CN210165606U

CN210165606U - 太阳能辐射冷却器

Info

Publication number: CN210165606U
Application number: CN201920518552.XU
Authority: CN
Inventors: 张泽慧; 杜桂强; 路光
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2029-04-16

Abstract

本实用新型提供一种太阳能辐射冷却器，包括：制冷组件；隔热组件；所述隔热组件包括：第一本体，所述第一本体具有第一腔体，所述第一腔体套接于所述制冷组件上方，所述第一腔体上方开设有第一窗口；透明盖板，所述透明盖板覆盖所述第一窗口。本实用新型提供的太阳能辐射冷却器，外界周围环境的热量首先传导给该层密封空气层，然后再传导至制冷组件，减小了传导至制冷组件的热量，减小外界周围环境对制冷效果的影响。同时由于太阳辐射的能量需先经过该层密封空气层，然后再辐射至制冷组件，减小了辐射至制冷组件的能量，降低了制冷组件由于太阳辐射而引起的温升，进一步保证制冷效果。

Description

太阳能辐射冷却器

技术领域

本实用新型属于冷却装置领域，尤其涉及一种太阳能辐射冷却器。

背景技术

辐射制冷作为一种无能耗、无污染的制冷方法得到广泛应用。

现有技术中提供的辐射冷却器，参考附图1，包括保温材料1’、辐射选择体2’和透明盖板3’。保温材料1’内形成凹槽，透明盖板3’盖在凹槽上方，保温材料1’的凹槽与透明盖板3’形成的腔体即为制冷空间4’。辐射选择体2’位于制冷空间4’内的下方。

但是，现有技术中提供的辐射制冷器，制冷空间4’通过透明盖板3’与外界周围环境接触会进行热传导引起升温，影响制冷效果；其次，白天太阳辐射的光线首先要穿过制冷空间4’后在经过辐射选择体2’辐射进行选择辐射，会造成制冷空间升温。

实用新型内容

针对现有技术中制冷空间通过透明盖板与外界接触会进行热传导引起升温及光线穿过制冷空间造成升温的技术问题，本实用新型提供了一种太阳能辐射冷却器，避免了制冷空间通过透明盖板与外界周围环境接触进行热传导，也避免了太阳辐射光线引起制冷空间升温，保证太阳能辐射冷却器的制冷效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种太阳能辐射制冷器，

一种太阳能辐射冷却器，包括：

制冷组件；

隔热组件；所述隔热组件包括：

第一本体，所述第一本体具有第一腔体，所述第一腔体套接于所述制冷组件上方，所述第一腔体上方开设有第一窗口；

透明盖板，所述透明盖板覆盖所述第一窗口。

进一步，所述透明盖板在8-13μm波段的透射率为85％-100％，所述透明盖板在其余波段的反射率为85％-100％。

进一步，所述透明盖板有两层，两层所述透明盖板之间具有空气层。

进一步，所述隔热组件还包括反射金属层，所述反射金属层设置有开口，所述反射金属层覆盖于所述盖板上方，所述开口与所述第一窗口相对。

进一步，所述制冷组件包括：

第二本体，所述第二本体为不透明保温材料，所述第二本体具有第二腔体，所述第二腔体上方开设有第二窗口，所述第二窗口位于所述第一腔体内；

辐射选择膜，所述辐射选择膜覆盖于所述第二窗口上，所述辐射选择膜在8-13μm波段吸收率为85％-100％，所述辐射选择膜在0其余波段的反射率为85％-100％。

进一步，所述辐射选择膜包括衬底层、反射层和辐射层，所述反射层设置于所述衬底层上方；所述辐射层设置于所述衬底层和所述反射层上方。

进一步，所述衬底层包括Si层和Ag层，所述Ag层设置于所述Si层上方。

进一步，所述辐射层包括第一SiO₂层、第一TiO₂层和第二SiO₂层，所述第一TiO₂层设置所述第一SiO₂层和所述第二SiO₂层中间；所述第一SiO₂层的厚度为300-800nm，所述第一TiO₂层的厚度为500-1500nm，所述第二SiO₂层的厚度为500-1500nm。

