WO2021166781A1 - 透明無電源冷却デバイス - Google Patents

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WO2021166781A1
WO2021166781A1 PCT/JP2021/005107 JP2021005107W WO2021166781A1 WO 2021166781 A1 WO2021166781 A1 WO 2021166781A1 JP 2021005107 W JP2021005107 W JP 2021005107W WO 2021166781 A1 WO2021166781 A1 WO 2021166781A1
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WO
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layer
thermal
cooling device
cooling body
zone
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/005107
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
未央 岡本
桑名 保宏
健輔 藤井
梶川 浩太郎
真奈 當麻
隆之 岡本
Original Assignee
Agc株式会社
国立大学法人東京工業大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/02Physical, chemical or physicochemical properties
    • B32B7/027Thermal properties
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78Heat insulating elements
    • E04B1/80Heat insulating elements slab-shaped
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/26Reflecting filters

Definitions

  • the present invention relates to a transparent non-powered cooling device.
  • a non-powered cooling device using heat radiation (hereinafter, also referred to as “radiative cooling body”) is attracting attention.
  • the radiative cooler has a thermal radiant zone.
  • the thermal radiant layer radiates heat generated by the temperature of the radiative cooling body itself as infrared rays to the outside.
  • the wavelength of the emitted infrared rays is in the infrared region where the absorption rate of the atmosphere is small, which is called the "window of the atmosphere"
  • the absorption and re-radiation by the atmosphere are small, so the total amount of heat from the thermal radiation zone to the atmosphere.
  • the temperature of the radiative cooling body can be lowered.
  • by absorbing the light in the infrared region it is possible to suppress the incident of the light in the infrared region inside the radiative cooling body, and as a result, the temperature rise inside the radiative cooling body can be suppressed.
  • Patent Document 1 a thermal radiation layer, a protective layer, and a low reflection layer in which microsilica spheres are dispersed in a resin matrix are provided on one surface of the transparent substrate, and a metal reflection layer is provided on the other surface of the transparent substrate.
  • a cooling radiator constructed by providing is described. Further, it is described that the temperature of the radiative cooling body can be lowered from the surroundings by radiating heat from the radiative cooling body.
  • the conventional radiative cooling body has a sufficient radiative cooling function. Therefore, there is still a high demand for a radiative cooling body capable of performing radiative cooling more efficiently.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a transparent non-powered cooling device capable of more efficient radiative cooling.
  • a transparent unpowered cooling device having an infrared reflective layer, a first thermal radiant zone, and a second thermal radiant zone in this order.
  • the transparent unpowered cooling device has an average visible light transmittance of 80% or more and a haze of 10% or less.
  • the first thermal radiant zone contains a material different from that of the second thermal radiant zone, and has an absorption peak of 50% or more in a wavelength region of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the second thermal radiant zone has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 7 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the infrared reflective layer provides a transparent non-powered cooling device having an average reflectance of 80% or more in the wavelength range of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the present invention can provide a transparent non-powered cooling device that enables more efficient radiative cooling.
  • the transparent non-powered cooling device has an infrared reflecting layer, a first heat radiating zone, and a second heat radiating layer in this order.
  • the radiative cooling body has an average visible light transmittance of 80% or more and a haze of 10% or less.
  • the first thermal radiant zone contains a material different from that of the second thermal radiant zone, and has an absorption peak of 50% or more in a wavelength region of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the second thermal radiant zone has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 7 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • As the infrared reflecting layer a radiative cooling body having an average reflectance of 80% or more in the wavelength range of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m is provided.
  • the heat absorbed in the first thermal radiant zone and the second thermal radiant zone can be radiated to the outside by each layer.
  • the cooling effect of the radiative cooling body can be further enhanced as compared with the conventional case.
  • the "average visible transmittance" of the radiative cooling body means a value obtained by load-averaging the transmittance in the wavelength range of 380 nm to 780 nm.
  • the "average visible transmittance” is measured in accordance with JIS R 3106.
  • a D65 light source is used as the light source.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a radiative cooling body (hereinafter, referred to as “first radiative cooling body”) according to an embodiment of the present invention.
  • the first radiative cooling body 100 has an infrared reflective layer 120, a first thermal radiant zone 130, and a second thermal radiant zone 140 in this order.
  • the first radiative cooling body 100 is used so that the side of the second thermal radiating zone 140 is the outer side 102 and the side of the infrared reflecting layer 120 is the inner side 104.
  • the "outside (102)" of the radiative cooling body means the side where the target infrared rays are mainly emitted, and the "inside (104)" of the radiative cooling body is the opposite of the “outside (102)". Means the side.
  • the first thermal radiant zone 130 and the second thermal radiant layer 140 have a role of radiating heat caused by the temperature of the radiative cooling body 100 itself as infrared rays. According to Kirchhoff's law, the function of the first thermal radiant zone 130 and the second thermal radiant zone 140 to radiate heat as infrared rays of a certain wavelength is that of the first thermal radiant zone 130 and the second thermal radiant zone 140. , It is proportional to or equivalent to the infrared absorption rate at the above wavelength.
  • the first thermal radiant zone 130 has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the second thermal radiant zone 140 has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 7 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the infrared reflective layer 120 has the effect of reflecting infrared rays. Specifically, the infrared reflective layer 120 has an average reflectance of 80% or more in the wavelength range of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the first radiative cooling body 100 has a feature that the average visible light transmittance is 80% or more and the haze is 10% or less. Therefore, when the first radiative cooling body 100 is installed on the surface of a transparent member such as a window glass, it is possible to significantly prevent the visibility of the image through the window glass from being obstructed.
  • the first radiative cooling body 100 is used in such a manner that the outer side 102 is on the outside world side.
  • the infrared rays are propagated toward the second thermal radiant zone 140 and further toward the first thermal radiant zone 130.
  • the second heat radiating zone 140 and the first heat radiating layer 130 have a function of absorbing incident infrared rays. Therefore, only a part of the infrared rays that are not absorbed by these layers travels further inside the first radiative cooling body 100.
  • the infrared rays that have traveled inside the first radiative cooling body 100 are then reflected again by the infrared reflecting layer 120 toward the first radiating layer 130 and the second radiating layer 140. Therefore, the first thermal radiation layer 130 and the second thermal radiation layer 140 can also absorb such reflected infrared rays.
  • first thermal radiation layer 130 and the second thermal radiation layer 140 radiate the absorbed heat toward the outside 102 or the inside of the radiative cooling body, but radiate toward the inside of the radiative cooling body as described above.
  • the infrared rays generated are reflected by the infrared reflecting layer 120.
  • infrared rays are mainly emitted to the outside 102.
  • the first thermal radiant zone 130 and the second thermal radiant zone 140 emit heat due to their own temperature as infrared rays.
  • This emission function is proportional to or equivalent to the infrared absorption rate at each wavelength according to Kirchhoff's law.
  • the emitted infrared rays are mainly emitted to the outside 102 through the multiple process described above.
  • the radiative cooling body 100 has a function of releasing the heat of the radiative cooling body 100 itself or the inner 104 to the outer 102.
  • the infrared rays emitted to the outer 102 are absorbed by the medium (exclusively the atmosphere) of the outer 102, they are re-radiated to the radiative cooling body 100 side according to the above Kirchhoff's law.
  • the atmosphere has a wavelength range with a small infrared absorption rate, so-called “atmospheric window”. That is, if heat is radiated as infrared rays in the wavelength range of the "window of the atmosphere", the re-radiation of the atmosphere is small, so that the heat can be effectively released to the outside. According to this aspect, more heat can be radiated as infrared rays in the wavelength range of the "window of the atmosphere".
  • the cooling effect on the inner side 104 can be further enhanced as compared with the conventional case.
  • the maximum value of the spectrum (referred to as "A 1 ( ⁇ )" representing the absorption rate of the first thermal radiant zone in the wavelength range of 7 to 13 ⁇ m. This point is referred to as an absorption peak (“P 1”) of the first thermal radiation zone.
  • the point of the maximum value of the spectrum (referred to as “A 2 ( ⁇ )") representing the absorption rate of the second thermal radiation layer in the wavelength range of 7 to 13 ⁇ m is the absorption peak of the second thermal radiation layer.
  • P 2 The degree of overlap between A 1 ( ⁇ ) and A 2 ( ⁇ ) is represented by S b.
  • S b the value obtained by normalizing the integral of the product of A 1 ( ⁇ ) and A 2 ( ⁇ ) in the wavelength region of 7 to 13 ⁇ m in the wavelength range.
  • the overlap S b of this spectrum is preferably 0.15 or more, more preferably 0.20 or more, and even more preferably 0.30 or more.
  • the overlap S b of the spectra is 0.15 or more, there is sufficient heat transfer by heat radiation between the first heat radiation layer 330 and the second heat radiation layer 340, and heat is transferred more efficiently. It can be transmitted to the surface side.
  • the first thermal radiating zone 330 and the second thermal radiating zone 340 can absorb infrared rays more effectively.
  • the wavelength of P 1 and the wavelength of P 2 are different.
  • the radiative cooling body can absorb a wider range of infrared rays.
  • the wavelength of P 2 is smaller than the wavelength of P 1.
  • the short wavelength side which has a relatively large energy in the range of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m, can be absorbed on the surface side, and heat radiation can be efficiently performed.
  • the wavelength of P 1 is preferably 8.5 ⁇ m or more, and more preferably 9 ⁇ m or more. Further, 12 ⁇ m or less is preferable, and 10 ⁇ m or less is more preferable. By doing so, by the difference between the wavelength of P 2, can efficiently thermal radiation in a wider wavelength range.
  • the wavelength of P 2 is preferably 7.5 ⁇ m or more, and more preferably 8 ⁇ m or more. Further, 11 ⁇ m or less is preferable, 10 ⁇ m or less is further preferable, and 9 ⁇ m or less is particularly preferable. By doing so, by the difference between the wavelength of P 1, can efficiently thermal radiation in a wider wavelength range.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a radiative cooling body (hereinafter, referred to as “second radiative cooling body”) 200 according to another embodiment of the present invention.
  • second radiative cooling body a radiative cooling body
  • the second radiative cooling body 200 has the same configuration as the above-mentioned first radiative cooling body 100. However, the second radiative cooling body 200 is different from the above-mentioned first radiative cooling body 100 in that it further has a transparent substrate 250.
  • the second radiative cooling body 200 has an infrared reflecting layer 220, a first radiating layer 230, and a second radiating layer 240 on the transparent substrate 250.
  • the transparent substrate 250 has a first surface 252 and a second surface 254 facing each other, and the infrared reflecting layer 220, the first heat radiating zone 230, and the second heat radiating layer 240 are transparent. It is installed on the side of the first surface 252 of the substrate 250.
  • the second radiative cooling body 200 When the second radiative cooling body 200 is applied to a window glass or the like, or when the second radiative cooling body 200 itself is used as a window glass, the second radiative cooling body 200 is a second thermal radiation layer. It is used so that the side of 240 is the outer side 202 and the side of the second surface 254 of the transparent substrate 250 is the inner side 204.
  • the second radiative cooling body 200 having such a configuration can also obtain the same effect as the above-mentioned first radiative cooling body 100. That is, in the second radiative cooling body 200, heat is effectively radiated toward the outside 202 by the first radiant layer 230 and the second radiant layer 240. Therefore, in the second radiative cooling body 200, the cooling effect on the inner side 204 can be further enhanced as compared with the conventional case.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a radiative cooling body (hereinafter, referred to as “third radiative cooling body”) 300 according to still another embodiment of the present invention.
