CN203550276U

CN203550276U - 一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置

Info

Publication number: CN203550276U
Application number: CN201320648443.2U
Authority: CN
Inventors: 裴刚; 张龙灿; 郑仁春; 季杰
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-10-21

Abstract

本实用新型提出了一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置。该装置主要包括储热装置、集热制冷机构、用冷空间、进风管和出风管。该综合装置在白天吸收太阳辐照获得热量，储热装置和集热制冷机构构成太阳能集热模式；在晚上通过空间辐射制冷获得冷量，集热制冷机构和用冷空间构成辐射制冷模式；且在两种运行模式下都无需动力输入和控制设备，并且能够实现两种模式的自适应切换，满足人们对供热和供冷的需求，从而减少对传统能源的消耗；自适应切换的工作模式使得装置的运行和维护操作简易，且较低的初成本投资有利于该装置的推广应用。

Description

一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置

技术领域

本实用新型属于能源利用技术的领域，具体涉及太阳能集热和空间辐射制冷的能量综合利用装置。

背景技术

目前在白天对太阳能的集热利用已经得到广泛的研究，其热利用方式主要包括热空气的利用和热水利用：如一种平板型太阳能空气集热器（CN202419968U），该装置可以利用太阳能加热空气，同时降低集热器的热损，提高集热效率；又如平板整体式太阳能热水器(CN102278827A)，该装置则可以通过平板型集热器加热热水。此外，还有既可以加热空气又可以加热热水同时能满足辅助用电需求的平板型太阳能光伏热水热空气复合集热器(CN20130021296.0)。同时，依据空间辐射制冷原理，晚上地面上的物体可以在8～13微米波段范围内透过大气层与外部空间进行辐射换热，使物体温度降低达到辐射制冷的效果。如一种辐射制冷装置（CN200920209144.2）就是利用辐射制冷的原理设计的辐射制冷的装置。

但是将白天太阳能热利用和晚上辐射制冷两者综合利用的装置并没有得到广泛的研究，同时太阳能集热循环和辐射制冷的循环装置多采用主动式循环结构，这不仅增加了功耗，同时也不便于操作。如果设计一种既可以在白天吸收太阳辐射获得热量，又可以在晚上辐射制冷获得冷量，同时不需要动力输入和控制设备的集热综合装置，就可以满足人们对于供热和供冷的双重需求，具有良好的应用价值和推广价值。

实用新型内容

为了解决上述提到太阳能集热和辐射制冷结合利用的问题，本实用新型提供一种基于重力环形热管和热压通风原理的太阳能集热-辐射制冷的综合装置。

本实用新型综合装置包含的集热制冷机构在白天吸收太阳辐射获得热量，与储热装置形成集热模式循环；在晚上集热制冷机构通过辐射制冷获得冷量，与用冷空间形成制冷模式循环。根据重力环形热管和热压通风原理，集热模式和制冷模式在运行时都无需额外的动力输入和控制设备，而且两种运行模式可以实现自适应切换。

具体的结构设计方案如下：

一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置包括集热制冷机构2，所述集热制冷机构2包括基板12，所述基板12的一侧面均布着热管7；均布的热管7的两端分别连接第一集管4和第二集管8，均布的热管7、第一集管4和第二集管8内充入热管工质，均布的热管7构成热管回路的蒸发端；相邻的热管7之间设有一片以上的换热肋片9；与热管7对应的基板12的一侧面上罩设有扁盒状的保温体10，与热管7长度方向对应的保温体10两端分别开设有空气流道接口，使基板12和保温体10之间形成空气流道6；基板12的另一侧面上方设有透明盖板11，透明盖板11和基板12之间设有间隙形成空腔，与透明盖板11对应的基板12的表面上设有复合材料层13；所述第一集管4连接着储热装置1的一侧上部，第二集管8连通着和储热装置1的一侧下部；所述储热装置1为热管回路的冷凝端，位于集热制冷机构2的上方，与均布的热管7、第一集管4和第二集管8构成集热模式循环回路；所述空气流道6的一端连通进风管5，另一端连通出风管14，进风管5和出风管14分别连通用冷空间3；所述用冷空间3位于集热制冷机构2的下方，并于空气流道6、进风管5和出风管14构成制冷模式循环回路。

