被动辐射冷却的制造方法、结构及用途与流程

被动辐射冷却的制造方法、结构及用途
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2018年4月16日提交的美国临时专利申请no.62/658,146的权益。本技术的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及基于被动辐射冷却的结构，用途和方法。如本文所用，通过使用发射与地球大气层或其他周围环境/围场中的透明窗口相对应的波长的设备来实现被动辐射冷却。例如，可以使用在7微米至13微米范围内的红外(ir)波长发射的材料在室外实现被动辐射冷却。


背景技术：

4.在被称为“温室效应”的现象中，大气以电磁辐射的形式吸收热量。但是，并非所有辐射波长都被均等地捕获。例如，在波长大约为7μm至13μm之间的红外辐射波长处存在一个所谓的“大气窗口”，在该位置处，地球表面发射的辐射离开大气层。从热力学的角度来看，这些“大气窗口”的结果是，从地球表面的物体以这些波长发射的热辐射将传递到空间的冷阱。以这种方式，被动发射冷却可用于降低星球表面的物体的温度，这与蒸发冷却可用于降低干燥气候中的温度一样。
5.在夜间和白天这两种条件下都已经证明了辐射冷却，raman等人，“passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight”，《自然》，第515卷，2014年11月27日，第540-544页，描述了一种在大气窗口发射的同时使用反射入射光的七层hfo2和sio2的热光子方法。通过这种方法，他们展示了在阳光直射下超过5摄氏度的屋顶上的冷却效果。从那时起，这个小组展示了辐射冷却的几种不同版本的材料，包括可见的透明蚀刻二氧化硅光子晶体版本。
6.然而，拉曼的方法对于具有以下几点要求的商业应用而言并不是很实用，包括：材料成本低，为了易于应用具有一定灵活性，顶面平滑以防止灰尘堆积，同时耐用性也有要求，以便于户外环境的使用。本发明的一个方面是提供冷却能力高的实用且性价比高的辐射冷却结构。
7.在美国专利申请us 2017/0248381中，描述了一种光谱透明但模糊的辐射冷却结构，其中非聚合物颗粒随机地嵌入聚合物基体中。粒径的优选范围与1μm至30μm之间的球形颗粒的平均有效直径相对应。颗粒与聚合物基体之间的体积百分比的优选范围为2％至25％。虽然在上述尺寸范围和体积百分比内的颗粒非常适合于捕获和发射7μm至13μm波长范围内的ir辐射，但是光散射是导致透明性明显降低的问题。
8.冷藏货物温度控制的卡车拖车中的产品需要消耗大量能量。冷藏卡车运输业每年在燃料上的花费超过$30b，使燃料成为了他们最大的支出之一，甚至多于人工支出。此外，燃烧如此大量的柴油所产生的废气导致87mmt的二氧化碳当量排放(不包括制冷剂产生的排放，以及传统冷却方法产生的废热的影响)，并使冷藏货运行业成为美国最大的污染源之
一。即使将冷藏卡车拖车的燃料需求减少一些，也可以显著提高车队所有者的获利能力，同时还可以大大减少污染排放。


技术实现要素：

9.根据本发明的方面，被动辐射冷却可以用于冷却室外表面，并且可以通过抵消来自诸如发动机，电子设备，化学反应和太阳(例如大功率电子设备，包括变压器，包括窗户在内的建筑围护结构，太阳能光伏和电池存储，包括电动汽车在内的运输，净水/蒸馏)的热量来提高系统效率。本发明的另一方面是提供对可见光透明的有效辐射冷却结构。