进一步，所述反射层为一维光子晶体结构，所述一维光子晶体结构由第二TiO₂层和第三SiO₂层交替堆叠而成，所述第二TiO₂层的厚度为30-40nm，所述第三SiO₂层的厚度为50--60nm。

进一步，所述制冷组件还包括反射金属层，所述反射金属层覆盖于所述第二本体与外部接触的表面上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型所提供的太阳能辐射冷却器，在制冷组件上方设置有隔热组件，隔热组件具有第一腔体，第一腔体内形成密封空气层。外界周围环境的热量首先传导给该层密封空气层，然后再传导至制冷组件，减小了传导至制冷组件的热量，减小外界周围环境对制冷效果的影响。同时由于太阳辐射的能量需先经过该层密封空气层，然后再辐射至制冷组件，减小了辐射至制冷组件的能量，降低了制冷组件由于太阳辐射而引起的温升，进一步保证制冷效果。

2.本实用新型提供的太阳能辐射冷却器，辐射选择膜覆盖于第二窗口上，且辐射选择膜位于制冷空间的上方。太阳辐射的光线首先经过辐射选择膜反射后，然后再经过制冷空间，避免了太阳辐射光线与制冷空间的直接接触，减小了制冷空间由于太阳辐射光线造成的温升，进一步保证了制冷空间的制冷效果。

3.本实用新型所提供的太阳能辐射冷却器，制冷组件中的辐射选择膜包括辐射层和反射层，辐射层在8-13μm波段有较高的吸收率(辐射率)，在其余波段具有较高的反射率。在白天阳光的照射下，辐射选择膜能够反射太阳光，且同时将第二腔体(制冷空间)内物体所辐射的能量吸收然后辐射出去，从而降低第二腔体内的温度，白天在阳光直射下能够实现制冷。

附图说明

图1为现有技术中辐射制冷器的整体结构示意图；

图2为本实施例所提供的太阳能辐射冷却器的整体结构示意图。

图3为图2中A局部放大结构示意图；

图4为图2中辐射选择膜的结构示意图；

图5为图4中反射层的结构示意图；

图6为图4中辐射选择膜的实测光谱吸收曲线。

对附图标记进行具体说明：

1’、保温材料；2’、辐射选择体；3’、透明盖板；4’、制冷空间；1、隔热组件；11、第一本体；111、第一腔体；112、第一窗口；12、透明盖板；121、空气层；13、反射金属层；131、开口；2、制冷组件；21、第二本体；211、第二腔体；212、第二窗口；22、辐射选择膜；221、辐射层；2211、第一SiO₂层；2212、第一TiO₂层；2213、第二SiO₂层；222、反射层；2221、第二TiO₂层；2222、第三SiO₂层；223、衬底层；2231、Ag层；2232、Si层；3、支撑组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本实用新型的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有技术中制冷空间通过透明盖板与外界接触会进行热传导引起升温的技术问题，本实施例提供了一种太阳能辐射冷却器，避免了制冷空间通过透明盖板与外界接触进行热传导，保证太阳能辐射冷却器的制冷效果。

本实施例提供的太阳能辐射制冷器，包括：

制冷组件2；

隔热组件1；隔热组件1包括：

第一本体11，第一本体11具有第一腔体111，第一腔体111套接于制冷组件2上方，第一腔体111上方开设有第一窗口112；

透明盖板12，透明盖板12覆盖第一窗口112。

本实施例所提供的太阳能辐射冷却器，在制冷组件2上方设置有隔热组件1，隔热组件1具有第一腔体111，第一腔体111内形成密封空气层。外界周围环境的热量首先传导给该层密封空气层，然后再传导至制冷组件2，减小了传导至制冷组件2的热量，减小外界周围环境对制冷效果的影响。同时由于太阳辐射的能量需先经过该层密封空气层，然后再辐射至制冷组件2，减小了辐射至制冷组件2的能量，降低了制冷组件2由于太阳辐射而引起的温升，进一步保证制冷效果。

