专利名称：一种聚合物基太阳能集热器的制作方法
技术领域：
本发明专利属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种聚合物基太阳能集热器。
背景技术：
能源和环境是当今世界关注的两大主题。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频 告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光 计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。太阳能是地球上最根本的能源，地球每年 接收的太阳能总量为1 x 1018kff h，相当于5X 1014桶原油，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳能利用包括太阳能的光热利用和光电利用，其中太阳能热利用是可再生能源技术领域 商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。已经形成了各种类型的太阳能集热器，用于 取暖、制冷、通风、烘干、冶炼、洗浴、灌溉、养鱼、发电等许多方面。目前太阳能集热器主要使用玻璃和金属材料来制备，在我国又以全玻璃真空集热 管为市场主导产品。它的结构类似拉长的暖水瓶，内管外表面上选择性吸收涂层是其关键 技术。其中涂层采用的普遍是多层渐变的A1-N/A1太阳选择性吸收涂层。这一技术是清华 大学殷志强教授和他的同事们于1984年发明(专利号为85100142. 4)。镀膜是在真空条件 下，利用直流磁控反应溅射镀膜的原理，制造具有渐变A1-N/A1选择吸收表面的全玻璃真 空集热管。聚合物管材由于价格便宜，加工容易，耐腐蚀性好，机械性能佳等优点在市政及居 民用给水排水系统中已经大量的取代传统的金属、钢筋混凝土管材。近年来，用于输送热水 的塑料管道也不断出现，诸如，热水输送和地板采暖用PP_R(无规共聚聚丙烯)、PB(聚丁 烯)、塑料管道，以及太阳能热水器用PE-RT(耐热聚乙烯)、PEX(交联聚乙烯)输水管道， 它们的市场规模也在不断扩大。但是，总的来说，聚合物材料由于其低的热导率，较差的耐 热性过去往往比较少用于太阳能集热器材料。随着高分子材料合成技术以及高导热，耐高 温聚合物复合材料、光热高分子复合材料的制备技术的不断成熟，以及各种新型的太阳能 集热选择涂层和涂覆技术的不断涌现，从而使聚合物材料来制备太阳能集热器成为可能。目前国内外已经有一些关于塑胶太阳能集热管的技术研究，例如中国专利号为 87200237的实用新型专利公开了一种使用高密度聚乙烯的太阳能集热管，该实用新型专利 选用优质耐候性高密度聚乙烯树脂制成塑料集热管，管道结构采用盘管形式在露天紧密排 列。又如中国专利申请号为03159696. 7的发明专利公开了一种塑胶集热管的材料配方，树脂 基体为三元乙丙橡胶，采用炭黑作为吸热剂，在25°C气温，风力2 3级的环境状况下，制成 的片材阳光暴晒4小时后表面温度可以达到50°C。目前国外也有一些塑胶太阳能集热器产 品，其树脂基体也主要是三元乙丙橡胶。但是，总的来说，目前存在着的这些塑胶太阳能集热 器普遍存在着集热效果不佳，保温效果差的缺点，同时这类产品的传热效果往往也不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集热效率高、保温效果好，耐用的聚合物基太阳能集热器。本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的一种聚合物基太阳能集热器，由聚合物玻璃盖板、聚合物集热管、聚合物保温反光 板组成，所述聚合物集热管处于聚合物玻璃盖板和聚合物保温反光板之间，所述聚合物玻 璃盖板由聚碳酸脂、烯烃环烯烃共聚物、PET、PBT、PMMA中的一种或多种材料制备而成，所述 聚合物集热管由聚合物基体添加吸热剂、导热剂、相容剂制备而成。所述聚合物保温反光板由反光层、保温层和结构层共同组成，反光层采用铝板或 不锈钢板，保温层采用聚烯烃发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氨酯发泡塑料、矿棉中的一 种或多种制备而成，结构层采用聚乙烯、聚丙烯、ABS、PS中的一种或多种制备而成。上述技术方案中，所述聚合物玻璃盖板和聚合物集热管的加工制备方法采用注 塑、模压成型或挤出成型，所述聚合物保温反光板的成型方法采用挤出、压延、滚塑中的一 种或多种结合。所述聚合物集热管也可以由聚合物基体添加导热剂和相容剂成型后，再镀上光选 择性薄膜而成。所述聚合物基体采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸脂、乙丙橡胶、聚苯硫醚、尼龙、PET、 或 PBT。所述导热剂采用氧化铝、石墨、碳化硅、碳纤维、石英粉或氧化镁。