10.根据本发明的优选实施例，被动辐射冷却结构以柔性膜的形式提供，该柔性膜对可见光透明，并且被配置为吸收和发射在对地球大气透明的波长处的红外辐射。柔性膜可以由单一基材制成，或者其可以掺入大于25％的嵌入材料(按体积计)。
11.在一些实施例中，柔性膜可以掺入直径大于30μm的基本上球形的颗粒。在其他实施例中，可以掺入具有非球形形状的颗粒，并且其平均每颗粒体积大于约14,200μm3，并且掺入的颗粒足够小以适合在膜的顶表面和底表面之间。
12.在一些实施例中，掺入的颗粒可以以有序的重复方式布置在片材内，并且在其他实施例中，掺入的颗粒可以以更随机或无序但确定的方式分布。
13.在一些实施例中，柔性膜由透明塑料片形成，并且掺入的颗粒由石英玻璃制成。在一个优选的实施例中，颗粒由熔融石英玻璃制成。
14.在一些实施例中，嵌入颗粒是圆柱形的凹面或凸面侧壁结构，每个侧壁结构具有由第一圆形区域圆周界定的第一圆形区域和由第二圆形区域圆周界定的第二圆形区域，其中第一圆形区域圆周和第二圆形区域圆周通过侧壁表面连接，并封闭连接第一圆形区域和第二圆形区域的内部容积，并且其中第一和第二圆形区域平行于膜表面取向。
15.在一些实施例中，由透明柔性膜制成的被动辐射冷却结构设在面板的顶部，以便充分地冷却面板中的太阳能电池并增加将光转换成电能的效率。
16.在其他实施例中，透明柔性膜包括一中单片材料，其中在两个平行表面中的一个或两个上存在蚀刻。蚀刻可以可选地由另一种材料填充，该另一种材料的折射率与周围介质更相似，以改善表面之间的耦合。
17.在另一优选实施例中，被动辐射冷却结构包括一个或多个冷却堆叠。冷却结构的每个冷却堆叠均配置有波导层，配置为吸收和发射对地球大气透明的波长处的红外辐射的发射层以及导热层。在该实施例中，发射层夹在波导层和导热层之间。导热层与待冷却的热源热接触。这可以是直接的或通过导热界面。导热层可被配置为基本上与待冷却的热源垂直。可在待冷却的水平或竖直表面上使用这些结构。
18.在另一个实施例中，被动辐射冷却的每个冷却堆叠包括两个波导层和两个发射层，每个发射层被配置为吸收和发射在对地球大气透明的波长处的红外辐射，其中，波导层形成堆叠的外层，两个发射层形成堆叠的下一个最外层，并且其中堆叠的内芯是夹在两个发射层之间的导热层。可在待冷却的水平或竖直表面上使用这些结构。
19.根据本发明的另一实施例，一种冷藏容器包括被动辐射冷却结构，该被动辐射冷却结构被配置为吸收和发射在冷藏容器的外部大气是透明的波长处的红外辐射，以便减少量冷藏容器所需的能量。对于由柔性膜制成的被动辐射冷却结构，可以在膜下方插入反射
层。在其他实施例中，被动辐射冷却结构位于热开关层的顶部，该热开关层与容器的顶板热接触，其中，热开关层包括通道，该通道可替代地填充有导热流体和隔热流体。在另一优选实施例中，使用透明的被动辐射冷却结构覆盖一个或多个容器侧壁，从而既增强了被动冷却能力，又允许通过透明结构看到容器的侧壁上的广告或其它信息。
20.在另一实施例中，被动辐射冷却结构被配置为冷却各种结构和装置，包括但不限于变压器、墙壁、屋顶、制造业中的冷却器、冷却塔、服饰、包括电动车辆在内的车辆、遮阳板结构、喷泉和电池。
附图说明
21.通过参考以下参考附图的详细描述，将更容易理解实施例的前述特征，其中：
22.图1a示出了本发明实施例的柔性，透明的被动辐射冷却结构，其具有以无序方式嵌入的颗粒。
23.图1b示出了本发明实施例的柔性，透明的被动辐射冷却结构，其具有规则间隔的嵌入式凹入侧壁颗粒。
24.图1c示出了可用于图1b的冷却结构中的各种颗粒。
25.图2示出了本发明实施例的柔性，透明的被动辐射冷却结构，其由单一材料构成，具有蚀刻的外表面。
