CN203893222U - 炉具隔热组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及炉具隔热组件。炉具隔热组件包括具有大致U形横截面的主体。主体包括一对侧壁。一对端板紧固到主体的相对的端。端板和主体形成内室。端板和侧壁由碳纤维形成的绝热材料制成，各个端板和侧壁中的所述碳纤维定向成逆向纹理方向向内指向内室。

Description

炉具隔热组件
背景技术
目前，基于碳纤维的材料在许多应用中用作隔热材料。它们非常适用于需要高温来在结晶之前熔化硅基底材料的太阳能应用。具体用于线带状硅炉的现有技术的碳纤维隔热组件由单块碳纤维制成，单块碳纤维装有芯以形成内容积。 
本领域中需要用于硅炉具的改善的隔热组件，且具体是用于线带状硅炉的隔热组件。 
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，炉具隔热组件包括具有大致U形横截面的主体。主体包括一对侧壁。一对端板紧固到主体的相对的端。端板和主体形成内室。端板和侧壁由碳纤维形成的绝热材料制成，各个端板和侧壁中的所述碳纤维定向成平行于顺纹平面且垂直于逆纹方向。端板和侧壁的逆纹方向向内指向内室。 
附图说明
图1为炉具隔热组件的等距视图； 
图2为图1中的炉具隔热组件的顶视图；
图3为图1中的炉具隔热组件的侧视图。
具体实施方式
这里在下文中描述适于在炉具隔热组件中使用的自支承绝热材料。例如，绝热材料可通过将加强材料如碳化纤维与液体粘合剂如糖溶液混合来形成。加强材料包括单独的或与其它碳化或可碳化的材料结合的碳纤维。在一个实施例中，纤维包括单独的或与其它碳纤维结合的基于各向同性沥青的碳纤维。在一个实施例中，至少80%的碳纤维为各向同性沥青碳纤维。在另一个实施例中，至少95%的碳纤维为各向同性沥青碳纤维。在又一个实施例中，碳纤维重量的100%都源于各向同性沥青。在另一个实施例中，碳纤维可为基于中间相沥青的碳纤维。在又一个实施例中，碳纤维可为碳化的人造丝纤维。在又一个实施例中，碳纤维可为碳化的PAN纤维。在又一个实施例中，隔热材料可包括两个或多个不同类型的碳纤维。 
作为较大的片或板或类似的刚性隔热产品的根据本方法的由碳纤维形成的隔热材料已经发现呈现出足够的强度和隔热性能来使它们非常适于高温炉具。 
如本文使用的术语"纤维"旨在涵盖具有一定长度的所有伸长含碳加强材料，该长度为纤维直径的至少二十倍，更优选至少100倍(通常称为长宽比)。碳纤维优选具有等于或大于20:1的长宽比，更优选是大于100:1，从约2mm至30mm的长度，以及约5微米至15微米的直径。 
纤维与液体粘合剂结合，液体粘合剂在后续处理阶段将纤维保持在一起。优选的粘合剂包括可溶性糖的水溶液，如，单糖或二糖。示例性糖包括蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖、甘露葡萄糖、半乳糖、UDP-半乳糖和木糖、它们的可溶多糖等同物及它们的结合。 
粘合剂溶液和纤维以约10至40重量份的粘合剂溶液与约60至40份纤维的比率混合在一起。就糖(即，不包括水)而言，优选的比率为从20%至80%重量的糖对比80%至20%重量的纤维，最优选为约40%重量的糖对比60%重量的纤维。对于具有约35%的碳产量的蔗糖，该比率导致产品(在这里在下文所述的烘烤之后)按重量具有约14%的碳化糖和86%的纤维。作为优选，产品的碳化糖含量按重量在约10%和约20%之间。如果碳化糖过低，则最终产品的完整性可能受损。当碳化糖的浓度增大时，密度趋于增大，从而提高了材料的热导率，且使其不太适合绝热应用。 
在这里的下文中所述的炉具隔热组件中使用的隔热材料的纤维不是任意排列的，而是在各个隔热组件中大致任意地布置成平行于顺纹平面(即，垂直于逆纹方向)。纤维的至少百分之60、更有利的是百分之80且甚至更有利的是百分之90大致平行于顺纹平面。该纤维排列可通过例如将纤维和粘合剂的混合物倒入模型或模具中且重力或真空源移除过多的粘合剂来完成，模型或模具在一端处配备有过滤器。以此方式，纤维累积在过滤器上，且当实现期望厚度时，纤维和剩余粘合剂作为预型件移除。 
对于高密度产品，在过滤期间或在随后的加热步骤期间，较轻的压力可施加到预型件上，尽管过大的压力可能有损成品的隔热性能。作为优选，压力(如果施加则)不会导致隔热产品的最终密度超过约0.5g/cm3。 
预型件可加热至约200℃至300℃的温度，以将水驱离粘合剂溶液。还可构想出的是，过滤步骤可被消除，且混合物简单地被加热，首先驱离过多的水，且随后在加热过程中将剩余的糖转变成聚合形式。 
然后，预型件在惰性(非氧化)气氛(如氩)中以约900℃至约2000℃的最终温度碳化，以移除所有(或大致所有)氧和氢，且产生期望形状的碳化制品。碳化温度根据铸件的最终用途选择，且大致高于铸件在使用中将受到的最高温度。这减小了使用期间除气的机会。 
所得的碳化制品主要包括碳(即，至少95%的碳，更优选是至少98%的碳，最优选是大于99.5%的碳)，且具有适用于绝热的通常小于约1g/cm3的密度，优选小于0.5g/cm3，更优选小于0.3g/cm3。制品分段或加工成适合的尺寸，如下文将描述的那样。 
由以上方法制造的隔热制品非常适于在1500℃至2000℃或更高的温度下使用。隔热材料具有0.1g/cm3至0.40g/cm3、更优选从0.15g/cm3至0.25g/cm3的低密度，以及小于约0.4W/m°K、更优选小于约0.3W/m°K且甚至更优选小于约0.2W/m°K的逆纹方向(即，垂直于纤维定向平面)的热导率。在该实施例或其它实施例中，热导率可在约0.15W/m°K至约0.2W/m°K之间。(所有热导率都在处于25℃的空气中测量，除非另外指出)。沿顺纹方向(即，平行于纤维定向平面)的热导率比逆纹方向相对更高。在一个实施例中，逆纹热导率与顺纹热导率的比率小于约0.6。在其它实施例中，逆纹热导率与顺纹热导率的比率小于约0.5。在其它实施例中，逆纹热导率与顺纹热导率的比率小于约0.42。在其它实施例中，逆纹热导率与顺纹热导率的比率在约0.2和约0.8之间。在又一个实施例中，逆纹热导率与顺纹热导率的比率在约0.3和约0.5之间。在该实施例或其它实施例中，顺纹热导率可大于约0.3W/m°K。在其它实施例中，顺纹热导率可在约0.3至约1W/m°K之间。在其它实施例中，顺纹热导率可在约0.3至约0.5W/m°K之间。此外，大于150psi的高强度水平可容易地在如此低密度产品中获得。 
现在参看图1至图3，根据本实用新型的炉具隔热组件被示出且大致由数字10表示。隔热组件10包括三个单独的部分，其包括主体12和一对端板14a、14b。如可看到的那样，主体12为伸长的矩形形式，其具有其高度和宽度大致两倍的纵向长度。然而，应当认识到的是，所示和所述的本体12长度仅为示例性的，且可取决于应用而更短或更长。本体部分12包括形成室16的大致U形的横截面。如可从图中看到的那样，室16可包括加热可能需要的各种表面特征、凹口或通道、以及收纳在其中的基底元件(未示出)。 
主体12的第一端18开启，且第二端20包括壁区段22。如可看到的那样，主体12的顺纹平面沿其长度和高度延伸。该构造是有利的，因为隔热材料的上文所述的热导率在逆纹方向(图中标为Z方向)上相对更低。因此，纵向侧壁24定向成提供最大隔热效果。换言之，侧壁24包括两个相对的主表面，且Z方向定向成垂直于主表面。 
端板14a和14b分别紧固到主体12的相对端。端板14可经由任何适合的手段紧固到主体12，手段包括但不限于粘着剂、机械紧固件或它们的结合。如可看到的那样，端板14的顺纹平面沿隔热组件的宽度和高度延伸。如上文所述，该构造是有利的，因为端板14定向成提供最大隔热效果。以此方式，侧壁24和端壁14被定向以便各个部分的逆纹方向向内指向内室16。因此，获得了隔热材料的最大隔热性质。 
上文所述的隔热组件特别适合在太阳能产业的线带状拔具中使用。然而，组件可在需要改善能量效率的其它太阳能应用和基于硅的应用中使用。应当进一步认识到的是，尽管上述实施例公开了三件式隔热组件，但超过三件也可使用，因为单独的件可用于各个面向外的壁且布置成使得针对各个壁的逆纹方向向内指向室。 
已经参照了优选实施例描述了本实用新型。很明显，他人在阅读和理解前述详细描述时将想到修改和变型。旨在将本实用新型看作是包括在修改和变型归入所附权利要求或其等同物的范围内的程度上的所有此类修改和变型。 

