CN110030760A

CN110030760A - 一种辐射制冷结构

Info

Publication number: CN110030760A
Application number: CN201910250885.3A
Authority: CN
Inventors: 徐绍禹; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Ningbo Ruiling New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Ruiling New Energy Technology Co Ltd; Ningbo Radi Cool Advanced Energy Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-07-19

Abstract

本发明公开了一种辐射制冷结构，包括辐射制冷层以及保护层，辐射制冷层具有高低起伏的第一表面，保护层设于第一表面上方，保护层的外表面为平坦的第二表面。本发明将辐射制冷层的一侧设置为高低起伏的表面，增加了辐射制冷层的表面积，也即使得辐射制冷层中更多的辐射制冷体与大气相对，有利于增加单位面积的辐射制冷效率；通过在高低起伏的辐射制冷层上设置外表面平坦的保护层，可以避免热空气在辐射制冷层表面流动，避免热对流引起的辐射制冷层表面的热量增加，进而保证辐射制冷结构的较高的制冷效率。

Description

一种辐射制冷结构

技术领域

本发明涉及辐射制冷技术领域，尤其涉及一种辐射制冷结构。

背景技术

辐射制冷技术作为一种无能耗的温度调节手段，其实用性良好，可以使人类在环境保护和能源利用两方面得到和谐的发展，将会给能源领域带来重大的变革。

凡温度高于绝对零度的物体，都会产生电磁辐射。随着辐射物体材质、分子结构和温度等条件的不同，其辐射波长也各不相同。在红外辐射的波段里，从辐射的本质来讲，当分子中的原子或者原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，产生2.5μm～25μm波段的红外辐射。由科学家对大气光谱透过特性的分析可以知道，大气层对不同波长的电磁波有不同的透射率，透射率较高的波段称为“大气窗口”，例如0.3μm～2.5μm、3.2μm～4.8μm、7μm～14μm。大气层的光谱透过特性主要由大气层中的水蒸气、二氧化碳和臭氧决定的，它们的含量变化会引起透过率的变化，但是透射光谱的分布却变化不大。因此，地表上物体的热能可以通过辐射换热，将自身热量以7μm～14μm电磁波的形式通过“大气窗口”排放到温度接近绝对零度的外部太空，达到自身冷却的目的。

在申请号为201780013936.X的专利中，公开了辐射冷却结构和系统。但是现有的辐射制冷的结构还存在制冷效率有限的问题，有必要提出一种制冷效率更高的辐射制冷结构。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制冷效率高的辐射制冷结构。

根据本发明的一个方面，提供一种辐射制冷结构，包括辐射制冷层，所述辐射制冷层具有高低起伏的第一表面，所述辐射制冷结构还包括保护层，所述保护层设于所述第一表面上方，所述保护层的外表面为平坦的第二表面。

在其中一个实施例中，所述辐射制冷层在7μm～14μm波长范围内的发射率为70％～100％，所述辐射制冷层包括基材以及分散于所述基材中的辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒选自以下一种或多种：SiC、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、BaSO₄、CaCO₃，所述辐射制冷颗粒的粒径为1μm～30μm。

在其中一个实施例中，所述保护层的内表面部分地与所述第一表面连接，所述保护层与所述第一表面之间形成空隙或者，所述保护层与所述第一表面之间完全不接触，所述保护层与所述第一表面与之间形成空隙。

在其中一个实施例中，所述保护层的可见光以及近红外光透过率大于80％，所述保护层对7μm～14μm波段电磁波的透过率大于80％。

在其中一个实施例中，所述辐射制冷结构还包括基底，所述基底具有高低起伏的第三表面，所述辐射制冷层沿所述第三表面的轮廓设于所述基底与所述保护层之间，从而所述辐射制冷层形成高低起伏的结构。

在其中一个实施例中，所述基底的外表面具有多个间隔或连续设置的凸起，从而所述基底具有所述凸起的一侧形成所述第三表面，各所述凸起的宽度从底部到顶部逐渐变小；或者，所述基底的外表面具有多个间隔或连续设置的凹槽，从而所述基底具有所述凹槽的一侧形成所述第三表面，各所述凹槽内部宽度从底部到顶部逐渐变大。

