热响应组件及用于制造和使用其方法技术

在一个实施方式中，一种组件包括：上光层、光吸收层、以及在上光层和光吸收层之间的热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25C相差小于或等于0.05。在一个实施方式中，制造该组件的方法包括：形成上光层；形成光吸收层；以及在上光层和光吸收层之间形成热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25C相差小于或等于0.05。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热响应组件及用于制造和使用其方法
本文中公开了可以帮助控制用于提供家庭和商业实体中热水的太阳能板中的停滞温度(驻点温度，stagnationtemperature)的热响应组件(温度感应组件，thermo-responsiveassembly)。
技术介绍
太阳能板可以是用于家用和商用热水供暖以及空间加热的高效的并具有成本效益的来源。塑料太阳能板或模块通常由透明的聚合物上光板(上釉板，glazingsheet)(例如，聚碳酸酯多壁板)、具有挤出的水通道的黑色塑料吸收板(例如，聚砜或聚苯醚(PPE)共混物多壁板)、绝缘衬垫、和必要的导水管(水岐管，watermanifold)和框架块构成。因为吸收层(absorberlayer)前面和后面均绝缘，所以可以获得比周围环境高得多的温度。模块通常设计成产生与70摄氏度(℃)至80℃一样热的水。存在其中模块暴露于阳光而水或者其他传热流体不流过吸收板，从而使模块能够变得过热的某些时段。这被称为“停滞条件”。在这些停滞条件期间模块温度可能超过140℃乃至150℃。停滞条件期间，能够超过塑料部件的热挠曲温度，致使不可逆转的弯曲、超出设计极限的热膨胀、和/或能够导致单元故障的其他热诱导效应(thermally-inducedeffect)。仅使用能够承受这样的温度的聚合物极大地增加了模块的成本。因此停滞温度的控制是高效的、具有成本效益的塑料太阳能模块的重要的设计要求。因此，需要可以帮助控制停滞温度以提供高效的、具有成本效益的塑料太阳能模块的热响应组件。
技术实现思路
在各种实施方式中公开的是热响应组件以及用于制备和使用其的方法。在一种实施方式中，一种组件包括：上光层、光吸收层、以及上光层和光吸收层之间的热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。在一个实施方式中，制造该组件的方法包括：形成上光层；形成光吸收层；以及在上光层和光吸收层之间形成热响应层，其中，热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，基体聚合物和无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。以下更具体地描述这些和其他特征及特性。附图说明以下是附图的简要说明，其中相同的元件编号相同，并且它们是为了阐明本文中所公开的示例性实施方式的目的而不是为了限制示例性实施方式的目的而给出的。图1是折射率与基体聚合物和填料的温度的图解说明。图2是正常使用温度下的热响应组件的示意图。图3是在热响应组件中使用的材料的玻璃化转变温度以上的高温下的图2的热响应组件的示意图。图4是反射与用于包括本文所描述的热响应层的样品的温度的图解说明。图5是总反射与用于包括本文所描述的热响应层的样品的波长的图解说明。具体实施方式本文中公开的是一种热响应组件，包括：热响应层，该热响应层包括填充有无机材料(即，填料)的透明基体聚合物。无机材料可以具有小于10微米(μm)的颗粒尺寸以及与基体聚合物相匹配的折射率(例如，其中，折射率在25℃相差小于或等于0.05)。本文中描述的热响应组件可以在低于基体聚合物的玻璃化转变温度的温度下入射光的反射发生很小的变化或者没有变化，因为用于组件的材料的折射率在低于基体聚合物的玻璃化转变温度(Tg)下缓慢变化。然而，本文中公开的热响应组件在大于基体聚合物的玻璃化转变温度时可具有增加的反射。这是因为在大于Tg时，透明基体聚合物的折射率通常快速减小，而无机材料的折射率几乎保持不变。产生的折射率的不匹配可导致一些反射，例如，10％至20％的反射足以使得热响应组件免于弯曲或其他机械故障。本文中使用的术语热响应层指的是其透光率响应于温度变化而改变的层。机械的百叶窗(louver)可以被制成为在升高的温度下打开，从而打开模块以释放热，但是这引入活动部件(movingpart)，增加复杂性和成本，并且提供另外的故障机制。使用热响应材料用于热控制的许多概念依赖于例如通过使域和基体的折射率的温度相关性强烈不同的相分离方法、突然的相转变(相变)，和/或它们的可见光学性能的改变以使得光散射并减弱可以到达吸收层(例如，具有对于可混和性的临界温度的某些水凝胶和聚合物共混物、液晶等)的光的量。然而，这些系统中似乎没有一个对于低成本塑料太阳能模块是实用的或具有成本效益的，因为它们包括流体的组分或者包括难以调制的化学材料组分。本文公开的热响应组件可包括上光层、热响应层以及吸收层(例如，光吸收层)，并且可选地，包括绝缘层，其中，热响应层可在上光层和吸收层之间，并且吸收层可以可选地在绝缘层和热响应层之间。可选地，绝缘层可布置在吸收层的两侧上。上光层和热响应层通常可以是透明的(例如，在电磁波谱的可见和红外范围中具有大于或等于85％的透射)，而吸收层可以是不透明的。吸收层通常可以是黑色的，意味着它不具有任何透射。吸收层可以吸收入射光并且将能量转移至循环流体，诸如，空气、水、乙二醇等。吸收层可以由具有足够热稳定性和水解稳定性的任何材料制成。吸收层可包含聚砜、改性的聚(亚苯基氧化物)(poly(phenyleneoxide))、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯醚(PPE)、聚酰亚胺或者包括上述项中一种或多种的组合。绝缘层可包含减少组件的热损失的材料。可能的绝缘层材料包括矿物芸香(mineralrue)、玻璃芸香和泡沫材料以及包括上述项中至少一一种的组合。