專利名稱：太陽能聚熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能聚熱板(平板型太陽能聚熱器)。
背景技術(shù)：
隨著對環(huán)境問題和能源問題的關(guān)注日益提高，太陽能聚熱板的需求不斷增加。
公知的太陽能聚熱板主要為平板型和真空管型，而結(jié)構(gòu)簡單且容易降低成本的平板型正在發(fā)展成為太陽能聚熱板的主流。
平板型因為由對流、傳導(dǎo)引起的熱損失大，所以與真空管型比較，需要高性能的絕熱。作為現(xiàn)有的平板型的絕熱方法，是在采光部上使用雙重玻璃等，但是該結(jié)構(gòu)的重量大，需要高強度的機箱。
為了提高平板型太陽能聚熱板的聚熱效率而進行了各種研究，在日本專利特開9-217961號公報、日本專利特開2002-130835號公報、以及其他的大量的文獻中都有公開。
另一方面，二氧化硅氣凝膠因為孔隙率高且熱傳導(dǎo)性極其低，故作為高性能絕熱材料被公知，并且，因為可見光透射率高，且比重較輕為0.1左右，故正在開發(fā)將其用作太陽能聚熱板的絕熱材料。
但是，二氧化硅氣凝膠的機械強度弱，需要在粘接等上下工夫，所以在此之前作為太陽能聚熱板的絕熱材料使用的成效較少。
作為在太陽能聚熱板上使用二氧化硅氣凝膠的例子，在日本專利特開平9-217961號公報中公開了如下太陽聚熱器其通過在聚熱板上鋪滿塊狀的二氧化硅氣凝膠，由此形成絕熱層。
隨著太陽能聚熱板的需要增加，消費者要求的規(guī)格也多起來，不但期望提高聚熱效率和絕熱性能，還期望提高設(shè)置形狀的自由度。
上述日本專利特開平9-217961號公報、日本專利特開2002-130835號公報中記載的現(xiàn)有太陽能聚熱板通常是表面積具有數(shù)m2的平板狀，所以設(shè)置形狀和設(shè)置場所被限制。
另外，如日本專利特開平9-217961號公報所記載的集熱器那樣，對于在聚熱板上鋪滿塊狀的二氧化硅氣凝膠的結(jié)構(gòu)，在聚熱板和二氧化硅氣凝膠之間產(chǎn)生很小的間隙，從該間隙引起空氣對流，所以具有熱損失變大的問題。并且，因為二氧化硅氣凝膠的機械強度非常弱，所以若是僅僅簡單地鋪滿二氧化硅氣凝膠，則其強度不夠，具有在處理時容易損壞的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可應(yīng)消費者的要求而自由改變平板的形狀和大小的太陽能聚熱板，同時提供一種簡化了平板結(jié)構(gòu)、且絕熱性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)、聚熱效率高的太陽能聚熱板。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能聚熱板，其特征在于具有管道和連接器，通過所述連接器連結(jié)相鄰的單元，從而可形成期望的形狀和/或大小。因此，可解決上述問題。
另外，本發(fā)明提供一種太陽能聚熱板，其特征在于其具有聚熱板和熱介質(zhì)用管道與透明絕熱材料形成為一體的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選方式為，所述聚熱板覆蓋有MOxNy選擇吸收膜，其中M是Ti或Al，并且所述透明絕熱材料是二氧化硅氣凝膠。
優(yōu)選方式為，所述透明絕熱材料是通過超臨界干燥二氧化硅濕凝膠而得到的二氧化硅氣凝膠，并且在所述聚熱板上接合有所述熱介質(zhì)用管道。


圖1是本發(fā)明的太陽能聚熱板單元的說明圖，圖1(a)是俯視圖，圖1(b)是從數(shù)字1的方向觀察圖1(a)的示意圖，圖1(c)是從數(shù)字2的方向觀察圖1(a)的示意圖；圖2是二氧化硅氣凝膠和選擇吸收膜一體化的工序圖；圖3是通過連接本發(fā)明的太陽能聚熱板單元而構(gòu)成的太陽能聚熱板的示意圖；以及圖4是使用了本發(fā)明的太陽能聚熱板的太陽能聚熱系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1(a)是構(gòu)成本發(fā)明的太陽能聚熱板的太陽能聚熱單元(以下簡稱為“單元”)10的俯視圖。
