KR20210035771A

KR20210035771A - 방사 냉각 장치

Info

Publication number: KR20210035771A
Application number: KR1020207025098A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 스에미쓰; 다다시 사이토
Original assignee: 오사까 가스 가부시키가이샤
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2020022156A1; JPWO2020022156A1; CN111971592B; CN111971592A; JP6821098B2; US11427500B2; US20210024409A1

Abstract

본 발명은, 방사 냉각 성능의 저하를 극력 회피하면서, 방사면이 착색되어 있는 상태로 되는 방사 냉각 장치를 제공한다. 방사면(H)으로부터 적외광 IR을 방사하는 적외 방사층(A)과, 상기 적외 방사층(A)에서의 방사면(H)의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층(B)이 적층 상태로 설치되고, 광반사층(B)이, 두께가 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위의 은 혹은 은 합금으로 이루어지는 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2), 및 제1 금속층(B1) 및 투명 유전체층(B2)을 투과한 광을 반사하는 제2 금속층(B3)의 순서로 적외 방사층(A)에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2) 및 제2 금속층(B3)을 적층한 상태로 구성되며, 투명 유전체층(B2)의 두께가, 광반사층(B)의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께로 설정되어 있다.

Description

방사 냉각 장치

본 발명은, 방사면(放射面)으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 이 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층이 적층 상태로 설치된 방사 냉각 장치에 관한 것이다.

이러한 방사 냉각 장치는, 적외 방사층의 방사면으로부터 방사되는 적외광을 대기의 창문(예를 들면, 파장이 8㎛ 이상 14㎛ 이하의 대기가 적외광을 잘 투과시키는 파장역 등)을 통하여 투과시켜, 광반사층에서의 적외 방사층의 존재측과는 반대측에 위치하는 냉각 대상을 냉각하는 등, 각종 냉각 대상의 냉각에 이용되는 것이다.

덧붙이면, 광반사층은, 적외 방사층을 투과한 광(가시광, 자외광, 적외광)을 반사하여 방사면으로부터 방사시키는 것에 의해, 적외 방사층을 투과한 광(가시광, 자외광, 적외광)이 냉각 대상에 투사되어, 냉각 대상이 가온되는 것을 회피하게 된다.

그리고, 광반사층은, 적외 방사층을 투과한 광에 더하여, 적외 방사층으로 광반사층의 존재측에 방사되는 적외광을 적외 방사층을 향하여 반사하는 작용도 가지게 되지만, 이하의 설명에 있어서는, 광반사층이, 적외 방사층을 투과한 광(가시광, 자외광, 적외광)을 반사하기 위해 설치되는 것으로 하여 설명한다.

이와 같은 방사 냉각 장치의 종래예로서, 적외 방사층이, SiO₂의 층과 MgO의 층과 Si₃N₄의 층으로 이루어지는 층상체나, 유리(광학 유리)에 의해 구성되며, 광반사층이, 확산 반사체나, 은으로 이루어지는 금속층과, TiO₂의 층과 SiO₂의 층을 교호적(交互的)으로 배열한 다단층을 적층한 상태로 하는 다층상체에 의해 구성된 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

미국 특허출원공개 제2015/0338175호 명세서

방사 냉각 장치는, 적외 방사층과 광반사층을 적층한 상태에서의 반사율이, 태양광 에너지의 강도가 높은 파장역(예를 들면, 400㎚ 이상 1800㎚ 이하의 파장, 도 26 참조)에 대하여 높은 상태로 되도록 구성되게 된다.

즉, 적외 방사층은, 태양광 에너지의 강도가 높은 파장역에 대한 투과율이 높은 것이지만, 광반사층이, 적외 방사층을 투과한 광을 충분히 반사하도록 반사율이 높은 상태로 구성되게 된다.

태양광 에너지의 강도가 높은 파장역(예를 들면, 400㎚ 이상 1800㎚ 이하)에는, 가시광의 영역(400㎚ 이상 800㎚ 이하)이 포함되게 되지만, 광반사층이 가시광의 영역의 광을 높은 반사율로 반사하는 상태로 구성되는 결과, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보면, 예를 들면, 경면과 동일한 상태를 느끼는 등, 착색 상태를 감지하지 못하는 것이었다.

즉, 본 발명의 발명자는, 적외 방사층을 무알칼리 유리, 크라운 유리(crown glass), 붕규산 유리 중 어느 하나의 유리(백판 유리)에 의해 구성하고, 광반사층을, 두께가 300㎚ 이상의 은으로 이루어지는 금속층으로서 구성하여, 적외 방사층을 투과한 광을 광반사층에 의해 적절하게 반사시키는 것에 의해, 냉각 대상을 적절하게 냉각할 수 있는 방사 냉각 장치를 연구 개발하였으나, 해당 방사 냉각 장치에 있어서는, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보면, 배면이 은색의 경면과 동일한 상태를 느끼는 것으로 되고, 착색 상태를 감지할 수 없는 것이었다.

