WO2021182387A1 - 放射冷却装置及び放射冷却方法 - Google Patents

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末光真大
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大阪瓦斯株式会社
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Definitions

  • an infrared radiation layer that emits infrared light from a radiation surface, a light reflection layer that is located on the side of the infrared radiation layer opposite to the side where the radiation surface exists, the infrared radiation layer, and the above.
  • a protective layer is provided between the light reflecting layer and
  • the infrared radiant layer is a resin material layer adjusted to a thickness that emits thermal radiation energy larger than the absorbed solar energy in a wavelength band of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m.
  • the present invention relates to a radiative cooling device in which the light reflecting layer includes silver or a silver alloy, and a radiative cooling method using the radiative cooling device.
  • Radiative cooling is a phenomenon in which a substance emits electromagnetic waves such as infrared rays to its surroundings, causing its temperature to drop.
  • a radiative cooling device that cools the object to be cooled without consuming energy such as electricity.
  • the light reflecting layer provided with silver or a silver alloy sufficiently reflects sunlight, the object to be cooled can be cooled even in a daytime solar radiation environment.
  • the light reflecting layer reflects the light transmitted through the infrared radiation layer (ultraviolet light, visible light, infrared light) and radiates it from the radiation surface, and the light transmitted through the infrared radiation layer (ultraviolet light, visible light).
  • Light, infrared light is projected onto the cooling target to prevent the cooling target from being heated, so that the cooling target can be cooled even in a daytime solar radiation environment.
  • the light reflection layer also has the effect of reflecting the light emitted from the infrared radiation layer to the existing side of the light reflection layer toward the infrared radiation layer.
  • the light reflecting layer is provided for the purpose of reflecting the light (ultraviolet light, visible light, infrared light) transmitted through the infrared emitting layer.
  • the protective layer is formed in a form containing aluminum oxide and silicon dioxide, or the protective layer is formed in a form having a thickness of 50 nm with polymethyl methacrylate.
  • Patent Document 1 There are some (see, for example, Patent Document 1).
  • the protective layer when the protective layer is formed in a form containing aluminum oxide and silicon dioxide, the protective layer is made of an inorganic material and therefore has no flexibility. That is, even if the infrared radiation layer is formed of a flexible resin material layer and the light reflecting layer is formed as, for example, a thin film of silver, and the light reflecting layer is provided with flexibility, the protective layer made of an inorganic material is formed.
  • the inflexibility makes the radiative cooling device inflexible. Further, when the flexibility of the infrared radiation zone is followed, the protective layer is cracked or peeled off, and the protective function is lost. That is, the conventional radiative cooling device using an inorganic material for the protective layer has poor flexibility. Therefore, it is difficult for the conventional radiative cooling device in which the protective layer is made of an inorganic material to be retrofitted to an outer wall or the like having an arbitrary shape in the existing outdoor equipment to provide radiative cooling performance.
  • the protective layer blocks the radicals generated in the resin material layer from reaching the silver or silver alloy forming the reflective layer, and the moisture permeating the resin material layer forms the protective layer of silver or silver. It is necessary to suppress discoloration of silver or the silver alloy forming the reflective layer by exerting a blocking action such as blocking the arrival at the alloy.
  • the protective layer made of polymethylmethacrylate having a thickness of 50 nm deteriorates in a short period of time due to absorption of ultraviolet rays and does not exhibit the above-mentioned blocking action. Therefore, silver or silver forming a reflective layer is formed. There is a disadvantage that the alloy is discolored after a short period of time.
  • the reflective layer cannot properly reflect sunlight, and the temperature rises due to the absorption of sunlight.
  • the radiant cooling device is used in the daytime. It becomes impossible to cool the object to be cooled in the sunlight environment.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a radiative cooling device capable of providing flexibility and cooling an object to be cooled in a solar radiation environment, and a radiative cooling device thereof.
  • the purpose is to provide the radiative cooling method used.
  • the radiant cooling device of the present invention includes an infrared radiation layer that emits infrared light from a radiation surface, a light reflection layer located on the infrared radiation layer opposite to the side where the radiation surface exists, and the infrared rays.
  • a protective layer is provided between the radiation layer and the light reflection layer.
  • the infrared radiant layer is a resin material layer adjusted to a thickness that emits thermal radiation energy larger than the absorbed solar energy in a wavelength band of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m.
  • the light reflecting layer includes silver or a silver alloy, and its characteristic composition is as follows.
  • the protective layer is formed of a polyolefin resin having a thickness of 300 nm or more and 40 ⁇ m or less, or an ethylene terephthalate resin having a thickness of 17 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less. ..
  • the concept of the light includes ultraviolet light (ultraviolet light), visible light, and infrared light.
  • the electromagnetic wave having a wavelength of 10 nm to 20000 nm is included.
  • the heat transfer (heat input) to the radiative cooling device is converted into infrared rays by the resin material layer and is released from the radiant surface to the outside of the system.
  • the sunlight radiated to the radiative cooling device is reflected, and the heat transfer to the radiative cooling device (for example, heat transfer from the atmosphere or a cooling target cooled by the radiative cooling device). Heat transfer from an object) can be radiated to the outside of the system as infrared light.
  • the resin material layer is adjusted to a thickness that emits thermal radiation energy larger than the absorbed solar energy in the band of wavelength 8 ⁇ m to wavelength 14 ⁇ m
  • the protective layer is made of polyolefin resin. Is formed in the form of 300 nm or more and 40 ⁇ m or less, or in the form of ethylene terephthalate resin having a thickness of 17 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the cooling function can be exhibited even in a daytime solar environment while appropriately reflecting sunlight by the light reflecting layer.
  • the resin material layer is formed of a highly flexible resin material
  • the resin material layer can be made flexible
  • the protective layer is formed of a highly flexible resin material. Therefore, the protective layer can be made flexible.
  • the light reflecting layer can be provided with flexibility by, for example, forming it as a thin film of silver. Therefore, the radiative cooling device including the resin material layer, the protective layer, and the light reflecting layer can be made flexible.
  • the explanation will be given about suppressing the discoloration of silver or the silver alloy of the light reflecting layer by the protective layer. That is, when the protective layer does not exist, the radicals generated in the resin material layer reach the silver or silver alloy forming the light reflecting layer, and the moisture transmitted through the resin material layer forms the light reflecting layer. When it reaches the silver or the silver alloy, the silver or the silver alloy of the light reflection layer may be discolored in a short period of time and the light reflection function may not be exhibited properly. However, due to the presence of the protective layer, the light reflection may occur. It is possible to suppress discoloration of the silver or silver alloy of the layer in a short period of time.
  • the protective layer is formed of a polyolefin resin having a thickness of 300 nm or more and a form of 40 ⁇ m or less
  • the polyolefin resin has ultraviolet rays in the entire wavelength range of ultraviolet rays having a wavelength of 0.3 ⁇ m to 0.4 ⁇ m. Since it is a synthetic resin having a light absorption rate of 10% or less, the protective layer is less likely to be deteriorated by absorption of ultraviolet rays.
  • the thickness of the polyolefin-based resin forming the protective layer is 300 nm or more, the radicals generated in the resin material layer are blocked from reaching the silver or silver alloy forming the light-reflecting layer, and also. It exerts a good blocking function such as blocking the moisture transmitted through the resin material layer from reaching the silver or silver alloy forming the light reflecting layer, and discolors the silver or silver alloy forming the light reflecting layer. Can be suppressed.
  • the protective layer formed of the polyolefin resin deteriorates while forming radicals on the surface side away from the reflective layer due to the absorption of ultraviolet rays, but since the thickness is 300 nm or more, the formed radicals. Does not reach the light-reflecting layer, and even if it deteriorates while forming radicals, the progress of deterioration is slow due to low absorption of ultraviolet rays, so that the above-mentioned blocking function can be used for a long period of time. Will be demonstrated.
  • the ethylene terephthalate resin When the protective layer is formed of an ethylene terephthalate resin having a thickness of 17 ⁇ m or more and a form of 40 ⁇ m or less, the ethylene terephthalate resin has a wavelength of 0.3 ⁇ m to 0.4 ⁇ m as compared with the polyolefin resin. Although it is a synthetic resin having a high ultraviolet light absorption rate in the wavelength range of ultraviolet rays, since the thickness is 17 ⁇ m or more, it prevents radicals formed on the surface side away from the reflective layer of the protective layer from reaching the reflective layer. be able to.
  • the thickness is 17 ⁇ m or more, the radicals generated in the resin material layer are blocked from reaching the silver or silver alloy forming the light reflecting layer, and the moisture transmitted through the resin material layer is light reflected.
  • the blocking function such as blocking the arrival of the silver or the silver alloy forming the layer is exhibited satisfactorily for a long period of time, and the discoloration of the silver or the silver alloy forming the protective layer can be suppressed.
  • the protective layer formed of the ethylene terephthalate resin deteriorates while forming radicals on the surface side away from the reflective layer due to the absorption of ultraviolet rays, but it is formed because the thickness is 17 ⁇ m or more.
  • the radicals do not reach the reflective layer, and even if they deteriorate while forming radicals, the thickness is 17 ⁇ m or more, so that the above-mentioned blocking function is exhibited for a long period of time.
  • the reason for setting the upper limit of the thickness is to prevent the protective layer from exhibiting heat insulating properties that do not contribute to radiative cooling. That is, the thicker the protective layer is, the more the protective layer exhibits a heat insulating property that does not contribute to radiative cooling. Therefore, while exerting the function of protecting the reflective layer, it avoids exhibiting the heat insulating property that does not contribute to radiative cooling. Therefore, the upper limit of the thickness will be set.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to provide a radiative cooling device that can be made flexible and can cool the object to be cooled in the daytime.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the light reflecting layer has a reflectance of 90% or more at a wavelength of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m and a reflectance of 96% or more of a long wave from a wavelength of 0.5 ⁇ m. At the point.
  • the sunlight spectrum exists from a wavelength of 0.3 ⁇ m to 4 ⁇ m, and the intensity increases as the wavelength increases from 0.4 ⁇ m, and the intensity increases particularly from the wavelength of 0.5 ⁇ m to the wavelength of 2.5 ⁇ m.
  • the light reflecting layer has a reflectance of 90% or more from a wavelength of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m and a reflectance of a long wave from a wavelength of 0.5 ⁇ m of 96% or more, the light reflecting layer is subjected to sunlight. It absorbs less than about 5% of energy.
  • the solar energy absorbed by the light-reflecting layer can be reduced to about 50 W / m 2 or less in the middle of the south in summer, and radiative cooling by the resin material layer can be performed satisfactorily.
  • the spectrum of sunlight is defined as AM1.5G unless otherwise specified.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to suppress the absorption of solar energy by the light reflecting layer and satisfactorily perform radiative cooling by the resin material layer.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the film thickness of the resin material layer is The wavelength average of the light absorption rate from 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m is 13% or less, the wavelength average of the light absorption rate from 0.5 ⁇ m to 0.8 ⁇ m wavelength is 4% or less, and the wavelength average is 0.8 ⁇ m. It has a light absorption characteristic in which the wavelength average of the light absorption rate up to a wavelength of 1.5 ⁇ m is within 1%, and the wavelength average of the light absorption rate from 1.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m is 40% or less. The point is that the thickness is adjusted to have a thermal radiation characteristic in which the wavelength average of the emissivity of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is 40% or more.
  • the wavelength average of the light absorption rate of the wavelength of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m means the average value of the light absorption rate for each wavelength in the range of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m, and the wavelength is 0.5 ⁇ m.
  • other similar descriptions including the emissivity also mean the same average value, and the same applies hereinafter in the present specification.
  • the light absorption rate and emissivity (light emissivity) of the resin material layer change depending on the thickness. Therefore, it is necessary to adjust the thickness of the resin material layer so as not to absorb sunlight as much as possible and to emit large heat radiation in the wavelength band of the so-called atmospheric window region (the region of light wavelength of 8 ⁇ m to 20 ⁇ m).
  • the wavelength average of the light absorption rate of the wavelengths of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m is 13% or less, and the wavelength is 0.5 ⁇ m.
  • the wavelength average of the light absorption rate of 0.8 ⁇ m is 4% or less, the wavelength average of the light absorption rate from 0.8 ⁇ m to 1.5 ⁇ m is within 1%, and 1.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. It is necessary that the wavelength average of the light absorption rate up to is 40% or less.
  • the wavelength average may be 100% or less. When such a light absorption rate is distributed, the light absorption rate of sunlight is 10% or less, and the energy is 100 W or less.
  • the light absorption rate of sunlight increases as the film thickness of the resin material layer is increased.
  • the resin material layer to a thick film, approximately 1 becomes the emissivity of the atmospheric windows, heat radiation to release the universe that time becomes 160 W / m 2 from 125W / m 2.
  • the sunlight absorption in the light reflecting layer is preferably 50 W / m 2 or less. Therefore, if the sum of the sunlight absorption in the resin material layer and the light reflecting layer is 150 W / m 2 or less and the atmospheric condition is good, cooling proceeds.
  • the resin material layer it is preferable to use a resin material layer having a small absorption rate near the peak value of the sunlight spectrum as described above.
  • the wavelength average of the emissivity having a wavelength of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m needs to be 40% or more. That is, in order for the heat radiation of sunlight of about 50 W / m 2 absorbed by the light reflection layer to be emitted from the resin material layer into space, it is necessary for the resin material layer to emit more heat radiation. For example, when the outside air temperature is 30 ° C., the maximum thermal radiation of an atmospheric window having a wavelength of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is 200 W / m 2 (calculated assuming an emissivity of 1).
  • This value can be obtained in fine weather, such as in high mountains, where the air is thin and well-dried. In lowlands, the thickness of the atmosphere is thicker than that of high mountains, so the wavelength band of the windows of the atmosphere becomes narrower and the transmittance decreases. By the way, this is called "the window of the atmosphere becomes narrower".
  • the environment in which the radiative cooling device is actually used may be humid, and even in that case, the window of the atmosphere becomes narrow.
  • the thermal radiation generated in the window area of the atmosphere when used in lowlands is estimated to be 160 W / m 2 at 30 ° C. in good condition (calculated as emissivity 1).
  • the atmospheric window becomes even narrower and the radiation to space is about 125 W / m 2.
  • the wavelength average of the emissivity of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m must be 40% or more (the thermal radiation intensity in the window zone of the atmosphere is 50 W / m 2 or more) before it can be used in the lowlands of the mid-latitude band. Therefore, by adjusting the thickness of the resin material layer so as to be within the above-mentioned optical specification range, the heat output from the atmospheric window becomes larger than the heat input due to the light absorption of sunlight, and the daytime solar radiation It will be possible to radiatively cool outdoors even in the environment.
  • the heat output from the window of the atmosphere is larger than the heat input due to the absorption of sunlight, and radiative cooling can be performed outdoors even in a solar radiation environment.
  • a further characteristic configuration of the radiant cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer has a carbon-fluorine bond, a siloxane bond, a carbon-chlorine bond, a carbon-oxygen bond, an ether bond, an ester bond, and a benzene ring. The point is that it is selected from resins having one or more of the above.
  • carbon-fluorine bond CF
  • siloxane bond Si—O—Si
  • carbon-chlorine bond C—Cl
  • carbon-oxygen bond CO
  • An ether bond R—COO-R
  • an ester bond COC
  • a colorless resin material having at least one of a benzene ring
  • the emissivity ( ⁇ ) and the light absorption rate (A) are equal.
  • the light absorption rate (A) can be obtained from the absorption coefficient ( ⁇ ) by the following equation 1.
  • A 1-exp ( ⁇ t) ... (Equation 1)
  • t is the film thickness. That is, when the thickness of the resin material layer is increased, a large amount of heat radiation can be obtained in a wavelength band having a large absorption coefficient. In the case of radiative cooling outdoors, it is preferable to use a material having a large absorption coefficient in the wavelength band of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which is the wavelength band of the window of the atmosphere.
  • the light absorption rate (emissivity) changes depending on the film thickness of the resin material layer.
  • the resin material that forms the resin material layer has a large absorption coefficient in the wavelength band of the window of the atmosphere and the absorption coefficient in the wavelength band of sunlight. If you choose a material that has almost no sunlight, by adjusting the thickness of the resin material layer, it will hardly absorb sunlight, but it will emit more heat radiation from the windows of the atmosphere, that is, the output by radiative cooling rather than the input of sunlight. A larger state can be created.
  • the absorption spectrum of the resin material forming the resin material layer will be described.
  • the absorption coefficient due to CHF and CF 2 spreads widely over a wide band from the wavelength of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which is the window of the atmosphere, and the absorption coefficient is particularly large at 8.6 ⁇ m.
  • the wavelength band of sunlight there is no conspicuous absorption coefficient at wavelengths of 0.3 ⁇ m to 2.5 ⁇ m, which have large energies.
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • PCTFE Polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF polyvinyl fluoride
  • PFA Perfluoroalkoxy alkane resin
  • FEP Ethylene tetrafluoride / propylene hexafluoride copolymer
  • ETFE Ethylene / ethylene tetrafluoride copolymer
  • ECTFE Ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer
  • the binding energies of CC bond, CH bond, and CF bond of the basic structural part represented by polyvinylidene fluoride (PVDF) are 4.50 eV, 4.46 eV, and 5.05 eV. They correspond to a wavelength of 0.275 ⁇ m, a wavelength of 0.278 ⁇ m, and a wavelength of 0.246 ⁇ m, respectively, and absorb light on a wavelength side shorter than these wavelengths. Since the sunlight spectrum has only long waves having a wavelength of 0.300 ⁇ m, when a fluororesin is used, it hardly absorbs ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays of sunlight.
  • ultraviolet rays have a wavelength on the shorter wavelength side than 0.400 ⁇ m
  • visible rays have a wavelength of 0.400 ⁇ m to 0.800 ⁇ m
  • near infrared rays have a wavelength of 0.800 ⁇ m to 3 ⁇ m
  • mid-infrared rays have a wavelength of 3 ⁇ m.
  • the range is from 8 ⁇ m
  • far infrared rays are in the range on the longer wavelength side than the wavelength of 8 ⁇ m.
  • Examples of the resin material having a siloxane bond include silicone rubber and silicone resin.
  • a large absorption coefficient due to expansion and contraction of the C—Si bond appears broadly around a wavelength of 13.3 ⁇ m, and an absorption coefficient due to the out-of-plane variation angle (pitch) of CSiH 2 has a wavelength of 10 ⁇ m. It appears broad in the center, and the absorption coefficient due to the in-plane in-plane variation (scissors) of CSiH 2 appears small near a wavelength of 8 ⁇ m. Thus, it has a large absorption coefficient in the window of the atmosphere.
  • the binding energy of Si—O—Si in the main chain is 4.60 eV, which corresponds to a wavelength of 0.269 ⁇ m and absorbs light on a wavelength side shorter than this wavelength. Since the sunlight spectrum has only waves longer than the wavelength of 0.300 ⁇ m, when a siloxane bond is used, it hardly absorbs ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays of sunlight.
  • the absorption coefficient due to the C-Cl expansion and contraction vibration appears in a wide band with a half width of 1 ⁇ m or more centered on a wavelength of 12 ⁇ m.
  • a resin material having a carbon-chlorine bond C—Cl
  • polyvinyl chloride PVC
  • the C of the alkene contained in the main chain is affected by the electron attraction of chlorine.
  • the absorption coefficient derived from the eccentric vibration of -H appears around the wavelength of 10 ⁇ m. That is, it is possible to emit a large amount of heat radiation in the wavelength band of the window of the atmosphere.
  • the binding energy of carbon and chlorine of alkene is 3.28 eV, its wavelength corresponds to 0.378 ⁇ m, and it absorbs light on the shorter wavelength side than this wavelength. That is, it absorbs the ultraviolet rays of sunlight, but has almost no absorption in the visible region.
  • the ether bond (R-COO-R) and ester bond (COC) have an absorption coefficient from a wavelength of 7.8 ⁇ m to 9.9 ⁇ m. Further, with respect to the carbon-oxygen bond contained in the ester bond and the ether bond, a strong absorption coefficient appears in the wavelength band of 8 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • absorption widely appears from a wavelength of 8.1 ⁇ m to 18 ⁇ m due to the vibration of the benzene ring itself and the vibration of surrounding elements due to the influence of the benzene ring.
  • Resins having these bonds include polymethylmethacrylate resin, ethylene terephthalate resin, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene naphthalate.
  • the binding energy of the CC bond of methyl methacrylate is 3.93 eV, which corresponds to a wavelength of 0.315 ⁇ m and absorbs sunlight having a wavelength shorter than this wavelength, but has almost no absorption in the visible region.
  • the resin material layer may be a single-layer film of one type of resin material or a multilayer film of a plurality of types of resin materials.
  • a single-layer film of a resin material in which a plurality of types are blended or a multilayer film of a resin material in which a plurality of types are blended may be used.
  • the blend also includes copolymers such as alternating copolymers, random copolymers, block copolymers, and graft copolymers, and modified products in which side chains are replaced.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to create a state in which the output by radiative cooling is larger than the input of sunlight.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the main component of the resin material forming the resin material layer is siloxane. The point is that the thickness of the resin material layer is 1 ⁇ m or more.
  • the light absorption rate (emissivity) changes depending on the thickness t.
  • the light absorption rate (emissivity) of the resin material needs to be thick enough to have a large absorption coefficient in the window of the atmosphere.
  • Si—O—Si siloxane bond
  • the film thickness is 1 ⁇ m or more, the radiant intensity in the window of the atmosphere becomes large, and the output by radiative cooling is higher than the input of sunlight. A larger state can be created.
  • the radiative cooling device of the present invention when the main component of the resin material forming the resin material layer is siloxane, the output by radiative cooling is larger than the input of sunlight. Can be created.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the thickness of the resin material layer is 10 ⁇ m or more.
  • the resin material forming the resin material layer is carbon-fluorine bond (CF), carbon-chlorine bond (C-Cl), carbon-oxygen.
  • CF carbon-fluorine bond
  • C-Cl carbon-chlorine bond
  • carbon-oxygen carbon-oxygen.
  • a resin material whose main component is a bond (CO), an ester bond (R—COO-R), an ether bond (COC), or a benzene ring it emits more radiation than the input of sunlight. A larger output can be created by cooling.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the thickness of the resin material layer is 20 mm or less.
  • the thermal radiation of the atmospheric window of the resin material forming the resin material layer is generated within a range of about 100 ⁇ m from the material surface. That is, even if the thickness of the resin material is increased, the thickness that contributes to radiative cooling does not change, and the remaining thickness has the effect of insulating the cold heat after radiative cooling. If a resin material layer that ideally does not absorb sunlight at all is formed, sunlight is absorbed only by the light reflecting layer of the radiative cooling device.
  • the thermal conductivity of the resin material is generally about 0.2 W / m ⁇ K, and when calculated in consideration of this thermal conductivity, when the thickness of the resin material layer exceeds 20 mm, the cooling surface (resin material layer in the light reflecting layer) The temperature of the surface opposite to the side where the light exists) rises. Even if there is an ideal resin material that does not absorb sunlight at all, the thermal conductivity of the resin material is generally about 0.2 W / m ⁇ K, so if the thickness is 20 mm or more, the heat radiation of the resin material layer By (radiant cooling), the object to be cooled cannot be cooled on the cooling surface, and the object to be cooled is heated by the sunlight, so that the film thickness cannot be 20 mm or more.
  • the object to be cooled can be appropriately cooled.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer is fluororesin or silicone rubber.
  • a fluororesin whose main component is a carbon-fluorine bond that is, polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyfluorovinylidene (PVDF), and polyvinyl fluoride (PVF).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyfluorovinylidene
  • PVDF polyvinyl fluoride
  • PVDF polyvinylidene
  • PVDF polyvinyl fluoride
  • FEPP Perfluoroalkoxy fluororesin
  • FEPP ethylene tetrafluoride / propylene hexafluoride copolymer
  • a resin having a siloxane bond (Si—O—Si) as a main chain and a small side chain molecular weight that is, silicone rubber
  • silicone rubber has an ultraviolet light region, visible light, and near infrared region of the sunlight spectrum, like a fluororesin. Has almost no light absorption.
