CN214009612U - 一种光栅选择性无源辐射制冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其涉及一种光栅选择性无源辐射制冷装置，包括光栅选择性辐射器、制冷剂通道、保温层和有机透明盖体；所述制冷剂通道呈矩形管状结构设置于所述光栅选择性辐射器的底部，所述有机透明盖体设置于所述光栅选择性辐射器的顶部；所述保温层设置于所述光栅选择性辐射器和所述制冷剂通道的外部；所述制冷剂通道一端的制冷剂通道入口与压缩机连接，另一端的制冷剂通道出口通过节流阀与室内连通。本实用新型利用天空这个巨大的冷源，在没有能源消耗的条件下，采用辐射制冷的方式获取冷量；该装置可根据选取的光栅材料不同实现50~200W/m²的制冷功率，可以很好的作为建筑室内供冷装置或其他空调系统的辅助散热装置。

Description

一种光栅选择性无源辐射制冷装置

技术领域

本实用新型属于制冷技术领域，具体涉及光栅选择性辐射制冷系统。

背景技术

近年来，城市热岛效应和化石燃料的燃烧引起的全球气候变暖使得室外环境温度迅速升高，而建筑物的散热通常由空调通风系统来解决，这些系统的能耗占建筑总能耗的一半以上，同时一次能源在转化利用过程中造成了大量的污染和浪费，因此为了解决日益严峻的能源困局，国内外学者开始将目光转向低消耗、高效率、零污染的建筑节能技术，希望达到降低现有建筑对一次能源依赖程度的目的。

光栅是一种常见的微结构，其结构通常由大量等宽等间距的狭缝构成。利用微结构表面特性对辐射特性的影响，进行波长选择性调控成为了如今的研究热点之一。与传统的热辐射辐射特性调控相比，传统技术大多依靠改变物性来实现，微结构可以凭借表面等离子/声子极化、磁极化、微腔共振等电磁特性，对辐射特性的调控变得更为高效。光栅微结构的波长选择性研究和应用已经深入到多个领域，如太阳能电池，热光伏装置，辐射制冷等。

天空辐射制冷是利用天空这个巨大的冷源，在没有能源消耗的条件下，采用辐射制冷的方式获取冷量的一种被动式技术。该技术以无外部能量输入的优势获得研究者的喜爱，并且其不含任何移动和易损部件，是一种拥有巨大潜力的可再生能源建筑节能制冷技术。

正是基于上述原因，本实用新型设计了一种光栅选择性无源辐射制冷装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光栅选择性无源辐射制冷装置，能够将光栅选择性辐射器面向天空，将制冷剂通道中流动的工质的热量以热辐射的形式发射给天空，从而得到低温的制冷剂工质，再将低温制冷剂送入建筑内或者储能装置进行换热。

为了实现本实用新型的目的,本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型公开了一种光栅选择性无源辐射制冷装置，包括光栅选择性辐射器、制冷剂通道、保温层和有机透明盖体；所述制冷剂通道呈矩形管状结构设置于所述光栅选择性辐射器的底部，所述有机透明盖体设置于所述光栅选择性辐射器的顶部；所述保温层设置于所述光栅选择性辐射器和所述制冷剂通道的外部；所述制冷剂通道一端的制冷剂通道入口与压缩机连接，另一端的制冷剂通道出口通过节流阀与室内连通。

所述光栅选择性辐射器为光栅选择性无源夜间辐射器和光栅选择性无源全天辐射器；所述光栅选择性无源夜间辐射器内材料为在8~13μm波段的大气窗口具有高发射率的材料；所述光栅选择性无源全天辐射器内材料为在8~13μm波段的大气窗口具有高发射率，在0.2~2μm的太阳光波段具有高反射率的材料。

所述保温层采用泡沫材料或橡胶材料制成，其厚度不小于2cm。

所述有机透明盖体由有机硅材料或聚苯乙烯材料制成。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型天空辐射制冷技术，全程无外部能量输入、无污染、高效率、无移动部件，与传统的空调制冷技术相比更可靠和便捷；

2.辐射器由光栅结构构成，通过光栅结构的衍射特性和复合材料发生的辐射特性，增强了光栅结构在全波段内的选择性，提高了光栅选择性无源辐射制冷装置的制冷功率。因此，通过本实用新型的节能技术，可以节约能源，提高制冷效率，使其与其他传统节能技术相比更具竞争潜力，更适合于建筑通风降温应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为实施例一的使用状态示意图；

图5为实施例二的使用状态示意图。

图中，光栅选择性辐射器1、制冷剂通道2、保温层3、有机透明盖板4、制冷剂通道入口5、制冷剂通道出口6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

