JP6821063B2

JP6821063B2 - 放射冷却装置

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Publication number: JP6821063B2
Application number: JP2019566506A
Authority: JP
Inventors: 真大末光; 禎齋藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: JPWO2019142876A1; CN111630419A; US20200398531A1; US11951710B2; WO2019142876A1

Description

本発明は、放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とが積層状態で設けられた放射冷却装置に関する。

かかる放射冷却装置は、赤外放射層の放射面から放射される赤外光を大気の窓（例えば、波長が８〜１３μｍの赤外光を透過させる窓等）を通して透過させて、光反射層における赤外放射層の存在側とは反対側に位置する冷却対象を冷却する等、各種の冷却対象の冷却に用いられるものである。

ちなみに、光反射層は、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）を反射して放射面から放射させることにより、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）が冷却対象に投射されて、冷却対象が加温されることを回避することになる。
尚、光反射層は、赤外放射層を透過した光に加えて、赤外放射層から光反射層の存在側に放射される赤外光を赤外放射層に向けて反射する作用も有することになるが、以下の説明においては、光反射層が、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）を反射するために設けられるものであるとして説明する。

このような放射冷却装置の第１の従来例として、光反射層が、銀からなる金属層と、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）の層とフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）の層とを交互に並べる状態で多層状態に形成したフォトニング・バンドキャップ層とを、フォトニング・バンドキャップ層を赤外放射層に近い側に位置させる形態で積層した状態に構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、放射冷却装置の第２の従来例として、光反射層が、アルミニウムからなる金属層として構成されたものがある（例えば、特許文献２参照。）。
ちなみに、特許文献２には、アルミニウムからなる金属層を基板として、赤外放射層を構成するＳｉＯ層とＭｇＯ層とを積層するように構成されている。

国際公開第２０１４／０７８２２３号特開平７‐１７４９１７号公報

第１の従来例においては、光反射層が、多層状態に積層されるフォトニング・バンドキャップ層を備えるものであるため、製作が煩雑となる不利があり、しかも、フォトニング・バンドキャップ層を備えるにしても、高価な銀からなる金属層を十分に薄くできないため、全体構成の低廉化を図り難い不利があった。

第２の従来例においては、光反射層が、アルミニウムからなる金属層として構成されるものであるから、安価なアルミニウムにて光反射層が構成されるため、全体構成の低廉化を図れるものである。
しかしながら、アルミニウムからなる金属層は、銀よりも光を吸収し易いものであるから、赤外放射層を透過した光が、アルミニウムからなる金属層に吸収されて、当該光の吸収により昇温する金属層が、冷却対象を加温すること等に起因して、冷却対象を適切に冷却できない虞があった。

このような状況に鑑みて、本発明の発明者が鋭意研究した結果によれば、光反射層を、厚さが１００ｎｍ以上の銀からなる金属層として構成すれば、赤外放射層を透過した光が冷却対象に投射されることを抑制しながら、冷却対象を冷却することができるものとなり（図９、図１０参照）、そして、光反射層を、厚さが３００ｎｍ以上の銀からなる金属層として構成すれば、赤外放射層を透過した光が冷却対象に投射されることを的確に抑制して、冷却対象を適切に冷却できることが判明した。

しかしながら、銀は高価な金属であるから、光反射層を、厚さが３００ｎｍ以上の銀からなる金属層として構成すれば、放射冷却装置が高価となるものとなるため、銀の使用量を極力抑制しながら、冷却対象を冷却することが望まれるものであった。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、その目的は、光反射層の低廉化を図りながらも、冷却対象を適切に冷却できる放射冷却装置を提供する点にある。

本発明の放射冷却装置は、放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とが積層状態で設けられたものであって、その特徴構成は、
前記光反射層が、銀あるいは銀合金からなる第１層とアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層とを、前記第１層を前記赤外放射層に近い側に位置させる形態で積層した状態に構成され、
前記第１層の厚さが、３．３ｎｍよりも大きく、かつ、１００ｎｍ以下であり、
前記第２層の厚さが、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である点にある。