  • the thermal conductivity of the fluororesin and the silicone rubber is 0.2 W / m ⁇ K, and in view of this point, these resins exhibit a radiative cooling function even if the thickness is increased to 20 mm.
  • the radiative cooling device of the present invention when the resin material of the resin material layer is fluororesin or silicone rubber, the radiative cooling function can be appropriately exhibited.
  • a further characteristic configuration of the radiation cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer has at least one carbon-chlorine bond, carbon-oxygen bond, ester bond, ether bond, or benzene ring.
  • the resin material forming the resin material layer is a carbon-chlorine bond (CF), a carbon-oxygen bond (CO), an ester bond (R-COO-R), and an ether bond (COC).
  • CF carbon-chlorine bond
  • CO carbon-oxygen bond
  • R-COO-R ester bond
  • COC ether bond
  • the resin has a hydrocarbon as the main chain having one or more of the benzene rings, or when the side chain hydrocarbon is a silicone resin having two or more carbon atoms.
  • absorption based on vibration such as bending angle and expansion and contraction of the bond appears in the near infrared region.
  • the absorption by the reference sound of the transition of CH 3 , CH 2 , and CH to the first excited state is changed from 1.6 ⁇ m to 1.7 ⁇ m in wavelength, 1.65 ⁇ m to 1.75 ⁇ m in wavelength, and 1.7 ⁇ m in wavelength, respectively. appear. Further, the absorption of the combined sound of CH 3 , CH 2 , and CH by the reference sound appears at a wavelength of 1.35 ⁇ m, a wavelength of 1.38 ⁇ m, and a wavelength of 1.43 ⁇ m, respectively. Further, the overtones of the transition of CH 2 and CH to the second excited state appear around the wavelength of 1.24 ⁇ m, respectively.
  • the reference sound of the angle change and expansion / contraction of the CH bond is distributed over a wide band from the wavelength of 2 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. Further, when it has a structural formula such as R 1- CO 2- R 2 , there is a large light absorption around a wavelength of 1.9 ⁇ m.
  • polymethylmethacrylate resin, ethylene terephthalate resin, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, and polyvinyl chloride are caused by CH 3 , CH 2 , and CH in the near infrared region. It shows similar light absorption characteristics.
  • these resin materials are thickened to a thickness of 20 mm specified from the viewpoint of thermal conductivity, they are heated by absorbing near infrared rays contained in sunlight. Therefore, when these resin materials are used, the thickness needs to be 500 ⁇ m or less.
  • the resin material is a hydrocarbon having at least one of a carbon-chlorine bond, a carbon-oxygen bond, an ester bond, an ether bond, and a benzene ring.
  • a resin having a main chain of, or a silicone resin having two or more carbon atoms in a hydrocarbon in a side chain absorption of near infrared rays can be suppressed.
  • a further characteristic configuration of the radiation cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer is a blend of a resin containing a carbon-fluorine bond and a siloxane bond and a resin having a hydrocarbon as a main chain. The point is that the thickness of the resin material layer is 500 ⁇ m or less.
  • the resin material forming the resin material layer is a blend of a resin having a carbon-fluorine bond (CF) or a siloxane bond (Si—O—Si) as a main chain and a resin having a hydrocarbon as a main chain.
  • CF carbon-fluorine bond
  • Si—O—Si siloxane bond
  • the resin material light absorption in the near infrared region due to CH, CH 2 , CH 3, etc. appears depending on the ratio of the resin having the blended hydrocarbon as the main chain.
  • the carbon-fluorine bond or the siloxane bond is the main component, the light absorption in the near infrared region due to the hydrocarbon becomes small, so that the thickness can be increased to the upper limit of 20 mm from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the blended hydrocarbon resin is the main component, the thickness needs to be 500 ⁇ m or less.
  • Block copolymers and graft copolymers are also included.
  • the alternate copolymer of the fluorine monomer and the hydrocarbon monomer include fluoroethylene vinyl ester (FEVE), fluoroolefin-acrylic acid ester copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), and ethylene. Chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) can be mentioned.
  • the resin material is a blend of a resin containing a carbon-fluorine bond and a siloxane bond and a resin having a hydrocarbon as a main chain.
  • the resin material is a blend of a resin containing a carbon-fluorine bond and a siloxane bond and a resin having a hydrocarbon as a main chain.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer is a fluororesin. The point is that the thickness of the resin material layer is 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the resin material layer should be thin.
  • the thermal conductivity of resin materials is generally lower than that of metals and glass.
  • the film thickness of the resin material layer should be the minimum necessary. The thicker the thickness of the resin material layer, the larger the heat radiation of the window of the atmosphere, and when the thickness exceeds a certain thickness, the heat radiation energy of the window of the atmosphere is saturated.
  • the film thickness of the saturated resin material layer depends on the resin material, but in the case of fluororesin, about 300 ⁇ m is sufficient for saturation. Therefore, from the viewpoint of thermal conductivity, it is desirable to suppress the film thickness of the resin material layer to 300 ⁇ m or less rather than 500 ⁇ m.
  • the heat radiation is not saturated, sufficient heat radiation can be obtained in the window region of the atmosphere even if the thickness is about 100 ⁇ m.
  • the thinner the thickness the higher the thermal transmission rate and the more effectively the temperature of the object to be cooled can be lowered. Therefore, for example, in the case of fluororesin, the thickness may be about 100 ⁇ m or less.
  • the absorption coefficient derived from the carbon-silicon bond, carbon-chlorine bond, carbon-oxygen bond, ester bond, and ether bond is larger than the absorption coefficient caused by the CF bond.
  • polyvinyl fluoride (PVF) and polyvinylidene fluoride (PVDF) can be preferably used as an example of the fluororesin.
  • Polyvinyl fluoride (PVF) and polyvinylidene fluoride (PVDF) are flame-retardant and are not easily biodegradable, and are therefore suitable as resin materials for forming a resin material layer of a radiative cooling device used outdoors.
  • the radiative cooling effect can be improved when the resin material is fluororesin.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer has one or more of carbon-chlorine bond, carbon-oxygen bond, ester bond, ether bond, and benzene ring. It is a resin material The point is that the thickness of the resin material layer is 50 ⁇ m or less.
  • the thermal radiation energy in the window of the atmosphere is saturated even if the thickness is 100 ⁇ m.
  • Sufficient thermal radiation can be obtained in the window region of the atmosphere even with a thickness of 50 ⁇ m.
  • the thinner the resin material the higher the thermal transmission rate and the more effectively the temperature of the object to be cooled can be lowered. Therefore, a resin containing a carbon-chlorine bond, a carbon-oxygen bond, an ester bond, an ether bond, and a benzene ring.
  • the thickness is 50 ⁇ m or less, the heat insulating property becomes small and the object to be cooled can be effectively cooled.
  • the effect of thinning is other than lowering the heat insulation and making it easier to transfer cold heat. It carbon - chlorine bond, a carbon - oxygen bond, an ester bond, exhibits a resin having an ether bond, a CH, CH 2, CH 3 of the light absorption in the near-infrared region from the suppression of the near infrared region. If it is made thinner, the sunlight absorption due to these can be reduced, so that the cooling capacity of the radiative cooling device is increased.
  • a thickness of 50 ⁇ m or less can more effectively produce a radiative cooling effect in sunlight. ..
  • a radiative cooling effect can be obtained in a resin material having at least one of a carbon-chlorine bond, a carbon-oxygen bond, an ester bond, an ether bond, and a benzene ring. Can be improved.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer is a resin material having a carbon-silicon bond. The point is that the thickness of the resin material layer is 10 ⁇ m or less.
  • the radiative cooling effect can be obtained more effectively in the sunlight.
  • the radiative cooling effect can be improved in the resin material having a carbon-silicon bond.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material forming the resin material layer is a vinyl chloride resin or a vinylidene chloride resin.
  • the thickness of the resin material layer is 100 ⁇ m or less and 10 ⁇ m or more.
  • the vinyl chloride resin (polyvinyl chloride) or vinylidene chloride resin (polyvinylidene chloride) having a thickness of 100 ⁇ m or less and 10 ⁇ m or more can obtain sufficient thermal radiation in the window region of the atmosphere.
  • Vinyl chloride resin or vinylidene chloride resin is slightly inferior to fluorine resin, which can obtain large heat radiation in the window region of the atmosphere, but is superior to other resin materials such as silicone rubber, and considerably better than fluorine resin. Since it is inexpensive, it is effective for inexpensively configuring a radiative cooling device whose temperature is lower than the ambient temperature in direct sunlight.
  • the thin-film vinyl chloride resin or vinylidene chloride resin is soft, it is not easily scratched even if it comes into contact with other objects, so that it can be maintained in a beautiful state for a long period of time.
  • the thin-film fluororesin is hard, it is easily scratched by contact with other objects, and it is difficult to maintain a beautiful state.
  • vinyl chloride resin and vinylidene chloride resin are flame-retardant and are not easily biodegradable, and are therefore suitable as resin materials for forming a resin material layer of a radiative cooling device used outdoors.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to inexpensively obtain a radiative cooling device whose temperature is lower than the ambient temperature and is not easily scratched in direct sunlight.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the light reflecting layer is made of silver or a silver alloy and has a thickness of 50 nm or more.
  • the light reflecting layer has the above-mentioned reflectance characteristic, that is, the reflectance characteristic of a wavelength of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m is 90% or more, and the reflectance of a long wave from a wavelength of 0.5 ⁇ m is 96% or more.
  • the reflective material on the radiation surface side of the light-reflecting layer needs to be silver or a silver alloy. When sunlight is reflected with only silver or a silver alloy having the above-mentioned reflectance characteristics, a thickness of 50 nm or more is required.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to accurately suppress the absorption of solar energy by the light reflecting layer and satisfactorily perform radiative cooling by the resin material layer.
  • a further characteristic configuration of the radiant cooling device of the present invention is that the light reflecting layer has a laminated structure of silver or silver alloy located adjacent to the protective layer and aluminum or aluminum alloy located on the side away from the protective layer. There is a certain point.
  • the reflective material on the radiation surface side needs to be silver or a silver alloy.
  • the thickness of silver needs to be 10 nm or more, and the thickness of aluminum needs to be 30 nm or more.
  • the cost of the light reflecting layer Since aluminum or an aluminum alloy is cheaper than silver or a silver alloy, it is possible to reduce the cost of the light reflecting layer while having appropriate reflectance characteristics. In other words, it is appropriate to make the light-reflecting layer a laminated structure of silver or silver alloy and aluminum or aluminum alloy while thinning the expensive silver or silver alloy to reduce the cost of the light-reflecting layer. It is possible to reduce the cost of the light-reflecting layer while having a good reflectance characteristic.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to reduce the cost of the light reflecting layer while having appropriate reflectance characteristics.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material layer, the protective layer, and the light reflecting layer are in the form of a film in a laminated state.
  • the radiative cooling device (radiative cooling film) becomes flexible by making the light-reflecting layer into a thin film and making the light-reflecting layer flexible. Will be prepared.
  • various forms can be considered for producing the radiative cooling device (radiative cooling film) in the form of a film.
  • a protective layer and a resin material layer to a light-reflecting layer produced in the form of a film.
  • a protective layer may be formed by coating or sticking on a resin material layer prepared in the form of a film, and a light reflecting layer may be formed on the protective layer by vapor deposition, sputtering, ion plating, silver mirror reaction, or the like. Conceivable.
  • the radiative cooling device of the present invention it is possible to satisfactorily impart radiative cooling performance by retrofitting to the existing equipment.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the resin material layer and the protective layer are joined by a bonding layer of an adhesive or an adhesive.
  • the resin material layer and the protective layer are joined by a bonding layer of an adhesive or an adhesive, for example, a resin material layer produced separately by forming the light reflecting layer and the protective layer in a laminated state.
  • a bonding layer of an adhesive or an adhesive for example, a resin material layer produced separately by forming the light reflecting layer and the protective layer in a laminated state.
  • the resin material layer, the protective layer, and the light reflecting layer can be satisfactorily formed in a laminated state.
  • the durability of the adhesive or the pressure-sensitive adhesive to shear tension is weakened, the layers are displaced over time due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin material layer and the protective layer. Since there is no resin material layer that becomes an infrared radiative zone in the displaced portion, the radiative cooling performance is lost.
  • the joint layer is exposed at the displaced portion, various deteriorations start from there. As described above, it is a deterioration mode in which deterioration due to shear tension should not occur. If the joint layer is thick, it becomes vulnerable to shear tension. That is, the creep characteristics of the resin material layer and the protective layer deteriorate. From this point of view, it is desirable that the bonding layer is as thin as 150 ⁇ m or less. However, if it is too thin, it becomes vulnerable to peeling impact, and the resin material layer and the protective layer are easily peeled off, so a thickness of 1 ⁇ m or more is required. The thicker the bonding layer, the worse the thermal conductivity, so it should not be unnecessarily thickened.
  • the bonding layer is 100 ⁇ m or less. As described above, it is desirable that the thickness of the bonding layer is in the range of 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. In order to reduce the thickness of the bonding layer while improving the creep resistance and peeling impact strength of the bonding layer, it is necessary to increase the degree of polymerization of the resin in the bonding layer. Increasing the degree of polymerization makes it harder and reduces flexibility. Flexibility and elongation of the material are important from the viewpoint of workability of the radiative cooling material (radiative cooling device), and from this viewpoint, it is more desirable that the thickness of the bonding layer is in the range of 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the thickness of the polyolefin resin forming the protective layer is 300 nm or more.
  • the thickness of the ethylene terephthalate resin forming the protective layer is 17 ⁇ m or more, it is possible to suppress the radicals generated in the bonding layer from reaching the light reflecting layer for a long period of time.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that the filler of the inorganic material is mixed in the resin material layer.
  • the resin material layer can be provided with a light scattering configuration. Then, by providing the light scattering configuration, it is possible to suppress the glare of the radiation surface when the radiation surface is viewed.
  • silicon dioxide (SiO 2 ) titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO) and the like can be preferably used.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • TiO 2 titanium oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • magnesium oxide (MgO) and the like can be preferably used.
  • the bonding layer is located between the resin material layer and the protective layer, even if the back surface of the resin material layer is uneven, the resin material layer and the protective layer can be appropriately bonded by the bonding layer. can.
  • the radiative cooling device of the present invention glare on the radiant surface can be suppressed, and the resin material layer and the protective layer can be appropriately joined.
  • a further characteristic configuration of the radiative cooling device of the present invention is that both the front and back surfaces of the resin material layer are formed in an uneven shape.
  • the resin material layer can be provided with a light scattering configuration. Then, by providing the light scattering configuration, it is possible to suppress the glare of the radiation surface when the radiation surface is viewed. Incidentally, in order to make both the front and back surfaces of the resin material layer uneven, it can be performed by embossing or scratching the surface.
  • the bonding layer is located between the resin material layer and the protective layer, even if the back surface of the resin material layer is uneven, the resin material layer and the protective layer can be appropriately bonded by the bonding layer. can.
  • the radiative cooling device of the present invention glare on the radiant surface can be suppressed, and the resin material layer and the protective layer can be appropriately joined.
  • the radiative cooling method of the present invention uses a radiative cooling device having any of the above-mentioned characteristic configurations to radiate the infrared light to the surface of the resin material layer opposite to the surface on the side where the light reflecting layer exists. It is a radiative cooling method that radiates from the surface, and its characteristic composition is The point is that the radiation surface is directed to the sky and the infrared light is emitted from the radiation surface.
  • infrared light that escapes from the radiation surface to the outside of the system can be radiated toward the sky and emitted to the sky, that is, the universe. Further, it is possible to suppress the light absorption of sunlight and improve the cooling performance.
  • the characteristic configuration of the radiative cooling method of the present invention it is possible to improve the cooling performance while suppressing the light absorption of sunlight.
  • the radiation cooling device CP is located on the opposite side of the infrared radiation layer A that emits infrared light IR from the radiation surface H and the side where the radiation surface H exists in the infrared radiation layer A.
  • the light-reflecting layer B to be formed and the protective layer D between the infrared radiation layer A and the light-reflecting layer B are provided in a laminated state and are formed in a film shape. That is, the radiative cooling device CP is configured as a radiative cooling film.
  • the light reflecting layer B reflects light L such as sunlight transmitted through the infrared emitting layer A and the protective layer D, and its reflecting characteristics are such that the reflectance at a wavelength of 400 nm to 500 nm is 90% or more and the wavelength is 500 nm.
  • the reflectance of longer waves is 96% or more.
  • the sunlight spectrum exists from a wavelength of 300 nm to 4000 nm, and the intensity increases as the wavelength increases from 400 nm, and the intensity increases particularly from a wavelength of 500 nm to a wavelength of 1800 nm.
  • the light L includes ultraviolet light (ultraviolet rays), visible light, and infrared light, and when these are described in terms of the wavelength of light as an electromagnetic wave, the wavelength is 10 nm to 20000 nm (0). Includes electromagnetic waves of 0.01 ⁇ m to 20 ⁇ m). Incidentally, in this document, it is assumed that the wavelength range of ultraviolet light (ultraviolet light) is between 300 nm and 400 nm.
  • the light reflecting layer B exhibits a reflection characteristic of 90% or more from a wavelength of 400 nm to 500 nm, and a reflectance of a long wave from a wavelength of 500 nm is 96% or more.
  • the solar energy absorbed by the reflective layer B can be suppressed to 5% or less, that is, the solar energy absorbed in the south and middle of summer can be reduced to about 50 W.
  • the light reflecting layer B is composed of silver or a silver alloy, or is configured as a laminated structure of a silver or silver alloy located adjacent to the protective layer D and an aluminum or aluminum alloy located on the side away from the protective layer D. It is flexible, and the details will be described later.
  • the infrared radiating zone A is configured as a resin material layer J whose thickness is adjusted to emit heat radiation energy larger than the absorbed solar energy in a wavelength band of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, and the details thereof will be described later. do.
  • the radiant cooling device CP reflects a part of the light L incident on the radiant cooling device CP on the radiating surface H of the infrared radiation layer A, and the radiant cooling device CP reflects the light L incident on the radiant cooling device CP.
  • the light (sunlight, etc.) transmitted through the resin material layer J and the protective layer D is reflected by the light reflecting layer B and is configured to escape from the radiating surface H to the outside.
  • heat is input to the radiant cooling device CP from the cooling object E located on the side opposite to the existing side of the resin material layer J in the light reflecting layer B (for example, heat input by heat conduction from the cooling object E). Is converted into infrared light IR by the resin material layer J and radiated to cool the object E to be cooled.
  • the radiative cooling device CP reflects the light L irradiated to the radiative cooling device CP, and heat transfer to the radiative cooling device CP (for example, heat transfer from the atmosphere or transfer from the cooling object E). It is configured to radiate heat) to the outside as infrared light IR. Further, the resin material layer J, the protective layer D, and the light reflecting layer B have flexibility, so that the radiative cooling device CP (radiative cooling film) has flexibility.
  • the radiant cooling device CP will be used to carry out a radiant cooling method in which the infrared light IR is radiated from the radiant surface H on the side opposite to the surface of the resin material layer J in contact with the light reflecting layer B.
  • a radiation cooling method is carried out in which the radiation surface H is directed to the sky and infrared light IR is emitted from the radiation surface H toward the sky.
  • the thickness of the resin material layer J is such that the wavelength average of the light absorption rate with a wavelength of 0.4 ⁇ m to 0.5 ⁇ m is 13% or less, and the wavelength is from 0.5 ⁇ m.
  • the wavelength average of the light absorption rate of 0.8 ⁇ m is 4% or less, the wavelength average of the light absorption rate from 0.8 ⁇ m to 1.5 ⁇ m is within 1%, and the wavelength is 1.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m. It is necessary to adjust the thickness so that the wavelength average of the light absorption rates up to is 40% or less and the wavelength average of the light absorption rates from 2.5 ⁇ m to 4 ⁇ m is 100% or less.
  • the light absorption rate of sunlight is 10% or less, and the energy is 100 W or less.
  • the light absorption rate of the resin material increases as the film thickness of the resin material increases.
  • the sunlight absorption in the protective layer D and the light reflecting layer B is 50 W / m 2 or less.
  • the sum of sunlight absorption in the resin material layer J, the protective layer D, and the light reflecting layer B is 150 W / m 2 or less, and cooling proceeds if the atmospheric condition is good.
  • the resin material forming the resin material layer J it is preferable to use a resin material having a small light absorption rate near the peak value of the sunlight spectrum as described above.
  • the thickness of the resin material layer J needs to be adjusted from the viewpoint of infrared radiation (heat radiation) so that the wavelength average of the emissivity of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is 40% or more.
  • heat radiation infrared radiation
  • the maximum thermal radiation of an atmospheric window of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is 200 W / m 2 (calculated assuming an emissivity of 1).
  • This value can be obtained in fine weather, such as in high mountains, where the air is thin and well-dried. In lowlands, the thickness of the atmosphere is thicker than that of high mountains, so the wavelength band of the windows of the atmosphere becomes narrower and the transmittance decreases. By the way, this is called "the window of the atmosphere becomes narrower".
  • the environment in which the radiative cooling device CP may be humid, and even in that case, the window of the atmosphere becomes narrow.
  • the thermal radiation generated in the window area of the atmosphere when used in lowlands is estimated to be 160 W / m 2 at 30 ° C. in good condition (calculated as emissivity 1).
  • the atmospheric window becomes even narrower, and the radiation to space is about 125 W / m 2.
  • the wavelength average of the emissivity of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m must be 40% or more (heat radiation intensity in the window zone of the atmosphere is 50 W / m 2 ) before it can be used in lowlands in the mid-latitude zone.
  • the thickness of the resin material layer J is adjusted so as to be within the range of the optical regulation in consideration of the above items, the heat output from the window of the atmosphere becomes larger than the heat input due to the light absorption of sunlight, and the solar radiation environment. Even underneath, it will be possible to lower the temperature than the outside air by radiative cooling outdoors.
  • Resin materials include carbon-fluorine bond (CF), siloxane bond (Si—O—Si), carbon-chlorine bond (C—Cl), carbon-oxygen bond (CO), and ester bond (R—).
  • CF carbon-fluorine bond
  • Si—O—Si siloxane bond
  • C—Cl carbon-chlorine bond
  • CO carbon-oxygen bond
  • R— ester bond
  • a colorless resin material containing COO-R), an ether bond (COC bond), and a benzene ring can be used.
  • the wavelength range having an absorption coefficient in the wavelength band of the window of the atmosphere is shown in FIG.
  • the emissivity ( ⁇ ) and the light absorption rate (A) are equal.
  • t is a film thickness. That is, when the film thickness of the resin material layer J is adjusted, a large amount of heat radiation can be obtained in a wavelength band having a large absorption coefficient. In the case of radiative cooling outdoors, it is preferable to use a material having a large absorption coefficient in the wavelength band of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which is the wavelength band of the window of the atmosphere.
  • the light absorptivity changes depending on the film thickness of the resin material.
  • the absorption coefficient due to CHF and CF 2 spreads widely over a wide band from the wavelength of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which is the window of the atmosphere, and the absorption coefficient is particularly large at 8.6 ⁇ m.
  • the wavelength band of sunlight there is no conspicuous absorption coefficient at wavelengths of 0.3 ⁇ m to 2.5 ⁇ m, which have a large energy intensity.