并且，圖1(b)是從數(shù)字1的方向觀察圖1(a)的示意圖，圖1(c)是從數(shù)字2的方向觀察圖1(a)的示意圖。
該單元10包括作為透明絕熱材料的二氧化硅氣凝膠20；用選擇吸收膜30覆蓋表面的聚熱板40和熱介質(zhì)循環(huán)用金屬制管道(以下簡稱為“管道”)50、以及連接器60。
在實施例中，單元10是一邊的長度大約為40mm的正六邊形，且厚度大約為20mm。
圖1中單元的投影形狀(俯視圖)為正六邊形，但是該形狀不限定于正六邊形，也可以是其他的正多邊形或長方形等其他的形狀。
如圖1(a)和圖1(c)所示，管道50從二氧化硅氣凝膠20中突出，在其前端具有合適的連接器60。
單元10具有一個以上連接器，通過使單元10所具有的連接器60和其他的單元10所具有的連接器60相結(jié)合，從而組裝單元，形成太陽能聚熱板。
如圖1(b)所示，管道50結(jié)合于聚熱板40的下部，各自的表面被選擇吸收膜30覆蓋。并且，選擇吸收膜30、聚熱板40以及管道50全部由二氧化硅氣凝膠20覆蓋，使這些形成為一體。
在本發(fā)明中，覆蓋在聚熱板40上的選擇吸收膜30是氮氧化鈦或氮氧化鋁薄膜。氮氧化鈦或氮氧化鋁具有吸收太陽光波長的光、而向外不輻射紅外線波長的光的性質(zhì)，因此優(yōu)選作為選擇吸收膜使用。另外，作為聚熱板40和管道50的材料的金屬種類沒有特別限定，作為其中一個例子，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性良好的銅。
另外，在本發(fā)明中，作為絕熱材料使用二氧化硅氣凝膠。二氧化硅氣凝膠因為孔隙率高且熱傳導(dǎo)率極低，故此作為高性能絕熱材料被公知，并且，因為可見光透射率高，且比重為0.1左右較輕量，故此適合用作太陽能聚熱板的透明絕熱材料。
本發(fā)明中所使用的二氧化硅氣凝膠20是通過使烷氧基硅烷水解、縮聚后制得濕凝膠(wet get)，再對該濕凝膠進行超臨界干燥而制得的。
通過超臨界干燥而制得的二氧化硅氣凝膠因為不存在氣液界面，所以毛細(xì)管力不起作用，基本上不會收縮。并且，因為透明度也優(yōu)良，所以適合用作太陽能聚熱板的絕熱材料。
在此，對將覆蓋有選擇吸收膜30的聚熱板40及管道50與二氧化硅氣凝膠20整體成形的粘接工序進行說明。
首先，調(diào)制用于制備濕凝膠的溶膠溶液。作為濕凝膠的基礎(chǔ)原料的烷氧基硅烷的種類沒有特別限定，在本發(fā)明中是使用MS 51(硅酸甲酯51)。將硅酸甲酯51用甲醇稀釋，然后添加作為催化劑的氫氧化氨，從而調(diào)制出溶膠溶液。
將用氮氧化鈦或氮氧化鋁選擇吸收膜30覆蓋后的聚熱板40和管道50放在模具的支撐部上(圖2中工序1)，并在模具中注入厚度為大約2cm的溶膠溶液，(圖2中工序2)。在該期間內(nèi)進行溶膠溶液的水解、縮聚反應(yīng)，溶膠溶液凝膠化，形成濕凝膠62。
使聚熱板40、管道50形成為一體的濕凝膠熟化大約一天，然后使?jié)衲z從模具中脫模。
對通過以上工序制得的濕凝膠進行超臨界干燥。
超臨界干燥法是在日本專利特開2001-139321號公報、美國專利第4402927號以及其他大量的文獻中公開過的公知技術(shù)，所以在此省略詳細(xì)說明，僅對簡單的工序加以說明。
首先，在高壓釜內(nèi)裝滿超臨界介質(zhì)(醇系)，然后加入經(jīng)過二天液相置換的濕凝膠，通入惰性氣體。