すなわち、本発明の発明者が鋭意研究した結果、光反射層を、銀あるいは銀合金からなる第１層とアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層とを、第１層を赤外放射層に近い側に位置させる形態で積層した状態に構成することにより、高価な銀あるいは銀合金の使用量を抑制しながら、冷却対象を冷却できることを見出すに至った。

つまり、銀あるいは銀合金は、可視光や赤外光を効率良く反射できるものの、紫外光の反射率が低い傾向となる。
これに対して、アルミニウムあるいはアルミニウム合金は、銀あるいは銀合金に較べて、可視光や赤外光を効率良く反射することができないものの、紫外光を効率良く反射することができる傾向となる。
しかも、アルミニウムあるいはアルミニウム合金は、銀あるいは銀合金に較べて、可視光や赤外光を吸収し易い傾向となる。

そこで、銀あるいは銀合金からなる第１層とアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層とを、第１層を赤外放射層に近い側に位置させる形態で積層した状態に構成することにより、第１層が可視光や赤外光を反射することにより、第２層が可視光や赤外光を吸収することを抑制し、しかも、第１層の厚さを薄くしても、第１層及び第２層の存在により、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）を適切に反射して、冷却対象を冷却できることを見出すに至ったのである。

そして、銀あるいは銀合金からなる第１層を薄くできるため、光反射層の低廉化を図ることができるのである。

要するに、本発明の放射冷却装置によれば、光反射層の低廉化を図りながらも、冷却対象を適切に冷却できる。

また、銀あるいは銀合金からなる第１層の厚さを、３．３ｎｍよりも大きく、かつ、１００ｎｍ以下である範囲で変化させても、第２層の存在により、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）を適切に反射して、冷却対象を冷却できることが判明した。

つまり、銀あるいは銀合金からなる第１層の厚さを、３．３ｎｍよりも大きく、かつ、１００ｎｍ以下である範囲の薄い厚さにして、光反射層の低廉化を十分に図りながらも、冷却対象を冷却できる。

但し、銀あるいは銀合金からなる第１層の厚さを、３．３ｎｍよりも大きく、かつ、１００ｎｍ以下である範囲の間において、３０ｎｍ以上に大きくすることにより、冷却対象を適切に冷却できることになる。

要するに、本発明の放射冷却装置の特徴構成によれば、光反射層の低廉化を十分に図りながらも、冷却対象を冷却できる。

本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記第１層の厚さが、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である点にある。

すなわち、銀あるいは銀合金からなる第１層の厚さを、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲にすれば、第１層による光（主として、可視光、赤外光）の反射作用を適切に発揮させながら、第２層の存在により、赤外放射層を透過した光（可視光、紫外光、赤外光）を適切に反射することができる結果、光反射層を、厚さが３００ｎｍ以上の銀からなる金属層として構成する場合と同等の能力にて、冷却対象を冷却できることを見出すに至った。

従って、第１層の厚さを薄くして、光反射層の低廉化を図りながらも、厚さが３００ｎｍ以上の銀からなる金属層として構成する場合と同等の大きな冷却能力を得ることができる。

要するに、本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成によれば、光反射層の低廉化を図りながらも、大きな冷却能力を得ることができる。

本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記赤外放射層が、無アルカリガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラスのうちのいずれかのガラスにて構成されている点にある。

すなわち、無アルカリガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラスは、比較的に安価でありながらも、太陽光（可視光、紫外光、近赤外光）の透過性が優れた（例えば、８０％程度を透過する）ものであるため、太陽光を吸収することがなく、しかも、大気の窓（例えば、波長が８〜１３μｍの赤外光を透過させる窓等）に相当する波長の赤外光を放射する輻射強度が高い性質を有する。

したがって、赤外放射層を、無アルカリガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラスのうちのいずれかのガラスにて構成することにより、全体構成の低廉化を図りながらも、冷却能力の高い放射冷却装置を得ることができる。