그러나, 디자인성을 향상시키기 위해, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때, 블루, 핑크 등, 각종 색으로 착색되어 있는 것이 요망되는 것이었다.

즉, 방사 냉각 장치는, 예를 들면, 가옥 지붕이나 자동차의 지붕 등에 설치하여 사용하는 것이 상정되지만, 그와 같은 경우에 있어서, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때의 색을, 주위의 색과 조화되는 색으로 하는 등의 목적을 위하여, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때 착색되어 있는 것이 요망되는 경우가 있다.

그리고, 이하의 기재에 있어서는, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때 착색되어 있는 것을, 방사면이 착색되어 있는 상태로 약칭한다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 태양광의 흡수에 의한 방사 냉각 성능의 저하를 극력 회피하이면서, 방사면이 착색되어 있는 상태로 되는 방사 냉각 장치를 제공하는 점에 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치는, 방사면으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 상기 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층이 적층 상태로 설치된 것으로서, 그 특징 구성은,

상기 광반사층이, 두께가 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위의 은 혹은 은 합금으로 이루어지는 제1 금속층, 투명 유전체층, 및 상기 제1 금속층 및 상기 투명 유전체층을 투과한 광을 반사하는 제2 금속층의 순서로 상기 적외 방사층에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 상기 제1 금속층, 상기 투명 유전체층 및 상기 제2 금속층을 적층한 상태로 구성되며,

상기 투명 유전체층의 두께가, 상기 광반사층의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께로 설정되어 있는 점에 있다.

즉, 은 혹은 은 합금으로 이루어지는 제1 금속층의 두께를, 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위로 함으로써, 광학적인 제어(공명 파장의 공명)을 적절하게 행하면서도, 가시광을 적절하게 투과시킬 수 있다.

즉, 은 혹은 은 합금은, 얇게 될수록 태양광을 투과하는 투과율이 높아지고, 이에 반하여, 반사율이 저하되는 것이므로, 제1 금속층의 두께를, 100㎚보다 두껍게 하면, 적외 방사층을 투과한 가시광을 적절하게 투과할 수 없게 되어, 공명 파장의 공명을 이용한 광의 흡수에 의한 방사면의 착색을 행할 수 없는 것으로 되고, 또한, 제1 금속층의 두께를 10㎚보다 얇게 하면, 광을 적절하게 반사할 수 없으므로, 광학적인 제어(공명 파장의 공명)를 적절하게 행할 수 없는 것으로 되어, 공명 파장의 공명을 이용한 광의 흡수에 의한 방사면의 착색을 행할 수 없는 것으로 된다.

그리고, 제1 금속층을 투과한 가시광은, 기본적으로는, 투명 유전체층을 투과하여 제2 금속층에 의해 반사되어, 다시, 적외 방사층의 방사면으로부터 대기 중에 방출되게 되지만, 투명 유전체층의 두께가, 광반사층의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장을 공명 파장으로 하는 두께이므로, 제1 금속층을 투과한 가시광(즉, 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장의 광) 중 어느 하나의 공명 파장을 중심으로 하는 협대역(狹帶域)의 광이, 광학적인 제어(공명 파장의 공명)에 의해, 광반사층에 흡수되게 된다.

즉, 제1 금속층을 투과하여 투명 유전체층에 도달한 가시광 중의 공명 파장을 중심으로 하는 협대역의 광이, 제1 금속층과 제2 금속층 사이에서 반복 반사되면서, 제1 금속층이나 제2 금속층에 흡수되게 된다.

그 결과, 광반사층에 의해 반사되어, 적외 방사층의 방사면으로부터 대기 중에 방출되는 가시광은, 광반사층에 흡수된 협대역의 광을 포함하지 않는 것으로 되므로, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보면, 착색되어 있는 상태로 된다.

그리고, 투명 유전체층의 두께를 변화시키는 것에 의해, 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 공명 파장으로 하는 파장을 변화시켜, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때의 색을 변화시킬 수 있다(도 27 참조).

게다가, 가시광(즉, 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장의 광) 중 어느 하나의 공명 파장을 중심으로 하는 협대역의 광을 광반사층에 흡수시키는 것이므로, 태양광의 흡수에 의한 온도 상승에 의해, 방사 냉각 성능의 저하가 있다고 해도, 협대역의 광의 흡수이므로, 방사 냉각 성능의 저하는 작은 것이다.