  • CF carbon-fluorine bond
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • PCTFE Polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF polyvinyl fluoride
  • PFA Perfluoroalkoxy alkane resin
  • FEP Ethylene tetrafluoride / propylene hexafluoride copolymer
  • ETFE Ethylene / ethylene tetrafluoride copolymer
  • ECTFE Ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer
  • Examples of the resin material having a siloxane bond include silicone rubber and silicone resin.
  • a large absorption coefficient due to expansion and contraction of the C—Si bond appears broadly around a wavelength of 13.3 ⁇ m, and an absorption coefficient due to the out-of-plane variation angle (pitch) of CSiH 2 has a wavelength of 10 ⁇ m. It appears broad in the center, and the absorption coefficient due to the in-plane in-plane variation (scissors) of CSiH 2 appears small near a wavelength of 8 ⁇ m.
  • the absorption coefficient due to the C-Cl expansion and contraction vibration appears in a wide band with a half width of 1 ⁇ m or more centered on a wavelength of 12 ⁇ m.
  • the resin material include vinyl chloride resin (PVC) and vinylidene chloride resin (PVDC).
  • PVC vinyl chloride resin
  • the absorption coefficient derived from the angular vibration appears around the wavelength of 10 ⁇ m.
  • the ester bond (R—COO-R) and the ether bond (COC bond) have an absorption coefficient from a wavelength of 7.8 ⁇ m to 9.9 ⁇ m. Further, with respect to the carbon-oxygen bond contained in the ester bond and the ether bond, a strong absorption coefficient appears in the wavelength band of 8 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • absorption widely appears from a wavelength of 8.1 ⁇ m to 18 ⁇ m due to the vibration of the benzene ring itself and the vibration of surrounding elements due to the influence of the benzene ring.
  • Resins having these bonds include methyl methacrylate resin, ethylene terephthalate resin, trimethylene terephthalate resin, butylene terephthalate resin, ethylene naphthalate resin, and butylene naphthalate resin.
  • the sunlight spectrum has only long waves with a wavelength of 0.300 ⁇ m, when fluororesin is used, it hardly absorbs ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays of sunlight.
  • the definition of ultraviolet rays is on the shorter wavelength side than the wavelength of 0.400 ⁇ m
  • the definition of visible light is on the wavelength range of 0.400 ⁇ m to 0.800 ⁇ m
  • the near infrared rays are in the range of 0.800 ⁇ m to 3 ⁇ m
  • the mid infrared rays are 3 ⁇ m to 8 ⁇ m.
  • the range is defined as far infrared rays having a wavelength longer than 8 ⁇ m.
  • Fig. 3 shows the absorption rate spectrum of PFA (perfluoroalkoxy alkane resin) with a thickness of 50 ⁇ m in the ultraviolet to visible range, and it can be seen that it has almost no absorption rate.
  • PFA perfluoroalkoxy alkane resin
  • the binding energy of Si—O—Si in the main chain is 4.60 eV, which corresponds to a wavelength of 269 nm. Since the sunlight spectrum has only waves longer than the wavelength of 0.300 ⁇ m, when the majority of siloxane bonds are present, it hardly absorbs ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays of sunlight.
  • Fig. 3 shows the absorptivity spectrum of silicone rubber with a thickness of 100 ⁇ m in the ultraviolet to visible range, and it can be seen that it has almost no absorptivity. A slight increase in the absorptivity spectrum is observed on the wavelength side shorter than the wavelength of 0.4 ⁇ m, but this increase only shows the effect of scattering of the sample used for the measurement, and the absorptivity is actually Not increasing.
  • the carbon-chlorine bond energy of Alken is 3.28 eV and its wavelength is 0.378 ⁇ m, so it absorbs a lot of ultraviolet rays in sunlight, but in the visible range. Has little absorption.
  • the absorptivity spectrum of a vinyl chloride resin having a thickness of 100 ⁇ m in the ultraviolet to visible region is shown in FIG. 3, and the light absorption becomes larger on the shorter wavelength side than the wavelength of 0.38 ⁇ m.
  • the absorptivity spectrum of the vinylidene chloride resin having a thickness of 100 ⁇ m in the ultraviolet to visible region is shown in FIG. 3, and a slight increase in the absorptivity spectrum is observed on the wavelength side shorter than the wavelength of 0.4 ⁇ m.
  • Resins having an ester bond (R-COO-R), an ether bond (COC bond), and a benzene ring include methyl methacrylate resin, ethylene terephthalate resin, trimethylene terephthalate resin, butylene terephthalate resin, and ethylene na.
  • phthalate resin and butylene naphthalate resin are phthalate resin and butylene naphthalate resin.
  • the binding energy of the CC bond of acrylic is 3.93 eV, which absorbs sunlight having a wavelength shorter than 0.315 ⁇ m, but has almost no absorption in the visible region.
  • FIG. 3 shows an absorption rate spectrum in the ultraviolet to visible region of a methyl methacrylate resin having a thickness of 5 mm.
  • the methyl methacrylate resin exemplified is generally commercially available, and contains a benzotriazole-based ultraviolet absorber. Since the plate is as thick as 5 mm, the wavelength having a small absorption coefficient also becomes large, and the light absorption becomes larger on the short wave side than the long wave of 0.38 ⁇ m than the wavelength of 0.315.
  • the absorption rate spectrum in the ultraviolet to visible region of an ethylene terephthalate resin having a thickness of 40 ⁇ m is shown in FIG.
  • the absorptivity increases as the wavelength approaches 0.315 ⁇ m, and the absorptivity sharply increases at a wavelength of 0.315 ⁇ m.
  • the thickness of the ethylene terephthalate resin is increased, the absorption rate due to the absorption edge derived from the CC bond increases on the long wave side of the wavelength of 0.315 ⁇ m, and the ethylene terephthalate resin is similar to the commercially available methyl methacrylate resin. Absorption rate in ultraviolet rays increases.
  • the resin material layer J uses a resin material having the above-mentioned emissivity (light emissivity) and light absorption characteristics, it is a single-layer film of one type of resin material or a multilayer film of a plurality of types of resin materials.
  • a single-layer film of a resin material in which a plurality of types of resin materials are blended, or a multilayer film of a resin material in which a plurality of types of resin materials are blended may be used.
  • the blend also includes copolymers such as alternating copolymers, random copolymers, block copolymers, and graft copolymers, and modified products in which side chains are replaced.
  • FIG. 4 shows an emissivity spectrum of a silicone rubber having a siloxane bond in an atmospheric window. From the silicone rubber, a large absorption coefficient due to the expansion and contraction of the C—Si bond appears broadly around the wavelength of 13.3 ⁇ m, and the absorption coefficient due to the out-of-plane variation (pitch) of CSiH 2 is at a wavelength of 10 ⁇ m. The absorption coefficient due to the in-plane variation angle (scissors) of CSiH 2 appears small in the vicinity of the wavelength of 8 ⁇ m.
  • the wavelength average of the emissivity with a thickness of 1 ⁇ m is 80% at wavelengths of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which falls within the regulation that the wavelength average is 40% or more.
  • the emissivity in the window region of the atmosphere increases as the film thickness increases.
  • FIG. 4 also shows an emission spectrum when quartz having a thickness of 1 ⁇ m, which is an inorganic material, is present on silver. Quartz has only a narrow band of radiation peaks between wavelengths of 8 ⁇ m and 14 ⁇ m when the thickness is 1 ⁇ m. When this thermal radiation is averaged in the wavelength range of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, the radiation rate of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m is 32%, and it is difficult to show the radiative cooling performance.
  • the radiative cooling device CP (radiative cooling film) of the present invention using the resin material layer J can obtain radiative cooling performance even in an infrared radiative layer A thinner than the conventional technique in which an inorganic material is used as the light reflecting layer B. That is, when the infrared radiating zone A is formed of quartz or Tempax glass, which is an inorganic material, the radiative cooling performance cannot be obtained when the infrared radiating zone A has a thickness of 1 ⁇ m, but the resin material layer J is used. In the radiative cooling device CP of the present invention, the radiative cooling performance is exhibited even when the resin material layer J has a thickness of 1 ⁇ m.
  • FIG. 5 shows the emissivity of perfluoroalkoxy alkane resin (PFA) in an atmospheric window as a typical example of a resin having a carbon-fluorine bond.
  • PFA perfluoroalkoxy alkane resin
  • the absorption coefficient due to CHF and CF 2 is widely spread over a wide band from 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which is the window of the atmosphere, and the absorption coefficient is particularly large at 8.6 ⁇ m. Due to this effect, the wavelength average of the emissivity having a thickness of 10 ⁇ m is 45% at wavelengths of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which falls within the regulation that the wavelength average is 40% or more. As shown in the figure, the emissivity in the window region of the atmosphere increases as the film thickness increases.
  • FIG. 6 shows the emissivity of vinyl chloride resin (PVC) in an atmospheric window as a typical example of a resin having a carbon-chlorine bond.
  • FIG. 14 shows the emissivity of vinylidene chloride resin (PVDC) in the atmospheric window.
  • the carbon-chlorine bond the absorption coefficient due to C-Cl expansion and contraction vibration appears in a wide band with a half width of 1 ⁇ m or more centered on a wavelength of 12 ⁇ m.
  • the absorption coefficient derived from the angular vibration of CH of the alkene contained in the main chain appears around a wavelength of 10 ⁇ m due to the influence of electron suction of chlorine.
  • the wavelength average of the emissivity with a thickness of 10 ⁇ m is 43% at wavelengths of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which falls within the regulation that the wavelength average is 40% or more.
  • the emissivity in the window region of the atmosphere increases as the film thickness increases.
  • FIG. 7 shows the emissivity of an ethylene terephthalate resin in an atmospheric window as a typical example of a resin having an ester bond or a benzene ring.
  • the ester bond it has an absorption coefficient from a wavelength of 7.8 ⁇ m to 9.9 ⁇ m.
  • the carbon-oxygen bond contained in the ester bond a strong absorption coefficient appears in the wavelength band of 8 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the wavelength average of the emissivity with a thickness of 10 ⁇ m is 71% at a wavelength of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, which falls within the regulation that the wavelength average is 40% or more.
  • the emissivity in the window region of the atmosphere increases as the film thickness increases.
  • FIG. 8 contains a carbon-fluorine bond (CF), a carbon-chlorine bond (C-Cl), an ester bond (R-COO-R), an ether bond (COC bond), and a benzene ring.
  • CF carbon-fluorine bond
  • C-Cl carbon-chlorine bond
  • R-COO-R ester bond
  • COC bond ether bond
  • benzene ring The radiance spectrum of the olefin-modified material, which is not present and whose main component is benzene, is shown.
  • the sample was prepared by applying an olefin resin on the vapor-deposited silver with a bar coater and drying it.
  • the emissivity in the window region of the atmosphere is small, and due to this effect, the wavelength average of the emissivity with a thickness of 10 ⁇ m is 27% at wavelengths of 8 ⁇ m to 14 ⁇ m, and the wavelength average is 40% or more. not enter.
  • the emissivity shown is that of an olefin resin modified for application as a bar coater, and in the case of a pure olefin resin, the emissivity in the window region of the atmosphere is even smaller. As described above, it does not contain carbon-fluorine bond (CF), carbon-chlorine bond (C-Cl), ester bond (R-COO-R), ether bond (COC bond), and benzene ring. And radiative cooling is not possible.
  • the heat radiation of the window region of the atmosphere generated from the surface of the resin material is generated in the portion where the depth from the surface is approximately 100 ⁇ m or less, and when the thickness of the resin is further increased, the heat radiation is generated.
  • the radiatively cooled cold heat of the radiative cooling device CP is insulated by the resin material that does not contribute to.
  • the thermal conductivity of the resin material is generally about 0.2 W / m / K, and when calculated in consideration of this thermal conductivity, when the thickness of the resin material layer J exceeds 20 mm, the cooling surface (in the light reflecting layer B). The temperature of the surface of the resin material layer J opposite to the existing side) rises.
  • the thermal conductivity of the resin material is generally about 0.2 W / m / K, so if it exceeds 20 mm as shown in FIG. 9, the light reflecting layer B Is heated by the sunlight, and the cooling object E installed on the light reflecting layer side is heated. That is, the thickness of the resin material of the radiative cooling device CP needs to be 20 mm or less.
  • FIG. 9 is a plot of the surface temperature of the radiative surface H of the radiative cooling device (radiative cooling film) CP and the temperature of the light reflecting layer B calculated assuming the southern part of a sunny day in western Japan in midsummer. ..
  • the sunlight is AM1.5 and the energy density is 1000 W / m 2.
  • the outside air temperature is 30 ° C., and the radiant energy varies depending on the temperature, but is 100 W at 30 ° C.
  • the calculation is based on the assumption that the resin material layer does not absorb sunlight. Assuming no wind, the convective heat transfer coefficient is 5 W / m 2 / K.
  • FIG. 10 shows the light absorption rate with respect to the sunlight spectrum when the thickness of the silicone rubber having CH 3 as the side chain is 100 ⁇ m, and the light absorption rate spectrum with respect to the sunlight spectrum of the perfluoroalkoxy alkane resin having a thickness of 100 ⁇ m. .. As described above, it can be seen that both resins have almost no light absorption rate in the ultraviolet region.
  • the light absorption rate increases in the region on the long wave side of the wavelength of 2.35 ⁇ m.
  • the intensity of the solar spectrum in this wavelength range is weak, the solar energy absorbed is 20 W / m 2 even if the light absorption rate on the long wave side from the wavelength of 2.35 ⁇ m is 100%.
  • the perfluoroalkoxy alkane resin has almost no light absorption rate in the wavelength range of 0.3 ⁇ m to 2.5 ⁇ m, and has light absorption on the wavelength side longer than the wavelength of 2.5 ⁇ m. However, even if the film thickness of the resin is increased and the light absorption rate on the wavelength side longer than the wavelength of 2.5 ⁇ m becomes 100%, the absorbed solar energy is about 7 W.
  • the emissivity of the window region of the atmosphere becomes approximately 1. That is, in the case of a thick film, the heat radiation that radiates into space at atmospheric window region when used in low-lying becomes 125W / m 2 order of 160 W / m 2 at 30 ° C..
  • the light absorption in the light reflecting layer B is about 50 W / m 2 as specified above, and the light absorption of the light reflecting layer B and the sunlight absorption when the silicone rubber or the perfluoroalkoxyfluororesin is made into a thick film are added. Even smaller than the thermal radiation radiated into space. From the above, the maximum film thickness of the silicone rubber and the perfluoroalkoxy fluororesin is 20 mm from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the resin material forming the resin material layer J is a resin having a hydrocarbon as a main chain having one or more carbon-chlorine bonds, carbon-oxygen bonds, ester bonds, ether bonds, and benzene rings, or silicone.
  • the hydrocarbon is a resin and has two or more carbon atoms in the side chain, absorption based on vibration such as bond angle change and expansion and contraction is observed in the near infrared region in addition to the above-mentioned absorption of ultraviolet rays by covalent bond electrons.
  • the absorption by the reference sound of the transition of CH 3 , CH 2 , and CH to the first excited state is changed from 1.6 ⁇ m to 1.7 ⁇ m in wavelength, 1.65 ⁇ m to 1.75 ⁇ m in wavelength, and 1.7 ⁇ m in wavelength, respectively. appear. Further, the absorption of the combined sound of CH 3 , CH 2 , and CH by the reference sound appears at a wavelength of 1.35 ⁇ m, a wavelength of 1.38 ⁇ m, and a wavelength of 1.43 ⁇ m, respectively. Further, the overtones of the transition of CH 2 and CH to the second excited state appear around the wavelength of 1.24 ⁇ m, respectively.
  • the reference sound of the angle change and expansion / contraction of the CH bond is distributed over a wide band from the wavelength of 2 ⁇ m to 2.5 ⁇ m.
  • FIG. 11 shows the relationship between the light absorption rate and the spectrum of sunlight when the film thickness of the ethylene terephthalate resin having an ester bond and a benzene ring is changed.
  • the film thickness increases to 25 ⁇ m, 125 ⁇ m, and 500 ⁇ m
  • the light absorption in the long wave region increases from the wavelength of 1.5 ⁇ m caused by the respective vibrations.
  • the light absorption from the ultraviolet region to the visible region increases. This is due to the spread of the light absorption edge due to the chemical bond.
  • the light absorption coefficient increases at the wavelength having the largest absorption coefficient, but when the film thickness is thick, the absorption coefficient with a broad absorption edge and a weak absorption coefficient is based on the above-mentioned light absorption coefficient relational expression. Appears next.
  • the film thickness increases, the light absorption from the ultraviolet region to the visible region increases.
  • Absorption of solar spectrum when a thickness of 25 ⁇ m is 15W / m 2
  • the absorption of the solar spectrum when the absorption of the solar spectrum when the thickness is 125 ⁇ m is 41W / m 2
  • the thickness of 500 ⁇ m is 88W / It is m 2.
  • the light absorption of the light reflecting layer B is 50 W / m 2 according to the above regulation, when the film thickness is 500 ⁇ m, the sum of the sunlight absorption of the ethylene terephthalate resin and the sunlight absorption of the light reflecting layer B is 138 W. It becomes / m 2.
  • the maximum value of infrared radiation in the wavelength band of the window of the atmosphere in the lowland summer of Japan is about 160 W on a day when the atmospheric condition is good at 30 ° C., and usually about 125 W. From the above, when the film thickness of the ethylene terephthalate resin is 500 ⁇ m or more, the radiative cooling performance is not exhibited.
  • the origin of the absorption spectrum in the wavelength band of 1.5 ⁇ m to 4 ⁇ m is not the functional group but the vibration of the hydrocarbon in the main chain, and if it is a hydrocarbon-based resin, it behaves in the same manner as the ethylene terephthalate resin.
  • the hydrocarbon resin has light absorption due to chemical bonds in the ultraviolet region, and exhibits the same behavior as the ethylene terephthalate resin from the ultraviolet to the visible. That is, if it is a hydrocarbon resin, it behaves in the same manner as an ethylene terephthalate resin from a wavelength of 0.3 ⁇ m to 4 ⁇ m. From the above, the thickness of the hydrocarbon-based resin needs to be thinner than 500 ⁇ m.
  • the resin material is a resin material in which a resin having a carbon-fluorine bond or a siloxane bond as a main chain and a resin having a hydrocarbon as the main chain are blended
  • the resin having the blended hydrocarbon as the main chain is used.
  • Light absorption in the near-infrared region due to CH, CH 2 , CH 3, etc. appears according to the ratio of CH, CH 2, CH 3, and the like.
  • the carbon-fluorine bond or the siloxane bond is the main component, the light absorption in the near infrared region due to the hydrocarbon becomes small, so that the thickness can be increased to the upper limit of 20 mm from the viewpoint of thermal conductivity.
  • the blended hydrocarbon resin is the main component, the thickness needs to be 500 ⁇ m or less.
  • the side chain of fluororesin or silicone rubber is replaced with hydrocarbon, alternating copolymer of fluorine monomer, silicone monomer and hydrocarbon monomer, or random copolymer.
  • Block copolymers and graft copolymers are also included.
  • the alternate copolymer of the fluorine monomer and the hydrocarbon monomer include fluoroethylene vinyl ester (FEVE), fluoroolefin-acrylic acid ester copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), and ethylene. Chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) can be mentioned.
  • the thickness of the resin material layer J should be thin.
  • the thermal conductivity of resin materials is generally lower than that of metals and glass.
  • the film thickness of the resin material layer J should be the minimum necessary. The thicker the film thickness of the resin material layer J, the larger the heat radiation of the window of the atmosphere, and when the film thickness exceeds a certain thickness, the heat radiation energy of the window of the atmosphere is saturated.
  • the film thickness to be saturated depends on the resin material, but in the case of fluororesin, it is sufficiently saturated if it is about 300 ⁇ m. Therefore, from the viewpoint of thermal conductivity, it is desirable to suppress the film thickness to 300 ⁇ m or less rather than 500 ⁇ m. Further, although the heat radiation is not saturated, sufficient heat radiation can be obtained in the window region of the atmosphere even if the thickness is about 100 ⁇ m. The thinner the thickness, the higher the thermal transmission rate and the more effectively the temperature of the object to be cooled can be lowered. Therefore, in the case of fluororesin, the thickness should be about 100 ⁇ m or less.
  • the absorption coefficient derived from the carbon-silicon bond, carbon-chlorine bond, carbon-oxygen bond, ester bond, and ether bond is larger than the absorption coefficient caused by the CF bond.
  • the heat insulating property becomes small and the object E to be cooled can be effectively cooled.
  • the object E to be cooled can be effectively cooled if the thickness is 100 ⁇ m or less.
  • the effect of thinning is other than lowering the heat insulation and making it easier to transfer cold heat. It carbon - chlorine bond, a carbon - oxygen bond, an ester bond, exhibits a resin having an ether bond, a CH, CH 2, CH 3 of the light absorption in the near-infrared region from the suppression of the near infrared region. If it is made thinner, the sunlight absorption due to these can be reduced, so that the cooling capacity of the radiative cooling device CP is increased.
  • a thickness of 50 ⁇ m or less can more effectively produce a radiative cooling effect in sunlight. can.
  • the heat radiation is completely saturated in the window region of the atmosphere even if the thickness is 50 ⁇ m, and sufficient heat radiation can be obtained in the window region of the atmosphere even if the thickness is 10 ⁇ m.
  • the thinner the resin material layer J the higher the thermal transmission rate and the more effectively the temperature of the object E to be cooled can be lowered. Therefore, in the case of a resin containing a carbon-silicon bond, if the thickness is 10 ⁇ m or less, heat insulation is performed. The property is reduced and the object E to be cooled can be effectively cooled. If it is made thinner, the sunlight absorption can be reduced, so that the cooling capacity of the radiative cooling device CP is increased. From the above viewpoint, in the case of a resin containing a carbon-silicon bond, if the thickness is 10 ⁇ m or less, the radiative cooling effect can be obtained more effectively in the sunlight.
  • the reflective material on the side where the radiation surface H exists (the side where the resin material layer J exists) needs to be silver or a silver alloy. As shown in FIG. 12, if the light reflecting layer B is formed based on silver, the reflectance required for the light reflecting layer B can be obtained.
  • the thickness When reflecting sunlight with only silver or a silver alloy with the above-mentioned reflectance characteristics, a thickness of 50 nm or more is required. However, in order to provide the light reflecting layer B with flexibility, the thickness needs to be 100 ⁇ m or less. If it is thicker than this, it will be difficult to bend.
  • the "silver alloy” an alloy in which any one of copper, palladium, gold, zinc, tin, magnesium, nickel and titanium is added to silver, for example, about 0.4% by mass to 4.5% by mass is added. Can be used.
  • APC-TR made of Furuya metal
  • the light reflecting layer B In order for the light reflecting layer B to have the above-mentioned reflectance characteristics, a structure in which a silver or silver alloy located adjacent to the protective layer D and an aluminum or aluminum alloy located on the side away from the protective layer D are laminated. It may be. Also in this case, the reflective material on the side where the radiation surface H exists (the side where the resin material layer J exists) needs to be silver or a silver alloy. When composed of two layers of silver (silver alloy) and aluminum (aluminum alloy), the thickness of silver needs to be 10 nm or more, and the thickness of aluminum needs to be 30 nm or more. However, in order to provide the light reflecting layer B with flexibility, the total thickness of silver and aluminum needs to be 100 ⁇ m or less. If it is thicker than this, it will be difficult to bend.
  • the "aluminum alloy” an alloy obtained by adding copper, manganese, silicon, magnesium, zinc, carbon steel for machine structure, ittrium, lantern, gadrinium, and terbium to aluminum can be used.
  • a protective layer D that protects silver is required in a form adjacent to silver or a silver alloy. Details of the protective layer D will be described later.
  • the emissivity of the window region of the atmosphere of fluoroethylene vinyl ether is as shown in FIG.
