進(jìn)出孔(2)為恒壓孔(3)為密封凹紋(4)為吊環(huán)掛孔。
圖b-1為分散開(kāi)孔的半橢園體集熱器的安裝舉例圖中(5)為集熱器(6)為軟管(7)為恒壓接通管(8)為工質(zhì)接通管圖b-2為分散開(kāi)孔的契形體集熱器的安裝舉例圖中(5)為集熱器(8)為工質(zhì)接通管(9)為雙頭橡膠軟墊(10)為穿心螺絲
權(quán)利要求
1.以表面黑色吸收太陽(yáng)輻射熱能的無(wú)聚焦式非金屬質(zhì)材的太陽(yáng)能集熱器、其特征在于集熱器本體是采用普通天然泥土、粘土、石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽原料制造成的帶有工質(zhì)進(jìn)出孔、恒壓孔的扁狀陶瓷器皿。集熱器是將孔集中開(kāi)設(shè)在容器的最高處或分散將工質(zhì)進(jìn)出孔開(kāi)設(shè)在容器的最低處、恒壓孔開(kāi)設(shè)在容器的最高處上的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述集熱器呈半橢園體容器其壁厚為4-6毫米，其尾部有一園切面，其頂面凸起呈外拱，部分底面凹進(jìn)呈內(nèi)拱，其集中開(kāi)孔的，孔為喇叭口狀，分散開(kāi)孔的、孔的邊緣均延伸為園錐管狀，并在管錐面上設(shè)有凸線或凹紋，各集熱器間通過(guò)軟管聯(lián)接和密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述集熱器呈契形體容器、其整體壁厚為4-8毫米，其頂面凸起呈外拱，部分底面隨頂面傾斜一定角度，并凹進(jìn)呈內(nèi)拱，集中開(kāi)孔的，孔為喇叭口狀，分散開(kāi)孔的，孔呈平口狀，各集熱器間通過(guò)雙頭橡膠軟墊銜接和密封，穿心螺絲拉緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的集熱器在其上增設(shè)有吊環(huán)，掛孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的集熱器，其上黑色吸熱面采用原料參色，表面施釉、滲碳燒成或半成品浸涂法獲取、其坯體采用可塑成形法或注漿成形工作法制成、并將其中陶質(zhì)坯體在800-1000℃，瓷質(zhì)坯體在1200-1300℃的爐窯內(nèi)燒結(jié)成品。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的集熱器其迎陽(yáng)吸熱表面采用透明樹(shù)脂涂層保溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中所述的集熱器及其變形體適用于普通玻璃制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和7中所述的集熱器適用于平板型集熱器的改造暨替換其內(nèi)之集熱芯、形體以雙翼管或橢園管為主。
全文摘要
以普通天然泥土，粘土等無(wú)機(jī)硅酸鹽為原料制造的陶瓷太陽(yáng)能集熱器，從根本上改變了現(xiàn)有一般集熱器的初期投資大，經(jīng)濟(jì)性差，原材料短缺，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壽命較短，縮合應(yīng)用性不佳等致命癥結(jié)，它直接適用于液體和氣體雙重工質(zhì)工作，并且具備有熱水器、蓄熱器，預(yù)熱器、采暖器、反應(yīng)罐、蓄水箱，凈水池，空氣采熱器、烘干器、有能耗和無(wú)能耗冷、暖空氣調(diào)節(jié)器，以及隔熱墩、保溫層、遮陽(yáng)板等設(shè)施的綜合功能。它既符合工廠現(xiàn)代大生產(chǎn)的工藝要求，又適宜農(nóng)村作坊的傳統(tǒng)手工藝制造，而其成本僅在現(xiàn)行平板集熱器的十分之一到二十分之一，有利于在城鄉(xiāng)同步普及和推廣。
文檔編號(hào)F24J2/48GK1065721SQ9110225
公開(kāi)日1992年10月28日 申請(qǐng)日期1991年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月6日
發(fā)明者李恒旺 申請(qǐng)人:李恒旺