包括丙烯酸类盖板的太阳能收集器及其制造和使用方法与流程

本文公开了太阳能收集器(solarcollector)，以及具体地包括丙烯酸类蜂窝状前板(acrylic-basedhoneycombfrontsheet)的太阳能收集器。

背景技术：

太阳能收集器可以是家庭和商业热水加热以及采暖(spaceheating)用热水的有效和成本有效的来源。太阳能收集器可以包括通常由透明或半透明材料如玻璃、聚合物或类似的材料制成的前板(frontsheet)。当前板是玻璃层时，一般需要框架，其通常可以由铝制成。框架和玻璃层是太阳能收集器组装件(assembly)的重量的最大贡献者，其可以构成在生产上通常重的和昂贵的组装件。因而，进行了尝试来生产所有都是聚合物的、较低重量的太阳能收集器。

聚合物太阳能收集器可以由透明的聚合物上釉板(glazingsheet)(例如聚碳酸酯多壁板)、具有挤出的水通道的黑色聚合物吸收器(例如聚砜或聚苯醚共混物多壁板)、绝缘衬背(insulatingbacking)、和水歧管(watermanifold)和框架零件(framepiece)构成。由于吸收器可以从前和后两者绝缘，所以可以达到比周围高得多的温度。通常将太阳能收集器设计为生产热至70摄氏度(℃)至80℃的水。

然而，当将某些聚合物用于制造太阳能收集器组装件时，得到的太阳能收集器组装件(assembly)的机械性质和/或光效率可以低于玻璃/金属组装件。例如，某些聚合物材料如聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)在光透射性(lighttransmission)(即高的光效率)方面可以是良好的，但是缺乏机械质量(mechanicalquality)如冲击性能。其他聚合物材料如聚碳酸酯(pc)具有良好的机械性质，但是光效率降低。

因此，需要轻重量的、光学有效的并且具有良好的机械性质的太阳能收集器。

技术实现要素：

在多个实施方式中，公开了太阳能收集器及其制造和使用的方法。

一种太阳能收集器可以包括：聚合物壳体；附接至限定太阳能收集器的内部体积的壳体的聚合物盖；附接至壳体并位于由壳体和盖限定的区域内的太阳能吸收器；其中，壳体包括柔性密封元件；并且其中，盖包括蜂窝状结构。

一种太阳能收集器可以包括：聚合物壳体；密封至壳体的聚合物盖；位于壳体和盖之间的太阳能吸收器；其中，壳体包括开口；其中，开口用柔性密封元件密封；并且其中，盖包括蜂窝状结构。

一种制造太阳能收集器的方法可以包括：在聚合物盖和聚合物壳体之间设置太阳能吸收器；其中，盖包括蜂窝状结构；其中，壳体包括开口；用柔性密封元件密封开口；和将盖密封至壳体。

一种制造太阳能收集器的方法可以包括：将太阳能吸收器定位在聚合物盖和聚合物壳体之间；将盖密封至壳体以形成内部体积；用氮气填充内部体积；其中，盖包括蜂窝状结构；其中，壳体包括柔性密封元件。

以下将更具体地描述这些和其他特征和特性。

附图说明

以下是附图的简要说明，其中相同的要素标号相同，并且为了举例说明在本文中公开的示例性实施方式的目的而不是为了限制其的目的将其提供。

图1是太阳能收集器组装件的单个组件的示意图。

图2是太阳能收集器的盖的俯视图。

图3是图2的盖的侧视图。

图4是示出了用于制造太阳能收集器的过程的图。

图5是示出了用于制造太阳能收集器的另一种过程的图。

具体实施方式

本文公开的轻重量的聚合物太阳能收集器具有高的光效率和良好的机械性质。具体地，太阳能收集器包括聚合物蜂窝状盖，其表现出高冲击强度和透明度。太阳能收集器可以包括膨胀和收缩以适应内部温度变化以及防止盖凸出(bulge)的柔性密封元件。另外，太阳能收集器可以包含密封在内部体积内以防止藻类生长和/或减少组件氧化的气体如氮气。