要するに、本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成によれば、全体構成の低廉化を図りながらも、冷却能力の向上を得ることができる。

本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記赤外放射層を基板として、前記第１層及び前記第２層が積層されている点にある。

すなわち、赤外放射層を基板として、第１層及び第２層が積層されているから、全体構成の簡素化を図り、しかも、全体構成の薄膜化を図ることができる。
ちなみに、赤外放射層を基板として、第１層及び第２層を積層する際に、第１層及び第２層が薄い場合には、例えば、スパッタリング等により、第１層及び第２層を順次積層することになる。

つまり、積層用基板を設けて、その積層用基板に対して、スパッタリング等により、第２層及び第１層を順次積層し、その後、第１層の第２層の存在側とは反対側箇所に、別途製作した赤外放射層を載置して積層する、又は、第１層の第２層の存在側とは反対側箇所に、スパッタリング等により、赤外放射層を積層する場合に較べて、積層用基板を設ける必要が無いため、全体構成の簡素化を図り、しかも、全体構成の薄膜化を図ることができる。

要するに、本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成によれば、全体構成の簡素化を図り、しかも、全体構成の薄膜化を図ることができる。

本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記赤外放射層と前記第１層との間に、密着層が積層されている点にある。

すなわち、赤外放射層と光反射層の第１層との間に密着層が積層されているから、温度変化等に起因して、光反射層の第１層が赤外放射層に対して剥離する等の損傷が生じることを抑制できるため、耐久性を向上できる。

要するに、本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成によれば、耐久性の向上を図ることができる。

本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記第２層における前記第１層の存在側とは反対側に、酸化防止層が積層されている点にある。

すなわち、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層における第１層の存在側とは反対側に、酸化防止層が積層されているから、第２層を薄くしても、第２層が酸化して劣化することを抑制できるため、耐久性を向上できる。

要するに、本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成によれば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層の劣化を抑制して、耐久性を向上できる。

放射冷却装置の構成を示す図である。比較構成の放射冷却装置の構成を示す図である。実施形態の放射冷却装置の構成を示す図である。放射冷却装置の冷却能力を示す表である。赤外放射層を構成するガラスの種類ごとの透過率を示すグラフである。赤外放射層を構成するガラスの種類ごとの輻射率を示すグラフである。放射冷却装置の第１参考構成を示す図である。第１参考構成についての反射率、透過率、吸収率を示すグラフである。銀の膜厚と透過率との関係を示すグラフである。銀の膜厚を変化させた場合の透過する太陽光エネルギーを示すグラフである。放射冷却装置の第２参考構成を示す図である。第２参考構成についての反射率、透過率、吸収率を示すグラフである。アルミの膜厚と透過率との関係を示す図である。第１参考構成及び第２参考構成の吸収率を示すグラフである。第１参考構成及び第２参考構成の冷却能力を示すグラフである。放射冷却装置の基本構成を示す図である。基本構成の銀及びアルミの透過率及び反射率を比較する図である。銀の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。銀の反射率がアルミの反射率より低くなる波長を示す表である。放射冷却装置の実施構成を示す図である。実施構成の放射冷却装置の実際の温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔放射冷却装置の構成〕
図１に示すように、放射冷却装置ＣＰには、放射面Ｈから赤外光ＩＲを放射する赤外放射層Ａと、当該赤外放射層Ａにおける放射面Ｈの存在側とは反対側に位置させる光反射層Ｂとが積層状態に設けられている。

光反射層Ｂが、銀あるいは銀合金からなる第１層Ｂ１とアルミニウム（以下の記載において「アルミ」と略称）あるいはアルミニウム合金（以下の記載において「アルミ合金」と略称）からなる第２層Ｂ２とを、第１層Ｂ１を赤外放射層Ａに近い側に位置させる形態で積層した状態に構成されている。

第１層Ｂ１の厚さ（膜厚）が、３．３ｎｍよりも大きく且つ１００ｎｍ以下に構成され、好ましくは、第１層Ｂ１の厚さ（膜厚）が、５０ｎｍ以上で且つ１００ｎｍ以下に構成されている。
第２層Ｂ２の厚さ（膜厚）が、１０ｎｍ以上に構成されている。

