CN106765769A - 一种提高换热效率的夜空辐射制冷器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高换热效率的夜空辐射制冷器，在本体的底部和四周设置保温材料层，保温材料层形成一个具有内腔的保温结构；在本体上设置有流体进口和流体出口，在保温材料层的内腔，在流体进口和流体出口之间，设置有若干辐射板，每块辐射板内腔的两端分别与流体进口和流体出口连通，形成流体流动通道，相邻辐射板之间封闭；每块辐射板的上表面，设置有若干个向外突出的凸起沟槽；在本体上部，设置有盖板。本发明的制冷器，辐射板涂有高红外发射率涂料，具有较好的导热性，增大了辐射板的辐射换热性能；各个流体通道顶部均设置数个间隔凸起沟槽，可大大提高辐射换热面积，同时还破坏了近壁面的层流边界层，强化了对流换热，提高换热效率。

Description

一种提高换热效率的夜空辐射制冷器

技术领域

本发明涉及夜空冷量采集系统换热器的技术领域，尤其涉及一种能够提高换热效率的新型夜空辐射制冷器。主要适用于利用低温夜空天然冷源“免费”供冷的技术领域。

背景技术

宇宙空间具有天然、持续、低温等特性，其温度约4K，为理想的冷源，具有极大的开发潜力。同时研究表明，大气层对8~13μm波段的红外辐射具有透过效应，温度为-50~90℃的物体表面将发出上述红外波段，此特点为夜空辐射降温技术的发展应用提供了关键基础。夜空辐射器通过向天空发射红外长波辐射而降低温度，达到制冷效果，是一种利用低温夜空天然冷源的制冷设备，具有可再生、“免费”供冷的特点。该项技术应用于建筑空调系统中，可减少能源消耗，对建筑节能、减少碳排放具有重大意义。国外对夜间天空辐射供冷的研究起步较早，做了大量的理论和实验研究工作，国内少数学者等对夜空辐射供冷也进行了一定的研究，但研究工作远不及国外。目前大部分研究着力于夜空辐射器的换热特性及强化换热措施，且对辐射板外表面的强化换热研究较多。Meir等研究了采用聚合树脂作为辐射板的夜空辐射器的供冷性能，Auttapol等研究了夜空辐射换热器外表面设置矩形单元格挡风板对其换热性能的影响，Bagiorgas等研究了表面喷涂白漆的铝制夜空辐射器的供冷性能，针对夜空辐射器的研究多集中于“通过改良辐射板材质以提高辐射换热强度”和“通过增设风屏以削弱对流换热强度”方面的理论实验研究，均能在一定程度上增强夜空辐射器的换热性能。同时相关研究已经表明，辐射器内部换热介质的流态也是影响其换热效率的重要因素，由于管道内壁层流边界层的存在，导致传热热阻较大，制约了夜空辐射器换热效率的提高，故如何破坏管道内近壁面的层流边界层，增强对流换热效果，对提高夜空辐射器换热效率具有重要作用。

经检索，国内尚未公开有关夜空辐射器的发明专利，均是停留在理论研究方面，并没有一项公开的发明专利是在全面考虑“增强辐射板辐射换热强度”、“削弱外部空气对流换热强度”以及“增强管道内部对流换热强度”的基础上进行系统研究的。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于：在既有夜空辐射制冷器相关理论研究基础上，进一步提高流体与辐射板的传热效率，增大辐射板的辐射换热面积，保证长波辐射透射率的同时削弱辐射板与外界空气的对流换热损失，从而保证夜空辐射器的制冷量。 本发明提供一种提高换热效率的夜空辐射制冷器

本发明的技术方案： 一种提高换热效率的夜空辐射制冷器，包括本体，其特征在于：本体的底部和四周设置保温材料层，保温材料层形成一个具有内腔的保温结构；在本体上设置有流体进口和流体出口，在保温材料层的内腔，在流体进口和流体出口之间，设置有若干辐射板，每块辐射板内腔的两端分别与流体进口和流体出口连通，形成流体流动通道，相邻辐射板之间封闭；每块辐射板的上表面，设置有若干个向外突出的凸起沟槽；在本体上部，设置有盖板，盖在保温材料层上，高度高于凸起沟槽的高度。

进一步的特征是：所述辐射板为矩形管道结构，或梯形结构，下底面材料为钢板，其余各面均为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板。

在流体进口一侧，设置有分流腔，从流体进口流入的流体经过分流腔的分流，分别流入每块辐射板内腔；在流体出口一侧，设置有集流腔，从每块辐射板内腔流出的流体汇集在集流腔，再经流体出口流出本体。

分流腔和集流腔，都为矩形管道结构，顶面材料为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板，其余各面均为薄钢板，顶面与辐射板顶面平齐。

辐射板内腔还设置有至少一层耐酸、耐碱、耐高温的阻氧保护层。

流体进口和流体出口设置在本体的相对两侧。

本发明提高换热效率的夜空辐射制冷器，相对于现有技术，具有如下特征：

本发明专利的辐射板采用涂有高红外发射率涂料的铝制薄板，因为金属虽然导热系数高，但随着波长的降低发射率降低，不是良好的夜空辐射板材料，相反，涂有高红外发射率涂料的金属表面具有较高的长波发射率，同时具有较好的导热性，增大了辐射板的辐射换热性能；与传统夜空辐射制冷器相比，本发明专利设置了数个流体通道，各个流体通道顶部均设置数个间隔凸起沟槽，可大大提高辐射换热面积，同时沟槽的设置还破坏了近壁面的层流边界层，强化了对流换热，提高换热效率；“风屏”技术的应用既能保证长波辐射透射率，又可以很好地削弱对流换热，从而有效提高夜空辐射制冷器的换热能力。