如本文所公开的，聚合物太阳能收集器可以包括盖、壳体和太阳能吸收器。盖可以包含蜂窝状结构的聚合物材料，并可以位于太阳能吸收器上。蜂巢状结构可以包括具有侧单元壁(lateralcellwall)的单元(cell)，其以环的形式彼此邻接，例如形成六边形单元。蜂巢状结构增加盖的机械性质，其使能够使用具有高的光效率的材料(其他不予考虑(nototherwise)，其具有足够的机械性质)。蜂窝板(honeycombpanel)通常可以是透明的(例如具有大于或等于60至90％太阳辐射(λ在300纳米(nm)至2500nm之间)透射)。根据iso9060:1990使用日射强度计(pyranometer)(例如热电偶日射强度计(thermopilepyranometer))可以确定百分比光透射。如根据iso9060:1990测量的，透射可以大于或等于80％。蜂窝板(也称为盖(cover))可以包含丙烯酸类(acrylic-based)聚合物材料。例如，盖可以包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)。pmma可以不含uv稳定剂。盖可以包含聚碳酸酯(pc)共聚物(例如lexantmslx)、聚酰胺(例如pa12)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)(pvdf)、环状烯烃聚合物(cop)、环状烯烃共聚物(coc)、包含上述中的至少一种的组合。另外，蜂窝板可以将光引导至太阳能吸收器。换句话说，六边形的垂直布置引导光朝向吸收器，这降低反射损失并提高效率。在可替换的实施方式中，盖可以包括包含间隔开的板的两个或更多个水平层的多壁结构(mws)，其中板是与各种类型的增强结构，不同地称为肋件(rib)、支柱(strut)、板条(slat)、网状物(web)等一起挤出的、保持在一起的、粘结的、或连接的。盖可以具有4mm至30mm的厚度。

使用聚合物盖来替换太阳能收集器组装件中的玻璃给出轻得多的组装件(例如与含有玻璃的组装件的13kg/m²相比，对于没有玻璃的组装件是10千克/平方米(kg/m²))，这可以允许放置在具有有限的载荷能力(limitedloadbearingcapacity)的屋顶上(例如平屋顶)。另外，使用聚合物盖可以允许用整合的塑料框架替换铝框架和背层(backlayer)。具有很少组件或具有彼此整合的组件(例如与框架整合的接线盒、线缆和/或连接器)的太阳能收集器组装件可以减少生产和装配太阳能收集器所需的时间的量。

壳体可以由能够激光焊接至盖的聚合物材料制成。例如，可以由聚碳酸酯和丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(asa)的共混物热成型壳体。壳体可以包含紫外线(uv)稳定的(例如不能由于暴露于uv光而降解的)且不需要另外的uv稳定剂的材料。例如，壳体可以包含聚碳酸酯、聚丙烯共聚物、聚亚苯基(polyphenylene)(例如noryl*ppx)、noryl*树脂、聚酰胺(例如pa6.6)和包含上述中的至少一种的组合。

可以将柔性密封元件附接至壳体。柔性密封元件可以与壳体形成空气密封(airtightseal)。可以将柔性密封元件包覆模制(overmold)到壳体上。柔性密封元件可以针对太阳能收集器组装件内的温度和压力的变化进行反应。例如，随着太阳能收集器内的温度升高，柔性密封元件可以移动来扩大太阳能收集器的内部体积，这防止压力积聚(buildup)并消除由于内部压力导致的顶盖(topcover)的凸出(bulge)。例如，当太阳能收集器内的温度超过临界温度(stagnationtemperature)(例如超过130℃(inexcessof130℃)或甚至140℃)时，柔性密封元件可以膨胀来减轻太阳能收集器内的压力。柔性密封元件可以由适合包覆模制至壳体的聚合物材料制成。例如，柔性密封元件可以包含热塑性弹性体材料如热塑性聚氨酯(tpu)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(sebs)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(seps)和包含上述中的至少一种的组合。柔性密封元件可以具有0.5至5mm的厚度。

可以经由各种附接机制(attachmentmechanism)(包括粘合剂、夹紧机制(clampingmechanism)和/或焊接(例如超声或激光焊接))将盖附接至壳体。盖和壳体可以形成空气密封，其可以防止水份和微粒进入太阳能收集器内部。

可以将盖激光焊接至壳体以形成气密的内部体积。激光焊接允许具有低设备成本和轮廓柔韧性和低循环时间的有效过程。激光焊接包括将具有不同光吸收性质的两个组件连接在一起。例如，一个组件可以对激光束的波长是透明的，而另一个组件可以吸收激光束的能量。在激光焊接过程中，激光束可以穿过第一(即透明的)组件，以及当激光束碰撞第二(即吸收)组件的表面时，来自激光束的光被吸收并转化为热。然后该热量通过热传导穿过透明的组件，导致两个组件的材料熔化和焊接在一起。激光在电磁波谱(例如700至1200纳米(nm)的波长)的红外线范围(ir)内操作，这称为ir激光焊接。