ちなみに、「銀合金」としては、銀に、銅、パラジウム、金、亜鉛、スズ、マグネシウム、ニッケル、チタンのいずれかを、例えば、０．４〜４．５質量％程度添加した合金を用いることができる。具体例としては、銀に銅とパラジウムを添加して作成した銀合金である「ＡＰＣ−ＴＲ（フルヤ金属製）」を用いることができる。
尚、以下の記載においては、第１層Ｂ１を、銀を用いて構成するものとして説明する。

「アルミ合金」としては、アルミに、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、機械構造用炭素鋼、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、テルビウムを添加した合金を用いることができる。
尚、以下の記載においては、第２層Ｂ２を、アルミを用いて構成するものとして説明する。

また、放射冷却装置ＣＰは、赤外放射層Ａを基板として、第１層Ｂ１及び第２層Ｂ２を積層することにより構成されている。
具体的には、基板としての赤外放射層Ａと第１層Ｂ１との間に、密着層３が積層され、かつ、第２層Ｂ２における第１層Ｂ１の存在側とは反対側に、酸化防止層４が積層されている。

つまり、放射冷却装置ＣＰが、赤外放射層Ａを基板として、例えばスパッタリングにより、密着層３、第１層Ｂ１、第２層Ｂ２及び酸化防止層４を順次製膜する形態に構成されている。

密着層３は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を２０〜１００ｎｍに製膜する形態に構成されている。
酸化防止層４が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を、１０〜数１００ｎｍに製膜する形態に構成されている。尚、以下の記載においては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が製膜されているとして説明する。

赤外放射層Ａが、無アルカリガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラスのうちのいずれかのガラスにて構成されている。
ちなみに、無アルカリガラスとしては、例えば、ＯＡ１０Ｇ（日本電気硝子製）を用いることができ、クラウンガラスとしては、例えば、Ｂ２７０（登録商標、以下同じ）を用いることができ、ホウケイ酸ガラスとしては、例えば、テンパックス（登録商標、以下同じ）用いることができる。

「ＯＡ１０Ｇ」、「Ｂ２７０」及び「テンパックス」は、図５に示すように、太陽光に対応する波長の光に対する透過率が高く、また、図６に示すように、大気の透過率が高い波長域（いわゆる、大気の窓）に相当する波長の輻射率が高い。
ちなみに、図５は「テンパックス」を代表として例示するが、白板ガラスの「ＯＡ１０Ｇ」、「Ｂ２７０」なども同様である。
尚、以下の記載においては、赤外放射層Ａが「テンパックス」にて形成されているとして説明する。

従って、放射冷却装置ＣＰは、放射冷却装置ＣＰに入射した光Ｌのうちの一部の光（例えば、太陽光の一部の光等）を、赤外放射層Ａの放射面Ｈにて反射し、放射冷却装置ＣＰに入射した光Ｌのうちで赤外放射層Ａを透過した光（紫外光等）を、光反射層Ｂにて反射するように構成されている。

そして、酸化防止層４における光反射層Ｂの存在側とは反対側に位置する冷却対象Ｄから放射冷却装置ＣＰへの入熱（例えば、冷却対象Ｄからの熱伝導による入熱）を、赤外放射層Ａによって赤外線ＩＲに変換して放射することで、冷却対象Ｄを冷却するように構成されている。
尚、本実施形態において光とは、その波長が１０ｎｍから２００００ｎｍの電磁波のことを言う。つまり、光Ｌには、紫外光、赤外光ＩＲおよび可視光が含まれる。

〔放射冷却装置の使用結果〕
図２０に示すように、厚さ１ｍｍのテンパックスにて赤外放射層Ａを形成し、膜厚が５０ｎｍの銀の第１層Ｂ１と膜厚が５０ｎｍのアルミとによって光反射層Ｂを形成し、膜厚が５ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）にて密着層３を形成し、膜厚が３０ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）にて酸化防止層４を形成する形態で放射冷却装置ＣＰを構成し、このように構成した放射冷却装置ＣＰを実際に使用した使用結果を図２１に示す。