附图说明

图1是本发明夜空辐射制冷器平面示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是图1的B-B剖面图；

图4是本发明新型夜空辐射制冷器三维示意图。

图中：1—流体进口；2—分流腔；3—辐射板；4—凸起沟槽；5—集流腔；6—流体出口；7—盖板；8—保温材料层；9—空气区。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本发明提高换热效率的夜空辐射制冷器，包括本体10，本体10的底部和四周设置保温材料层8，保温材料层8形成一个具有内腔的基本封闭的保温结构；在本体10上设置有流体进口1和流体出口6，在保温材料层8的内腔，在流体进口1和流体出口6之间，设置有若干辐射板3，每块辐射板3内腔的两端分别与流体进口1和流体出口6连通，形成流体流动通道；相邻辐射板3之间封闭，可以采用挡板分隔开，使流体不能通过，只能从每块辐射板3内腔通过；每块辐射板3的上表面，设置有若干个向外突出的凸起沟槽4；为了方便设置，在流体进口1一侧，设置有分流腔2，从流体进口1流入的流体经过分流腔2的分流，分别流入每块辐射板3内腔；在流体出口6一侧，设置有集流腔5，从每块辐射板3内腔流出的流体汇集在集流腔5，再经流体出口6流出本体10。流体进口1和流体出口6设置在本体10的相对两侧，或者两对边上。

在本体10上部，设置有盖板7，盖在保温材料层8上，高度高于凸起沟槽4的高度，在凸起沟槽4与盖板7内表面之间有间隔，形成空气区9，或者抽真空形成真空腔体。

流体介质由辐射制冷器流体进口1流入，依次经过分流腔2、辐射板3内腔形成的流体通道、集流腔5，而后由辐射制冷器流体出口6流出。其中辐射板3是主要的辐射换热部分，为矩形管道结构，或者梯形结构，上小下大或上大下小的梯形结构，其下底面材料为薄钢板，其余各面均为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板，最好为高红外发射率的涂料，顶面与分流腔顶面平齐。各个通道间距适中，与通道宽度值相当，辐射板3均匀布置在保温材料层8的内腔。辐射板3顶面均设置数个间隔设置的凸起沟槽4，且分布均匀，间隔适中。分流腔2和集流腔5主要实现流体介质的分散与收集，为矩形管道结构，顶面材料为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板，最好为高红外发射率的涂料，其余各面均为薄钢板，顶面与辐射板3（流体通道）顶面平齐。

作为“风屏”的盖板7完全罩于分流腔2、辐射板3和集流腔5上部，高度略高于流体通道顶部的凸起沟槽4。同时“风屏”盖板7与流体通道间的区域可为空气区或抽真空形式。可采用高长波透射率的材料，如红外透射玻璃等。对辐射制冷器进行保温时，除“风屏”盖板外，其余各面均进行保温，保温材料具体可采用聚苯乙烯，保温层厚度为20~30mm。

辐射板3（流体管道）内腔还设置有至少一层均匀、致密耐酸、耐碱、耐高温阻氧保护层，并提供内腔阻氧保护层施工工艺、做法及检测报告。该阻氧保护层采用现有的材料，如深海轮船用的有机防腐涂料、以锌基铬盐类为代表的无机涂料等，都能满足本发明的需要。

本发明专利可以直接适用于利用低温夜空天然冷源“免费”供冷的技术领域，具有可再生、“免费”供冷的特点。应用于建筑空调系统中，可减少能源消耗，对建筑节能、减少碳排放具有重大意义，应用前景广泛。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种提高换热效率的夜空辐射制冷器，包括本体（10），其特征在于：本体（10）的底部和四周设置保温材料层（8），保温材料层（8）形成一个具有内腔的保温结构；在本体（10）上设置有流体进口（1）和流体出口（6），在保温材料层（8）的内腔，在流体进口（1）和流体出口（6）之间，设置有若干辐射板（3），每块辐射板（3）内腔的两端分别与流体进口（1）和流体出口（6）连通，形成流体流动通道，相邻辐射板（3）之间封闭；每块辐射板（3）的上表面，设置有若干个向外突出的凸起沟槽（4）；在本体（10）上部，设置有盖板（7），盖在保温材料层（8）上，高度高于凸起沟槽（4）的高度。

2.根据权利要求1所述提高换热效率的夜空辐射制冷器，其特征在于：所述辐射板（3）为矩形管道结构，或梯形结构，下底面材料为钢板，其余各面均为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板。

3.根据权利要求1所述提高换热效率的夜空辐射制冷器，其特征在于：在流体进口（1）一侧，设置有分流腔（2），从流体进口（1）流入的流体经过分流腔（2）的分流，分别流入每块辐射板（3）内腔；在流体出口（6）一侧，设置有集流腔（5），从每块辐射板（3）内腔流出的流体汇集在集流腔（5），再经流体出口（6）流出本体（10）。

4.根据权利要求3所述提高换热效率的夜空辐射制冷器，其特征在于：分流腔（2）和集流腔（5），都为矩形管道结构，顶面材料为涂有能发射红外线的涂料的铝制薄板，其余各面均为薄钢板，顶面与辐射板（3）顶面平齐。

5.根据权利要求1-4任一所述提高换热效率的夜空辐射制冷器，其特征在于：辐射板（3）内腔还设置有至少一层耐酸、耐碱、耐高温的阻氧保护层。

6.根据权利要求1所述提高换热效率的夜空辐射制冷器，其特征在于：流体进口（1）和流体出口（6）设置在本体（10）的相对两侧。