專利名稱：多功用普通陶瓷太陽能集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽能低溫?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，具體地涉及到無聚焦式太陽能集熱器。
隨著人類文明生活和生產(chǎn)需求的不斷提高，常規(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)易地普及型太陽能設(shè)備特別是低溫?zé)崂玫奶柲芗療崞饕殉蔀闅v史的必然要求。
現(xiàn)今研究和應(yīng)用的太陽能集熱器品種繁多，無聚焦式集熱器按其內(nèi)工作介質(zhì)種類不同分為兩種既工質(zhì)為液體常稱為熱水器、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、開放(水池)型、軟袋型，可上述各類熱水器現(xiàn)還均存在著不少自身缺陷，甚至可以說是致命地根本癥結(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，得耗費(fèi)495－594萬噸金屬材料，尚若再算進(jìn)正常累計(jì)破損率40％的那部分，還將加進(jìn)198－278萬噸，要達(dá)到全球的需求量4億平方米，既得2772.6萬噸，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)來說這無疑是一個(gè)開銷不了的天文數(shù)字。其它類型，相圓筒型熱水器雖結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但其熱效率不高，材料來源和壽命等問題卻和平板型一樣不佳。開放型壽命較長(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，無法進(jìn)行雙項(xiàng)工質(zhì)工作。亦多不能作冬季運(yùn)行。
為了解決上述問題，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)專利申請(qǐng)CN86204415V提出用另一專利技術(shù)CN85102464所述的提釩尾渣原料來生產(chǎn)一種黑色陶瓷太陽能遠(yuǎn)紅外開水器、它解決了(正常使用時(shí))壽命問題，但是這種礦渣尾料中國(guó)年排出量?jī)H十萬噸，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。
本實(shí)用新型則不然，它克服了上述所綜述的一些缺點(diǎn)，其目的是提供和指導(dǎo)以天然泥土、粘土、石英、長(zhǎng)石等硅酸鹽為原料，制備出廉價(jià)實(shí)用的普及型水氣雙工質(zhì)多功用普通陶瓷(以及玻璃)太陽能集熱器。
本實(shí)用新型的目的是通過下述結(jié)構(gòu)特征來實(shí)現(xiàn)的它們是以天然硅酸鹽原料制成的帶有工質(zhì)進(jìn)出孔，恒壓孔的普通陶、瓷或玻璃容器皿。其一，它類似于半橢園體、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，它分為集中開孔和分散開孔，前者，工質(zhì)進(jìn)出孔和恒壓孔，集中開設(shè)在器體最高處，呈喇叭狀。后者分散將工質(zhì)進(jìn)出孔開設(shè)在器體的最低處、恒壓孔開設(shè)在器體的最高處上，各孔的邊緣均延伸為圓錐管狀，并在錐管面上設(shè)有防漏凸線或凹紋。其二為契形體，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，它集中開孔的孔呈喇叭口狀，分散開孔的孔呈平口狀。其三為雙翼管或扁圓管狀。本實(shí)用新型產(chǎn)品的黑色吸熱面是經(jīng)過原料參色，表面施釉、滲碳燒成或半成品浸涂處理的。本實(shí)用新型集熱器能因地致宜，采用直接裸露使用不附加保溫層、亦能根據(jù)當(dāng)?shù)匦枰捎猛该鳂渲繉觼肀匚鼰崦?，其它保溫層保護(hù)非吸熱面，并可采用其它常規(guī)保溫方法作輔助保溫。本新型不僅可以自成體系，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。
本實(shí)用新型產(chǎn)品選用天然泥土、粘土、石英、長(zhǎng)石等無機(jī)硅酸鹽類原料制備的陶和瓷(本實(shí)用新型能延及到普通玻璃)都屬于晶體結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱能力雖不相金屬材料通過電子間相互作用或碰撞來傳 導(dǎo)的那樣強(qiáng)烈，速度那樣快，但它們通過自身的晶格振動(dòng)來傳導(dǎo)熱能，其作用是相當(dāng)有效，導(dǎo)熱速度亦適中，本實(shí)用新型集熱器在正常持續(xù)日照下，一般3－4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。本實(shí)用新型所用材料的導(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)本實(shí)用新型太陽能集熱器表面黑色吸收了太陽光輻射后其溫度升高，并通過基體組織的晶格振動(dòng)將熱能傳導(dǎo)到內(nèi)壁來加熱器內(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)也通過相互傳導(dǎo)、對(duì)流、滲透等方式吸獲熱能。
本實(shí)用新型所用材料有著很多優(yōu)越性，首先材料來源廣泛，陶質(zhì)和瓷質(zhì)的集熱器所用粘土的要求均不高。陶質(zhì)的只要求帶粘性的無嚴(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)成的主要成份，對(duì)于人類的開采量來說是取用不盡的，這些原料的成本僅在于它們的開采或運(yùn)輸費(fèi)用。因此價(jià)格都十分低廉，而且現(xiàn)在農(nóng)村就地開采陶質(zhì)土則不需花錢，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)用的太陽能集熱器來，它們不腐蝕，不老化，無異味，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)林木資源和秸桿還田，減少對(duì)自然生態(tài)平衡的破壞有著長(zhǎng)遠(yuǎn)普遍地戰(zhàn)略意義。