当激光焊接部件时，可能期望的是盖和壳体具有某些光学性质。例如，由于不能将在某些光谱内表现出透明度的两个部件焊接在一起，所以盖对某个波长(例如700至1200nm的ir光谱中的波长)的光可以是透明的，而壳体可以是半透明的或不透明的(例如ir吸收以允许激光焊接)。在可替换的实施方式中，壳体可以是对某个波长(例如700至1200nm的ir光谱的波长)的光透明的，而盖可以是半透明的或不透明的(例如ir吸收以允许激光焊接)。激光焊接可以提供许多优势，包括与模制组件然后在另外的步骤中将组件附接在一起相比，较短的循环时间。另外，激光焊接不会产生可以捕获到内部体积内的粉尘。此外，激光焊接盖和壳体形成气密密封件(airtightseal)，其可以防止水份和微粒进入太阳能收集器内部。

可以用气体填充由盖和壳体形成的内部体积以有利地防止藻类生长以及减少热塑性材料(例如吸收器、盖、壳体等)的氧化。可以将柔性密封元件包覆模制到壳体上。可以将壳体和盖密封在一起。可以经由穿过柔性密封元件的针将气体引入到盖和壳体之间的区域(例如内部体积)。例如，可以用氮气或氩气填充内部体积。

太阳能吸收器可以位于由盖和壳体形成的内部体积内。太阳能吸收器可以是黑色的，意味着其将不具有任何透射。太阳能吸收器可以吸收进来的光并将能量传输至循环流体如空气、水、乙二醇等。太阳能吸收器可以由具有期望的热和水解稳定性的任何材料制成。实例包括聚砜、改性的聚(亚苯基氧化物)、聚醚醚酮(peek)、聚酰亚胺和包含上述中的至少一种的组合。

通过参考附图可以得到在本文中公开的组件、过程和装置的更加完全的了解。基于方便和容易地证实本公开，这些图(在本文中还被称为“图”)仅仅是示意图，并且因此不旨在表示它们的设备或组件的相对大小和尺寸，和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在以下的描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在指示用于附图中的示意图所选择的实施方式的特定结构，并且不旨在限定或限制本公开的范围。在以下的附图和随后的描述中，应理解相同的数字标识指示相同功能的组件。

图1示出了太阳能收集器。如图1所示，太阳能收集器1包括盖2、吸收器3、壳体4和柔性密封元件5。盖2可以包括蜂窝状结构。盖2可以包含具有高的光效率的聚合物材料。例如，盖2通常可以是透明的(例如具有大于或等于60至80％太阳辐射(λ在300纳米(nm)至2500nm之间)透射)。如根据iso9060:1990测量的，透射可以大于或等于80％。盖2可以包含丙烯酸类聚合物材料。例如，盖2可以包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)。盖可以包含聚碳酸酯(pc)共聚物(例如lexantmslx)。

图2示出了蜂窝状盖2的俯视图。如图2所示，盖2包括具有共同的单元壁6的多个六边形单元7。图3示出了盖2的侧视图。如图3所示，盖2可以具有厚度(t)。厚度(t)可以是4至30mm。

可以将盖2附接至壳体4以形成内部体积。可以将盖2连接至壳体4以形成盖2和壳体4之间的空气密封。例如，可以将盖1激光焊接至壳体2。可以将吸收器3定位在内部体积内并将其附接至壳体4。壳体4可以包括可以用柔性密封元件5闭合或密封的开口。例如，在将壳体4附接至盖2之前，可以将柔性密封元件5包覆模制到壳体4上。柔性密封元件5允许将气体引入到由壳体4和盖2形成的内部体积中。例如，可以经由针将氮气引入到内部体积中以抑制和/或消除藻类生长。另外，柔性密封元件5可以响应于温度变化而膨胀，这消除由于内部压力所致的盖2凸出或变形的可能性。

图4示出制造太阳能收集器的方法。如图4所示，步骤100包括在聚合物盖和聚合物壳体之间设置吸收器。聚合物盖可以包括蜂窝状结构。壳体可以包括开口。可以将吸收器附接至壳体。在步骤101中，用柔性密封元件密封开口。例如，可以将柔性密封元件包覆模制到壳体上。步骤102包括将盖密封至壳体。例如，可以将盖激光焊接至壳体。

图5示出制造太阳能收集器的方法。如图5所示，在步骤200中将吸收器定位在聚合物盖和聚合物壳体之间。盖可以包括蜂窝状结构。壳体可以包括柔性密封元件。在步骤201中将盖密封至壳体以形成内部体积。在步骤202中可以用氮气填充内部体积。

本文公开的太阳能收集器具有良好的硬度与重量比和良好的隔热性(thermalinsulation)(例如由于蜂窝状结构中的气窝(gaspocket)所致)。

以下阐述了太阳能收集器的一些实施方式和制造太阳能收集器的方法。

实施方式1：一种太阳能收集器包括：聚合物壳体；附接至限定太阳能收集器的内部体积的壳体的聚合物盖；附接至壳体并位于由壳体和盖限定的区域内的太阳能吸收器；其中，壳体包括柔性密封元件；并且其中，盖包括蜂窝状结构。