図２１は、２０１７年９月１日〜３日までの放射冷却特性として、放射冷却装置ＣＰの温度の変化を示したものである。放射冷却装置ＣＰの温度の変化としては、酸化防止層４の光反射層Ｂの存在側とは反対側の面の温度の変化を示す。
２０１７年９月１日〜３日までの天候は晴れであり、太陽光エネルギーの強度が、各日の日中には大きくなり、夜間には小さくなる。

放射冷却装置ＣＰの冷却能力を分かり易くするために、図２１には、放射冷却装置ＣＰと並置したステンレス板（ＳＵＳ）の温度の変化、反射塗料を塗布したステンレス板（ＳＵＳ）における反射塗料の温度の変化、及び、周囲温度（外気温度）の変化を示す。

この使用結果から、放射冷却装置ＣＰの温度が、常に周囲温度よりも２〜５℃低くなるのに対して、ステンレス板（ＳＵＳ）の温度やステンレス板に塗布した反射塗料の温度が、日照下では周囲温度よりも高温になることがわかる。

〔放射冷却装置の考察〕
光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合（図２参照）と、光反射層Ｂを第１層Ｂ１及び第２層Ｂ２にて構成する場合（図３参照）とにおいて、第１層Ｂ１の銀の厚みを変化させながら、放射冷却装置ＣＰの冷却能力を計算したところ、図４の表に示す結果となった。

図４の表は、８月下旬の大阪における快晴の日をモデルとして計算した。
すなわち、太陽光エネルギーを１０００Ｗ／ｍ^２とし、外気温を３０℃、大気の輻射エネルギーが３８７Ｗ／ｍ^２の８月下旬をモデルとして計算したものであって、放射冷却装置ＣＰの温度（酸化防止層４における光反射層Ｂの存在側とは反対側の面の温度：以下、冷却面温度と記載する場合がある）が３０℃であるとして計算したものである。

図４に示すように、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合（図２参照）には、第１層Ｂ１を形成する銀の厚みが３０ｎｍ以下になると、放射冷却装置ＣＰが冷却能力を生じないものとなるが、光反射層Ｂを第１層Ｂ１及び第２層Ｂ２にて構成する場合（図３参照）には、銀の厚みが３．３ｎｍよりも大きいと、放射冷却装置ＣＰが冷却能力を生じるものとなる。

しかも、光反射層Ｂを第１層Ｂ１及び第２層Ｂ２にて構成する場合（図３参照）には、銀の厚みが５０ｎｍ〜１００ｎｍのときには、放射冷却装置ＣＰの冷却能力が、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合（図２参照）において銀の厚みを３００ｎｍとするときと、同等の能力となる。

ちなみに、赤外放射層Ａを構成するテンパックスの厚さは、１０μｍ以上で１０ｃｍ以下である必要があり、好ましくは、２０μｍ以上で１０ｃｍ以下、より好ましくは、１００μｍ以上で１ｃｍ以下が良い。
つまり、赤外放射層Ａを、波長８μｍ以上１４μｍ以下の赤外域で大きな熱輻射を示し、当該熱輻射が、赤外放射層Ａ及び光反射層Ｂの夫々にて吸収されるＡＭ１．５Ｇの太陽光及び大気の熱輻射よりも大きくなるようにすることにより、昼夜を問わず周囲の大気よりも温度が低下する放射冷却作用を発揮する放射冷却装置ＣＰを構成することができる。
そして、そのようにするにあたり、赤外放射層Ａをテンパックスにて構成する場合には、厚さを１０μｍ以上で１０ｃｍ以下にする必要があり、好ましくは、２０μｍ以上で１０ｃｍ以下、より好ましくは、１００μｍ以上で１ｃｍ以下が良い。

