黑瓷复合陶瓷太阳能集热场热水发电装置的制作方法

专利名称：黑瓷复合陶瓷太阳能集热场热水发电装置的制作方法
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，各种发电机组己十分成熟，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"—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 and drticles)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"i "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。
提钒尾渣富含第四周期过渡金属元素，如(Fe203+Fe0) 50-70、 TiO 5-9、 MnO 4-7、 Cr03 0. 002-3、 V2050. 2-2、 Si0212-26、 Al2032-4、 CuO 0. 9-2、 MgO 0. 6-2、 Na20 2-6、 K20 0. 012-0.12， 提钒尾渣在常温下和经不同温度的高温焙烧直至经熔融过程，始终为纯黑色。
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，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(陶瓷墙地砖)产量居世界首位，年产 量40亿平方米占世界总产量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 因此获得年纯收入上千万元，钒钛黑瓷装饰毛板年销售额数亿元。20世纪80年代、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10(TC，在1987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IO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、消耗大量石膏、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陶瓷太阳板，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。
钒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 型大尺寸钒钕黑瓷太阳板约1500万平方米，而制造钒钦黑瓷复合陶瓷太阳板其年产量可以超 过15亿平方米，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IO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25kg。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1200'C、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，尤以后两者更适合制造太阳能集热体。
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 的毛板另售价每平方米25元，出厂价可为17元左右，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。
多数陶瓷制品有一定的白度要求，所以限制使用含铁量过高的原料，陶瓷太阳板和目前 已大规模生产的钒钛黑瓷实心毛板表面为黑色，无白度要求，所以原料来源更为广泛，原料 成本更低，钒钛黑瓷实心毛板厚度约12咖，多为800X800 ram板材，生产成本可低于每平方 米17元人民币，陶瓷太阳板为中空板材，我们目前的试制样品总厚度可为20 40mm，壁厚 2 5iM，单板面积可大于0.5itf，其每平方米原料用量可等于或少于钒钛黑瓷实心毛板，两 者相比其原料处理、成型、干燥、烧成，具有可比性，陶瓷太阳板增加了两端头的封接工序， 当实现大规模生产时，两者的成本应具有可比性，陶瓷太阳板的生产成本估计是钒钛黑瓷实 心毛板的1.5 3倍。陶瓷太阳板不腐蚀、不老化、黑色面不退色、阳光吸收率不会衰减，可 以认为其使用寿命应该是几十年至上百年。
