集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器的制造方法
集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法，包括：S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5～2.5:200～500；S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。該集熱材料的制備來源豐富，方法簡單，且對環(huán)境無污染。本發(fā)明將人工合成的集熱材料應(yīng)用于集熱板以及集熱器中，從而降低生產(chǎn)成本，且該集熱材料能直接噴涂在基板上，并應(yīng)用于集熱板以及集熱器中進一步減少設(shè)備投入，控制生產(chǎn)成本。
【專利說明】集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能集熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。作為21世紀(jì)最有潛力的能源，太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮?。抓住機遇，不失時機地推進太陽能的高效利用，有利于國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境的同時有利于節(jié)能環(huán)保新型社會的建設(shè)，并引導(dǎo)我國節(jié)能與節(jié)能技術(shù)隨同世界大潮迅速前進。
[0003]在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來，所以，集熱器是各種利用太陽能裝置的關(guān)鍵部分。集熱器主要分為平板型和真空管型。平板型太陽集熱器結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，采用回流排空技術(shù)，平板集熱器太陽能系統(tǒng)可以方便地解決防凍和防過熱等技術(shù)難點，是太陽能與建筑結(jié)合最佳選擇的集熱器類型之一，日益成為市場的主流選擇。
[0004]為了提高太陽能集熱器的效率，唯一有效的辦法是在保持最大限度地采集太陽能的同時盡可能減小其對流和輻射熱損，因此采用集熱器中用于吸收太陽能的集熱板材料的選擇顯得極為重要。隨著太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展，我國對選擇性吸收材料的研究工作已有二十年的歷史，太陽集熱器的發(fā)展過程也是涂層技術(shù)的發(fā)展過程，期間經(jīng)歷了從非選擇性的普通黑漆到選擇性的硫化鉛、金屬氧化物涂料，從黑鎳、黑鉻到鋁陽極化涂層等一代接一代的更新?lián)Q代過程。
[0005]目前我國平板集熱板吸收表面主要采用鈦氮氧化物吸熱涂層和銅條帶上黑鉻選擇性涂層。在中國發(fā)明專利說明書CN101250688A中公開了一種太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，該吸收層包括吸收層和減反射層，吸收層由濺射沉積在基體上的TiN層、濺射沉積在TiN層上的TiO層以及濺射沉積在TiO層上的TiO2層構(gòu)成，減反射層位濺射沉積在TiO2層上的SiO2層。現(xiàn)有鈦氮氧化物吸熱涂層材料為目前最好的吸熱材料，其吸收率高達96%，反射率約0.2%左右，但是該涂層的制備方法為磁控濺射工藝，設(shè)備投資大，質(zhì)量難控制，因此成本較高且不利于低碳環(huán)保。
[0006]而中國發(fā)明專利說明書CN101864582A則公開了一種鋁基大面積電鍍黑鉻太陽能集熱板的制備方法。該發(fā)明的制備方法是利用三價鉻電鍍黑鉻工藝在大面積鋁板上制備高效的太陽能吸熱涂層。雖然黑鉻涂層材料也是較好的吸熱材料，其吸收率約91%左右，反射率則高達5%，吸收發(fā)射比(α / ε )接近于6~13 ;但是該種材料通常采用電化學(xué)鍍方法制備，電鍍液鍍液配置復(fù)雜，生產(chǎn)成本高且對環(huán)境有污染。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。
[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法及包含該種集熱材料的集熱板和集熱器，該集熱材料的制備來源豐富，方法簡單，且對環(huán)境無污染。本發(fā)明將人工合成的集熱材料應(yīng)用于集熱板以及集熱器中，從而降低生產(chǎn)成本，且該集熱材料能直接噴涂在基板上，進一步減少設(shè)備投入，控制生產(chǎn)成本。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種集熱材料的制備方法，包括:S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ;S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。
[0011]進一步地，在步驟S3之前，還包括步驟:將提取的該凝膠進行老化處理。
[0012]優(yōu)選地，步驟S3的具體步驟為:將該凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到該第二凝膠。
[0013]進一步地，該凝膠按照該有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。
[0014]優(yōu)選地，步驟S4具體包括:將該第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至該第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使該第二凝膠干燥；將干燥后的該第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化。
[0015]優(yōu)選地，該干燥箱的起始溫度為65°C~90°C，該炭化爐中充有高純氮氣。
`[0016]優(yōu)選地，在步驟SI中，該苯類化合物為間苯二酚或混合甲苯；該催化劑為NaOH或Na2CO30