  • the emissivity of the silicone rubber is as shown in FIG. 4
  • the emissivity of the olefin modified product is as shown in FIG. 8
  • the emissivity of the vinyl chloride resin is shown in FIG. It's a street.
  • the radiative cooling ability is exhibited at a thickness of 1 ⁇ m or more as expected from theory. It was found that the fluoroethylene vinyl ether having a carbon-fluorine bond exhibits radiative cooling ability at a film thickness of 5 ⁇ m, which is thinner than the theoretically predicted 10 ⁇ m. The reason for this is that not only the light absorption of the window of the atmosphere by the carbon-fluorine bond but also the light absorption by the ether bond of vinyl ether is added, and the light absorption rate of the window of the atmosphere is increased as compared with the case of each alone.
  • the olefin modified product does not have a radiative cooling capacity because there is almost no heat radiation in the window region of the atmosphere.
  • the radiative cooling device CP of the present invention can have a film structure as shown in FIGS. 16 to 19. Since the resin material forming the resin material layer J and the protective layer D is flexible, if the light reflecting layer B is made into a thin film, the light reflecting layer B can also be made flexible, and as a result, the radiative cooling device.
  • the CP can be a flexible film (radiative cooling film).
  • the film-shaped radiative cooling device CP (radiative cooling film) is retrofitted to existing objects, such as by applying glue and wrapping it around the outer circumference of a car, the outer wall of a warehouse or building, or the outer circumference of a helmet to exert radiative cooling. Therefore, the radiative cooling capacity can be easily exerted.
  • the target to which the film-shaped radiative cooling device CP (radiative cooling film) is attached is the outer surface of various tents, the outer surface of the box for storing electrical equipment, the outer surface of the container for transporting goods, and the milk tank for storing milk.
  • Various things that require cooling such as the outer surface and the outer surface of the milk storage part of the milk tank lorry, can be targeted.
  • the radiative cooling device CP in the form of a film.
  • a protective layer D is applied or pasted on the resin material layer J produced in the form of a film, and a light reflecting layer is formed on the protective layer D by vapor deposition, sputtering, ion plating, silver mirror reaction, or the like. It is conceivable to produce B.
  • the radiant cooling device CP radiant cooling film
  • the light reflecting layer B when the light reflecting layer B is formed as a single layer of silver or a silver alloy, or when silver (silver alloy) and aluminum (aluminum alloy) are used.
  • the protective layer D is formed on the upper side of the light reflecting layer B
  • the resin material layer J is formed on the upper part of the protective layer D
  • the bottom of the light reflecting layer B is formed.
  • the lower protective layer Ds is also formed on the side.
  • the protective layer D, the light reflecting layer B, and the lower protective layer Ds are sequentially coated on the film-shaped resin material layer J and integrated.
  • a method of molding can be adopted.
  • the light reflecting layer B is composed of an aluminum layer B1 formed of an aluminum foil functioning as aluminum (aluminum alloy) and a silver layer B2 made of silver or a silver alloy.
  • a protective layer D is formed on the upper side of the light reflecting layer B, and a resin material layer J is formed on the upper part of the protective layer D.
  • a silver layer B2 As a method of producing the radiative cooling device CP (radiative cooling film) of FIG. 17, a silver layer B2, a protective layer D, and a resin material layer J are sequentially coated on an aluminum layer B1 made of aluminum foil. A method of integrally molding can be adopted. As another production method, the resin material layer J is formed in a film shape, the protective layer D and the silver layer B2 are sequentially coated on the film-shaped resin material layer J, and the aluminum layer B1 is a silver layer. A method of pasting on B2 can be adopted.
  • the radiation cooling device CP (radiation cooling film) of FIG. 18 has a case where the light reflecting layer B is formed as one layer of silver or a silver alloy, or a case where the light reflecting layer B is composed of two layers of silver (silver alloy) and aluminum (aluminum alloy).
  • a protective layer D is formed on the upper side of the light reflecting layer B
  • a resin material layer J is formed on the upper part of the protective layer D
  • a film layer F such as PET is formed on the lower side of the light reflecting layer B. It was done.
  • a light reflecting layer is formed on a film layer F (corresponding to a base material) formed in a film shape by PET (ethylene terephthalate resin) or the like.
  • B and the protective layer D are sequentially applied and integrally molded, and a separately formed film-like resin material layer J is bonded (adhered) to the protective layer D with a glue layer N (an example of a bonding layer).
  • a glue layer N an example of a bonding layer
  • the adhesive (adhesive) used in the glue layer N includes, for example, urethane-based adhesive (adhesive), acrylic-based adhesive (adhesive), EVA (ethylene vinyl acetate) -based adhesive (adhesive), and the like. Yes, it is desirable to have high transparency to sunlight.
  • the thickness of the glue layer N is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and further preferably the thickness of the glue layer N is in the range of 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the light reflecting layer B is composed of an aluminum layer B1 that functions as aluminum (aluminum alloy) and a silver layer B2 made of silver or a silver alloy (alternative silver).
  • the aluminum layer B1 is formed on the upper part of the film layer F (corresponding to the base material) formed in the form of a PET (ethylene terephthalate resin) or the like, and the protective layer D is formed on the upper side of the silver layer B2.
  • the resin material layer J is formed on the upper side of the protective layer D.
  • an aluminum layer B1 is applied on the film layer F, the film layer F and the aluminum layer B1 are integrally molded, and separately.
  • the protective layer D and the silver layer B2 are coated on the film-shaped resin material layer J to integrally form the resin material layer J, the protective layer D, and the silver layer B2, and the aluminum layer B1 and the silver layer B2 are glued together.
  • a method of bonding with the layer N can be adopted.
  • the adhesive (adhesive) used in the glue layer N includes, for example, urethane-based adhesive (adhesive), acrylic-based adhesive (adhesive), EVA (ethylene vinyl acetate) -based adhesive (adhesive), and the like. Yes, it is desirable to have high transparency to sunlight.
  • the thickness of the glue layer N is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and further preferably the thickness of the glue layer N is in the range of 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • FIG. 30 shows an appropriate concrete configuration of the radiative cooling device CP (radiative cooling film), and FIG. 31 shows the light reflectance spectrum of the radiative cooling device CP (radiative cooling film) having the proper specific configuration.
  • the light reflecting layer B is made of silver (Ag) having a thickness of 80 nm, and polyethylene terephthalate (PET) having a thickness of 25 nm is placed above the light reflecting layer B.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PVC vinyl chloride
  • the protective layer D is a polyolefin resin having a thickness of 300 nm or more and 40 ⁇ m or less, or a polyethylene terephthalate having a thickness of 17 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the polyolefin resin include polyethylene and polypropylene.
  • FIG. 20 shows the ultraviolet absorption rates of polyethylene, vinylidene chloride resin, ethylene terephthalate resin, and vinyl chloride resin. Further, FIG. 21 shows the light transmittance of polyethylene suitable as the synthetic resin for forming the protective layer D.
  • the radiant cooling device CP (radiant cooling film) exerts a radiant cooling action not only at night but also in a solar radiation environment, in order to maintain a state in which the light reflecting layer B exerts a light reflecting function.
  • the protective layer D By protecting the light reflecting layer B with the protective layer D, it is necessary to prevent the silver of the light reflecting layer B from being discolored in a solar radiation environment.
  • the protective layer D is formed of a polyolefin resin having a thickness of 300 nm or more and a form of 40 ⁇ m or less, the polyolefin resin has a wavelength of 0.3 to 0.4 ⁇ m over the entire wavelength range of ultraviolet rays. Since the synthetic resin has an ultraviolet light absorption rate of 10% or less, the protective layer D is less likely to be deteriorated by the absorption of ultraviolet rays.
  • the thickness of the polyolefin-based resin forming the protective layer D is 300 nm or more, the radicals generated in the resin material layer J are blocked from reaching the silver or silver alloy forming the light-reflecting layer. In addition, it satisfactorily exerts a blocking function such as blocking the moisture transmitted through the resin material layer J from reaching the silver or silver alloy forming the light reflecting layer B, and the silver forming the light reflecting layer B. Alternatively, discoloration of the silver alloy can be suppressed.
  • the protective layer D formed of the polyolefin resin deteriorates while forming radicals on the surface side away from the light reflecting layer B due to the absorption of ultraviolet rays, but since the thickness is 300 nm or more, The formed radicals do not reach the light reflecting layer, and even if they deteriorate while forming radicals, the progress of deterioration is slow due to the low absorption of ultraviolet rays. It will be demonstrated over a long period of time.
  • the ethylene terephthalate resin has a wavelength of 0.3 to 0.4 ⁇ m as compared with the polyolefin resin.
  • the ethylene terephthalate resin is a synthetic resin having a high light absorption rate of ultraviolet rays in the ultraviolet wavelength range of the above, since the thickness is 17 ⁇ m or more, the radicals generated in the resin material layer J form a silver or silver alloy forming the light reflecting layer B. It is intended to satisfactorily exhibit a blocking function for a long period of time, such as blocking the arrival of water and blocking the moisture transmitted through the resin material layer J from reaching the silver or silver alloy forming the light reflecting layer. Therefore, discoloration of the silver or the silver alloy forming the light reflecting layer B can be suppressed.
  • the protective layer formed of the ethylene terephthalate resin deteriorates while forming radicals on the surface side away from the light reflecting layer B due to the absorption of ultraviolet rays, but since the thickness is 17 ⁇ m or more, The formed radicals do not reach the reflective layer, and even if they deteriorate while forming radicals, the thickness is 17 ⁇ m or more, so that the above-mentioned blocking function is exhibited for a long period of time.
  • the deterioration of ethylene terephthalate resin is caused by the cleavage of the ester bond between ethylene glycol and terephthalic acid by ultraviolet rays to form radicals. This deterioration proceeds in order from the surface of the surface of the ethylene terephthalate resin (PET) irradiated with ultraviolet rays.
  • the ester bond of the ethylene terephthalate resin (PET) having a diameter of about 9 nm is cleaved in order from the irradiated surface per day. .. Since the ethylene terephthalate resin (PET) is sufficiently polymerized, the ethylene terephthalate resin (PET) on the cleaved surface does not attack the silver (silver alloy) of the light reflecting layer B, but the ethylene terephthalate resin. When the cracked end of (PET) reaches the light reflecting layer B silver (silver alloy), the silver (silver alloy) is discolored.
  • a thickness of about 3 ⁇ m is required by adding up 9 nm / day and 365 days.
  • a thickness of 10 ⁇ m or more is required.
  • a thickness of 17 ⁇ m or more is required to make it durable for 5 years or more.
  • the reason for setting the upper limit of the thickness is to prevent the protective layer D from exhibiting heat insulating properties that do not contribute to radiative cooling. be. That is, since the protective layer D exhibits a heat insulating property that does not contribute to radiative cooling as the thickness increases, the protective layer D exhibits a heat insulating property that does not contribute to radiative cooling while exerting a function of protecting the light reflecting layer B. In order to avoid the above, the upper limit of the thickness will be set.
  • the glue layer N when the glue layer N is located between the resin material layer J and the protective layer D, radicals are also generated from the glue layer N, but the protective layer D is formed. If the thickness of the polyolefin resin to be formed is 300 nm or more and the thickness of the ethylene terephthalate resin forming the protective layer D is 17 ⁇ m or more, the radicals generated in the glue layer N reach the light reflecting layer B. Can be suppressed for a long period of time.
  • the protective layer D becomes thick, there is no demerit in preventing the silver (silver alloy) of the light reflecting layer B from being colored, but a problem in radiative cooling occurs. That is, the thicker the material, the better the heat insulating property of the radiative cooling material.
  • a resin whose main component is polyethylene, which is excellent as a synthetic resin for forming the protective layer D has a small emissivity in the window of the atmosphere as shown in FIG. 25, and therefore does not contribute to radiative cooling even if it is formed thick. On the contrary, thickening will improve the heat insulation of the radiative cooling material.
  • the thickness of the protective layer D formed of the polyolefin resin is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the protective layer D is an acrylic resin that absorbs ultraviolet rays well
  • the protective layer D is decomposed by ultraviolet rays to form radicals, and silver immediately yellows and does not function as a radiative cooling device CP.
  • the line of 600 h in the figure is a reflectance spectrum after performing a xenon weather test (ultraviolet light energy is 60 W / m 2 ) for 600 h (hours) under the conditions of JIS standard 5600-7-7.
  • the 0h line is the reflectance spectrum before the xenon weather test is performed.
  • the protective layer D is polyethylene having a low light absorption rate of ultraviolet rays
  • the resin whose main component is polyethylene (polyolefin resin) hardly absorbs the ultraviolet rays of sunlight that reaches the ground, so it is difficult to form radicals even when exposed to sunlight, so even when exposed to sunlight, it reflects light. Coloring of silver as layer B does not occur.
  • the line of 600 h in the figure is a reflectance spectrum after performing a xenon weather test (ultraviolet light energy is 60 W / m 2 ) for 600 h (hours) under the conditions of JIS standard 5600-7-7.
  • the 0h line is the reflectance spectrum before the xenon weather test is performed.
  • the fluororesin-based material can also be applied to the material forming the protective layer D from the viewpoint of absorbing ultraviolet rays, but when it is actually formed as the protective layer D, it is colored and deteriorated at the forming stage, so that the material forming the protective layer D is formed. Cannot be used as. Further, silicone can also be applied to a material for forming the protective layer D from the viewpoint of absorbing ultraviolet rays, but the adhesion to silver (silver alloy) is extremely poor, and it cannot be used as a material for forming the protective layer D.
  • an anchor layer G is provided on the upper part of the film layer F (corresponding to a base material), and a light reflection layer B, a protective layer D, and an infrared radiation layer A are provided on the upper part of the anchor layer G. It may be configured as.
  • the film layer F (corresponding to the base material) is formed in a film shape by, for example, PET (ethylene terephthalate resin) or the like.
  • the anchor layer is introduced to strengthen the adhesion between the film layer F and the light reflecting layer B. That is, when silver (Ag) is directly formed on the film layer F, peeling easily occurs.
  • the anchor layer G is preferably composed mainly of acrylic, polyolefin, or urethane, and is mixed with a compound having an isocyanate group or a melamine resin. It is a coating on the part that is not directly exposed to sunlight, and there is no problem even if it is a material that absorbs ultraviolet rays.
  • As a method of strengthening the adhesion between the film layer F and the light reflecting layer B there is a method other than inserting the anchor layer G. For example, if the film-forming surface of the film layer F is irradiated with plasma to roughen the surface, the adhesion is enhanced.
  • the resin material layer J constituting the infrared radiation zone A may be mixed with the filler V of the inorganic material to provide a light scattering configuration. Further, as shown in FIG. 28, both the front and back surfaces of the resin material layer J constituting the infrared radiation zone A may be formed in an uneven shape to provide a light scattering configuration. With this configuration, when the radiation surface H is viewed, the glare of the radiation surface H can be suppressed.
  • the resin material layer J described above has a structure in which both the front and back surfaces are flat and the filler V is not mixed.
  • the radiation surface H becomes a mirror surface, so that the radiation surface H can be seen.
  • glare is felt, but this glare can be suppressed by providing a light scattering configuration.
  • the filler V is mixed in the resin material layer J, if the protective layer D and the light reflection layer B are present, the case where only the resin material layer J in which the filler V is mixed is present or the case where only the light reflection layer B is present. The light reflectance is improved.
  • silicon dioxide (SiO 2 ) titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO) and the like can be preferably used.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • TiO 2 titanium oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • MgO magnesium oxide
  • both the front and back surfaces of the resin material layer J become uneven. Further, in order to make both the front and back surfaces of the resin material layer J uneven, it can be performed by embossing or scratching the surface.
  • the glue layer N (bonding layer) is located between the resin material layer J and the protective layer D, as in the configuration described with reference to FIG. Is desirable. That is, even if the back surface of the resin material layer J is uneven, the glue layer N (bonding layer) is located between the resin material layer J and the protective layer D, so that the resin material layer J and the protective layer D can be separated. Can be joined properly.
  • the plasma bonding is a form in which radicals are formed by radiation of plasma on the bonding surface of the resin material layer J and the bonding surface of the protective layer D, and the radicals are used for bonding.
  • the back surface of the protective layer D in contact with the light reflecting layer B becomes uneven, which causes the surface of the light reflecting layer B to be deformed in an uneven shape. It is necessary to avoid mixing the filler V. That is, if the surface of the light reflecting layer B is deformed into an uneven shape, light reflection cannot be performed properly, and as a result, radiative cooling cannot be performed properly.
  • the Ag layer is directly formed on the light diffusion layer” in FIG. 29 means an infrared radiation layer A (resin material layer J) in which a filler V is mixed or an embossing unevenness is formed on the Ag layer side which is a light reflection layer B. It means that silver (Ag) is deposited on the surface of the light-reflecting layer B by vapor deposition or the like to form a light-reflecting layer B. Further, the "light diffusion layer on the mirror surface Ag” means that the upper surface of the Ag layer, which is the light reflection layer B, is formed in a mirror surface shape, and the upper part of the Ag layer, the protective layer D, and the filler V are mixed or embossed. It means that the infrared radiation layer A (resin material layer J) having irregularities in processing is laminated.
  • the surface of the light reflecting layer B becomes uneven, so that the light reflectance is greatly reduced, but "on the mirror surface Ag".
  • the surface of the light reflection layer B is maintained in a mirror surface shape, and the light reflectance as appropriate can be obtained.
  • cooling object E an object that is in close contact with the back surface of the radiative cooling device CP (radiative cooling film) is illustrated, but as the cooling object E, various types of cooling such as a cooling target space and the like are illustrated.
  • the target can be applied.
  • the embodiment in which the radiation surface H of the resin material layer J is exposed as it is is illustrated, but it may be implemented in the form of providing a hard coat covering the radiation surface H.
  • the hard coat there are UV-curable acrylic type, thermosetting acrylic type, UV-curable silicone type, thermosetting silicone type, organic-inorganic hybrid type, and vinyl chloride, and any of them may be used.
  • An organic antistatic agent may be used as an additive.
  • Urethane acrylate is particularly good among UV-curable acrylics.
  • a hard coat film forming method As a hard coat film forming method, a gravure coat method, a bar coat method, a knife coat method, a roll coat method, a blade coat method, a die coat method and the like can be used.
  • the thickness of the hard coat (coating film) is 1 to 50 ⁇ m, and particularly preferably 2 to 20 ⁇ m.
  • the amount of the plasticizer of the vinyl chloride resin may be reduced to obtain a hard vinyl chloride resin or a semi-hard vinyl chloride resin.
  • the vinyl chloride itself of the infrared radiation zone A becomes the hard coat layer.