〔発明の補足説明〕
以下、放射冷却装置ＣＰの光反射層Ｂを第１層Ｂ１及び第２層Ｂ２にて構成するに至った本発明についての補足説明を行う。
図７に示すように、放射冷却装置ＣＰの光反射層Ｂを、厚さが５０ｎｍの銀からなる第１層Ｂ１のみにて構成した場合においては、図８に示すように、短波長側の光が、第１層Ｂ１を構成する５０ｎｍの銀を透過することになり、透過した光が冷却対象Ｄに照射されることになる。

図９に示すように、銀は、膜厚（厚さ）が薄くなると、薄くなるほど透過率が上昇することになるため、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合には、銀の膜厚（厚さ）が薄くなるほど、冷却対象Ｄに照射される光が増加して、放射冷却装置ＣＰの冷却に拘わらず、冷却対象Ｄの温度が上昇する現象が生じる。
つまり、冷却対象Ｄは、被冷却物の熱を効率的に逃がすために、光吸収層や熱交換器として構成されるが、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を薄くすると透過した光が冷却対象Ｄを温めるので放射冷却能力（放射冷却性能）が弱まることになる。

図１０は、光反射層Ｂを銀からなる第１層Ｂ１にて構成する放射冷却装置ＣＰ（図７参照）において、銀の膜厚（厚さ）と透過する太陽光のエネルギー（Ｗ／ｍ^２）との関係を示すものである。
第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を３００ｎｍの膜厚（厚さ）にする従来の放射冷却装置ＣＰの放射冷却能力は、日本の夏、標高０ｍ、外気温度が３０℃の南中時、湿度や空気の澄み具合にもよるが、概ね７０Ｗ／ｍ^２程度である。

これに対して、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）が１００ｎｍになると、透過する太陽光のエネルギーが７Ｗ／ｍ^２程度となり、この透過光が冷却対象Ｄを加熱することにより、放射冷却装置ＣＰの冷却能力が１割程度低下する。
さらに、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）が５０ｎｍになると、透過する太陽光のエネルギーが７０Ｗ／ｍ^２程度となり、この透過光が冷却対象Ｄを加熱することにより、放射冷却装置ＣＰの放射冷却能力が大きく低下する。

以上の通り、図７〜図１０に基づいて、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合において、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を薄くした場合に生じる問題点を説明してきた。
つまり、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合においては、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を十分に薄くすることができないものとなる。

次に、銀を他の金属としてのアルミにて代替できないかについて考える。つまり、アルミは銀と同様に反射率が高い金属として知られるものであるから、図１１に示すように、光反射層Ｂを第２層Ｂ２のみにて構成する場合が考えられる。

図１３に示すように、アルミは、２５ｎｍ以上の膜厚（厚さ）があれば、太陽光の透過を的確に遮蔽できるものである。
しかしながら、図１２に示すように、アルミは太陽光の吸収率が高い傾向にあり、しかも、図１４に示すように、アルミ（膜厚５０ｎｍ）は、銀（膜厚３００ｎｍ）よりも太陽光を多く吸収するものである。

その結果、図１５に示すように、光反射層Ｂを第２層Ｂ２のみにて構成し、かつ、第２層Ｂ２を構成するアルミの膜厚（厚さ）を３００ｎｍにする場合においては、外気温が３０℃の南中時における放射冷却能力は、−１４.７Ｗ／ｍ^２となり、発熱する。なお、冷却する場合を正、加熱される場合を負で表現している。
尚、図１５に示すように、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成し、かつ、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を３００ｎｍにする場合においては、外気温が３０℃の南中時における放射冷却能力は、７０Ｗ／ｍ^２程度となる。

以上の通り、図１１〜図１５に基づいて、光反射層Ｂを第２層Ｂ２のみにて構成する場合における問題点を説明してきた。
つまり、光反射層Ｂを第２層Ｂ２のみにて構成する場合には、放射冷却装置ＣＰの放射冷却能力を十分な能力にすることができないことが分かる。