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種集熱板，包括:透光板以及基板；該基板位于該透光板下方；該基板上面噴涂有通過上述任意一種集熱材料的制備方法所得到的集熱材料；該集熱材料與該透光板緊密相連。
[0018]優(yōu)選地，該透光板為硅氣凝膠透光板，該硅氣凝膠透光板由第一基板、第二基板以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層組成。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種集熱器，包括:保溫層、底板以及集熱板；該保溫層位于該底板以及該集熱板之間；該保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道。
[0020]通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些技術(shù)方案的特征和內(nèi)容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面通過參考附圖并結(jié)合實例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內(nèi)容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中:
[0022]圖1本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法主流程示意圖。
[0023]圖2本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法具體流程示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例的集熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實施例的吸熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖5為本發(fā)明實施例的硅氣凝膠層透光板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為本發(fā)明實施例的集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法，包括:S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ;S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。
[0029]本發(fā)明中由于甲醛和催化劑都可以采用溶液的形式加入，所以在此并未對水的體積做限定，在具體實施時，可以使步驟SI得到的溶液的稀釋比為30~120，即溶劑/溶質(zhì)為30~120，在步驟SI得到的溶液中溶劑為水，溶質(zhì)為苯類化合物、甲醛以及催化劑。在實施時，苯類化合物可以采用間苯二酚或混合甲苯；而催化劑則為NaOH或Na2CO315
[0030]通過上述方法制得的集熱材料就是炭氣凝膠，炭氣凝膠是一種對輻射非常好的絕緣體，在0.25至14.3um 的廣泛波長范圍內(nèi)，炭氣凝膠的反射率反射率低于1%，一般在
0.2~0.8%范圍內(nèi)，而吸收率可達96% ;此外，由于固體傳熱僅通過狹窄的原子鏈，所以炭氣凝膠的熱導(dǎo)率非常之低，甚至低于空氣；因此炭氣凝膠也就成為了太陽能集熱器黑體吸附體的理想材料。
[0031]請參照圖2，圖2本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法流程示意圖。在具體實施時，首先進行步驟S10，將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1: 1.5~2.5:200~500。接著是步驟S20，將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠。在具體實施時，可以將溶液置于干燥箱中進行干燥。之后進行步驟S30，將提取的該凝膠進行老化處理。
[0032]然后進行步驟S40，將凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到第二凝膠。在本實施例中，該凝膠按照有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。以選擇兩個具有不同表面張力的溶劑為例，需要說明的是，選擇的溶劑，其表面張力均小于水，即步驟SlO生成的該水溶液中的溶劑。此時，該步驟S40具體為:先將凝膠浸泡在第一選擇溶劑中；接著將浸泡在第一選擇溶劑中的凝膠取出，并浸泡第二選擇溶劑，其中第二選擇溶劑的表面張力小于第一選擇溶劑的表面張力；最后將浸泡在第二選擇溶劑的凝膠取出，取出后的凝膠即為第二凝膠。該第二凝膠與步驟S20中提取的凝膠相比，其不同之處主要在于凝膠孔隙中液體表面張力的變化，在步驟S20中得到的凝膠孔隙中的液體為水，而第二凝膠孔隙中的液體在本實施例中為第二選擇溶劑。水的表面張力大于第二選擇溶劑的表面張力，而減小凝膠孔隙中液體的表面張力可以降低凝膠骨架干燥過程中所受的壓應(yīng)力，從而減少后續(xù)過程中凝膠的收縮。且本發(fā)明中選擇了至少兩個具有不同表面張力的溶劑，有梯次地降低凝膠孔隙中液體的表面張力，從而達到更好溶劑置換效果。
[0033]接著是步驟S50，將第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至該第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使該第二凝膠干燥；其中該干燥箱的起始溫度為65°C~90°C。最后是步驟S60，將干燥后的該第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化，其中該炭化爐中充有高純氮氣，從而使步驟S60在高純氮氣的氛圍下進行，如此便完成了本發(fā)集熱材料即炭氣凝膠的制備。[0034]本發(fā)明提供的集熱材料的制備方法，在將第二凝膠進行干燥時，即圖1中的步驟S4以及圖2中的步驟S50，無需采用超臨界干燥工藝，而是通過將第二凝膠置于65°C~900C的干燥箱中，并逐漸升溫直至該第二凝膠的質(zhì)量不再變化的方式，使第二凝膠干燥，從而有效地節(jié)約能源，為炭氣凝膠的批量生產(chǎn)和應(yīng)用提供了可行性的保障。