陶瓷原料主要是指瓷土、石英、长石，大尺寸陶瓷太阳板无白度要求，可以采用最普通、 含铁量较高的廉价陶瓷原料，地球各处均蕴芷大量此类原料，大量工业废弃物、天然矿物、 人造化合物、化工产品富含第四周期过渡元素，足以提供相应的黑色表面层甚至整体太阳板 所需的黑色陶瓷物质，只要实现技术突破，大尺寸陶瓷太阳板生产的工艺、方法、成本与普 通陶瓷墙地砖如钒钕黑瓷装饰板等具有可比性，可以大规模、低成本的生产大尺寸陶瓷太阳 板，仅中国就具有年产40亿平方米陶瓷墙地砖的生产能力，中国最大的陶瓷墙地砖生产车间， 一间厂房占地1000亩，生产能力l亿平方米，所以只要市场需要、经济上合算，国内外陶瓷 业可以生产比陶瓷墙地砖更多的大尺寸陶瓷太阳板，可以在10年内制造超过1000亿平方米 的大尺寸陶瓷太阳板，通常陶瓷制品烧成温度1200'C左右，陶瓷制品是高键能矿物，性能非常稳定，几乎所有陶瓷制品都能做到不腐蚀、不老化、不退色、无毒、无害、无放射性，阳 光吸收率不衰减，具有较高的强度和优良的耐候性，可具有上百年的使用寿命。
大尺寸陶瓷太阳板是以普通陶瓷原料、富含第四周期过渡金属元素的工业废渣、天然矿 物、人造化合物、化工产品为原料釆用真空挤制法成型，经干燥、烧制而成的整体或表面为 黑色或表面层是立体网状黑瓷层的陶瓷中空板件，包括陶瓷中空太阳板、通孔太阳板、半通 孔太阳板、多孔太阳板等，可用于制造太阳能热水器、建造太阳能房顶，为建筑提供热水、 空调、暖气，在阳光丰富地区，如中国西部的荒滩、丘陵、山地、沙漠建造大面积发电装置， 使太阳能真正成为大规模可替代能源。大尺寸陶瓷太阳板还可用作远红外辐射板、建筑暖气 片等以节约能源。
典型的低温发电可以参考地热发电，地热发电的成本可以接近采用常规能源的火力发电， 地热发电可分为地热蒸汽发电和地热水发电。
地热蒸汽发电有一次蒸汽法和二次蒸汽法两种。 一次蒸汽法直接利用地下的干饱和(或 稍具过热度)蒸汽，或者利用从汽、水混合物中分离出来的蒸汽发电。二次蒸汽法有两种含 义， 一种是不直接利用比较脏的的天然蒸汽(一次蒸汽)，而是让它通过换热器汽化洁净水， 再利用洁净蒸汽(二次蒸汽)发电。这样可以避免天然蒸汽对汽轮机的腐蚀和结垢。为了避 免腐蚀以及地热流体对环境的污染。美国正在试验推广一种双循环发电系统，如用异丁烷和 氟里昂涡轮机。高温地热流体用泵压入换热器蒸发异丁烷以后，直接回灌至地下；异丁垸则 通过换热器、涡轮机和凝结器做密封循环。第二种含义是，将从第一次汽水分离出来的高温 热水进行减压扩容产生二次蒸汽，压力仍高于当地大气压力，和一次蒸汽分别进入汽轮机发 电。
利用地下热水发电就不像利用地热蒸汽那么方便，因为用蒸汽发电时，蒸汽本身既是载 热体，又是工作流体。但地热水中的水，按常规发电方法是不能直接送入汽轮机去做功的， 必须以蒸汽状态输入汽轮机做功。目前对温度低于IOO'C的非饱和态地下热水发电，有两种 方法 一是减压扩容法。利用抽真空装置，使进入扩容器的地下热水减压汽化，产生低于当 地大气压力的扩容蒸汽，然后将汽和水分离、排水、输汽充入汽轮机做功，这种系统称"闪 蒸系统"。低压蒸汽的比容很大，因而使汽轮机的单机容量受到很大的限制。这种方法发电还 存在结垢问题。不过减压扩容方式发电，虽然发电机组容量小，但运行过程中比较安全，所 以至今中国仍保留下来两个小发电站，单机容量为300KW。另一种是利用低沸点物质，如氯
乙烷、正丁烷、异丁垸和氟里昂等作为发电的中间工质，地下热水通过换热器加热，使低沸 点物质迅速汽化，利用所产生气体进入发电机做功，做功后的工质从汽轮机排入凝汽器，并 在其中经冷却系统降温，又重新凝结成液态工质后再循环使用。这种方法称"中间工质法"，这种系统称"双流系统"或"双工质发电系统"。
