一種聚合物太陽能集熱器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種集熱器，尤其是涉及一種聚合物太陽能集熱器。本發(fā)明還公開了 本聚合物太陽能集熱器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。在新能源的開發(fā)和利用 中，太陽能的光熱利用已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，部分解決了民用和工業(yè)用熱問題，產(chǎn)生了 巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0003]目前的中低溫太陽能集熱器主要包括全玻璃真空管太陽能集熱器和平板集熱器， 這兩種集熱器所用的材料一般為金屬或玻璃。如申請公布號為CN102506508A的專利文 件公開的一種真空管太陽能集熱板，包括平行并排的至少兩根真空集熱管，相鄰兩根真空 集熱管間有間隙并由粘接材料粘接，以使該至少兩根真空集熱管形成真空板，該間隙中有 該粘接材料。申請公開號為CN101424457A的專利文件公開了一種太陽能集熱板，這種太 陽能集熱板采用拉制長條狀鋁或鋁合金平面板，板背部整體成型與板通常的液體流通的管 道，平面板及管道實(shí)心的截面積在〇. 8-5cm2,管徑的截面積在0. 1-1. 5cm2,平面板的寬度為 4-20cm。這兩種集熱器一般存在如下缺點(diǎn)：
[0004] 1)所用的材料為金屬和玻璃，這些材料比較重，給運(yùn)輸和安裝帶來不便；
[0005] 2)這兩種集熱器的裝配比較復(fù)雜，需要耗費(fèi)大量的人工，增加了人工成本；
[0006] 3)這兩種集熱器水箱一般置于吸熱板的上方，影響產(chǎn)品的美觀并限制了產(chǎn)品的多 樣化。
[0007] 盡管之前有關(guān)于塑料集熱器的專利報(bào)道，如申請公開號為CN1527005A的專利文 件公開的一種板式太陽能集熱板，它包括集熱芯、底板、蓋板和邊框，其中集熱芯設(shè)置在底 板、蓋板和邊框所圍成的空間內(nèi)，集熱芯、底板、蓋板和邊框均采用塑料材料，集熱芯設(shè)置選 擇性吸收涂層，蓋板為透明塑料板，但是這些專利中的塑料集熱器產(chǎn)品并沒有充分體現(xiàn)塑 料容易加工成型的優(yōu)點(diǎn)，其管路設(shè)計(jì)及集熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)沒有突破傳統(tǒng)集熱器的限制，多 為管翼式結(jié)構(gòu)，同時(shí)，由于塑料的導(dǎo)熱性差，這也限制了其光熱轉(zhuǎn)化效率的提高。另外，目前 的塑料集熱器存在的最大的問題是不具有選擇性吸收特性。所謂選擇性吸收特性是指材料 對太陽光具有高吸收，使得太陽能盡可能多的轉(zhuǎn)化為熱能，同時(shí)轉(zhuǎn)化的熱能后，材料的發(fā)射 系數(shù)小，減少了輻射熱損失。高選擇性吸收低發(fā)射特性材料在平板集熱器和全玻璃真空管 集熱器中使用非常廣泛，一般采用濺射或化學(xué)法制作，顏色也局限為黑色和藍(lán)色。但是這些 傳統(tǒng)的制作選擇性吸收涂層的方法很難在聚合物基底上實(shí)現(xiàn)。因此，目前的塑料集熱器完 全不具備選擇性吸收特性。一般而言，塑料材料只要做成黑色，很容易達(dá)到高的吸收率，但 是發(fā)射率也往往很高，大于80%，如此高的發(fā)射率導(dǎo)致了集熱器的效率非常低。同時(shí)單調(diào)的 顏色不利于其與建筑的結(jié)合，破壞了建筑美感。需要指出的是，在平板集熱器和全玻璃真空 管集熱器中，一般是將具有高吸收的涂層沉積在金屬基底上，涂層的低發(fā)射特性來自于金 屬基底。然而，聚合物集熱器采用高分子材料，高分子一般不具備低發(fā)射特性，因此需要針 對聚合物特性研究新型的選擇性吸收材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種安裝便利，光熱轉(zhuǎn)化效率更高的新型太陽能集熱器。