요컨대, 본 발명의 특징 구성에 의하면, 태양광의 흡수에 의한 방사 냉각 성능의 저하를 극력 회피하면서, 방사면이 착색되어 있는 상태로 되는 방사 냉각 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 제2 금속층이, 두께가 100㎚ 이상인 은 혹은 은 합금인 점에 있다.

즉, 은 혹은 은 합금은, 두께(막 두께)가 커질수록 반사율이 커지는 것이며, 특히, 두께가 100㎚ 이상으로 되면, 적외광이나 가시광(400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장)의 반사율이, 90%를 초과하는 정도로 커진다.

따라서, 은 혹은 은 합금으로 이루어지는 제2 금속층의 두께가 100㎚ 이상이므로, 제1 금속층 및 투명 유전체층을 투과해 온 적외광이나 가시광을 적절하게 반사하는 것에 의해, 광반사층에서의 적외 방사층의 존재측과는 반대측에 위치하는 냉각 대상에 적외광이나 가시광이 도달하는 것을 정확하게 차단하여, 냉각 대상의 냉각을 양호하게 행할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 제2 금속층에 의해 적외광이나 가시광을 적절하게 반사하여, 냉각 대상의 냉각을 양호하게 행할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 제2 금속층이, 두께가 30㎚ 이상인 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 점에 있다.

즉, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금은, 은 혹은 은 합금에 비하여, 가시광의 흡수율이 높다(도 31 참조).

따라서, 제2 금속층을, 두께가 30㎚ 이상인 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 하는 것에 의해, 제1 금속층을 투과하여 투명 유전체층에 도달한 가시광 중의 공명 파장의 광을, 제2 금속층에 의해 적절하게 흡수시킬 수 있으므로, 은 혹은 은 합금으로 제2 금속층을 구성하는 경우보다, 확실하게 한 착색을 얻을 수 있다.

덧붙이면, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금은, 은 혹은 은 합금에 비하여, 자외광의 반사율이 높은 것이다.

그러므로, 제1 금속층을 투과한 자외광을 적절하게 반사할 수 있으므로, 광반사층에서의 적외 방사층의 존재측과는 반대측에 위치하는 냉각 대상에 자외광이 도달하는 것을 정확하게 차단하여, 냉각 대상의 냉각을 양호하게 행할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 확실하게 한 착색을 얻을 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 제2 금속층이, 은 혹은 은 합금인 제1 층 및 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 제2 층의 순서로 상기 투명 유전체층에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 상기 제1 층과 상기 제2 층을 적층한 상태로 구성되어 있는 점에 있다.

즉, 은 혹은 은 합금인 제1 층과 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 제2 층을, 제1 층을 투명 유전체층에 가까운 측에 위치시키는 형태로 적층한 경우에는, 제1 층의 두께(막 두께)를, 제2 금속층을 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우보다 얇게 하면서, 제2 금속층을 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우와 거의 변함없는 광학 특성을 얻을 수 있으므로, 고가인 은 혹은 은 합금의 사용량을 감소할 수 있다.

게다가, 예를 들면, 제1 층의 두께를 2㎚보다 크게 하고 또한 제2 층을 30㎚ 이상으로 하면서, 전체의 두께를 60㎚ 정도로 하는 것에 의해, 제2 금속층의 전체를 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우와 거의 변함없는 광학 특성을 구비하는 제2 금속층을 구성할 수 있는 등, 제2 금속층의 막 두께를, 제2 금속층의 전체를 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우의 두께(예를 들면, 100㎚)보다 얇게 할 수 있으므로, 제2 금속층의 제작 비용의 저하를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 고가인 은 혹은 은 합금의 사용량을 감소하고 또한 제작 비용의 저하에 의해, 제2 금속층의 저렴화를 도모할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 투명 유전체층이 투명 질화막인 점에 있다.

즉, 투명 유전체층으로서, 투명 질화막을 설치하여, 그 두께를 조정하는 것에 의해, 방사면이 착색된 상태에서의 색의 조정을 양호하게 행할 수 있다.

투명 질화막의 구체예로서는, Si₃N₄, AlN을 들 수 있다.

덧붙이면, 투명 질화막은, 스퍼터링이나 증착 등을 이용하여 제막할 때, 제1 금속층이 은 혹은 은 합금에 의해 구성되어 있는 경우에 있어서, 은 혹은 은 합금이 변색되지 않으므로, 생산성을 향상시키기 쉬운 이점이 있다.

그리고, 투명 질화막은, 제1 금속층이 은 혹은 은 합금에 의해 구성되며, 제2 금속층이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 구성되는 경우에 있어서, 제1 금속층의 은 혹은 은 합금과 제2 금속층의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금이 합금화하는 것을 억제하는 투명 합금화 방지층으로서 기능하게 된다.