自1904年意大利在拉德瑞罗建造起世界第一个地热试验电站以来，世界其他各国地热发 电事业大多滞后到20世纪60年代后才开始发展起来。1966年进行地热发电的国家除意大利 外只有新西兰、美国和墨西哥4个国家，总的发电量仅385.7MW电功率。到了 1969年就增至 6个国家，新加入的有日本和前苏联，总发电量达673.35MW电功率。到了 1980年时增至13 个国家，其中包括中国。地热总发电量达2885.8MW电功率。1987年增到5004MW， 1999年已 发展到20多个国家有地热电力生产基地，发电装机猛增到7974. 06MW。
地热发电功率不一，但一般在4美分左右1度电，折合人民币约0.3元。冰岛地热发电 成本最低， 一度电仅2美分。
尽管地热发电发展较快，但全世界装机总容量仅约8000MW,不及一座大型水电站，地热 发电装机总容量的发展受制于下述因素
1. 陆地表面有地热露头的区域稀少，并多已得到开发。
2. 深层地热资源勘探成本高，钻井成功率低。
3. 钻井深度往往超过1000m，为保持产能和维护环境须实现100%回灌，提高了成本。
4. 通常地热流体具有腐蚀性、并容易结垢，增加了操作成本和设备成本。
发明内容
本发明的目的建造大规模的陶瓷太阳能集热场，利用太阳能产生的热水和蒸汽驱动汽 轮机发电。
本发明是这样实现的
在阳光充沛地区的荒滩、荒地、沙漠、荒山建造大规模的陶瓷太阳能集热场，在集热场 四周建防风沙林带，阻滞风沙侵入，陶瓷太阳能集热场优先建造在有一定倾斜度的荒滩、荒 山的向阳坡面上，倾角接近当地的纬度，试验表明当坡面倾角与纬度有一定差距时，对综合 造价和效率来说也能取得较好的效果，当地势比较平坦时，可用大型开沟机开沟，挖出的土 石与沟坡共用构成向阳坡面，所挖土方可为坡面整体体积约四分之一，沟底建排水沟槽，在 陶瓷太阳能集热场附近低洼处建水库，在某些地区陶瓷太阳能集热场也是雨水收集场，向阳 坡面的背阳面留有水平通道，用于陶瓷太阳板集热器、材料等运输、安装和陶瓷太阳能集热 系统的巡视、检査、维修。
将荒滩、荒地、沙漠修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，将坡面整平、夯实、加固， 坡面倾角为5 55度，在中国为15-45度，坡面南北斜长为5 50m，坡面东西长50 200m 放置一组陶瓷太阳板集热器，每组由若干纵列组成，纵列中的太阳板集热器上下首尾相通， 下口与进水管相通，上口与出水管相通，进水管与冷水罐连通，出水管与热水罐连通，根据阳光强度自动调节进水管给水量，出水管中的水温可达到80 100°C，热水罐中的热水经过 热交换器，使低沸点物质汽化推动汽轮机作功发电，或者采用抽真空的"减压扩容法"以蒸 汽推动汽轮机作功发电，热水作功降温后进入冷水罐循环使用，系统中的水经事先处理达到 不结垢，不腐蚀热交换器和设备的要求，每平方米陶瓷太阳板集热器可将10kg以上的水加热 到IO(TC，可将20 30 kg的水加热到80 90°C，合理保温的大型热水罐24小时内温降小于 1'C，在冬夜寒冷的地区，冬天太阳落山前温度传感器控制电磁阀使系统停止工作并自动将集 热器中的水排入保温罐，以防夜间冻裂陶瓷太阳板集热器，第二天阳光晒热集热器，系统自 动恢复工作，此类地区的太阳能房顶也可依此原理在冬季提供热水，合理设计陶瓷太阳板集 热器面积、热水箱容量、发电机功率，使白天加热的热水可以供应发电机组连续、不间断发 电，陶瓷太阳能集热场中陶瓷太阳板集热器的总面积为10 1000平方公里，等于1000万至 IO亿平方米。
与地热水发电相比，用陶瓷太阳能集热场获取热水，其流量可以大于任何一座已知的地 热田供应的热水流量，并且不必进行风险很大的地热资源勘探，不需进行耗资巨大的钻井和 废水回灌，所取得热水不会结垢和腐蚀设备，所以陶瓷太阳能集热场热水发电装置的发电成 本可能低于地热水发电成本。