在其中一个实施例中，所述凸起或所述凹槽的横截面形状为弧形、三角形、矩形或梯形。

在其中一个实施例中，所述凸起或所述凹槽呈条形，各所述凸起或所述凹槽相互平行且均匀地分布。

在其中一个实施例中，所述凸起的高度与其底面的宽度之比为(1:20)～(2:1)；或者，所述凹槽的深度与其开口的宽度之比为(1:20)～(2:1)。

在其中一个实施例中，所述基底与所述辐射制冷层之间设置有反射层，所述反射层对可见光及近红外光的反射率大于60％。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过增加辐射制冷层的表面积，提高了辐射制冷结构的制冷效率，此外，通过在高低起伏的辐射制冷层上设置外表面平坦的保护层，可以避免热空气在辐射制冷层表面流动，避免热对流引起的辐射制冷层表面的热量增加，进而保证辐射制冷结构的较高的制冷效率。

本发明的以上以及其他技术特征和有益效果在接下来的具体实施方式中进一步描述。

附图说明

图1为本发明的辐射制冷结构的第一个实施例的剖面示意图；

图2为本发明的辐射制冷结构的第二个实施例的剖面示意图；

图3为本发明的辐射制冷结构的第三个实施例的剖面示意图；

图4为本发明的基底的第一个实施例的剖面示意图；

图5为本发明的基底的第一个实施例的局部放大图；

图6为本发明的基底的第二个实施例的剖面示意图；

图7为本发明的基底的第二个实施例的局部放大图；

图8为本发明的基底的第三个实施例的剖面示意图；

图9为本发明的基底的第四个实施例的剖面示意图；

图10为本发明的基底的一个实施例的正视图；

图11为本发明的基底的另一个实施例的正视图；

图中：1、辐射制冷层；10、第一表面；2、保护层；20、第二表面；3、基底；30、第三表面；300a、凸起；300b、凹槽。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1-4所示，本发明提供一种辐射制冷结构，包括辐射制冷层1以及保护层2，辐射制冷层1具有高低起伏的第一表面10，保护层2设于第一表面10上方，保护层2的外表面为平坦的第二表面20。

本发明将辐射制冷层1的一侧设置为高低起伏的表面，使得辐射制冷层1第一表面10的表面积大于第一表面10所占平面图形的面积，也即增加了辐射制冷层1的表面积，使得辐射制冷层1中更多的辐射制冷体与大气相对，有利于增加单位面积的辐射制冷效率。此外，通过在第一表面10上方设置保护层2，可以避免热空气在辐射制冷层1的第一表面10流动，避免热对流引起的辐射制冷层表面的热量增加，进而保证辐射制冷结构有较高的制冷效率。如果没有保护层2的存在，辐射制冷层1外侧的热空气可能会在第一表面10的坡面之间流动，增加辐射制冷层上方的热对流，影响制冷效率。

在辐射制冷结构的一个实施例中，保护层2的内表面部分地与第一表面10的连接，或者，保护层2的内表面完全与第一表面10不接触，因此在保护层2与第一表面10之间形成空隙。例如，如图2所示，此时第一表面10的坡面之间有气体，但是由于气体被封闭在保护层2与第一表面10之间，气体几乎无法在坡面之间流动，因此可以避免辐射制冷层与外界的热空气直接发生热交换。当空隙过大时，空隙内的空气自身会发生轻微的流动，增加辐射制冷层1的热吸收，从而影响辐射制冷层的制冷效率。当空隙过小时，保护层2与辐射制冷层1之间的接触面积会变大，热空气会通过保护层2与辐射制冷层1之间发生热交换，从而影响辐射制冷层的制冷效率。因此，空隙的高度优选地大于零，小于或等于第一表面10的起伏高度。

辐射制冷层1包括基材以及分散于基材中的辐射制冷颗粒。其中辐射制冷颗粒是发挥辐射制冷功能的主要物质，基材主要起到分散、承载辐射制冷颗粒的作用。优选地，辐射制冷层1在7μm～14μm波长范围内的发射率为70％～100％。