本實(shí)用新型有條件達(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600萬噸，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4400－5000萬噸／年，減少現(xiàn)今城市因居民生活而帶來的煙塵灰渣污染的40％，要達(dá)到世界范圍的普及，那前景將更加誘人。
本實(shí)用新型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)或無自來水的地區(qū)使用。分散設(shè)孔的集熱器，多件使用時(shí)，半橢圓體的用軟管聯(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光照射的房頂、地面，圍墻等處，在其上帶設(shè)吊環(huán)、掛孔后，則又能直接適用于迎陽墻面和陽臺(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)集熱器與自來水源聯(lián)接時(shí)它既為太陽能熱水器。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、回避用水高峰等問題，它們并且還有一定的凈水作用，因它可直接沉截水中雜質(zhì)和在太陽光較長(zhǎng)輻射的加熱過程中，可通過恒壓管直接渾發(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)既為空氣集熱器系統(tǒng)，在夏季白日陽光暴曬中引出器內(nèi)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)空氣受涼且潮濕加重，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^鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制向下層房間進(jìn)行暖風(fēng)空調(diào)。安裝在下層的集熱器可直接向上層房間的實(shí)現(xiàn)無能耗空調(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，在迎陽墻面和陽臺(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)遮陽板的功能。
圖a－1為半橢圓體分散開孔的集熱器剖視圖圖a－2為契形體分散開孔的集熱器剖視圖圖a－3為半橢圓體集中開孔的集熱器外觀圖圖a－4為帶吊環(huán)掛孔的集熱器外觀圖圖中(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為分散開孔的半橢圓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1.一種多功用普通陶瓷太陽能集熱器，表面是黑色以吸收太陽輻射能，其特征在于該集熱器是由天然硅酸鹽原料制成的帶有工質(zhì)進(jìn)出孔，恒壓孔的普通陶或瓷質(zhì)容器皿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱器，其特征為該集熱器是集中將工質(zhì)進(jìn)出孔、恒壓孔開設(shè)在器體最高處上并呈喇叭口形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱器其特征為該集熱器是分散將工質(zhì)進(jìn)出孔開設(shè)在器體的最低處，恒壓孔開設(shè)在器體的最高處上的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱器，其特征為該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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱器；其特征為該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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱器，其特征為該集熱器呈翼管狀或扁管狀容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4所述的集熱器，其特征為該集熱器的各孔邊緣均延伸為園錐管狀，并在管錐面上設(shè)有凸線或凹紋，各集熱器間通過軟管聯(lián)接和密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、3、5所述的集熱器其特征為該集熱器的各孔呈平口狀，各集熱器間通過雙頭軟墊銜接和密封，穿心螺絲拉緊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述集熱器，其特征為該集熱器上帶有吊環(huán)、掛孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5或6所述的集熱器其特征為該集熱器黑色吸熱面是經(jīng)過原料參色、表面施釉、滲碳燒成或半成品浸涂處理的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的集熱器其特征為該集熱器由普通玻璃制造。
專利摘要以普通天然泥土，粘土等無機(jī)硅酸鹽為原料制造的陶瓷太陽能集熱器，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，綜合應(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、有能耗和無能耗冷、暖空氣調(diào)節(jié)器，以及隔熱墩、保溫層、遮陽板等設(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)F24J2/48GK2100584SQ9120573
公開日1992年4月1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