一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于重力環(huán)形熱管和熱壓通風原理的太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置。該裝置主要包括儲熱裝置、集熱制冷機構、用冷空間、進風管和出風管。該綜合裝置在白天吸收太陽輻照獲得熱量，儲熱裝置和集熱制冷機構構成太陽能集熱模式；在晚上通過空間輻射制冷獲得冷量，集熱制冷機構和用冷空間構成輻射制冷模式；且在兩種運行模式下都無需動力輸入和控制設備，并且能夠實現兩種模式的自適應切換，滿足人們對供熱和供冷的需求，從而減少對傳統(tǒng)能源的消耗；自適應切換的工作模式使得裝置的運行和維護操作簡易，且較低的初成本投資有利于該裝置的推廣應用。
【專利說明】一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于能源利用技術的領域，具體涉及太陽能集熱和空間輻射制冷的能量綜合利用裝置。
【背景技術】
[0002]目前在白天對太陽能的集熱利用已經得到廣泛的研究，其熱利用方式主要包括熱空氣的利用和熱水利用:如一種平板型太陽能空氣集熱器(CN202419968U)，該裝置可以利用太陽能加熱空氣，同時降低集熱器的熱損，提高集熱效率；又如平板整體式太陽能熱水器(CN102278827A)，該裝置則可以通過平板型集熱器加熱熱水。此外，還有既可以加熱空氣又可以加熱熱水同時能滿足輔助用電需求的平板型太陽能光伏熱水熱空氣復合集熱器(CN20130021296.0)。同時，依據空間輻射制冷原理，晚上地面上的物體可以在8?13微米波段范圍內透過大氣層與外部空間進行輻射換熱，使物體溫度降低達到輻射制冷的效果。如一種輻射制冷裝置(CN200920209144.2)就是利用輻射制冷的原理設計的輻射制冷的裝置。
[0003]但是將白天太陽能熱利用和晚上輻射制冷兩者綜合利用的裝置并沒有得到廣泛的研究，同時太陽能集熱循環(huán)和輻射制冷的循環(huán)裝置多采用主動式循環(huán)結構，這不僅增加了功耗，同時也不便于操作。如果設計一種既可以在白天吸收太陽輻射獲得熱量，又可以在晚上輻射制冷獲得冷量，同時不需要動力輸入和控制設備的集熱綜合裝置，就可以滿足人們對于供熱和供冷的雙重需求，具有良好的應用價值和推廣價值。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述提到太陽能集熱和輻射制冷結合利用的問題，本發(fā)明提供一種基于重力環(huán)形熱管和熱壓通風原理的太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置。
[0005]本發(fā)明綜合裝置包含的集熱制冷機構在白天吸收太陽輻射獲得熱量，與儲熱裝置形成集熱模式循環(huán)；在晚上集熱制冷機構通過輻射制冷獲得冷量，與用冷空間形成制冷模式循環(huán)。根據重力環(huán)形熱管和熱壓通風原理，集熱模式和制冷模式在運行時都無需額外的動力輸入和控制設備，而且兩種運行模式可以實現自適應切換。
[0006]具體的結構設計方案如下:
一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置包括集熱制冷機構2，所述集熱制冷機構2包括基板12，所述基板12的一側面均布著熱管7 ;均布的熱管7的兩端分別連接第一集管4和第二集管8，均布的熱管7、第一集管4和第二集管8內充入熱管工質，均布的熱管7構成熱管回路的蒸發(fā)端；相鄰的熱管7之間設有一片以上的換熱肋片9 ;與熱管7對應的基板12的一側面上罩設有扁盒狀的保溫體10，與熱管7長度方向對應的保溫體10兩端分別開設有空氣流道接口，使基板12和保溫體10之間形成空氣流道6 ;基板12的另一側面上方設有透明蓋板11，透明蓋板11和基板12之間設有間隙形成空腔，與透明蓋板11對應的基板12的表面上設有復合材料層13 ;所述第一集管4連接著儲熱裝置I的一側上部，第二集管8連通著和儲熱裝置I的一側下部；所述儲熱裝置I為熱管回路的冷凝端，位于集熱制冷機構2的上方，與均布的熱管7、第一集管4和第二集管8構成集熱模式循環(huán)回路；所述空氣流道6的一端連通進風管5，另一端連通出風管14，進風管5和出風管14分別連通用冷空間3 ;所述用冷空間3位于集熱制冷機構2的下方，并于空氣流道6、進風管5和出風管14構成制冷模式循環(huán)回路。
[0007]相鄰的熱管7之間設有空氣換熱肋片9。
[0008]保溫體10的材料為聚氨酯泡沫或巖棉。
[0009]透明蓋板11的材料為在太陽輻射的光譜波段和紅外波段都具良好透過率的材料。
[0010]所述的在太陽輻射的光譜波段和紅外波段都具良好透過率的材料為聚乙烯薄膜。