所述相容剂采用PE接枝马来酸酐、PP接枝马来酸酐或P0E接枝马来酸酐，PE接 枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PP接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或P0E接枝甲基丙烯酸缩水甘油 酯，氯化聚乙烯或SBS。所述光选择性薄膜采用涂料镀膜、电镀膜、真空镀膜或磁控溅射。所述光选择性薄膜采用涂料镀膜，所用涂料由吸热剂和涂料基体组成，所述吸热 剂采用硫化铅、碳黑、氧化铜或铁锰铜复合氧化物，所述涂料基体采用丙烯酸树脂、氨基树 脂、醇酸树脂或有机硅。所述吸热剂采用硫化铅、碳黑、氧化铜或铁锰铜复合氧化物。所述聚合物保温反光板的结构为平板或者设有凹槽的弯曲板。本发明针对目前塑胶太阳能集热产品的诸多缺点，提供一种聚合物基太阳能集热 器，该聚合物基太阳能集热器由聚合物玻璃盖板，聚合物集热管，聚合物保温反光板共同组 成，创新的结构设计确保集热器具有更佳的集热效率和保温效果。优化的集热管道配方确 保集热器的抗光、氧老化性更佳，集热效果更好。本发明聚合物基太阳能集热器还具有加工 方便、成本低、效率高、应用广、寿命长等优点，可广泛应用于各企业、事业单位、学校、家庭 及其他所需要热水的单位及个人，供淋浴、洗涤等用。既可以作为太阳能热水器用集热器， 也可以作为室内取暖器。
图1为本发明的结构示意图，其中1为聚合物集热管，2为聚合物玻璃盖板，3为聚 合物保温反光板；图2为本发明的俯视图；图3为本发明的聚合物保温反光板的结构示意图，其中31为反光层，32为保温层，33为结构层。
具体实施例方式本发明的结构如附图1、附图2所示，由三部分组成，即聚合物集热管1，聚合物玻 璃盖板2，聚合物保温反光板3。聚合物玻璃盖板2放置在最外层，起到保温和保护内部聚合物集热管1的作用， 同时高透光率保证下层集热管的集热效果。具体材质选用高透明聚碳酸酯类(PC)材料、 0)((环烯烃共聚物)、？￡1\ 81\ —中的至少一种。优选聚碳酸酯类材料。成型方法选用 模压，挤出或者注射成型，优选挤出成型。聚合物玻璃透光率超过80%，户外使用寿命超过 10年。聚合物集热管1位于玻璃盖板2之下，保温反光板3之上，由粘结在保温反光板3 和玻璃盖板2之间的管卡固定。所用材料由聚合物基体添加吸热剂、导热剂、增溶剂等制备 而成、或者由聚合物基体添加导热剂、增溶剂等成型后再镀光选择性吸收膜而成。成型方法 选用模压，挤出或者注射成型，优选挤出成型。所用聚合物基体选自聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸 脂、乙丙橡胶、聚苯硫醚、尼龙、PET、PBT中的至少一种。优选PE-RT(耐热聚乙烯)或乙丙 橡胶。所用导热剂选自氧化铝、石墨、碳化硅、碳纤维、石英粉、氧化镁中的至少一种。优选 鳞片石墨材料。所用吸热剂选自于硫化铅，碳黑、氧化铜、铁锰铜复合氧化物中的至少一种， 优选炭黑和硫化铅。所述相容剂选自PE、PP、P0E接枝马来酸酐；PE、PP、P0E接枝甲基丙烯 酸缩水甘油酯；氯化聚乙烯，SBS中的至少一种。优选PE接枝马来酸酐。所述镀膜方法选 自涂料镀膜、电镀膜、真空镀膜、磁控溅射中的其中一种，优选涂料镀膜。所用吸热涂料通过 在涂料基体中添加吸热剂制备而成。聚合物保温反光板3位于最下层，起到反射太阳能以增强太阳能集热管1集热效 率的作用，此外还可以起到保温作用。聚合物保温反光板3采用三层结构设计，其结构如附 图3所示，分别由上层反光层31，中间结构层32和下层结构层33共同构成。三层之间通过 胶黏剂或直接热压粘结在一起。聚合物保温反光板3的形状可选平板型或者凹槽型中的至 少一种，优选凹槽型，以达到更好的汇聚太阳光的作用。聚合物保温反光板3的成型方法选 自挤出、压延、滚塑中的至少一种。优选挤出-滚塑结合的成型方法。反光层31选自铝板、 不锈钢板中的至少一种。优选铝板。保温层32选用聚苯乙烯发泡塑料、聚氨酯发泡塑料、 矿棉中的至少一种。优选聚氨酯发泡塑料。结构层33选自聚乙烯、聚丙烯、ABS、PS中的至 少一种。优选聚乙烯材质。作为一个较佳的实施例，具体介绍如下聚合物玻璃盖板2选用厚度为1mm的聚碳酸酯玻璃，透光率达到85%。采用挤出 成型工艺。面积大小800mmX 1200mm。中间聚合物集热管1采用聚合物树脂添加传热剂、吸热剂、增容剂后经挤出成型。 聚合物树脂选用PE-RT管材专用料100份，传热剂选用鳞片状石墨10份，吸热剂选用炭黑 10份，相容剂选用PE接枝马来酸酐5份。树脂基体、传热剂、吸热剂、相容剂经高速混合机 搅拌混合后经双螺杆挤出机挤出造粒，然后经挤出机加工制备成管材。聚合物集热管1的 口径为①47mmX 1200mm。一端利用同材质堵头热熔密封。数量为10根。聚合物保温反光板3采用三层结构设计，其中反光层31采用厚度为0. 2mm的薄铝板、保温层32选用lcm厚的硬质聚氨酯发泡塑料，结构层33选用2mm厚的高密度聚乙烯层， 三层结构采用挤出、滚塑成型。并热压成凹槽型。凹槽型反光保温板大小800mmX 1200mm。对上述聚合物基太阳能集热器进行太阳能集热实验，其结果如下在晴天将聚合 物基太阳能集热器以相对地面45度面朝阳光放置，聚合物管道内装温度为23°C自来水，在 集热管上端放置0 100摄氏度的温度计测水温。现场测试时，天气晴朗，最高气温28°C， 风级1 2级，在上午10. 00开始实验，每隔1小时测试水温结果。水温结果:10:00am23°C ；11:00am 31 °C ； 12:00am 47°C ； 13:00am 59°C ； 14:00am 63°C ；15:00 ；63°C。