实施方式2：一种太阳能收集器包括：聚合物壳体；密封至壳体的聚合物盖；位于壳体和盖之间的太阳能吸收器；其中，壳体包括开口；其中，开口用柔性密封元件密封；并且其中，盖包括蜂窝状结构。

实施方式3：根据实施方式1或2所述的太阳能收集器，其中，所述盖包含聚(甲基丙烯酸甲酯)聚碳酸酯共聚物、聚酰胺、聚偏二氟乙烯、环状烯烃聚合物、环状烯烃共聚物和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式4：根据实施方式1-3中任一项所述的太阳能收集器，其中，壳体包含聚碳酸酯、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯共聚物、聚亚苯基、聚酰胺和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式5：根据实施方式1-4中任一项所述的太阳能收集器，其中，将壳体激光焊接至盖。

实施方式6：根据实施方式1-5中任一项所述的太阳能收集器，其中，太阳能收集器的内部体积包含氮气和/或氩气。

实施方式7：根据实施方式1-6中任一项所述的太阳能收集器，其中，柔性密封元件包含热塑性弹性体。

实施方式8：根据实施方式1-7中任一项所述的太阳能收集器，其中，柔性密封元件包含热塑性聚氨酯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式9：根据实施方式1-8中任一项所述的太阳能收集器，其中，盖不含uv稳定剂。

实施方式10：根据实施方式1-9中任一项所述的太阳能收集器，其中，将柔性密封元件包覆模制到壳体上。

实施方式11：根据实施方式1-10中任一项所述的太阳能收集器，其中，盖具有4mm至30mm的厚度。

实施方式12：一种制造太阳能集热器(solarthermalcollector)的方法，包括：在聚合物盖和聚合物壳体之间设置太阳能吸收器；其中，盖包括蜂窝状结构；其中，壳体包括开口；用柔性密封元件密封开口；和将盖密封至壳体。

实施方式13：一种制造太阳能集热器的方法，包括：将太阳能吸收器定位在聚合物盖和聚合物壳体之间；将盖密封至壳体以形成内部体积；用氮气填充内部体积；其中，盖包括蜂窝状结构；其中，壳体包括柔性密封元件。

实施方式14：根据实施方式12或13所述的方法，进一步包括用氮气和/或氩气填充太阳能收集器的内部体积。

实施方式15：根据实施方式12-14所述的方法，其中，将盖密封至壳体包括激光焊接。

实施方式16：根据实施方式12-15中任一项所述的方法，其中，盖包含聚(甲基丙烯酸甲酯)聚碳酸酯共聚物、聚酰胺、聚偏二氟乙烯、环状烯烃聚合物、环状烯烃共聚物和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式17：根据实施方式12-16中任一项所述的方法，其中，壳体包含聚碳酸酯、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯共聚物、聚亚苯基、聚酰胺和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式18：根据实施方式12-17中任一项所述的方法，其中，柔性密封元件包含热塑性弹性体。

实施方式19：根据实施方式12-18中任一项所述的方法，其中，柔性密封元件包含热塑性聚氨酯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯和包含上述中的至少一种的组合。

实施方式20：根据实施方式12-19中任一项所述的方法，其中，盖不含uv稳定剂。

实施方式21：根据实施方式12-20中任一项所述的方法，其中，用柔性密封元件密封开口包括将柔性密封元件包覆模制到壳体上以形成空气密封。

实施方式22：根据实施方式12-21中任一项所述的方法，其中，盖具有4mm至30mm的厚度。

本文公开的所有范围包含端点，并且这些端点可独立地彼此组合(例如，范围“最高达25wt.％，或更具体地，5wt.％至20wt.％”，包括这些端点和“5wt.％至25wt.％”范围的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，在本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何的顺序、数量或重要性，而是用于确定一个要素不同于另一个要素。除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一个”、“一种”以及“该”不表示数量的限制，并且被解释为涵盖单数和复数两者。如在本文中使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，因此包括该术语的一种或多种(例如，薄膜(film(s))包括一种或多种薄膜)。贯穿说明书的提及的“一个实施方式”、“另一个实施方式”、“实施方式”等是指连同实施方式所描述的特别的元件(例如，特性、结构、和/或特征)被包含在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以存在或不存在于其它实施方式中。另外，应该理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合于各个实施方式中。

通过引证以它们的全部内容将所有引用的专利、专利申请、及其他参考物合并于此。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入的参考文献的冲突术语。

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