즉, 은과 알루미늄이 합금화하는 것을 억제하여, 광반사층의 광의 흡수를 회피하면서, 광반사층에 의해 광을 적절하게 반사하는 상태를 장기간에 걸쳐 유지시킬 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 방사면이 착색된 상태에서의 색의 조정을 양호하게 행할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 투명 유전체층이 투명 산화막인 점에 있다.

즉, 투명 유전체층으로서, 투명 산화막을 설치하여, 그 두께를 조정하는 것에 의해, 방사면이 착색된 상태에서의 색의 조정을 양호하게 행할 수 있다.

투명 산화막의 구체예로서는, 다수의 것을 적용할 수 있지만, 구체예의 일례로서, 증착이나 스퍼터링 등으로 제막하기 쉬운 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅를 들 수 있다.

그리고, 투명 산화막은, 제1 금속층이 은 혹은 은 합금에 의해 구성되며, 제2 금속층이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 구성되는 경우에 있어서, 제1 금속층의 은 혹은 은 합금과 제2 금속층의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금이 합금화하는 것을 억제하는 투명 합금화 방지층으로서 기능하게 된다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 적외 방사층이, 무알칼리 유리, 크라운 유리, 붕규산 유리 중 어느 하나의 유리에 의해 구성되어 있는 점에 있다.

즉, 무알칼리 유리, 크라운 유리, 붕규산 유리는 비교적 저가이면서도, 태양광 에너지의 강도가 큰 400㎚ 이상 1800㎚ 이하의 파장에 관한 투과율이 높고(예를 들면, 95% 이상), 게다가, 대기의 창문(예를 들면, 파장이 8㎛ 이상 14㎛ 이하의 적외광을 투과시키는 창문 등)에 상당하는 파장의 적외광을 방사하는 복사 강도가 높은 성질을 가진다.

따라서, 적외 방사층을, 무알칼리 유리, 크라운 유리, 붕규산 유리 중 어느 하나의 유리에 의해 구성하는 것에 의해, 냉각 능력을 향상시키면서도, 전체 구성의 저렴화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 냉각 능력을 향상시키면서도, 전체 구성의 저렴화를 도모할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 적외 방사층을 기판으로서, 상기 제1 금속층, 상기 투명 유전체층 및 상기 제2 금속층이 적층되어 있는 점에 있다.

즉, 적외 방사층을 기판으로서, 제1 금속층, 투명 유전체층 및 제2 금속층이 적층되어 있으므로, 전체 구성의 간소화를 도모하고, 또한, 전체 구성의 박막화를 도모할 수 있다.

덧붙이면, 적외 방사층을 기판으로서, 제1 금속층, 투명 유전체층 및 제2 금속층을 적층할 때, 제1 금속층, 투명 유전체층 및 제2 금속층이 얇은 경우에는, 예를 들면, 스퍼터링 등에 의해, 제1 금속층, 투명 유전체층 및 제2 금속층을 순차 적층 하게 된다.

즉, 적층용 기판을 설치하여, 그 적층용 기판에 대하여, 스퍼터링 등에 의해, 제2 금속층, 투명 유전체층 및 제1 금속층을 순차 적층하고, 그 후, 제1 금속층의 제2 금속층의 존재측과는 반대측 개소에, 별도 제작한 적외 방사층을 탑재하여 적층하는, 또는, 제1 금속층의 투명 유전체층의 존재측과는 반대측 개소에, 스퍼터링 등에 의해, 적외 방사층을 적층하는 경우에 비하여, 적층용 기판을 설치할 필요가 없기 때문에, 전체 구성의 간소화를 도모하고, 또한, 전체 구성의 박막화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 전체 구성의 간소화를 도모하고, 또한, 전체 구성의 박막화를 도모할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 적외 방사층과 상기 제1 금속층 사이에, 밀착층이 적층되어 있는 점에 있다.

즉, 적외 방사층과 광반사층의 제1 금속층 사이에 밀착층이 적층되어 있으므로, 온도 변화 등에 기인하여, 광반사층의 제1 금속층이, 유리 등에 의해 구성되는 적외 방사층에 대하여 박리되는 등의 손상이 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 내구성을 향상시킬 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 내구성의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 제2 금속층에서의 상기 투명 유전체층의 존재측과는 반대측에, 산화 방지층이 적층되어 있는 점에 있다.

즉, 제2 금속층에서의 투명 유전체층의 존재측과는 반대측에, 산화 방지층이 적층되어 있으므로, 제2 금속층이 산화하여 열화되는 것을 억제할 수 있으므로, 내구성을 향상시킬 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 제2 금속층의 열화를 억제하여, 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성은, 상기 적외 방사층의 상기 방사면이, 광산란용 요철을 구비하는 상태로 형성되어 있는 점에 있다.

