一种复合式平板型太阳集热板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种复合式平板型太阳集热板。该平板型太阳集热板是由集热板、黑铬选择性吸收膜、热介质用金属管道以及透明绝热材料复合形成的一体化结构通过形状记忆合金的管接头连接而成。本实用新型专利技术采用黑铬和ＳｉＯ２气凝胶的完美结合，使得黑铬选择性吸收膜牢固的结合在集热板上；解决了制约ＳｉＯ２气凝胶生产太阳集热板的关键问题。记忆合金在接头上的应用，使一体化结构单元更加方便的组合，且密封性良好。此外利用ＳｉＯ２气凝胶的透明绝热特性，并且无间隙地密封选择吸收膜、集热板和热介质用管道，不仅提高太阳能热利用效率，而且显著地提高了透明绝热材料的强度，还可使平板型太阳集热器轻量化、简单化以及小型化。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种平板型太阳集热器用复合式太阳集热板，属于太阳能热利用 领域，进一步属于太阳能与建筑一体化领域。
技术介绍
随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求将不断增加，开发和 利用新能源(特别是太阳能)具有重要的意义。利用太阳能的途径很多，主要有太阳能热 利用、热动力、热发电及光电直接转换等。目前应用最广的太阳能利用装置中，都有两个关 键的部件-吸收太阳辐射并转化为热能的吸收板和能透过太阳辐射并能减小热传导引起 的热损和阻止长波热辐射以降低热损的透明隔热盖板。随着太阳能利用研究工作的不断发展，诞生了许多新材料和新技术，如光谱选择 性涂层、真空集热管以及各类透明隔热材料和器件等。其中的透明隔热材料(Transparent Insulation Materials (简称TIMs))以其高的透过率和良好的抑制对流热损的能力倍受青睐。随着环境问题和能源问题的日益严重，太阳能作为取之不尽、用之不竭的新型清 洁能源，其利用领域和程度日益受到世界各国广泛关注，迫切需要提高太阳集热板热转化 效率。透明隔热材料或部件是太阳集热器中十分关键的部件之一。正如周知，太阳集热 板主要分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集 热板的主流。然而，平板型集热板因其对流、传导引起的热损失大，与真空管型相比，更需要高 效绝热。作为现有的平板型的绝热方法，有使用双重玻璃和透明蜂窝结构等，在底部使用聚 氨酯泡沫保温材料或纤维隔热保温材料。为了获得好的隔热保温效果，该结构导致集热板重量增大。为了提高平板型太阳集热板的热转化效率而开展了各种研究工作，在日本专利特 开9-217961号公报、日本专利特开2002. 130835号公报以及很多文献中均有报导。SiO2气凝胶因其具有独特的纳米孔结构和高的孔隙率高，是目前所发现固体材料 中热传导系数最低的一种轻质绝热材料，作为超级绝热材料而被周知，而且，其可见光透过 率高，比重轻(约为100kg/m3)，是非常理想的太阳集热板用透明绝热材料。但是，SiO2气凝 胶的机械强度低，使用过程中需特别注意，到目前为止其成功使用的案例并不多见，如日本 专利特开平9-217961和日本专利特开2002-130835和中国专利CN1890511A。它们主要是 通过在吸热板上铺满块状的SiO2气凝胶，由此形成绝热层。但是，这种结构通常会因吸热板 和SiO2气凝胶之间的间隙而引起空气对流导致热损失问题。此外，因SiO2气凝胶的机械强 度非常弱，存在装配过程中易被损坏的问题。中国专利CN1890511A公开了一种太阳集热板 结构单元。虽然该专利可提高设置太阳集热板形状的自由度，但是，该太阳集热单元需通过 较多的连接器装置才能形成太阳集热板整体结构，其不仅增加了安装难度，造成费工费时，且易导致太阳集热板结构单元的损坏，从而造成使用难度增加。另一方面，其选择性吸收膜为TiOxNy，由于该选择性吸收膜与铜吸热板界面结合力较差，在超临界干燥过程中，常因二 者的热膨胀系数不同产生的热应力导致TiOxNy膜从铜吸热板上脱落，而使吸收的太阳能 无法有效地传递给吸热板，导致热转化效率达不到预期效果。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本技术的目的在于提供一种简化平板结构和绝热性能 明显优于现有技术水平以及选择性吸收膜与铜吸热板具有较好的结合力而带来高的热转 换效率的太阳集热板。