[0035]下面結(jié)合具體的數(shù)值或數(shù)值范圍，進一步闡述本發(fā)明集熱材料即炭氣凝膠的制備方法。
[0036]第一實施例
[0037]稱量5.4g間苯二酚倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醛繼續(xù)磁力攪拌，再加入0.05mol/L的NaOH溶液50ml溶液作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了兩種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，由于去離子水的表面張力大于丙酮的表面張力，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在85°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2V /h~8°C /h，優(yōu)選2V /h，當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，以1050°C為佳，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。 [0038]第二實施例
[0039]稱量6.4g混合甲苯倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醛繼續(xù)磁力攪拌，再加入0.05mol/L的NaOH溶液50ml溶液作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了三種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，第二選擇溶劑為乙醇，由于去離子水、丙酮、乙醇三者的表面張力是依次減小的，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，并浸泡在乙醇中，再一段時間后，將浸泡在乙醇中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在70°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2°C /h~8°C /h，優(yōu)選5°C /h,當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，以1050°C為佳，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。
[0040]第三實施例
[0041]稱量5.4g間苯二酚倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醒繼續(xù)磁力攪拌,再加入0.05mol/L的0.5g的Na2CO3作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了三種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，第二選擇溶劑為乙醇，由于去離子水、丙酮、乙醇三者的表面張力是依次減小的，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，并浸泡在乙醇中，再一段時間后，將浸泡在乙醇中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在85°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2°C /h~8°C /h，優(yōu)選2°C /h,當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，優(yōu)選900°C，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。
[0042]需要說明的是:上述實施例中的間苯二酚、甲醛、NaOH、Na2CO3混合甲苯的質(zhì)量或濃度并不是確定的，只需滿足間苯二酚(或混合甲苯)、甲醛、NaOH (或Na2CO3)三者的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500即可，而水的體積也可以為150ml,200ml等。
[0043]請參照圖3、圖4,本發(fā)明提供一種集熱板30,包括:透光板10以及基板22 ;該基板22位于透光板10下方；該基板22上面噴涂有通過上述任意一種集熱材料的制備方法所得到的集熱材料；該集熱材料與該透光板緊密相連。此時，噴涂在基板22上的集熱材料形成了吸熱層21，也就是說，該吸熱層21與透光板10緊密相連。在本實施例中，基板22可以采用玻璃或塑料等材料，噴涂在基板22上的由集熱材料構(gòu)成的吸熱層21的厚度為15~50um,例如是 20um 或 25um。
[0044]透光板10的作用主要有3個:一是透過太陽輻射，使其投射在吸熱層21上；二是保護吸熱層21，使其不受灰塵及雨雪的侵蝕；三是形成溫室效應(yīng)，阻止吸熱層21在溫度升高后通過對流和輻射向周圍環(huán)境散熱。一般情況下，采用鋼化玻璃作為透光板即能達到上述三個作用。
`[0045]在本實施例中，透光板10采用硅氣凝膠透光板，請參照圖5，該硅氣凝膠透光板由第一基板11、第二基板13以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層12組成，第一基板11、第二基板13可以采用玻璃或塑料等材料。當(dāng)采用如圖3中所示的透光板時，不僅能很好地達到上述的3個作用，而且吸熱層21和硅氣凝膠透光層12的結(jié)合，還可以帶來很好的效果，極大提高太陽能集熱器的集熱效率，硅氣凝膠的透光率高達90%，且密度低(僅為空氣的三倍)，熱傳導(dǎo)率低至0.013w/ rtf k，在最大程度透光的同時減少太陽能熱輻射，極大地提高集熱效率。此外吸熱層21和二氧化硅氣凝膠層12性能穩(wěn)定，長達25年各性能指標(biāo)無衰減，還可以回收利用，極大地節(jié)約資源和能源。
