CN102679599A

CN102679599A - 一种平板太阳能集热板芯

Info

Publication number: CN102679599A
Application number: CN2012101831516A
Authority: CN
Inventors: 卢斌; 陶礼德; 卢孟磊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种平板太阳能集热板芯，包括玻璃盖板和金属吸热板、位于所述玻璃盖板和金属吸热板之间的密封间隔体和固定于金属吸热板外壁上的金属集热管，所述密封间隔体与所述玻璃盖板和金属吸热板间形成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有透明绝热SiO₂气凝胶板，所述密闭空腔与透明绝热SiO₂气凝胶板之间用透明SiO₂气凝胶水性胶封接，所述密封间隔体与玻璃盖板之间用密封胶封接。由于极大地降低了玻璃盖板的热传递损失、板芯内空气对流热损失以及结露现象，显著地提高了平板集热器的集热效率。该集热板芯不仅组装制作工艺简便，生产效率高，适应于大批量生产，而且使用寿命将大大地提高。

Description

一种平板太阳能集热板芯

技术领域

本发明涉及一种平板太阳能集热板芯，属于太阳能热利用领域。

背景技术

随着环境问题和能源问题的日益严重，太阳能作为取之不尽、用之不竭的新型清洁能源，其利用领域和程度日益受到世界各国广泛关注，迫切需要提高太阳能集热板的热转化效率。

目前应用最广的太阳能热利用装置中，透明隔热盖板是太阳集热器中十分关键的部件之一，要求透明隔热盖板即能透过太阳辐射又能减小热传导引起的热损和阻止长波热辐射以降低热损的。正如周知，太阳能集热器主要分为平板型和真空管型，而结构简单且容易降低成本的平板型正在发展成为太阳能集热器的主流。

然而，与真空管型相比，平板型集热器因其对流、热传导引起的热损失大，尤其是通过玻璃盖板的热损失之大，更需要高效绝热。作为现有的平板型的绝热方法，有使用中空玻璃盖板、真空玻璃盖板以及在玻璃盖板与吸热板之间填充透明蜂窝结构等，并在背部使用聚氨酯泡沫保温材料或纤维隔热保温材料。为了获得好的隔热保温效果，以上结构均导致集热板重量增大。

SiO₂气凝胶因其具有独特的纳米孔结构和高的孔隙率，是目前所知的固体材料中热导率最低的一种轻质绝热材料，作为超级绝热材料而被周知，同时，其对太阳光的总透过率高，对由环境温度引起的中长波具有明显地阻隔效果，而且比重还轻（约为100kg/m³），是非常理想的太阳能集热器用透明绝热盖板材料。已有将透明绝热SiO₂气凝胶用于平板太阳能集热器透明隔热盖板的报道。但是气凝胶在工程应用中仍存在一些问题，如气凝胶板不易密封，尚存在较明显的空气对流问题，其可能引起“集热呼吸”现象。该现象可能导致水汽在集热器玻璃盖板下面积聚产生凝结水珠和雾气现象，导致将入射的阳光反射到外面，轻则阻止10%以上的阳光射入，重则阻止50%的阳光射入，使集热效率降低。同时也导致氧化腐蚀吸热涂层、焊接逢及焊点，致使传热性能下降，机械强度失效，严重情况下降导致吸热涂层永久性损坏，失去吸热效果，因此，目前这种结构并没有从根本上解决由空气对流引起的热损失问题。此外，由于SiO₂气凝胶的机械强度非常弱，在装配中以及运输中易被损坏问题等。也有通过在溶胶凝胶过程中以及后续超临界干燥中实现吸热板与气凝胶一体化复合，其虽可提高气凝胶强度，但仍无法避免气凝胶在装配中以及运输中易被损坏问题等以及空气对流问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种平板太阳能集热板芯，特别是适用于城市太阳能建筑一体化的高效平板太阳能集热器，其具有高的透光和隔热保温性能以及无“集热呼吸”现象，且成本适中、填充的透明绝热SiO₂气凝胶在装配以及运输过程中不易损坏以及长寿命等优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种平板太阳能集热板芯，包括平行设置的玻璃盖板和金属吸热板、设置于所述玻璃盖板和金属吸热板之间的密封间隔体和固定于金属吸热板外壁上的金属集热管，所述密封间隔体与所述平玻璃盖板和金属吸热板之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板。