  • the third radiative cooling body 300 has the same configuration as the above-mentioned first radiative cooling body 100. However, the third radiative cooling body 300 is different from the above-mentioned first radiative cooling body 100 in that it further has a transparent substrate 350.
  • the third radiative cooling body 300 has a transparent substrate 350 having a first surface 352 and a second surface 354. Further, the third radiative cooling body 300 has a first thermal radiant zone 330 and a second thermal radiant zone 340 on the side of the first surface 352 of the transparent substrate 350, and is a second of the transparent substrate 350. An infrared reflective layer 320 is provided on the side of the surface 354.
  • the third radiative cooling body 300 When the third radiative cooling body 300 is applied to a window glass or the like, or when the third radiative cooling body 300 itself is used as a window glass, the third radiative cooling body 300 is a second thermal radiation layer. It is used so that the side of the 340 is the outer side 302 and the side of the infrared reflecting layer 320 is the inner side 304.
  • the third radiative cooling body 300 having such a configuration can also obtain the same effect as the above-mentioned first radiative cooling body 100. That is, in the third radiative cooling body 300, heat is effectively radiated toward the outside 302 by the first radiant layer 330 and the second radiant layer 340. Therefore, in the third radiative cooling body 300, the cooling effect on the inner side 304 can be further enhanced as compared with the conventional case.
  • the constituent members will be described by taking the third radiative cooling body 300 shown in FIG. 3 as an example. Therefore, the reference numerals used in FIG. 3 are used to represent each member. However, it will be appreciated by those skilled in the art that at least a part of the description shown below is also applicable to the first radiative cooling body 100 shown in FIG. 1 and the second radiative cooling body 200 shown in FIG. Is clear.
  • the material constituting the transparent substrate 350 is not particularly limited as long as it is transparent.
  • the transparent substrate 350 may be made of, for example, plastic or glass.
  • the glass may or may not be colored.
  • the glass may be, for example, aluminosilicate glass, soda lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass or the like.
  • the thickness of the glass substrate is not particularly limited, but may be, for example, 0.5 mm or more or 1 mm or more.
  • the thickness of the glass substrate may be 30 mm or less, 20 mm or less, or 10 mm or less.
  • the strength may be improved by a chemical strengthening treatment.
  • the thickness of the transparent substrate 350 is usually preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less.
  • the strength may be improved by physical strengthening treatment.
  • thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used.
  • the resin include polyvinyl chloride resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyvinyl acetate resin, polyester resin, polyurethane resin, cellulose resin, acrylic resin, AS (acrylonitrile-styrene) resin, and ABS (acrylonitrile-styrene).
  • Butadiene-styrene resin fluororesin, thermoplastic elastomer, polyamide resin, polyimide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, modified polyphenylene ether resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polylactic acid resin, cyclic polyolefin resin, and Examples thereof include polyphenylene sulfide resin. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the thickness of the film is not particularly limited, but is preferably 20 to 300 ⁇ m, more preferably 40 to 150 ⁇ m.
  • a hard coat layer (not shown) may be provided on one or both main surfaces of the transparent substrate 350.
  • the material of the first thermal radiating zone 330 is not particularly limited as long as it has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the absorption peak is preferably 70% or more, more preferably 80% or more.
  • the first thermal radiant layer 330 may be made of, for example, a resin containing silica fine particles.
  • the first thermal radiation layer 330 which is made of a resin containing silica fine particles, can often be adjusted to have an absorption peak of 50% or more at a wavelength of about 8 to 13 ⁇ m.
  • the position, intensity and width of the absorption peak can be adjusted according to the particle size distribution.
  • the silica fine particles contained in the first thermal radiating zone 330 have an average particle size in the range of 3 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably in the range of 10 ⁇ m to 40 ⁇ m, and more preferably in the range of 15 ⁇ m to 30 ⁇ m. ..
  • the absorption peak can be adjusted to have an absorption band in the wavelength range of about 8 to 13 ⁇ m while maintaining the size of the absorption peak.
  • the content of the silica fine particles contained in the first thermal radiating zone 330 is, for example, in the range of 20% to 75%.
  • the content is the volume ratio of the silica fine particles to the resin other than the silica fine particles (resin matrix described later).
  • silica particles alone it means the coverage of the particles obtained by observation with a microscope.
  • the resin matrix for dispersing the silica fine particles for example, polyethylene, polypropylene, PMMA, fluororesin and the like can be used.
  • the thickness of the first heat radiating zone 330 is, for example, in the range of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m, and preferably in the range of 10 ⁇ m to 70 ⁇ m.
  • the first thermal radiant zone 330 contains a material different from that of the second thermal radiant zone 340, which will be described later.
  • the material of the second thermal radiating zone 340 is not particularly limited as long as it has an absorption peak of 50% or more in a region having a wavelength of 7 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the absorption peak is preferably 70% or more, more preferably 80% or more.
  • the second thermal radiating zone 340 is made of a material different from that of the first thermal radiating zone 330.
  • the second thermal radiant zone 340 is preferably composed of a resin containing a fluorine-containing compound.
  • the second heat radiant layer 340 also functions as a protective layer against the environment, it is possible to improve the weather resistance of the third radiative cooling body 300.
  • the absorption peak can be easily adjusted in the wavelength region of 7 ⁇ m to 10 ⁇ m by using the absorption peak due to the CF bond.
  • the fluorine-containing compound two or more kinds of compounds may be mixed.
  • the material forming the second heat radiating zone 340 may be a film produced in advance and laminated, or may be coated on the first heat radiating zone 330.
  • the coating may be a wet coating or a dry coating, and may be cured or solidified by heating and / or humidifying after coating.
  • fluorine-containing compound examples include the following (A1) to (A6): Fluorine-containing compound (A1): A fluorine-containing polymer having a unit derived from a fluoroolefin (hereinafter, also referred to as “fluoroolefin unit”). Fluorine-containing compound (A2): Fluorine-containing polymer having an aromatic ring, Fluorine-containing compound (A3): A fluorine-containing compound in which a fluoropolyether chain and a reactive silyl group are bonded via a linking group.
  • Fluorine-containing compound (A4) Fluorine-containing polymer having an aliphatic ring in the main chain
  • Fluorine-containing compound (A5) Fluororubber
  • Fluorine-containing compound (A6) Fluorine-containing polymer having a fluoroalkyl group in the side chain.
  • fluorine-containing compound (A1) examples include copolymers containing fluoroolefin units.
  • the copolymer examples include a fluorine-containing polymer (A11) having a fluoroolefin unit and a vinyl alcohol unit, a fluorine-containing polymer (A12) having a fluoroolefin unit and a vinyl ether unit, and a fluoroolefin unit and a cation.
  • Examples of commercially available products of the fluorine-containing polymer (A12) include Lumiflon (registered trademark, manufactured by AGC Inc.). Examples of commercially available products of the fluorine-containing polymer (A13) include Flemion (registered trademark, manufactured by AGC Inc.). Examples of the fluorine-containing polymer (A14) include the polymer described in International Publication No. 2015/098773.
  • a fluorine-containing polymer (A15) other than the fluorine-containing polymers (A11) to (A14) may be used.
  • the fluorine-containing polymer (A15) include PFA, FEP, EPA, ETFE, PVDF, PVF, PCTFE, and ECTFE.
  • ⁇ Fluorine-containing compound (A2) As the fluorine-containing compound (A2), a fluorine-containing polymer (A21) having a crosslinkable functional group and an aromatic ring is preferable.
  • the fluoropolymer (A21) having a crosslinkable functional group causes a reaction such as polymerization, crosslinking, or chain extension by radical reaction of the crosslinkable functional group by external energy.
  • a crosslinkable functional group a vinyl group and an ethynyl group are particularly preferable.
  • fluorine-containing compound (A2) examples include a fluorine-containing aromatic compound (perfluoro (1,3,5-triphenylbenzene), perfluorobiphenyl, etc.) and a phenolic compound (1,3,5-tri). Hydroxybenzene, 1,1,1-tris (4-hydroxyphenyl) ethane, etc.) and crosslinkable functional group-containing aromatic compounds (pentafluorostyrene, acetoxystyrene, chlormethylstyrene, pentafluorophenylacetylene, etc.) are used. Examples thereof include a polymer obtained by reacting in the presence of a dehalogenating hydrogenating agent (potassium carbonate, etc.).
  • Fluorine-containing compound (A3) Commercially available products of the fluorine-containing compound (A3) include, for example, KY-100 series (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. KY-178, KY-185, KY-195, KY-1900, etc.), Afluid (registered trademark) S550 (registered trademark). AGC), Optool (registered trademark) DSX, AES, UF503, UD509 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.).
  • fluorine-containing compound (A4) examples include a polymer having a unit derived from a cyclic fluorine-containing monomer and a polymer having a unit formed by cyclization polymerization of a diene-based fluorine-containing monomer.
  • Examples of commercially available fluorine-containing compounds (A4) include Cytop (registered trademark, manufactured by AGC), Teflon (registered trademark) AF (manufactured by DuPont), and Hyflon (registered trademark) AD (manufactured by Solvay). Be done.
  • fluorine-containing compound (A5) examples include vinylidene fluoride-based fluororubber containing vinylidene fluoride (VDF) as a main component, propylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether-based fluororubber, and the like.
  • VDF vinylidene fluoride-based fluororubber containing vinylidene fluoride
  • Examples of the vinylidene fluoride-based fluororubber include a two-component system such as VDF-hexafluoropropylene (HFP) system, VDF-pentafluoropropylene (PFP) system, and VDF-chlorotrifluoroethylene (CTFE) system; VDF-HFP.
  • Examples thereof include a three-component system such as -tetrafluoroethylene (TFE) system, VDF-PFP-TFE system, and VDF-perfluoromethyl vinyl ether (PFMVE) -TFE system.
  • Examples of the propylene (PP) -tetrafluoroethylene-based fluororubber include a two-component system such as PP-TFE system and a three-component system such as PP-HFP-TFE.
  • Examples of the tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether-based fluororubber include a two-component system such as TFE-HFP and a three-component system such as TFE-HFP-VDF.
  • fluoropolymer having a fluoroalkyl group in the side chain examples include a copolymer containing a monomer unit having a fluoroalkyl group in the side chain and other monomer units.
  • the monomer having a fluoroalkyl group in the side chain examples include C6FMA, C6FA, C4FMA, C4FA and the like.
  • the fluorine-containing compound (A6) examples include the polymers described in International Publication No. 2016/125795. Examples of commercially available products of the fluorine-containing compound (A6) include AsahiGuard E-SERIES (registered trademark, manufactured by AGC Inc.) and the like.
  • the second thermal radiant zone 340 may contain a compound other than the fluorine-containing compound as long as its performance is not impaired.
  • the compound other than the fluorine-containing compound may be an organic compound or an inorganic compound, and may include, for example, a pigment, a dye, an ultraviolet ray blocking agent, and an infrared ray blocking agent.
  • the content of the fluorine-containing compound in the second thermal radiation layer 340 is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 80% by mass or more.
  • the thickness of the second thermal radiant zone 340 is, for example, in the range of 1 nm to 200 ⁇ m, and preferably in the range of 5 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the thickness of the first thermal radiant zone 330 and the thickness of the second thermal radiant zone 340 is preferably in the range of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m, and more preferably 20 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the thickness of the second thermal radiating zone 340 is preferably in the range of 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the second thermal radiant zone 340 does not substantially contain silica fine particles.