[0046]請參照圖6，本發(fā)明還提供一種集熱器，包括:保溫層40、底板50以及集熱板30 ；保溫層40位于底板50以及集熱板30之間；該保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道60。
[0047]保溫層40中的流體管道60用于供工質(zhì)流通，而流過流體管道60中的工質(zhì)會被太陽能加熱。本實施例中，在底板50為鍍鋅銅板。
[0048]在集熱器中采用不同結(jié)構(gòu)的集熱板，其流體管道流出的工質(zhì)的溫度也會有所不同。具體來說，當(dāng)集熱板中吸熱層21的厚度為25um時，若采用鋼化玻璃作為透光層，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 45% ;若配合硅氣凝膠透光板，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 60%;可見由由炭氣凝膠噴涂形成的吸熱層能提供高太能能的利用效率，而結(jié)合二氧化硅氣凝膠層可以帶來很好的效果，極大提高太陽能集熱器的集熱效率。當(dāng)集熱板中吸熱層21的厚度為20um時，配合硅氣凝膠透光板，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 54% ；可見，吸熱層21的厚度與集熱器的集熱效率也有很大的關(guān)系。
[0049]本發(fā)明提供了一種集熱材料的制備方法及包含該種集熱材料的集熱板和集熱器，采用集熱材料即炭氣凝膠作為吸收太陽能的主要材料，從而最大限度的采集太陽能且減少其對流和輻射熱損，高效地利用太陽能；本發(fā)明通過人工合成的方式獲得該集熱材料，對環(huán)境無污染，在有效利用能源同時不對環(huán)境造成破壞，且該制備方法中的干燥工藝采取常壓干燥工藝，能有效地節(jié)約能源，而將生產(chǎn)的集熱材料通過噴涂的方式在基板上形成吸熱層，不僅工藝簡單，且可進一步減少設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本，此外，還改善了傳統(tǒng)方法附著力較差、材料利用率不高的缺點，提高集熱效率的同時提高材料利用率。此外本發(fā)明還采用硅氣凝膠透光層與炭氣凝膠層結(jié)合，極大提高太陽能集熱器的集熱效率，而且硅氣凝膠透光層和炭氣凝膠層的性能穩(wěn)定，可回收利用，極大地節(jié)約資源和能源，對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型兩型社會具有重大的意義。
[0050]以上參照【專利附圖】
【附圖說明】了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)，可以有多種變型方案實現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集熱材料的制備方法，其特征在于，包括: 51、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，所述苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ; 52、將生成的所述水溶液加熱直至形成凝膠，提取所述凝膠； 53、將所述凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠； 54、將所述第二凝膠干燥后進行炭化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟S3之前，還包括步驟: 將提取的所述凝膠進行老化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3的具體步驟為: 將所述凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到所述第二凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的集熱材料的制備方法，其特征在于:所述凝膠按照所述有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括: 將所述第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至所述第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使所述第二凝膠干燥； 將干燥后的所述第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集熱材料的制備方法，其特征在于:所述干燥箱的起始溫度為65°C~90°C，所述炭化爐中充有高純氮氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的制備的集熱板方法，其特征在于:在所述步驟SI中，所述苯類化合物為間苯二酚或混合甲苯；所述催化劑為NaOH或Na2CO315
8.一種集熱板，其特征在于，包括: 透光板以及基板； 所述基板位于所述透光板下方； 所述基板上面噴涂有通過如權(quán)利要求1至7中任意一項所述集熱材料的制備方法所得到的集熱材料； 所述集熱材料與所述透光板緊密相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集熱板，其特征在于，所述透光板為硅氣凝膠透光板，所述硅氣凝膠透光板由第一基板、第二基板以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層組成。
10.一種集熱器，其特征在于，包括: 保溫層、底板以及如權(quán)利要求8或9中任意一項所述的集熱板； 所述保溫層位于所述底板以及所述集熱板之間； 所述保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道。
【文檔編號】C09K5/14GK103525377SQ201310462194
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】盧輝, 黃卜夫, 龔灼 申請人:安科智慧城市技術(shù)（中國）有限公司
