[发明专利]黑瓷复合陶瓷管及其内联结管式太阳能集热系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能集热系统，特别涉及管状集热体的太阳能集热系统。

背景技术

太阳能利用包括光电利用和光热利用，光电利用主要指太阳能电池，光热利用主要指聚光太阳能发电装置和太阳能集热(器)系统，应用最广泛的太阳能集热(器)系统是太阳能热水(器)系统。

太阳能热水(器)系统简称太阳能热水器，一般主要由支架、集热器、水箱构成，集热器分为玻璃真空管式和平板式两种，一般平板式集热器由金属平板集热体、金属外壳、保温材料、透明盖板构成，玻璃真空管本身是集热器也是集热体，太阳能热水器中最关键的部件是太阳能集热体，太阳能集热体主要分为真空玻璃管和金属平板式两大类，金属平板式分为管板式、翼管式、蛇管式和通孔扁盒式集热体，实质上翼管式、蛇管式与管板式一样都是铜管和金属板的结合，目前能够长期承受热水腐蚀的金属材料是铜材，所以金属平板式集热体中与水接触部位一般都是铜材，通常太阳能热水器以其集热体的种类来分类。

本发明人在近几年发明了黑瓷复合陶瓷太阳板，也是一种平板式太阳能集热体，其结构是通孔扁盒式，与金属材料制造的通孔扁盒式太阳能集热体相比，形状基本相同，只是材料不同；黑瓷复合陶瓷太阳板由普通陶瓷和钒钛黑瓷组成，其基体是普通陶瓷，表面层是对阳光具有很高吸收率的钒钛黑瓷层。没有白度要求的普通陶瓷是目前已知的成本最低、寿命最长、性能最稳定的工程材料之一，以提钒尾渣为主要原料的钒钛黑瓷是目前已知的成本最低、寿命最长、性能最稳定的太阳能吸收材料；制造一平方米陶瓷太阳板的成本是制造同面积常规太阳能集热体的几分之一到十分之一，能耗是几分之一到几十分之一，使用寿命是几倍到十几倍；经国家太阳能热水器质量监督检验中心检验，黑瓷复合陶瓷太阳板的阳光吸收比是0.93，以黑瓷复合陶瓷太阳板组成的太阳能热水器的日得热量是8.6MJ，高于国家标准规定的7.0MJ。

我国目前主要采用真空玻璃管太阳能热水器，约占90％，真空玻璃管太阳能热水器是管式太阳能热水器，其余是金属平板式太阳能热水器，欧、美、日、澳大利亚等国主要采用金属平板式太阳能热水器。

我国目前主要采用真空玻璃管太阳能热水器，其太阳能集热体采用玻璃真空管，主要缺点是：

1、真空玻璃管太阳能热水器经过几十年的发展，在我国已经形成大规模生产体系，我国真空玻璃管太阳能热水器的产量已经超过全球太阳能热水器总产量的70％，但是目前真空玻璃管仍然采用外密封、外联结，由于在玻璃管外侧采用密封圈、尾托等实现外联结，使侧面相邻的管与管之间产生很大的间隔或称作空档，使黑色阳光吸收面只占采光投影面积约60％，中午阳光最强烈，中午阳光直射时，约40％的阳光穿过黑色面之间的空档，未得到利用，在阳光最强烈的中午时段严重降低了集热效率，管式太阳能热水器的侧面相邻的管与管之间具有很大间隔，严重影响集热效率，是几十年以来在实际生产太阳能热水器中的顽症、薄弱环节和盲区，一直没有发现和找到适当的解决方法。见本发明所附光盘中的画面。

2、真空玻璃管是盲管，其中被白天阳光加热的水放不出来，无法利用，约占总水量20％，夜晚降温，能量浪费；一头封闭的盲管结构容易沉淀水碱和水中的杂质，减少热交换面积；真空玻璃管一端开口，单口循环，介质进出都依靠一个口，是热效率比较低的循环方式，单口循环方式要求开口比较大才能保持一定的热效率，这也是影响解决管间间隔或空档的重要原因之一。

3、真空玻璃管中的真空度在使用过程中不断下降，降低保温效果，降低效率。

4、玻璃管脆弱、易碎；

5、真空玻璃管的太阳能吸收涂料的阳光吸收率容易衰减，太阳能吸收涂料是由微细的颗粒在常温下用喷涂或真空溅射等方法形成太阳能吸收涂料的薄膜，薄膜中颗粒之间或颗粒与玻璃之间只是分子间的作用力，是分子键，也称作范德华引力，这是很弱的结合力，薄膜在常温形成过程中，不可能形成稳定的矿物结构，在阳光长期照射下，结构容易破坏，阳光吸收率容易衰减；这是目前所有太阳能集热器采用的太阳能吸收涂料的共同缺点；太阳能吸收涂料的使用寿命比较短，一般有效使用寿命5-10年，这也是真空玻璃管使用寿命比较短的重要原因之一。

6、玻璃管用硼硅玻璃制造，熔制温度1650℃，熔制时间数小时，制造能耗高；氧化硼价格高，硼硅玻璃中氧化硼使用量应该达到约14％，每吨氧化硼售价约2万元；这些缺点导致玻璃真空管制造成本、耗能比较高，

7、玻璃真空管单件采光面积小，不能串连，不能形成直通式结构，只能依靠单口的上下部分实现水或介质循环，形成的太阳能热水系统结构复杂，系统阻力大，导致热效率比较低。