(57)【要約】【課題】２μｍ以下の波長の日射の利用が容易な放射冷却装置を提案する。【解決手段】第１窓部材２２を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い部材として構成し、第２窓部材２４を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い部材として構成し、第１窓部材２２と第２窓部材２４との間に配置する冷媒流路部材２６を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い部材として構成する。これにより、冷媒流路２８の冷媒に冷熱を付与することができると共に、第１窓部材２２側からの太陽光を後方の太陽光利用装置３０によって利用することができる。太陽光利用装置３０は後方に配置するだけでよいから、放射冷却装置２０は２μｍ以下の波長域の光（日射）の利用が容易なものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射冷却を用いた放射冷却装置であって、
０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い第１窓部材と、
０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い第２窓部材と、
前記第１窓部材と前記第２窓部材との間に配置され、内部に冷媒の流路が形成され、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い冷媒流路部材と、
を備える放射冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の放射冷却装置であって、
前記第１窓部材は、フッ化バリウムの基材を用いて構成されている、
放射冷却装置。
【請求項３】
請求項２記載の放射冷却装置であって、
前記第１窓部材は、前記基材にポリエチレンフィルムを圧着させて構成されている、
放射冷却装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載の放射冷却装置であって、
前記第２窓部材は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高いガラスの基材に酸化第二スズの薄膜を形成することにより構成されている、
放射冷却装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれか１つの請求項に記載の放射冷却装置であって、
前記冷媒流路部材は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い高透過ガラスを用いて構成されている、
放射冷却装置。
【請求項６】
放射冷却を用いた冷却と日射の利用を行なう冷却光利用システムであって、
請求項１ないし５のうちのいずれか１つの請求項に記載の放射冷却装置と、
前記放射冷却装置を透過した前記０．３μｍ〜２μｍの波長域の光により機能する太陽光利用装置と、
を備える冷却光利用システム。
【請求項７】
請求項６記載の冷却光利用システムであって、
前記太陽光利用装置は、内部に熱媒の流路が形成され、前記放射冷却装置を透過した前記０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の吸収率が高い集熱部を備える集熱装置である、
冷却光利用システム。
【請求項８】
請求項７記載の冷却光利用システムであって、
前記放射冷却装置の前記第２窓部材と前記集熱部との間に真空断熱層を形成する断熱部、
を備える冷却光利用システム。
【請求項９】
請求項７または８記載の冷却光利用システムであって、
前記集熱部は、円筒状に形成されており、
前記放射冷却装置は、前記集熱部の外周側に円環状に形成されている、
冷却光利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射冷却装置および冷却光利用システムに関し、詳しくは、放射冷却を用いた放射冷却装置およびこうした放射冷却装置として機能すると共に光により機能する太陽光利用装置としても機能する冷却光利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放射冷却装置としては、透光性のポリエチレンフィルムにより開口部が覆われアルミ箔が底部に貼り付けられた断熱容器の中空部に、冷媒流路が形成された熱放射体を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。熱放射体は、鏡面アルミニウム板に二フッ化ビニリデンの一種であるアフレックスフィルム（登録商標）を被覆した二層構造として構成されており、８〜１３μｍの特定波長域で高い放射性を示し、これ以外の波長域の光に対して高い反射率を示す。このため、熱放射体は、開口部からの太陽光の照射に対して、４μｍ以下の波長の日射の大部分を反射し、８〜１３μｍの波長域の熱放射のみを吸収する。これにより、昼夜を問わず、放射冷却により冷熱を冷媒に付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−８３１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の放射冷却装置では、４μｍ以下の波長の日射の大部分を反射するため、日射の大部分については利用することができない。この問題に対して、反射した日射を受光して集熱する集熱装置と組み合わせることも考えられるが、太陽光の方向が時間によって変化するため、時間の経過により反射光を集熱装置に導く必要が生じ、装置が大型化する。