즉, 적외 방사층의 방사면이 광산란용 요철을 구비하고 있으므로, 적외 방사층의 방사면이 착색되어 있는 상태, 즉, 적외 방사층의 방사면의 존재측으로부터 방사 냉각 장치를 보았을 때 착색되어 있는 상태를, 방사면을 다양한 방향으로부터 봐도, 적절하게 얻을 수 있다.

요컨대, 본 발명의 방사 냉각 장치의 가일층의 특징 구성에 의하면, 방사면을 다양한 방향으로부터 봐도, 방사면이 착색되어 있는 상태를 적절하게 얻을 수 있다.

[도 1] 방사 냉각 장치의 기본 구성을 나타내는 도면이다.
[도 2] 방사 냉각 장치의 구체 구성을 나타내는 도면이다.
[도 3] 방사 냉각 장치의 제1 구조를 나타내는 도면이다.
[도 4] 제1 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 5] 방사 냉각 장치의 제2 구조를 나타내는 도면이다.
[도 6] 제2 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 7] 방사 냉각 장치의 제3 구조를 나타내는 도면이다.
[도 8] 제3 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 9] 방사 냉각 장치의 제4 구조를 나타내는 도면이다.
[도 10] 제4 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 11] 제4 구조 및 종래의 방사 냉각 장치의 반사율을 나타내는 그래프이다.
[도 12] 제1부터 제4 구조 및 종래의 방사 냉각 장치의 냉각 능력을 나타내는 그래프이다.
[도 13] 방사 냉각 장치의 제5 구조를 나타내는 도면이다.
[도 14] 제5 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 15] 방사 냉각 장치의 제6 구조를 나타내는 도면이다.
[도 16] 제6 구조의 방사 냉각 장치의 반사율 및 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 17] 비교 구조의 방사 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
[도 18] 방사 냉각 장치의 제1부터 제11 구조와 XY 색도의 관계를 나타내는 표다.
[도 19] XY 색도도를 나타내는 도면이다.
[도 20] 투명 유전체층의 두께와 공명 파장의 참고 관계를 나타내는 도면이다.
[도 21] 투명 유전체층의 두께와 공명 파장의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 22] 은의 막 두께와 투과율의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 23] 제1 금속층의 두께와 광반사층의 반사율의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 24] 제1 금속층의 두께와 광반사층의 반사율의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 25] 제8 구조의 방사 냉각 장치의 반사율을 나타내는 도면이다.
[도 26] 태양광 에너지의 강도를 나타내는 그래프이다.
[도 27] 공명 파장과 착색되는 색의 관계를 나타내는 표이다.
[도 28] 공명 파장이 800㎚일 때의 반사율을 나타내는 그래프이다.
[도 29] 제2 금속층을 구성하는 금속을 변경했을 때의 반사율을 나타내는 그래프이다.
[도 30] 제2 금속층을 금과 구리로 구성할 때의 반사율을 나타내는 그래프이다.
[도 31] 은과 알루미늄과의 흡수율을 나타내는 그래프이다.
[도 32] 다른 실시형태의 방사 냉각 장치를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[방사 냉각 장치의 기본 구성]

도 1에 나타낸 바와 같이, 방사 냉각 장치(CP)의 기본 구성은, 방사면(H)으로부터 적외광 IR을 방사하는 적외 방사층(A)과, 이 적외 방사층(A)에서의 방사면(H)의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층(B)이 적층 상태로 설치되어 있는 구성이다.

광반사층(B)이 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2), 및 제1 금속층(B1) 및 투명 유전체층(B2)을 투과한 광을 반사하는 제2 금속층(B3)의 순서로 적외 방사층(A)에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2) 및 제2 금속층(B3)을 적층한 상태로 구성되어 있다.

그리고, 투명 유전체층(B2)의 두께가, 광반사층(B)의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하기 위한 두께(30㎚ 이상 230㎚ 이하)로 설정되어 있다.

적외 방사층(A)은, 태양광 에너지의 강도가 큰 400㎚ 이상 1800㎚ 이하의 파장(도 26 참조)에 대한 투과율이 높고(예를 들면, 95% 이상), 8㎛ 이상 14㎛ 이하의 파장 범위에서 큰 열복사를 발생시키는 재료가 좋다.

그 구체예로서는, 무알칼리 유리, 크라운 유리, 붕규산 유리 중 어느 하나의 유리(백판 유리)를 들 수 있고, 그 외에, 올레핀계 수지, PET계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 염화비닐계 수지, 염화비닐리덴계 수지 등의 수지를 들 수 있다.