[0011]復合材料層13的材料為選擇性吸收發(fā)射復合材料，所述選擇性吸收發(fā)射復合材料是黑鎘或藍鈦涂層上面噴涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜；其可以在白天高效吸收太陽輻射獲得熱量，在晚上通過輻射制冷獲得冷量。
[0012]保溫體10的周邊向基板12的另一側面延伸，透明蓋板11的周邊分別和保溫體10的周邊密封連接。
[0013]透明蓋板11和基板12之間間距為10?15mm。
[0014]所述儲熱裝置I為儲熱水箱，儲熱水箱內設有散熱盤管，散熱盤管的兩端分別連通著第一集管4和第二集管8。
[0015]本發(fā)明的有益技術效果體現在以下方面:
(1)本發(fā)明裝置在白天太陽能集熱模式運行時，基板12和保溫體10之間形成空氣流道6內的空氣溫度高于用冷空間3的空氣溫度，根據熱壓通風原理，空氣流道6內的空氣與用冷空間3的空氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，空氣環(huán)流換熱受到抑制，不發(fā)生熱交換；
(2)本發(fā)明裝置在晚上輻射制冷模式運行時，基板12上均布的熱管7(熱管回路蒸發(fā)端)的溫度低于儲熱裝置I (熱管回路冷凝端)，根據重力熱管的熱二極管特性，熱管集熱模式處于自動停止狀態(tài)；
(3)本發(fā)明裝置在白天太陽能集熱運行和晚上輻射制冷運行模式下無需額外的動力輸入和控制設備，既可實現自適應切換。
[0016]本發(fā)明是一種基于重力環(huán)形熱管和熱壓通風原理的太陽能集熱-輻射制冷綜合裝置。該裝置能夠實現太陽能集熱和輻射制冷的雙重功效，能夠滿足人們對于供冷和供熱的雙重需求，從而減少對傳統(tǒng)的能源消耗；自適應切換的工作模式使得裝置的運行和維護操作簡易，且較低的初成本投資有利于該裝置的推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
[0018]圖2為圖1中集熱制冷機構的局部剖面圖。
[0019]圖3為集熱制冷機構的局部立體剖視圖。
[0020]圖4為圖3的橫截面局部剖視圖。
[0021]上圖中序號:儲熱裝置1、集熱制冷機構2、用冷空間3、第一集管4、進風管5、空氣流道6、熱管7、第二集管8、換熱肋片9、保溫體10、透明蓋板11、基板12、復合材料層13、出風管14。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明。
[0023]參見圖1、圖2和圖3，一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置包括集熱制冷機構2，集熱制冷機構2包括基板12，所述基板12的一側面均布著熱管7 ;均布的熱管7的兩端分別連接第一集管4和第二集管8，均布的熱管7、第一集管4和第二集管8內充入熱管工質，均布的熱管7構成熱管回路的蒸發(fā)端；相鄰的熱管7之間設有三片換熱肋片9 ;與熱管7對應的基板12的一側面上罩設有扁盒狀的保溫體10，保溫體10的材料為聚氨酯泡沫。與熱管7長度方向對應的保溫體10兩端分別開設有空氣流道接口，使基板12和保溫體10之間形成空氣流道6 ;參見圖3和圖4，基板12的另一側面上方設有透明蓋板11，透明蓋板11的材料為在太陽輻射的光譜波段和紅外波段都具良好透過率的材料，具體為聚乙烯薄膜。透明蓋板11和基板12之間設有間隙形成空腔，透明蓋板11和基板12之間間距為12mm。保溫體10的周邊向基板12的另一側面延伸，透明蓋板11的周邊分別和保溫體10的周邊密封連接。
[0024]與透明蓋板11對應的基板12的表面上設有復合材料層13 ;復合材料層13的材料為選擇性吸收發(fā)射復合材料，即在黑鎘或藍鈦涂層上面噴涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜組成的；其在白天高效吸收太陽輻射獲得熱量，在晚上通過輻射制冷獲得冷量。
[0025]所述第一集管4連接著儲熱裝置I的一側上部，第二集管8連通著和儲熱裝置I的一側下部；儲熱裝置I為儲熱水箱，儲熱水箱內設有散熱盤管，散熱盤管的兩端分別連通著第一集管4和第二集管8 ;儲熱裝置I為熱管回路的冷凝端，位于集熱制冷機構2的上方；均布的熱管7、第一集管4、第二集管8和儲熱裝置I構成集熱模式循環(huán)回路；所述空氣流道6的一端連通進風管5，另一端連通出風管14，進風管5和出風管14分別連通用冷空間3 ；所述用冷空間3位于集熱制冷機構2的下方，并于空氣流道6、進風管5和出風管14構成制冷模式循環(huán)回路。
[0026]本發(fā)明的工作原理如下:
白天具有選擇性吸收-發(fā)射特性的復合材料層13吸收太陽輻照集熱，然后將熱量傳遞給基板12背后的熱管7，熱管工質在熱管7吸熱氣化匯集到頂部的第一集管4，然后進入儲熱裝置1，在儲熱裝置I熱交換冷卻后的液態(tài)工質在重力作用下重新進入底部的第二集管8，然后進入基板背后的熱管7，完成集熱模式循環(huán)。其循環(huán)回路如圖1所示的實心箭頭方向。
