辐射冷却盖板、包含该盖板的被动制冰的外融冰式蓄冰槽及空调系统的制作方法

1.本实用新型涉及空调技术领域，具体涉及一种辐射冷却盖板、包含该盖板的被动制冰的外融冰式蓄冰槽及空调系统。


背景技术：

2.蓄冷技术是目前降低空调系统装机容量、减少电网高峰时段空调用电负荷的重要手段之一，但是现有蓄冷技术只是达到“削峰填谷”的作用，实际上并未节约电量，减少能源消耗。
3.因此，需要新的技术和设备，以至少部分消除现有技术中存在的问题。例如，其可以减少空调系统的制冰能耗，减少碳排放，推动2030年前碳达峰和2060年前碳中和事业的发展。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于减少空调系统的制冰蓄冰能耗，提供了一种被动制冰的外融冰式蓄冰槽及其在空调系统的耦合应用方法，该蓄冰槽可以通过辐射换热的方式向外太空发射红外线从而降低自身温度，并将冷量传递到蓄冰槽内部介质中储存，以达到减少空调系统制冰蓄冰能耗，节能减排的目的。
5.更具体地，根据本实用新型的一方面，提供一种用于被动制冰的外融冰式蓄冰槽的辐射冷却盖板(1)，其特征在于，包括
6.铜基板(1-6)；
7.在铜基板(1-6)之上的铝层(1-5)；
8.在铝层(1-5)之上的非晶硅层(1-4)；
9.在非晶硅层(1-4)之上的si3n4涂层(1-3)；
10.在si3n4涂层(1-3)之上的支撑框架(1-2)，以及
11.设置在支撑框架(1-2)顶部上的znse窗口片(1-1)，其中所述si3n4涂层(1-3)、支撑框架(1-2)以及znse窗口片(1-1)形成密闭的真空腔。
12.根据本实用新型的实施方案，其中所述铜基板(1-6)的厚度为0.5-5mm，优选1-2mm；所述非晶硅层(1-4)的厚度为500nm-1000nm，优选650-750nm。
13.根据本实用新型的实施方案，其中所述铝层(1-5)的厚度为100nm-300nm，优选130-160nm。
14.根据本实用新型的实施方案，其中所述si3n4涂层的厚度为50-100nm，优选60-75nm。
15.根据本实用新型的实施方案，其中所述znse窗口片(1-1)的厚度为2-5mm。
16.根据本实用新型的实施方案，其中所述辐射冷却盖板在大气窗口的发射率为0.8-0.95，在太阳光波段的反射率为0.85-0.95。
17.根据本实用新型的实施方案，其中所述真空腔的压力为10-6
mm汞柱以下。
18.根据本实用新型的另一方面，提供一种被动制冰的外融冰式蓄冰槽，包括根据本实用新型所述的辐射冷却盖板。
19.根据本实用新型的实施方案，其中所述蓄冰槽还包括顶部开口的蓄冰槽外壳(8)以及设置在外壳(8)内部的换热盘管(11)，所述辐射冷却盖板(1)盖封所述外壳(8)的顶部开口，并且接触所述换热盘管(11)的顶部。
20.根据本实用新型的另一方面，提供一种空调系统，包括根据本实用新型所述的蓄冰槽。
21.本实用新型利用被动辐射换热的方式，通过利用si3n4材料的表面声子激发来提高其在大气窗口的发射率，从而增强向外太空的辐射换热。通过利用znse窗口片在红外波段的高透过、铝对太阳光波段的高反射和真空层的隔热作用，大大减少了盖板对太阳光的吸收和非辐射换热，最终达到被动制冷的效果。该蓄冰槽其净辐射换热功率(向外辐射输出的功率减去外界热量输入功率)在0-100w/