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Abstract

柔軟性を持たせることができしかも日射環境下において冷却対象を冷やすことができる放射冷却装置を提供する。 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、赤外放射層Aと光反射層Bとの間の保護層Dとが設けられ、赤外放射層Aが、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された樹脂材料層Jであり、光反射層Bが、銀または銀合金を備え、保護層Dが、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に、又は、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成される。

Description

放射冷却装置及び放射冷却方法
 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、前記赤外放射層と前記光反射層との間の保護層とが設けられ、
 前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された樹脂材料層であり、
 前記光反射層が、銀または銀合金を備える放射冷却装置及び当該放射冷却装置を用いた放射冷却方法に関する。
 放射冷却とは、物質が周囲に赤外線などの電磁波を放射することでその温度が下がる現象のことを言う。この現象を利用すれば、たとえば、電気などのエネルギーを消費せずに冷却対象を冷やす放射冷却装置を構成することができる。
 そして、銀または銀合金を備える光反射層が太陽光を十分に反射することより、昼間の日射環境下においても冷却対象を冷やすことができる。
 つまり、光反射層が、赤外放射層を透過した光(紫外光、可視光、赤外光)を反射して放射面から放射させて、赤外放射層を透過した光(紫外光、可視光、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より、昼間の日射環境下においても冷却対象を冷やすことができる。
 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光を赤外放射層に向けて反射する作用も奏することになるが、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(紫外光、可視光、赤外光)を反射することを目的として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従来例として、保護層を、酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を含む形態で構成する、あるいは、保護層を、ポリメチルメタクリレートにて厚さが50nmの形態に構成するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特表2018-526599号公報
 特許文献1が開示する従来の放射冷却装置において、保護層を、酸化アルミニウム及び二酸化ケイ素を含む形態で構成すると、保護層が無機材料であるため、柔軟性がないものとなる。つまり、赤外放射層が、柔軟性を備える樹脂材料層にて形成され、光反射層が、例えば銀の薄膜として構成されて、柔軟性を備えるとしても、無機材料によって構成される保護層が柔軟性を備えないため、放射冷却装置が柔軟性を備えないものとなる。また、赤外放射層の柔軟性に追従した場合、保護層に割れや剥がれが生じ、保護の機能がなくなる。つまり、従来の保護層に無機材料を用いた放射冷却装置は柔軟性が乏しかった。
 したがって、保護層が無機材料によって構成される従来の放射冷却装置は、既設の屋外設備における任意の形状の外壁等に後付けして、放射冷却性能を与えることが困難となる。
 特許文献1が開示する従来の放射冷却装置において、保護層を、ポリメチルメタクリレートにて厚さが50nmの形態に構成すると、保護層が紫外線の吸収により短期間で劣化して、反射層を形成する銀又は銀合金を変色させてしまう不都合がある。
 つまり、保護層は、樹脂材料層にて発生したラジカルが反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断し、また、樹脂材料層を透過する水分が保護層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断する等の遮断作用を発揮して、反射層を形成する銀又は銀合金の変色を抑制する必要がある。
 しかしながら、ポリメチルメタクリレートにて厚さが50nmの形態に構成された保護層は、紫外線の吸収により短期間で劣化して、上述の遮断作用を発揮しなくなるため、反射層を形成する銀又は銀合金を、短期間が経過した段階で変色させてしまう不都合がある。
 そして、反射層を形成する銀又は銀合金が変色すると、反射層が太陽光を適切に反射させることができなくなって、太陽光の吸収により温度上昇することになる結果、放射冷却装置が、昼間の日射環境下において冷却対象を冷やすことができなくなる。
 本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、柔軟性を持たせることができしかも日射環境下において冷却対象を冷やすことができる放射冷却装置及びその放射冷却装置を用いた放射冷却方法を提供することにある。
 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、前記赤外放射層と前記光反射層との間の保護層とが設けられ、
 前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された樹脂材料層であり、
 前記光反射層が、銀または銀合金を備えるものであって、その特徴構成は、
 前記保護層が、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に、又は、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成されている点にある。
 すなわち、赤外放射層としての樹脂材料層の放射面から入射する太陽光は、樹脂材料層及び保護層を透過した後、樹脂材料層の放射面の存在側とは反対側にある光反射層で反射され、放射面から系外へ逃がされる。
 なお、本明細書の記載において、単に光と称する場合、当該光の概念には紫外光(紫外線)、可視光、赤外光を含む。これらを電磁波としての光の波長で述べると、その波長が10nmから20000nm(0.01μmから20μmの電磁波)の電磁波を含む。
 また、放射冷却装置への伝熱(入熱)は、樹脂材料層で赤外線に変換されて、放射面から系外へ逃がされる。
 このように、上記構成によれば、放射冷却装置へ照射される太陽光を反射し、また、放射冷却装置への伝熱(例えば、大気からの伝熱や、放射冷却装置が冷却する冷却対象物からの伝熱)を赤外光として系外へ放射することができる。
 また、樹脂材料層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整されていることに加えて、保護層が、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に、又は、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成されているから、昼間の日射環境下においても、光反射層の銀または銀合金が変色することを抑制できるため、光反射層にて太陽光を適切に反射させるようにしながら、昼間の日射環境下においても、冷却機能を発揮することができる。
 そして、樹脂材料層は、柔軟性の高い樹脂材料にて形成されることになるから、樹脂材料層に柔軟性を持たせることができ、しかも、保護層が柔軟性の高い樹脂材料にて形成されることになるから、保護層に柔軟性を持たせることができる。ちなみに、光反射層は、例えば銀の薄膜として構成する等により、柔軟性を備えさせることができる。
 したがって、樹脂材料層と保護層と光反射層とを備える放射冷却装置に柔軟性を持たせることができる。
 保護層にて光反射層の銀または銀合金の変色を抑制することについて説明を加える。
 すなわち、保護層が存在しない場合には、樹脂材料層にて発生したラジカルが光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することや、樹脂材料層を透過する水分が光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することにより、光反射層の銀または銀合金が短期間で変色して、光反射機能を適切に発揮しない状態になる虞があるが、保護層の存在により、光反射層の銀または銀合金が短期間で変色することを抑制できることになる。
 保護層が、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に形成される場合には、ポリオレフィン系樹脂は、波長0.3μmから0.4μmの紫外線の波長域の全域において紫外線の光吸収率が10%以下である合成樹脂であるから、保護層が紫外線の吸収により劣化し難いものとなる。
 そして、保護層を形成するポリオレフィン系樹脂の厚さが、300nm以上であるから、樹脂材料層にて発生したラジカルが光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断し、また、樹脂材料層を透過する水分が光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断する等の遮断機能を良好に発揮することになり、光反射層を形成する銀又は銀合金の変色を抑制できることになる。
 ちなみに、ポリオレフィン系樹脂にて形成される保護層は、紫外線の吸収により、反射層から離れる表面側にラジカルを形成しながら劣化することになるが、厚さが300nm以上であるから、形成したラジカルが光反射層に到達することはなく、また、ラジカルを形成しながら劣化するにしても、紫外線の吸収が低いことにより劣化の進み具合は遅いものであるから、上述の遮断機能を長期に亘って発揮することになる。
 保護層が、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成される場合には、エチレンテレフタラート樹脂は、ポリオレフィン系樹脂よりも、波長0.3μmから0.4μmの紫外線の波長域において紫外線の光吸収率が高い合成樹脂であるが、厚さが17μm以上であるから、保護層の反射層から離れる表面側に形成されたラジカルが反射層に到達することを防ぐことができる。また、厚さが17μm以上であるから、樹脂材料層にて発生したラジカルが光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断し、また、樹脂材料層を透過する水分が光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断する等の遮断機能を長期に亘って良好に発揮することになり、保護層を形成する銀又は銀合金の変色を抑制できることになる。
 つまり、エチレンテレフタラート樹脂にて形成される保護層は、紫外線の吸収により、反射層から離れる表面側にラジカルを形成しながら劣化することになるが、厚さが17μm以上であるから、形成したラジカルが反射層に到達することはなく、また、ラジカルを形成しながら劣化するにしても、厚さが17μm以上であるから、上述の遮断機能を長期に亘って発揮することになる。
 尚、ポリオレフィン系樹脂及びエチレンテレフタラート樹脂にて保護層を形成する場合において、その厚さの上限を定める理由は、保護層が放射冷却に寄与しない断熱性を奏することを回避するためである。つまり、保護層は、厚さが厚くなるほど放射冷却に寄与しない断熱性を奏することになるから、反射層を保護する機能を発揮させながらも、放射冷却に寄与しない断熱性を奏することを回避するために、厚さの上限が定められることになる。
 要するに、本発明の放射冷却装置の特徴構成によれば、柔軟性を持たせることができしかも昼間において冷却対象を冷やすことができる放射冷却装置を提供することができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記光反射層は、波長0.4μmから0.5μmの反射率が90%以上、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である点にある。
 すなわち、太陽光スペクトルは波長0.3μmから4μmにかけて存在し、そして、波長が0.4μmから大きくなるにつれて強度が大きくなり、特に波長0.5μmから波長2.5μmにかけての強度が大きい。
 光反射層が、波長0.4μmから0.5μmにかけて90%以上の反射率を示し、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である反射特性を備えると、光反射層が太陽光エネルギーを5%程度以下しか吸収しなくなる。
 その結果、夏場の南中時に、光反射層が吸収する太陽光エネルギーを50W/m程度以下とすることができ、樹脂材料層による放射冷却を良好に行うことができる。
 尚、本明細書では、太陽光について、断りのない場合、スペクトルはAM1.5Gの規格とする。
 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、光反射層よる太陽光エネルギーの吸収を抑えて、樹脂材料層による放射冷却を良好に行うことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層の膜厚が、
 波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下となる光吸収特性を備え、且つ、
 8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる熱輻射特性を備える状態の厚みに調整されている点にある。
 尚、波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均とは、0.4μmから0.5μmの範囲の波長毎の光吸収率の平均値を意味するものであり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均、及び、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均も同様である。また、輻射率を含む他の同様な記載も同様な平均値を意味するものであり、以下、本明細書においては同様である。
 すなわち、樹脂材料層は、厚みによって光吸収率や輻射率(光放射率)が変化する。そのため、太陽光をできるだけ吸収せず、いわゆる大気の窓の領域の波長帯域(光の波長8μmから20μmの領域)において大きな熱輻射を発するように樹脂材料層の厚みを調整する必要がある。
 具体的には、樹脂材料層における太陽光の光吸収率(光吸収特性)の観点において、波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下とする必要がある。尚、2.5μmから4μmまでの光吸収率については、波長平均が100%以下であればよい。
 このような光吸収率が分布する場合、太陽光の光吸収率は10%以下となり、エネルギーで言うと100W以下となる。
 つまり、太陽光の光吸収率は樹脂材料層の膜厚を厚くすると増加する。樹脂材料層を厚膜にすると、大気の窓の輻射率はほぼ1となり、その際に宇宙に放出する熱輻射は125W/mから160W/mとなる。
 上述の如く、光反射層での太陽光吸収は50W/m以下であることが好ましい。
 したがって、樹脂材料層と光反射層における太陽光吸収の和が150W/m以下であり、大気の状態がよければ冷却が進む。樹脂材料層は、以上のように太陽光スペクトルのピーク値付近の吸収率が小さなものを用いるのが良い。
 また、樹脂材料層の赤外光を放射する輻射率(熱輻射特性)の観点では、波長8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる必要がある。
 すなわち、光反射層で吸収される50W/m程度の太陽光の熱輻射を樹脂材料層から宇宙に放出させるには、それ以上の熱輻射を樹脂材料層が出す必要がある。
 例えば、外気温が30℃のとき、波長8μmから14μmの大気の窓の熱輻射の最大は200W/mである(輻射率1として計算)。この値が得られるのは、高山など、空気の薄いよく乾燥した環境の快晴時である。低地などでは大気の厚みが高山よりも厚くなるので、大気の窓の波長帯域は狭くなり、透過率は低下する。ちなみに、このことを「大気の窓が狭くなる」と呼ぶ。
 また、実際に放射冷却装置を使用する環境は多湿であることもあり、その場合も大気の窓は狭くなる。低地で利用する際の大気の窓域で発生する熱輻射は、状態の良いときで30℃において160W/mと見積もられる(輻射率1として計算)。
 また、日本ではよくあることであるが、空に靄があるときや、スモッグが存在する場合、大気の窓はさらに狭くなり、宇宙への放射は125W/m程度となる。
 かかる事情を鑑みて、波長8μmから14μmの輻射率の波長平均は40%以上(大気の窓帯での熱輻射強度が50W/m以上)ないと中緯度帯の低地で用いることができない。
 したがって、樹脂材料層の厚みを、上述した光学的規定の範囲になるように調整することにより、太陽光の光吸収による入熱よりも大気の窓における出熱の方が大きくなり、昼間の日射環境下でも屋外で放射冷却できるようになる。
 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、太陽光の光吸収による入熱よりも大気の窓における出熱の方が大きくなって、日射環境下でも屋外で放射冷却できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料は、炭素-フッ素結合、シロキサン結合、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エーテル結合、エステル結合、ベンゼン環のいずれかを1つ以上有する樹脂から選択される点にある。
 すなわち、樹脂材料層を形成する樹脂材料として、炭素-フッ素結合(C-F)、シロキサン結合(Si-O-Si)、炭素-塩素結合(C-Cl)、炭素-酸素結合(C-O)、エーテル結合(R-COO-R)、エステル結合(C-O-C)、ベンゼン環のいずれかを1つ以上有する無色の樹脂材料を用いることができる。
 キルヒホッフの法則により、輻射率(ε)と光吸収率(A)は等しい。光吸収率(A)は吸収係数(α)から下記式1で求めることができる。
 A=1-exp(-αt)・・・(式1) 尚、tは膜厚である。
 つまり、樹脂材料層の厚みを厚くすると、吸収係数の大きな波長帯域で大きな熱輻射が得られる。屋外で放射冷却する場合、大気の窓の波長帯域である波長8μmから14μmにおいて吸収係数の大きな材料を用いるとよい。また、太陽光の吸収を抑制するためには、波長0.3μmから4μm、特に0.4μmから2.5μmの範囲で吸収係数を持たない、或いは小さな材料を用いるとよい。上記式1の吸収係数と光吸収率の関係式からわかるように、光吸収率(輻射率)は樹脂材料層の膜厚によって変化する。
 日射環境下での放射冷却によって周囲の大気より温度を下げるためには、樹脂材料層を形成する樹脂材料として、大気の窓の波長帯域で大きな吸収係数をもち、太陽光の波長帯域で吸収係数を殆ど持たない材料を選ぶと、樹脂材料層の膜厚の調整によって、太陽光は殆ど吸収しないが、大気の窓の熱輻射を多く出す、つまりは太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 樹脂材料層を形成する樹脂材料の吸収スペクトルについて説明を加える。
 炭素-フッ素結合(C-F)に関しては、CHFおよびCFに起因する吸収係数が大気の窓である波長8μmから14μmにかけた広帯域に大きく広がっており、特に8.6μmで吸収係数が大きい。併せて、太陽光の波長帯域に関しては、エネルギーが大きな波長0.3μmから2.5μmで目立った吸収係数がない。
 C-F結合を有する樹脂材料としては、
 完全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、
 部分フッ素化樹脂であるポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニル(PVF)、
 フッ素化樹脂共重合体であるペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、
 四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、
 エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、
 エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)が挙げられる。
 ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を代表としての基本構造部のC-C結合、C-H結合、C-F結合の結合エネルギーを求めると、4.50eV、4.46eV、5.05eVとなる。それぞれ、波長0.275μm、波長0.278μm、波長0.246μmに対応し、これら波長より短波長側の光を吸収する。
 太陽光スペクトルは波長0.300μmより長波しか存在しないため、フッ素樹脂を用いた場合、太陽光の紫外線、可視光線、近赤外線をほとんど吸収しない。
 尚、紫外線は波長0.400μmよりも短波長側の範囲とし、可視光線は波長0.400μmから0.800μmの範囲とし、近赤外線は波長0.800μmから3μmの範囲とし、中赤外線は波長3μmから8μmの範囲とし、遠赤外線は波長8μmよりも長波長側の範囲とする。
 シロキサン結合(Si-O-Si)をもつ樹脂材料としては、シリコーンゴムおよびシリコーン樹脂が挙げられる。当該樹脂は、C-Siの結合の伸縮に起因する大きな吸収係数が波長13.3μmを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面外変角(縦揺れ)に起因する吸収係数が波長10μmを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面内変角(はさみ)に起因する吸収係数が波長8μm付近に小さく表れる。このように、大気の窓において大きな吸収係数を持つ。紫外領域に関しては、主鎖のSi-O-Siの結合エネルギーが4.60eVであり、波長0.269μmに対応し、この波長より短波長側の光を吸収する。太陽光スペクトルは波長0.300μmより長波しか存在しないため、シロキサン結合を用いた場合、太陽光の紫外線、可視光線、近赤外線をほとんど吸収しない。
 炭素-塩素結合(C-Cl)に関しては、C-Cl伸縮振動による吸収係数が波長12μmを中心に半値幅1μm以上の広帯域に現れる。
 また、炭素-塩素結合(C-Cl)を持つ樹脂材料としてはポリ塩化ビニル(PVC)が挙げられるが、ポリ塩化ビニルの場合、塩素の電子吸引の影響で、主鎖に含まれるアルケンのC-Hの変角振動に由来する吸収係数が波長10μmあたりに現れる。つまり、大気の窓の波長帯域で大きな熱輻射を出すことが可能である。なお、アルケンの炭素と塩素の結合エネルギーは3.28eVであり、その波長は0.378μmに対応し、この波長より短波長側の光を吸収する。つまり、太陽光の紫外線を吸収するが、可視域については吸収をほとんど持たない。
 エーテル結合(R-COO-R)、エステル結合(C-O-C)に関しては、波長7.8μmから9.9μmにかけて吸収係数を持つ。また、エステル結合、エーテル結合に含まれる炭素-酸素結合に関しては、波長8μmから10μmの波長帯域にかけて強い吸収係数が現れる。
 ベンゼン環を炭化水素樹脂の側鎖に導入すると、ベンゼン環自身の振動や、ベンゼン環の影響による周りの元素の振動によって、波長8.1μmから18μmにかけて広く吸収が現れるようになる。
 これらの結合をもつ樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル樹脂、エチレンテレフタラート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートがある。例えばメタクリル酸メチルのC-C結合の結合エネルギーは3.93eVであり、波長0.315μmに対応し、この波長より短波長の太陽光を吸収するが、可視域については吸収をほとんど持たない。
 樹脂材料層を形成する樹脂材料が、前述の輻射率、吸収率特性を有すれば、樹脂材料層としては、一種類の樹脂材料の単層膜、あるいは、複数種類の樹脂材料の多層膜、複数種類がブレンドされた樹脂材料の単層膜、複数種類がブレンドされた樹脂材料の多層膜でも構わない。なお、ブレンドには、交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体といった共重合体や側鎖を置換した変性品も含まれる。
 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、太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料の主成分がシロキサンであり、
 前記樹脂材料層の厚みが、1μm以上である点にある。
 すなわち、上記式1のA=1-exp(-αt)から分かるように、厚みtによって、光吸収率(輻射率)は変化する。樹脂材料の光吸収率(輻射率)が、大気の窓において大きな吸収係数を持つ厚みが必要である。
 シロキサン結合(Si-O-Si)が主たる構成要素の樹脂材料の場合、1μm以上の膜厚があると、大気の窓における輻射強度が大きくなって、太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 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、樹脂材料層を形成する樹脂材料の主成分がシロキサンである場合において、太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層の厚みが、10μm以上である点にある。
 すなわち、炭素-フッ素結合(C-F)、炭素-塩素結合(C-Cl)、炭素-酸素結合(C-O)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C)、ベンゼン環のいずれかが主たる構成要素の樹脂材料の場合、10μm以上の膜厚があると、大気の窓における輻射強度が大きくなって、太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 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、樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-フッ素結合(C-F)、炭素-塩素結合(C-Cl)、炭素-酸素結合(C-O)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C)、ベンゼン環のいずれかが主たる構成要素の樹脂材料の場合において、太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層の厚みが、20mm以下である点にある。
 すなわち、樹脂材料層を形成する樹脂材料の大気の窓の熱輻射は材料表面から約100μm程度以内の範囲で生じる。
 つまり、樹脂材料の厚みが厚くなっても放射冷却に寄与する厚みは変わらず、残りの厚みは放射冷却後の冷熱を断熱する作用を与える。理想的に太陽光を全く吸収しない樹脂材料層ができたとすると、太陽光は放射冷却装置の光反射層でのみ吸収される。
 樹脂材料の熱伝導率はおしなべて0.2W/m・K程度であり、この熱伝導性を考慮して計算すると樹脂材料層の厚みが20mmを超えると、冷却面(光反射層における樹脂材料層の存在側とは反対側の面)の温度が上昇する。太陽光をまったく吸収しない理想的な樹脂材料が存在したとしても、樹脂材料の熱伝導率はおしなべて0.2W/m・K程度であるので、20mm以上の厚みにすると、樹脂材料層の熱輻射(放射冷却)によって、上記冷却面にて冷却する冷却対象物を冷却することができず、冷却対象物が日射を受けて加熱されてしまうため、20mm以上の膜厚にすることはできない。
 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、冷却対象物を適切に冷却することができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムである点にある。
 すなわち、炭素-フッ素結合(C-F)が主たる構成要素のフッ素樹脂、つまり、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEPP)は、太陽光スペクトルの紫外光域、可視光、近赤外域において殆ど光吸収性を持たない。
 また、シロキサン結合(Si-O-Si)を主鎖とし、側鎖の分子量が小さい樹脂、つまり、シリコーンゴムは、フッ素樹脂と同様に、太陽光スペクトルの紫外光域、可視光、近赤外域において殆ど光吸収性を持たない。
 フッ素樹脂およびシリコーンゴムの熱伝導率は0.2W/m・Kであり、この点に鑑みると、これら樹脂は厚さ20mmまで厚くしても放射冷却機能を発揮する。
 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、樹脂材料層の樹脂材料がフッ素樹脂あるいはシリコーンゴムである場合において、放射冷却機能を適切に発揮させることができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを1つ以上を有する炭化水素を主鎖とする樹脂、又は、側鎖の炭化水素の炭素数が2個以上のシリコーン樹脂であり、
 前記樹脂材料層の厚みが500μm以下である点にある。
 すなわち、樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合(C-F)、炭素-酸素結合(C-O)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C)、ベンゼン環のいずれかを1つ以上を有する炭化水素を主鎖とする樹脂であった場合、或いは、側鎖の炭化水素の炭素数が2個以上のシリコーン樹脂であった場合には、共有結合電子による紫外線吸収以外に、近赤外域に結合の変角や伸縮などの振動に基づく吸収が現れる。
 具体的には、CH、CH、CHの第一励起状態への遷移の基準音による吸収がそれぞれ波長1.6μmから1.7μm、波長1.65μmから1.75μm、波長1.7μmに現れる。さらに、CH、CH、CHの結合音の基準音による吸収がそれぞれ波長1.35μm、波長1.38μm、波長1.43μmに現れる。さらに、CH、CHの第二励起状態への遷移の倍音がそれぞれ波長1.24μmあたりに現れる。C-H結合の変角や伸縮の基準音は波長2μmから2.5μmにかけて広帯域に分布している。また、R-CO-Rのような構造式を有する場合、波長1.9μmあたりに大きな光吸収が存在する。
 例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、エチレンテレフタラート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ塩化ビニルは、近赤外域に関してCH、CH、CHに起因する同様の光吸収特性を示す。これら樹脂材料を熱伝導性の観点で規定した20mmの厚さまで厚くすると、太陽光に含まれる近赤外線を吸収して加熱される。したがって、これらの樹脂材料を用いる際は、厚さを500μm以下にする必要がある。
 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、樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを1つ以上を有する炭化水素を主鎖とする樹脂、又は、側鎖の炭化水素の炭素数が2個以上のシリコーン樹脂である場合において近赤外線の吸収を抑制できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-フッ素結合、シロキサン結合を含む樹脂と、炭化水素を主鎖とする樹脂とのブレンドであり、前記樹脂材料層の厚みが500μm以下である点にある。
 すなわち、樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-フッ素結合(C-F)或いはシロキサン結合(Si-O-Si)を主鎖とする樹脂と、炭化水素を主鎖とする樹脂とをブレンドした樹脂材料の場合、ブレンドされた炭化水素を主鎖とする樹脂の割合に応じてCH、CH、CHなどに起因する近赤外域の光吸収が現れる。炭素-フッ素結合或いはシロキサン結合が主成分の場合、炭化水素に起因する近赤外域の光吸収は小さくなるので、熱伝導性の観点での上限の20mmまで厚くすることができる。しかし、ブレンドされる炭化水素樹脂が主成分となる場合は厚さを500μm以下にする必要がある。
 フッ素樹脂或いはシリコーンゴムと炭化水素のブレンドには、フッ素樹脂或いはシリコーンゴムの側鎖を炭化水素に置換したものや、フッ素モノマーおよびシリコーンモノマーと炭化水素モノマーの交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体も含まれる。なお、フッ素モノマーと炭化水素モノマーの交互共重合体としては、フルオロエチレン・ビニルエステル(FEVE)、フルオロオレフィンーアクリル酸エステル共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)が挙げられる。
 置換する炭化水素側鎖の分子量および割合に応じてCH、CH、CHなどに起因する近赤外域の光吸収が現れる。
 側鎖や共重合として導入されるモノマーが低分子であるとき、あるいは、導入されるモノマーの密度が小さいとき、炭化水素に起因する近赤外域の光吸収は小さくなるので、熱伝導性の観点での限界の20mmまで厚くすることができる。
 フッ素樹脂或いはシリコーンゴムの側鎖や共重合されるモノマーとして高分子の炭化水素を導入する場合、樹脂の厚みを500μm以下にする必要がある。
 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、樹脂材料が炭素-フッ素結合、シロキサン結合を含む樹脂と、炭化水素を主鎖とする樹脂とのブレンドである場合において、近赤外線の吸収を抑制できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、フッ素樹脂であり、
 前記樹脂材料層の厚みが、300μm以下である点にある。
 すなわち、放射冷却装置の実用の観点では、樹脂材料層の厚みは薄い方がよい。樹脂材料の熱伝導率は、金属やガラスなどよりも一般に低い。冷却対象物を効果的に冷却するには、樹脂材料層の膜厚は必要最低限であるのがよい。樹脂材料層の膜厚を厚くするほどに大気の窓の熱輻射は大きくなり、ある膜厚を超えると大気の窓における熱輻射エネルギーは飽和する。
 飽和する樹脂材料層の膜厚は樹脂材料にもよるが、フッ素樹脂の場合は概ね300μmもあれば十分に飽和する。したがって、熱伝導度の観点で500μmよりも300μm以下に樹脂材料層の膜厚を抑えるのが望ましい。
 ちなみに、熱輻射は飽和していないが、厚みが100μm程度であっても大気の窓領域において十分な熱輻射を得ることができる。厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり冷却対象物の温度をより効果的に下げられるので、例えば、フッ素樹脂の場合、100μm程度以下の厚さにしてもよい。
 また、フッ素樹脂の場合は、C-F結合に起因する吸収係数よりも炭素-ケイ素結合、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合に由来する吸収係数の方が大きい。当然、熱伝導度の観点で500μmよりも300μm以下に膜厚を抑えるのが望ましいが、更に膜厚を薄くして熱伝導性を上げるとさらに大きな放射冷却効果が期待できる。
 ちなみに、フッ素樹脂の一例としては、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が好適に使用できる。ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、難燃性であり、また、生分解されにくいため、屋外で使用する放射冷却装置の樹脂材料層を形成する樹脂材料として好適である。
 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、樹脂材料がフッ素樹脂である場合において放射冷却効果を向上できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを一つ以上有する樹脂材料であり、
 前記樹脂材料層の厚みが、50μm以下である点にある。
 すなわち、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂材料の場合には、厚みが100μmであっても、大気の窓における熱輻射エネルギーは飽和しており、厚さ50μmでも大気の窓領域において十分な熱輻射が得られる。
 樹脂材料の厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり冷却対象物の温度をより効果的に下げられるので、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂の場合、50μm以下の厚さにすると断熱性が小さくなり被冷却物を効果的に冷却することができる。
 薄くする効用は断熱性を下げて冷熱を伝えやすくすること以外にもある。それは、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合を含む樹脂が呈する、近赤外域でのCH、CH、CH由来の近赤外域の光吸収の抑制である。薄くすると、これらによる太陽光吸収を小さくすることができるので、放射冷却装置の冷却能力が高まる。
 以上の観点から炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂の場合、50μm以下の厚さにするとより効果的に日照下において放射冷却効果を出すことができる。
 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、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを一つ以上有する樹脂材料において放射冷却効果を向上できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-ケイ素結合を有する樹脂材料であり、
 前記樹脂材料層の厚みが、10μm以下である点にある。
 すなわち、炭素-ケイ素結合を有する樹脂材料の場合、厚さ50μmでも大気の窓領域において熱輻射が飽和しきっており、厚さ10μmでも大気の窓領域において十分な熱輻射が得られる。樹脂材料の厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり冷却対象物の温度をより効果的に下げられるので、炭素-ケイ素結合を含む樹脂材料の場合、10μm以下の厚さにすると断熱性が小さくなり冷却対象を効果的に冷却することができる。薄くすると、太陽光吸収を小さくすることができるので、放射冷却装置の冷却能力が高まる。
 以上の観点から炭素-ケイ素結合を含む樹脂材料の場合、10μm以下の厚さにするとより効果的に日照下において放射冷却効果を出すことができる。
 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、炭素-ケイ素結合を有する樹脂材料において放射冷却効果を向上できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂であり、
 前記樹脂材料層の厚みが、100μm以下で10μm以上である点にある。
 すなわち、厚みが100μm以下で10μm以上である塩化ビニル樹脂(ポリ塩化ビニル)又は塩化ビニリデン樹脂(ポリ塩化ビニリデン)は、大気の窓領域において十分な熱輻射が得られるものである。
 塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂は、その熱輻射特性が大気の窓領域において大きな熱輻射が得られるフッ素樹脂よりもやや劣るものの、シリコーンゴム等の他の樹脂材料よりも優れ、フッ素樹脂よりもかなり安価であるから、直射日光下で周囲温度よりも温度が低下する放射冷却装置を安価に構成するのに有効である。
 さらに、薄膜状の塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂は、軟質性であるから、他物が接触しても傷がつき難いため、長期に亘って美麗な状態に維持できる。ちなみに、薄膜状のフッ素樹脂は、硬質性であるから、他物の接触により傷がつき易く、美麗な状態を維持し難いものである。加えて、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂は、難燃性であり、また、生分解されにくいため、屋外で使用する放射冷却装置の樹脂材料層を形成する樹脂材料として好適である。
 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、直射日光下で周囲温度よりも温度が低下しかつ傷がつき難い放射冷却装置を安価に得ることができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記光反射層が、銀または銀合金で構成され、その厚みが50nm以上である点にある。
 すなわち、光反射層に上述の反射率特性、つまり、波長0.4μmから0.5μmの反射率が90%以上、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である反射率特性を持たせるためには、光反射層における放射面側の反射材料としては、銀または銀合金である必要がある。
 そして、銀または銀合金のみで前述の反射率特性を持たせた状態で太陽光を反射する場合、厚さが50nm以上必要である。
 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、光反射層よる太陽光エネルギーの吸収を的確に抑えて、樹脂材料層による放射冷却を良好に行うことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記光反射層が、前記保護層に隣接して位置する銀または銀合金と前記保護層から離れる側に位置するアルミまたはアルミ合金の積層構造である点にある。
 すなわち、光反射層に前述の反射率特性を持たせるためには、銀または銀合金とアルミまたはアルミ合金を積層させた構造にしてもよい。なお、この場合も放射面側の反射材料は銀または銀合金である必要がある。この場合、銀の厚みは10nm以上必要であり、アルミの厚みは30nm以上必要である。
 そして、アルミまたはアルミ合金は、銀または銀合金よりも安価であるから、適切な反射率特性を持たせながらも、光反射層の低廉化を図ることができる。
 つまり、高価な銀または銀合金を薄くして、光反射層の低廉化を図るようにしながらも、光反射層を、銀または銀合金とアルミまたはアルミ合金との積層構造にすることにより、適切な反射率特性を持たせながらも、光反射層の低廉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、適切な反射率特性を持たせながらも、光反射層の低廉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、前記樹脂材料層と前記保護層と前記光反射層とが積層された状態においてフィルム状である点にある。
 すなわち、樹脂材料層と保護層と光反射層とが積層された状態においてフィルム状である。つまり、樹脂材料層と保護層と光反射層とが積層された状態に形成される放射冷却装置が、放射冷却フィルムとして作製されている。
 そして、樹脂材料層及び保護層が柔軟性を備えているから、光反射層を薄膜状にして、光反射層に柔軟性を備えさせることにより、放射冷却装置(放射冷却フィルム)が、柔軟性を備えることになる。
 したがって、フィルム状でかつ柔軟性を備える放射冷却装置(放射冷却フィルム)を、既設の屋外設備における外壁等に後付けして、放射冷却性能を与えるようにすることを良好に行える。
 ちなみに、放射冷却装置(放射冷却フィルム)をフィルム状に作製するには、種々の形態が考えられる。例えば、フィルム状に作製された光反射層に保護層及び樹脂材料層を塗布して作ることが考えられる。あるいは、フィルム状に作製された光反射層に保護層及び樹脂材料層を貼り付けて作ることが考えられる。或いは、フィルム状に作製された樹脂材料層上に、塗布あるいは貼着により保護層を形成し、保護層上に、蒸着・スパッタリング・イオンプレーティング・銀鏡反応などによって光反射層を作製することが考えられる。
 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、既設の設備に後付けして放射冷却性能を与えることを良好に行うことができる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、前記樹脂材料層と前記保護層とが、接着剤又は粘着剤の接合層にて接合されている点にある。
 すなわち、樹脂材料層と保護層とを、接着剤又は粘着剤の接合層にて接合するものであるから、例えば、光反射層と保護層とを積層状態に形成し、別途製作した樹脂材料層と保護層とを接合層にて接合する手順にて、樹脂材料層と保護層と光反射層とが積層された状態に良好に形成することができる。
 接着剤又は粘着剤のせん断引っ張りへの耐久が弱くなると、樹脂材料層と保護層との熱膨張率の違いによって層のずれが経時的に生じる。ずれた部分は赤外放射層となる樹脂材料層がないため、放射冷却性能がなくなる。併せてずれた部分は接合層が露出するのでそこから各種の劣化が始まる。このように、せん断引っ張りによる劣化は生じてはならない劣化モードである。接合層が厚いとせん断引っ張りに弱くなる。つまり、樹脂材料層と保護層とのクリープ特性が悪くなる。この観点から、接合層は150μm以下と薄いことが望ましい。ただし、薄すぎると剥離衝撃に弱くなり、樹脂材料層と保護層が容易にはがれてしまうため、1μm以上の厚みは必要である。接合層が厚くなると熱伝導率が悪くなるため、不必要に厚くするべきでない。このことから接合層は100μm以下とすることが望ましい。
 以上のように、接合層の厚さは1μm以上で100μm以下の厚みの範囲であることが望ましい。接合層のクリープ耐性および剥離衝撃強度を向上させつつ接合層の厚みを薄膜化するには接合層の樹脂の重合度を上げる必要がある。重合度を向上させると硬くなり柔軟性が低減する。放射冷却素材(放射冷却装置)の施工性の観点で柔軟性や素材の伸びは重要であり、この観点から接合層の厚みは、1μm以上で50μm以下の範囲であることがさらに望ましい。
 ちなみに、樹脂材料層と保護層との間に接合層が位置する場合には、接合層からもラジカルが発生することになるが、保護層を形成するポリオレフィン系樹脂の厚さが300nm以上であり、保護層を形成するエチレンテレフタラート樹脂の厚さが17μm以上であれば、接合層にて発生したラジカルが光反射層に到達することを、長期に亘って抑制できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、樹脂材料層に、無機材料のフィラーが混入されている点にある。
 すなわち、樹脂材料層に無機材料のフィラーを混入させることにより、樹脂材料層に光散乱構成を備えさせることができる。
 そして、光散乱構成を備えさせることにより、放射面を見たときに、放射面のギラツキを抑制できるものとなる。
 フィラーを形成する無機材料としては、二酸化ケイ素(SiO酸化チタン(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)等を好適に使用できる。尚、樹脂材料層にフィラーを混入すると、樹脂材料層の表裏両面が凹凸状になる。
 また、樹脂材料層と保護層との間に接合層が位置するから、樹脂材料層の裏面が凹凸状になっていても、樹脂材料層と保護層とを接合層によって適切に接合することができる。
 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、放射面のギラツキを抑制でき、しかも、樹脂材料層と保護層とを適切に接合できる。
 本発明の放射冷却装置の更なる特徴構成は、樹脂材料層の表裏両面が凹凸状に形成されている点にある。
 すなわち、樹脂材料層の表裏両面が凹凸状に形成することにより、樹脂材料層に光散乱構成を備えさせることができる。
 そして、光散乱構成を備えさせることにより、放射面を見たときに、放射面のギラツキを抑制できるものとなる。
 ちなみに、樹脂材料層の表裏両面を凹凸状にするには、エンボス加工や表面に傷を付ける加工等を行うことにより行うことができる。
 また、樹脂材料層と保護層との間に接合層が位置するから、樹脂材料層の裏面が凹凸状になっていても、樹脂材料層と保護層とを接合層によって適切に接合することができる。
 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、放射面のギラツキを抑制でき、しかも、樹脂材料層と保護層とを適切に接合できる。
 本発明の放射冷却方法は、上記特徴構成のいずれかを備える放射冷却装置を用いて、前記赤外光を前記樹脂材料層の前記光反射層が存在する側の面とは反対側の前記放射面から放射する放射冷却方法であって、その特徴構成は、
 前記放射面を空に向け、当該放射面から前記赤外光を放射する点にある。
 上記構成によれば、放射面から系外へ逃がされる赤外光を空に向けて放射し、空、すなわち宇宙に対して放出することができる。さらに、太陽光の光吸収を抑制して、冷却性能を向上することができる。
 要するに、本発明の放射冷却方法の特徴構成によれば、太陽光の光吸収を抑制しながら、冷却性能を向上することができる。
放射冷却装置の基本構成を説明する図である。 樹脂材料の吸収係数と波長帯域との関係を示す図である。 樹脂材料の光吸収率と波長との関係を示す図である。 シリコーンゴムの輻射率スペクトルを示す図である。 PFAの輻射率スペクトルを示す図である。 塩化ビニル樹脂の輻射率スペクトルを示す図である。 エチレンテレフタラート樹脂の輻射率スペクトルを示す図である。 オレフィン変成材料の輻射率スペクトルを示す図である。 放射面の温度と光反射層の温度との関係を示す図である。 シリコーンゴム及びペルフルオロアルコキシフッ素樹脂の光吸収率スペクトルを示す図である。 エチレンテレフタラート樹脂の光吸収率スペクトルを示す図である。 銀をベースにした光反射層の光反射率スペクトルを示す図である。 フルオロエチレンビニルエーテルの輻射率スペクトルを示す図である。 塩化ビニリデン樹脂の輻射率スペクトルを示す図である。 実験結果を示す表である。 放射冷却装置の具体構成を示す図である。 放射冷却装置の具体構成を示す図である。 放射冷却装置の具体構成を示す図である。 放射冷却装置の具体構成を示す図である。 樹脂材料の光吸収率と波長との関係を示す図である。 ポリエチレンの光透過率と波長との関係を示す図である。 試験用構成を説明する図である。 保護層がポリエチレンの場合の試験結果を示す図である。 保護層が紫外線吸収アクリルの場合の試験結果を示す図である。 ポリエチレンの輻射率スペクトルを示す図である。 放射冷却装置の別構成を説明する図である。 樹脂材料層にフィラーを混入させた構成を説明する図である。 樹脂材料層の表裏を凹凸状にした構成を説明する図である。 実験結果を示すグラフである。 放射冷却装置の適正な具体構成を示す図である。 適正な具体構成の放射冷却装置の光反射率スペクトルを示す図である。 適正な具体構成の放射冷却装置の輻射率スペクトルを示す図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔放射冷却装置の基本構成〕
 図1に示すように、放射冷却装置CP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、赤外放射層Aと光反射層Bとの間の保護層Dとを積層状態に備え、且つ、フィルム状に形成されている。
 つまり、放射冷却装置CPが、放射冷却フィルムとして構成されている。
 光反射層Bは、赤外放射層A及び保護層Dを透過した太陽光等の光Lを反射するものであり、その反射特性が、波長400nmから500nmの反射率が90%以上、波長500nmより長波の反射率が96%以上である。
 太陽光スペクトルは、図10に示す如く、波長300nmから4000nmにかけて存在し、波長400nmから大きくなるにつれ強度が大きくなり、特に波長500nmから波長1800nmにかけての強度が大きい。
 尚、本実施形態において、光Lとは、紫外光(紫外線)、可視光、赤外光を含むものであり、これらを電磁波としての光の波長で述べると、その波長が10nmから20000nm(0.01μmから20μmの電磁波)の電磁波を含む。ちなみに、本書では、紫外光(紫外線)の波長域が、300nmから400nmの間であるとする。
 光反射層Bが、波長400nmから500nmにかけて90%以上の反射特性を示し、波長500nmより長波の反射率が96%以上の反射特性を示すことにより、放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)が光反射層Bで吸収する太陽光エネルギーを5%以下に抑えることができ、すなわち夏場の南中時に吸収する太陽光エネルギーを50W程度とすることができる。
 光反射層Bは、銀あるいは銀合金で構成される、又は、保護層Dに隣接して位置する銀または銀合金と保護層Dから離れる側に位置するアルミまたはアルミ合金の積層構造として構成されて、柔軟性を備えるものであって、その詳細は後述する。
 赤外放射層Aは、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された樹脂材料層Jとして構成されるものであって、その詳細は後述する。
 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のうちで樹脂材料層J及び保護層Dを透過した光(太陽光等)を、光反射層Bにて反射して、放射面Hから外部へ逃がすように構成されている。
 そして、光反射層Bにおける樹脂材料層Jの存在側とは反対側に位置する冷却対象物Eからの放射冷却装置CPへの入熱(例えば、冷却対象物Eからの熱伝導による入熱)を、樹脂材料層Jによって赤外光IRに変換して放射することにより、冷却対象物Eを冷却するように構成されている。
 つまり、放射冷却装置CPは、当該放射冷却装置CPへ照射される光Lを反射し、また、当該放射冷却装置CPへの伝熱(例えば、大気からの伝熱や冷却対象物Eからの伝熱)を赤外光IRとして外部に放射するように構成されている。
 また、樹脂材料層J、保護層D及び光反射層Bが柔軟性を備えることによって、放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)が柔軟性を備えるように構成されている。
 加えて、放射冷却装置CPは、赤外光IRを樹脂材料層Jの光反射層Bと接する面とは反対側の放射面Hから放射する放射冷却方法を実施するために用いられることになり、具体的には、放射面Hを空に向け、当該空に向けた放射面Hから赤外光IR放射する放射冷却方法を実施することになる。
 〔樹脂材料層の概要〕
 樹脂材料層Jを形成する樹脂材料は、厚みによって光吸収率や輻射率(光放射率)が変化する。そのため、太陽光をできるだけ吸収せず、いわゆる大気の窓の波長帯域(波長8μmから波長14μmの帯域)において大きな熱輻射を発するように樹脂材料層Jの厚みを調整する必要がある。
 具体的には、太陽光の光吸収率の観点で、樹脂材料層Jの厚みを、波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、波長1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下であり、波長2.5μmから4μmまでの光吸収率の波長平均が100%以下である状態の厚みに調整する必要がある。
 このような吸収率分布の場合、太陽光の光吸収率は10%以下となり、エネルギーで言うと100W以下となる。
 後述の如く、樹脂材料の光吸収率は樹脂材料の膜厚を厚くすると増加する。樹脂材料を厚膜にすると、大気の窓の輻射率はほぼ1となり、その際に宇宙に放出する熱輻射は125W/mから160W/mとなる。保護層D及び光反射層Bでの太陽光吸収は50W/m以下である。樹脂材料層J、保護層D及び光反射層Bにおける太陽光吸収の和が150W/m以下であり、大気の状態がよければ冷却が進む。樹脂材料層Jを形成する樹脂材料は、以上のように太陽光スペクトルのピーク値付近の光吸収率が小さなものを用いるのが良い。
 また、樹脂材料層Jの厚みは、赤外放射(熱輻射)の観点では、波長8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる状態の厚みに調整する必要がある。
 保護層D及び光反射層Bで吸収される50W/m程度の太陽光の熱エネルギーを、樹脂材料層Jの熱輻射より樹脂材料層Jから宇宙に放出させるには、それ以上の熱輻射を樹脂材料層Jが出す必要がある。
 例えば、外気温が30℃のとき、8μmから14μmの大気の窓の熱輻射の最大は200W/mである(輻射率1として計算)。この値が得られるのは、高山など、空気の薄いよく乾燥した環境の快晴時である。低地などでは大気の厚みが高山よりも厚くなるので、大気の窓の波長帯域は狭くなり、透過率は低下する。ちなみに、このことを「大気の窓が狭くなる」と呼ぶ。
 また、放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)を実際に使用する環境は多湿であることもあり、その場合においても大気の窓は狭くなる。低地で利用する際の大気の窓域で発生する熱輻射は、状態の良いときで30℃において160W/mと見積もられる(輻射率1として計算)。また、日本ではよくあることであるが空に靄があるときや、スモッグが存在する場合、大気の窓はさらに狭くなり、宇宙への放射は125W/m程度となる。
 かかる事情を鑑みて、波長8μmから14μmの輻射率の波長平均は40%以上(大気の窓帯での熱輻射強度が50W/m)ないと中緯度帯の低地で用いることができない。
 したがって、上記事項を鑑みた光学的規定の範囲になるように樹脂材料層Jの厚みを調整すると、太陽光の光吸収による入熱よりも大気の窓における出熱の方が大きくなり、日射環境下でも屋外で放射冷却により外気より低温とすることができるようになる。
〔樹脂材料の詳細〕
 樹脂材料には、炭素-フッ素結合(C-F)、シロキサン結合(Si-O-Si)、炭素-塩素結合(C-Cl)、炭素-酸素結合(C-O)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C結合)、ベンゼン環を含む無色の樹脂材料を用いることができる。
 それぞれの樹脂材料(炭素-酸素結合を除く)について、大気の窓の波長帯域における吸収係数を持つ波長域を図2に示す。
 キルヒホッフの法則により、輻射率(ε)と光吸収率(A)は等しい。光吸収率は吸収係数(α)からA=1-exp(-αt)の関係式(以下、光吸収率関係式と呼ぶ)で求めることができる。尚、tは膜厚である。
 つまり、樹脂材料層Jの膜厚を調整すると、吸収係数の大きな波長帯域で大きな熱輻射が得られる。屋外で放射冷却する場合、大気の窓の波長帯域である波長8μmから14μmにおいて吸収係数の大きな材料を用いるとよい。
 また、太陽光の吸収を抑制するために波長0.3μmから4μm、特に0.4μmから2.5μmの範囲で吸収係数を持たない、或いは小さな材料を用いるとよい。吸収係数と吸収率の関係式からわかるように、光吸収率(輻射率)は樹脂材料の膜厚によって変化する。
 日射環境下での放射冷却によって周囲の大気より温度を下げるためには、大気の窓の波長帯域において大きな吸収係数をもち、太陽光の波長帯域では吸収係数を殆ど持たない材料を選ぶと、膜厚の調整によって太陽光は殆ど吸収しないが、大気の窓の熱輻射を多く出す、つまりは太陽光の入力よりも放射冷却による出力の方が大きな状態を作り出すことができる。
 炭素-フッ素結合(C-F)に関しては、CHFおよびCFに起因する吸収係数が大気の窓である波長8μmから14μmにかけた広帯域に大きく広がっており、特に8.6μmで吸収係数が大きい。併せて、太陽光の波長帯域に関しては、エネルギー強度が大きな0.3μmから2.5μmの波長で目立った吸収係数がない。
 炭素-フッ素結合(C-F)を有する樹脂材料としては、
 完全フッ素化樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、
 部分フッ素化樹脂であるポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニル(PVF)、
 フッ素化樹脂共重合体であるペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、
 四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、
 エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、
 エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)が挙げられる。
 シロキサン結合(Si-O-Si)をもつ樹脂材料としては、シリコーンゴムおよびシリコーン樹脂が挙げられる。
 当該樹脂は、C-Siの結合の伸縮に起因する大きな吸収係数が波長13.3μを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面外変角(縦揺れ)に起因する吸収係数が波長10μmを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面内変角(はさみ)に起因する吸収係数が波長8μm付近に小さく表れる。
 炭素-塩素結合(C-Cl)に関しては、C-Cl伸縮振動による吸収係数が波長12μmを中心に半値幅1μm以上の広帯域に現れる。
 また、樹脂材料としては塩化ビニル樹脂(PVC)、塩化ビニリデン樹脂(PVDC)が挙げられるが、塩化ビニル樹脂の場合、塩素の電子吸引の影響で、主鎖に含まれるアルケンのC-Hの変角振動に由来する吸収係数が波長10μmあたりに現れる。
 エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C結合)に関しては、波長7.8μmから9.9μmにかけて吸収係数を持つ。また、エステル結合、エーテル結合に含まれる炭素-酸素結合に関しては、波長8μmから10μmの波長帯域にかけて強い吸収係数が現れる。
 ベンゼン環を炭化水素樹脂の側鎖に導入すると、ベンゼン環自身の振動や、ベンゼン環の影響による周りの元素の振動によって、波長8.1μmから18μmにかけて広く吸収が現れるようになる。
 これらの結合をもつ樹脂としては、メタクリル酸メチル樹脂、エチレンテレフタラート樹脂、トリメチレンテレフタレート樹脂、ブチレンテレフタレート樹脂、エチレンナフタレート樹脂、ブチレンナフタレート樹脂がある。
〔光吸収の考察〕
 上記した結合および官能基を持つ樹脂材料の紫外-可視領域における光吸収、つまり、太陽光吸収について考察する。紫外線から可視光の吸収の起源は結合に寄与する電子の遷移である。この波長域の吸収は、結合エネルギーを計算するとわかる。
 先ずは、炭素-フッ素結合(C-F)をもった樹脂材料の紫外から可視域に吸収係数が生じる波長について考える。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を代表としての基本構造部のC-C結合、C-H結合、C-F結合の結合エネルギーを求めると、4.50eV、4.46eV、5.05eVとなる。それぞれ、波長0.275μm、波長0.278μm、波長0.246μmに対応し、これら波長の光を吸収する。
 太陽光スペクトルは波長0.300μmより長波しか存在しないため、フッ素樹脂を用いた場合、太陽光の紫外線、可視光線、近赤外線をほとんど吸収しない。なお、紫外線の定義は波長0.400μmよりも短波長側、可視光線の定義は波長0.400μmから0.800μm、近赤外線は波長0.800μmから3μmの範囲とし、中赤外線は3μmから8μmの範囲とし、遠赤外線は波長8μmよりも長波とする。
 厚さ50μmのPFA(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂)の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示すが、殆ど吸収率を持っていないことがわかる。なお、0.4μmよりも短波長側で若干の吸収率スペクトルの増加がみられるが、この増加は測定に用いたサンプルの散乱の影響が表れているだけであり、実際には吸収率は増大していない。
 シロキサン結合(Si-O-Si)の紫外領域に関しては、主鎖のSi-O-Siの結合エネルギーが4.60eVであり、波長269nmに対応する。太陽光スペクトルは波長0.300μmより長波しか存在しないため、シロキサン結合が大多数の場合、太陽光の紫外線、可視光線、近赤外線をほとんど吸収しない。
 厚さ100μmのシリコーンゴムの紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示すが、殆ど吸収率を持っていないことがわかる。なお、波長0.4μmよりも短波長側で若干の吸収率スペクトルの増加がみられるが、この増加は測定に用いたサンプルの散乱の影響が表れているだけであり、実際には吸収率は増大していない。
 炭素-塩素結合(C-Cl)に関して、アルケンの炭素と塩素の結合エネルギーは3.28eVであり、その波長は0.378μmであるので、太陽光の内紫外線を多く吸収するが、可視域については吸収をほとんど持たない。
 厚さ100μmの塩化ビニル樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示すが、波長0.38μmよりも短波長側で光吸収が大きくなる。
 厚さ100μmの塩化ビニリデン樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示すが、波長0.4μmよりも短波長側で若干の吸収率スペクトルの増加がみられる。
 エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C結合)、ベンゼン環をもつ樹脂としては、メタクリル酸メチル樹脂、エチレンテレフタラート樹脂、トリメチレンテレフタレート樹脂、ブチレンテレフタレート樹脂、エチレンナフタレート樹脂、ブチレンナフタレート樹脂がある。例えばアクリルのC-C結合の結合エネルギーは3.93eVであり、波長0.315μmより短波長の太陽光を吸収するが、可視域については吸収をほとんど持たない。
 これら結合および官能基を持つ樹脂材の一例として、厚さ5mmのメタクリル酸メチル樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示す。尚、例示するメタクリル酸メチル樹脂は、一般的に市販されているものであって、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が混入している。
 5mmと厚板であるために、吸収係数の小さな波長も大きくなり、波長0.315よりも長波の0.38μmよりも短波側で光吸収が大きくなる。
 これら結合および官能基を持つ樹脂材の一例として厚さ40μmのエチレンテレフタラート樹脂の紫外から可視域の吸収率スペクトルを図3に示す。
 図示のように、波長0.315μmに近づくほどに吸収率が大きくなり、波長0.315μmで急激に吸収率が大きくなる。なお、エチレンテレフタラート樹脂も、厚みを増していくと、波長0.315μmより少し長波側において、C-C結合由来の吸収端による吸収率が大きくなり、市販されているメタクリル酸メチル樹脂同様に紫外線における吸収率が増大する。
 樹脂材料層Jは、前述の輻射率(光放射率)、光吸収率の特性を有する樹脂材料を用いるものであれば、一種類の樹脂材料の単層膜、複数種類の樹脂材料の多層膜、複数種類の樹脂材料がブレンドされた樹脂材料の単層膜、複数種類の樹脂材料がブレンドされた樹脂材料の多層膜でも構わない。
 なお、ブレンドには、交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体といった共重合体や側鎖を置換した変性品も含まれる。
〔シリコーンゴムの輻射率〕
 図4に、シロキサン結合をもつシリコーンゴムの大気の窓における輻射率スペクトルを示す。
 シリコーンゴムからは、C-Siの結合の伸縮に起因する大きな吸収係数が波長13.3μを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面外変角(縦揺れ)に起因する吸収係数が波長10μmを中心にブロードに表れ、CSiHの対象面内変角(はさみ)に起因する吸収係数が波長8μm付近に小さく表れる。
 この影響で、厚さ1μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて80%であり、波長平均40%以上という規定の中に入る。図示の通り、膜厚が厚くなると大気の窓領域における輻射率は増大する。
 ちなみに、図4には、無機材料である厚み1μmの石英が銀上に存在するときの放射スペクトルを併せて示す。石英は厚み1μmのとき、波長8μmから14μmの間で狭帯域な輻射ピークしか持たない。
 この熱輻射を波長8μmから14μmの波長域で波長平均をすると、波長8μmから14μmの輻射率は32%となり、放射冷却性能を示すことが難しい。
 樹脂材料層Jを用いた本発明の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bとして無機材料を用いる従来技術よりも薄い赤外放射層Aでも放射冷却性能が得られる。
つまり、無機材料である石英やテンパックスガラスにて赤外放射層Aを形成する場合には、赤外放射層Aが膜厚1μmでは放射冷却性能が得られないが、樹脂材料層Jを用いた本発明の放射冷却装置CPでは、樹脂材料層Jが膜厚1μmでも放射冷却性能を示す。
〔PFAの輻射率〕
 図5に、炭素-フッ素結合を持つ樹脂の代表例として、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)の大気の窓における輻射率を示す。CHFおよびCFに起因する吸収係数が大気の窓である波長8μmから14μmにかけた広帯域に大きく広がっており、特に8.6μmで吸収係数が大きい。
 この影響で、厚さ10μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて45%であり、波長平均40%以上という規定の中に入る。図示の通り、膜厚が厚くなると大気の窓領域における輻射率は増大する。
〔塩化ビニル樹脂及び塩化ビニリデン樹脂の輻射率〕
 図6に、炭素-塩素結合をもつ樹脂の代表例として、塩化ビニル樹脂(PVC)の大気の窓における輻射率を示す。また、図14に、塩化ビニリデン樹脂(PVDC)の大気の窓における輻射率を示す。
 炭素-塩素結合に関しては、C-Cl伸縮振動による吸収係数が波長12μmを中心に半値幅1μm以上の広帯域に現れる。
 また、塩化ビニル樹脂の場合、塩素の電子吸引の影響で、主鎖に含まれるアルケンのC-Hの変角振動に由来する吸収係数が波長10μmあたりに現れる。塩化ビニリデン樹脂についても同様である。
 これらの影響で、厚さ10μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて43%であり、波長平均40%以上という規定の中に入る。図示の通り、膜厚が厚くなると大気の窓領域における輻射率は増大する。
〔エチレンテレフタラート樹脂〕
 図7に、エステル結合やベンゼン環を持つ樹脂の代表例として、エチレンテレフタラート樹脂の大気の窓における輻射率を示す。
 エステル結合に関しては、波長7.8μmから9.9μmにかけて吸収係数を持つ。また、エステル結合に含まれる炭素-酸素結合に関しては、波長8μmから10μmの波長帯域にかけて強い吸収係数が現れる。ベンゼン環を炭化水素樹脂の側鎖に導入すると、ベンゼン環自身の振動や、ベンゼン環の影響による周りの元素の振動によって、波長8.1μmから18μmにかけて広く吸収が現れる。
 これらの影響で、厚さ10μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて71%であり、波長平均40%以上という規定の中に入る。図示の通り、膜厚が厚くなると大気の窓領域における輻射率は増大する。
〔オレフィン変成材料の輻射率〕
 図8には、炭素-フッ素結合(C-F)、炭素-塩素結合(C-Cl)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C結合)、ベンゼン環を含まない、主成分がオレフィンである、オレフィン変性材料の輻射率スペクトルを示す。サンプルは、蒸着した銀上にオレフィン樹脂をバーコーターで塗布し乾燥させることによって作製した。
 図示の通り、大気の窓領域での輻射率は小さく、この影響で、厚さ10μmの輻射率の波長平均は、波長8μmから14μmにおいて27%であり、波長平均40%以上という規定の中に入らない。
 図示の輻射率はバーコーターとして塗布するために変性されたオレフィン樹脂のものであり、純粋なオレフィン樹脂の場合には、更に、大気の窓領域における輻射率は小さい。
 このように、炭素-フッ素結合(C-F)、炭素-塩素結合(C-Cl)、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C結合)、ベンゼン環を含まないと放射冷却できない。
〔光反射層および樹脂材料層の表面の温度〕
 樹脂材料層Jの大気の窓の熱輻射は樹脂材料の表面近傍で発生する。
 図4より、シリコーンゴムの場合は10μmより厚いと大気の窓領域における熱輻射は増大しない。つまり、シリコーンゴムの場合、大気の窓における熱輻射の大部分は表面から深さ約10μm以内の部分で生じており、より深い部分の輻射は外に出てこない。
 図5より、フッ素樹脂の場合は100μmより厚くなっても大気の窓領域における熱輻射の増大は殆どなくなる。つまり、フッ素樹脂場合、大気の窓における熱輻射は表面から深さ約100μm以内の部分で生じており、より深い部分の輻射は外に出てこない。
 図6より、塩化ビニル樹脂の場合は100μmより厚くなっても大気の窓領域における熱輻射の増大は殆どなくなる。つまり、塩化ビニル樹脂場合、大気の窓における熱輻射は表面から深さ約100μm以内の部分で生じており、より深い部分の輻射は外に出てこない。
 図14より、塩化ビニリデン樹脂は、塩化ビニル樹脂と同様であることが分かる。
 図7より、エチレンテレフタラート樹脂の場合は125μmより厚くなっても大気の窓領域における熱輻射の増大は殆どなくなる。つまり、エチレンテレフタラート樹脂場合、大気の窓における熱輻射は表面から深さ約100μmの部分で生じており、より深い部分の輻射は外に出てこない。
 以上のように、樹脂材料表面から発生する大気の窓領域の熱輻射は、表面からの深さが概ね100μm以内の部分で生じており、それ以上に樹脂の厚みが増していくと、熱輻射に寄与しない樹脂材料によって、放射冷却装置CPの放射冷却した冷熱が断熱される。
 理想的に太陽光を全く吸収しない樹脂材料層Jを光反射層Bの上に作製することを考える。この場合、太陽光は放射冷却装置CPの光反射層Bでのみ吸収される。
 樹脂材料の熱伝導率はおしなべて0.2W/m/K程度であり、この熱伝導性を考慮して計算すると、樹脂材料層Jの厚みが20mmを超えると、冷却面(光反射層Bにおける樹脂材料層Jの存在側とは反対側の面)の温度が上昇する。
 太陽光をまったく吸収しない理想的な樹脂材料が存在したとしても、樹脂材料の熱伝導率はおしなべて0.2W/m/K程度であるので、図9のように20mmを超えると光反射層Bが日射を受けて加熱されてしまい、光反射層側に設置された冷却対象物Eは加熱される。つまり、放射冷却装置CPの樹脂材料の厚みは20mm以下にする必要がある。
 なお、図9は、真夏の西日本の良く晴れた日の南中を想定して計算した放射冷却装置(放射冷却フィルム)CPの放射面Hの表面温度と光反射層Bの温度のプロットである。太陽光はAM1.5とし、1000W/mのエネルギー密度としている。外気温は30℃であり、放射エネルギーは温度によって変わるが30℃において100Wである。樹脂材料層で太陽光の吸収はないものとしての計算である。無風状態を仮定し、対流熱伝達率は5W/m/Kとしている。
〔シリコーンゴム等の光吸収率について〕
 図10に、側鎖がCHであるシリコーンゴムの厚さが100μmのときの太陽光スペクトルに対する光吸収率、及び、厚さ100μmのペルフルオロアルコキシフッ素樹脂の太陽光スペクトルに対する光吸収率スペクトルを示す。先に述べた通り、両樹脂ともに紫外域においては光吸収率を殆ど持たないことがわかる。
 シリコーンゴムに関して、近赤外域においては、光吸収率が波長2.35μmより長波側の域で増加する。但し、この波長域における太陽光スペクトルの強度は弱いため、波長2.35μmより長波側の光吸収率が100%となっても吸収される太陽光エネルギーは20W/mである。
 ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂に関しては、波長0.3μmから2.5μmの波長範囲では光吸収率を殆ど持たず、波長2.5μmより長波長側で光吸収を持つ。但し、当該樹脂の膜厚を厚くし、波長2.5μmより長波長側の光吸収率が100%になったとしても、吸収される太陽光エネルギーは7W程度である。
 尚、樹脂材料層Jの厚さ(膜厚)を厚くしていくと、大気の窓領域の輻射率はほぼ1となる。つまり、厚膜の場合、低地で利用する際の大気の窓域で宇宙に放射する熱輻射は、30℃において160W/mから125W/m程度となる。光反射層Bにおける光吸収は、上述の規定の如く、50W/m程度であり、光反射層Bの光吸収とシリコーンゴム又はペルフルオロアルコキシフッ素樹脂を厚膜にした際の太陽光吸収を足しても宇宙に放射する熱輻射より小さい。
 以上より、シリコーンゴム及びペルフルオロアルコキシフッ素樹脂の最大の膜厚は、熱伝導性の観点から20mmとなる。
〔炭化水素系樹脂の光吸収について〕
 樹脂材料層Jを形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を1つ以上有する炭化水素を主鎖とする樹脂であった場合、或いは、シリコーン樹脂であり側鎖の炭化水素の炭素数が2個以上の場合、先述の共有結合電子による紫外線吸収以外に、近赤外域に結合の変角や伸縮などの振動に基づく吸収が観測される。
 具体的には、CH、CH、CHの第一励起状態への遷移の基準音による吸収がそれぞれ波長1.6μmから1.7μm、波長1.65μmから1.75μm、波長1.7μmに現れる。さらに、CH、CH2、CHの結合音の基準音による吸収がそれぞれ波長1.35μm、波長1.38μm、波長1.43μmに現れる。さらに、CH、CHの第二励起状態への遷移の倍音がそれぞれ波長1.24μmあたりに現れる。C-H結合の変角や伸縮の基準音は波長2μmから2.5μmにかけて広帯域に分布している。
 また、エステル結合(R-COO-R)、エーテル結合(C-O-C)を有する場合、波長1.9μmあたりに大きな光吸収が存在する。
 これらに起因する光吸収率は、上述の光吸収率関係式より、樹脂材料の膜厚が薄いと小さくなり目立たなくなるが、膜厚が厚いと大きくなる。
 図11には、エステル結合とベンゼン環を持つエチレンテレフタラート樹脂の膜厚を変化させた場合における光吸収率と太陽光のスペクトルとの関係を記す。
 図示の如く、膜厚が25μm、125μm、500μmと大きくなるごとに、それぞれの振動に起因する波長1.5μmよりも長波域の光吸収が増加する。
 また、長波長側だけでなく、紫外線領域から可視領域にかけての光吸収も増加する。これは、化学結合に起因する光の吸収端に広がりがあることに起因している。
 膜厚が薄い時は最も大きな吸収係数を持つ波長で光吸収率が大きくなるが、膜厚が厚くなると、上述の光吸収率関係式より、広がりを持った吸収端の弱い吸収係数が吸収率となり出現する。このことにより、膜厚が厚くなると紫外線領域から可視領域にかけての光吸収が増加する。
 厚さが25μmのときの太陽光スペクトルの吸収は15W/m、厚さが125μmのとき太陽光スペクトルの吸収は41W/m、厚さが500μmの時の太陽光スペクトルの吸収は88W/mである。
 光反射層Bの光吸収は、上述の規定により50W/mであるから、膜厚が500μmである場合、エチレンテレフタラート樹脂の太陽光吸収と光反射層Bの太陽光吸収の和が138W/mとなる。日本の低地の夏場における、大気の窓の波長帯域の赤外放射の最大値は先述の通り30℃において大気の状態の良い日で160W程度、通常は125W程度である。
 以上より、エチレンテレフタラート樹脂の膜厚が500μm以上では、放射冷却性能を発揮しなくなる。
 1.5μmから4μmの波長帯域の吸収スペクトルの起源は、官能基でなく主鎖の炭化水素の振動であり、炭化水素系樹脂であればエチレンテレフタラート樹脂と同様の挙動を示す。また、炭化水素系樹脂は紫外域に化学結合に起因する光吸収を有しており、紫外から可視についてもエチレンテレフタラート樹脂と同様の挙動を示す。
 つまり、炭化水素樹脂であれば波長0.3μmから4μmまでエチレンテレフタラート樹脂と同様の挙動をとる。以上から、炭化水素系の樹脂の膜厚は500μmよりも薄い必要がある。
〔ブレンド樹脂の光吸収について〕
 樹脂材料が、炭素-フッ素結合或いはシロキサン結合を主鎖とする樹脂と、炭化水素を主鎖とする樹脂とをブレンドした樹脂材料である場合には、ブレンドされた炭化水素を主鎖とする樹脂の割合に応じてCH、CH、CHなどに起因する近赤外域の光吸収が現れる。
 炭素-フッ素結合或いはシロキサン結合が主成分の場合、炭化水素に起因する近赤外域の光吸収は小さくなるので、熱伝導性の観点での上限の20mmまで厚くすることができる。しかし、ブレンドされる炭化水素樹脂が主成分となる場合は厚さを500μm以下にする必要がある。
 フッ素樹脂或いはシリコーンゴムと炭化水素とのブレンドには、フッ素樹脂或いはシリコーンゴムの側鎖を炭化水素に置換したものや、フッ素モノマーおよびシリコーンモノマーと炭化水素モノマーの交互共重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体も含まれる。なお、フッ素モノマーと炭化水素モノマーの交互共重合体としては、フルオロエチレン・ビニルエステル(FEVE)、フルオロオレフィン-アクリル酸エステル共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)が挙げられる。
 置換する炭化水素側鎖の分子量および割合に応じてCH、CH、CHなどに起因する近赤外域の光吸収が現れる。側鎖や共重合として導入されるモノマーが低分子であるとき、あるいは、導入されるモノマーの密度が小さいときには、炭化水素に起因する近赤外域の光吸収は小さくなるので、熱伝導性の観点での限界の20mmまで厚くすることができる。
 フッ素樹脂或いはシリコーンゴムの側鎖や共重合されるモノマーとして高分子の炭化水素を導入する場合、樹脂の厚みを500μm以下にする必要がある。
〔樹脂材料層の厚みについて〕
 放射冷却装置CPの実用の観点では、樹脂材料層Jの厚みは薄い方がよい。樹脂材料の熱伝導率は、金属やガラスなどよりも一般に低い。冷却対象物Eを効果的に冷却するには、樹脂材料層Jの膜厚は必要最低限であるのがよい。樹脂材料層Jの膜厚を厚くするほどに大気の窓の熱輻射は大きくなり、ある膜厚を超えると大気の窓における熱輻射エネルギーは飽和する。
 飽和する膜厚は樹脂材料にもよるが、フッ素樹脂の場合は概ね300μmもあれば十分に飽和する。したがって、熱伝導度の観点で500μmよりも300μm以下に膜厚を抑えるのが望ましい。さらに、熱輻射は飽和していないが、厚みが100μm程度であっても大気の窓領域において十分な熱輻射を得ることができる。厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり被冷却物の温度をより効果的に下げられるので、フッ素樹脂の場合、100μm程度以下の厚さにするのがよい。
 C-F結合に起因する吸収係数よりも炭素-ケイ素結合、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合に由来する吸収係数の方が大きい。当然、熱伝導度の観点で500μmよりも300μm以下に膜厚を抑えるのが望ましいが、更に膜厚を薄くして熱伝導性を上げるとさらに大きな放射冷却効果が期待できる。
 炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂の場合、厚みが100μmであっても飽和しており、厚さ50μmでも大気の窓領域において十分な熱輻射が得られる。樹脂材料の厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり被冷却物の温度をより効果的に下げられるので、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂の場合、50μm以下の厚さにすると断熱性が小さくなり冷却対象物Eを効果的に冷却することができる。炭素-塩素結合の場合には、100μm以下の厚さであれば、冷却対象物Eを効果的に冷却することができる。
 薄くする効用は断熱性を下げて冷熱を伝えやすくすること以外にもある。それは、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合を含む樹脂が呈する、近赤外域でのCH、CH、CH由来の近赤外域の光吸収の抑制である。薄くすると、これらによる太陽光吸収を小さくすることができるので、放射冷却装置CPの冷却能力が高まることになる。
 以上の観点から、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環を含む樹脂の場合、50μm以下の厚さにするとより効果的に日照下において放射冷却効果を出すことができる。
 炭素-ケイ素結合の場合、厚さ50μmでも大気の窓領域において熱輻射が飽和しきっており、厚さ10μmでも大気の窓領域において十分な熱輻射が得られる。樹脂材料層Jの厚さが薄い方が、熱貫流率が高まり冷却対象物Eの温度をより効果的に下げられるので、炭素-ケイ素結合を含む樹脂の場合、10μm以下の厚さにすると断熱性が小さくなり冷却対象物Eを効果的に冷却することができる。薄くすると、太陽光吸収を小さくすることができるので、放射冷却装置CPの冷却能力が高まる。
 以上の観点から、炭素-ケイ素結合を含む樹脂の場合、10μm以下の厚さにするとより効果的に日照下において放射冷却効果を出すことができる。
〔光反射層の詳細〕
 光反射層Bに上述の反射率特性を持たせるためには、放射面Hの存在側(樹脂材料層Jの存在側)の反射材料は銀または銀合金である必要がある。
 図12に示す通り、銀をベースとして光反射層Bを構成すれば、光反射層Bに求められる反射率が得られる。
 銀または銀合金のみで太陽光を前記の反射率特性を持たせた状態で反射する場合、厚さが50nm以上必要である。
 但し、光反射層Bに柔軟性を備えさせるためには、厚さを100μm以下にする必要がある。これ以上厚いと曲げにくくなる。
 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質量%から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。
 光反射層Bに上述の反射率特性を持たせるためには、保護層Dに隣接して位置する銀または銀合金と保護層Dから離れる側に位置するアルミまたはアルミ合金とを積層させた構造にしてもよい。尚、この場合においても、放射面Hの存在側(樹脂材料層Jの存在側)の反射材料は銀または銀合金である必要がある。
 銀(銀合金)とアルミ(アルミ合金)の2層で構成する場合、銀の厚みは10nm以上必要であり、アルミの厚みは30nm以上必要である。
 但し、光反射層Bに柔軟性を備えさせるためには、銀の厚さとアルミの厚さとの合計を100μm以下にする必要がある。これ以上厚いと曲げにくくなる。
 ちなみに、「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。
 銀および銀合金は雨や湿度に弱くそれらから保護をする必要があり、また、その変色を抑制する必要がある。そのために、図16から図19に示す如く、銀や銀合金に隣接させる形態で、銀を保護する保護層Dが必要である。
 保護層Dの詳細は、後述する。
〔実験結果について〕
 ガラス基板上に銀を300nmの厚さで形成し、その上に、シロキサン結合を有するシリコーンゴム、炭素-フッ素結合を有するフルオロエチレンビニルエーテル、オレフィン変性体(オレフィン変成材料)、塩化ビニル樹脂をバーコーターで膜厚制御しつつ塗布し、放射冷却性能を測定した。
 放射冷却性能の評価は外気温35℃の6月下旬の屋外の南中後3時間で実施し、基板を断熱性高く保持したうえで、基板裏面の温度(℃)を測定した。但し、塩化ビニル樹脂については、外気温が29℃のときに実施した。冶具に設置後5分後の温度が外気温より低いか、或いは高いかで放射冷却効果があるか否かを評価した。
 放射冷却試験の結果を、図15に示す。