辐射制冷颗粒优选地使用在7μm～14μm波段具有高发射率的颗粒物，辐射制冷颗粒可以是但不限于SiC、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、BaSO₄、CaCO₃。优选地，辐射制冷颗粒的粒径为1μm～30μm。辐射制冷层1中可以包括一种或多种的辐射制冷颗粒。

基材优选地使用透光性能较好的材料，以减少基材对辐射制冷效果的影响。在一些实施例中，基材对可见光以及近红外光的透过率大于85％。在一些实施例中，基材对可见光以及近红外光的透过率大于90％。在一些实施例中，基材对可见光以及近红外光的透过率大于95％。

在一些实施例中，辐射制冷层1对可见光以及近红外光的透过率为90％～95％。

在一些实施例中，辐射制冷层1为膜层，基材可以是但不限于PET、PBT、TPX、PC、PE、PP、PVC、PMMA、PS、PVA中的一种或多种。基材也可以是复合材料。

在另一些实施例中，辐射制冷层1为涂层，基材可以是但不限于丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、醇酸树脂、苯丙树脂、丁苯树脂、聚氨酯树脂、含氟树脂中的一种或多种。

保护层2优选地采用透光性能良好的树脂制备。保护层2对可见光以及近红外光透过率在80％以上，保护层2对7μm～14μm波段电磁波的透过率在80％以上。保护层2的材料可以是但不限于PET、PBT、TPX、PC、PE、PP、PVC、PMMA、PS、PVA中的一种或多种。保护层2的材料和辐射制冷层1中的基材可以相同也可以不同。

辐射制冷层1与第一表面10相对的另一表面可以是平面(如图1或2所示)，也可以是与第一表面10相应的高低起伏的表面(如图3所示)。

在图3所示的实施例中，辐射制冷结构还包括基底3，基底3具有高低起伏的第三表面30，辐射制冷层1沿第三表面30的轮廓设于基底3与保护层2之间，从而辐射制冷层1形成高低起伏的结构，也即形成高低起伏的第一表面10，从而实现了辐射制冷层1表面积的增加。

本发明并不限制基底3的材质，基底3的材质可以是但不限于玻璃、塑料、金属、木材等。优选地，基底3可以是具有较高的反射率的材料，例如金属板等。

值得一提的是，高低起伏的第三表面30可以是与基底3一体地形成，也即在制备基底3时，使基底3的其中一表面形成高低不平坦的表面即可，基底3的另一表面可以是平坦的面，也可以是与高低不平坦的表面平行的面；第三表面30还可以通过在一平面上设置凸起结构形成，凸起结构设置在平面上的方式可以是但不限于粘合、焊接等；第三表面30还可以通过在一平面上形成凹槽结构得到，凹槽的形成方式可以是但不限于切割、蚀刻等；第三表面30还可以是折扇形状、波浪形状等。以上第三表面30的形成方式并非穷尽的列举，本领域的技术人员容易想到的第三表面30的形成方式均在本发明的保护范围之内。

在基底3的第一个实施例中，如图4所示，基底3的外表面具有多个间隔设置的凸起300a，从而基底3具有凸起300a的一侧形成第三表面30。各凸起300a的横截面形状不限于图中示出的弧形，还可以是三角形、矩形、梯形等。各凸起300a的宽度从底部到顶部逐渐变小，以使得辐射制冷层1沿着第三表面30设置时，辐射制冷层1的第一表面10面向远离第三表面30的方向。

在一些实施方式中，如图5所示，凸起300a的高度(H)与其底面的宽度(L)之比为(1:20)～(2:1)。在另一些优选的实施方式中，凸起300a的高度(H)与其底面的宽度(L)之比为(1:10)～(1:1.5)。在另一些更优选的实施方式中，凸起300a的高度(H)与其底面的宽度(L)之比为(1:2)～(1:1)。

在基底3的第二个实施例中，如图6所示，基底3的外表面具有多个间隔设置的凹槽300b，从而基底3设置凹槽300b的一侧形成第三表面30。各凹槽300b的横截面形状不限于图中示出的弧形，还可以是三角形、矩形、梯形等。优选地，各凹槽300b内部宽度从底部到顶部逐渐变大，以使得辐射制冷层1沿着第三表面30设置时，辐射制冷层1的第一表面10面向远离第三表面30的方向。