【專利摘要】本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法，包括：S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5～2.5:200～500；S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。該集熱材料的制備來源豐富，方法簡單，且對環(huán)境無污染。本發(fā)明將人工合成的集熱材料應(yīng)用于集熱板以及集熱器中，從而降低生產(chǎn)成本，且該集熱材料能直接噴涂在基板上，并應(yīng)用于集熱板以及集熱器中進一步減少設(shè)備投入，控制生產(chǎn)成本。
【專利說明】集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能集熱器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種集熱材料的制備方法及具有該集熱材料的集熱板和集熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。作為21世紀(jì)最有潛力的能源，太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮?。抓住機遇，不失時機地推進太陽能的高效利用，有利于國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境的同時有利于節(jié)能環(huán)保新型社會的建設(shè)，并引導(dǎo)我國節(jié)能與節(jié)能技術(shù)隨同世界大潮迅速前進。
[0003]在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來，所以，集熱器是各種利用太陽能裝置的關(guān)鍵部分。集熱器主要分為平板型和真空管型。平板型太陽集熱器結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本適宜，還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，采用回流排空技術(shù)，平板集熱器太陽能系統(tǒng)可以方便地解決防凍和防過熱等技術(shù)難點，是太陽能與建筑結(jié)合最佳選擇的集熱器類型之一，日益成為市場的主流選擇。
[0004]為了提高太陽能集熱器的效率，唯一有效的辦法是在保持最大限度地采集太陽能的同時盡可能減小其對流和輻射熱損，因此采用集熱器中用于吸收太陽能的集熱板材料的選擇顯得極為重要。隨著太陽能熱利用技術(shù)的發(fā)展，我國對選擇性吸收材料的研究工作已有二十年的歷史，太陽集熱器的發(fā)展過程也是涂層技術(shù)的發(fā)展過程，期間經(jīng)歷了從非選擇性的普通黑漆到選擇性的硫化鉛、金屬氧化物涂料，從黑鎳、黑鉻到鋁陽極化涂層等一代接一代的更新?lián)Q代過程。
[0005]目前我國平板集熱板吸收表面主要采用鈦氮氧化物吸熱涂層和銅條帶上黑鉻選擇性涂層。在中國發(fā)明專利說明書CN101250688A中公開了一種太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，該吸收層包括吸收層和減反射層，吸收層由濺射沉積在基體上的TiN層、濺射沉積在TiN層上的TiO層以及濺射沉積在TiO層上的TiO2層構(gòu)成，減反射層位濺射沉積在TiO2層上的SiO2層。現(xiàn)有鈦氮氧化物吸熱涂層材料為目前最好的吸熱材料，其吸收率高達96%，反射率約0.2%左右，但是該涂層的制備方法為磁控濺射工藝，設(shè)備投資大，質(zhì)量難控制，因此成本較高且不利于低碳環(huán)保。
[0006]而中國發(fā)明專利說明書CN101864582A則公開了一種鋁基大面積電鍍黑鉻太陽能集熱板的制備方法。該發(fā)明的制備方法是利用三價鉻電鍍黑鉻工藝在大面積鋁板上制備高效的太陽能吸熱涂層。雖然黑鉻涂層材料也是較好的吸熱材料，其吸收率約91%左右，反射率則高達5%，吸收發(fā)射比(α / ε )接近于6~13 ;但是該種材料通常采用電化學(xué)鍍方法制備，電鍍液鍍液配置復(fù)雜，生產(chǎn)成本高且對環(huán)境有污染。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。
[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法及包含該種集熱材料的集熱板和集熱器，該集熱材料的制備來源豐富，方法簡單，且對環(huán)境無污染。本發(fā)明將人工合成的集熱材料應(yīng)用于集熱板以及集熱器中，從而降低生產(chǎn)成本，且該集熱材料能直接噴涂在基板上，進一步減少設(shè)備投入，控制生產(chǎn)成本。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種集熱材料的制備方法，包括:S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ;S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。
[0011]進一步地，在步驟S3之前，還包括步驟:將提取的該凝膠進行老化處理。
[0012]優(yōu)選地，步驟S3的具體步驟為:將該凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到該第二凝膠。
[0013]進一步地，該凝膠按照該有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。
[0014]優(yōu)選地，步驟S4具體包括:將該第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至該第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使該第二凝膠干燥；將干燥后的該第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化。
[0015]優(yōu)選地，該干燥箱的起始溫度為65°C~90°C，該炭化爐中充有高純氮氣。
`[0016]優(yōu)選地，在步驟SI中，該苯類化合物為間苯二酚或混合甲苯；該催化劑為NaOH或Na2CO30