26.图3示出了根据本发明的实施例的透明被动辐射冷却结构，其层叠在太阳能电池板的顶部上。
27.图4示出了本发明实施例的太阳能蒸馏器，其使用透明的被动辐射冷却结构来冷凝阳光加热的水。
28.图5a示出了配置有波导层的本发明实施例的双面辐射冷却堆叠的立体图。
29.图5b示出了本发明实施例的具有多个堆叠的辐射冷却结构的立体图。
30.图5c示出了图5b的辐射冷却结构的局部剖切的透视图，其定向成抵靠待冷却的垂直表面放置。
31.图5d示出了波导层的微透镜和注入子层的放大图，该波导层可以形成图5a，5b和5c的辐射冷却堆叠的一部分。
32.图5e示出了与图5d的波导层的注入子层相关联的重定向耦合元件的另一放大图。
33.图6a示出了本发明实施例的运输容器。
34.图6b示出了在热开关层的顶部上的图6a的被动辐射冷却结构的放大图。
35.图6c示出了在热开关层的顶部上的图6a的被动辐射冷却结构的替代实施例的放大图。
36.图6d示出了与被动辐射冷却结构一起使用的本发明实施例的绝缘窗。
37.图6e示出了与被动辐射冷却结构一起使用的绝缘窗的替代实施例。
具体实施方式
38.定义。除非上下文另有要求，否则本说明书和所附权利要求书中使用的下列术语应具有所指示的含义：
[0039]“基本上透明”是指允许波长通过以便下方的物体在可接受的参数范围内按设计
运行，或使不需要的波长的吸收最小化。
[0040]“柔性”是指材料在卷到卷轴上时可以充分挠曲而不会损坏，这是卷对卷制造技术的典型特征。
[0041]
柔性，透明，被动的辐射冷却结构
[0042]
图1a和1b示出了根据本发明实施例的柔性的，透明的被动辐射冷却结构。冷却结构10为柔性膜15的形式，该柔性膜15具有第一表面20和第二表面25以及在两个表面之间的内部区域30。冷却结构对可见光是透明的，并配置为吸收和发射在地球大气透明的波长(通常在7到13微米之间)处的红外辐射。在这些图中，第一材料40的嵌入颗粒35分布在由第二材料45形成的柔性膜15内。为了最小化光散射，从而使可见透明性最大化，可以这样来选择第一材料40，即使第一材料40在可见频率范围内的折射率更紧密地匹配第二材料在可见频率范围内的折射率。在优选的实施例中，第一材料可以是石英玻璃。为了进一步最小化在粗糙表面上的散射，可以对嵌入颗粒35进行抛光或快速加热。为了减小给定体积百分比的颗粒在其上发生散射的总颗粒表面积，可以使用较大的颗粒，从而允许将较大体积百分比的颗粒用于恒定量的散射。最后，随着较大的特征尺寸减小了散射，因此将颗粒尺寸保持在几何散射范围内将减少每个颗粒的散射。
[0043]
可以控制嵌入颗粒35的大小，化学组成和分布，以便控制ir吸收和发射强度以及带宽。由于使用较大的颗粒，因此可以使用大于25％的颗粒的体积分数，并且可以获得低散射的透明性。幸运的是，即使较大的颗粒导致所需波长范围内最大的吸收/发射最大强度降低，并且将改变最大吸收率的波长，较大的颗粒也将提供宽带吸收响应，从而部分补偿任何单个波长处的强度的损失。与较大颗粒相关的波长的较宽频带分布可以a)部分补偿特定波长处的强度损失，同时仍然在整个大气窗口中提供可比较的总强度，并且b)提供更强大的能力来适应ir窗口的变化，此处的ir窗口变化是由于大气环境发生了变化。
[0044]
基于有关以下几项内容的以上考虑，颗粒大小和颗粒的体积百分比对可见光中的散射，期望的大气窗口中的总吸收以及尽管大气条件变化而具有的性能的相互影响，所公开的发明的优选实施例使用平均每颗粒体积尺寸大于14,200μm3，体积百分比大于25％的颗粒。更特别地，在优选实施例中，体积百分比在25％至73％之间。