【０００５】
本発明の放射冷却装置は、２μｍ以下の波長の日射の利用が容易な放射冷却装置を提案することを主目的とする。また、本発明の冷却光利用システムは、放射冷却を用いる放射冷却装置の機能と２μｍ以下の波長の日射により機能する太陽光利用装置の機能とを兼ね備えるシステムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放射冷却装置および冷却光利用システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の放射冷却装置は、
放射冷却を用いた放射冷却装置であって、
０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い第１窓部材と、
０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い第２窓部材と、
前記第１窓部材と前記第２窓部材との間に配置され、内部に冷媒の流路が形成され、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い冷媒流路部材と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の放射冷却装置では、第１窓部材、冷媒流路部材、第２窓部材の順に並んでいる。８μｍ〜１３μｍの波長域の光に対しては、第１窓部材は透過率が高く、冷媒流路部材は放射率が高い。第２窓部材では、２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い。このため、第２窓部材側からの２μｍ〜１３μｍの波長域の光の多くは反射され、冷媒流路部材から放射される８μｍ〜１３μｍの波長域の光の多くは第１窓部材側から透過する。この結果、冷却流路部材は冷却され、冷熱を冷媒に付与することができる。一方、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光については、第１窓部材も第２窓部材も冷媒流路部材も、いずれも透過率が高いため、この波長域の光は、その大部分が放射冷却装置を透過する。したがって、放射冷却装置を介して０．３μｍ〜２μｍの波長域の光を用いることができる。この結果、本発明の放射冷却装置は、２μｍ以下の波長の日射の利用が容易なものとなる。ここで、「透過率が高」や「反射率が高」、「放射率が高」とは、本明細書では、平均して、少なくとも５０％以上であり、できれば７０％以上であり、好ましくは８０％以上であり、更に好ましくは９０％以上であることを意味している。以下同様である。「冷媒」は、冷却用の熱交換媒体を意味している。以下でも同様である。
【０００９】
こうした本発明の放射冷却装置において、前記第１窓部材はフッ化バリウムの基材を用いて構成されているものとしてもよい。この場合、前記第１窓部材は前記基材にポリエチレンフィルムを圧着させて構成されているものとしてもよい。こうすれば、０．３μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い第１窓部材とすることができる。
【００１０】
また、本発明の放射冷却装置において、前記第２窓部材は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高いガラスの基材に酸化第二スズの薄膜を形成することにより構成されているものとしてもよい。こうすれば、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い第２窓部材とすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の放射冷却装置において、前記冷媒流路部材は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い高透過ガラスを用いて構成されているものとしてもよい。
【００１２】
本発明の冷却光利用システムは、
放射冷却を用いた冷却と日射の利用を行なう冷却光利用システムであって、
上述のいずれかの態様の本発明の放射冷却装置と、
前記放射冷却装置を透過した前記０．３μｍ〜２μｍの波長域の光により機能する太陽光利用装置と、
を備えることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の冷却光利用システムでは、放射冷却装置は、上述したように第１窓部材と第２窓部材と冷媒流路部材とを備えるから、放射冷却により冷媒流路部材の冷媒に冷熱を付与することができる。放射冷却装置は０．３μｍ〜２μｍの波長域の光については透過し、太陽光利用装置は０．３μｍ〜２μｍの波長域の光により機能する。これらの結果、放射冷却を用いる放射冷却装置の機能と２μｍ以下の波長の日射により機能する太陽光利用装置の機能とを兼ね備えることができる。ここで、太陽光利用装置としては、ソーラーパネルなどを用いた太陽光発電装置や、日射により集熱する集熱装置、採光を利用する採光装置などを挙げることができる。