덧붙이면, 무알칼리 유리로서는, 예를 들면, OA10G(니폰 덴키 가라스 제조)를 사용할 수 있고, 크라운 유리로서는, 예를 들면, B270(등록상표, 이하 동일)을 사용할 수 있고, 붕규산 유리로서는, 예를 들면, 템팍스(등록상표, 이하 동일)를 사용할 수 있다.

이하의 기재에 있어서는, 적외 방사층(A)이 「템팍스」로 형성되어 있다고 하여 설명한다.

덧붙이면, 적외 방사층(A)을 구성하는 템팍스의 두께는, 10㎛ 이상 10cm 이하일 필요가 있고, 바람직하게는, 20㎛ 이상 10cm 이하, 보다 바람직하게는, 100㎛ 이상 1cm 이하가 좋다.

즉, 적외 방사층(A)을, 8㎛ 이상 14㎛ 이하의 적외 영역에서 큰 열복사를 나타내고, 해당 열복사가, 적외 방사층(A) 및 광반사층(B)의 각각에 의해 흡수되는 AM1.5G의 태양광 및 대기의 열복사보다 커지도록 함으로써, 밤낮을 막론하고 주위의 대기보다 온도가 저하되는 방사 냉각 작용을 발휘하는 방사 냉각 장치(CP)를 구성할 수 있다.

그리고, 그렇게 하는 데에 있어서, 적외 방사층(A)을 템팍스에 의해 구성하는 경우에는, 두께를 10㎛ 이상 10cm 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는, 20㎛ 이상 10cm 이하, 보다 바람직하게는, 100㎛ 이상 1cm 이하가 좋다.

본 실시형태에 있어서는, 템팍스의 두께가 1㎜라고 한다.

제1 금속층(B1)이, 두께가 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위의 은 혹은 은 합금으로 구성되어 있다.

「은 합금」으로서는, 은에 구리, 팔라듐, 금, 아연, 주석, 마그네슘, 니켈, 티탄 중 어느 하나를, 예를 들면, 0.4 질량% 이상 4.5 질량% 이하 정도를 첨가한 합금을 사용할 수 있다. 구체예로서는, 은에 구리와 팔라듐을 첨가하여 작성한 은 합금인 「APC-TR(후루야긴조쿠 제조)」을 사용할 수 있다.

이하의 기재에 있어서는, 제1 금속층(B1)을, 은을 사용하여 구성하는 것으로서 설명한다.

덧붙이면, 도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 13 및 도 15에, 방사 냉각 장치(CP)의 구체예(구체 구조)를 예시하지만, 어느 쪽의 구체예에 있어서도, 제1 금속층(B1)의 두께는 35㎚이다.

그리고,이하의 기재에 있어서, 도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 13 및 도 15에서 나타내는 방사 냉각 장치(CP)의 구체예(구체구조)의 각각을, 제1 구조부터 제6 구조로 호칭한다.

또한, 제1 금속층(B1)의 은은 도 22에 나타낸 바와 같이, 두께의 변화에 의해 투과율이 변화하게 되고, 그 결과, 도 23 및 도 24에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층(B1)의 은의 두께 변화에 의해, 방사 냉각 장치(CP)(광반사층(B))의 반사율이 변동하게 되지만, 그 상세한 것은 후술한다.

제2 금속층(B3)로서는, 제1 구조부터 제4 구조로서 나타낸 바와 같이, 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우(도 3, 도 5, 도 7, 도 9 참조), 제5 구조로서 나타낸 바와 같이, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 구성하는 경우(도 13 참조), 제6 구조로서 나타낸 바와 같이, 은 혹은 은 합금인 제1 층(b1) 및 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 제2 층(b2)의 순서로 투명 유전체층(B2)에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 제1 층(b1) 및 제2 층(b2)을 적층한 상태로 구성하는 경우(도 15 참조)가 있고, 그 외에, 예시는 하지 않지만 구리나 금을 사용하여 구성하는 경우가 있다.

제2 금속층(B3)을, 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우에 있어서, 그 두께로서는, 80㎚ 이상이 바람직하고, 100㎚ 이상이 한층 바람직하다.

제2 금속층(B3)을, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 구성하는 경우에 있어서, 그 두께로서는, 30㎚ 이상이 바람직하고, 50㎚ 이상이 한층 바람직하다.

제2 금속층(B3)을, 구리에 의해 구성하는 경우에 있어서, 그 두께로서는, 80㎚ 이상이 바람직하고, 100㎚ 이상이 한층 바람직하다.