[0045]
在图1a中，第一材料40的嵌入颗粒35以无序的方式分布在由第二材料45形成的柔性膜15内。第二材料通常是热塑性聚合物。优选地，将聚合物复合并挤出。2份聚合物或浇注的聚合物溶液也可用于实现纳米颗粒悬浮在可见透明介质中。在该图中，示出的颗粒具有椭圆形形状，但是可以使用多种形状来微调柔性，透明的被动辐射冷却结构10的性质，因为颗粒形状将对复合材料的声子-极化子共振和整体吸收光谱有很大影响。在一个优选的实施例中，颗粒为球形，平均直径大于30μm。
[0046]
在图1b所示的实施例中，第一材料40的嵌入颗粒35均匀分布在柔性膜15内。如该图所示，颗粒具有特定的凹入侧壁结构50，该凹入侧壁结构具有第一圆形区域150和第二圆形区域250，其中第一圆形区域和第二圆形区域通过凹面350通过其圆周连接，从而连接第一圆形区域和第二圆形区域，并且其中第一圆形区域和第二圆形区域与膜15的第一表面20和第二表面25平行。
[0047]
如图1c中进一步详述，颗粒35可以具有多种形状中的任何一种形状。圆形区域例如可以是平坦的，凹的或凸的。颗粒的侧面同样可以是直的，凹的或凸的。颗粒上的圆形表
面可以具有不同的直径。凹侧面用于连接圆形表面。
[0048]
在另一实施例中，如图2所示，柔性，透明的被动辐射冷却结构10由单一材料构成，没有嵌入的颗粒。在这种情况下，光的吸收/发射通过在第一表面20上并且可选地在第二表面25上的图案化沉积和/或蚀刻55来调节。在一个实施例中，蚀刻为有序布置在片材表面上的半球状凹陷。在优选的实施例中，单一材料可以是非常薄的可弯曲玻璃板。第一表面20或第二表面25中的任何一个可以被抛光或快速加热以最小化柔性膜的表面粗糙度。在优选的实施例中，图案化的沉积和/或蚀刻可以是不规则的，如使用遗传算法或机器学习所产生的。因此，被动辐射冷却结构可被配置为对可见光具有足够的透明度，并发射对地球大气透明的红外辐射，红外辐射波长通常在7μm至13μm之间。可选地，第二层28可以沉积在薄片的顶部和/或下方。第二层28可以由适形材料制成，该适形材料的折射率的值在薄片的折射率与周围介质的折射率之间。
[0049]
可以使用标准的绝缘体上硅(soi)晶片和/或等效的面板或卷对卷版本的材料制造柔性薄膜吸收器，以实现所需的光学和机械性能。它的操作如下：1)就像图1b和2中描述的膜一样，通过掺杂/退火或通过蚀刻，纳米压印，微机械加工，沉积或其他微制造技术来形成光子晶体结构，以可选地对器件层进行预处理，以增强大气窗口的吸收；(2)蚀刻器件层下方的整个绝缘体层，以释放顶部器件层；(3)通过添加聚合物或其他材料来处理器件层，以增强器件层的正面和背面的机械和/或光学耦合。
[0050]
具有柔性，透明的被动辐射冷却结构10(包括图1a，图1b和2所示那些被动辐射冷却结构)的实施例对于可见光需要横跨结构但是被动辐射冷却特征是有利的应用而言是有利的。图3示出了这种应用的一个实施例。本发明的一个目的是提供基本透明的辐射冷却结构以冷却太阳能电池板，从而提高其效率。在该实施例中，透明的柔性被动冷却结构10覆盖太阳能电池板60的表面。冷却结构10定向成接近太阳能电池板60的表面，以使得在太阳能电池板上实现期望的冷却效果。可见光穿过柔性冷却结构10，并且由太阳能电池板发电。太阳能电池板的效率随着温度的降低而增加。只要冷却结构在可见光波长下足够透明，即使温度略有下降也可以显著提高太阳能电池的效率。同样可以通过一种非弹性的被动辐射冷却结构来改进太阳能电池板功能。
[0051]