【００１４】
こうした本発明の冷却光利用システムであって、前記太陽光利用装置は、内部に熱媒の流路が形成され、前記放射冷却装置を透過した前記０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の吸収率が高い集熱部を備える集熱装置であるものとすることもできる。こうすれば、放射冷却装置を透過した０．３μｍ〜２μｍの波長域の光を用いて熱媒に温熱を付与することができる。ここで、「熱媒」は、加熱用の熱交換媒体を意味している。以下でも同様である。
【００１５】
この態様の本発明の冷却光利用システムにおいて、前記放射冷却装置の前記第２窓部材と前記集熱部との間に真空断熱層を形成する断熱部を備えるものとすることもできる。こうすれば、放射冷却装置と集熱部の間には断熱部が配置されるから、放射冷却装置の冷媒の冷熱が集熱部に熱伝導したり、集熱部の熱媒の温熱が放射冷却装置に熱伝導するのを抑制することができる。また、前記集熱部は円筒状に形成されており、前記放射冷却装置は前記集熱部の外周側に円環状に形成されているものとしてもよい。こうすれば、内径側から集熱部、断熱部、放射冷却装置の順に配置して円筒形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の冷却光利用システム１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の第１窓部材２２の分光透過率を示すグラフである。
【図３】実施例の第２窓部材２４の分光透過率と分光反射率を示すグラフである。
【図４】実施例の冷媒流路部材２６の分光透過率と分光放射率を示すグラフである。
【図５】実施例の冷却光利用システム１００の構成の概要を示す構成図である。
【図６】冷却集熱器１１０の断面構造を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態の冷却光利用システム１０の構成の概略を示す構成図である。実施形態の冷却光利用システム１０は、放射冷却により冷媒に冷熱を付与する放射冷却装置２０と日射により機能する太陽光利用装置３０とにより構成されている。ここで、「冷媒」は冷却用の熱交換媒体を意味しており、後出する「熱媒」は加熱用の熱交換媒体を意味している。なお、図１には、放射冷却装置２０については断面構造の概略を示した。太陽光利用装置３０としては、周知の太陽光集熱装置や周知の太陽光発電装置あるいは周知の採光装置などを挙げることができる。
【００１８】
放射冷却装置２０は、図示するように、枠部材としての断熱容器２９の一方の開口部（図中上部）に取り付けられた第１窓部材２２と、断熱容器２９の他方の開口部（図中下部）に取り付けられた第２窓部材２４と、第１窓部材２２と第２窓部材２４との間に配置された冷媒流路部材２６とを備える。
【００１９】
第１窓部材２２は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、且つ、８μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い部材として構成されている。例えば、０．３μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い部材としてもよいが、０．３μｍ〜２μｍの波長域および８μｍ〜１３μｍの波長域以外の波長域の光については透過せずに反射するものが好ましい。第１窓部材２２としては、フッ化バリウム（ＢａＦ2）やダイヤモンドなどの基材をポリエチレンフィルムなどの被覆材により被覆したものを用いることができる。ここで、「透過率が高い」とは、平均して、少なくとも５０％以上であること、できれば７０％以上であること、好ましくは８０％以上であること、更に好ましくは９０％以上であることを意図している。以下の「透過率が高い」についても同様である。
【００２０】
第２窓部材２４は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、且つ、２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い部材として構成されている。第２窓部材２４としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高いガラスの基材に酸化第二スズなどの金属酸化物または金属による薄膜（２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い膜）を形成したものを用いることができる。ここで、「反射率が高い」とは、平均して、少なくとも５０％以上であること、できれば７０％以上であること、好ましくは８０％以上であること、更に好ましくは９０％以上であることを意図している。以下の「反射率が高い」についても同様である。
【００２１】