具体地说，参考附图2和附图3，本实施例所提供的太阳能辐射制冷器包括隔热组件1、制冷组件2和支撑组件3。支撑组件3连接于隔热组件1的下方，起到支撑和承重的作用。隔热组件1包括第一本体11、透明盖板12和反射金属层13。第一本体11优选为亚克力板，多块亚克力板无缝连接形成第一腔体111。第一腔体111上方开设有窗口112，透明盖板12密封覆盖在窗口112上。透明盖板12与第一本体11的第一腔体111形成密封的空间，空间内为空气，即形成密封空气层。参考上段所述，由于该密封空气层的存在，保证了制冷效果。

为了进一步加强制冷效果，透明盖板12优选为在8-13μm波段具有较高的透射率，透明盖板12的透射率为85％-100％，优选为90％-100％。由于常温下地面黑体的红外辐射波峰大约为8-13μm，透明盖板12在8-13μm波段具有较高的透射率方便位于制冷组件2中的辐射体将热量辐射出去，从而提高辐射制冷的效果。透明盖板12可以优选为聚乙烯薄膜。透明盖板12在其余波段具有较高的反射率，透明盖板12在其余波段的反射率为85％-100％，优选为90％-100％。透明盖板12能够对例如太阳辐射或者外界周围空间其余波段的光进行反射，进一步降低温升。

为了更进一步保证制冷效果，透明盖板12可以有多层，多层透明盖板12之间具有空气层121。增加透明盖板12的层数可以增加对流换热热阻，减小外界周围环境的热传导，从而保证了制冷效果。但是透明盖板12的层数过多，又会降低红外透过率，辐射体向外辐射的能量收到阻碍，影响制冷效果。因此本实施例的透明盖板12优选为两层。

为保证制冷效果，防止温度上升，隔热组件1还包括反射金属层13，反射金属层13覆盖于透明盖板12上方，反射金属层13设置有开口131，开口131与第一窗口112相对。反射金属层13对太阳发出的光进行反射，减小由于太阳光辐射造成的温升，从而进一步保证制冷效果。反射金属层13可以为金属结构，也可为具有金属膜层的薄膜结构。本实施例的反射金属层13优选为铝板，进一步优选为镀铝薄膜。

本实施例提供的太阳能辐射制冷器还包括制冷组件2。参考附图2，制冷组件2包括第二本体21和辐射选择膜22。第二本体21具有第二腔体211。为保证制冷效果，减少外界周围环境及太阳辐射的影响，第二本体21优选为不透明保温材料。兼顾成本，第二本体21可进一步优选为塑料泡沫。第二腔体211上方开设有第二窗口212，第二窗口212位于第一腔体111内。第二腔体211内的辐射体发出的红外辐射经过第二窗口212出射。辐射选择膜22覆盖于第二窗口212上，辐射选择膜22与第二腔体211形成制冷空间，需要制冷的辐射体放置于该空间内。辐射选择膜22在8-13μm波段具有较高的吸收率，优选为85％-100％，进一步优选为90％-100％，辐射选择膜22将第二腔体211内辐射体辐射出的波长范围在8-13μm的能量进行吸收，由于辐射选择膜22对8-13μm波段的光具有较高的吸收率，根据基尔霍夫定律，辐射选择膜22对8-13μm波段的光也具有较高的辐射率，从而能够将辐射体辐射出的能量进一步通过大气窗口辐射至宇宙外层的绝对零度区，实现辐射制冷。辐射选择膜22在其余波段具有较高的反射率，优选为85％-100％，进一步优选为90％-100％。辐射选择膜22在其余波段具有较高的反射率。在白天阳光的照射下，太阳辐射能量主要集中在0.2-3μm波长范围内。辐射选择膜22能够对太阳辐射出的能量进行反射，同时将第二腔体211内辐射体体所辐射的能量吸收然后辐射出去，从而降低第二腔体211内的温度，因此白天在阳光直射下本实施例的太阳能辐射制冷器能够实现制冷。

参考附图4和附图5，本实施例的辐射选择膜22包括衬底层223、反射层222和辐射层221，反射层222设置于衬底层223上方；辐射层221设置于衬底层223和反射层222上方。

具体地说，衬底层223包括Si层2232和Ag层2231，Ag层2231设置于Si层2232上方。辐射层221包括第一SiO₂层2211、第一TiO₂层2212和第二SiO₂层2213，第一TiO₂层2212设置与第一SiO₂层2211和第二SiO₂层2213中间；第一SiO₂层2211的厚度为300-800nm，优选为500nm；第一TiO₂层2212的厚度为500-1500nm，优选为1000nm；第二SiO₂层2213的厚度为500-1500nm，优选为1000nm。