在一个实施例中，包括基本透明的被动辐射冷却结构的薄膜通过毛细作用力保持与太阳能电池板的表面或待冷却的替代表面均匀接触。在通过毛细作用力将膜保持在太阳能电池板或其他表面上的一种优选方法中，通过以下方法粘贴膜：润湿结构的背面，将结构放置在表面上并绕着结构的整个表面刮擦(施加均匀的线性压力)，从而消除了滞留在膜和表面之间的水和气泡，并促进了毛细管粘附。随后可以在膜的边缘处涂抹粘合剂以限制边缘剥落和与表面脱离。通过去除粘合剂的边缘珠并从一个边缘或拐角处剥离柔性膜，通过这种安装方法还可以方便地进行拆卸。
[0052]
如图4所示，可以有利地使用透明被动辐射冷却结构10。通过被动地提供较大的温差，可以采用透明的辐射冷却结构来提高用于净化水的蒸馏器的效率和产量。在该实施例中，透明的被动辐射冷却结构10覆盖蒸馏器的顶部。蒸馏器的其余壁被隔热材料65包围。在蒸馏器的底部，微咸水或海水70包含在吸收太阳能波长的材料75的边界内。阳光穿过透明的被动辐射冷却结构10，并加热水70和包含水的吸热材料75。水70在加热的过程中蒸发。由于在7-13μm的大气窗口中以红外辐射的形式释放能量，冷却结构10为蒸发的水冷凝提供了
相对冷却的表面，从而使水冷凝并流入馏出物通道80。馏出物通道80捕获纯净水浓缩液并对纯净水浓缩液进行引导，将其收集起来。
[0053]
直角偏转和层堆叠的辐射冷却倍增
[0054]
例如前述实施例中所述的基于膜的辐射冷却结构通常提供大约每平方米100瓦的冷却功率。由于来自日光和周围环境的输入可见光和近红外辐射的增加的热负荷，进一步减少了日间冷却。为了达到制冷量为1吨制冷(1tr)的目标，需要35平方米的这种辐射冷却板。因此，可用表面积仍然是实施辐射冷却的限制因素。更为复杂的是，大面积的占地面积意味着来自太阳和周围环境的热负荷将部分抵消表面积增加所带来的益处。
[0055]
在本发明的其他实施例中，可以通过直角偏转和层堆叠来提高被动辐射冷却结构的效率。尽管这样的实施例通常包括不透明的热导体，防止完全看清它们，但是它们可以大大增加有效的冷却板表面积，同时使暴露于阳光下的表面积最小。这样的实施例使用在光子学和涉及平板显示器的消费应用中广泛使用的众所周知的波导原理。
[0056]
这样的实施例利用薄的光波导，其允许在大面积上发射的ir辐射集中和偏转90度，以允许辐射区域堆叠在一起，使得辐射冷却的非常大的总表面积可以容纳在占地面积非常小的区域中。因此，这样的实施例可以在1平方米的占地面积上允许100平方米或更大面积的冷却面板面积占据1立方米。按照这种布置，每平方米冷却面板均会出现这种效率损失，但由于有效表面积较大，对总冷却能力的倍增效应大于波导中耦合损耗和吸收损耗所引起的损耗。另外，由于红外辐射的发射面积很小，因此无需增加任何特殊过滤功能，就大大减少了白天会被加热的面积。
[0057]
在这样的实施例中，红外辐射由辐射冷却吸收器/发射器在大面积上发射，并且通常与冷却表面成90度角聚焦和/或耦合到波导中。这种布置的优点是，发生冷却的发射层现在可以密集地堆叠在一起。
[0058]
5a和5b示出了使用光波导的一个实施例。在图5a中，示出了双面辐射冷却堆叠12，其包括两个波导层22，一个波导层位于堆叠的任一外侧上。每个波导层被配置为在大气透明的频率下集中和重定向红外辐射。在堆叠上向内移动的两个发射层14分别与外侧上的波导层22和内侧上位于中心的导热层16平行。在该实施例中，每个发射层14夹在波导层22和导热层16之间。导热层16的一端与待冷却的热源或与导热层16基本垂直的导热界面24热接触。导热界面24又与待冷却的热源基本平行。