제2 금속층(B3)을, 금에 의해 구성하는 경우에 있어서는, 구리와 마찬가지로 구성할 수 있다.

제2 금속층(B3)을 제1 층(b1) 및 제2 층(b2)을 적층한 상태로 구성하는 경우에 있어서는, 제1 층(b1)의 두께(막 두께)를 2㎚보다 크게 하고 또한 제2 층(b2)의 두께(막 두께)를 30㎚ 이상으로 하면서, 전체의 두께를 60㎚ 정도로 함으로써, 제2 금속층(B3)의 전체를, 100㎚ 정도의 두께의 은 혹은 은 합금에 의해 구성하는 경우와 거의 변함없는 광학 특성을 갖추게 할 수 있다.

그리고, 도 15에는, 제1 층(b1)을 두께가 10㎚인 은, 제2 층(b2)을 두께가 60㎚인 알루미늄일 경우를 예시한다.

덧붙이면, 제6 구조에서 나타낸 바와 같이, 제2 금속층(B3)을, 은 혹은 은 합금인 제1 층(b1) 및 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 제2 층(b2)으로 구성하는 경우에는, 도시는 생략하지만, 투명 유전체층(B2)과 동일한 투명 질화막이나 투명 산화막을, 투명 합금화 방지층으로서, 제1 층(b1)과 제2 층(b2) 사이에 적층하면 바람직하다.

「알루미늄 합금」으로서는, 알루미늄에 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 기계 구조용 탄소강, 이트륨, 란탄, 가돌리늄, 테르븀을 첨가한 합금을 사용할 수 있다.

투명 유전체층(B2)은, 투명 질화막이나 투명 산화막에 의해 구성된다.

투명 질화막으로서는, Si₃N₄, AlN을 들 수 있다.

투명 산화막으로서는, 다수의 산화물을 들 수 있다만, 증착이나 스퍼터링 등에서 제막하기 쉬운 산화물로서, Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, TiO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅를 들 수 있고, 그 상세한 것은 후술한다.

그리고, 제1 구조부터 제6 구조에 있어서는, 투명 유전체층(B2)이, 투명 질화막(Si₃N₄)으로 구성되어 있는 것으로서 설명한다.

또한, 투명 유전체층(B2)의 두께는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태, 즉 적외 방사층(A)의 방사면(H)의 존재측으로부터 방사 냉각 장치(CP)를 보았을 때 착색되어 있는 상태로 하기 위하여, 광반사층(B)의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께이며, 그 상세한 것은 후술한다.

덧붙이면, 투명 유전체층(B2)은, 제2 금속층(B3)을 알루미늄 혹은 알루미늄 합금에 의해 구성하는 경우에 있어서, 제1 금속층(B1)의 은 혹은 은 합금과 제2 금속층(B3)의 알루미늄 혹은 알루미늄 합금의 합금화를 방지하는 투명 합금화 방지층으로서도 기능하게 된다.

[방사 냉각 장치의 구체 구성]

방사 냉각 장치(CP)는, 적외 방사층(A)을 기판으로서, 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2) 및 제2 금속층(B3)을 적층하는 것에 의해 구성되지만, 그 구체 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판으로서의 적외 방사층(A)과 제1 금속층(B1) 사이에 밀착층(3)이 적층되고, 또한, 제2 금속층(B3)에서의 투명 유전체층(B2)의 존재측과는 반대측에, 산화 방지층(4)이 적층되어 있는 구성이다.

즉, 방사 냉각 장치(CP)가 적외 방사층(A)을 기판으로서, 예를 들면 스퍼터링에 의해, 밀착층(3), 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2), 제2 금속층(B3) 및 산화 방지층(4)을 순차적으로 제막하는 형태로 구성되어 있다.

밀착층(3)은, 산화알루미늄(Al₂O₃)을 1㎚ 이상 100㎚ 이하로 제막하는 형태로 구성되어 있다.

산화 방지층(4)이, 이산화규소(SiO₂) 또는 산화알루미늄(Al₂O₃)을, 1㎚ 이상 수백㎚ 이하로 제막하는 형태로 구성되어 있다. 그리고, 제1 구조부터 제6 구조에 있어서는, 이산화규소(SiO₂)가 제막되어 있다고 하여 설명한다.

따라서, 방사 냉각 장치(CP)는, 방사 냉각 장치(CP)에 입사한 광 L 중 일부의 광을, 적외 방사층(A)의 방사면(H)에 의해 반사하고, 방사 냉각 장치(CP)에 입사한 광 L 중에서 적외 방사층(A)을 투과한 광(예를 들면, 가시광, 자외광 등)의 일부를, 광반사층(B)의 제1 금속층(B1)에 의해 반사하고, 제1 금속층(B1)을 투과한 광을, 광반사층(B)의 제2 금속층(B3)에 의해 반사하도록 구성되어 있다.