相邻的热管7之间设有空气换热肋片9。

保温体10的材料为聚氨酯泡沫或岩棉。

透明盖板11的材料为在太阳辐射的光谱波段和红外波段都具良好透过率的材料。

所述的在太阳辐射的光谱波段和红外波段都具良好透过率的材料为聚乙烯薄膜。

复合材料层13的材料为选择性吸收发射复合材料，所述选择性吸收发射复合材料是黑镉或蓝钛涂层上面喷涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜；其可以在白天高效吸收太阳辐射获得热量，在晚上通过辐射制冷获得冷量。

保温体10的周边向基板12的另一侧面延伸，透明盖板11的周边分别和保温体10的周边密封连接。

透明盖板11和基板12之间间距为10～15mm。

所述储热装置1为储热水箱，储热水箱内设有散热盘管，散热盘管的两端分别连通着第一集管4和第二集管8。

本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：

（1）本实用新型装置在白天太阳能集热模式运行时，基板12和保温体10之间形成空气流道6内的空气温度高于用冷空间3的空气温度，根据热压通风原理，空气流道6内的空气与用冷空间3的空气处于稳定状态，空气环流换热受到抑制，不发生热交换；

（2）本实用新型装置在晚上辐射制冷模式运行时，基板12上均布的热管7（热管回路蒸发端）的温度低于储热装置1（热管回路冷凝端），根据重力热管的热二极管特性，热管集热模式处于自动停止状态；

（3）本实用新型装置在白天太阳能集热运行和晚上辐射制冷运行模式下无需额外的动力输入和控制设备，既可实现自适应切换。

本实用新型是一种基于重力环形热管和热压通风原理的太阳能集热-辐射制冷的综合装置。该装置能够实现太阳能集热和辐射制冷的双重功效，能够满足人们对于供冷和供热的双重需求，从而减少对传统的能源消耗；自适应切换的工作模式使得装置的运行和维护操作简易，且较低的初成本投资有利于该装置的推广应用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1中集热制冷机构的局部剖面图。

图3为集热制冷机构的局部立体剖视图。

图4为图3的横截面局部剖视图。

上图中序号：储热装置1、集热制冷机构2、用冷空间3、第一集管4、进风管5、空气流道6、热管7、第二集管8、换热肋片9、保温体10、透明盖板11、基板12、复合材料层13、出风管14。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

参见图1、图2和图3，一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置包括集热制冷机构2，集热制冷机构2包括基板12，所述基板12的一侧面均布着热管7；均布的热管7的两端分别连接第一集管4和第二集管8，均布的热管7、第一集管4和第二集管8内充入热管工质，均布的热管7构成循环热管的蒸发端；相邻的热管7之间设有三片换热肋片9；与热管7对应的基板12的一侧面上罩设有扁盒状的保温体10，保温体10的材料为聚氨酯泡沫。与热管7长度方向对应的保温体10两端分别开设有空气流道接口，使基板12和保温体10之间形成空气流道6；参见图3和图4，基板12的另一侧面上方设有透明盖板11，透明盖板11的材料为在太阳辐射的光谱波段和红外波段都具良好透过率的材料，具体为聚乙烯薄膜。透明盖板11和基板12之间设有间隙形成空腔，透明盖板11和基板12之间间距为12mm。保温体10的周边向基板12的另一侧面延伸，透明盖板11的周边分别和保温体10的周边密封连接。

与透明盖板11对应的基板12的表面上设有复合材料层13；复合材料层13的材料为选择性吸收发射复合材料，即在黑镉或蓝钛涂层上面喷涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜组成的；其在白天高效吸收太阳辐射获得热量，在晚上通过辐射制冷获得冷量。

所述第一集管4连接着储热装置1的一侧上部，第二集管8连通着和储热装置1的一侧下部；储热装置1为储热水箱，储热水箱内设有散热盘管，散热盘管的两端分别连通着第一集管4和第二集管8；储热装置1为热管回路的冷凝端，位于集热制冷机构2的上方；均布的热管7、第一集管4、第二集管8和储热装置1构成集热模式循环回路；所述空气流道6的一端连通进风管5，另一端连通出风管14，进风管5和出风管14分别连通用冷空间3；所述用冷空间3位于集热制冷机构2的下方，并于空气流道6、进风管5和出风管14构成制冷模式循环回路。