Claims (12)

1.一种炉具隔热组件，包括：
具有大致U形横截面的主体，所述主体包括一对相对且间隔开的侧壁；
一对端板，其紧固到所述主体的相对端，所述端板和所述主体形成内室；以及
其中，所述端板和所述侧壁由碳纤维形成的绝热材料制成，各个所述端板和所述侧壁中的所述碳纤维大致定向成平行于顺纹平面且垂直于逆纹方向，所述端板和所述侧壁的所述逆纹方向向内指向所述内室。
2.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述纤维的至少百分之60平行于所述顺纹平面。
3.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述纤维的至少百分之80平行于所述顺纹平面。
4.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述纤维的至少百分之90平行于所述顺纹平面。
5.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述绝热材料具有从0.1g/cm3至0.4g/cm3的密度。
6.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述绝热材料具有小于约0.4W/m°K的逆纹热导率。
7.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述绝热材料具有小于约0.2W/m°K的逆纹热导率。
8.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述碳纤维中的至少一些源于各向同性沥青。
9.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述碳纤维中的至少一些源于人造丝。
10.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，所述碳纤维中的至少一些源于PAN。
11.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，逆纹热导率与顺纹热导率的比率小于约0.6。
12.根据权利要求1所述的炉具隔热组件，其特征在于，逆纹热导率与顺纹热导率的比率小于约0.5。
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