在一些实施方式中，如图7所示，凹槽300b的深度(H)与其开口的宽度(L)之比为(1:20)～(2:1)。在另一些实施方式中，凹槽300b的深度与其开口的宽度之比为(1:10)～(1:1.5)。在另一些实施方式中，凹槽300b的深度与其开口的宽度之比为(1:2)～(1:1)。

进一步地，凹槽300b为两端均与外部连通的通槽。

在基底3的第三个实施例中，如图8所示，基底3的外表面具有多个连续设置的凸起300a，从而基底3设置各凸起300a的一侧形成第三表面30。

在基底3的第四个实施例中，如图9所示，基底3的外表面具有多个连续设置的凹槽300b，从而基底3设置凹槽300b的一侧形成第三表面30。

在一些实施例中，基板3外表面的凸起300a或凹槽300b呈条形，如图10所示。优选地，各凸起300a或凹槽300b相互平行、且均匀地分布。

在另一些实施中，基板3外表面的凸起300b或凹槽300b呈阵列分布，如图11所示。优选地，各凸起300a或凹槽300b均匀地分布。

在一些实施例中，基底3与辐射制冷层2之间还设置有其他功能层。

在一些实施例中，基底3与辐射制冷层2之间设置有粘结层(图中未示出)，粘结层用于连接基底3与辐射制冷层2。

在一些实施例中，基底3与辐射制冷层2之间还设置有反射层(图中未示出)，反射层对红外光的反射率大于60％，反射层主要起到反射隔热的作用。反射层可以是金属镀层(例如Al层、Ag层等)、陶瓷镀层(例如Al₂O₃、TiO₂等)或包含有反射性颗粒(例如TiO₂、SiO₂)的膜层。反射层的制备方法可以参考现有技术，本发明不再赘述。优选地，反射层对可见光及近红外光的反射率大于80％。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种辐射制冷结构，包括辐射制冷层，其特征在于，所述辐射制冷层具有高低起伏的第一表面，所述辐射制冷结构还包括保护层，所述保护层设于所述第一表面上方，所述保护层的外表面为平坦的第二表面。

2.根据权利要求1所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述辐射制冷层在7μm～14μm波长范围内的发射率为70％～100％，所述辐射制冷层包括基材以及分散于所述基材中的辐射制冷颗粒，所述辐射制冷颗粒选自以下一种或多种：SiC、SiO₂、Si₃N₄、TiO₂、BaSO₄、CaCO₃，所述辐射制冷颗粒的粒径为1μm～30μm。

3.根据权利要求1所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述保护层的内表面部分地与所述第一表面连接，所述保护层与所述第一表面之间形成空隙；或者，所述保护层与所述第一表面之间完全不接触，所述保护层与所述第一表面与之间形成空隙。

4.根据权利要求1所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述保护层的可见光以及近红外光透过率大于80％，所述保护层对7μm～14μm波段电磁波的透过率大于80％。

5.根据权利要求1-4任一所述的辐射制冷结构，其特征在于，还包括基底，所述基底具有高低起伏的第三表面，所述辐射制冷层沿所述第三表面的轮廓设于所述基底与所述保护层之间，从而所述辐射制冷层形成高低起伏的结构。

6.根据权利要求5所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述基底的外表面具有多个间隔或连续设置的凸起，从而所述基底具有所述凸起的一侧形成所述第三表面，各所述凸起的宽度从底部到顶部逐渐变小；或者，所述基底的外表面具有多个间隔或连续设置的凹槽，从而所述基底具有所述凹槽的一侧形成所述第三表面，各所述凹槽内部宽度从底部到顶部逐渐变大。

7.根据权利要求6所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述凸起或所述凹槽的横截面形状为弧形、三角形、矩形或梯形。

8.根据权利要求6所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述凸起或所述凹槽呈条形，各所述凸起或所述凹槽相互平行且均匀地分布。

9.根据权利要求6所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述凸起的高度与其底面的宽度之比为(1:20)～(2:1)；或者，所述凹槽的深度与其开口的宽度之比为(1:20)～(2:1)。

10.根据权利要求5所述的辐射制冷结构，其特征在于，所述基底与所述辐射制冷层之间设置有反射层，所述反射层对可见光及近红外光的反射率大于60％。