  • the silica fine particle layer tends to be thick. Therefore, it is difficult to achieve both high heat radiation and low haze.
  • the second thermal radiating zone 340 which does not substantially contain silica fine particles, it is possible to achieve both low haze and high thermal radiation to a high degree.
  • the first thermal radiant zone and the second thermal radiant zone are each at least a part of the range from 1 ⁇ m to 7 ⁇ m, and the absorption rate is preferably less than 50%, more preferably less than 30%. It is preferably less than 10%, more preferably less than 10%. Further, the region having an absorption rate of less than 50% preferably occupies a range of 1/3 or more, and more preferably 1/5 or more of the wavelength range of 1 ⁇ m to 7 ⁇ m. Further, in the wavelength range of 4 ⁇ m to 6 ⁇ m, the absorptivity is preferably less than 50%, more preferably less than 40%.
  • the structure of the infrared reflecting layer 320 is not particularly limited as long as it has an average reflectance of 80% or more in the wavelength range of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m.
  • the infrared reflective layer 320 may contain, for example, ITO (indium tin oxide) or silver.
  • the infrared reflecting layer 320 may be a single layer.
  • the infrared reflecting layer 320 may be composed of a single layer or a plurality of layers.
  • the infrared reflective layer 320 may have a three-layer structure in which a silver layer is sandwiched between upper and lower zinc oxide layers.
  • the thickness of the infrared reflective layer 320 (in the case of multiple layers, the total thickness) is, for example, in the range of 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m, and preferably in the range of 0.1 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the third radiative cooling body 300 has an average visible light transmittance of 80% or more when measured from the outer side 302 (the side of the second thermal radiant zone 340) toward the inner side 304 (infrared reflecting layer 320). ..
  • the third radiative cooling body 300 has a haze of 10% or less when measured from the outer side 302 (the side of the second thermal radiant zone 340) toward the inner side 304 (infrared reflecting layer 320).
  • the haze is preferably 5% or less, more preferably 2% or less.
  • the manufacturing method will be described by taking the third radiative cooling body 300 shown in FIG. 3 as an example. Therefore, the reference numerals shown in FIG. 3 are used to represent each component. However, it is possible that at least a part of the manufacturing method shown below can be applied to the manufacturing method of the first radiative cooling body 100 shown in FIG. 1 and the second radiative cooling body 200 shown in FIG. , Obvious to those skilled in the art.
  • FIG. 4 schematically shows a flow of a method for manufacturing a radiative cooling body (hereinafter, referred to as “first manufacturing method”) according to an embodiment of the present invention.
  • the first manufacturing method is A step of installing an infrared reflective layer on one surface of the transparent substrate (step S110), The step of installing the first thermal radiant zone on the opposite surface of the transparent substrate (step S120), A step of installing the second heat radiating layer on the first heat radiating layer (step S130) and Have.
  • step S110 The step of installing an infrared reflective layer on one surface of the transparent substrate
  • step S120 The step of installing the first thermal radiant zone on the opposite surface of the transparent substrate
  • step S130 A step of installing the second heat radiating layer on the first heat radiating layer (step S130) and Have.
  • each step will be described.
  • the transparent substrate 350 is prepared.
  • the transparent substrate 350 may be, for example, glass.
  • the infrared reflective layer 320 is installed on one surface (second surface 354) of the transparent substrate 350.
  • the method for installing the infrared reflective layer 320 is not particularly limited, and for example, general film formation such as a vapor deposition method, a physical vapor deposition method (PVD), a chemical vapor deposition method (CVD), and a wet method is used. The method may be utilized.
  • general film formation such as a vapor deposition method, a physical vapor deposition method (PVD), a chemical vapor deposition method (CVD), and a wet method is used. The method may be utilized.
  • the baking process may be performed after the infrared reflective layer 320 is installed.
  • the baking process is carried out, for example, by heating the infrared reflective layer 320 to a temperature of 100 ° C. to 400 ° C.
  • the baking time varies depending on the material and temperature, but is in the range of, for example, 30 minutes to 2 hours.
  • Step S120 Next, the first heat radiating zone 330 is installed on the opposite surface (first surface 352) of the transparent substrate 350.
  • the first thermal radiation layer 330 may be made of a resin containing silica fine particles.
  • the method of installing the first heat radiating layer 330 is not particularly limited, and for example, a general coating method such as a spin coating method, a barcode method, a casting method, or a dip method may be used.
  • first thermal radiation layer 330 when the first thermal radiation layer 330 is composed of a resin containing silica fine particles, a coating liquid in which the silica fine particles and the resin are dispersed or dissolved (hereinafter, referred to as “first coating liquid”) is used. It may be prepared and the first coating liquid may be applied onto the transparent substrate 350 to form a coating film (hereinafter, referred to as “first coating film”).
  • first coating liquid a coating liquid in which the silica fine particles and the resin are dispersed or dissolved
  • the first coating liquid may contain polyethylene, polymethacrylate, and / or fluoroethylene vinyl ether as the resin, and may contain tetrahydrofuran, xylene, hydrofluorocarbon, and / or water as the solvent.
  • the amount of silica fine particles contained in the first coating liquid is, for example, in the range of 5 vol% to 50 vol%.
  • the first coating liquid is sufficiently dried.
  • first baking treatment the baking treatment of the first coating film
  • the first baking treatment is carried out, for example, by heating the first coating film to a temperature of 40 ° C. to 300 ° C.
  • the baking time varies depending on the material and temperature, but is, for example, in the range of 1 minute to 3 hours, preferably in the range of 5 minutes to 1 hour.
  • the first baking process at this stage may be omitted.
  • Step S130 Next, a second heat radiating layer 340 is installed on the first heat radiating layer 330.
  • the second thermal radiant zone 340 is preferably composed of a resin containing fluorine.
  • the method of installing the second heat radiating zone 340 is not particularly limited, and for example, a general coating method such as a spin coating method, a bar code method, a casting method, or a dip method may be used.
  • second thermal radiation layer 340 when the second thermal radiation layer 340 is composed of a resin containing fluorine, a coating liquid in which the fluororesin is dispersed or dissolved (hereinafter, referred to as “second coating liquid”) is prepared.
  • the second coating liquid may be applied onto the first thermal radiation layer 330 to form a coating film (hereinafter, referred to as “second coating film”).
  • the solvent contained in the second coating liquid is not particularly limited.
  • the solvent for example, THF, xylene, a fluorine-based solvent (for example, AK-225, AS-300, and / or AC-2000, all manufactured by AGC Inc.) and the like may be used.
  • the concentration of the fluororesin contained in the second coating liquid is, for example, in the range of 0.1% by mass to 60% by mass.
  • second baking treatment the baking treatment of the second coating film
  • the second baking process is carried out, for example, by heating the second coating film to a temperature of 40 ° C. to 200 ° C.
  • the baking time varies depending on the material and temperature, but is, for example, in the range of 1 minute to 3 hours, preferably in the range of 5 minutes to 1 hour.
  • the third radiative cooling body 300 as shown in FIG. 3 described above can be manufactured.
  • the above manufacturing method is merely an example, and the third radiative cooling body 300 may be manufactured by another manufacturing method.
  • step S110 the infrared reflective layer 320 is installed on the second surface 354 of the transparent substrate 350, and then in step S120, the first surface 352 of the transparent substrate 350 is first.
  • a thermal radiant layer 330 and a second thermal radiant layer 340 are installed.
  • the first thermal radiation layer 330 and the second thermal radiation layer 340 are installed on the first surface 352 of the transparent substrate 350, infrared rays are applied to the second surface 354 of the transparent substrate 350.
  • the reflective layer 320 may be installed.
  • process S120 and the process S130 may be performed at the same time.
  • a method of premixing the raw material powder for fluororesin used for the second heat radiating zone and the raw material powder for silica fine particles used for the first heat radiating zone can be mentioned.
  • the mixed raw material powder is applied to the substrate in a molten state, and then kept at a high temperature for a sufficient period of time before being cooled.
  • the raw material powder for fluororesin is phase-separated from the raw material powder of silica fine particles. Therefore, the outermost layer becomes a fluororesin layer in which silica fine particles are substantially not present, and the first and second thermal radiation layers can be efficiently formed. Further, in this case, the first thermal radiation layer is a layer in which silica fine particles are dispersed in the fluororesin matrix.
  • the first thermal radiant zone may be formed in the second thermal radiant zone. Then, this may be adhered to the substrate with an infrared reflective layer obtained in step S110 by using an adhesive or the like. In this case, it is possible to later install the first heat radiating layer and the second heat radiating layer on the existing heat ray reflecting glass or the like.
  • Examples 1 to 4 are examples, and Examples 11 and 12 are comparative examples.
  • Example 1 A radiative cooling body having the configuration shown in FIG. 2 described above was produced by the following method.
  • a glass substrate (AS glass) with a thickness of 2 mm was prepared as a transparent substrate.
  • an infrared reflective layer was formed on one surface (second surface) of this glass substrate.
  • a first thermal radiation layer and a second thermal radiation layer were sequentially formed on the other surface (first surface) of the glass substrate.
  • the infrared reflective layer was formed by a sputtering method with a zinc oxide layer (target thickness 30 nm), a silver layer (target thickness 10 nm), and a zinc oxide layer (target thickness 30 nm) formed in this order.
  • the first thermal radiant zone was formed as follows.
  • a first coating liquid for the first thermal radiant zone was prepared.
  • the first coating liquid contains silica fine particles, a resin, and a solvent.
  • Polyethylene was used as the resin.
  • the average particle size of the silica fine particles was 20 ⁇ m, and the content (coverage) of the silica fine particles was 40%.
  • the first coating film was formed by the spin coating method using the first coating liquid. Further, after the drying treatment of the first coating film, the first baking treatment was performed to form the first thermal radiation layer. The first baking treatment was carried out in the atmosphere at 300 ° C. for 2 hours.
  • the thickness of the first thermal radiant zone was about 50 ⁇ m.
  • the second thermal radiant zone was formed as follows.
  • the second coating liquid contains a fluororesin and a solvent.
  • Lumiflon LF-710F was used as the fluororesin.
  • the content of the fluororesin was 20 wt%, and THF was used as the solvent.
  • a second coating film was formed on the first heat radiating zone by a bar coater. Further, after the drying treatment of the second coating film, a second baking treatment was performed to form a second thermal radiation layer. The second baking treatment was carried out in the atmosphere at 60 ° C. for 30 minutes.
  • the thickness of the second thermal radiant zone is 100 ⁇ m.
  • Example 1 the radiative cooling body according to Example 1 (hereinafter referred to as "Sample 1") was produced.
  • Example 2 A radiative cooling body (hereinafter referred to as "Sample 2") was prepared in the same manner as in Example 1 except that the average particle size of the silica fine particles used in the first thermal radiating zone was 10 ⁇ m.
  • Example 3 A radiative cooling body (hereinafter referred to as "Sample 3") was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the fluororesin used for the second thermal radiating zone was 10 ⁇ m.
  • Example 4 A radiative cooling body was produced by the same method as in Example 1. However, in this Example 4, the infrared reflective layer is arranged between the first heat radiating zone and the glass substrate. That is, an infrared reflective layer, a first thermal radiation layer, and a second thermal radiation layer were sequentially formed on the first surface of the glass substrate.
  • Example 4 the radiative cooling body (referred to as "Sample 4") according to Example 4 was produced.