更具体地，所述透明绝热SiO₂气凝胶板是通过超临界干燥工艺制备，特别是通过低温CO₂超临界干燥工艺和高温乙醇超临界干燥工艺制备。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述透明绝热SiO₂气凝胶的密度为50~120kg/m³，孔径为10~40nm，当温度为25℃时热导率为0.010~0.018W/mk，当厚度为10mm时，太阳光总透过率不低于92%，当厚度为5mm时，太阳光总透过率不低于95%。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述透明绝热SiO₂气凝胶为疏水性，与水的接触角为125°-180°。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述平板太阳能集热板芯采用双道密封，所述双道密封包括粘结在所述密封间隔体和所述盖板玻璃与金属吸热板之间的第一道密封胶以及粘结在所述密封间隔体与透明绝热SiO₂气凝胶板之间的第二道密封胶，所述第一道密封胶为丁基胶，所述第二道密封胶为透明SiO₂气凝胶水性胶。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述平板太阳能集热板芯采用三道密封，所述三道密封包括粘结在所述密封间隔体和所述盖板玻璃与金属吸热板之间的第一道密封胶、粘结在所述密封间隔体和透明绝热SiO₂气凝胶板之间的第二道密封胶以及粘结在所述平板太阳能集热板芯边缘的第三道密封胶，所述第一道密封胶为丁基胶，所述第二道密封胶为透明隔热SiO₂气凝胶水性胶，所述第三道密封胶为双组分硅酮密封胶或双组分聚硫密封胶。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述透明绝热SiO₂气凝胶水性胶中所含的SiO₂气凝胶的质量百分比为0~10%，透明绝热SiO₂气凝胶水性胶中的成膜树脂为透明水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯树脂。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述玻璃盖板为超白钢化玻璃，所述玻璃盖板的厚度为2.5~4mm。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述密封间隔体是由金属、塑料或纤维增强树脂基复合材料制成，所述密封间隔体为实心或中空结构，所述的中空结构的密封间隔体内为空心或填充有干燥剂。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述密封空腔的厚度为3~15mm。

所述的一种平板太阳能集热板芯，所述金属集热管通过超声波焊接或导电胶固定于金属吸热板外壁上，所述的导电胶为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶或紫外光固化导电胶。

与现有技术中平板太阳能集热器相比，本发明提供的一种平板太阳能集热板芯具有以下优点：

本发明提供一种透光隔热保温、无“集热呼吸”现象以及长寿命的平板太阳能集热板芯，并可避免气凝胶在装配和运输中的损坏问题，在平板太阳能集热板芯的玻璃盖板与金属吸热板之间填充透明隔热保温SiO₂气凝胶板，以实现玻璃盖板的透明隔热保温作用，在气凝胶板的四周用间隔体以及密封胶密封，隔离内外潮湿空气的对流。既解决了玻璃盖板热损大、潮湿气体结露反射阳光、腐蚀吸热涂层问题，又解决了气凝胶在装配和运输中的损坏问题。

本发明解决了长期以来平板集热器因空气对流向玻璃盖板传递热能造成大量热损失，潮湿气体结露反射阳光，潮湿气体腐蚀吸热涂层、焊接逢、焊点，延长了集热器使用寿命，大大提高了集热温差和有效得热量。

附图说明

图1是本发明平板太阳能集热板芯的正面图。

图2是本发明平板太阳能集热板芯的实心双道密封结构剖视图。

图3是本发明平板太阳能集热板芯的实心三道密封结构剖视图。

图4是本发明平板太阳能集热板芯的空心双道密封结构剖视图。

图5是本发明平板太阳能集热板芯的空心三道密封结构剖视图。

图6是本发明平板太阳能集热板芯的空心内含有干燥剂双道密封结构剖视图。

图7是本发明平板太阳能集热板芯的空心内含有干燥剂三道密封结构剖视图。

其中，1.玻璃盖板，2.金属吸热板，3.透明绝热SiO₂气凝胶板，4.密封间隔体，5.透明绝热SiO₂气凝胶水性胶，6.丁基密封胶，7.双组分聚硫或双组分硅酮密封胶，8.金属集热管，9.干燥剂。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，但保护范围不受这些实施例的限制。