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] -種聚合物太陽能集熱器，包括蓋板和邊框，邊框內(nèi)設(shè)有聚合物吸熱板芯，其特征 是：所述聚合物吸熱板芯的背面設(shè)有呈扁平結(jié)構(gòu)的聚合物水箱；所述邊框與聚合物吸熱板 芯、聚合物吸熱板芯與聚合物水箱、邊框與聚合物水箱之間填充有聚合物保溫材料；所述聚 合物吸熱板芯能呈現(xiàn)不同的色彩；所述聚合物吸熱板芯上設(shè)有若干條吸熱通道，所述吸熱 通道上設(shè)有能生成多種吸收光譜的高選擇性吸熱涂層；所述若干條吸熱通道構(gòu)成吸熱水 路；所述吸熱水路中介質(zhì)的流動方式是上進(jìn)上出、上進(jìn)下出、下進(jìn)上出、下進(jìn)下出的任何一 種；所述聚合物水箱內(nèi)設(shè)有水路；所述聚合物水箱上設(shè)有水路粘連點(diǎn)和水路粘連線；所述 水路粘連線是直線形或弧線形；所述水路粘連點(diǎn)和水路粘連線使水路中介質(zhì)的流動方式是 上進(jìn)上出、上進(jìn)下出、下進(jìn)上出、下進(jìn)下出的任何一種；所述蓋板、聚合物水箱、聚合物吸熱 板芯、吸熱通道和聚合物保溫材料均由具有阻燃特性的聚合物材料制成。
[0011] 所采用的聚合物材料可以是塑料如PP、PE、PC、ABS、PET等，和橡膠如天然異戊橡 膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠等，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同要對 這些集合物材料進(jìn)行耐高溫和增韌改性。
[0012] 聚合物水箱可以采用吹塑的方法或雙板真空吸塑熱壓成型的方式加工制成。聚合 物水箱包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有水路。殼體的橫截面呈矩形，殼體上設(shè)有若干個與水路相通的 水路粘連點(diǎn)和若干條水路粘連線。水路粘連點(diǎn)通過連接管道與聚合物吸熱板芯上的吸熱通 道相通。
[0013] 殼體上還設(shè)有與水路相通的水路入口和水路出口。水路入口和水路出口可以位于 同一水平面，也可以上下錯列排布，從而使聚合物水箱的水路結(jié)構(gòu)可以是上進(jìn)上出、上進(jìn)下 出、下進(jìn)上出、下進(jìn)下出的任何一種方式。聚合物水箱的殼體與水路粘連形成水路粘連線， 殼體與水路粘連的地方，水路被斷開。水路粘連線可以呈線性結(jié)構(gòu)，也可以呈弧線結(jié)構(gòu)。通 過水路粘連線在不同區(qū)域的分布，從而在上進(jìn)上出、上進(jìn)下出、下進(jìn)上出、下進(jìn)下出四種結(jié) 構(gòu)方式中選擇聚合物水箱的水路結(jié)構(gòu)。
[0014] 本發(fā)明的工作原理如下：
[0015] 設(shè)有高選擇性吸熱涂層的吸熱通道吸收太陽能，并將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。在吸熱 通道內(nèi)流動的工質(zhì)吸收熱能升溫。由于吸熱通道與聚合物水箱通過連接管道和水路粘連點(diǎn) 相連通，升溫后的工質(zhì)與聚合物水箱內(nèi)的工質(zhì)相通，熱量從吸熱通道內(nèi)的工質(zhì)傳到聚合物 水箱的工質(zhì)，從而使工質(zhì)的整體溫度上升。邊框與聚合物吸熱板芯、聚合物吸熱板芯與聚合 物水箱、邊框與聚合物水箱之間填充的聚合物保溫材料能有效地保證工質(zhì)的溫度，避免工 質(zhì)在長時(shí)間放置時(shí)溫度大幅下降。
[0016] 工質(zhì)在聚合物吸熱板芯上流動，吸收熱能升溫。由聚合物吸熱板芯的吸熱結(jié)構(gòu)劃 分，本聚合物太陽能集熱器可以是聚光型聚合物太陽能集熱器，也可以是全流道型聚合物 太陽能集熱器。