  • Example 11 A radiative cooling body (hereinafter referred to as "Sample 11") was prepared by the same method as in Example 1. However, in this example 11, the second thermal radiant zone was not installed. That is, only the first heat radiant layer was formed on the first surface of the glass substrate, and the infrared reflective layer was formed on the second surface of the glass substrate to prepare a radiative cooling body. Further, in Example 11, the average particle size of the silica fine particles used in the first thermal radiation layer was set to 5 ⁇ m.
  • Example 12 A radiative cooling body (hereinafter referred to as "Sample 12") was prepared by the same method as in Example 1. However, in this example 12, the second thermal radiant zone was not installed. That is, only the first heat radiant layer was formed on the first surface of the glass substrate, and the infrared reflective layer was formed on the second surface of the glass substrate to prepare a radiative cooling body. Further, in Example 12, the thickness of the first thermal radiant zone was set to 100 ⁇ m.
  • the visible light transmittance was measured using a spectrophotometer (Solid-Spec manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement was performed with each sample in close contact with the integrating sphere. The average visible light transmittance was calculated based on JIS R 3106.
  • Haze was measured using a haze meter (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd., haze meter).
  • the infrared reflectance and infrared transmittance were measured using an infrared spectroscopic (FT-IR) device (manufactured by Nippon Spectroscopy Co., Ltd., device name FT-IR / 4600). For the average reflectance, values measured at intervals of 0.48 cm -1 at wavelengths of 7 ⁇ m to 13 ⁇ m were used.
  • FT-IR infrared spectroscopic
  • the infrared absorption spectrum was obtained by calculating the value of (100-infrared reflectance-infrared transmittance) at each wavelength.
  • each layer was prepared on a silicon substrate under the same conditions as in each example. Infrared reflectance and infrared transmittance were measured using these samples. The thickness of the silicon substrate was 0.625 mm.
  • the measured infrared reflectance and infrared transmittance also include the influence of absorption on the silicon substrate. Therefore, in order to eliminate this effect, the absorption spectrum of the silicon substrate alone was measured in advance, and this value was subtracted from the measured infrared reflectance and infrared transmittance to calculate the absorption spectrum of each layer.
  • the infrared absorption spectrum of the first thermal radiation zone obtained by the method described in the above (calculation of absorption peak) is divided by 100, and the value converted from the percentage display to the ratio display is defined as A 1 ( ⁇ ).
  • the infrared absorption spectrum of the second thermal radiation zone is divided by 100, and the value converted from the percentage display to the ratio display is defined as A 2 ( ⁇ ).
  • Spectral overlap S b takes a value in the range of 0 to 1, and the closer it is to 1, the greater the overlap of absorption spectra.
  • FIG. 5 shows a schematic cross section of the device used for the measurement.
  • this device 501 has a closed container 510 that defines an internal space 511, and a shutter 520 provided so as to divide the internal space 511 into an upper internal space 525a and a lower internal space 525b.
  • the shutter 520 can be moved in the left-right direction shown by the arrow in FIG.
  • the shutter 520 When the shutter 520 is moved to the left, communication between the upper internal space 525a and the lower internal space 525b becomes possible, and conversely, when the shutter 520 is moved to the right, the upper internal space 525a is possible.
  • the communication between the lower internal space 525b and the lower internal space 525b can be cut off.
  • An aluminum foil 515 is installed on the inner peripheral surface of the closed container 510.
  • a measurement sample 560 and two thermocouples for temperature measurement are arranged in the upper internal space 525a.
  • the measurement sample 560 is arranged in the upper internal space 525a so that the side of the second heat radiating zone of each sample faces downward.
  • thermocouples are for measuring the measurement sample 560 and is arranged so as to be in contact with the upper surface of the measurement sample 560.
  • the other side of the thermocouple is for measuring the ambient temperature of the upper internal space 525a, and is arranged sufficiently separated from the measurement sample 560.
  • a Dewar container 540 is arranged in the lower internal space 525b.
  • the inside of the Dewar container 540 is filled with liquid nitrogen 545 up to a predetermined height.
  • the Dewar container 540 is placed on a table 550 whose height position can be controlled. Therefore, the distance h between the measurement sample 560 and the liquid level of the liquid nitrogen 545 can be adjusted by controlling the height position of the Dewar container 540 using the table 550.
  • the measurement sample 560 When evaluating the cooling performance of the measurement sample 560 using such a device 501, the measurement sample 560 is installed at a predetermined position with the shutter 520 closed.
  • the measurement sample 560 is held until the temperature between the measurement sample 560 and the upper internal space 525a becomes equal.
  • the temperature when the temperatures between the two become equal is referred to as "environmental temperature Tatmosphere”.
  • the shutter 520 is slid to the left.
  • the shutter 520 is moved until the upper internal space 525a and the lower internal space 525b are completely communicated, that is, until the shutter 520 is completely removed from the internal space 511.
  • the heat of the measurement sample 560 is radiated toward the lower internal space 525b.
  • the heat once radiated is absorbed by liquid nitrogen and the glass on the surface of the Dewar cooled by it, so that it is suppressed from returning to the measurement sample 560 again.
  • the measurement sample 560 is radiatively cooled.
  • T sample the temperature of the measurement sample 560
  • the weather resistance test was conducted as follows.
  • each sample was placed in a sunshine weather meter (SX75 manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) and irradiated with ultraviolet rays having an intensity of 150 W / m 2 from the side of the second heat radiating zone.
  • the test environment was 60 ° C. and 60% RH, and the holding time was 500 hours.
  • the sample was placed in a high-temperature and high-humidity machine (small environmental tester manufactured by Espec) and kept in an environment of 90 ° C. and 95% RH for 500 hours.
  • sample 12 had a relatively high haze.
  • the haze of Samples 1 to 4 can be suppressed to a low level.
  • the absorption spectra of the first thermal radiant zone and the second thermal radiant zone used in Example 1 have an absorption coefficient of 40% in the range of 3.8 ⁇ m to 6.5 ⁇ m. Confirmed to be less than.
  • Example 21 A sample for evaluation was prepared by the following method.
  • a gold film was deposited to a thickness of 100 nm on a soda lime glass substrate (length 26 mm ⁇ width 36 mm ⁇ thickness 1.1 mm). Since gold has a low emissivity, a gold film is suitable for evaluating the cooling performance of the upper material.
  • the film was Lumiflon (registered trademark; manufactured by AGC Inc.) and was applied onto the gold film using a bar coater. The thickness of the film was 1 ⁇ m.
  • sample 21 an evaluation sample (hereinafter referred to as “sample 21") was prepared.
  • Example 22 to 24 An evaluation sample was prepared by the same method as in Example 21. However, in Examples 22 to 24, a resin film having a thickness different from that in Example 21 was formed.
  • sample 21 evaluation samples
  • Example 25 An evaluation sample was prepared by the same method as in Example 21. However, in this Example 25, unlike the case of Example 21, a C6FMA homopolymer was used as the resin film. The thickness of the resin film is 1 ⁇ m.
  • sample 25 an evaluation sample (hereinafter referred to as “sample 25”) was prepared.
  • Example 26 An evaluation sample was prepared by the same method as in Example 25. However, in this example 26, a resin film having a thickness different from that in the case of example 25 was formed.
  • sample 26 an evaluation sample (hereinafter referred to as “sample 26") was prepared.
  • Example 27 An evaluation sample was prepared by the same method as in Example 21. However, in this Example 27, unlike the case of Example 21, Cytop (registered trademark; manufactured by AGC Inc.) was used as the resin film. The thickness of the resin film is 1 ⁇ m.
  • sample 27 an evaluation sample (hereinafter referred to as “sample 27") was prepared.
  • Example 28 An evaluation sample was prepared by the same method as in Example 27. However, in this example 28, a resin film having a thickness different from that in the case of example 27 was formed.
  • sample 28 an evaluation sample (hereinafter referred to as “sample 28") was prepared.
  • Table 3 summarizes the types and thicknesses of the resin films in Samples 21 to 28.
  • the thickness of the second thermal radiation layer is preferably 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the second thermal radiant zone is more preferably 5 ⁇ m to 40 ⁇ m, and most preferably 10 ⁇ m to 25 ⁇ m.