本实施例的反射层222优选一维光子晶体结构，光子晶体结构由不同折射率的介质周期性排列而成，能够形成光子带隙，具有波长选择功能，能够使某个波段的光通过而阻止某个波段的光通过。本实施例的一维光子晶体结构由第二TiO₂层2221和第三SiO₂层2222交替堆叠而成。第二TiO₂层2221的厚度为30-40nm，优选为36nm；第三SiO₂层的厚度为50-60nm，优选为51nm。

根据实际测量，本实施例所优选的辐射选择膜22的光谱吸收曲线如附图6所示，横坐标为波长，单位μm；纵坐标为吸收率或辐射率，无量纲。参考附图6。

进一步为保证制冷效果，制冷组件2还包括反射金属层13，反射金属层13覆盖于第二本体21与外部接触的表面上，能够对太阳和外界周围环境辐射的能量进行反射，减小制冷组件2的温升，保证制冷效果。

为进一步方便对本实用新型的技术方案的理解，下面对本实施例所提供的太阳能辐射冷却器的冷却过程作进一步的描述：

夜间时，位于制冷组件2的第二腔体211内的辐射体，也即为待制冷物体，向外辐射波长范围为8-13μm的红外能量；然后，位于第二腔体211的第二窗口212上的辐射选择膜22对红外能量进行吸收，再将该能量辐射进入第一腔体111内；最后经由与第二窗口212相对的第一窗口112辐射出去，进一步辐射至宇宙外层的绝对零度区，实现夜间辐射制冷。

白天时，辐射体(待制冷物体)的辐射制冷过程与上述夜间辐射制冷过程相同。同时，太阳辐射的能量首先由反射金属层13和透明盖板12反射一部分。剩余部分能量进入第一腔体111的太阳辐射能量被辐射选择膜22阻挡，不能进入第二腔体211，进一步降低了由于太阳辐射造成的温升，保证了制冷效果。

Claims

1.一种太阳能辐射冷却器，其特征在于，包括：

制冷组件；

隔热组件；所述隔热组件包括：

透明盖板，所述透明盖板覆盖所述第一窗口。

2.根据权利要求1所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述透明盖板在8-13μm波段的透射率为85％-100％，所述透明盖板在其余波段的反射率为85％-100％。

3.根据权利要求2所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述透明盖板有两层，两层所述透明盖板之间具有空气层。

4.根据权利要求1所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述隔热组件还包括反射金属层，所述反射金属层设置有开口，所述反射金属层覆盖于所述盖板上方，所述开口与所述第一窗口相对。

5.根据权利要求1所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述制冷组件包括：

辐射选择膜，所述辐射选择膜覆盖于所述第二窗口上，所述辐射选择膜在8-13μm波段吸收率为85％-100％，所述辐射选择膜在其余波段的反射率为85％-100％。

6.根据权利要求5所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述辐射选择膜包括衬底层、反射层和辐射层，所述反射层设置于所述衬底层上方；所述辐射层设置于所述衬底层和所述反射层上方。

7.根据权利要求6所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述衬底层包括Si层和Ag层，所述Ag层设置于所述Si层上方。

8.根据权利要求6所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述辐射层包括第一SiO₂层、第一TiO₂层和第二SiO₂层，所述第一TiO₂层设置所述第一SiO₂层和所述第二SiO₂层中间；所述第一SiO₂层的厚度为300-800nm，所述第一TiO₂层的厚度为500-1500nm，所述第二SiO₂层的厚度为500-1500nm。

9.根据权利要求6所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述反射层为一维光子晶体结构，所述一维光子晶体结构由第二TiO₂层和第三SiO₂层交替堆叠而成，所述第二TiO₂层的厚度为30-40nm，所述第三SiO₂层的厚度为50-60nm。

10.根据权利要求5所述的太阳能辐射冷却器，其特征在于，所述制冷组件还包括反射金属层，所述反射金属层覆盖于所述第二本体与外部接触的表面上。