CN1890511A

CN1890511A - 太阳能聚热板

Info

Publication number: CN1890511A
Application number: CNA2004800359748A
Authority: CN
Inventors: 会泽守; 后藤裕介; 和泉博明
Original assignee: Dynax Corp
Current assignee: Dynax Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2007-01-03
Also published as: JP2005164132A; WO2005068918A1; KR20060109917A; EP1707897A1

Abstract

太阳能聚热板，太阳能聚热板单元是聚热板及热介质用管道与透明绝热材料形成一体的结构。在聚热板上覆盖有MOxNy选择吸收膜，M是Ti或Al。透明绝热材料是二氧化硅气凝胶。透明绝热材料内部埋设有聚热板，提高了透明绝热材料的强度。可以将二氧化硅气凝胶这样的绝热材料使用于太阳能聚热板的绝热材料，无间隙地密封选择吸收膜、聚热板、热介质用管道，不会引起空气对流，绝热性能优良，并使板轻量化、简单化。太阳能聚热板单元具有连接器，通过连接器与相邻的单元连结，可形成期望形状和/或大小。其投影形状为正多边形。相互连接该单元时，可自由设定形状和/或大小，通过在连接器的材质、形状上改进，不但可构成为平面形状，也可为三维、曲面等。

Description

太阳能聚热板

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚热板(平板型太阳能聚热器)。

背景技术

随着对环境问题和能源问题的关注日益提高，太阳能聚热板的需求不断增加。

公知的太阳能聚热板主要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聚热板的主流。

平板型因为由对流、传导引起的热损失大，所以与真空管型比较，需要高性能的绝热。作为现有的平板型的绝热方法，是在采光部上使用双重玻璃等，但是该结构的重量大，需要高强度的机箱。

为了提高平板型太阳能聚热板的聚热效率而进行了各种研究，在日本专利特开9-217961号公报、日本专利特开2002-130835号公报、以及其他的大量的文献中都有公开。

另一方面，二氧化硅气凝胶因为孔隙率高且热传导性极其低，故作为高性能绝热材料被公知，并且，因为可见光透射率高，且比重较轻为0.1左右，故正在开发将其用作太阳能聚热板的绝热材料。

但是，二氧化硅气凝胶的机械强度弱，需要在粘接等上下工夫，所以在此之前作为太阳能聚热板的绝热材料使用的成效较少。

作为在太阳能聚热板上使用二氧化硅气凝胶的例子，在日本专利特开平9-217961号公报中公开了如下太阳聚热器：其通过在聚热板上铺满块状的二氧化硅气凝胶，由此形成绝热层。

随着太阳能聚热板的需要增加，消费者要求的规格也多起来，不但期望提高聚热效率和绝热性能，还期望提高设置形状的自由度。

上述日本专利特开平9-217961号公报、日本专利特开2002-130835号公报中记载的现有太阳能聚热板通常是表面积具有数m²的平板状，所以设置形状和设置场所被限制。

另外，如日本专利特开平9-217961号公报所记载的集热器那样，对于在聚热板上铺满块状的二氧化硅气凝胶的结构，在聚热板和二氧化硅气凝胶之间产生很小的间隙，从该间隙引起空气对流，所以具有热损失变大的问题。并且，因为二氧化硅气凝胶的机械强度非常弱，所以若是仅仅简单地铺满二氧化硅气凝胶，则其强度不够，具有在处理时容易损坏的缺点。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种可应消费者的要求而自由改变平板的形状和大小的太阳能聚热板，同时提供一种简化了平板结构、且绝热性能优于现有技术、聚热效率高的太阳能聚热板。