参见图1-5。

本实用新型公开了一种光栅选择性无源辐射制冷装置，包括光栅选择性辐射器1、矩形管状制冷剂通道2、保温层3和有机透明盖板4，光栅选择性辐射器1设于制冷剂通道2上侧，有机透明盖板4设于光栅选择性辐射器上部，制冷剂通道2一端设有制冷剂通道入口5、另一端设有制冷剂通道出口6,，光栅选择性辐射器1、制冷剂通道2外部都设有保温层3。

光栅选择性辐射器1的材料，根据辐射制冷时间段需求的不同，辐射器的材料可分为两种：光栅选择性无源夜间辐射器和光栅选择性无源全天辐射器。

光栅选择性无源夜间辐射器：该光栅选择性辐射器用于夜间工作，实现夜间低温环境的供冷需求，辐射器只需在大气窗口波段内具有很高的发射率，即可满足制冷的需求，常使用的材料有高分子聚酯类、SiO、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等。将两种或多种材料进行复合使用，制备多层光栅结构。

光栅选择性无源全天辐射器：该光栅选择性辐射器需要同时满足在太阳光波段内低吸收率和在大气窗口波段内高发射率，才能满足制冷的需求。常使用的材料有高分子聚酯类、SiC、SiO、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、SrTiO3等。将两种或多种材料进行复合使用，制备多层光栅结构。

矩形制冷剂通道2为铜材质，也可选择导热效果更好的材料进行制作，并且可在其内部增加肋片加强流体扰动，强换热效果。

保温层3材料常用采用的泡沫材料、橡塑材料等。

系统中制冷剂为水或者为空调系统中常用的R22、R32、R410A、R407C、R134a、R502等制冷剂。

光栅选择性无源辐射制冷装置无论用于夜间制冷还是全天制冷时，辐射器均可采用同时在太阳光波段具有低吸收率和大气窗口波段内具有高发射率的材料所制成的光栅选择性结构。光栅选择性辐射器1放置屋顶，最佳朝向为垂直于天空方向，制冷剂通道2中的制冷工质可采用空气、水、制冷剂等制冷工质。光栅选择性辐射器安装时制冷剂通道2采用低进高出原则安装，保温层3厚度不低于2 cm。

光栅选择性无源辐射制冷装置在运行可以采用两种实施例：实施例一，如图4所示，光栅选择性辐射器1连接建筑室内的散热器通过风机强制对流实现室内的通风降温，压缩机7连接制冷剂通道入口5，将高温高压的制冷工质送入光栅选择性辐射器1，光栅选择性辐射器1通过热辐射的形式将热量散发给天空，得到低温中压制冷剂工质，然后再通过制冷剂通道出口6送入节流阀9进行节流降压，最后送入室内8末端进行换热，形成循环，实现房间的降温。

实施例二，如图5所示，光栅选择性辐射器1连接储能装置（如储液罐、蓄冰池、相变材料等），储能装置另一侧连接室内管道，进行换热实现室内的通风降温，压缩机7连接制冷剂通道入口5，将高温高压的制冷工质送入光栅选择性辐射器1，光栅选择性辐射器1通过热辐射的形式将热量散发给天空，得到低温中压制冷剂工质，然后再通过制冷剂通道出口6送入节流阀9进行节流降压，节流阀9连接储能装置（如储液罐、蓄冰池、相变材料等）将冷量储存，储能装置再通过另一循环与室内8冷却介质进行换热，实现制冷的需求。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种光栅选择性无源辐射制冷装置，其特征在于：包括光栅选择性辐射器（1）、制冷剂通道（2）、保温层（3）和有机透明盖体（4）；

所述制冷剂通道（2）呈矩形管状结构设置于所述光栅选择性辐射器（1）的底部，所述有机透明盖体（4）设置于所述光栅选择性辐射器（1）的顶部；所述保温层（3）设置于所述光栅选择性辐射器（1）和所述制冷剂通道（2）的外部；

所述制冷剂通道（2）一端的制冷剂通道入口（5）与压缩机（7）连接，另一端的制冷剂通道出口（6）通过节流阀（9）与室内（8）连通。

2.根据权利要求1所述的一种光栅选择性无源辐射制冷装置，其特征在于：所述光栅选择性辐射器（1）为光栅选择性无源夜间辐射器和光栅选择性无源全天辐射器；所述光栅选择性无源夜间辐射器内材料为在8~13μm波段的大气窗口具有高发射率的材料；所述光栅选择性无源全天辐射器内材料为在8~13μm波段的大气窗口具有高发射率，在0.2~2μm的太阳光波段具有高反射率的材料。

3.根据权利要求2所述的一种光栅选择性无源辐射制冷装置，其特征在于：所述保温层（3）采用泡沫材料或橡胶材料制成，其厚度不小于2cm。

4.根据权利要求3所述的一种光栅选择性无源辐射制冷装置，其特征在于：所述有机透明盖体（4）由有机硅材料或聚苯乙烯材料制成。

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