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Abstract

赤外線反射層と、第1の熱放射層と、第2の熱放射層とをこの順に有する透明無電源冷却デバイスであって、当該透明無電源冷却デバイスは、平均可視光透過率が80%以上であり、ヘイズが10%以下であり、前記第1の熱放射層は、前記第2の熱放射層とは別の材料を含み、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、前記第2の熱放射層は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、前記赤外線反射層は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する、透明無電源冷却デバイス。

Description

透明無電源冷却デバイス
 本発明は、透明無電源冷却デバイスに関する。
 建物および車両の窓などにおいて、エネルギー利用の効率化および省エネルギーのため、冷却効率を高める技術が望まれている。また、そのような要望を満たすデバイスとして、熱放射を利用した無電源冷却デバイス(以下、「放射冷却体」とも言う)が注目されている。
 一般に、放射冷却体は、熱放射層を有する。熱放射層は、放射冷却体自身の温度に起因する熱を赤外線として外部に放射する。特に、放出する赤外線の波長が、「大気の窓」と呼ばれる、大気の吸収率の小さい赤外線領域である場合には、大気による吸収、再放射が小さいため、総量として熱放射層から大気へ熱を発散させることができる。その結果、放射冷却体の温度を低下させることができる。また、赤外領域の光を吸収することで、放射冷却体の内側に赤外領域の光が入射することを抑制する結果、放射冷却体の内側の温度上昇を抑制することもできる。
 例えば、特許文献1には、透明基体の一方の表面に樹脂マトリクスにマイクロシリカ球が分散された熱放射層、保護層、および低反射層を設け、透明基体の他方の表面に金属反射層を設けることにより構成された、冷却放射体が記載されている。また、この放射冷却体から熱を放射させることにより、放射冷却体の温度を周囲よりも低下させ得ることが記載されている。
米国特許出願公開第2019/0086164号明細書 特開2018-203610号公報
 しかしながら、従来の放射冷却体では、放射冷却機能は十分であるとは言い難い。このため、より効率的に放射冷却を行うことが可能な放射冷却体に対しては、今もなお高い要望がある。
 本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、より効率的な放射冷却が可能となる透明無電源冷却デバイスを提供することを目的とする。
 本発明では、
 赤外線反射層と、第1の熱放射層と、第2の熱放射層とをこの順に有する透明無電源冷却デバイスであって、
 当該透明無電源冷却デバイスは、平均可視光透過率が80%以上であり、ヘイズが10%以下であり、
 前記第1の熱放射層は、前記第2の熱放射層とは別の材料を含み、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
 前記第2の熱放射層は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
 前記赤外線反射層は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する、透明無電源冷却デバイスが提供される。
 本発明では、より効率的な放射冷却が可能となる透明無電源冷却デバイスを提供することができる。
本発明の一実施形態による放射冷却体の構成を概略的に示した断面図である。 本発明の別の実施形態による放射冷却体の構成を概略的に示した断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による放射冷却体の構成を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態による放射冷却体の製造方法のフローを模式的に示した図である。 冷却性能の評価に使用した装置の断面を概略的に示した図である。
 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
 本発明の一実施形態では、赤外線反射層と、第1の熱放射層と、第2の熱放射層とをこの順に有する透明無電源冷却デバイス(放射冷却体)であって、
 当該放射冷却体は、平均可視光透過率が80%以上であり、ヘイズが10%以下であり、
 前記第1の熱放射層は、前記第2の熱放射層とは別の材料を含み、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
 前記第2の熱放射層は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
 前記赤外線反射層は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する、放射冷却体が提供される。
 このような放射冷却体では、第1の熱放射層および第2の熱放射層において吸収した熱を、それぞれの層により、外部に放射することができる。
 従って、本発明の一実施形態では、従来に比べて放射冷却体による冷却効果をより高めることが可能となる。
 なお、本願において、放射冷却体の「平均可視透過率」とは、380nm~780nmの波長範囲における透過率を荷重平均した値を意味する。「平均可視透過率」は、JIS R 3106に準拠して測定される。光源には、D65光源が用いられる。
 (本発明の一実施形態による放射冷却体)
 次に、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
 図1は、本発明の一実施形態による放射冷却体(以下、「第1の放射冷却体」と称する)の構成を概略的に示した断面図である。
 図1に示すように、第1の放射冷却体100は、赤外線反射層120と、第1の熱放射層130と、第2の熱放射層140とをこの順に有する。
 第1の放射冷却体100は、第2の熱放射層140の側が外側102となり、赤外線反射層120の側が内側104となるように使用される。
 なお、放射冷却体の「外側(102)」とは、対象となる赤外線が主として発散される側を意味し、放射冷却体の「内側(104)」とは、「外側(102)」の反対側を意味する。
 第1の熱放射層130および第2の熱放射層140は、放射冷却体100自身の温度に起因する熱を赤外線として放射する役割を有する。キルヒホッフの法則によって、第1の熱放射層130および第2の熱放射層140の、熱をある波長の赤外線として放射する機能は、第1の熱放射層130および第2の熱放射層140の、上記波長における赤外線吸収率に比例もしくは等価となる。
 具体的には、第1の熱放射層130は、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有する。第2の熱放射層140は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有する。
 赤外線反射層120は、赤外線を反射する効果を有する。具体的には、赤外線反射層120は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する。
 さらに、第1の放射冷却体100は、平均可視光透過率が80%以上であり、ヘイズが10%以下であるという特徴を有する。従って、第1の放射冷却体100は、窓ガラスのような透明部材の表面に設置した際に、窓ガラスを介した像の視認性が遮られることを有意に抑制することができる。
 前述のように、第1の放射冷却体100は、外側102が外界側となるような態様で使用される。
 外界から第1の放射冷却体100に赤外線が照射されると、該赤外線は、第2の熱放射層140、さらには第1の熱放射層130に向かって伝播される。ただし、第2の熱放射層140および第1の熱放射層130は、入射赤外線を吸収する機能を有する。このため、これらの層により吸収されなかった一部の赤外線のみが、第1の放射冷却体100のさらに内部に進行する。
 また、第1の放射冷却体100の内部に進行した赤外線は、その後、赤外線反射層120によって、再度第1の熱放射層130および第2の熱放射層140に向かって反射される。従って、第1の熱放射層130および第2の熱放射層140は、そのような反射された赤外線をも吸収することができる。
 また、第1の熱放射層130および第2の熱放射層140は、吸収された熱を外側102または放射冷却体内部に向かって放射するが、前述のように放射冷却体内部に向かって放射された赤外線は赤外線反射層120によって反射される。このような多重プロセスを経た結果として、赤外線は主に外側102に放射されることとなる。
 この過程に加えて、第1の熱放射層130および第2の熱放射層140は、自身の温度に起因する熱を赤外線として放出する。この放出機能は、キルヒホッフの法則により、各波長において、赤外線吸収率と比例または等価である。放出された赤外線は、前述の多重プロセスを経て、主に外側102へ放出される。
 これらの過程のうち一つまたは複数を経て、放射冷却体100は、放射冷却体100自身または内側104の熱を外側102へ放出する機能を持つ。
 外側102へ放出された赤外線を、外側102の媒質(もっぱら大気)が吸収した場合には、上記のキルヒホッフの法則により、放射冷却体100側へ再放射される。しかし、大気にはいわゆる「大気の窓」とよばれる、赤外線吸収率の小さい波長範囲がある。すなわち、熱を「大気の窓」の波長範囲の赤外線として放射すれば、大気の再放射が小さいため、効果的に熱を外側へ放出することができる。本態様によれば、より多くの熱を「大気の窓」の波長範囲の赤外線として放射することができる。
 その結果、第1の放射冷却体100では、従来に比べて、内側104における冷却効果をより高めることができる。
 ここで、本発明の一実施形態による放射冷却体では、第1の熱放射層の、7~13μmの波長範囲での吸収率を表すスペクトル(「A(λ)」と称する)の最大値の点を、第1の熱放射層の吸収ピーク(「P」)と称する。同様に、第2の熱放射層の、7~13μmの波長範囲での吸収率を表すスペクトル(「A(λ)」と称する)の最大値の点を第2の熱放射層の吸収ピーク(「P」)と称する。A(λ)とA(λ)との重なりの程度をSで表わす。例えば、第1の放射冷却体100の場合、7~13μmの波長領域での、A(λ)とA(λ)の積の積分を波長範囲で規格化した値がSとなる。
 このスペクトルの重なりSは、0.15以上であることが好ましく、0.20以上がより好ましく、0.30以上がさらに好ましい。スペクトルの重なりSが0.15以上の場合、第1の熱放射層330と第2の熱放射層340との間に、熱放射による熱の授受が十分にあり、より効率的に熱を表面側に伝えることができる。
 また、この場合、第1の熱放射層330および第2の熱放射層340により、より効果的に赤外線を吸収することができる。
 また、Pの波長とPの波長は異なっていることが好ましい。この場合、放射冷却体としてより広範囲の赤外線を吸収することができる。
 さらに、Pの波長よりもPの波長が小さいことが好ましい。この場合、7μm~13μmの範囲の中でも比較的エネルギーの大きい短波長側の光を表面側で吸収することができ、効率的に熱放射ができると推定される。
 Pの波長は、8.5μm以上であることが好ましく、9μm以上であることがさらに好ましい。また、12μm以下が好ましく、10μm以下がさらに好ましい。このようにすることで、Pの波長との差異により、より広い波長範囲で効率的に熱放射ができる。
 Pの波長は、7.5μm以上であることが好ましく、8μm以上であることがさらに好ましい。また、11μm以下が好ましく、10μm以下がさらに好ましく、9μm以下が特に好ましい。このようにすることで、Pの波長との差異により、より広い波長範囲で効率的に熱放射ができる。
 (本発明の別の実施形態による放射冷却体)
 次に、図2を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。
 図2は、本発明の別の実施形態による放射冷却体(以下、「第2の放射冷却体」と称する)200の構成を概略的に示した断面図である。
 図2に示すように、第2の放射冷却体200は、前述の第1の放射冷却体100と同様の構成を有する。ただし、第2の放射冷却体200は、さらに、透明基体250を有する点で、前述の第1の放射冷却体100とは異なっている。
 すなわち、第2の放射冷却体200は、透明基体250の上に、赤外線反射層220、第1の熱放射層230、および第2の熱放射層240を有する。なお、透明基体250は、相互に対向する第1の表面252および第2の表面254を有し、赤外線反射層220、第1の熱放射層230、および第2の熱放射層240は、透明基体250の第1の表面252の側に設置される。
 第2の放射冷却体200が窓ガラスなどに適用される場合、または第2の放射冷却体200自体が窓ガラスとして利用される場合、第2の放射冷却体200は、第2の熱放射層240の側が外側202となり、透明基体250の第2の表面254の側が内側204となるようにして、使用される。
 このような構成を有する第2の放射冷却体200においても、前述の第1の放射冷却体100と同様の効果を得ることができる。すなわち、第2の放射冷却体200では、第1の熱放射層230および第2の熱放射層240により、熱が外側202に向かって効果的に放射される。従って、第2の放射冷却体200では、従来に比べて、内側204における冷却効果をより高めることができる。
 (本発明のさらに別の実施形態による放射冷却体)
 次に、図3を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。