接著，加熱收容有濕凝膠的高壓釜。加壓不使用加壓泵，而是用通過加熱醇而產(chǎn)生的壓力進行加壓，為了使壓力不過高，而設(shè)定定壓閥在80kgf/cm2附近工作。升溫條件為，在0～200℃保持4小時(升溫速度為50℃/h)，在200～300℃保持4小時(升溫速度為25℃/h)，然后以300℃保持2～3小時。另外，在從達到300℃的時刻開始保持的期間內(nèi)(2～3小時)，以0.5kgf/cm2/min進行減壓，直到下降至大氣壓。
在脫醇結(jié)束后，為了除去高壓釜及管道內(nèi)的醇(氣體)，通入惰性氣體，使溫度緩慢下降。確認(rèn)溫度下降后，取出二氧化硅氣凝膠。
另外，制備二氧化硅氣凝膠時的超臨界流體不限定于醇，二氧化碳等也適合使用。
通過上述工序得到的單元10，因為用選擇吸收膜30覆蓋的聚熱板40和管道50整體由二氧化硅氣凝膠20覆蓋，沒有間隙地加以密封，所以不會引起空氣對流，絕熱性能非常優(yōu)良。
二氧化硅氣凝膠本來是強度非常弱的物質(zhì)，但是在本發(fā)明中，因為在二氧化硅氣凝膠的內(nèi)部埋設(shè)有聚熱板40，所以二氧化硅氣凝膠被加強。并且，通過用聚合物、玻璃等包覆二氧化硅氣凝膠，從而可得到耐于實用的充分的強度。
用未圖示的適當(dāng)?shù)难b置結(jié)合正六邊形聚熱器單元10的管的端部而組裝單元，則形成為圖3所示形狀的太陽能聚熱板70。
另外，圖3的太陽能聚熱板70的形狀僅是一例，并不限定于此。
本發(fā)明的太陽能聚熱單元的特征在于通過連接器使相鄰的單元互相連接，從而可構(gòu)成形狀自由的太陽能聚熱板。
此外，通過在連接器的形狀、材質(zhì)上下工夫，結(jié)果是不只平面，也可以形成曲面。
因此，在狹窄場所或有凹凸的場所等的具有設(shè)置空間限制的情況下，通過改變單元的結(jié)合，可以形成立體的板，從而可有效利用被限定的設(shè)置空間。
并且，由于可自由選擇板的大小，從而可構(gòu)成與消費者所需要的熱量對應(yīng)的太陽能聚熱板。
圖4是使用了本發(fā)明的太陽能聚熱板70的太陽能聚熱系統(tǒng)的示意圖。使用輸液泵使防凍液體或水等熱介質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。低溫的熱介質(zhì)從管入口80流入，在板70內(nèi)的管道50中流動期間內(nèi)從聚熱板40吸收熱，溫度上升，從出口90流出。
該太陽能聚熱板70具有這樣的構(gòu)造用氮氧化鈦或氮氧化鋁薄膜30覆蓋的聚熱板40和管道50的整體被透明的二氧化硅氣凝膠包覆而形成一體的結(jié)構(gòu)，所以可以從板70的上下兩面吸收太陽光。
例如，在將板70設(shè)置在雪上時，在板上面直接入射太陽光，在板下面入射由雪的表面反射的光。因此，與現(xiàn)有的板相比，可更加高效地會聚太陽能。
下面，通過實施例具體說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明并不限定于這些實施例。
(實施例1)通過使用了本發(fā)明的板70的太陽能聚熱系統(tǒng)，使熱介質(zhì)乙二醇循環(huán)1小時。外部空氣溫度為9.5度，日射量為852J/S(平均)。在出口90測量乙二醇的溫度，結(jié)果是154℃。
(比較例2)另一方面，使用僅僅將二氧化硅氣凝膠夾成疊層狀的現(xiàn)有太陽能聚熱板，在與實施例1同樣的條件下使乙二醇循環(huán)，在出口測量乙二醇的溫度，結(jié)果是90℃。
(比較例3)使用具有在鋁盒中收納有雙重玻璃、選擇吸收膜和發(fā)泡聚氨酯的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有太陽能聚熱板，在與實施例1同樣的條件下使乙二醇循環(huán)，在出口測量乙二醇的溫度，結(jié)果是70℃。
通過實施例可知，與現(xiàn)有的聚熱板相比，本發(fā)明的選擇吸收膜和二氧化硅氣凝膠一體化的太陽能聚熱板的絕熱性能優(yōu)良。另外，在比較例2中，認(rèn)為由于僅僅是簡單地夾著二氧化硅氣凝膠，所以在單元的左右產(chǎn)生些許間隙，從該間隙引起空氣對流，從而產(chǎn)生了熱損失。