冷媒流路部材２６は、内部に冷媒の流路２８が形成され、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、且つ、８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い部材として構成されている。例えば、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、且つ、２μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い部材としてもよい。冷媒流路部材２６としては、例えば、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い高透過ガラスなどを用いて形成することができる。ここで、「放射率が高い」とは、平均して、少なくとも５０％以上であること、できれば７０％以上であること、好ましくは８０％以上であること、更に好ましくは９０％以上であることを意図している。以下の「放射率が高い」についても同様である。
【００２２】
放射冷却装置２０では、８μｍ〜１３μｍの波長域の光に対しては、第１窓部材２２は透過率が高く、冷媒流路部材２６は放射率が高い。第２窓部材２４では、２μｍ〜１３μｍの波長域の光の反射率が高い。このため、第２窓部材２４側からの２μｍ〜１３μｍの波長域の光の多くは反射され、冷媒流路部材２６から放射される８μｍ〜１３μｍの波長域の光の多くは第１窓部材２２側から透過する。この結果、冷却流路部材２６は冷却され、冷媒に冷熱を付与することができる。一方、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光については、第１窓部材２２も第２窓部材２４も冷媒流路部材２６も、いずれも透過率が高いため、この波長域の光は、その大部分が放射冷却装置２０を透過する。このため、放射冷却装置２０を透過した０．３μｍ〜２μｍの波長域の光は、放射冷却装置２０の後方（図中下側）に配置された太陽光利用装置３０により利用することができる。
【００２３】
次に、放射冷却装置２０の実施例について説明する。実施例では、第１窓部材２２については、フッ化バリウム（ＢａＦ2）の基材２２ａをポリエチレンフィルムの被覆材２２ｂを圧着させて被覆した。第２窓部材２４としては、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高いガラスの基材２４ａに酸化第二スズをスパッタリングにより薄膜２４ｂ（２μｍ〜２０μｍの波長域の光の反射率が高い膜）を形成した。冷媒流路部材２６としては、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い高透過ガラスに冷媒流路２８を形成する凹部を形成し、基材２６ａ，２６ｂを凹部が整合するように貼りあわせた。図２に実施例の第１窓部材２２の分光透過率を示し、図３に実施例の第２窓部材２４の分光透過率と分光反射率とを示し、図４に実施例の冷媒流路部材２６の分光透過率と分光放射率とを示す。図２に示すように、実施例の第１窓部材２２は、０．３μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い。図３に示すように、実施例の第２窓部材２４は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、且つ、２μｍ〜２０μｍの波長域の光の反射率が高い。図４に示すように、実施例の冷媒流路部材２６は、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く、２μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い。従って、実施例では、第１窓部材２２側からの光に対しては０．３μｍ〜２μｍの波長域の光を透過し、第２窓部材２４側からの２μｍ〜２０μｍの波長域の光（熱放射を含む）については反射し、冷媒流路部材２６からの８μｍ〜１３μｍの波長域の光（熱放射）については第１窓部材２２から外部に放射する。この結果、冷媒流路部材２６が冷却され、冷媒流路２８の冷媒に冷熱を付与することができる。もとより、第１窓部材２２側からの０．３μｍ〜２μｍの波長域の光（日射）を後方の太陽光利用装置３０によって利用することができる。
【００２４】
次に、太陽光利用装置３０として太陽光集熱装置を用いた場合の実施例について説明する。図５は、実施例の冷却光利用システム１００の構成の概略を示す構成図である。実施例の冷却光利用システム１００は、放射冷却装置として機能すると共に集熱装置として機能する細長い円筒状の複数の冷却集熱器１１０と、冷却集熱器１１０からの冷媒と熱交換して冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱部１２０と、冷却集熱器１１０からの熱媒と熱交換して温熱を蓄熱する温熱蓄熱部１３０と、を備える。冷熱蓄熱部１２０は、各冷却集熱器１１０へ冷媒を供給したり回収する冷媒供給回収器１２２と、冷媒供給回収器１２２により回収された冷媒との熱交換により冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱器１２４と、冷媒供給回収器１２２と冷熱蓄熱器１２４とに冷媒を循環させる冷媒用循環パイプ１２６と、を備える。温熱蓄熱部１３０は、各冷却集熱器１１０へ熱媒を供給したり回収する熱媒供給回収器１３２と、熱媒供給回収器１３２により回収された熱媒との熱交換により温熱を蓄熱する温熱蓄熱器１３４と、熱媒供給回収器１３２と温熱蓄熱器１３４とに熱媒を循環させる熱媒用循環パイプ１３６と、を備える。