权利要求
一种聚合物基太阳能集热器，其特征在于由聚合物玻璃盖板、聚合物集热管、聚合物保温反光板组成，所述聚合物集热管处于聚合物玻璃盖板和聚合物保温反光板之间，所述聚合物玻璃盖板由聚碳酸脂、烯烃环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种材料制备而成，所述聚合物集热管由聚合物基体添加吸热剂、导热剂、相容剂制备而成，所述聚合物保温反光板由反光层、保温层和结构层共同组成，反光层采用铝板或不锈钢板，保温层采用聚烯烃发泡塑料、聚苯乙烯发泡塑料、聚氨酯发泡塑料、矿棉中的一种或多种制备而成，结构层采用聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚苯乙烯PS中的一种或多种制备而成。
2.根据权利要求1所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述聚合物玻璃盖板和 聚合物集热管的加工制备方法采用注塑、模压成型或挤出成型，所述聚合物保温反光板的 成型方法采用挤出、压延、滚塑中的一种或多种结合。
3.根据权利要求1所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述聚合物集热管由聚 合物基体添加导热剂和相容剂成型后，再镀上光选择性薄膜而成。
4.根据权利要求1或3所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述聚合物基体采 用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸脂、乙丙橡胶、聚苯硫醚、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、或聚 对苯二甲酸丁二醇酯PBT。
5.根据权利要求1或3所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述导热剂采用氧 化铝、石墨、碳化硅、碳纤维、石英粉或氧化镁。
6.根据权利要求1或3所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述相容剂采用PE 接枝马来酸酐、PP接枝马来酸酐或POE接枝马来酸酐，PE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、PP 接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，氯化聚乙烯或苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS。
7.根据权利要求3所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述光选择性薄膜的镀 膜采用涂料镀膜、电镀膜、真空镀膜或磁控溅射中的一种或几种。
8.根据权利要求3所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述光选择性薄膜采用 涂料镀膜，所用涂料由吸热剂和涂料基体组成，所述吸热剂采用硫化铅、碳黑、氧化铜或铁 锰铜复合氧化物，所述涂料基体采用丙烯酸树脂、氨基树脂、醇酸树脂或有机硅。
9.根据权利要求1所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述吸热剂采用硫化 铅、碳黑、氧化铜或铁锰铜复合氧化物。
10.根据权利要求1或2所述的聚合物基太阳能集热器，其特征在于所述聚合物保温反 光板的结构为平板或者设有凹槽的弯曲板。
全文摘要
本发明涉及一种聚合物基太阳能集热器，它由聚合物玻璃盖板，聚合物集热管，聚合物保温反光板共同组成。聚合物基太阳能集热器所有主要部件全部采用聚合物材料，集热器具有结构设计合理、集热效果好的优点，同时具有加工方便、成本低、效率高、应用广、寿命长等特点，该聚合物基太阳能集热器既可以作为太阳能热水器用集热器，也可以作为室内取暖器。
文档编号F24J2/00GK101852497SQ20101011546
公开日2010年10月6日 申请日期2010年2月26日 优先权日2010年2月26日
发明者刘咏平, 宋科明, 林少全 申请人:广东联塑科技实业有限公司