上光层可包括单块(monolithic)板或者多壁板。当包括多壁板时，例如，上光层可包括，第一壁、第二壁以及布置在第一壁和第二壁之间的肋。还可以存在另外的壁(例如，第三壁、第四壁等)以及分散在它们之间的另外的肋。热响应层可包含基体聚合物和无机填料。上光层的透射可取决于空气/聚合物界面的数量，使得双壁板将具有比单块板更少的透射，并且三壁板甚至更少。添加层对到达吸收层的能量的影响可大于由最佳数量壁中的多个壁提供的改善的绝缘所补偿的能量。在大于基体聚合物的Tg的温度时基体聚合物和无机填料的折射率的不匹配可提供入射光的反射，在停滞阶段期间，这可减少由热响应组件经历的温度极限，从而导致热响应组件的其他部件的降低的故障可能性(例如，弯曲、翘曲、热膨胀等)。换言之，本文中公开的热响应组件可以对热响应组件的各种其他部件(即，板)(例如，太阳能板)提供针对由于暴露至大于部件的热挠曲温度的温度而导致的故障或损害的保护。热响应层可附接(例如，层压、共挤出、跨越分散)上光层和/或吸收层。在热响应层和吸收层之间可存在空气间隙。吸收层可附接(例如，层压、共挤出、跨越分散)至上光层。如上所述，包括透明聚合物(即，基体聚合物)以及具有小于或等于10μm的颗粒尺寸以及与基体聚合物匹配的折射率(例如，其中，折射率在25℃相差小于或等于0.05，具体地，在25℃小于或等于0.01)的无机材料(即，填料)的热响应层可以证明在低于基体聚合物的Tg的温度下，入射光的反射几乎没有发生变化。尽管希望不受理论限制，但是应相信的是出现这种情况是因为在低于Tg时两种材料的折射率的变化相对缓慢。然而，在大于Tg，基体聚合物的密度以及折射率可迅速改变，而无机填料的折射率可继续非常缓慢地变化。如图1中示意性示出的，这可导致基体聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件，包括：上光层；光吸收层；以及在所述上光层和所述光吸收层之间的热响应层，其中，所述热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，所述基体聚合物和所述无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.13 US 61/780,2621.一种组件，包括：上光层；光吸收层，所述光吸收层吸收入射光并且将能量转移至循环流体；以及在所述上光层和所述光吸收层之间的热响应层，所述热响应层响应于所处的温度变化改变其透光率，其中，所述热响应层包括具有玻璃化转变温度的基体聚合物和具有颗粒尺寸的无机填料，其中，所述基体聚合物和所述无机填料的折射率在25℃相差小于或等于0.05。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为25℃至100℃。3.根据权利要求1至2中任一项所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为60℃至90℃。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述玻璃化转变温度为65℃至85℃。5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于10微米。6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于5微米。7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述颗粒尺寸小于或等于2微米。8.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物的折射率为1.4至1.75。9.根据权利要求1至8中任一项所述的组件，其中，所述无机填料和所述基体聚合物的折射率在25℃相差小于或等于0.01。10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其中，所述上光层包括多壁板，所述多壁板包括第一壁、第二壁以及布置在它们之间的肋，其中，所述第一壁具有第一壁第一表面和第一壁第二表面并且所述第二壁具有第二壁第一表面和第二壁第二表面，其中，所述热响应层附接至所述第二壁第二表面。11.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中，在所述热响应层和所述光吸收层之间存在空气间隙。12.根据权利要求1至11中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物具有根据ASTMD1003-00测量的大于或等于85％的透明度。13.根据权利要求1至12中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物包括聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(甲基丙烯酸乙酯)，聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸甲酯)，聚(苯乙烯-共-丙烯腈)，聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯-共-丙烯腈)，苯乙烯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸、和(甲基)丙烯酸酯的共聚物、以及包括前述中至少一种的组合。14.根据权利要求1至13中任一项所述的组件，其中，所述基体聚合物包括聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·爱德华·皮克特，保罗·迈克尔·斯米杰尔斯基，维基·赫茨尔·瓦特金斯，迈克尔·特鲁基·塔克莫里，
申请(专利权)人：沙特基础全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL