[發明專利]帶有封閉致冷功能的紅外輻射致冷系統

有效

• 申請號: 201711128935.8
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107883493B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 胡林;湯娟;周小琴;李金青;崔取金;王娟
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: F24F5/00
• 分類號: F24F5/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種帶有封閉致冷功能的紅外輻射致冷系統，包括高反光層（1）、強紅外輻射層（2）、由高透光高分子聚合材料制成的夾層（3）、貯液罐（5）、上水泵和下水電磁閥（4）。夾層連接貯液罐，貯液罐裝有制冷封閉溶液（6），制冷封閉溶液中至少含有對8到13微米波長的紅外輻射強吸收成份。本發明通過在紅外輻射致冷系統面向外太空的一面加上由高透光高分子聚合材料制成的封閉夾層，并通過夾層外的貯液罐向封閉夾層內輸送制冷封閉溶液，實現夏天系統制冷，冬季停止系統制冷。如將本發明應用于建筑行業，可實現對建筑物夏天致冷的目的。

技術領域

本發明涉及一種帶有封閉致冷功能的紅外輻射致冷系統，屬制冷技術領域。

背景技術

根據普朗克黑體輻射定律，任何溫度高于絕對零度的物體都會以電磁波的形式向外界輻射熱能，物體由于向外輻射能量而導致自身溫度降低，這就是輻射冷卻。斯蒂芬-波爾茲曼指出，黑體的全輻射功率與它的絕對溫度 4 次方成正比，據計算，1平方米的絕對黑體在300K時在全波段輻射出460W輻射能量。 如果該黑體只輻射而不從環境中吸收能量，該黑體將會以顯著的速度降低溫度。 在理論上，輻射冷卻可以被用來開發出無需電能也不需要依賴外在能源制冷技術，這種技術就是輻射致冷技術。

目前，輻射致冷技術在解決兩個最基本的問題后有了顯著的進步。這兩個問題是：第一，如何有效地將熱量以紅外輻射的方式發射出去；第二，實際的輻射致冷系統在向外界輻射熱能的同時也在吸收熱輻射及陽光照射。在夜間，致冷系統可能因為吸收環境中的輻射而降低效率；在白天陽光的照耀下，如果吸收的太陽及環境的熱輻射大于其自身向外的熱輻射，系統總效果將使本身溫度升高，完全達不到制冷的目的，這意味著必需要有高效的反射系統，反射陽光及環境熱輻射。

2014年，斯坦福大學Shanhui Fan教授研究小組在解決以上兩個問題時取得了突破性進展，其工作發表在《Nature》 Vol 515, pp540–544 (27 November, 2014) 題目為“Passive radiative cooling below ambient air temperature under directsunlight”，文中用二氧化硅和二氧化鉿兩種材料的不同厚度的薄膜周期交替形成共七層的層狀結構。這種層狀結構不僅能夠將高達97%的陽光反射，從而盡量避免由于受到日曬而升溫，而且它可以通過輻射8-13微米波長的紅外線向外界釋放能量。8-13微米波長的紅外線是一個大氣的紅外窗口，這一波段的紅外線不會被大氣層吸收，可直接到達溫度更低的外太空。實驗表明，即便在白天且處于太陽直射的情況下，這種層狀結構仍然能夠將覆蓋在它下方的物體的溫度降低5攝氏度。這項研究成果首次將即使在日光直射下的輻射制冷變成可能。科羅拉多大學的Xiaobo Yin等對Shanhui Fan的工作進行了改進，獲得了更高效廉價并可大規模生產的薄膜，論文發表在2017年3月的《科學》雜志上題目為“Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytimeradiative cooling”。該薄膜由聚甲基戊烯（TPX)透明塑料制成，他們在TPX中摻入細小的玻璃微珠，把制成品拉成約50微米厚的薄片，再將面鍍上銀，鍍銀的一面朝下，96%的太陽光就會被復合材料反射回去，同時，以紅外特別是8-13微米的大氣紅外窗口向太空輻射出熱能，其輻射制冷的功率大約為100W/M²。具體輻射功率隨著日夜以及太陽的強度而有所不同。

盡管從理論上可以將此紅外輻射致冷系統貼在房屋的屋頂而起到降溫并節能的作用，但事實上該系統在大多數地區并不實用。因為，通常情況下，房屋在夏季需要反射陽光并降溫，但到了冬季，人們需要陽光對屋面進行加熱，但覆蓋了此紅外輻射致冷系統的屋面不僅在冬季不能吸收陽光，而且不斷地從屋面抽取能量并拋向太空，無論在夏季還是冬季都在對房屋進行制冷，這種系統無疑存在著重大缺陷。

發明內容