そこで、本発明者は鋭意研究の結果、放射冷却装置ＣＰの光反射層Ｂを、第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成すれば、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚さ）を薄くしながらも、放射冷却能力を十分な能力にすることができることを見出すに至ったのである。

すなわち、図９に示すように、第１層Ｂ１を構成する銀の透過率は、短波長側ほど大きくなり、かつ、膜厚（厚さ）が薄くなるほど大きくなる。
また、図１８に示すように、第１層Ｂ１を構成する銀の反射率は、長波長側では大きく、短波長側ほど小さくなり、かつ、膜厚（厚さ）を薄くなるほど小さくなる。
さらに、第２層Ｂ２のアルミは、上述の如く、２５ｎｍ以上の膜厚（厚さ）があれば、太陽光の透過を的確に遮蔽できる程度の大きな反射率を備えるものであり、しかも、銀の反射率が小さくなる短波長側においても大きな反射率を備えるが、銀の反射率が高い長波長側では、銀の反射率よりも小さくなる傾向となる。

尚、図１９に示すように、銀の反射率とアルミの反射率とが交差する波長（以下、交差波長と略称）は、銀の膜厚（厚さ）にて変化するものである。図１９には、アルミの膜厚（厚さ）を２００ｎｍとした場合において、銀の膜厚（厚さ）を変化させたときの交差波長を例示する。

このため、図１６に示すように、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する場合において、例えば、第１層Ｂ１を構成する銀の膜厚（厚み）を５０ｎｍとし、第２層Ｂ２を構成するアルミの膜厚（厚み）を５０ｎｍとすると、図１７に示すように、交差波長が４５０ｎｍとなり、４５０ｎｍよりも短波長側の光Ｌａでは、アルミの方が銀よりも反射率が高く、それより長波長側の光Ｌｂでは銀の方がアルミよりも反射率が高くなる。
ちなみに、図９に示すように、交差波長である４５０ｎｍ以下の波長の光は、銀を透過し易くなるので、当該透過した光は、第２層Ｂ２のアルミに照射されることになる。

つまり、図１６に示すように、４５０ｎｍよりも短波長側の光Ｌａは、一部が銀で形成される第１層Ｂ１にて反射し、第１層Ｂ１を透過した光がアルミで形成される第２層Ｂ２にて反射されることになる。
また、４５０ｎｍよりも長波長側の光Ｌｂは、主として第１層Ｂ１にて反射されることになる。

また、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する場合においては、第２層Ｂ２を構成するアルミの膜厚（厚さ）は、１０ｎｍよりも厚ければ光を殆ど透過しないものとなるから、第２層Ｂ２の膜厚（厚さ）は１０ｎｍ以上にすることになる。
ちなみに、耐腐食性を向上させることを考えると、第２層Ｂ２を構成するアルミの膜厚（厚さ）は、５０ｎｍ以上に厚くするのが望ましい。つまり、アルミは酸化して不働態を形成するが、不働態を形成できる層が分厚いほど耐久性が向上するからである。

したがって、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する場合において、第１層Ｂ１の銀の膜厚（厚み）を５０ｎｍとし、第２層Ｂ２のアルミの膜厚（厚み）を５０ｎｍにすると、アルミの光吸収の大きい４５０ｎｍよりも長波長側の波長領域の光が、主として第１層Ｂ１の銀で反射され、銀を透過する４５０ｎｍ以下の光が、主として第２層Ｂ２のアルミで反射することにより、赤外放射層Ａを透過した光等を効率良く反射することができる。

このように、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する場合においては、交差波長よりも長波長側の光を、主として第１層Ｂ１の銀で反射し、銀を透過した交差波長よりも短波長側光を、主として第２層Ｂ２のアルミで反射することにより、赤外放射層Ａを透過した光等を効率良く反射できる。
その結果、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する放射冷却装置ＣＰにおいては、第１層Ｂ１の膜厚（厚さ）を１００ｎｍ以下でかつ５０ｎｍ以上にすれば、太陽光の反射率を十分に向上させることができる。

