[发明专利]陶瓷太阳能集热场热水发电装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及陶瓷制造和以陶瓷制品利用太阳能的技术领域，具体说是以富含第四周期过渡金属元素的工业废弃物、天然矿物、化合物和普通陶瓷原料制造低成本、长寿命的整体或表面为黑色或深色的大尺寸中空陶瓷板作为太阳能吸热板，简称陶瓷太阳板，利用陶瓷太阳板吸收的太阳能加热的热水作为发电的能源，使太阳能成为可大规模利用的可替代能源。

(二)背景技术

经过近200年持续加速开采，煤、石油、天然气等化石燃料资源逐步枯竭，现在我们必须在有限时间内寻找到至少一种新的大规模可替代能源，与核聚变、深海可燃水化物、空间太阳能电站、低成本太阳能电池等一样，低成本、长寿命太阳能集热器的大量应用也可以形成新的大规模可替代能源。

目前科学界的共识是：到达地球陆地表面的太阳辐射能总量，比地球上消耗各种能源的总量大几万倍，一旦技术上取得突破，使之在成本上具有竞争力，太阳能可以满足人类大部分的能源需求。

或者说我们需要选择太阳能丰富的地区，在占地球陆地表面千分之一左右的面积上即约10万平方公里面积上铺满太阳能收集器并将收集到的太阳能转换为电力即可形成大规模可替代能源，10万平方公里等于1000亿平方米。

目前太阳能发电主要是太阳能光伏发电和太阳能热发电，太阳能热发电又可分为聚光、跟踪方式的高温发电和集热器方式的低温发电，光伏发电的阳光收集器是太阳能电池，高温发电的收集器是反射镜和太阳跟踪系统，低温发电的收集器主要是板管式金属集热器和真空玻璃管。目前这些收集器的共同缺点是成本较高、寿命较短，通常成本为每平方米数百至数千元人民币，寿命为5年至20年，各种发电机组已十分成熟，其成本和寿命相对固定，太阳能是低密度能源，上限约每平方米1KW，无论如何精密、复杂、先进的收集器都不能收集到更多的能量，所以收集太阳能需要巨大面积的收集器，太阳能发电的成本主要由收集器决定，关键是收集器的成本、寿命和效率，一般来说现有收集器的成本需下降数倍，同时寿命增加数倍，在最近的将来，相对常规能源而言，太阳能发电才会有竞争力。

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，金属易腐蚀、真空玻璃管内的真空度会逐步下降，都是导致寿命和效率问题的重要原因。

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，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。

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“一种陶粉末”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。此发明又以“陶瓷粉末及其制品”(Ceramrc powder anddrticles)为名称申报并已取得九国外国发明专利证书，分别是美国专利4737477、日本专利1736801、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和香港专利1077/1991。二十世纪80年代后期本发明人申报了“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”、“黑色陶瓷太阳能集热盒”、“带有承插接口的黑色陶瓷太阳能集热瓦”、“黑色陶瓷太阳能远红外开水器”、“陶瓷储水箱”、“复合水泥板”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”、“陶瓷太阳板集热器的制造和安装方法”、“在陶瓷太阳板上复合立体网状黑瓷阳光吸收层的方法”、“黑瓷复合陶瓷太阳板”、“陶瓷中空板胶结成型方法及其应用”、“陶瓷太阳能风道”等专利。

所述的提钒尾渣是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盐，提取钒盐后所剩余的作为废弃物的残渣即为提钒尾渣。