JP2018203610A - 窓構造の受動放射冷却 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、受動冷却に関する。より詳細には、本開示は、ガラス窓などの透明構造の受動放射冷却に関する。
本発明の実施形態は、選択放射放出を介して透明基材を受動冷却するためのシステム、装置、及び方法を提供する。開示された装置は、日光に曝されている間であっても、窓などの透明基材を冷却することができる光透過性化学コーティングを使用し、それによって、液体冷却剤または電源の必要性を削減する。そのために、本発明の実施形態は、周囲温度であっても、大気から受容するよりも多くの熱赤外(IR)線を放出することができる材料を使用する。日光がない場合、システムは、周囲温度未満の温度に達することができる。
図1は、光透過性窓によって囲まれる内部空間、例えば、サンルーフ102を有する自動車の内部における加熱及び冷却に対する寄与を示す。表1は、サンルーフ102における加熱及び冷却に対するこれらの寄与をさらに要約し、車内部の温度に関するそれらの正味の効果、Tcarを列挙する。図1に示すように、日光104は、サンルーフ102を照らし、サンルーフ102によって吸収することができる。日光106は、車の内部までサンルーフを通過することもでき、そこで吸収することができる。
この節は、本発明の実施形態による受動放射冷却の動作原理を記載する。一般に、システムは、窓が吸収するよりも多くの放射を放出するように設計される場合、負熱流(結果として冷却される)を生成することができる。これは、大気が比較的透過性である(空透過性窓など)波長で窓が放射を放出する場合、達成することができる。このため、システムは、赤外(IR)線波長領域において選択的に強化された熱放射率を有することによって動作し、それは、地球の大気透過性窓に対応してもよい。
上述の受動放射冷却原則を実装することは、化学コーティングのための適切な選択放出材料に基づくことができる。理想的には、大気透過性窓において>0.9の高放射率を有する外部グレージング面は、より良好に冷却することができる。多くの場合、0.84の熱放射率係数を有するガラスが受動放射冷却で効果的であると仮定される。それでも、その高い熱放射率にもかかわらず、ガラスは、6.6〜8.2μmの波長で選択的に放出する。この波長領域は、実質的に8〜13μmの大気透過性窓の外にあるので、ガラスの受動放射冷却効果は、準最適である。
この節は、選択放出コーティングがどのように構築され得るかを含む、本システムの構造の詳細を記載する。
図5Aは、本発明の一実施形態による受動放射冷却システムの例示的な放射率測定値を示す。図5Aに示すように、システムは、波長領域3μm<λ<15μmに対して>0.8の高い熱黒体放射率係数σを有する。特に、σは、波長8μm<λ<13μmを有する大気透過性窓510よりも高い。これらの所望の特性のため、システムは、窓510、大気または他の周囲によって吸収される可能性が低い波長の領域において熱放射を強く放出することができる。その結果、システムは、非平衡状態を維持することができ、大気透過性窓において受容するよりも多い熱放射をその環境に放出する。
本開示は、自動車サンルーフの一例に注目してきたが、受動冷却スキーム及び方法は、本開示によって限定されることなく、あらゆる用途に対して使用され得る。例えば、開示された受動冷却スキームは、自動車のフロントガラスまたはリアもしくはサイドウィンドウ、商業用もしくは住宅用窓、透明もしくは半透明の壁もしくは構造、透明電子機器、眼鏡、サングラス、もしくは他のウェアラブル品、食品もしくは生物学的物質用容器、または既知のもしくは後に開発される任意の用途の一部として使用されてもよい。
Claims (11)
- 選択放射放出を介して受動冷却するための装置であって、
透明基材と、
前記透明基材に位置付けられるコーティングと、を備え、前記コーティングが、前記コーティングによって受容することができる赤外線の量よりも多い熱赤外線を大気へ放出するように構成される、装置。 - 前記コーティングが、赤外線波長領域に対応する少なくとも0.9の熱黒体放射率係数を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記赤外線波長領域が、大気透過性窓において8マイクロメートル〜13マイクロメートルの波長を含む、請求項2に記載の装置。
- 前記コーティングが、ポリマーを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記化学コーティングが、エチルセルロース、ポリエチルメタクリレート(PEMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルブチラール(PVB)、セルロースアセテート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリカーボネート、及びコポリマー混合物からなる群から選択される1つ以上のポリマーを含む、請求項1に記載の装置。
- 選択放射放出を介して受動冷却するための方法であって、
コーティングを透明基材上に適用することを含み、前記コーティングが、前記コーティングによって受容することができる赤外線の量よりも多い熱赤外線を大気へ放出するように構成される、方法。 - 前記コーティングが、赤外線波長領域に対応する少なくとも0.9の熱黒体放射率係数を有する、請求項6に記載の方法。
- 前記赤外線波長領域が、大気透過性窓において8マイクロメートル〜13マイクロメートルの波長を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記コーティングが、ポリマーを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記コーティングが、エチルセルロース、ポリエチルメタクリレート(PEMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルブチラール(PVB)、セルロースアセテート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリカーボネート、及びコポリマー混合物からなる群から選択される1つ以上のポリマーを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記透明基材が、ガラス片を含む、請求項6に記載の方法。
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