实施例1

请参照图1以及图2，为本发明的实施例1，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的实心密封间隔体3，所述实心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在实心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在实心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，仅采用单道丁基胶6密封。

金属集热管8与金属吸热板2采用超声波焊接或导电胶胶黏为一体，集热时由金属集热管8与液体介质交换输送热能。将带有金属集热管8的平板集热板芯安装到装有背板、背保温的集热器边框内，将平板集热板芯扣合在边框材料的上面组成高效能的平板集热器。

与现有技术中平板集热器相比，填充透明绝热SiO₂气凝胶板4以及采用实心密封间隔体3和透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5、单道丁基密封胶6封接成的平板集热板芯，有效地减少了空气对流传热和玻璃盖板固体传热损失，使得集热板芯具有更好的隔热保温性能；有效地减少了潮湿空气的侵入而导致的“集热呼吸”现象的问题以及克服了透明绝热SiO₂气凝胶板在装配和运输中的易损坏问题，显著提高了透明绝热SiO₂气凝胶板的工程实用性以及集热板芯的使用寿命。

以下对上述各组成部分分别作详细说明。

所述透明绝热SiO₂气凝胶板4可通过现有技术中的常规超临界干燥工艺制备，更具体地是通过低温CO₂超临界干燥工艺和高温乙醇超临界干燥工艺制备，其密度在50~120kg/m³范围内，这大大地减轻了节能玻璃的重量；孔径在10~40nm范围内，小于空气平均分子自由程，使其具有超低的固体热导率和气体热导率，使其在室温即25℃下的热导率在0.010~0.018W/mk范围内，赋予其远低于空气的热导率；孔径在10~40nm范围内，可与三维网络骨架的直径具有较好的耦合效应，可获得高的太阳光透过率，当厚度为10mm时，太阳光总透过率不低于92%，当厚度为5mm时，太阳光总透过率不低于95%，从而实现了隔热保温性能与太阳光透过性能的高度统一。

所述透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5主要含有SiO₂气凝胶含量（质量百分比）在0~10%范围内，成膜树脂为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂等。通过采用疏水性的透明绝热SiO₂气凝胶作为水性胶的透明隔热功能组元，使成膜剂树脂等基本上进入不了气凝胶纳米孔洞内，在保持SiO₂气凝胶好的透明隔热功能特性的基础上，实现密封间隔体与透明绝热SiO₂气凝胶板之间良好的封接，并且，可省去密封间隔体内干燥剂的使用，直接采用实心密封间隔体。此外，还降低了密封间隔体的传热性能，同步实现封装和隔热保温能以及透明等功能。还很好地保护了透明绝热SiO₂气凝胶板，防止强度低、脆性大的透明绝热SiO₂气凝胶板在装配和运输过程中造成的损坏，大大地提高了透明绝热SiO₂气凝胶的工程实用性。

所述玻璃盖板1为超白钢化玻璃，所述玻璃盖板1的厚度在2.5~4mm之间。

所述密封间隔体3可由下列材料中的一种制成，金属、塑料、或纤维增强树脂基复合材料等。

所述玻璃盖板1和金属吸热板平行排列，所述空腔的厚度在3~15mm范围内。在本实施例中，所述密封间隔体3为实心结构。

由于在空腔中已采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶封接，本实施例中，所述平板集热板芯可采用单道密封，所述单道密封为丁基胶。

本实施例的平板集热板芯具有非常好的隔热保温性能，玻璃盖板上的热传递系数可低至1.0W/m²·k，并且还具有高的太阳光透过率，太阳光总透过率可达90%以上，最大化地提高太阳能的热利用率。

实施例2

请参照图1以及图3，为本发明的实施例2，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的实心密封间隔体3，所述实心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在实心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在实心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，采用丁基胶6密封，在密封间隔体周边用双组分聚硫密封胶或双组分硅酮密封胶7。