㎡
之间，最大降温可达到低于环境温度42℃左右。此外，该蓄冰槽昼夜不间断地在向外太空辐射热量，在日间也可以达到制冰效果。本实用新型的辐射冷却盖板在大气窗口(8-13微米)的发射率可达0.8-0.95，在太阳光波段(0.3-2.5微米)的反射率可达0.85-0.95，例如0.9左右。
22.本实用新型被动制冰的外融冰式蓄冰槽以及空调系统是减少空调系统制冰能耗，间接降低碳排放的一种有效手段。
附图说明
23.参照以下描述的附图和权利要求，可以更好地理解本技术的特征。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本文所述的原理上。在附图中，贯穿各个视图，相似的数字用于指示相似的部分。
24.图1是根据本技术的一个实施方案的被动制冰的外融冰式蓄冰槽结构的截面示意图。
25.图2是图1所示的被动制冰的外融冰式蓄冰槽结构的俯视示意图。
26.图3是根据本技术的一个实施方案的用于被动制冰的外融冰式蓄冰槽的辐射冷却盖板的结构示意图。
27.图4是根据本技术的一个实施方案的被动制冰的外融冰式蓄冰槽在空调系统的耦合应用示意图。
28.其中：1辐射冷却盖板，1-1znse窗口片，1-2亚克力结构,1-3si3n4涂层，1-4非晶硅，1-5铝层，1-6铜基板，2制冷剂进口管，3制冷剂出口管，4进口布水器，5出口布水器，6载冷剂进口管，7载冷剂出口管，8外壳,，9保温材料，10内支撑，11换热盘管，12，分液器，13集液器。
具体实施方式
29.以下结合附图和实施实例对本实用新型做进一步的说明，所提及内容并不用于限制本实用新型。
30.图1和图2是根据本技术的一个实施方案的被动制冰的外融冰式蓄冰槽结构的截面以及俯视示意图。图3是根据本技术的一个实施方案的用于被动制冰的外融冰式蓄冰槽
的辐射冷却盖板的结构示意图。
31.参考图3，该实施例的辐射冷却盖板1可以包括铜基板实用新型1-6实用新型、在铜基板实用新型1-6实用新型之上的铝层实用新型1-5实用新型、在铝层实用新型1-5实用新型之上的非晶硅层实用新型1-4实用新型、在非晶硅层实用新型1-4实用新型之上的si3n4涂层实用新型1-3实用新型、在si3n4涂层实用新型1-3实用新型之上的支撑框架实用新型1-2实用新型，以及设置在支撑框架实用新型1-2实用新型顶部上的znse窗口片实用新型1-1实用新型。
32.所述辐射冷却盖板的做法如下：将厚度为0.5-5mm，优选1-2mm的铜作为铜基底1-6，铜基底1-6上通过导热硅胶或者其他合适的粘合剂紧密连接厚度为100nm-300nm优选130-160nm的铝层1-5，起到反射太阳辐射的作用；在铝层1-5上铺设厚度为500nm-1000nm，优选650-750nm的非晶硅层1-4，由于非晶硅层1-4和铝层1-5表面光滑平整，可以将非晶硅层1-4置于铝层1-5上，按压非晶硅层1-4，使两者之间紧密接触，这样铝层1-5与非晶硅层1-4之间可以通过分子间作用力紧密连接.