另一方面，在本發(fā)明中，不會引起這種空氣對流，形成了優(yōu)良的絕熱性。
產(chǎn)業(yè)上的利用范圍在本發(fā)明中，通過將太陽能聚熱板分割為小尺寸的單元，從而可形成形狀、大小自由的太陽能聚熱板。
通過提高連接器的自由度，不但可以形成平面，也可以形成曲面，從而可在有限制的設(shè)置場所有效利用。
并且，可以根據(jù)消費者所需要的熱量形成無浪費的太陽能聚熱系統(tǒng)。
此外，因為在透明絕熱材料內(nèi)部埋設(shè)聚熱板，所以可提高透明絕熱材料的強度。因此，可以將二氧化硅氣凝膠這樣的絕熱材料使用于太陽能聚熱板的絕熱材料。
并且，本發(fā)明的太陽能聚熱板利用透明絕熱材料對選擇吸收膜、聚熱板、熱介質(zhì)循環(huán)用金屬制板無間隙地進行密封，所以不會引起空氣對流，絕熱性能非常優(yōu)良。因此，不需要像現(xiàn)有板那樣的重量較大的絕熱裝備，所以板可輕量化、簡單化，并可大幅降低制造成本。
權(quán)利要求
1.一種太陽能聚熱單元，其特征在于具有管道和連接器，所述太陽能聚熱單元通過所述連接器與相鄰的單元連結(jié)，從而可形成期望的形狀和/或大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚熱單元，其特征在于所述太陽能聚熱單元的投影形狀為正多邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能聚熱單元，其特征在于所述太陽能聚熱單元具有兩個或兩個以上連結(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的太陽能聚熱單元，其特征在于所述太陽能聚熱單元使用氮氧化鈦或氮氧化鋁薄膜作為選擇吸收膜，并使用二氧化硅氣凝膠作為透明絕熱材料。
5.一種太陽能聚熱板，其特征在于聚熱板和熱介質(zhì)用管道與透明絕熱材料形成為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能聚熱板，其特征在于所述聚熱板覆蓋有MOxNy選擇吸收膜，其中M是Ti或Al，所述透明絕熱材料是二氧化硅氣凝膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽能聚熱板，其特征在于所述透明絕熱材料是通過使二氧化硅濕凝膠超臨界干燥而得到的二氧化硅氣凝膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述太陽能聚熱板，其特征在于在所述聚熱板上連接有所述熱介質(zhì)用管道。
全文摘要
太陽能聚熱板，太陽能聚熱板單元是聚熱板及熱介質(zhì)用管道與透明絕熱材料形成一體的結(jié)構(gòu)。在聚熱板上覆蓋有MOxNy選擇吸收膜，M是Ti或Al。透明絕熱材料是二氧化硅氣凝膠。透明絕熱材料內(nèi)部埋設(shè)有聚熱板，提高了透明絕熱材料的強度?？梢詫⒍趸铓饽z這樣的絕熱材料使用于太陽能聚熱板的絕熱材料，無間隙地密封選擇吸收膜、聚熱板、熱介質(zhì)用管道，不會引起空氣對流，絕熱性能優(yōu)良，并使板輕量化、簡單化。太陽能聚熱板單元具有連接器，通過連接器與相鄰的單元連結(jié)，可形成期望形狀和/或大小。其投影形狀為正多邊形。相互連接該單元時，可自由設(shè)定形狀和/或大小，通過在連接器的材質(zhì)、形狀上改進，不但可構(gòu)成為平面形狀，也可為三維、曲面等。
文檔編號F24J2/46GK1890511SQ20048003597
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者會澤守, 后藤裕介, 和泉博明 申請人:株式會社達耐時