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種集熱板，包括:透光板以及基板；該基板位于該透光板下方；該基板上面噴涂有通過上述任意一種集熱材料的制備方法所得到的集熱材料；該集熱材料與該透光板緊密相連。
[0018]優(yōu)選地，該透光板為硅氣凝膠透光板，該硅氣凝膠透光板由第一基板、第二基板以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層組成。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種集熱器，包括:保溫層、底板以及集熱板；該保溫層位于該底板以及該集熱板之間；該保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道。
[0020]通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些技術(shù)方案的特征和內(nèi)容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面通過參考附圖并結(jié)合實例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內(nèi)容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中:
[0022]圖1本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法主流程示意圖。
[0023]圖2本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法具體流程示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例的集熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實施例的吸熱板的結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖5為本發(fā)明實施例的硅氣凝膠層透光板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為本發(fā)明實施例的集熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，本發(fā)明提供一種集熱材料的制備方法，包括:S1、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ;S2、將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠；S3、將該凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠；S4、將該第二凝膠干燥后進行炭化處理。
[0029]本發(fā)明中由于甲醛和催化劑都可以采用溶液的形式加入，所以在此并未對水的體積做限定，在具體實施時，可以使步驟SI得到的溶液的稀釋比為30~120，即溶劑/溶質(zhì)為30~120，在步驟SI得到的溶液中溶劑為水，溶質(zhì)為苯類化合物、甲醛以及催化劑。在實施時，苯類化合物可以采用間苯二酚或混合甲苯；而催化劑則為NaOH或Na2CO315
[0030]通過上述方法制得的集熱材料就是炭氣凝膠，炭氣凝膠是一種對輻射非常好的絕緣體，在0.25至14.3um 的廣泛波長范圍內(nèi)，炭氣凝膠的反射率反射率低于1%，一般在
0.2~0.8%范圍內(nèi)，而吸收率可達96% ;此外，由于固體傳熱僅通過狹窄的原子鏈，所以炭氣凝膠的熱導(dǎo)率非常之低，甚至低于空氣；因此炭氣凝膠也就成為了太陽能集熱器黑體吸附體的理想材料。
[0031]請參照圖2，圖2本發(fā)明實施例的集熱材料的制備方法流程示意圖。在具體實施時，首先進行步驟S10，將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，該苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1: 1.5~2.5:200~500。接著是步驟S20，將生成的該水溶液加熱直至形成凝膠，提取該凝膠。在具體實施時，可以將溶液置于干燥箱中進行干燥。之后進行步驟S30，將提取的該凝膠進行老化處理。
[0032]然后進行步驟S40，將凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到第二凝膠。在本實施例中，該凝膠按照有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。以選擇兩個具有不同表面張力的溶劑為例，需要說明的是，選擇的溶劑，其表面張力均小于水，即步驟SlO生成的該水溶液中的溶劑。此時，該步驟S40具體為:先將凝膠浸泡在第一選擇溶劑中；接著將浸泡在第一選擇溶劑中的凝膠取出，并浸泡第二選擇溶劑，其中第二選擇溶劑的表面張力小于第一選擇溶劑的表面張力；最后將浸泡在第二選擇溶劑的凝膠取出，取出后的凝膠即為第二凝膠。該第二凝膠與步驟S20中提取的凝膠相比，其不同之處主要在于凝膠孔隙中液體表面張力的變化，在步驟S20中得到的凝膠孔隙中的液體為水，而第二凝膠孔隙中的液體在本實施例中為第二選擇溶劑。水的表面張力大于第二選擇溶劑的表面張力，而減小凝膠孔隙中液體的表面張力可以降低凝膠骨架干燥過程中所受的壓應(yīng)力，從而減少后續(xù)過程中凝膠的收縮。且本發(fā)明中選擇了至少兩個具有不同表面張力的溶劑，有梯次地降低凝膠孔隙中液體的表面張力，從而達到更好溶劑置換效果。
[0033]接著是步驟S50，將第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至該第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使該第二凝膠干燥；其中該干燥箱的起始溫度為65°C~90°C。最后是步驟S60，將干燥后的該第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化，其中該炭化爐中充有高純氮氣，從而使步驟S60在高純氮氣的氛圍下進行，如此便完成了本發(fā)集熱材料即炭氣凝膠的制備。[0034]本發(fā)明提供的集熱材料的制備方法，在將第二凝膠進行干燥時，即圖1中的步驟S4以及圖2中的步驟S50，無需采用超臨界干燥工藝，而是通過將第二凝膠置于65°C~900C的干燥箱中，并逐漸升溫直至該第二凝膠的質(zhì)量不再變化的方式，使第二凝膠干燥，從而有效地節(jié)約能源，為炭氣凝膠的批量生產(chǎn)和應(yīng)用提供了可行性的保障。