 図3は、本発明のさらに別の実施形態による放射冷却体(以下、「第3の放射冷却体」と称する)300の構成を概略的に示した断面図である。
 図3に示すように、第3の放射冷却体300は、前述の第1の放射冷却体100と同様の構成を有する。ただし、第3の放射冷却体300は、さらに、透明基体350を有する点で、前述の第1の放射冷却体100とは異なっている。
 具体的には、第3の放射冷却体300は、第1の表面352および第2の表面354を有する透明基体350を有する。また、第3の放射冷却体300は、透明基体350の第1の表面352の側に、第1の熱放射層330および第2の熱放射層340を有し、透明基体350の第2の表面354の側に、赤外線反射層320を有する。
 第3の放射冷却体300が窓ガラスなどに適用される場合、または第3の放射冷却体300自体が窓ガラスとして利用される場合、第3の放射冷却体300は、第2の熱放射層340の側が外側302となり、赤外線反射層320の側が内側304となるようにして、使用される。
 このような構成を有する第3の放射冷却体300においても、前述の第1の放射冷却体100と同様の効果を得ることができる。すなわち、第3の放射冷却体300では、第1の熱放射層330および第2の熱放射層340により、熱が外側302に向かって効果的に放射される。従って、第3の放射冷却体300では、従来に比べて、内側304における冷却効果をより高めることができる。
 (放射冷却体を構成する各部材の詳細)
 次に、本発明の一実施形態による放射冷却体を構成する各部材について、より詳しく説明する。
 なお、ここでは、明確化のため、図3に示した第3の放射冷却体300を例に、その構成部材について説明する。従って、各部材を表す際には、図3において使用された参照符号を使用する。ただし、以下に示す記載の少なくとも一部が、図1に示した第1の放射冷却体100、および図2に示した第2の放射冷却体200にも適用可能であることは、当業者には明らかである。
 (透明基体350)
 透明基体350を構成する材料は、透明である限り、特に限られない。
 透明基体350は、例えば、プラスチックまたはガラスで構成されてもよい。ガラスは、着色されていても、されていなくてもよい。
 透明基体350がガラスの場合、ガラスは、例えば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス、またはアルミノホウ珪酸ガラス等であってもよい。
 ガラス基板の厚さは、特に制限はないが、例えば、0.5mm以上または1mm以上であってもよい。ガラス基板の厚さは、30mm以下、20mm以下、または10mm以下であってもよい。
 透明基体350がアルミノシリケートガラスの場合、化学強化処理により強度を向上させてもよい。この場合、透明基体350の厚さは、通常5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましい。
 透明基体がソーダライムガラスの場合、物理強化処理により強度を向上させてもよい。
 透明基体350がフィルムの場合、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、アクリル樹脂、AS(アクリロニトリル-スチレン)樹脂、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性エラストマー、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリ乳酸系樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で用いられても、2種以上が併用されてもよい。
 フィルムの厚さは特に制限されないが、20~300μmが好ましく、40~150μmがより好ましい。
 透明基体350としてフィルムを用いる場合、透明基体350の一方または両方の主面上にハードコート層(図示なし)を設置してもよい。
 (第1の熱放射層330)
 第1の熱放射層330の材料は、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有する限り、特に限られない。吸収ピークは、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。
 第1の熱放射層330は、例えば、シリカ微粒子を含む樹脂で構成されてもよい。シリカ微粒子を含む樹脂で構成された第1の熱放射層330は、しばしば、波長約8~13μmの位置に50%以上の吸収ピークを有するように調整することができる。また、粒径分布に応じて、吸収ピークの位置、強度および幅を調整することができる。
 なお、第1の熱放射層330に含まれるシリカ微粒子は、平均粒径が3μm~50μmの範囲であり、10μm~40μmの範囲であることが好ましく、15μm~30μmの範囲にあることがより好ましい。この範囲にすることにより、吸収ピークの大きさを維持しながら、吸収ピークが波長約8~13μmの範囲に吸収帯を有するように調整できる。
 第1の熱放射層330に含まれるシリカ微粒子の含有量は、例えば、20%~75%の範囲である。ここで含有量とは、シリカ微粒子以外の樹脂(後述する樹脂マトリクス)とシリカ微粒子の体積比率である。シリカ粒子のみ場合には、顕微鏡での観察で得られる、粒子の被覆率を意味する。
 また、シリカ微粒子を分散させる樹脂マトリクスとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、PMMAおよびフッ素樹脂などが使用できる。
 第1の熱放射層330の厚さは、例えば、5μm~100μmの範囲であり、10μm~70μmの範囲であることが好ましい。
 なお、第1の熱放射層330は、後述する第2の熱放射層340とは異なる材料を含む。
 (第2の熱放射層340)
 第2の熱放射層340の材料は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有する限り、特に限られない。吸収ピークは、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。なお、第2の熱放射層340は、第1の熱放射層330とは異なる材料で構成される。
 第2の熱放射層340は、含フッ素化合物を含む樹脂で構成されることが好ましい。この場合、第2の熱放射層340は、環境に対する保護層としても機能するため、第3の放射冷却体300の耐候性を高めることが可能となる。また、含フッ素化合物を含む樹脂の場合、C-F結合に起因する吸収ピークを使用することにより、波長7μm~10μmの領域において、容易に吸収ピークを調整することができる。含フッ素化合物として、2種以上の化合物を混合してもよい。
 第2の熱放射層340を形成する材料は、予めフィルムを製造して積層してもよく、第1の熱放射層330にコーティングしてもよい。コーティングはウェットコーティングでもドライコーティングでもよく、コーティングした後に加熱および/または加湿して硬化または固化してもよい。
 含フッ素化合物としては、例えば、以下の(A1)~(A6)が挙げられる:
 含フッ素化合物(A1):フルオロオレフィンに由来する単位(以下、「フルオロオレフィン単位」とも記す。)を有する含フッ素重合体、
 含フッ素化合物(A2):芳香環を有する含フッ素重合体、
 含フッ素化合物(A3):フルオロポリエーテル鎖と反応性シリル基とが連結基を介して結合する含フッ素化合物、
 含フッ素化合物(A4):主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体、
 含フッ素化合物(A5):フッ素ゴム、および
 含フッ素化合物(A6):側鎖にフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体。
 以下、各含フッ素化合物について説明する。
 ≪含フッ素化合物(A1)≫
 含フッ素化合物(A1)としては、フルオロオレフィン単位を含む共重合体が挙げられる。該共重合体としては、例えば、フルオロオレフィン単位とビニルアルコール単位とを有する含フッ素重合体(A11)、フルオロオレフィン単位とビニルエーテル単位とを有する含フッ素重合体(A12)、フルオロオレフィン単位と陽イオン交換基を有する単位とを有する含フッ素重合体(A13)、カルボン酸アルキルエステル基(例えばCOOCH基)を有する硬化性含フッ素重合体(A14)が挙げられる。
 含フッ素重合体(A12)の市販品としては、例えば、ルミフロン(登録商標、AGC社製)が挙げられる。含フッ素重合体(A13)の市販品としては、例えば、フレミオン(登録商標、AGC社製)が挙げられる。含フッ素重合体(A14)としては、例えば国際公開第2015/098773号記載の重合体が挙げられる。
 含フッ素化合物(A1)としては、含フッ素重合体(A11)~(A14)以外の含フッ素重合体(A15)を用いてもよい。含フッ素重合体(A15)としては、例えば、PFA、FEP、EPA、ETFE、PVDF、PVF、PCTFE、ECTFEが挙げられる。
 ≪含フッ素化合物(A2)≫
 含フッ素化合物(A2)としては、架橋性官能基および芳香環を有する含フッ素重合体(A21)が好ましい。架橋性官能基を有する含フッ素重合体(A21)は、外部エネルギーにより架橋性官能基がラジカル反応することで、重合、架橋、鎖延長等の反応を起こす。 架橋性官能基としては、ビニル基、エチニル基が特に好ましい。
 含フッ素化合物(A2)の具体例としては、例えば、含フッ素芳香族化合物(ペルフルオロ(1,3,5-トリフェニルベンゼン)、ペルフルオロビフェニル等)と、フェノール系化合物(1,3,5-トリヒドロキシベンゼン、1,1,1-トリス(4-ヒドロキシフェニル)エタン等)と、架橋性官能基含有芳香族化合物(ペンタフルオロスチレン、アセトキシスチレン、クロルメチルスチレン、ペンタフルオロフェニルアセチレン等)とを、脱ハロゲン化水素剤(炭酸カリウム等)の存在下で反応させて得られる重合体が挙げられる。
 ≪含フッ素化合物(A3)≫
 含フッ素化合物(A3)の市販品としては、例えば、KY-100シリーズ(信越化学工業社製。KY-178、KY-185、KY-195、KY-1900等)、Afluid(登録商標)S550(AGC社製)、オプツール(登録商標)DSX、AES、UF503、UD509(ダイキン工業社製)が挙げられる。
 ≪含フッ素化合物(A4)≫
 含フッ素化合物(A4)としては、例えば、環状含フッ素単量体に由来する単位を有する重合体、 ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する重合体が挙げられる。
 含フッ素化合物(A4)の市販品としては、例えば、サイトップ(登録商標、AGC社製)、テフロン(登録商標)AF(DuPont社製)、Hyflon(登録商標)AD(Solvay社製)が挙げられる。
 ≪含フッ素化合物(A5)≫
 フッ素ゴムとしては、例えば、ビニリデンフルオリド(VDF)を主成分とするビニリデンフルオリド系フッ素ゴム、プロピレン-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロアルキルビニルエーテル系フッ素ゴム等が挙げられる。
 ビニリデンフルオリド系フッ素ゴムとしては、例えば、VDF-ヘキサフルオロプロピレン(HFP)系、VDF-ペンタフルオロプロピレン(PFP)系、VDF-クロロトリフルオロエチレン(CTFE)系等の2成分系;VDF-HFP-テトラフルオロエチレン(TFE)系、VDF-PFP-TFE系、VDF-ペルフルオロメチルビニルエーテル(PFMVE)-TFE系等の3成分系等が挙げられる。
 プロピレン(PP)-テトラフルオロエチレン系フッ素ゴムとしては、例えば、PP-TFE系等の2成分系、PP-HFP-TFE等の3成分系等が挙げられる。
 テトラフルオロエチレン-ペルフルオロアルキルビニルエーテル系フッ素ゴムとしては、例えば、TFE-HFP等の2成分系、TFE-HFP-VDF等の3成分系等が挙げられる。
 ≪含フッ素化合物(A6)≫
 側鎖にフルオロアルキル基を有する含フッ素重合体は、側鎖にフルオロアルキル基を有する単量体単位とそれ以外の単量体単位とを含む共重合体が挙げられる。側鎖にフルオロアルキル基を有する単量体としては、C6FMA、C6FA、C4FMA、C4FA等が挙げられる。含フッ素化合物(A6)としては、国際公開第2016/125795号記載の重合体が挙げられる。含フッ素化合物(A6)の市販品としては、例えば、AsahiGuard E-SERIES(登録商標、AGC社製)等が挙げられる。
 第2の熱放射層340は、その性能を損なわない範囲で含フッ素化合物以外の化合物を含んでいてもよい。含フッ素化合物以外の化合物としては、有機化合物でも無機化合物でもよく、例えば、顔料、染料、紫外線カット剤、赤外線カット剤、を含んでいてもよい。含フッ素化合物以外の化合物を含む場合、第2の熱放射層340中の含フッ素化合物の含有量は60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上が特に好ましい。
 第2の熱放射層340の厚さは、例えば、1nm~200μmの範囲であり、5μm~150μmの範囲であることが好ましい。
 また、後述するように、第1の熱放射層330と第2の熱放射層340を層分離により形成する場合、第1の熱放射層330の厚さと第2の熱放射層340の厚さの和は、10μm~300μmの範囲であることが好ましく、20μm~150μmであることがより好ましい。また、第2の熱放射層340の厚さは、0.05μm~2μmの範囲が好ましい。
 第2の熱放射層340は、実質的にシリカ微粒子を含有しないほうが好ましい。従来技術(例えば特許文献1に記載の技術)のように、シリカ微粒子層だけで放射冷却を行う場合、シリカ微粒子層が厚くなる傾向がある。このため、高熱放射と低ヘイズとの両立は難しい。