该界面可位于与堆叠的面向天空的顶侧相对的底部上，以在使用时进行水平定向，或者如图5c所示，界面可以是堆叠的垂直于面向天空的顶侧的垂直侧，用于冷却垂直定向的表面。无论是水平或垂直或水平和垂直之间的某个位置处的热源本身都可以代替界面24。可替代地，界面24可以优选地被配置为与热源接触，以便将该源上的热量带走。导热层16可以由例如金属，特别是铜或铝的材料制成。发射层14可以是上述的被动辐射冷却片中的任何一个，或者是在大气透明的波长中具有设计的或固有的发射率的任何材料，而与可见光中的透明性无关。例如，碳化硅、氮化硅、sio2、te、pbs、pbse、石英zno和tio2。可以将2d材料集成到发射层14中以改善较薄薄膜的发射，包括例如石墨烯、黑磷、氮化硼、hbn、bcn、氟代石墨烯或氧化石墨烯。可以通过优化至所需的透明度，反射率和吸收光谱来指导特定的选择和结构，但是在多层冷却结构中，透明度的重要性降低。波导层的主要目的是重定向并允许热波长向天空传播，因此理想的波导层材料对于大气透明的波长是透明的，例如聚乙烯薄膜、硫族化物玻璃、多晶卤化银、蓝宝石、单硫属元素
锌、cds、cdte、锗、znse、zns和linbo3。
[0059]
在冷却操作中，来自待冷却热源的热量通过导热层16传导。来自导热层16的红外辐射形式的热量被吸收并从发射层14发出，并耦合到波导层22，在波导层处，将热量向上重定向到天空，以通过大气窗口辐射到外层空间的深处。
[0060]
图5b示出了图5a中描述的分层堆叠26的侧视图。采用这种堆叠布置，很明显可以显著增加有效的热辐射表面积，同时保持适度的阳光直射。而且，波导层22可以组合在相邻的堆叠中，以将热波长从波导层22的两侧重定向到天空。
[0061]
图5d和5e进一步示出了图5a和图5b的实施例的细节。在该实施例中，从发射层32发射的热能被收集并用形成波导层22的第一子层的热波长微透镜34聚焦。聚焦微透镜的ir辐射36聚焦到嵌入波导层2的第二子层中的重定向耦合元件38上。耦合元件38彼此平行地配置，其中每个耦合元件38在一端具有注入面42，而在另一端具有变窄部，并且每个耦合元件定向在波导层内，使得注入面42将辐射指向天空，而变窄部指向相反的方向。注入面42被配置为将微透镜聚焦的红外辐射36向上引导向天空。耦合元件的另一端上的变窄部构造成防止光向后反射。
[0062]
注意，这些堆叠可被配置为通过改变热波长在波导层中的重定向和传播的角度以朝向天空，从而可在任何方向(包括与天空正交的方向，与天空垂直的方向)和在任何方向的例如冷却表面之间的任何位置处去除表面的热量。
[0063]
容器的被动辐射冷却
[0064]
本发明的实施例的另一目的是通过在这种容器的顶部和侧面上使用被动辐射冷却结构来减少卡车拖车上的冷藏容器的燃料使用。这些容器容纳主动冷却单元，例如制冷压缩机，以保持容器内部的低温。图6a示出了由容器的顶部外表面上的被动辐射冷却结构54冷却的冷藏容器52的实施例。可以通过在容器的一个或多个侧面的外表面上的透明的被动辐射冷却结构10来提供进一步的被动冷却，以保留标牌或广告。被动辐射冷却结构54在容器的顶部上可以是不透明的，而透明的被动辐射冷却结构10被配置为允许在容器的一个或多个侧面上看到图像和文字。被动辐射冷却结构54可包括如5a和5b所示的辐射冷却堆叠。实际上，根据本发明的实施例，辐射冷却堆叠可以用在容器的任何或所有外表面上。被动辐射冷却结构54可包括图1a，图1b或2中所述的透明被动辐射冷却结构，其同样可用在容器的任何或所有外表面上。
[0065]
