[发明专利]一种基于分波段的逆向差别光路光热复用装置

说明书

本申请提供一种基于分波段的逆向差别光路的光热复用装置，该装置包括但不局限于：分波段逆向差别光路元件、中红外辐射制冷器、太阳光转换器，分波段逆向差别光路元件置于中红外辐射制冷器和太阳光转换器的上方，使用支架使其悬空，避免和下方部件接触产生热传导的情况；下方的中红外辐射制冷器与太阳光转换器之间设有空腔。设置空腔以防止两者之间进行热传导。这样的设计实现了太阳能热源和辐射制冷的冷源同时、高效的利用。

技术领域

本申请属于光学和热学领域，涉及一种基于分波段的逆向差别光路(ReverseDifferent Light Way)的光热复用装置。

背景技术

辐射制冷就是利用物体的本征热辐射将物体降低至环境温度以下而无需任何能源输入的制冷方式。任何温度高于绝对零度的物体都将自发的向外界辐射出电磁辐射。由于其对环境友好的零排放特性，近年来一直都是研究的热点。

辐射制冷技术的实现需要满足两点基本的要求：

(1)辐射制冷薄膜需要对太阳能波段(300nm-2500nm)能量具有接近单位1的反射率。

(2)辐射制冷薄膜需要在大气窗口波段(8μm-14μm)具有接近单位1的发射率。

其在实际中可制成制冷薄膜如公开号为CN209685670U、名称为“一种反射型辐射制冷薄膜”的中国实用新型专利中揭示一种反射型的辐射制冷薄膜，包括依次设置的涂布层、金属层、透明聚酯PET层、装贴胶和离型保护膜，所述涂布层包括有机类丙烯酸涂料和微米球体。关于辐射制冷的技术方案很多，但是它们都存在设计复杂、备困难、成本高、容易造成光污染、效率低等技术短板。

如公开号为CN105241081B，名称为“具有白天集热和夜间辐射制冷功能的复合抛物面聚光集散热器”的中国发明专利中揭示一种具有白天集热和夜间辐射制冷功能的复合抛物面聚光集散热器，包括顶面敞口的箱体、复合抛物面聚光器、玻璃管和支架，所述箱体的内部形状为复合抛物面，所述支架设置于所述箱体的四周，所述复合抛物面聚光器设置于所述箱体内，所述玻璃管沿所述复合抛物面聚光器的底部中心设置，所述玻璃管的两头分别设置为进水口和出水口，所述进水口和所述出水口均与所述箱体的外表面贯通，所述玻璃管的外表面镀有太阳能集热和辐射制冷复合涂层。该装置只能分时段的对太阳能和辐射制冷进行利用，无法同时进行。

又如公开号为CN110138277B，名称为“一种基于辐射制冷和高效吸收太阳能的温差发电装置”的中国发明专利中揭示一种依赖太阳能和黑体辐射制冷而形成温差进而发电的装置，其包括碳纳米颗粒薄膜、半导体温差发电片组件、辐射冷却薄膜、设置在半导体温差发电片组件下方的支撑柱和将太阳光反射到碳纳米颗粒薄膜下表面的反射式聚光器，半导体温差发电片组件包括由上至下依次布置的上绝缘导热板Ⅰ、半导体热电器件、下绝缘导热板Ⅱ；半导体热电器件两端之间依次连接有负载和数据采集仪；辐射冷却薄膜附着在上绝缘导热板Ⅰ的上表面，碳纳米颗粒薄膜附着在下绝缘导热板Ⅱ的下表面。该装置的辐射制冷端通过与外太空进行辐射换热，从而达到更低的温度，可低于环境温度十余度，使半导体热电器件的两端形成较大的温差、电压，解决了传统热沉与环境单位时间内换热量较小的问题。该方式下温差发电机虽然实现了同时对太阳能和辐射制冷的“冷能”的利用，但是，辐射制冷薄膜的效率底下，辐射制冷发出的大角度热辐射无法顺利透过大气层，因此对辐射制冷功率的贡献很小。

也可利用辐射制冷和太阳能复合利用的方案：如2014年发表在Optica上的文章《Radiative cooling of solar cells》介绍了一种利用二氧化硅三维光子晶体制备的太阳能覆盖面板，面板能够增强在保证太阳能电池吸光的前提下增强表面的红外大气窗口发射率，从而降低太阳能电池的工作温度，提升太阳能电池的工作效率，延长太阳能电池的寿命。该方案中太阳能电池虽然比不加辐射制冷薄膜时温度要低，但是，整体的温度依然高于环境温度，并且应用场景受限。

归纳起来，上述列举的方案存在如下问题：