 一方、本発明の一態様では、実質的にシリカ微粒子を含有しない第2の熱放射層340を用いることにより、低ヘイズと高熱放射を高度に両立することが可能となる。
 第1の熱放射層および第2の熱放射層は、それぞれにおいて、1μmから7μmまでの範囲の少なくとも一部で、吸収率は50%未満となることが好ましく、30%未満となることがより好ましく、10%未満となることがさらに好ましい。また、吸収率が50%未満の領域は、1μm~7μmの波長範囲の1/3以上の範囲を占めることが好ましく、1/5以上の範囲を占めることがより好ましい。さらに、4μm~6μmの波長範囲では、50%未満の吸収率であることが好ましく、40%未満の吸収率であることがより好ましい。
 このようにすることで、大気からの熱放射を吸収することを抑制でき、結果として熱放射層の温度上昇を抑制できる。
 (赤外線反射層320)
 赤外線反射層320は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する限り、その構成は特に限られない。
 赤外線反射層320は、例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)または銀を含んでもよい。
 赤外線反射層320がITOを含む場合、赤外線反射層320は単層であってもよい。
 また、赤外線反射層320が銀を含む場合、赤外線反射層320は単層または複数の層で構成されてもよい。例えば、赤外線反射層320は、銀層が上下の酸化亜鉛層で挟まれた、3層構造を有してもよい。
 赤外線反射層320の厚さ(複層の場合、合計厚さ)は、例えば、0.05μm~2μmの範囲であり、0.1μm~0.5μmの範囲であることが好ましい。
 (第3の放射冷却体300)
 第3の放射冷却体300は、外側302(第2の熱放射層340の側)から内側304(赤外線反射層320)に向かって測定した際に、80%以上の可視光平均透過率を有する。
 また、第3の放射冷却体300は、外側302(第2の熱放射層340の側)から内側304(赤外線反射層320)に向かって測定した際に、10%以下のヘイズを有する。ヘイズは、5%以下であることが好ましく、2%以下がより好ましい。
 (放射冷却体の製造方法)
 次に、前述のような特徴を有する本発明の一実施形態による放射冷却体の製造方法の一例について説明する。
 なお、ここでは、図3に示した第3の放射冷却体300を例に、その製造方法について説明する。従って、各構成部材を表す際には、図3に示した参照符号を使用する。ただし、以下に示す製造方法の少なくとも一部が、図1に示した第1の放射冷却体100、および図2に示した第2の放射冷却体200の製造方法にも適用可能であることは、当業者には明らかである。
 図4には、本発明の一実施形態による放射冷却体の製造方法(以下、「第1の製造方法」と称する)のフローを模式的に示す。図4に示すように、第1の製造方法は、
 透明基体の一方の表面に、赤外線反射層を設置する工程(工程S110)と、
 透明基体の反対の表面に、第1の熱放射層を設置する工程(工程S120)と、
 第1の熱放射層の上に、第2の熱放射層を設置する工程(工程S130)と、
 を有する。以下、各工程について説明する。
 (工程S110)
 まず、透明基体350が準備される。透明基体350は、例えば、ガラスであってもよい。
 次に、透明基体350の一方の表面(第2の表面354)に、赤外線反射層320が設置される。
 赤外線反射層320の設置方法は、特に限られず、例えば、蒸着法、物理的気相成膜法(PVD)、および化学的気相成膜法(CVD)、湿式法などの一般的な成膜方法が利用されてもよい。
 なお、赤外線反射層320の設置後に、ベーキング処理が実施されてもよい。
 ベーキング処理は、例えば、赤外線反射層320を100℃~400℃の温度に加熱することにより実施される。ベーキング時間は、材質および温度によっても変化するが、例えば、30分~2時間の範囲である。
 (工程S120)
 次に、透明基体350の反対の表面(第1の表面352)に、第1の熱放射層330が設置される。
 前述のように、第1の熱放射層330は、シリカ微粒子を含む樹脂で構成されてもよい。
 第1の熱放射層330の設置方法は、特に限られず、例えば、スピンコーティング法、バーコード法、キャスト法、またはディップ法などの一般的な塗工方法が利用されてもよい。
 なお、例えば、第1の熱放射層330をシリカ微粒子を含む樹脂で構成する場合、シリカ微粒子および樹脂を分散または溶解させた塗工液(以下、「第1の塗工液」と称する)を調製し、第1の塗工液を透明基体350上に塗工して、塗工膜(以下、「第1の塗工膜」と称する)を形成してもよい。
 第1の塗工液は、樹脂として、ポリエチレン、ポリメタクリレート、および/またはフルオロエチレンビニルエーテルを含み、溶媒として、テトラヒドロフラン、キシレン、ハイドロフルオロカーボン、および/または水を含んでもよい。
 第1の塗工液に含まれるシリカ微粒子の量は、例えば、5vol%~50vol%の範囲である。
 次に、第1の塗工液は、十分に乾燥される。
 その後、第1の塗工膜のベーキング処理(以下、「第1のベーキング処理」と称する)が実施されてもよい。
 第1のベーキング処理は、例えば、第1の塗工膜を40℃~300℃の温度に加熱することにより実施される。ベーキング時間は、材質および温度によっても変化するが、例えば、1分~3時間の範囲であり、5分~1時間の範囲であることが好ましい。
 なお、工程S130の後にベーキング処理を実施する場合、この段階での第1のベーキング処理は、省略されてもよい。
 (工程S130)
 次に、第1の熱放射層330の上に、第2の熱放射層340が設置される。
 前述のように、第2の熱放射層340は、フッ素を含む樹脂で構成されることが好ましい。
 第2の熱放射層340の設置方法は、特に限られず、例えば、スピンコーティング法、バーコード法、キャスト法、またはディップ法などの一般的な塗工方法が利用されてもよい。
 なお、例えば、第2の熱放射層340を、フッ素を含む樹脂で構成する場合、フッ素樹脂を分散または溶解させた塗工液(以下、「第2の塗工液」と称する)を調製し、第2の塗工液を第1の熱放射層330上に塗工して、塗工膜(以下、「第2の塗工膜」と称する)を形成してもよい。
 第2の塗工液に含まれる溶媒は、特に限られない。溶媒として、例えば、THF、キシレン、フッ素系溶剤(例えばAK-225、AS-300、および/またはAC-2000、いずれもAGC株式会社製)等が使用されてもよい。
 第2の塗工液に含まれるフッ素樹脂の濃度は、例えば、0.1質量%~60質量%の範囲である。
 その後、第2の塗工膜のベーキング処理(以下、「第2のベーキング処理」と称する)が実施されてもよい。
 第2のベーキング処理は、例えば、第2の塗工膜を40℃~200℃の温度に加熱することにより実施される。ベーキング時間は、材質および温度によっても変化するが、例えば、1分~3時間の範囲であり、5分~1時間の範囲であることが好ましい。
 以上の工程により、前述の図3に示したような第3の放射冷却体300を製造することができる。
 なお、以上の製造方法は、単なる一例であって、第3の放射冷却体300は、別の製造方法により、製造されてもよい。
 例えば、第1の製造方法では、工程S110において、透明基体350の第2の表面354に赤外線反射層320が設置されてから、工程S120において、透明基体350の第1の表面352に第1の熱放射層330および第2の熱放射層340が設置される。
 しかしながら、これとは逆に、透明基体350の第1の表面352に第1の熱放射層330および第2の熱放射層340が設置されてから、透明基体350の第2の表面354に赤外線反射層320が設置されてもよい。
 また、工程S120と工程S130は、同時に行ってもよい。
 この方法として、例えば、第2の熱放射層に使用するフッ素樹脂用の原料粉と、第1の熱放射層に用いるシリカ微粒子の原料粉とを予め混合しておく方法が挙げられる。混合原料粉は、溶融状態で基体に塗布され、その後十分な時間高温に保持した後に冷却される。
 フッ素樹脂は、表面エネルギーが低いため、フッ素樹脂用の原料粉は、シリカ微粒子の原料粉と相分離する。従って、最表層は、実質的にシリカ微粒子の存在しないフッ素樹脂層となり、第1および第2の熱放射層を効率的に形成することができる。またこの場合、第1の熱放射層は、フッ素樹脂マトリックス中にシリカ微粒子が分散された層となる。
 また、工程S120および工程S130において、第2の熱放射層に第1の熱放射層を形成しておいてもよい。その後、これを、粘着剤等を用いて、工程S110で得られた赤外反射層付き基体と接着してもよい。この場合、既存の熱線反射ガラス等に、後から第1の熱放射層および第2の熱放射層を設置することが可能となる。
 この他にも、各種変更が可能である。
 以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
 以下の記載において、例1~例4は、実施例であり、例11および例12は、比較例である。
 (例1)
 以下の方法で、前述の図2に示したような構成の放射冷却体を作製した。
 透明基体として、厚さ2mmのガラス基板(ASガラス)を準備した。
 まず、このガラス基板の一方の表面(第2の表面)に赤外線反射層を成膜した。
 次に、このガラス基板のもう一方の表面(第1の表面)に、第1の熱放射層、および第2の熱放射層を順次成膜した。
 赤外線反射層は、酸化亜鉛層(目標厚さ30nm)、銀層(目標厚さ10nm)、および酸化亜鉛層(目標厚さ30nm)をこの順に形成した複合層とし、スパッタリング法により形成した。
 (第1の熱放射層の形成)
 第1の熱放射層は、以下のように形成した。
 まず、第1の熱放射層用の第1の塗工液を調製した。
 第1の塗工液は、シリカ微粒子、樹脂、および溶媒を含む。樹脂には、ポリエチレンを使用した。シリカ微粒子の平均粒径は20μmとし、シリカ微粒子の含有量(被覆率)は、40%とした。
 次に、第1の塗工液を用いて、スピンコーティング法により、第1の塗工膜を形成した。また、第1の塗工膜の乾燥処理後、第1のベーキング処理を行い、第1の熱放射層を形成した。第1のベーキング処理は、大気下、300℃で2時間実施した。
 第1の熱放射層の厚さは、約50μmであった。
 (第2の熱放射層の形成)
 第2の熱放射層は、以下のように形成した。
 まず、第2の熱放射層用の第2の塗工液を調製した。
 第2の塗工液は、フッ素樹脂および溶媒を含む。フッ素樹脂には、ルミフロンLF-710Fを使用した。フッ素樹脂の含有量は、20wt%とし、溶媒にはTHFを使用した。
 次に、第2の塗工液を用いて、バーコーターにより、第1の熱放射層の上に、第2の塗工膜を形成した。また、第2の塗工膜の乾燥処理後、第2のベーキング処理を行い、第2の熱放射層を形成した。第2のベーキング処理は、大気下、60℃で30分実施した。
 第2の熱放射層の厚さは、100μmである。
 これにより、例1に係る放射冷却体(以下、「サンプル1」と称する)が作製された。
 (例2)
 第1の熱放射層に使用するシリカ微粒子の平均粒径を10μmとした以外は、例1と同様の方法で、放射冷却体(以下、「サンプル2」と称する)を作製した。
 (例3)
 第2の熱放射層に使用するフッ素樹脂の厚みを10μmとした以外は、例1と同様の方法で、放射冷却体(以下、「サンプル3」と称する)を作製した。
 (例4)
 例1と同様の方法により、放射冷却体を作製した。ただし、この例4では、赤外線反射層は、第1の熱放射層とガラス基板の間に配置した。すなわち、ガラス基板の第1の表面上に、赤外線反射層、第1の熱放射層、および第2の熱放射層を順次成膜した。
 各層の形成条件は、例1と同様である。
 これにより、例4に係る放射冷却体(「サンプル4」と称する)作製された。
 (例11)
 例1と同様の方法により、放射冷却体(以下、「サンプル11」と称する)を作製した。ただし、この例11では、第2の熱放射層は、設置しなかった。すなわち、ガラス基板の第1の表面に第1の熱放射層のみを形成し、ガラス基板の第2の表面に赤外線反射層を形成して、放射冷却体を作製した。また、例11では、第1の熱放射層に使用するシリカ微粒子の平均粒径を5μmとした。
 (例12)
 例1と同様の方法により、放射冷却体(以下、「サンプル12」と称する)を作製した。ただし、この例12では、第2の熱放射層は、設置しなかった。すなわち、ガラス基板の第1の表面に第1の熱放射層のみを形成し、ガラス基板の第2の表面に赤外線反射層を形成して、放射冷却体を作製した。また、例12では、第1の熱放射層の厚さを100μmとした。
 以下の表1には、各サンプルの作製条件をまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 (評価)
 各サンプルを用いて、以下の評価を行った。
 (光学特性の評価)
 可視光透過率は、分光光度計(島津製作所社製、Solid-Spec)を用いて測定した。各サンプルを積分球に密着させた状態で測定を行った。JIS R 3106に基づいて、平均可視光透過率を算出した。
 ヘイズは、ヘイズメーター(スガ試験機製、ヘーズメーター)を用いて測定した。
 赤外反射率および赤外透過率は、赤外線分光(FT-IR)装置(日本分光社製、装置名FT-IR/4600)を用いて測定した。平均反射率は、7μm~13μmの波長において、0.48cm-1の間隔で測定した値を用いた。
 (吸収ピークの算出)
 赤外吸収スペクトルは、各波長において、(100-赤外反射率-赤外透過率)の値を計算することにより得た。
 第1の熱放射層と第2の熱放射層のそれぞれの赤外吸収ピークを算出するため、シリコン基板上に、各例と同じ条件で各層を作成した。これらの試料を用いて、赤外反射率および赤外透過率を測定した。シリコン基板の厚さは、0.625mmであった。