【００２５】
図６は、冷却集熱器１１０の断面構造を説明する説明図である。冷却集熱器１１０は、外周側から、第１窓部材２２２、冷媒流路部材２２６、第２窓部材２２４、集熱部材２３２により構成されている。第１窓部材２２２は、実施例の放射冷却装置の第１窓部材２２と同様に、パイプ状に形成したフッ化バリウム（ＢａＦ2）の基材の外周面にポリエチレンフィルムの被覆材を圧着させて被覆して構成されている。冷媒流路部材２２６は、実施例の冷媒流路部材２６と同様に、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い高透過ガラスを径の異なるパイプ状に形成した２つの基材２２６ａ，２２６ｂにより構成されており、基材２２６ａ，２２６ｂの間に冷媒流路２２８が形成されている。第２窓部材２２４は、実施例の第２窓部材２４と同様に、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高いガラスをパイプ状に形成した基材の外周面に酸化第二スズをスパッタリングにより薄膜を形成することにより構成されている。集熱部材２３２は、パイプ状に形成したガラス基材の外周面に日射を吸収し熱放射をしない周知の選択吸収材、例えば熱伝導コーティングと赤外線吸収コーティングと反射防止コーティングとを施して構成されており、その内側に熱媒流路２３４が形成されている。なお、第２窓部材２２４と集熱部材２３２との間は真空断熱層２４０となっている。
【００２６】
冷却集熱器１１０では、０．３μｍ〜２μｍの波長域の光（日射）は、第１窓部材２２２、冷媒流路部材２２６、第２窓部材２２４を透過し、集熱部材２３２で吸収され、熱媒流路２３４の熱媒に温熱を付与する。熱媒流路２３４の熱媒からの熱放射は集熱部材２３２により阻害される。一方、冷媒流路部材２２６からの８μｍ〜１３μｍの波長域の光（熱放射）については第１窓部材２２２から外部に放射するから、冷媒流路２２８の冷媒に冷熱を付与する。第２窓部材２２４と集熱部材２３２との間には真空断熱層２４０が形成されているから、集熱部材２３２の温熱が第２窓部材２２４側に熱伝導したり、第２窓部材２２４側の冷熱が集熱部材２３２側に熱伝導したりするのを抑制することができる。
【００２７】
以上説明した実施形態の放射冷却装置２０によれば、第１窓部材２２を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の透過率が高い部材として構成し、第２窓部材２４を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ２μｍ〜２０μｍの波長域の光の反射率が高い部材として構成し、第１窓部材２２と第２窓部材２４との間に配置する冷媒流路部材２６を０．３μｍ〜２μｍの波長域の光の透過率が高く且つ８μｍ〜１３μｍの波長域の光の放射率が高い部材として構成することにより、冷媒流路２８の冷媒に冷熱を付与することができると共に、第１窓部材２２側からの太陽光を後方の太陽光利用装置３０によって利用することができる。太陽光利用装置３０は実施形態の放射冷却装置２０の後方に配置するだけでよいから、実施形態の放射冷却装置２０は２μｍ以下の波長域の光（日射）の利用が容易なものとなる。
【００２８】
実施形態の冷却光利用システム１０では、放射冷却装置２０と太陽光利用装置３０とを備えることにより、放射冷却を用いる放射冷却装置２０の機能と２μｍ以下の波長の日射により機能する太陽光利用装置３０の機能とを兼ね備えることができる。
【００２９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、放射冷却装置や冷却光利用システムの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，１００  冷却光利用システム、２０  放射冷却装置、２２，２２２  第１窓部材、２２ａ  基材、２２ｂ  被覆材、２４，２２４  第２窓部材、２４ａ  基材、２４ｂ  薄膜、２６，２２６  冷媒流路部材、２６ａ，２６ｂ，２２６ａ，２２６ｂ  基材、２８，２２８  冷媒流路、２９  断熱容器、３０  太陽光利用装置、１１０  冷却集熱器、１２０  冷熱蓄熱部、１２２  冷媒供給回収器、１２４  冷熱蓄熱器、１２６  冷媒用循環パイプ、１３０  温熱蓄熱部、１３２  熱媒供給回収器、１３４  温熱蓄熱器、１３６  熱媒用循環パイプ、２３２  集熱部材、２３４  熱媒流路、２４０  真空断熱層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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