根据本发明的太阳能聚热板，其特征在于：具有管道和连接器，通过所述连接器连结相邻的单元，从而可形成期望的形状和/或大小。因此，可解决上述问题。

另外，本发明提供一种太阳能聚热板，其特征在于：其具有聚热板和热介质用管道与透明绝热材料形成为一体的结构。

优选方式为，所述聚热板覆盖有MOxNy选择吸收膜，其中M是Ti或Al，并且所述透明绝热材料是二氧化硅气凝胶。

优选方式为，所述透明绝热材料是通过超临界干燥二氧化硅湿凝胶而得到的二氧化硅气凝胶，并且在所述聚热板上接合有所述热介质用管道。

附图说明

图1是本发明的太阳能聚热板单元的说明图，图1(a)是俯视图，图1(b)是从数字1的方向观察图1(a)的示意图，图1(c)是从数字2的方向观察图1(a)的示意图；

图2是二氧化硅气凝胶和选择吸收膜一体化的工序图；

图3是通过连接本发明的太阳能聚热板单元而构成的太阳能聚热板的示意图；以及

图4是使用了本发明的太阳能聚热板的太阳能聚热系统示意图。

具体实施方式

参照附图详细说明本发明。

图1(a)是构成本发明的太阳能聚热板的太阳能聚热单元(以下简称为“单元”)10的俯视图。

并且，图1(b)是从数字1的方向观察图1(a)的示意图，图1(c)是从数字2的方向观察图1(a)的示意图。

该单元10包括：作为透明绝热材料的二氧化硅气凝胶20；用选择吸收膜30覆盖表面的聚热板40和热介质循环用金属制管道(以下简称为“管道”)50、以及连接器60。

在实施例中，单元10是一边的长度大约为40mm的正六边形，且厚度大约为20mm。

图1中单元的投影形状(俯视图)为正六边形，但是该形状不限定于正六边形，也可以是其他的正多边形或长方形等其他的形状。

如图1(a)和图1(c)所示，管道50从二氧化硅气凝胶20中突出，在其前端具有合适的连接器60。

单元10具有一个以上连接器，通过使单元10所具有的连接器60和其他的单元10所具有的连接器60相结合，从而组装单元，形成太阳能聚热板。

如图1(b)所示，管道50结合于聚热板40的下部，各自的表面被选择吸收膜30覆盖。并且，选择吸收膜30、聚热板40以及管道50全部由二氧化硅气凝胶20覆盖，使这些形成为一体。

在本发明中，覆盖在聚热板40上的选择吸收膜30是氮氧化钛或氮氧化铝薄膜。氮氧化钛或氮氧化铝具有吸收太阳光波长的光、而向外不辐射红外线波长的光的性质，因此优选作为选择吸收膜使用。另外，作为聚热板40和管道50的材料的金属种类没有特别限定，作为其中一个例子，优选热传导性良好的铜。

另外，在本发明中，作为绝热材料使用二氧化硅气凝胶。二氧化硅气凝胶因为孔隙率高且热传导率极低，故此作为高性能绝热材料被公知，并且，因为可见光透射率高，且比重为0.1左右较轻量，故此适合用作太阳能聚热板的透明绝热材料。

本发明中所使用的二氧化硅气凝胶20是通过使烷氧基硅烷水解、缩聚后制得湿凝胶(wet get)，再对该湿凝胶进行超临界干燥而制得的。

通过超临界干燥而制得的二氧化硅气凝胶因为不存在气液界面，所以毛细管力不起作用，基本上不会收缩。并且，因为透明度也优良，所以适合用作太阳能聚热板的绝热材料。

在此，对将覆盖有选择吸收膜30的聚热板40及管道50与二氧化硅气凝胶20整体成形的粘接工序进行说明。

首先，调制用于制备湿凝胶的溶胶溶液。作为湿凝胶的基础原料的烷氧基硅烷的种类没有特别限定，在本发明中是使用MS 51(硅酸甲酯51)。将硅酸甲酯51用甲醇稀释，然后添加作为催化剂的氢氧化氨，从而调制出溶胶溶液。

将用氮氧化钛或氮氧化铝选择吸收膜30覆盖后的聚热板40和管道50放在模具的支撑部上(图2中工序1)，并在模具中注入厚度为大约2cm的溶胶溶液，(图2中工序2)。在该期间内进行溶胶溶液的水解、缩聚反应，溶胶溶液凝胶化，形成湿凝胶62。

使聚热板40、管道50形成为一体的湿凝胶熟化大约一天，然后使湿凝胶从模具中脱模。

对通过以上工序制得的湿凝胶进行超临界干燥。

超临界干燥法是在日本专利特开2001-139321号公报、美国专利第4402927号以及其他大量的文献中公开过的公知技术，所以在此省略详细说明，仅对简单的工序加以说明。

首先，在高压釜内装满超临界介质(醇系)，然后加入经过二天液相置换的湿凝胶，通入惰性气体。

接着，加热收容有湿凝胶的高压釜。加压不使用加压泵，而是用通过加热醇而产生的压力进行加压，为了使压力不过高，而设定定压阀在80kgf/cm²附近工作。升温条件为，在0～200℃保持4小时(升温速度为50℃/h)，在200～300℃保持4小时(升温速度为25℃/h)，然后以300℃保持2～3小时。另外，在从达到300℃的时刻开始保持的期间内(2～3小时)，以0.5kgf/cm²/min进行减压，直到下降至大气压。

在脱醇结束后，为了除去高压釜及管道内的醇(气体)，通入惰性气体，使温度缓慢下降。确认温度下降后，取出二氧化硅气凝胶。

另外，制备二氧化硅气凝胶时的超临界流体不限定于醇，二氧化碳等也适合使用。

通过上述工序得到的单元10，因为用选择吸收膜30覆盖的聚热板40和管道50整体由二氧化硅气凝胶20覆盖，没有间隙地加以密封，所以不会引起空气对流，绝热性能非常优良。

二氧化硅气凝胶本来是强度非常弱的物质，但是在本发明中，因为在二氧化硅气凝胶的内部埋设有聚热板40，所以二氧化硅气凝胶被加强。并且，通过用聚合物、玻璃等包覆二氧化硅气凝胶，从而可得到耐于实用的充分的强度。