所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，是在向阳山坡上或相对平坦的荒滩、荒地、沙 漠建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，向阳坡面与水平面夹角接近当地纬度，为5-55度， 将相对平坦的地面修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，用大型开沟机顺东西方向挖沟， 形成沟的向阳坡面，将挖出的土、石、沙堆积在沟的向阳坡面一侧的地面上，堆成堆积物坡 面，沟的坡面和堆积物的坡面共同构成陶瓷太阳能集热场的向阳坡面，在挖相邻的沟时，沟 的背阳坡面离开前一条沟的堆积物一段距离，中间形成一条水平通道，将坡顶、坡面、沟底 整平、夯实、加固，沿坡顶敷设上水管即出水管，离沟底约100 500mm敷设水平下水管即进 水管，在上、下水管之间安装陶瓷太阳板集热器纵列，纵列上口与上水管连通，下口与下水 管连通，阳光加热陶瓷太阳板中的水，热水沿出水管进入热水罐，热水罐中的热水进入发电 装置将热能转化为动能做功发电后进入冷水罐，或热水罐中的热水进入聚光型高温太阳能装 置被进一步加热成为更高温度的热水、汽水混合物、高温高压蒸汽进入发电装置发电后进入 冷水罐，冷水罐中温度较低的水进入陶瓷太阳板集热器纵列中再次被太阳能加热，凡是阳光 可以照射到的陶瓷太阳板集热器纵列的保温材料的表面均覆盖防老化涂层，以此保护保温材 料，以减缓保温材料的老化。
所述的向阳坡面与水平面夹角为15-35度。
所述的陶瓷太阳板集热器纵列是指由陶瓷中空板组成的集热器纵列或由陶瓷半通孔板、通孔板、多孔板经胶接或经套接并胶接组成的集热器纵列。 所述的热水以减压扩容的方法产生蒸汽作功发电。 所述的热水以中间工质法产生气体作功发电。
所述的陶瓷太阳板集热器纵列的总面积为10 1000平方公里。
所述的防老化涂层是聚脲涂层或有机硅涂层或聚氨脂弹性体涂层或氟树脂涂层或丙稀酸 涂层或各种改性沥青。
所述的向阳坡面上覆盖厚度为20 100 mm混有结合剂的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、炉渣、 多孔物质或微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、硅藻土、无机泡沬胶凝材料、泡沫水泥，每隔600 1000 imn顺南北方向突起一条棱，棱宽20 50 nm，棱高40 80 mm，形成槽框，在槽底喷涂10 30皿厚硬质聚氨脂或酚醛或脲醛泡沫塑料或铺设10 30 mm岩棉或矿棉或玻璃棉毡保温隔热 材料，槽内放置陶瓷太阳板纵列。
发电系统保持连续运行，将稳定的电流供应给电网是十分重要的，适当容量的热水罐是 陶瓷太阳能集热场的储能系统，良好保温的大型热水罐在48小时内降温幅度仅1-2度，热水 罐可以维持发电系统进行连续发电，也可以选择适当时间区段进行发电。
一定规模的陶瓷太阳能集热场内可以同时进行热水发电和高温高压水蒸汽发电，高温发 电依靠太阳光反射镜和太阳跟踪系统将部分热水进一步加热为高温高压蒸汽进行发电，夜晚 或日照不充足时可以使用当时在运行的热水发电系统所产生的电能加热热水使其成为高温高 压蒸汽驱动高温发电系统连续或在某时间区段内运行，必要时也可以采用常规能源作为补充 能源进行加热使高温发电系统运行。
在日光充足而缺水或缺乏其他常规能源的地区，陶瓷太阳能集热场或陶瓷太阳能风道还 可以将提取地下水用于灌溉、建立高低位水库成为储能、调峰水电站、电解水制氢等方式作 为使用能源或储存能源的手段。 以下结合附图详细说明本发明的特点-

图1表示陶瓷太阳板中的陶瓷多孔太阳板、陶瓷通孔太阳板、陶瓷中空太阳板及带进出管口 的端头板。
图2表示由陶瓷中空太阳板与隔热材料结合制造的陶瓷中空太阳板集热器及其连接方式。其 首尾连接成单列则成为中空陶瓷太阳板集热器纵列。
图3表示由大管口陶瓷端头板、陶瓷通孔太阳板、多孔陶瓷套接接头、陶瓷多孔太阳板、单 孔陶瓷套接接头、大管口陶瓷套接端头板，经胶接而成的大通道组合式陶瓷太阳板纵列，底部或底部及两侧敷设隔热材料、顶部覆盖透明盖板则成为陶瓷太阳板集热器纵列。 图4表示由耐老化柔性材料制造的大管口弹性套接端头板、陶瓷半通孔太阳板、耐老化柔性 材料制造的弹性带圈、陶瓷多孔太阳板经弹性套接并胶接而成的大通道组合式陶瓷太阳板纵 列，底部或底部及两侧敷设隔热材料、顶部覆盖透明盖板则成为陶瓷太阳板集热器纵列。 图5表示陶瓷太阳能集热场热水发电装置，表示向阳坡面上安装陶瓷太阳板集热器纵列，纵 列的下口与进水管相通，进水管与冷水罐连通，上口与出水管相通，出水管与热水罐连通， 纵列中的水被阳光加热后经出水管、热水罐、热交换器，将热能传递给发电装置后再经冷水 罐、在陶瓷太阳板集热器纵列里由阳光再次加热，进行循环。