[0035]下面結(jié)合具體的數(shù)值或數(shù)值范圍，進一步闡述本發(fā)明集熱材料即炭氣凝膠的制備方法。
[0036]第一實施例
[0037]稱量5.4g間苯二酚倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醛繼續(xù)磁力攪拌，再加入0.05mol/L的NaOH溶液50ml溶液作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了兩種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，由于去離子水的表面張力大于丙酮的表面張力，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在85°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2V /h~8°C /h，優(yōu)選2V /h，當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，以1050°C為佳，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。 [0038]第二實施例
[0039]稱量6.4g混合甲苯倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醛繼續(xù)磁力攪拌，再加入0.05mol/L的NaOH溶液50ml溶液作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了三種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，第二選擇溶劑為乙醇，由于去離子水、丙酮、乙醇三者的表面張力是依次減小的，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，并浸泡在乙醇中，再一段時間后，將浸泡在乙醇中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在70°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2°C /h~8°C /h，優(yōu)選5°C /h,當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，以1050°C為佳，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。
[0040]第三實施例
[0041]稱量5.4g間苯二酚倒入裝有100ml水的燒杯中進行磁力攪拌，待間苯二酚完全溶入水中后，加入6.5ml甲醒繼續(xù)磁力攪拌,再加入0.05mol/L的0.5g的Na2CO3作為催化劑，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)出暗紅色之后倒入容器并密封。然后將上述溶液在50°C干燥箱中加熱直至形成凝膠，提取該凝膠并進行老化處理，老化處理的時間優(yōu)選是I天至2天。接著進行溶劑置換，在本實施例中，選擇了三種選擇溶劑，其中第一選擇溶劑為去離子水，第二選擇溶劑為丙酮，第二選擇溶劑為乙醇，由于去離子水、丙酮、乙醇三者的表面張力是依次減小的，所以先將凝膠浸泡在去離子水中，一段時間后，將浸泡在去離子水中的凝膠取出，并浸泡在丙酮中，一段時間后，將浸泡在丙酮中的凝膠取出，并浸泡在乙醇中，再一段時間后，將浸泡在乙醇中的凝膠取出，此時得到的就是第二凝膠；為了更好的效果，在進行溶劑置換前，可以先將凝膠浸泡在無水乙醇中以去除固體雜質(zhì)，再將凝膠浸泡在三氟乙烯中以中和催化劑。隨后將該第二凝膠在85°C干燥箱中進行干燥，升溫速率為2°C /h~8°C /h，優(yōu)選2°C /h,當(dāng)?shù)诙z的質(zhì)量不再變化時，將該第二凝膠從干燥箱中取出，然后將該第二凝膠置于炭化爐中，該炭化爐中充有高純氮氣，在高純氮氣氛圍保護下，以5°C /min的加熱速率升溫至900°C~1200°C，優(yōu)選900°C，再進行恒溫炭化，最終得到集熱材料即炭氣凝膠。
[0042]需要說明的是:上述實施例中的間苯二酚、甲醛、NaOH、Na2CO3混合甲苯的質(zhì)量或濃度并不是確定的，只需滿足間苯二酚(或混合甲苯)、甲醛、NaOH (或Na2CO3)三者的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500即可，而水的體積也可以為150ml,200ml等。
[0043]請參照圖3、圖4,本發(fā)明提供一種集熱板30,包括:透光板10以及基板22 ;該基板22位于透光板10下方；該基板22上面噴涂有通過上述任意一種集熱材料的制備方法所得到的集熱材料；該集熱材料與該透光板緊密相連。此時，噴涂在基板22上的集熱材料形成了吸熱層21，也就是說，該吸熱層21與透光板10緊密相連。在本實施例中，基板22可以采用玻璃或塑料等材料，噴涂在基板22上的由集熱材料構(gòu)成的吸熱層21的厚度為15~50um,例如是 20um 或 25um。
[0044]透光板10的作用主要有3個:一是透過太陽輻射，使其投射在吸熱層21上；二是保護吸熱層21，使其不受灰塵及雨雪的侵蝕；三是形成溫室效應(yīng)，阻止吸熱層21在溫度升高后通過對流和輻射向周圍環(huán)境散熱。一般情況下，采用鋼化玻璃作為透光板即能達到上述三個作用。