 ちなみに、フルオロエチレンビニルエーテルの大気の窓領域の輻射率は、図13に示す通りである。尚、シリコーンゴムの輻射率は、図4に示す通りであり、オレフィン変性体(オレフィン変成材料)の輻射率は、図8に示す通りであり、塩化ビニル樹脂の輻射率は、図6に示す通りである。
 シロキサン結合を有するシリコーンゴムの場合、理論から予想された通り1μm以上の厚みで放射冷却能力を発揮することがわかった。
 炭素-フッ素結合を有するフルオロエチレンビニルエーテルは、理論で予測される10μmよりも薄い5μmの膜厚で放射冷却能力を発揮することがわかった。この原因は、炭素-フッ素結合による大気の窓の光吸収のみならず、ビニルエーテルのエーテル結合による光吸収が加わり、それぞれ単独のときよりも大気の窓の光吸収率が増えたためである。
 オレフィン変性体(オレフィン変成材料)は、大気の窓領域の熱輻射が殆どでないため放射冷却能力を持たない。
 〔放射冷却装置の具体構成〕
 本発明の放射冷却装置CPは、図16から図19に示すように、フィルム構造にすることができる。樹脂材料層J及び保護層Dを形成する樹脂材料は柔軟であるために、光反射層Bを薄膜にすると、光反射層Bにも柔軟性を備えさせることができ、その結果、放射冷却装置CPを、柔軟性を備えるフィルム(放射冷却フィルム)とすることができる。
 フィルム状の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、糊をつけて、車の外周、倉庫や建屋の外壁、ヘルメットの外周にラッピングすることにより、放射冷却を発揮させる等、既設の物体に後付けして、容易に放射冷却能力を発揮させることができる。
 フィルム状の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)を装着する対象としては、各種のテント類の外面、電気機器等を収納するボックスの外面、物品搬送用コンテナの外面、牛乳を貯留する牛乳タンクの外面、牛乳タンクローリーの牛乳貯留部の外面等、冷却が必要な諸々のものを対象とすることができる。
 放射冷却装置CPをフィルム状に作製するには、種々の形態が考えられる。例えば、フィルム状に作製された光反射層Bに保護層D及び樹脂材料層Jを塗布して作ることが考えられる。あるいは、フィルム状に作製された光反射層Bに保護層D及び樹脂材料層Jを貼り付けて作ることが考えられる。或いは、フィルム状に作製された樹脂材料層Jの上に、保護層Dを塗布あるいは貼り付けて作成し、保護層Dの上に、蒸着・スパッタリング・イオンプレーティング・銀鏡反応などによって光反射層Bを作製することが考えられる。
 具体的に説明すると、図16の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bを、銀又は銀合金の一層として形成する場合や、銀(銀合金)とアルミ(アルミ合金)の2層で構成する場合において、当該光反射層Bの上側に、保護層Dを形成し、保護層Dの上部に、樹脂材料層Jを形成したものであり、かつ、光反射層Bの下側にも、下側保護層Dsを形成する。
 図16の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の作成方法としては、フィルム状の樹脂材料層Jの上に、保護層D、光反射層B、下側保護層Dsを順次塗布して、一体的に成形する方法を採用することができる。
 図17の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bを、アルミ(アルミ合金)として機能するアルミ箔にて形成されたアルミ層B1と、銀又は銀合金からなる銀層B2とから構成し、当該光反射層Bの上側に、保護層Dを形成し、保護層Dの上部に、樹脂材料層Jを形成したものである。
 図17の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の作成方法としては、アルミ箔にて構成されるアルミ層B1の上に、銀層B2、保護層D、樹脂材料層Jを順次塗布して、一体的に成形する方法を採用することができる。
 尚、別の作成方法として、樹脂材料層Jをフィルム状に形成して、当該フィルム状の樹脂材料層Jの上に、保護層D、銀層B2を順次塗布し、アルミ層B1を銀層B2に貼り付ける方法を採用することができる。
 図18の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bを、銀又は銀合金の一層として形成する場合や、銀(銀合金)とアルミ(アルミ合金)の2層で構成する場合において、当該光反射層Bの上側に、保護層Dを形成し、保護層Dの上部に、樹脂材料層Jを形成し、光反射層Bの下側に、PET等のフィルム層Fを形成したものである。
 図18の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の作成方法としては、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたフィルム層F(基材に相当)の上に、光反射層B、保護層Dを順次塗布して、一体的に成形し、保護層Dに対して、別途形成したフィルム状の樹脂材料層Jをのり層N(接合層の一例)にて接合(接着)する方法を採用することができる。
 のり層Nにて使用する接着剤(粘着剤)は、例えば、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等があり、太陽光に対して高い透明性を持つものが望ましい。のり層Nの厚さは1μm以上で100μm以下の厚みの範囲であることが望ましく、更には、のり層Nの厚みは、1μm以上で50μm以下の範囲であることが一層望ましい。
 図19の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bを、アルミ(アルミ合金)として機能するアルミ層B1と、銀又は銀合金(代替銀)からなる銀層B2とから構成し、アルミ層B1を、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたフィルム層F(基材に相当)の上部に形成し、銀層B2の上側に、保護層Dを形成し、保護層Dの上側に、樹脂材料層Jを形成したものである。
 図19の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の作成方法としては、フィルム層Fの上に、アルミ層B1を塗布して、フィルム層Fとアルミ層B1とを一体的に成形し、別途、フィルム状の樹脂材料層Jの上に、保護層D、銀層B2を塗布して、樹脂材料層J、保護層D、銀層B2を一体形成し、アルミ層B1と銀層B2とをのり層Nにて接着する方法を採用することができる。
 のり層Nにて使用する接着剤(粘着剤)は、例えば、ウレタン系接着剤(粘着剤)、アクリル系接着剤(粘着剤)、EVA(エチレン酢酸ビニル)系接着剤(粘着剤)等があり、太陽光に対して高い透明性を持つものが望ましい。のり層Nの厚さは1μm以上で100μm以下の厚みの範囲であることが望ましく、更には、のり層Nの厚みは、1μm以上で50μm以下の範囲であることが一層望ましい。
 図30に、放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の適正な具体構成を示し、この適正な具体構成の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の光反射率スペクトルを図31に示し、輻射率スペクトルを図32に示す。
 図30の放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、光反射層Bを、厚みが80nmの銀(Ag)で構成し、当該光反射層Bの上側に、厚みが25nmのポリエチレンテレフタラート(PET)にて保護層Dを形成し、保護層Dの上部に、厚みが40μmの塩化ビニル(PVC)にて形成される樹脂材料層Jを、厚みが10μmのウレタン系接着剤(図ではPU(ポリウレタン)と記載)からなるのり層Nにて接合(接着)し、かつ、光反射層Bの下側にも、下側保護層Dsを形成したものである。
 〔保護層の詳細〕
 保護層Dは、厚さが300nm以上で、40μm以下のポリオレフィン系樹脂、又は、厚さが17μm以上で、40μm以下のポリエチレンテレフタラートである。
 ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン及びポリプロピレンがある。
 図20に、ポリエチレン、塩化ビニリデン樹脂、エチレンテレフタラート樹脂、塩化ビニル樹脂の紫外線の吸収率を示す。
 また、図21に、保護層Dを形成する合成樹脂として好適なポリエチレンの光透過率を示す。
 放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)は、夜間のみならず、日射環境下にても放射冷却作用を発揮するものであるから、光反射層Bが光反射機能を発揮する状態を維持するには、保護層Dにて光反射層Bを保護することにより、日射環境下で光反射層Bの銀が変色しないようにする必要がある。
 保護層Dが、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に形成される場合には、ポリオレフィン系樹脂は、波長0.3から0.4μmの紫外線の波長域の全域において紫外線の光吸収率が10%以下である合成樹脂であるから、保護層Dが紫外線の吸収により劣化し難いものとなる。
 そして、保護層Dを形成するポリオレフィン系樹脂の厚さが、300nm以上であるから、樹脂材料層Jにて発生したラジカルが光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断し、また、樹脂材料層Jを透過する水分が光反射層Bを形成する銀又は銀合金に到達することを遮断する等の遮断機能を良好に発揮することになり、光反射層Bを形成する銀又は銀合金の変色を抑制できることになる。
 ちなみに、ポリオレフィン系樹脂にて形成される保護層Dは、紫外線の吸収により、光反射層Bから離れる表面側にラジカルを形成しながら劣化することになるが、厚さが300nm以上であるから、形成したラジカルが光反射層に到達することはなく、また、ラジカルを形成しながら劣化するにしても、紫外線の吸収が低いことにより劣化の進み具合は遅いものであるから、上述の遮断機能を長期に亘って発揮することになる。
 保護層Dが、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成される場合には、エチレンテレフタラート樹脂は、ポリオレフィン系樹脂よりも、波長0.3から0.4μmの紫外線の波長域において紫外線の光吸収率が高い合成樹脂であるが、厚さが17μm以上であるから、樹脂材料層Jにて発生したラジカルが光反射層Bを形成する銀又は銀合金に到達することを遮断し、また、樹脂材料層Jを透過する水分が光反射層を形成する銀又は銀合金に到達することを遮断する等の遮断機能を長期に亘って良好に発揮することになり、光反射層Bを形成する銀又は銀合金の変色を抑制できることになる。
 つまり、エチレンテレフタラート樹脂にて形成される保護層は、紫外線の吸収により、光反射層Bから離れる表面側にラジカルを形成しながら劣化することになるが、厚さが17μm以上であるから、形成したラジカルが反射層に到達することはなく、また、ラジカルを形成しながら劣化するにしても、厚さが17μm以上であるから、上述の遮断機能を長期に亘って発揮することになる。
 説明を加えると、エチレンテレフタラート樹脂(PET)の劣化は紫外線によってエチレングリコールとテレフタル酸のエステル結合が開裂しラジカルが形成されることに起因する。この劣化は、エチレンテレフタラート樹脂(PET)における紫外線が照射される面の表面から順に進行する。
 例えば、大阪における強さの紫外線がエチレンテレフタラート樹脂(PET)に照射されると、1日あたり、照射される面より順に約9nmのエチレンテレフタラート樹脂(PET)のエステル結合が開裂していく。エチレンテレフタラート樹脂(PET)は十分に重合しているので、開裂した表面のエチレンテレフタラート樹脂(PET)が光反射層Bの銀(銀合金)を攻撃することはないが、エチレンテレフタラート樹脂(PET)の開裂端が光反射層B銀(銀合金)まで到達すると、銀(銀合金)が変色する。
 従って、屋外で使用するうえで、保護層Dを1年以上耐久させるためには、9nm/日と365日とを積算して、約3μmの厚さが必要となる。保護層Dのエチレンテレフタラート樹脂(PET)を3年以上耐久させるためには、厚さが10μm以上必要である。5年以上耐久させるためには、厚さが17μm以上必要である。
 尚、ポリオレフィン系樹脂及びエチレンテレフタラート樹脂にて保護層Dを形成する場合において、その厚さの上限を定める理由は、保護層Dが放射冷却に寄与しない断熱性を奏することを回避するためである。つまり、保護層Dは、厚さが厚くなるほど放射冷却に寄与しない断熱性を奏することになるから、光反射層Bを保護する機能を発揮させながらも、放射冷却に寄与しない断熱性を奏することを回避するために、厚さの上限が定められることになる。
 ところで、図18に示すように、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層Nが位置する場合には、のり層Nからもラジカルが発生することになるが、保護層Dを形成するポリオレフィン系樹脂の厚さが300nm以上であり、保護層Dを形成するエチレンテレフタラート樹脂の厚さが17μm以上であれば、のり層Nにて発生したラジカルが光反射層Bに到達することを、長期に亘って抑制できる。
 ちなみに、上述の如く、保護層Dが厚くなると、光反射層Bの銀(銀合金)の着色を防ぐうえでのデメリットは生じないが、放射冷却するうえでの問題が発生する。つまり、厚くすると放射冷却材料の断熱性を上げることになる。
 例えば、保護層Dを形成する合成樹脂として優れている主成分がポリエチレンの樹脂は、図25に示すように、大気の窓における輻射率が小さいため、厚く形成しても放射冷却に寄与しない。それどころか、厚くすると放射冷却材料の断熱性を上げることになる。次に、厚くなると主鎖の振動に由来する近赤外域の吸収が増加し、太陽光吸収が増える効果が増加する。
 これら要因により、保護層Dが厚いことは、放射冷却にとって不利である。このような観点から、ポリオレフィン系樹脂にて形成される保護層Dの厚さは、5μm以下であることが好ましく、さらには、1μm以下であることが一層好ましい。
 〔保護層の考察〕
 保護層Dによる銀の着色のされ方の違いを検討するために、図22に示すような、赤外放射層Aとしての樹脂材料層Jを備えない保護層Dを露出させたサンプルを作製し、模擬太陽光が照射された後の銀の着色を調べた。
 つまり、保護層Dとして、紫外線を吸収する一般的なアクリル系樹脂(例えば、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤が混入するメタクリル酸メチル樹脂)とポリエチレンとの二種類を、バーコーターで、光反射層Bとして銀を備えるフィルム層F(基材に相当)上に塗布したサンプルを形成し、保護層Dとしての機能を検討した。塗布した保護層Dの厚みは、それぞれ10μmと1μmである。
 尚、フィルム層F(基材に相当)は、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたものである。
 図24に示すように、保護層Dが紫外線を良く吸収するアクリル系樹脂の場合、保護層Dが紫外線で分解されラジカルを形成し、直ぐに銀が黄化して、放射冷却装置CPとして機能しなくなる(太陽光を吸収し、一般の材料のように日射が当たると温度上昇する)。
 尚、図中の600hの線は、JIS規格5600-7-7の条件でキセノンウエザー試験(紫外光エネルギーは60W/m)を600h(時間)行った後の反射率スペクトルである。また、0hの線は、キセノンウエザー試験を行う前の反射率スペクトルである。
 図23に示すように、保護層Dが紫外線の光吸収率が低いポリエチレンの場合には、近赤外域から可視域での反射率の低下がみられないことがわかる。つまり、主成分がポリエチレンの樹脂(ポリオレフィン系樹脂)は、地上に届く太陽光が持つ紫外線を殆ど吸収しないため、太陽光が当たってもラジカルを形成し難いので、日射が当たっても、光反射層Bとしての銀の着色が発生しない。
 尚、図中の600hの線は、JIS規格5600-7-7の条件でキセノンウエザー試験(紫外光エネルギーは60W/m)を600h(時間)行った後の反射率スペクトルである。また、0hの線は、キセノンウエザー試験を行う前の反射率スペクトルである。
 なお、この波長帯域の反射率スペクトルが波打つ理由は、ポリエチレン層のファブリペロー共振である。キセノンウエザー試験の熱などによってポリエチレン層の厚みが変化したことによる原因で、この共振位置が0hの線と600hの線とで多少変わっていることがわかるが、銀の黄化に由来する紫外-可視域における大きな反射率の低下は観測されない。
 尚、フッ素樹脂系も紫外線吸収の観点からは保護層Dを形成する材料に適用できるが、実際に保護層Dとして形成すると、形成段階で着色し、劣化するため、保護層Dを形成する材料としては用いることができない。
 また、シリコーンも紫外線吸収の観点からは保護層Dを形成する材料に適用できるが、銀(銀合金)との密着性が極めて悪く、保護層Dを形成する材料としては用いることができない。
 〔放射冷却装置の別構成〕
 図26に示すように、フィルム層F(基材に相当)の上部にアンカー層Gを備え、当該アンカー層Gの上部に、光反射層B、保護層D、赤外放射層Aを備える形態に構成してもよい。
 尚、フィルム層F(基材に相当)は、例えば、PET(エチレンテレフタラート樹脂)等にてフィルム状に形成されたものである。
 アンカー層は、フィルム層Fと光反射層Bとの密着を強めるために導入されている。つまり、フィルム層Fに、直接、銀(Ag)を製膜しようとすると、簡単に剥がれが生じることになる。アンカー層Gは、アクリルやポリオレフィン、ウレタンが主成分であり、イソシアネート基を持つ化合物やメラミン樹脂が混合されているものが望ましい。太陽光に直接当たらない部分のコーティングであり、紫外線を吸収する素材であっても問題ない。
 尚、フィルム層Fと光反射層Bとの密着を強める方法には、アンカー層Gを入れる以外の方法もある。例えば、フィルム層Fの製膜面にプラズマ照射して表面を荒らすと密着性は高まる。
 〔赤外放射層の別構成〕
 図27に示すように、赤外放射層Aを構成する樹脂材料層Jに、無機材料のフィラーVを混入させて、光散乱構成を備えさせるようにしてもよい。また、図28に示すように、赤外放射層Aを構成する樹脂材料層Jの表裏両面を凹凸状に形成して、光散乱構成を備えさせるようにしてもよい。
 このように構成すれば、放射面Hを見たときに、放射面Hのギラツキを抑制できるものとなる。
 つまり、上記した樹脂材料層Jは、表裏両面が平坦で、フィラーVが混入しない構成であるが、このような構成の場合には、放射面Hが鏡面状となるため、放射面Hを見たときに、ギラツキを感じるものとなるが、光散乱構成を備えさせるとこのギラツキを抑制できる。
 また、樹脂材料層JにフィラーVを混入させた場合において、保護層D及び光反射層Bが存在すると、にフィラーVを混入させた樹脂材料層Jのみの場合や光反射層Bのみの場合よりも、光反射率が向上する。
 フィラーVを形成する無機材料としては、二酸化ケイ素(SiO酸化チタン(TiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)等を好適に使用できる。尚、樹脂材料層JにフィラーVを混入すると、樹脂材料層Jの表裏両面が凹凸状になる。
 また、樹脂材料層Jの表裏両面を凹凸状にするには、エンボス加工や表面に傷を付ける加工等を行うことにより行うことができる。
 樹脂材料層Jの裏面が凹凸状になる場合には、図18で説明した構成と同様に、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層N(接合層)が位置するようにすることが望ましい。
 つまり、樹脂材料層Jの裏面が凹凸状であっても、樹脂材料層Jと保護層Dとの間にのり層N(接合層)が位置するから、樹脂材料層Jと保護層Dとを適切に接合することができる。
 尚、樹脂材料層Jの裏面が凹凸状になる場合において、例えば、プラズマ接合により、樹脂材料層Jと保護層Dとを直接的に接合するようにしてもよい。尚、プラズマ接合とは、樹脂材料層Jの接合面と保護層Dの接合面にプラズマの放射によりラジカルを形成し、そのラジカルにより接合する形態である。
 ちなみに、保護層DにフィラーVを混入すると、保護層Dの光反射層Bに接する裏面が凹凸状になり、光反射層Bの表面を凹凸状に変形させる原因になるため、保護層DにフィラーVを混入することは避ける必要がある。つまり、光反射層Bの表面が凹凸状に変形すると、光反射を適正通り行えないものとなり、その結果、放射冷却を適正通り行えないものとなる。
 この点に関する実験結果を、図29に基づいて説明する。
 図29における「光拡散層にAg層を直接形成」とは、フィラーVを混入させる或いは光反射層BであるAg層側にエンボス加工の凹凸がある赤外放射層A(樹脂材料層J)の表面に、銀(Ag)を蒸着等により成膜して光反射層Bを形成することを、意味するものである。
 また、「鏡面Ag上に光拡散層」とは、光反射層BであるAg層の上面が鏡面状に形成され、当該Ag層の上部、保護層D、及び、フィラーVを混入させる或いはエンボス加工の凹凸がある赤外放射層A(樹脂材料層J)が積層されていることを、意味するものである。
 図29に示すように、「光拡散層にAg層を直接形成」の場合には、光反射層Bの表面が凹凸状になるため、光反射率が大きく低下するが、「鏡面Ag上に光拡散層」の場合には、光反射層Bの表面が鏡面状に維持され、適正通りの光反射率が得られる。
 〔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、樹脂材料層Jを形成する樹脂材料として各種のものを例示したが、好適に使用できる樹脂材料としては、塩化ビニル樹脂(PVC)、塩化ビニリデン樹脂(PVDC)、フッ化ビニル樹脂(PVF)、フッ化ビニリデン樹脂(PVDF)を挙げることができる。
(2)上記実施形態では、冷却対象物Eとして、放射冷却装置CP(放射冷却フィルム)の裏面に密着される物体を例示したが、冷却対象物Eとしては、冷却対象空間等、各種の冷却対象を適用できる。
(3)上記実施形態では、樹脂材料層Jの放射面Hをそのまま露出させる形態を例示したが、放射面Hを覆うハードコートを設ける形態で実施してもよい。
 ハードコートとしては、UV硬化アクリル系、熱硬化アクリル系、UV硬化シリコーン系、熱硬化シリコーン系、有機無機ハイブリッド系、塩化ビニルが存在し、いずれを用いてもよい。添加材として有機系帯電防止剤を用いてもよい。
 UV硬化アクリル系の中でもウレタンアクリレートは特によい。
 ハードコートの成膜方法としては、グラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレードコート法、ダイコート法などを用いることができる。
 ハードコート(塗膜)の厚みは1~50μmであり、特に2~20μmが望ましい。
 樹脂材料層Jの樹脂材料として、塩化ビニル樹脂を用いる場合において、塩化ビニル樹脂の可塑剤の量を減らし、硬質塩化ビニル樹脂、或いは、半硬質塩化ビニル樹脂にしてもよい。この場合、赤外放射層Aの塩化ビニルそのものがハードコート層となる。
 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。
A    赤外放射層
B    光反射層
D    保護層
H    放射面
J    樹脂材料層
N    接合層

Claims (21)

  1.  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、前記赤外放射層と前記光反射層との間の保護層とが設けられ、
     前記赤外放射層が、吸収した太陽光エネルギーよりも大きな熱輻射エネルギーを波長8μmから波長14μmの帯域で放つ厚みに調整された樹脂材料層であり、
     前記光反射層が、銀または銀合金を備える放射冷却装置であって、
     前記保護層が、ポリオレフィン系樹脂にて厚さが300nm以上で、40μm以下の形態に、又は、エチレンテレフタラート樹脂にて厚さが17μm以上で、40μm以下の形態に形成されている放射冷却装置。
  2.  前記光反射層は、波長0.4μmから0.5μmの反射率が90%以上、波長0.5μmより長波の反射率が96%以上である請求項1に記載の放射冷却装置。
  3.  前記樹脂材料層の膜厚が、
     波長0.4μmから0.5μmの光吸収率の波長平均が13%以下であり、波長0.5μmから波長0.8μmの光吸収率の波長平均が4%以下であり、波長0.8μmから波長1.5μmまでの光吸収率の波長平均が1%以内であり、1.5μmから2.5μmまでの光吸収率の波長平均が40%以下となる光吸収特性を備え、且つ、
     8μmから14μmの輻射率の波長平均が40%以上となる熱輻射特性を備える状態の厚みに調整されている請求項1又は2に記載の放射冷却装置。
  4.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料は、炭素-フッ素結合、シロキサン結合、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エーテル結合、エステル結合、ベンゼン環のいずれかを1つ以上有する樹脂材料から選択される請求項1~3のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  5.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料の主成分がシロキサンであり、
     前記樹脂材料層の厚みが、1μm以上である請求項1~3のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  6.  前記樹脂材料層の厚みが、10μm以上である請求項4に記載の放射冷却装置。
  7.  前記樹脂材料層の厚みが、20mm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  8.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムである請求項7に記載の放射冷却装置。
  9.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを1つ以上有する炭化水素を主鎖とする樹脂材料、又は、側鎖の炭化水素の炭素数が2個以上のシリコーン樹脂であり、
     前記樹脂材料層の厚みが500μm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  10.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-フッ素結合、シロキサン結合を含む樹脂と、炭化水素を主鎖とする樹脂とのブレンドであり、前記樹脂材料層の厚みが500μm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  11.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、フッ素樹脂であり、
     前記樹脂材料層の厚みが、300μm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  12.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、炭素-塩素結合、炭素-酸素結合、エステル結合、エーテル結合、ベンゼン環のいずれかを一つ以上有する樹脂材料であり、
     前記樹脂材料層の厚みが、50μm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  13.  前記樹脂材料層を形成する前記樹脂材料が、炭素-ケイ素結合を有する樹脂材料であり、
     前記樹脂材料層の厚みが、10μm以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  14.  前記樹脂材料層を形成する樹脂材料が、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニリデン樹脂であり、
     前記樹脂材料層の厚みが、100μm以下で10μm以上である請求項1~3のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  15.  前記光反射層が、銀または銀合金で構成され、その厚みが50nm以上である請求項1~14のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  16.  前記光反射層が、前記保護層に隣接して位置する銀または銀合金と前記保護層から離れる側に位置するアルミまたはアルミ合金の積層構造である請求項1~14のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  17.  前記樹脂材料層と前記保護層と前記光反射層とが積層された状態においてフィルム状である請求項1~16のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  18.  前記樹脂材料層と前記保護層とが、接着剤又は粘着剤の接合層にて接合されている請求項1~17のいずれか1項に記載の放射冷却装置。
  19.  前記樹脂材料層に、無機材料のフィラーが混入されている請求項18に記載の放射冷却装置。
  20.  前記樹脂材料層の表裏両面が凹凸状に形成されている請求項18に記載の放射冷却装置。
  21.  請求項1~20のいずれか1項に記載の放射冷却装置を用いて、前記赤外光を前記樹脂材料層の前記光反射層と接する面とは反対側の前記放射面から放射する放射冷却方法であって、
     前記放射面を空に向け、当該放射面から前記赤外光を放射する放射冷却方法。
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