图6表示向阳坡面、陶瓷太阳板集热器纵列、进水管、出水管各自的位置和相互关系，表示 向阳坡面是由沟的坡面和堆积物共同组成的。
图7表示向阳坡面的构成方式，表示顺东西方向挖长沟，形成沟的向阳坡面，将挖出的土、 石、沙等堆积在向阳坡面一侧的地面上，堆成堆积物坡面，沟的坡面和堆积物的坡面共同构 成陶瓷太阳能集热场的向阳坡面，在挖相邻的沟时，沟的背阳坡面离开前一条沟的堆积物一 段距离，形成一条水平通道，以利于陶瓷太阳能集热场的安装、巡査、维修。 图中
I——陶瓷多孔太阳板 2——陶瓷通孔太阳板3——带进出管口的陶瓷端头板
4——陶瓷中空太阳板 5——由陶瓷中空太阳板和隔热材料组成、尚未安装透明盖板的陶 瓷中空太阳板集热器 6——耐老化柔性接口和不锈钢管箍 7——胶接材料 8——大管口陶瓷端头板 9——多孔陶瓷套接接头 10——单孔陶瓷套接接头
II——大管口陶瓷套接端头板12——耐老化柔性材料制造的大管口弹性套接端头板
13——陶瓷半通孔太阳板 14——耐老化柔性材料制造的弹性带圈 15——包括图2、 图3、图4结构的陶瓷太阳板集热器纵列 16——向阳坡面 17——出水管 18——进水管 19——冷水罐 20——热水罐 21——发电装置，包括热交换器、汽 轮机、发电机等 22——挖沟所形成沟的向阳坡面 23——堆积物所形成的向阳坡面 24——水平通道 25——沟 26——开沟以前的地面 (五)具体实施方案 实施例
l.在日照充分地区的荒滩、荒地、沙漠建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，集热场周围建 造防风林，顺东西方向用开沟机开沟，沟长200m—段，共100段，每段相隔5m，沟的截面 呈倒三角形，将挖出的土、石、沙置于沟的向阳坡面一侧的地面上，堆积成斜坡，与沟坡连 成一体成为倾角为30度的向阳坡面，坡面斜长10m，将南北坡面压平夯实，在向阳坡背面距
11堆积物3m处开第二条沟，水平通道宽3m，顺南北方向依次开沟，共开2000条沟，沿坡顶、 沟底浇筑混凝土，敷设水管，在向阳坡面上喷涂厚度50mi的硬质聚氨脂泡沬塑料，每隔800 咖南北向突起一条棱，棱宽30mm、棱高50mm，形成泡沫塑料槽框，在棱侧和棱顶面喷涂抗 老化的聚脲涂层，将大管口陶瓷端头板、陶瓷半通孔太阳板、陶瓷多孔太阳板、陶瓷套接接 头用硅橡胶胶接形成大通道组合式陶瓷太阳板纵列安装在槽框内，上下口与上下管相通，在 槽框的棱面上涂复耐老化结合剂，将4 ram厚度的玻璃板贴在棱面上，形成可使用的陶瓷太阳 板集热器纵列，下水管与冷水罐相通，上水管与热水罐相通，被阳光加热的80 100'C热水 以"中间工质法"用于发电。
2. 如实施例1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其中陶瓷太阳板集热器纵列采用经弹 性套接并胶接的大通道组合式陶瓷太阳板纵列。
3. 如实施例1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其中陶瓷太阳板集热器纵列采用中空 陶瓷太阳板集热器纵列。
4. 如实施例1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，当天加热至9(TC的热水储存在保温 良好的大型热水罐中，第二天上午10点，将此9(TC热水开始输入下水管在太阳板中继续加 热，部分热水气化，以蒸汽推动汽轮机作功发电。
5. 如实施例1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，将热水罐中90'C热水泵入阳光聚焦 型的槽式、碟式、塔式的高温太阳能系统，以产生的高温高压蒸汽驱动汽轮机作功发电。
