CN105716300A - 高分子材料复合的板式太阳能集热器及其芯板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高分子材料复合的板式太阳能集热器及其芯板制造方法，集热器包括透明盖板、太阳能吸热芯板、不透明底板和端封横梁，透明盖板、太阳能吸热芯板和不透明底板由上至下依次设置形成板式太阳能集热器的主体结构，主体结构的纵向两端分别设置端封横梁。其芯板制造方法是先利用混炼挤出设备将太阳能选择性吸收剂均匀分散于透明塑料基体中，制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料，再通过间歇法、连续挤出法或热诱导相分离法发泡制备成具有连续性开孔结构的发泡板材，或者是再通过挤出或注射的成型方法制成具有纵向介质通道的中空板材。本板式太阳能集热器质量轻，结构简单合理，便于安装和拆卸，可实现与建筑的一体化。

Description

高分子材料复合的板式太阳能集热器及其芯板制造方法

技术领域

本发明涉及太阳能集热器技术领域，特别涉及一种高分子材料复合的板式太阳能集热器及其芯板制造方法。

背景技术

当今世界，能源问题已经成为制约世界各国发展的主要因素之一。我国是能源消费大国，节约能源，减少因能源消耗引起的环境污染问题，已经日益引起人们的重视。太阳能作为一种丰富的可再生能源，在我国已广泛开发利用，如利用光电效应将太阳能转换为电能、通过集热器将太阳能转换成热能、通过光合作用将太阳能转换成生物质能等等，在我国现阶段，太阳能集热器在太阳能利用中居主导地位。

目前国内市场和国际市场上，太阳能集热器主要可分为平板型太阳能集热器和全真空管式太阳能集热器，这两种集热器的主要材料为金属和玻璃，其加工制造工艺复杂、加工成本较高，成品重量大、不利于运输和安装，无法满足高层建筑的使用需求，不便于大面积的推广使用。而利用高分子材料制造太阳能集热器与平板集热器、真空管集热器相比具有加工制造工艺简单、加工成本低，成品质量轻、易于运输和安装，能用于高层建筑的墙面和屋顶，实现集热器与建筑一体化等优点。但是，目前利用高分子材料制造太阳能集热器存在的最大问题是高分子材料对太阳光不能选择性吸收，传统的在平板集热器的金属基层和真空管集热器的真空管上制备选择性吸收涂层的方法如磁控溅射技术、溶胶凝胶法、电镀法、涂料法、气相沉积法等很难在聚合物基底上实现。

由此可见，针对目前太阳能集热器存在的问题，开发一种加工制造工艺简单，加工成本低，成品质量轻，结构合理，能单独应用，又能大规模集成应用，安装和拆卸方便，能实现与建筑的一体化，同时对太阳光能选择性吸收的高分子材料复合的板式太阳能集热器及其制造方法对于太阳能集热器的研发和推广具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成品质量较轻、且能满足太阳能选择性吸收的高分子材料复合的板式太阳能集热器。

本发明的另一目的在于提供一种上述板式太阳能集热器的芯板制造方法。

本发明的技术方案为：一种高分子材料复合的板式太阳能集热器，包括透明盖板、太阳能吸热芯板、不透明底板和端封横梁，透明盖板、太阳能吸热芯板和不透明底板由上至下依次设置形成板式太阳能集热器的主体结构，主体结构的纵向两端分别设置端封横梁。其中透明盖板复合在太阳能吸热芯板的上方，不透明底板复合在太阳能吸热芯板的下方，端封横梁复合在太阳能吸热芯板、透明盖板和不透明底板的纵向端面，封堵住太阳能吸热芯板、透明盖板和不透明底板的纵向空间。

所述透明盖板的厚度为3～10mm，透明盖板的材料为PET、PC、PMMA或AS等透明材料。

所述不透明底板的厚度为3～10mm，不透明底板的材料为不透明的工程塑料或其复合材料。

所述端封横梁的材料为耐高温且具有保温性能的工程塑料或其复合材料，通过一次性挤出或者注塑成型。当太阳能吸热芯板为具有纵向介质通道的中空板材结构时，端封横梁内部设有与太阳能吸热芯板内部纵向介质通道相通的横向通道(即横向通道与纵向介质通道相互垂直设置)，并根据需要封堵横向通道的端部或者连接进出口水管。

