CN109631409A - 耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构及冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构及冷却方法：将聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，完全溶解后，加纯净水，称为前体溶液；四氢呋喃蒸发，聚苯乙烯和水分离，聚苯乙烯中形成微孔，形成冷却材料层；冷却材料附着在传热材料层表面；冷却材料层上覆盖遮盖层；冷却材料层与遮盖层之间形成隔热腔体层；传热材料层、冷却材料层、隔热腔体层和遮盖层构成被动式辐射冷却结构，传热材料层与被冷却体接触，遮盖层暴露在室外，冷却材料层将被冷却体热量以红外线形式发射出去，将透射进来的太阳光反射回去。本发明能够为某些场合和设备提供被动式降温，起到冷却的作用。
Description
技术领域
本发明涉及冷却领域，更具体的说，是涉及一种耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构及冷却方法。
背景技术
目前，很多领域需要降温，比如建筑、军工、电子、机械设备等。建筑物当室外温度高时，需要空调降温；在没有空调的情况下，采用电风扇或水蒸发降温。在军工领域，枪管、炮筒打一阵子子弹或炮弹，温度升高，影响精度，必须停下来降温。
在这些无法采用主动式手段的场合或者为了节能，采用本发明可以起到冷却的作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决制冷能耗大或者无法采用主动式制冷的问题，提供一种耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构及冷却方法，能够为某些场合和设备提供被动式降温，起到冷却的作用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构，由组合材料层构成，所述组合材料层设置于被冷却体外部，所述组合材料层包括由内至外依次设置的传热材料层、冷却材料层、隔热腔体层和遮盖层，所述传热材料层将被冷却体的热量传递给冷却材料层，所述冷却材料层由分级多孔聚苯乙烯材料层构成，将热量以红外线的形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去，所述遮盖层用于保护冷却材料层，且与冷却材料层之间形成一个空腔，作为隔热腔体层，所述隔热腔体层用于阻止外部环境的热量传递进来。
所述冷却材料层的制作方法：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加适合比例的纯净水，称为前体溶液；将前体溶液放进容器内，四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成冷却材料层。
所述遮盖层采用高透光率的材料板，如PE板、PC板或TPX板。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
本发明耐高温高红外发射的被动式辐射冷却方法，包括以下步骤：
第一步：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加适合比例的纯净水，称为前体溶液；
第二步：将前体溶液放进容器内，由于四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成冷却材料层；
第三步，将冷却材料附着在传热材料层表面，两者充分接触，利于传热材料层将热量传给冷却材料层；
第四步：在冷却材料层上覆盖一层具有高透光率的材料板，作为遮盖层，阻止空气中的细微颗粒物堵塞微孔；
第五步，冷却材料层与遮盖层之间形成一个封闭空腔，内部充空气或氩气或抽真空，形成隔热腔体层，以增大热阻，减少外部环境的热量传给被冷却体；
第六步，上述传热材料层、冷却材料层、隔热腔体层和遮盖层构成被动式辐射冷却结构，将被动式辐射冷却结构通过传热材料层与被冷却体接触，遮盖层暴露在室外，尽量保证上方及周围无遮挡，使得冷却材料层将吸收的被冷却体的热量以红外线形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去，阻止阳光对被冷却体的加热。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中传热材料层与被冷却体充分接触，将被冷却体的热量传递给冷却材料层；冷却材料层将被热量以红外线的形式发射出去，同时反射太阳光。
(2)本发明利用形成的分级多孔聚苯乙烯反射太阳光，阻止太阳辐射热通过组合结构进入被冷却体；利用聚苯乙烯的高红外线发射特性将被冷却体的热量以红外线的形式发射出去，起到降温的作用。
(3)本发明中隔热腔体层利用较大的热阻阻止外界环境热量传入被冷却体内。
(4)本发明可以将被冷却体的温度降低至室外空气温度以下，既解决了无主动式冷却设备情况下的冷却问题，又可在有制冷设备情况下实现节能，是未来节能和温度调节的重要手段。
附图说明
图1是本发明的原理图。
附图标记：1被冷却体，2传热材料层，3冷却材料层，
4隔热腔体层，5遮盖层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式做进一步地详细描述。
如图1所示，本发明耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构，由组合材料层构成，所述组合材料层设置于被冷却体1外部，所述组合材料层包括由内至外依次设置的传热材料层2、冷却材料层3、隔热腔体层4和遮盖层5。所述传热材料层2与被冷却体1充分接触，尽量降低传热材料层2与被冷却体1的传热热阻，将被冷却体1的热量传递给冷却材料层3，传热材料层2可采用铝、锌或铜质材料。所述遮盖层5采用高透光率的材料板，如PE板、PC板或TPX板等，用于保护冷却材料层3，且与冷却材料层3之间形成一个空腔，作为隔热腔体层4。所述隔热腔体层4内可充空气、氩气或抽真空，尽量增大传热热阻，阻止外部环境的热量传递进来。