在图6b所示的其他实施例中，被动辐射冷却结构54可以包括上层56和下层58，上层56包括高效辐射冷却堆叠或被动辐射冷却片，下层58与容器的顶部热接触，该容器构造有用于热交换液的通道62。在操作过程中，当想要冷却容器时，该通道可替换地填充有导热液，当目的是防止热量进入容器(正如当冷却元件在室内或被天空遮挡住时)，则该通道可替换地填充有隔热液。优选的导热液包含水。优选的隔热液包含空气。
[0066]
上层56可以是如图1a，1b或2所示的透明被动冷却结构。由于上层56位于容器的顶部，因此它不必是透明的。在一个优选实施例中，上层56包括如图5a和5b所示的辐射冷却堆叠。
[0067]
对于图1a,1b或2的被动辐射冷却结构的应用，在接下来的待冷却的表面不需要特定波长的情况下，结构10可以由反射层64支持。反射层可以被配置为反射某些不想要的波长并降低整体热负荷。这样的反射背衬冷却结构在容器顶部上可能是有用的。如图6c所示，
辐射冷却的容器可以包括被动辐射冷却结构，该被动辐射冷却结构具有夹在上层56和下层58之间的导热且可见的反射背层64。反射背层64是降低太阳热负荷的一种方式，同时仍然允许将热量从容器52散发出去。
[0068]
在其他实施例中，被动辐射冷却结构54装配有导电和对流绝缘的窗口，该导电和对流绝缘的窗口对大气透明的波长透明的。这将进一步降低温度，因为它将抑制周围介质变暖，但仍允许进行散热。窗口可以是泡沫65，例如聚乙烯泡沫，如图6d所示，泡沫直接放置在发射冷却材料上，又或者如图6e所示，其上安装有在窗口和发射材料之间的绝缘气隙67。
[0069]
上面描述的本发明的实施例仅是示例性的；对于本领域技术人员而言，许多变化和修改将是显而易见的。所有这些变化和修改都旨在落入任何所附权利要求书所限定的本发明的范围内。

技术特征：
1.一种被动辐射冷却结构，包括：一柔性膜，对可见光透明，并以大于25％的体积百分比掺入第一材料，以便在对地球大气透明的波长处吸收和发射红外辐射；其中，所述柔性膜包括平行于第二表面的第一表面以及在所述第一表面和所述第二表面之间的内部区域。2.根据权利要求1所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述柔性膜包括第二材料的柔性片，所述第二材料的柔性片结合了作为嵌入颗粒的所述第一材料，所述嵌入颗粒的平均每颗粒体积大于14,200μm3。3.根据权利要求1或2中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述嵌入颗粒是球形颗粒。4.根据权利要求3所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述球形颗粒被抛光或快速加热以最小化表面粗糙度。5.根据权利要求3所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述嵌入颗粒是弯曲的侧壁结构，每个弯曲的侧壁结构包括由第一圆形区域圆周界定的第一圆形区域和由第二圆形区域圆周界定的第二圆形区域，其中所述第一圆形区域圆周和所述第二圆形区域圆周通过凹面连接，并封闭连接所述第一圆形区域和所述第二圆形区域的内部空间，其中，所述第一圆形区域面向与所述第一表面平行的方向，所述第二圆形区域面向与所述第二表面平行的方向。6.根据权利要求1至5中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述被动辐射冷却结构定位在面板的表面附近，以便充分冷却所述面板中的太阳能电池，以增加将光转换为电能的效率。