所述透明盖板与太阳能吸热芯板之间、太阳能吸热芯板与不透明底板之间以及主体结构与端封横梁之间的连接方式均采用热熔联接、弹性联接或者溶剂和聚合物粘接中的一种。

作为一种优选方案，所述太阳能吸热芯板为具有连续性开孔结构的发泡板材。其芯板制造方法为：先利用混炼挤出设备将太阳能选择性吸收剂均匀分散于透明塑料基体中，制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料，再通过间歇法、连续挤出法或热诱导相分离法发泡制备成具有连续性开孔结构的发泡板材；

其中，透明塑料基体的材料为PET、PC、PMMA、AS或透明尼龙；太阳能选择性吸收剂为碳纳米管、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种；混炼挤出设备采用具有很强混合分散效果的混炼挤出设备(如叶片挤出机或偏心转子挤出机等)。

作为另一种优选方案，所述太阳能吸热芯板为具有纵向介质通道的中空板材，其中纵向介质通道为一层或多层，纵向介质通道的截面为圆形、矩形或蜂窝状。其芯板制造方法为：先利用混炼挤出设备将太阳能选择性吸收剂均匀分散于透明塑料基体中，制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料，再通过挤出或注射的成型方法制成具有纵向介质通道的中空板材；

其中，透明塑料基体的材料为PET、PC、PMMA、AS或透明尼龙；太阳能选择性吸收剂为碳纳米管、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种；混炼挤出设备采用具有很强混合分散效果的混炼挤出设备(如叶片挤出机或偏心转子挤出机等)。

上述板式太阳能集热器使用时，通过管道与保温水箱连接即可，可以通过在不透明底板的背面设立支架、开设螺纹孔或者涂胶粘剂等方式，将板式太阳能集热器固定安装于屋顶或者墙面上。同时，该板式太阳能集热器可单独连接保温水箱使用(该方式可适应家用或需求量较小的场合使用)，也可将多个板式太阳能集热器集成后与保温水箱连接使用(该方式可适应商用或需求量较大的场合使用)。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本板式太阳能集热器的加工制造工艺简单，成本较低，生产效率极高，适合大批量生产，成品能单独应用，也能大规模集成应用，使用灵活而方便，可适应多种场合使用。

2、本板式太阳能集热器采用全塑料结构加工，质量轻，结构简单合理，便于安装和拆卸，能安装于高层建筑的墙面或屋顶，实现与建筑的一体化，可有效解决现有太阳能集热器加工制造工艺复杂、加工成本高、成品重量大、安装复杂、无法满足高层建筑的使用需求等问题。

3、本板式太阳能集热器的芯板是采用太阳能选择性吸收剂分散于透明塑料基体后制成的高分子材料复合芯板，与传统的平板型太阳能集热器和全真空管式太阳能集热器相比，其集热面积增大，热利用率增加，具有很好的集热效果。

附图说明

图1为本板式太阳能集热器的整体结构示意图。

图2为图1的A-A截面视图。

图3为实施例1中太阳能吸热芯板在A-A方向的截面结构示意图。

图4为实施例2中太阳能吸热芯板在A-A方向的截面结构示意图。

图5为本板式太阳能集热器单独使用时的结构示意图。

图6为本板式太阳能集热器集成使用时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种高分子材料复合的板式太阳能集热器，如图1或图2所示，板式太阳能集热器采用高分子材料制造而成，包括太阳能吸热芯板3、透明盖板1、不透明底板4和端封横梁2，其中透明盖板复合在太阳能吸热芯板的上方，不透明底板复合在太阳能吸热芯板的下方，端封横梁复合在太阳能吸热芯板、透明盖板和不透明底板的纵向端面，封堵住太阳能吸热芯板、透明盖板和不透明底板的纵向空间。

其中，太阳能吸热芯板的制造方法为：利用具有很强混合分散效果的混炼挤出设备(如叶片挤出机或偏心转子挤出机等)将一定分量的太阳能选择性吸收剂均匀分散在透明塑料基体中制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料(其中，太阳能选择性吸收剂在高分子中的质量含量一般约为0.01％～30％)，再通过间歇法、连续挤出法或热诱导相分离法等方法发泡制备成为具有均匀连续性开孔结构5的发泡板材，如图3所示为均匀连续性的开孔泡孔。