`[0045]在本實施例中，透光板10采用硅氣凝膠透光板，請參照圖5，該硅氣凝膠透光板由第一基板11、第二基板13以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層12組成，第一基板11、第二基板13可以采用玻璃或塑料等材料。當(dāng)采用如圖3中所示的透光板時，不僅能很好地達到上述的3個作用，而且吸熱層21和硅氣凝膠透光層12的結(jié)合，還可以帶來很好的效果，極大提高太陽能集熱器的集熱效率，硅氣凝膠的透光率高達90%，且密度低(僅為空氣的三倍)，熱傳導(dǎo)率低至0.013w/ rtf k，在最大程度透光的同時減少太陽能熱輻射，極大地提高集熱效率。此外吸熱層21和二氧化硅氣凝膠層12性能穩(wěn)定，長達25年各性能指標(biāo)無衰減，還可以回收利用，極大地節(jié)約資源和能源。
[0046]請參照圖6，本發(fā)明還提供一種集熱器，包括:保溫層40、底板50以及集熱板30 ；保溫層40位于底板50以及集熱板30之間；該保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道60。
[0047]保溫層40中的流體管道60用于供工質(zhì)流通，而流過流體管道60中的工質(zhì)會被太陽能加熱。本實施例中，在底板50為鍍鋅銅板。
[0048]在集熱器中采用不同結(jié)構(gòu)的集熱板，其流體管道流出的工質(zhì)的溫度也會有所不同。具體來說，當(dāng)集熱板中吸熱層21的厚度為25um時，若采用鋼化玻璃作為透光層，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 45% ;若配合硅氣凝膠透光板，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 60%;可見由由炭氣凝膠噴涂形成的吸熱層能提供高太能能的利用效率，而結(jié)合二氧化硅氣凝膠層可以帶來很好的效果，極大提高太陽能集熱器的集熱效率。當(dāng)集熱板中吸熱層21的厚度為20um時，配合硅氣凝膠透光板，則集熱器中流體管道流出的工質(zhì)的溫度與傳統(tǒng)集熱器相比，提高了 54% ；可見，吸熱層21的厚度與集熱器的集熱效率也有很大的關(guān)系。
[0049]本發(fā)明提供了一種集熱材料的制備方法及包含該種集熱材料的集熱板和集熱器，采用集熱材料即炭氣凝膠作為吸收太陽能的主要材料，從而最大限度的采集太陽能且減少其對流和輻射熱損，高效地利用太陽能；本發(fā)明通過人工合成的方式獲得該集熱材料，對環(huán)境無污染，在有效利用能源同時不對環(huán)境造成破壞，且該制備方法中的干燥工藝采取常壓干燥工藝，能有效地節(jié)約能源，而將生產(chǎn)的集熱材料通過噴涂的方式在基板上形成吸熱層，不僅工藝簡單，且可進一步減少設(shè)備投入，降低生產(chǎn)成本，此外，還改善了傳統(tǒng)方法附著力較差、材料利用率不高的缺點，提高集熱效率的同時提高材料利用率。此外本發(fā)明還采用硅氣凝膠透光層與炭氣凝膠層結(jié)合，極大提高太陽能集熱器的集熱效率，而且硅氣凝膠透光層和炭氣凝膠層的性能穩(wěn)定，可回收利用，極大地節(jié)約資源和能源，對建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型兩型社會具有重大的意義。
[0050]以上參照【專利附圖】
【附圖說明】了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)，可以有多種變型方案實現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種集熱材料的制備方法，其特征在于，包括: 51、將苯類化合物、甲醛溶解于水中，加入催化劑，以生成水溶液，所述苯類化合物、甲醛以及催化劑的摩爾比為1:1.5~2.5:200~500 ; 52、將生成的所述水溶液加熱直至形成凝膠，提取所述凝膠； 53、將所述凝膠進行溶劑置換，得到第二凝膠； 54、將所述第二凝膠干燥后進行炭化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟S3之前，還包括步驟: 將提取的所述凝膠進行老化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3的具體步驟為: 將所述凝膠分別在至少兩種具有不同表面張力的溶劑中進行浸泡置換，得到所述第二凝膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的集熱材料的制備方法，其特征在于:所述凝膠按照所述有機溶液表面張力從大到小的順序依次進行浸泡置換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括: 將所述第二凝膠置于的干燥箱中，并逐漸提升干燥箱內(nèi)的溫度至所述第二凝膠質(zhì)量不再發(fā)生變化，使所述第二凝膠干燥； 將干燥后的所述第二凝膠置于炭化爐中，逐漸提升炭化爐內(nèi)的溫度至設(shè)定溫度后進行恒溫炭化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集熱材料的制備方法，其特征在于:所述干燥箱的起始溫度為65°C~90°C，所述炭化爐中充有高純氮氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的制備的集熱板方法，其特征在于:在所述步驟SI中，所述苯類化合物為間苯二酚或混合甲苯；所述催化劑為NaOH或Na2CO315
8.一種集熱板，其特征在于，包括: 透光板以及基板； 所述基板位于所述透光板下方； 所述基板上面噴涂有通過如權(quán)利要求1至7中任意一項所述集熱材料的制備方法所得到的集熱材料； 所述集熱材料與所述透光板緊密相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集熱板，其特征在于，所述透光板為硅氣凝膠透光板，所述硅氣凝膠透光板由第一基板、第二基板以及位于兩者之間的二氧化硅氣凝膠層組成。
10.一種集熱器，其特征在于，包括: 保溫層、底板以及如權(quán)利要求8或9中任意一項所述的集熱板； 所述保溫層位于所述底板以及所述集熱板之間； 所述保溫層的內(nèi)部設(shè)置有流體管道。
【文檔編號】C09K5/14GK103525377SQ201310462194
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】盧輝, 黃卜夫, 龔灼 申請人:安科智慧城市技術(shù)（中國）有限公司
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