7.根据权利要求1至6中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述嵌入颗粒占据所述柔性膜的体积百分比小于73％。8.一种被动辐射冷却结构，包括：一柔性膜，对可见光透明，被配置为吸收和发射在对地球大气透明的波长下的红外辐射；所述柔性膜包括与第二表面平行的第一表面，以及位于所述第一表面和所述第二表面之间的内部区域。所述柔性膜包括一片薄的第一材料，并且所述第一表面和/或所述第二表面中都有蚀刻。9.根据权利要求1、2、3、4、5、7或8中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，还包括与所述柔性膜接触的反射背层。10.根据权利要求8所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，其定位在面板的表面附近，以便充分冷却所述面板中的太阳能电池，以提高将光转换成电能的效率。11.根据权利要求1、2、3、4、5、7、8、9或10中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，还包括对地球大气透明的波长透明的窗口，其中所述窗口安装在所述柔性薄膜上。12.根据权利要求8至11中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面中的一个或两个被抛光或快速加热以最小化所述柔性膜的表面粗糙度。13.根据权利要求8至12中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，还包括适形
材料层，该适形材料层沉积在所述第一表面和/或所述第二表面上。14.一种容器，包括：至少一个侧壁和顶部，形成外壳；一被动辐射冷却结构，用于吸收和发射对地球大气层透明的波长处的红外辐射；其中所述被动辐射冷却结构位于所述外壳的外表面上；和一主动冷却装置，容纳在所述容器中。15.根据权利要求14所述的容器，其特征在于，还包括一反射层，所述反射层夹在所述外表面和所述被动辐射冷却结构之间。16.根据权利要求14所述的容器，其特征在于，所述被动辐射冷却结构包括多个堆叠，每个堆叠都配置有夹在波导层和导热层之间的发射层，并且所述容器还包括一热转换层，该热转换层位于所述外表面和所述被动辐射冷却结构之间。17.根据权利要求16所述的容器，其特征在于，所述热转换层包括多个通道，所述多个通道构造成可替代地填充有导热流体和隔热流体。18.根据权利要求14所述的容器，其特征在于，还包括一透明被动辐射冷却结构，位于侧壁中的至少一个上。19.根据权利要求1至13中任一项所述的被动辐射冷却结构，其特征在于，其利用被动温差增大来增加太阳能蒸馏器或水净化装置的通过量。

技术总结
被动辐射冷却结构和用这种冷却结构制造的设备，该设备可以满足节约能源的需求。一种对可见光透明的柔性膜，包含颗粒，颗粒的体积百分比大于25％，以便吸收和发射在对地球大气透明的波长处的红外辐射。另一种对可见光透明的膜又薄又柔韧，并被配置为可以吸收和发射在对地球大气透明的波长处的红外辐射，其中一个或两个表面上都有蚀刻或沉积。一种高效的冷却结构，具有夹在波导层和导热层之间的发射层。太阳能电池板被透明的被动辐射冷却膜覆盖。容纳主动冷却单元的容器在一个或多个外表面上结合了被动辐射冷却结构。结合了被动辐射冷却结构。结合了被动辐射冷却结构。


技术研发人员：罗米
受保护的技术使用者：罗米
技术研发日：2019.04.16
技术公布日：2023/9/20