[0017] 若聚合物吸熱板芯是聚光型聚合物吸熱板芯，集熱器為聚光型聚合物太陽能集熱 器，此時(shí)，聚合物吸熱板芯是聚光型吸熱板芯，聚合物吸熱板芯可以包括若干條吸熱管和若 干條聚光槽，吸熱管安裝在聚光槽內(nèi)，若干條吸熱管連通構(gòu)成吸熱水路。吸熱管上設(shè)有能生 成多種吸收光譜的高選擇性吸熱涂層。此時(shí)，聚合物吸熱板芯上的吸熱通道是吸熱管，吸熱 管的截面形狀可以是圓形、橢圓形、多邊形、弧形、扇形、月牙形的任何一種，聚光槽的截面 形狀可以是半圓形、橢圓形、弧形、拋物線形、復(fù)合拋物線的任何一種。
[0018] 本發(fā)明還公開上述聚光型聚合物太陽能集熱器的制造方法，其步驟如下：
[0019] A.首先采用吹塑、擠出和雙板真空吸塑熱壓成型方式的任何一種加工得到涂覆有 高選擇性吸熱涂層的聚合物吸熱管；
[0020] B.然后采用吹塑的方式加工或采用雙板真空吸塑熱壓成型的方式加工得到聚合 物水箱；
[0021 ]C.隨后采用聚氨酯原位發(fā)泡的方法將聚合物水箱包裹，此時(shí)，邊框、保溫材料及聚 光槽都為聚氨酯材料，在發(fā)泡的過程中一次同時(shí)成型；
[0022] D.將反光貼膜置于聚光槽上，并將高選擇性聚合物吸熱管置于反光貼膜上，組裝 得到聚合物聚光聚合物吸熱板芯；
[0023] E.將透明蓋板覆蓋在聚合物聚光聚合物吸熱板芯上方，并在保溫材料和邊框外部 噴涂聚合物保護(hù)層，得到聚合物聚光太陽能集熱器。
[0024] 聚光型聚合物太陽能集熱器，這種集熱器所有的材料均為聚合物，充分利用聚合 物材料輕、容易加工成型的優(yōu)點(diǎn)，制作了聚合物聚光太陽能集熱器，這種集熱器非常容易組 裝，全部的安裝過程不用任何螺絲或鉚釘，極大的提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)，由于聚合物非常 容易成型，因此可以在不增加任何管路或機(jī)械機(jī)構(gòu)的前提下，按照使用要求設(shè)計(jì)各種水路； 另外，將聚光機(jī)構(gòu)引入聚合物集熱器中，使得太陽光可以聚集到吸熱管中，避免了由于聚合 物導(dǎo)熱系數(shù)低引起的熱損失。最重要的是，吸熱管具有選擇性吸收的特性，對太陽光吸收率 很高，發(fā)射率低，而且吸熱板芯的顏色可以多變，能做成彩色。在吸熱管上的高選擇性吸熱 涂層能吸收不同波段的光，從而生成不同的吸收光譜，在可見光區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)不同的顏色，使集 熱板的色彩不再局限于黑色或藍(lán)色，為建筑外部裝飾提供了多種選擇。
[0025] 當(dāng)聚合物吸熱板芯是聚光型聚合物吸熱板芯，集熱器為聚光型聚合物太陽能集熱 器時(shí)，聚合物太陽能集熱器還可以呈一維結(jié)構(gòu)，即一維聚合物太陽能聚光集熱器；聚合物太 陽能集熱器上設(shè)有外形呈一維線性結(jié)構(gòu)的聚光結(jié)構(gòu)。
[0026] 呈一維線性結(jié)構(gòu)的聚光結(jié)構(gòu)包括流體通道和包裹在流體通道外的聚合物吸光層， 在聚合物吸光層外還設(shè)有聚合物反光膜，聚合物反光膜與聚合物吸光層之間還設(shè)有透光 層，聚合物吸光層上設(shè)有能生成多種吸收光譜的高選擇性吸熱涂層。此時(shí)，聚合物吸熱板芯 上的吸熱通道是流體通道。聚合物吸光層可以由涂覆有高選擇性吸熱涂層聚合物制成，也 可以由表面涂覆有高選擇性吸熱涂層的金屬管制成的。流體通道的截面形狀可以是圓形、 橢圓形、多邊形的任何一種或這幾種圖形的組合形狀。聚合物反光膜的截面形狀可以是半 圓形、橢圓形、弧形、拋物線形、復(fù)合拋物線的任何一種。
[0027] 當(dāng)陽光照射在聚合物吸光層上時(shí)，聚合物吸光層將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能 傳遞給在流體通道內(nèi)流動的工質(zhì)。設(shè)在聚合物吸光層外的聚合物反光膜反射區(qū)域內(nèi)的陽