所述冷却材料层3由分级多孔聚苯乙烯材料层构成，将被冷却体1的热量以红外线的形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去。其中，聚苯乙烯本身具有高红外发射率，通过反相合成在聚苯乙烯内部形成很多大小不一的小孔(孔径集中于0.2μm和5.5μm)，这些小孔对阳光的直射和散射具有很高的反向散热。这种冷却材料3与被冷却体1组合，不仅可以将95％以上的太阳辐射热反射出去，防止太阳辐射热加热被冷却体1。而且，被冷却体1的热量可以传递给此冷却材料层3，冷却材料层3利用本身红外线的高发射率，将热量以红外线的形式通过8-13微米的大气窗口发射到只有3K(零下272℃)的宇宙中，从而达到降低被冷却体1温度的作用。
所述冷却材料层3的制作方法：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加与聚苯乙烯等重量的纯净水，称为前体溶液；将前体溶液放进容器内，四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成厚度500微米以上的冷却材料层3。
本发明耐高温高红外发射的被动式辐射冷却方法，具体过程如下：
第一步：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加适合比例的纯净水，称为前体溶液。其中，纯净水的重量等于聚苯乙烯的重量。
第二步：将前体溶液放进容器内，由于四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成冷却材料层3。
第三步，将冷却材料3附着在传热材料层2表面，两者充分接触，利于传热材料2将热量传给冷却材料3。
第四步：在冷却材料层3上覆盖一层具有高透光率的材料板(如PE板、PC板或TPX板等)，作为遮盖层5，阻止空气中的细微颗粒物堵塞微孔。
第五步，冷却材料层3与遮盖层5之间形成一个封闭空腔，内部充空气或氩气或抽真空，形成隔热腔体层4，以增大热阻，减少外部环境的热量传给被冷却体。
第六步，上述传热材料层2、冷却材料层3、隔热腔体层4和遮盖层5构成被动式辐射冷却结构，将被动式辐射冷却结构通过传热材料层2与被冷却体1接触，遮盖层暴露在室外，尽量保证上方及周围无遮挡，使得冷却材料层3将吸收的被冷却体1的热量以红外线形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去，阻止阳光对被冷却体的加热。
尽管上面结合附图对本发明的功能及材料进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和材料要求，上述的实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种耐高温高红外发射的被动式辐射冷却结构，由组合材料层构成，所述组合材料层设置于被冷却体(1)外部，其特征在于，所述组合材料层包括由内至外依次设置的传热材料层(2)、冷却材料层(3)、隔热腔体层(4)和遮盖层(5)，所述传热材料层(2)将被冷却体(1)的热量传递给冷却材料层(3)，所述冷却材料层(3)由分级多孔聚苯乙烯材料层构成，将热量以红外线的形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去，所述遮盖层(5)用于保护冷却材料层(3)，且与冷却材料层(3)之间形成一个空腔，作为隔热腔体层(4)，所述隔热腔体层(4)用于阻止外部环境的热量传递进来。
2.根据权利要求1所述的基于反相合成的分级多孔被动式辐射冷却结构，其特征在于，所述冷却材料层(3)的制作方法：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加适合比例的纯净水，称为前体溶液；将前体溶液放进容器内，四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成冷却材料层(3)。
3.根据权利要求1所述的基于反相合成的分级多孔被动式辐射冷却结构，其特征在于，所述遮盖层(5)采用高透光率的材料板，如PE板、PC板或TPX板。
4.一种耐高温高红外发射的被动式辐射冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将一定比例的聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，待聚苯乙烯完全溶解后，加适合比例的纯净水，称为前体溶液；
第二步：将前体溶液放进容器内，由于四氢呋喃蒸发，使聚苯乙烯和水分离，在聚苯乙烯中形成直径不一的微孔，形成冷却材料层(3)；
第三步，将冷却材料(3)附着在传热材料层(2)表面，两者充分接触，利于传热材料层(2)将热量传给冷却材料层(3)；
第四步：在冷却材料层(3)上覆盖一层具有高透光率的材料板，作为遮盖层(5)，阻止空气中的细微颗粒物堵塞微孔；
第五步，冷却材料层(3)与遮盖层(5)之间形成一个封闭空腔，内部充空气或氩气或抽真空，形成隔热腔体层(4)，以增大热阻，减少外部环境的热量传给被冷却体；
第六步，上述传热材料层(2)、冷却材料层(3)、隔热腔体层(4)和遮盖层(5)构成被动式辐射冷却结构，将被动式辐射冷却结构通过传热材料层(2)与被冷却体(1)接触，遮盖层(5)暴露在室外，尽量保证上方及周围无遮挡，使得冷却材料层(3)将吸收的被冷却体(1)的热量以红外线形式发射出去，同时将透射进来的太阳光反射回去，阻止阳光对被冷却体的加热。
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