6. 如实施例l所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，将热水减压扩容，将扩容蒸汽输入汽 轮机作功，以许多个小容量发电机组发电。
7. 如实施例l所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，将集热场建在山坡的坡地上，向阳坡 面平均坡度15度，从而避免挖沟建坡、或平地建坡的大量工作量。
8. 如实施例1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，将陶瓷太阳能集热场建在数百平方公 里的孤立的沙漠地区，集热场遍及所有有荒沙的地区，避免本沙漠地区每天扬起的沙尘随时 覆盖玻璃板，遮挡阳光，以沙漠黄沙代替部分隔热材料铺在太阳板下，所发电力优先抽取当 地地下水灌溉周围土地、改造周围环境。
权利要求
1.陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其特征在于在向阳山坡上或相对平坦的荒滩、荒地、沙漠采用钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板建造陶瓷太阳能集热场热水发电装置，向阳坡面与水平面夹角接近当地纬度，将相对平坦的地面修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，顺东西方向挖沟，形成沟的向阳坡面，将挖出的土、石、沙堆积在沟的向阳坡面一侧的地面上，堆成堆积物坡面，沟的坡面和堆积物的坡面共同构成陶瓷太阳能集热场的向阳坡面，沿坡顶敷设上水管即出水管，沟底敷设水平下水管即进水管，在上、下水管之间安装钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板集热器纵列，纵列上口与上水管连通，下口与下水管连通，阳光加热钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板中的水，热水沿出水管进入热水罐，热水罐中的热水进入发电装置将热能转化为动能做功发电后进入冷水罐，或热水罐中的热水进入聚光型高温太阳能装置被进一步加热成为更高温度的热水、汽水混合物、高温高压蒸汽进入发电装置发电后进入冷水罐，冷水罐中温度较低的水进入钒钛黑瓷复合陶瓷太阳板集热器纵列中再次被太阳能加热。
2. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其特征在于所述的钒钛黑瓷复合 陶瓷太阳板集热器纵列是指由钒钛黑瓷复合陶瓷中空板组成的集热器纵列或由钒钛黑瓷复合 陶瓷半通孔板、通孔板、多孔板经胶接或经套接并胶接组成的集热器纵列。
3. 根据权利要求1所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其特征在于所述的钒钛黑瓷复合 陶瓷太阳板是以钒钛黑瓷为表面层以普通陶瓷为基体的复合陶瓷太阳板。
4. 根据权利要求l所述的陶瓷太阳能集热场热水发电装置，其特征在于所述的钒钛黑瓷复合 陶瓷太阳板的表面层是立体网状黑瓷层的陶瓷中空板件，包括陶瓷中空太阳板、通孔太阳板、 半通孔太阳板、多孔太阳板。
全文摘要
“陶瓷太阳能集热场热水发电装置”，是在向阳山坡上或将相对平坦的荒滩、荒地、沙漠修整为南北纵断面为锯齿形的向阳坡面，沿坡顶敷设上水管即出水管，沿沟底敷设下水管即进水管，在上、下水管之间安装陶瓷太阳板集热器纵列，纵列上口与上水管连通，下口与下水管连通，阳光加热陶瓷太阳板中的水，热水沿出水管进入热水罐，热水罐中的热水进入发电装置将热能转化为动能做功发电，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。
文档编号F03G6/06GK101655077SQ20091015101
公开日2010年2月24日 申请日期2007年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者修大鹏, 曹树梁, 杨玉国, 王启春, 石延岭, 滨 蔡, 许建丽, 许建华, 谷胜利 申请人:曹树梁