实施例3

请参照图1以及图4，为本发明的实施例3，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的空心密封间隔体3，所述空心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在空心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在空心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，采用单道丁基胶6密封。

实施例4

请参照图1以及图5，为本发明的实施例4，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的空心密封间隔体3，所述空心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在空心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在空心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，采用丁基胶6密封，在密封间隔体周边用双组分聚硫密封胶或双组分硅酮密封胶7。

实施例5

请参照图1以及图6，为本发明的实施例5，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的空心密封间隔体3，所述空心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在空心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在空心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，采用单道丁基胶6密封。所述空心密封间隔体3内装设有干燥剂9，干燥剂9可进一步增强平板集热板芯的防潮功能，延长使用寿命。

实施例6

请参照图1以及图7，为本发明的实施例6，该平板集热板芯包括玻璃盖板1和金属吸热板2以及位于玻璃盖板1和金属吸热板2之间的空心密封间隔体3，所述空心密封间隔体3与所述玻璃盖板1和金属吸热板2之间形成密封空腔，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板4。在空心密封间隔体3与透明绝热SiO₂气凝胶板4之间，采用透明绝热SiO₂气凝胶水性胶5封接。在空心密封间隔体3与玻璃盖板1和金属吸热板2之间，采用丁基胶6密封，在密封间隔体周边用双组分聚硫密封胶或双组分硅酮密封胶7。所述空心密封间隔体3内装设有干燥剂9。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种平板太阳能集热板芯，包括平行设置的玻璃盖板和金属吸热板、设置于所述玻璃盖板和金属吸热板之间的密封间隔体和固定于金属吸热板外壁上的金属集热管，所述密封间隔体与所述平玻璃盖板和金属吸热板之间形成密封空腔，其特征在于，所述密封间隔腔内填充透明绝热SiO₂气凝胶板。

2.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述透明绝热SiO₂气凝胶的密度为50~120kg/m³，孔径为10~40nm，当温度为25℃时热导率为0.010~0.018W/mk，当厚度为10mm时，太阳光总透过率不低于92%，当厚度为5mm时，太阳光总透过率不低于95%。

3.根据权利要求1和2所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述透明绝热SiO₂气凝胶为疏水性，与水的接触角为125°-180°。

4.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述平板太阳能集热板芯采用双道密封，所述双道密封包括粘结在所述密封间隔体和所述盖板玻璃与金属吸热板之间的第一道密封胶以及粘结在所述密封间隔体与透明绝热SiO₂气凝胶板之间的第二道密封胶，所述第一道密封胶为丁基胶，所述第二道密封胶为透明SiO₂气凝胶水性胶。

5.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述平板太阳能集热板芯采用三道密封，所述三道密封包括粘结在所述密封间隔体和所述盖板玻璃与金属吸热板之间的第一道密封胶、粘结在所述密封间隔体和透明绝热SiO₂气凝胶板之间的第二道密封胶以及粘结在所述平板太阳能集热板芯边缘的第三道密封胶，所述第一道密封胶为丁基胶，所述第二道密封胶为透明隔热SiO₂气凝胶水性胶，所述第三道密封胶为双组分硅酮密封胶或双组分聚硫密封胶。

6.根据权利要求4或5所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述透明绝热SiO₂气凝胶水性胶中所含的SiO₂气凝胶的质量百分比为0~10%，透明绝热SiO₂气凝胶水性胶中的成膜树脂为透明水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯树脂。

7.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述玻璃盖板为超白钢化玻璃，所述玻璃盖板的厚度为2.5~4mm。

8.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述密封间隔体是由金属、塑料或纤维增强树脂基复合材料制成，所述密封间隔体为实心或中空结构，所述的中空结构的密封间隔体内为空心或填充有干燥剂。

9.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述密封空腔的厚度为3~15mm。

10.根据权利要求1所述的一种平板太阳能集热板芯，其特征在于，所述金属集热管通过超声波焊接或导电胶固定于金属吸热板外壁上，所述的导电胶为室温固化导电胶、中温固化导电胶、高温固化导电胶或紫外光固化导电胶。