 なお、測定される赤外反射率および赤外透過率には、シリコン基板の吸収の影響も含まれる。そこで、この影響を排除するため、予めシリコン基板単体で吸収スペクトルを測定し、この値を、測定された赤外反射率および赤外透過率から減算することにより、各層の吸収スペクトルを算定した。
 (スペクトルの重なりの評価)
 以下の方法により、スペクトルの重なりSを算出した。
 上記(吸収ピークの算出)に記載の方法で得られた第1の熱放射層の赤外吸収スペクトルを100で割り、パーセント表示から比率表示に直した値をA(λ)とする。また、同様に、第2の熱放射層の赤外吸収スペクトルを100で割り、パーセント表示から比率表示に直した値をA(λ)とする。
 A(λ)およびA(λ)から、以下の式により、スペクトルの重なりSを算出した:
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 
 スペクトルの重なりSは、0~1の範囲の値をとり、1に近いほど吸収スペクトルの重なりが大きいことを表す。
 (冷却性能の評価)
 以下の方法で、各サンプルの冷却性能の評価を実施した。
 図5には測定に使用した装置の概略的な断面を示す。
 図5に示すように、この装置501は、内部空間511を定める密閉容器510と、内部空間511を上部内部空間525aおよび下部内部空間525bに分断するように設けられたシャッター520とを有する。
 シャッター520は、図5の矢印に示す左右方向に移動が可能である。シャッター520を左方向に移動させた際には、上部内部空間525aと下部内部空間525bとの間の連通が可能となり、逆にシャッター520を右方向に移動させた際には、上部内部空間525aと下部内部空間525bとの間の連通を遮断できる。
 なお、密閉容器510の内周面には、アルミニウム箔515が設置されている。
 上部内部空間525aには、測定試料560、および温度測定用の2本の熱電対(図5には示されていない)が配置される。測定試料560は、各サンプルの第2の熱放射層の側が下向きとなるようにして、上部内部空間525a内に配置される。
 熱電対の一つは、測定試料560の測定用であり、測定試料560の上面に接触するように配置される。また、熱電対の他方は、上部内部空間525aの周囲温度測定用であり、測定試料560から十分に離間して配置される。
 下部内部空間525bには、デュワー容器540が配置される。デュワー容器540内部には、所定の高さまで、液体窒素545が充填される。
 なお、デュワー容器540は、高さ位置が制御可能な台550の上に載置されている。従って、台550を用いてデュワー容器540の高さ位置を制御することにより、測定試料560と液体窒素545の液面との間の距離hを調整することができる。
 このような装置501を用いて、測定試料560の冷却性能を評価する際には、シャッター520を閉じた状態で、測定試料560が所定の位置に設置される。
 測定試料560は、該測定試料560と上部内部空間525aの間の温度が等しくなるまで保持される。なお、両者の間の温度が等しくなった際の温度を、「環境温度Tatmosphere」と称する。
 次に、測定試料560と上部内部空間525aの間の温度が等しくなったことを確認してから、シャッター520が左にスライドされる。シャッター520は、上部内部空間525aと下部内部空間525bとの間が完全に連通されるまで、すなわちシャッター520が内部空間511から完全に排除されるまで移動される。
 これにより、測定試料560の熱が下部内部空間525bの方に放射される。いったん放射された熱は、液体窒素やそれにより冷却されたデュワー表面のガラスによって吸収されるため、測定試料560の方に再度戻ることが抑制される。その結果、測定試料560が放射冷却される。
 測定試料560の温度が一定になったタイミングで、測定試料560の温度(以下、サンプル温度「Tsample」と称する)を測定する。
 得られた結果から、式(Tatmosphere-Tsample)を用いて、冷却性能を評価した。
 (耐候性評価)
 各サンプルを用いて、耐候性試験を実施した。
 耐候性試験は、以下のように実施した。
 まず、各サンプルをサンシャインウェザーメーター(スガ試験機株式会社製、SX75)に入れ、第2の熱放射層の側から、強度150W/mの紫外線を照射した。試験環境は、60℃、60%RHとし、保持時間は、500時間とした。その後、サンプルを高温高湿機(エスペック社製小型環境試験機)に入れ、90℃、95%RHの環境下で500時間保持した。
 各サンプルにおいて、耐候性試験の前後における状態変化を目視で観察した。サンプルに変化が生じていない場合を○とし、変化が生じた場合を×とした。
 以下の表2には、各サンプルにおける評価結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 評価の結果、サンプル1~サンプル4では、サンプル11およびサンプル12に比べて、良好な冷却性能を示すことが確認された。
 また、サンプル1~サンプル4では、サンプル11およびサンプル12に比べて、良好な耐候性が得られることがわかった。
 さらに、サンプル12は、ヘイズが比較的高いことがわかった。これに対して、サンプル1~サンプル4は、ヘイズを低く抑えられることがわかった。
 なお、サンプル1およびサンプル4は、サンプル2およびサンプル3と比較して、より良好な冷却性能が得られることがわかった。
 表2から、サンプル2およびサンプル3における第1の熱放射層の吸収ピークと第2熱放射層の吸収ピークの重なりは、それぞれ、0.31および0.25となっている。一方、サンプル1およびサンプル4では、重なりは、いずれも0.34となっている。従って、サンプル1およびサンプル4において、より良好な冷却性能が得られたのは、第1の熱放射層と第2熱放射層との間に、熱放射による熱の授受が十分にあったため、より効率的に表面からの熱放射が起こったと考えられる。
 また、赤外線透過率、反射率測定の結果、例1で用いた第1の熱放射層および第2の熱放射層の吸収スペクトルは、3.8μm~6.5μmの範囲で吸収率が40%未満であることを確認した。
 (第2の熱放射層の影響)
 次に、第2の熱放射層の仕様が熱放射性能に及ぼす影響について評価した。
 (例21)
 以下の方法で、評価用のサンプルを作製した。
 まず、ソーダライムガラス基板(縦26mm×横36mm×厚さ1.1mm)の上に、金膜を100nmの厚さで蒸着した。金は放射率が低いため、金膜は、上部の材料の冷却性能を評価する上で好適である。
 次に、金膜の上に、含フッ素化合物を含む樹脂の膜を成膜した。膜は、ルミフロン(登録商標;AGC社製)とし、バーコーターを用いて金膜の上に塗布した。膜の厚さは、1μmとした。
 これにより、評価用サンプル(以下、「サンプル21」と称する)が作製された。
 (例22~例24)
 例21と同様の方法により、評価用サンプルを作製した。ただし、例22~例24では、例21の場合とは異なる厚さの樹脂膜を成膜した。
 これにより、評価用サンプル(以下、それぞれ、「サンプル21」~「サンプル24」と称する)が作製された。
 (例25)
 例21と同様の方法により、評価用サンプルを作製した。ただし、この例25では、例21の場合とは異なり、樹脂膜として、C6FMA単独重合体を使用した。樹脂膜の厚さは、1μmである。
 これにより、評価用サンプル(以下、「サンプル25」と称する)が作製された。
 (例26)
 例25と同様の方法により、評価用サンプルを作製した。ただし、この例26では、例25の場合とは異なる厚さの樹脂膜を成膜した。
 これにより、評価用サンプル(以下、「サンプル26」と称する)が作製された。
 (例27)
 例21と同様の方法により、評価用サンプルを作製した。ただし、この例27では、例21の場合とは異なり、樹脂膜として、サイトップ(登録商標;AGC社製)を使用した。樹脂膜の厚さは、1μmである。
 これにより、評価用サンプル(以下、「サンプル27」と称する)が作製された。
 (例28)
 例27と同様の方法により、評価用サンプルを作製した。ただし、この例28では、例27の場合とは異なる厚さの樹脂膜を成膜した。
 これにより、評価用サンプル(以下、「サンプル28」と称する)が作製された。
 以下の表3には、サンプル21~サンプル28における樹脂膜の種類および厚さをまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
 (評価)
 次に、サンプル21~サンプル28を用いて、以下の評価を実施した。
 (吸収ピークの評価)
 前述の赤外線分光(FT-IR)装置を用いて、サンプル21~サンプル28における赤外反射率を測定した。得られた結果から、吸収ピークの位置および強度を算定した。なお、吸収率は、(1-測定反射率)から算定した。
 (冷却性能の評価)
 前述の図5に示した装置501を用いて、サンプル21~サンプル28の冷却性能を評価した。
 冷却性能は、前述のように、(Tatmosphere-Tsample)から求めた。
 
 以下の表4には、評価結果をまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
 表4において、「―」は、未測定を意味する。また、「測定不可」は、吸収ピークが振り切れてしまい、ピーク位置およびピーク強度を特定することができなかったことを表す。
 表4から、サンプル21~サンプル28では、いずれのサンプルにおいても、(Tatmosphere-Tsample)が2.7℃以上と高い値を示し、良好な冷却性能が得られた。特に、膜の厚さが大きくなると、冷却性能の向上が認められた。
 ただし、表4には示していないが、樹脂膜の厚さが50μmを超えると、冷却性能が飽和するとともに、吸収ピークが急峻ではなくなる傾向が認められた。
 従って、冷却効率と生産性の両立という観点からは、第2の熱放射層の厚さは、1μm~50μmが好ましいと考えられる。特に、第2の熱放射層の厚さは、5μm~40μmがより好ましく、10μm~25μmが最も好ましいと考えられる。
 本願は、2020年2月17日に出願した日本国特許出願第2020-024626号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
 100   第1の放射冷却体
 102   外側
 104   内側
 120   赤外線反射層
 130   第1の熱放射層
 140   第2の熱放射層
 200   第2の放射冷却体
 202   外側
 204   内側
 220   赤外線反射層
 230   第1の熱放射層
 240   第2の熱放射層
 250   透明基体
 252   第1の表面
 254   第2の表面
 300   第3の放射冷却体
 302   外側
 304   内側
 320   赤外線反射層
 330   第1の熱放射層
 340   第2の熱放射層
 350   透明基体
 352   第1の表面
 354   第2の表面
 501   装置
 510   密閉容器
 511   内部空間
 515   アルミニウム箔
 520   シャッター
 525a  上部内部空間
 525b  下部内部空間
 540   デュワー容器
 545   液体窒素
 550   台
 560   測定試料

Claims (10)

  1.  赤外線反射層と、第1の熱放射層と、第2の熱放射層とをこの順に有する透明無電源冷却デバイスであって、
     当該透明無電源冷却デバイスは、平均可視光透過率が80%以上であり、ヘイズが10%以下であり、
     前記第1の熱放射層は、前記第2の熱放射層とは別の材料を含み、波長8μm~13μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
     前記第2の熱放射層は、波長7μm~10μmの領域に、50%以上の吸収ピークを有し、
     前記赤外線反射層は、波長7μm~13μmの範囲において、80%以上の平均反射率を有する、透明無電源冷却デバイス。
  2.  さらに、透明基体を有する、請求項1に記載の透明無電源冷却デバイス。
  3.  前記透明基体は、前記第1の熱放射層と前記赤外線反射層との間に配置される、請求項2に記載の透明無電源冷却デバイス。
  4.  前記透明基体は、前記赤外線反射層の前記第1の熱放射層とは反対の側に配置される、請求項2に記載の透明無電源冷却デバイス。
  5.  前記透明基体は、ガラスで構成される、請求項2乃至4のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
  6.  前記第1の熱放射層は、前記第2の熱放射層と隣接しており、
     波長7μm~13μmにおいて、前記第1の熱放射層の吸収ピークと、前記第2の熱放射層の吸収ピークの重なりSは、0.15以上である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
  7.  前記第2の熱放射層は、フッ素樹脂で構成される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
  8.  前記第1の熱放射層は、シリカ微粒子を含む樹脂で構成される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
  9.  前記第1の熱放射層および前記第2の熱放射層は、それぞれにおいて、1μm~7μmの波長範囲の少なくとも1/3の領域で、吸収率が50%未満である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
  10.  前記赤外線反射層は、ITOおよび銀から選ばれる1種類以上を含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の透明無電源冷却デバイス。
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