本技术的复合式平板型太阳集热板，由集热板、黑铬选择性吸收膜、热介质用 金属管道以及透明绝热材料所复合形成的一体化结构单元拼接而成，所述的热介质用金属 管道结合于集热板的一面，在集热板的另一面涂覆有黑铬选择性吸收膜(黑铬选择性吸收 膜的厚度范围为10 50 μ m,优选20 30 μ m)；透明绝热材料将结合有热介质用金属管道 和涂覆有黑铬选择性吸收膜的集热板包含在内，形成一体化结构单元。热介质用金属管道 的两端分别连接有一个能与其它一体化结构单元连接的管接头，所述的管接头材料为铜基 或钛镍形状记忆合金。所述的形状记忆合金为CuZnAl系、CuAlNi系或TiNi系。优选为CuZnAl系或 CuAlNi 系。所述的透明绝热材料为SiO2气凝胶。所述的一体化结构单元是边长为800-1200mmX 150_250mm，厚度为15_25mm的长 方体；作为集热板和热介质用金属管道的金属材料种类没有特别限定，优选热传导性良好 的铜。本技术的有益效果1、本技术可以通过所述管接头连结相邻的一体化结构单元，从而可形成所需 要的复合式平板型太阳集热板的尺寸大小。由于本技术的一体化结构单元的大小及独 特的长方体形状比较合理，只设置了少量的管接头，就可以很简单的将结构单元连接在一 起，形成整体的平板型太阳集热板。此外关键是首次选取了铜基或钛镍形状记忆合金为管 接头的材料应用到太阳集热板的制造领域中来，其利用形状记忆合金的单程形状记忆效应 的单向形状恢复，即形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状；接口 紧密，滴水(油)不漏。其密封效果远胜于焊接，且操作简便、实用以及结构非常紧凑。因 此，特别适用于太阳能与建筑一体化用的高效平板集热器。2、集热板涂覆有黑铬选择性吸收膜，黑铬具有与氮氧化钛同样的较好地吸收太阳 辐射波长光而不向外辐射红外线波长光的性质，但通常氮氧化钛涂层是采用磁控溅射方法 形成的，其与集热板的结合力较差，在超临界干燥时，尤其采用高温超临界干燥时，因热应 力的影响，极易导致选择性吸收膜结合不牢固而从集热板基体上脱落，而且易破裂；这也是 制约利用SiO2气凝胶制备太阳集热板的主要原因。专利技术人统计采用氮氧化钛涂层与SiO2 气凝胶制备复合一体化单元，氮氧化钛涂层脱落率达到50%以上。而黑铬则采用电化学方 法沉积的方法涂覆在集热板上，其比氮氧化钛有更好的结合力；无论采用低温超临界干燥 工艺还是高温超临界干燥工艺均能实现选择性吸收膜牢固完整的结合到集热板上；黑铬选择性吸收膜完全无脱落，几乎无破裂现象。目前还没有人将黑铬选择性吸收膜与SiO2气凝 胶结合，而且这两者的结合带来了很好的效果；本技术的太阳集热板一体化结构单元 热传导系数低于0. 82W/m2*K;出口热介质温度可提高51%以上，所以这是本技术的又一重要优势。3、SiO2气凝胶因为孔隙率高且热传导率极低，作为高性能绝热材料被周知，并且， 因为可见光透射率高，且比重低(约为100kg/m3)，非常适合用作太阳能集热板的透明绝热 材料。4、虽然SiO2气凝胶的强度非常低，但是在本技术中，由于SiO2气凝胶被内部 复合的集热板所增强，提高了 SiO2气凝胶的实用性。随后，SiO2气凝胶被玻璃和聚合物等 所包覆，还可进一步提高强度，从而满足实用性要求。5、此外，本技术的一体化结构单元，因为涂覆有选择性吸收膜的集热板和管 道被SiO2气凝胶所整体包覆，它们之间没有间隙，所以不会引起空气对流，该一体化结构单 元的绝热性能非常优良。附图说明图1为本技术的一体化结构单元的示意图；图中1为集热板，2为热介质用金属管，3为SiO2气凝胶，4为管接头。图2为制备一体化结构单元的工艺流程图；图中1为集热板，2为热介质用金属管，3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合式平板型太阳集热板，其特征在于：由集热板、黑铬选择性吸收膜、热介质用金属管道以及透明绝热材料所复合形成的一体化结构单元拼接而成，所述的热介质用金属管道结合于集热板的一面，在集热板的另一面涂覆有黑铬选择性吸收膜；透明绝热材料将结合有热介质用金属管道和涂覆有黑铬选择性吸收膜的集热板包含在内，形成一体化结构单元，所述的热介质用金属管道的两端分别连接有一个能与其它一体化结构单元连接的管接头，所述的管接头的材料为铜基或钛镍形状记忆合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斌，卢孟磊，
申请(专利权)人：东莞市创一新材料科技有限公司，长沙星纳气凝胶有限公司，
类型：实用新型
国别省市：44[中国|广东]