[0027]晚上具有選擇性吸收-發(fā)射特性的復合材料層13可以與外層空間進行輻射換熱制冷，復合材料層13獲得冷量，基板12的溫度降低，基板12的空氣流道6的空氣溫度低于用冷空間3的空氣溫度，根據熱壓通風原理，當空氣流道6內的空氣溫度與用冷空間3內空氣溫度的溫差超過臨界值時，溫度較低密度較大的上層空氣往下流動，溫度較高密度較小的下層空氣往上流動，完成制冷模式循環(huán)。其循環(huán)回路如圖1所示的空心箭頭方向。
[0028]太陽能集熱模式和輻射制冷模式能夠實現自適應切換，在白天太陽能集熱模式運行時，基板12背后內的空氣溫度高于用冷空間3的空氣溫度，根據熱壓通風原理，空氣流道6的空氣與用冷空間3的空氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，空氣環(huán)流換熱受到抑制，不發(fā)生熱交換；在晚上輻射制冷模式運行時，基板12背部的熱管7 (熱管回路蒸發(fā)端)的熱管工質溫度低于儲熱裝置I (熱管回路冷凝端)，根據重力熱管的熱二極管特性，熱管集熱模式處于自動停止狀態(tài)。
【權利要求】
1.一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:包括集熱制冷機構(2)，所述集熱制冷機構(2)包括基板(12)，所述基板(12)的一側面均布著熱管(7);均布的熱管(7)的兩端分別連接第一集管(4)和第二集管(8)，均布的熱管(7)、第一集管(4)和第二集管(8)內充入熱管工質，均布的熱管(7)構成熱管回路的蒸發(fā)端；相鄰的熱管(7)之間設有一片以上的換熱肋片(9);與熱管(7)對應的基板(12)的一側面上罩設有扁盒狀的保溫體(10)，與熱管(7)長度方向對應的保溫體(10)兩端分別開設有空氣流道接口，使基板(12)和保溫體(10)之間形成空氣流道(6);基板(12)的另一側面上方設有透明蓋板(11)，透明蓋板(11)和基板(12)之間設有間隙形成空腔，與透明蓋板(11)對應的基板(12)的表面上設有復合材料層(13);所述第一集管(4)連接著儲熱裝置(I)的一側上部，第二集管(8)連通著和儲熱裝置(I)的一側下部；所述儲熱裝置(I)為熱管回路的冷凝端，位于集熱制冷機構(2)的上方，與均布的熱管(7)、第一集管(4)和第二集管(8)構成集熱模式循環(huán)回路；所述空氣流道(6)的一端連通進風管(5)，另一端連通出風管(14)，進風管(5)和出風管(14)分別連通用冷空間(3);所述用冷空間(3)位于集熱制冷機構(2)的下方，并于空氣流道(6)、進風管(5)和出風管(14)構成制冷模式循環(huán)回路。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:相鄰的熱管(7)之間設有空氣換熱肋片(9)。
3.根據權利要求1所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:保溫體(10)的材料為聚氨酯泡沫或巖棉。
4.根據權利要求1所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:透明蓋板(11)的材料為在太陽輻射的光譜波段和紅外波段都具良好透過率的材料。
5.根據權利要求4所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:所述的在太陽輻射的光譜波段和紅外波段都具良好透過率的材料為聚乙烯薄膜。
6.根據權利要求1所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:復合材料層(13)的材料為選擇性吸收發(fā)射復合材料，所述選擇性吸收發(fā)射復合材料是黑鎘或藍鈦涂層上面噴涂聚四氟乙烯薄膜或聚酯薄膜；其可以在白天高效吸收太陽輻射獲得熱量，在晚上通過輻射制冷獲得冷量。
7.根據權利要求1或4或6所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:保溫體(10)的周邊向基板(12)的另一側面延伸，透明蓋板(11)的周邊分別和保溫體(10)的周邊密封連接。
8.根據權利要求1或4或6所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:透明蓋板(11)和基板(12)之間間距為10?15mm。
9.根據權利要求1所述的一種太陽能集熱-輻射制冷的綜合裝置，其特征在于:所述儲熱裝置(I)為儲熱水箱，儲熱水箱內設有散熱盤管，散熱盤管的兩端分別連通著第一集管(4)和第二集管(8)。
【文檔編號】F25B29/00GK103486760SQ201310494356
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】裴剛, 張龍燦, 鄭仁春, 季杰 申請人:中國科學技術大學