太阳能吸热芯板的塑料基体采用PET或PC等透明塑料，太阳能选择性吸收剂采用碳纳米管、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物等对太阳光具有选择性吸收功能的纳米粉体，根据需要还可以对太阳能选择性吸收剂进行表面改性以增强其在透明塑料基体中的分散混合效果。

透明盖板采用透光性能较好的透明塑料(如PET、PC、PMMA或AS等)制造而成，厚度约为3～10mm。

不透明底板采用不透明的工程塑料或其复合材料制造而成，厚度约为3～10mm，不透明底板固定支撑透明盖板和太阳能吸热芯板，同时防止太阳光的透射并具有保温的作用。

端封横梁采用耐高温、保温性能较好的工程塑料或其复合材料一次性挤出或者注塑成型，端封横梁内部设有与太阳能吸热芯板内部纵向介质通道相通的横向通道，并根据需要封堵横向通道的端部或者连接进出口水管。

太阳能吸热芯板、透明盖板、不透明底板和端封横梁之间的连接可采用热熔连接、弹性联接或溶剂和聚合物粘接等方式。

板式太阳能集热器可以通过在不透明底板的背面设立支架、开设螺纹孔或者涂胶粘剂等方式固定安装于屋顶或者墙面。板式太阳能集热器可单独连接保温水箱7使用(如图5所示)，也可以集成后再与保温水箱7连接使用(如图6所示)。

实施例2

本实施例一种高分子材料复合的板式太阳能集热器，与实施例1相比较，其不同之处在于：太阳能吸热芯板为具有纵向介质通道的中空板材(如图4所示)，其制造方法为：利用具有很强混合分散效果的混炼挤出设备(如叶片挤出机或偏心转子挤出机等)将一定分量的太阳能选择性吸收剂均匀分散在透明塑料基体中制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料(其中，太阳能选择性吸收剂在高分子中的质量含量一般约为0.01％～30％)，再通过挤出、注射成型等方法制成具有纵向介质通道6的中空板材。纵向介质通道可以是一层或者多层，纵向介质通道截面可以是圆形、矩形、蜂窝状或者其它形状。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，包括透明盖板、太阳能吸热芯板、不透明底板和端封横梁，透明盖板、太阳能吸热芯板和不透明底板由上至下依次设置形成板式太阳能集热器的主体结构，主体结构的纵向两端分别设置端封横梁。

2.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述透明盖板的厚度为3～10mm，透明盖板的材料为PET、PC、PMMA或AS。

3.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述不透明底板的厚度为3～10mm，不透明底板的材料为不透明的工程塑料。

4.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述端封横梁的材料为耐高温且具有保温性能的工程塑料。

5.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述透明盖板与太阳能吸热芯板之间、太阳能吸热芯板与不透明底板之间以及主体结构与端封横梁之间的连接方式均采用热熔联接、弹性联接或者溶剂和聚合物粘接中的一种。

6.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能吸热芯板为具有连续性开孔结构的发泡板材。

7.根据权利要求1所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述太阳能吸热芯板为具有纵向介质通道的中空板材。

8.根据权利要求7所述高分子材料复合的板式太阳能集热器，其特征在于，所述纵向介质通道为一层或多层，纵向介质通道的截面为圆形、矩形或蜂窝状。

9.用于权利要求6所述板式太阳能集热器的芯板制造方法，其特征在于，先利用混炼挤出设备将太阳能选择性吸收剂均匀分散于透明塑料基体中，制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料，再通过间歇法、连续挤出法或热诱导相分离法发泡制备成具有连续性开孔结构的发泡板材；

其中，透明塑料基体的材料为PET、PC、PMMA、AS或透明尼龙；太阳能选择性吸收剂为碳纳米管、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种。

10.用于权利要求7或8所述板式太阳能集热器的芯板制造方法，其特征在于，先利用混炼挤出设备将太阳能选择性吸收剂均匀分散于透明塑料基体中，制成对太阳光能选择性吸收的高分子材料，再通过挤出或注射的成型方法制成具有纵向介质通道的中空板材；

其中，透明塑料基体的材料为PET、PC、PMMA、AS或透明尼龙；太阳能选择性吸收剂为碳纳米管、过渡金属氧化物、硫化物、氮化物或过渡金属复合氧化物中的一种或多种。