図７〜図１９に基づく補足説明を鑑みながら、図４の冷却能力（放射冷却能力）を再度考察すると、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合には、銀の膜厚が１００ｎｍ以下となると、太陽光が放射冷却装置ＣＰを透過し、冷却対象Ｄを温めることになるので、放射冷却能力（放射冷却性能）が低下することになる。
このため、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合には、銀の膜厚（厚さ）を３００ｎｍにして太陽光の透過を完全に遮断する場合と比較して、銀の膜厚（厚さ）を８０ｎｍにすると、放射冷却能力（放射冷却性能）が約一割程度下がる。
そして、銀の膜厚（厚さ）を４０ｎｍ未満にすると、冷却能力（放射冷却能力）が大きく低下し、３０ｎｍ以下では、冷却対象Ｄが加熱されることになる。

これに対して、光反射層Ｂを第１層Ｂ１と第２層Ｂ２にて構成する場合においては、上述の如く、第１層Ｂ１の銀の厚みが３．３ｎｍよりも大きいと、放射冷却装置ＣＰが放射冷却能力（放射冷却性能）を生じることになる。
しかも、第１層Ｂ１を形成する銀の厚みが５０ｎｍ〜１００ｎｍのときには、放射冷却装置ＣＰの放射冷却能力（放射冷却性能）が、光反射層Ｂを第１層Ｂ１のみにて構成する場合（図２参照）において銀の厚みを３００ｎｍとするときと、同等の能力となる。

〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態では、赤外放射層Ａを基板として、第１層Ｂ１と第２層とを積層する場合を例示したが、赤外放射層Ａとは異なる他の基板に対して、第２層Ｂ２及び第１層Ｂ１を積層する形態で光反射層Ｂを形成して、赤外放射層Ａと光反射層Ｂとを重ね合わせる形態で積層してもよい。この場合、赤外放射層Ａと光反射層Ｂとの間に、伝熱可能であれば多少の隙間が存在してもよい。

（２）上記実施形態では、酸化防止層４を備える場合を例示したが、アルミにて形成される第２層Ｂ２の膜厚（厚さ）が十分に厚い場合等においては、酸化防止層４を省略してもよい。

（３）上記実施形態では、第１層Ｂ１を銀にて形成する場合を詳細に説明したが、第１層Ｂ１を銀合金で形成する場合における膜厚（厚さ）は、第１層Ｂ１を銀にて形成する場合の膜厚（厚さ）と同等にすることができる。

（４）上記実施形態では、第２層Ｂ２をアルミにて形成する場合を詳細に説明したが、第２層Ｂ２をアルミ合金で形成する場合における膜厚（厚さ）は、第２層Ｂ２をアルミにて形成する場合の膜厚（厚さ）と同等にすることができる。

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

３密着層
４酸化防止層
Ａ赤外放射層
Ｂ光反射層
Ｂ１第１層
Ｂ２第２層

Claims

放射面から赤外光を放射する赤外放射層と、当該赤外放射層における前記放射面の存在側とは反対側に位置させる光反射層とが積層状態で設けられた放射冷却装置であって、
前記光反射層が、銀あるいは銀合金からなる第１層とアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第２層とを、前記第１層を前記赤外放射層に近い側に位置させる形態で積層した状態に構成され、
前記第１層の厚さが、３．３ｎｍよりも大きく、かつ、１００ｎｍ以下であり、
前記第２層の厚さが、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である放射冷却装置。
前記第１層の厚さが、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１に記載の放射冷却装置。
前記赤外放射層が、無アルカリガラス、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラスのうちのいずれかのガラスにて構成されている請求項１又は２に記載の放射冷却装置。
前記赤外放射層を基板として、前記第１層及び前記第２層が積層されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射冷却装置。
前記赤外放射層と前記第１層との間に、密着層が積層されている請求項４に記載の放射冷却装置。
前記第２層における前記第１層の存在側とは反対側に、酸化防止層が積層されている請求項４又は５に記載の放射冷却装置。