として機能するように開発された DIY 放射クーラー

DIY クーラーのデザインはセロハンテープとアルミホイルを使用して、電気や冷媒を使用せずに冷却を実現します。

SPIE--国際光学およびフォトニクス学会

画像: 科学者たちは、最も一般的な家庭用品であるセロハンテープを使用した、ゼロカーボン、ゼロエネルギーのクーラーを設計しました。もっと見る

クレジット: Jyotirmoy Mandal および Aaswath P. Raman、UCLA。

「温室効果」という用語は、気候変動に関する継続的な議論のおかげで、数十年前に公共の辞書の一部になりました。 自然現象である温室効果は、太陽からの熱が放射線の形で地球の大気中のガスにどのように閉じ込められるかを表します。 しかし、これらの波長は大気ガスにはほとんど吸収されないため、依然として大量の放射線が宇宙空間に失われています。 これらの波長は長波長赤外線 (LWIR) 放射を構成します。

この自然現象を利用して物体を冷却することは、受動的放射冷却として知られています。 簡単に言えば、受動的放射冷却では、物体を空の下に置いてその温度を下げます。 より優れた放射冷却を確保するために、塗料やポリマーなどのいくつかの材料が開発されていますが、これらは製造が難しく、性能もばらつきがあります。

しかし、Journal of Photonics for Energy (JPE) に掲載された最近の研究では、UCLA サムエリ工学部の科学者らが、セロハンテープやアルミホイルなどの家庭用材料で作られた自分で作る (口語的には DIY) 放射クーラーを開発しました。 。 このデバイスは研究標準として提案されています。 「当社のデバイスは、柔軟性、堅牢性、拡張性、低コストであるだけでなく、市販の材料を使用して作成されています。これにより、他のデバイスや材料を測定するための選択的エミッタンスを備えた、便利で再現可能な標準として魅力的になります。」この研究の責任著者であるアスワス・P・ラマン氏は言う。

Scotch® テープに使用される接着剤とプラスチック フィルムは両方とも、LWIR 波長の熱を吸収および放射できる化学結合を備えているため、パッシブ放射クーラーにとって魅力的な選択肢となります。 研究チームは、アルミホイル上の2層のテープで構成されるデザインを作成しました。 次に、クーラーの光学測定を行ったところ、その設計が適度に選択的な赤外線放射を備えていることがわかりました。 ここでの「選択性」とは、すべての波長での放射と比較した、一次大気窓内の LWIR 放射によって失われる熱の割合を指します。 彼らはまた、アルミニウム箔よりも太陽放射の吸収が少ないため、スパッタコーティングされた銀を使用した代替設計もテストしました。

彼らは、アルミニウムの設計により、夜間に周囲温度より 7°C の温度低下を達成できることを発見しました。 彼らはまた、スパッタコーティングされた銀のデザインにより、日中の温度が 2 ～ 3 °C 低下する可能性があることも確認しました。 最後に、ポリエチレン対流シールド (熱吸収を減らすための追加層) を使用して最初の設計をテストし、最大 11°C の温度低下を達成できることがわかりました。 「私たちが達成した大幅な温度低下は、熱電プロセスによる発電にさらに利用できます」ともう一人の責任著者ジョティルモイ・マンダルは説明する。

おそらく、この研究の最も重要な部分はその再現性です。 3M スコッチテープは幅広い入手可能性と生産の一貫性により、サーマルクーラーの信頼できる標準となっています。 アルミニウム箔も、ブランドを問わず比較的一定の特性を備えたものを容易に入手できます。 これらの要因は、サーマル クーラーの将来のすべての設計の標準リファレンスとしてセロテープとフォイルの設計を使用するという議論に寄与します。 また、サーマルエミッターの選択性を分類するための明確な境界も現時点ではありません。 この設計はそのようなしきい値として機能する可能性があります。

JPE副編集長のPeter Bermel氏は、「この研究は、研究環境における広範な低コスト用途向けに放射冷却を『民主化』する潜在的に影響力のある方法を提示している」と述べている。 標準としての採用を促進するために、研究チームは、設計の光学性能に関する広範な実験から得られたデータをオンラインで公開しました。

Xin Huang、Jyotirmoy Mandal、および Aaswath P. Raman によるオープンアクセスの記事「放射冷却標準およびデバイス設計の冷却コンポーネントとしての DIY 放射クーラー」 (J. Photon) を読んでください。 エネルギー12 (1)、012112 (2021)、doi 10.1117/1.JPE.12.012112。 この記事は、Aaswath P. Raman (カリフォルニア大学ロサンゼルス校)、Xiaobo ying (コロラド大学ボルダー校)、Peter Bermel (パデュー大学) がゲスト編集した放射冷却に関する JPE 特別シリーズの一部です。

エネルギーのためのフォトニクスジャーナル

10.1117/1.JPE.12.012112

実験研究

放射冷却標準およびデバイス設計用の冷却コンポーネントとしての自作放射クーラー

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