33.然后利用喷涂设备将si3n4溶液在高温下均匀喷涂在非晶硅1-4上，通过增加喷涂次数来控制si3n4涂层1-3的厚度在50-100nm之间，于室温下静置干燥。更具体地，可以将蒸馏水作为溶剂溶解si3n4，蒸馏水与si3n4体积比在10:1至10:3之间；在高温下将si3n4溶液喷涂在非晶硅1-4上，通过喷涂次数来控制si3n4涂层的厚度在60-75nm之间，于室温下静置干燥。
34.待其干燥充分后，在si3n4涂层1-3上方覆盖厚约2-5mm的znse窗口片1-1，并用支撑框架1-2支撑。支撑框架例如可以用亚克力材料制成，或者其他合适的材料。si3n4涂层1-3、支撑框架1-2以及znse窗口片1-1形成密闭的空腔，znse窗口片1-1与si3n4涂层1-3间隔例如可以为0.5-1cm。然后可以用真空泵对空腔进行抽真空，例如将其中的压力降低约为10-6
mm汞柱左右，获得更低。si3n4涂层表面声子激发可以提高其在大气窗口的发射率，从而增强向外太空的辐射换热。铝层可以反射太阳光，真空腔起到隔热作用。最终通过向外太空辐射热量，减弱对太阳辐射的和非辐射换热的吸收，从而达到一种冷却效果。本实用新型的辐射冷却盖板1在大气窗口(8-13微米)的发射率例如可以为0.8-0.95，在太阳光波段(0.3-2.5微米)的反射率例如可以为0.85-0.95，例如在0.9左右。
35.参考图1和图2，本实施方案的被动制冰的外融冰式蓄冰槽可以包括辐射冷却盖板1、制冷剂进口管2、制冷剂出口管3、进口布水器4、出口布水器5、载冷剂进口管6、载冷剂出口管7、外壳8、保温材料9、内支撑10、换热盘管11、分液器12以及集液器13。
36.蓄冰槽的外壳8顶部开放，所述射冷却盖板1位于蓄冰槽顶部，封盖外壳8的开口，起到辐射冷却的作用。所述换热盘管11位于外壳8的内部，其顶部与所述辐射冷却盖板紧密连接。所述制冷剂进出口管分(2,3)别位于蓄冰槽外壳8两侧，用于连接空调系统的进出口，通过分液器和集液器使制冷剂均匀分布。所述载冷剂进出口管(6,7)位于蓄冰槽外壳8两侧，用于连接负荷侧进出口，通过布水器(4,5)使载冷剂均匀分布。所述内支撑起到保护盘管和载冷剂的作用。所述保温材料设置在所述外壳中，对蓄冰槽的底部和四壁起到保温作用。除辐射冷却盖板1外，蓄冰槽的其他一般结构为本领域技术人员所熟知，在此不再做过多的赘述。
37.本实用新型实施例中，辐射冷却盖板与换热盘管之间连接紧密，防止接触热阻的
产生。二者之间的接触面积越大，则换热制冷效果越好。本实用新型辐射冷却盖板本身具有较高的红外线发射率，其可以将热量以红外线的形式通过8-13微米的大气窗口发射至温度只有3k(零下270℃)的外太空，从而降低自身的温度。其较高发射率可以通过一定厚度的si3n4涂层表面的声子激发来实现的，并且可以通过喷涂次数、喷涂距离、喷涂压力等来控制si3n4涂层的厚度和附着力大小，最终使其具有较高的红外发射率。
38.参考图4，本实用新型的被动制冰的外融冰式蓄冰槽可应用于空调系统中。下面具体说明本实用新型的被动制冰的外融冰式蓄冰槽在空调系统的耦合应用方法。
39.首先，将上述蓄冰槽的制冷剂进口管2与空调系统的制冷剂出口b相连接并设置阀门v1；将制冷剂出口管3与空调系统的进口a相连接并设置阀门v2。
40.其次：将载冷剂进口管6与负荷侧出口d相连接并设置阀门v3；将载冷剂出口管7与负荷侧进口c相连接并设置阀门v4；在b-c管段设置阀门v5。
41.第三步：通过调节阀门的开关，来实现不同的运行工况，具体如下：
42.制冰工况
43.当被动制冰的外融冰式蓄冰槽蓄冰量不足时，可打开阀门v1、v2，关闭v3、v4和v5。使空调系统补充不足的制冰负荷。
44.释冷工况
45.当需要释放储存冷量时，打开阀门v3、v4，关闭v1、v2和v5。使储存的冷量承担负荷。
46.联合运行工况
47.当需要两者同时工作，打开阀门v3、v4和v5，关闭v1、v2，使蓄冷槽和空调机组并联，共同承担负荷。
48.应当理解，以上公开的以及其他特征和功能的变型或其替代可以组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员可以随后进行其中各种目前无法预料或无法预料的替代，修改，变化或改进，这些替代，修改，变化或改进也意在由所附权利要求书所涵盖。