本实用新型的工作原理如下：

白天具有选择性吸收-发射特性的复合材料层13吸收太阳辐照集热，然后将热量传递给基板12背后的热管7，工质在热管7吸热气化汇集到顶部的第一集管4，然后进入储热装置1，在储热装置1热交换冷却后的液态工质在重力作用下重新进入底部的第二集管8，然后进入基板背后的热管7，完成集热模式循环。其循环回路如图1所示的实心箭头方向。

晚上具有选择性吸收-发射特性的复合材料层13可以与外层空间进行辐射换热制冷，复合材料层13获得冷量，基板12的温度降低，基板12的空气流道6的空气温度低于用冷空间3的空气温度，根据热压通风原理，当空气流道6内的空气温度与用冷空间3内空气温度的温差超过临界值时，温度较低密度较大的上层空气往下流动，温度较高密度较小的下层空气往上流动，完成制冷模式循环。其循环回路如图1所示的空心箭头方向。

太阳能集热模式和辐射制冷模式能够实现自适应切换，在白天太阳能集热模式运行时，基板12背后内的空气温度高于用冷空间3的空气温度，根据热压通风原理，空气流道6的空气与用冷空间3的空气处于稳定状态，空气环流换热受到抑制，不发生热交换；在晚上辐射制冷模式运行时，基板12背部的热管7（热管回路蒸发端）的热管工质温度低于储热装置1（热管回路冷凝端），根据重力热管的热二极管特性，热管集热模式处于自动停止状态。

Claims

1.一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：包括集热制冷机构（2），所述集热制冷机构（2）包括基板（12），所述基板（12）的一侧面均布着热管（7）；均布的热管（7）的两端分别连接第一集管（4）和第二集管（8），均布的热管（7）、第一集管（4）和第二集管（8）内充入热管工质，均布的热管（7）构成热管回路的蒸发端；相邻的热管（7）之间设有一片以上的换热肋片（9）；与热管（7）对应的基板（12）的一侧面上罩设有扁盒状的保温体（10），与热管（7）长度方向对应的保温体（10）两端分别开设有空气流道接口，使基板（12）和保温体（10）之间形成空气流道（6）；基板（12）的另一侧面上方设有透明盖板（11），透明盖板（11）和基板（12）之间设有间隙形成空腔，与透明盖板（11）对应的基板（12）的表面上设有复合材料层（13）；所述第一集管（4）连接着储热装置（1）的一侧上部，第二集管（8）连通着和储热装置（1）的一侧下部；所述储热装置（1）为热管回路的冷凝端，位于集热制冷机构（2）的上方，与均布的热管（7）、第一集管（4）和第二集管（8）构成集热模式循环回路；所述空气流道（6）的一端连通进风管（5），另一端连通出风管（14），进风管（5）和出风管（14）分别连通用冷空间（3）；所述用冷空间（3）位于集热制冷机构（2）的下方，并于空气流道（6）、进风管（5）和出风管（14）构成制冷模式循环回路。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：相邻的热管（7）之间设有空气换热肋片（9）。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：保温体（10）的材料为聚氨酯泡沫或岩棉。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：透明盖板（11）的材料为在太阳辐射的光谱波段和红外波段都具良好透过率的材料。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：所述的在太阳辐射的光谱波段和红外波段都具良好透过率的材料为聚乙烯薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：复合材料层（13）的材料为选择性吸收发射复合材料，所述选择性吸收发射复合材料是黑镉或蓝钛涂层上面喷涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜；其可以在白天高效吸收太阳辐射获得热量，在晚上通过辐射制冷获得冷量。

7.根据权利要求1或4或6所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：保温体（10）的周边向基板（12）的另一侧面延伸，透明盖板（11）的周边分别和保温体（10）的周边密封连接。

8.根据权利要求1或4或6所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：透明盖板（11）和基板（12）之间间距为10～15mm。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能集热-辐射制冷的综合装置，其特征在于：所述储热装置（1）为储热水箱，储热水箱内设有散热盘管，散热盘管的两端分别连通着第一集管（4）和第二集管（8）。