用未图示的适当的装置结合正六边形聚热器单元10的管的端部而组装单元，则形成为图3所示形状的太阳能聚热板70。

另外，图3的太阳能聚热板70的形状仅是一例，并不限定于此。

本发明的太阳能聚热单元的特征在于：通过连接器使相邻的单元互相连接，从而可构成形状自由的太阳能聚热板。

此外，通过在连接器的形状、材质上下工夫，结果是不只平面，也可以形成曲面。

因此，在狭窄场所或有凹凸的场所等的具有设置空间限制的情况下，通过改变单元的结合，可以形成立体的板，从而可有效利用被限定的设置空间。

并且，由于可自由选择板的大小，从而可构成与消费者所需要的热量对应的太阳能聚热板。

图4是使用了本发明的太阳能聚热板70的太阳能聚热系统的示意图。使用输液泵使防冻液体或水等热介质在系统内循环。低温的热介质从管入口80流入，在板70内的管道50中流动期间内从聚热板40吸收热，温度上升，从出口90流出。

该太阳能聚热板70具有这样的构造：用氮氧化钛或氮氧化铝薄膜30覆盖的聚热板40和管道50的整体被透明的二氧化硅气凝胶包覆而形成一体的结构，所以可以从板70的上下两面吸收太阳光。

例如，在将板70设置在雪上时，在板上面直接入射太阳光，在板下面入射由雪的表面反射的光。因此，与现有的板相比，可更加高效地会聚太阳能。

下面，通过实施例具体说明本发明。但是，本发明并不限定于这些实施例。

(实施例1)

通过使用了本发明的板70的太阳能聚热系统，使热介质乙二醇循环1小时。外部空气温度为9.5度，日射量为852J/S(平均)。在出口90测量乙二醇的温度，结果是154℃。

(比较例2)

另一方面，使用仅仅将二氧化硅气凝胶夹成叠层状的现有太阳能聚热板，在与实施例1同样的条件下使乙二醇循环，在出口测量乙二醇的温度，结果是90℃。

(比较例3)

使用具有在铝盒中收纳有双重玻璃、选择吸收膜和发泡聚氨酯的结构的现有太阳能聚热板，在与实施例1同样的条件下使乙二醇循环，在出口测量乙二醇的温度，结果是70℃。

通过实施例可知，与现有的聚热板相比，本发明的选择吸收膜和二氧化硅气凝胶一体化的太阳能聚热板的绝热性能优良。另外，在比较例2中，认为由于仅仅是简单地夹着二氧化硅气凝胶，所以在单元的左右产生些许间隙，从该间隙引起空气对流，从而产生了热损失。

另一方面，在本发明中，不会引起这种空气对流，形成了优良的绝热性。

产业上的利用范围

在本发明中，通过将太阳能聚热板分割为小尺寸的单元，从而可形成形状、大小自由的太阳能聚热板。

通过提高连接器的自由度，不但可以形成平面，也可以形成曲面，从而可在有限制的设置场所有效利用。

并且，可以根据消费者所需要的热量形成无浪费的太阳能聚热系统。

此外，因为在透明绝热材料内部埋设聚热板，所以可提高透明绝热材料的强度。因此，可以将二氧化硅气凝胶这样的绝热材料使用于太阳能聚热板的绝热材料。

并且，本发明的太阳能聚热板利用透明绝热材料对选择吸收膜、聚热板、热介质循环用金属制板无间隙地进行密封，所以不会引起空气对流，绝热性能非常优良。因此，不需要像现有板那样的重量较大的绝热装备，所以板可轻量化、简单化，并可大幅降低制造成本。

Claims

1.一种太阳能聚热单元，其特征在于：具有管道和连接器，所述太阳能聚热单元通过所述连接器与相邻的单元连结，从而可形成期望的形状和/或大小。

2.根据权利要求1所述的太阳能聚热单元，其特征在于：所述太阳能聚热单元的投影形状为正多边形。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能聚热单元，其特征在于：所述太阳能聚热单元具有两个或两个以上连结器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能聚热单元，其特征在于：所述太阳能聚热单元使用氮氧化钛或氮氧化铝薄膜作为选择吸收膜，并使用二氧化硅气凝胶作为透明绝热材料。

5.一种太阳能聚热板，其特征在于：聚热板和热介质用管道与透明绝热材料形成为一体。

6.根据权利要求5所述的太阳能聚热板，其特征在于：所述聚热板覆盖有MOxNy选择吸收膜，其中M是Ti或Al，所述透明绝热材料是二氧化硅气凝胶。

7.根据权利要求5或6所述的太阳能聚热板，其特征在于：所述透明绝热材料是通过使二氧化硅湿凝胶超临界干燥而得到的二氧化硅气凝胶。

8.根据权利要求5至7中任一项所述太阳能聚热板，其特征在于：在所述聚热板上连接有所述热介质用管道。