그리고, 산화 방지층(4)에서의 광반사층(B)의 존재측과는 반대측에 위치하는 냉각 대상(D)으로부터 방사 냉각 장치(CP)로의 입열(예를 들면, 냉각 대상(D)으로의 열전도에 의한 입열)을, 적외 방사층(A)에 의해 적외광 IR로 변환하여 방사함으로써, 냉각 대상(D)을 냉각하도록 구성되어 있다.

그리고, 본 실시형태에 있어서 광 L이란, 그 파장이 10㎚ 이상 20000㎚ 이하의 범위의 전자파를 말한다. 즉, 광 L에는, 자외광, 적외광 IR 및 가시광이 포함된다.

또한, 본 발명의 방사 냉각 장치(CP)는, 투명 유전체층(B2)의 두께가, 광반사층(B)의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께로 설정되어 있으므로, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태, 즉 적외 방사층(A)의 방사면(H)의 존재측으로부터 방사 냉각 장치(CP)를 보았을 때 착색되어 있는 상태로 된다.

공명 파장과 착색되는 색의 관계는, 도 27에 나타내는 바와 같다. 예를 들면, 공명 파장이 400㎚일 때는, 연한 황색으로 되고, 공명 파장이 600㎚일 때는, 수색(水色)으로 되고, 공명 파장이 700㎚ 이상 750㎚ 이하일 때는, 백색으로 된다.

그리고, 공명 파장이 800㎚일 때는 도 28에 나타낸 바와 같이, 800㎚의 반파장인 400㎚의 파장도 공명 파장으로 되므로, 공명 파장이 400㎚일 때와 마찬가지로, 연한 황색으로 된다.

덧붙이면, 도 27의 표에 기재한 「연한 황색」을, 이하의 기재에서는 「라이트 옐로우」로 기재하는 경우가 있고, 「수색」을 「라이트 블루」로 기재하는 경우가 있다.

[제1 금속층과 두께와 투과율의 관계에 대하여]

도 22에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를, 100㎚로부터 순서대로 얇게 해 갔을 때, 10㎚ 이하로 되면, 은의 투과율이 상당히 커진다.

본 발명의 방사 냉각 장치(CP)는, 공명 주파수(공명 파장)의 광을 투명 유전체층(B2) 중에서 공명시켜, 발색시키는 것이다.

즉, 공명 주파수(공명 파장)의 광을 광반사층(B) 중에서 공명시킨다란, 맞거울(coupled mirror)과 같이 되어 있는 제1 금속층(B1)과 제2 금속층(B3) 중에서, 공명 주파수(공명 파장)의 광을, 제1 금속층(B1) 및 제2 금속층(B3)에 의해 반사하면서 몇 번이든 왕복시켜, 즉, 광을 투명 유전체층(B2) 중에 될 수 있는 한 장시간 가두어, 공명 주파수(공명 파장)의 광을 포함하는 협대역의 광만을, 핀포인트로 제1 금속층(B1) 및 제2 금속층(B3)에 흡수시키는 것이며, 그 결과, 발색시키는 것이다.

따라서, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)가 지나치게 두꺼우면, 대부분의 광이 제1 금속층(B1)의 은에 의해 반사되어, 투명 유전체층(B2)까지 광이 거의 투과하지 않고, 광학 제어에 중요한 "공명"을 일으킬 수 없게 된다.

반대로, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)가 지나치게 얇으면, 은의 투과율이 지나치게 높아져, 충분히 광을 가두면서, 광을 금속에 흡수시킬 수(공명) 없게 되므로, 광흡수율이 내려가게 되고, 또한, 공명 작용이 약해지는 것에 의해, 금속에 흡수되는 파장역(흡수 피크)이 넓어지는 경향이 된다.

즉, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)는, 광반사층(B)이 태양광 스펙트럼의 범위에 있어서 높은 반사율을 가지면서, 착색을 위한 급준한 흡수 피크를 가지도록 하기 위해서는, 지나치게 두꺼워도, 지나치게 얇아도 바람직하지 않다.

즉, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)에는, 광을 가두면서도(어느 정도의 반사율을 가지면서도), 광을 가두는 장소(투명 유전체층(B2)의 중)에 광을 넣을 수(투과시키는) 있다는, 적절한 밸런스를 얻는 것이 가능한 두께(막 두께)가 요구되게 된다.

[제1 금속층의 두께와 반사율의 관계에 대하여]

도 23은, 적외 방사층(A)을 구성하는 템팍스의 두께(막 두께)를 1㎜로 하고, 투명 유전체층(B2)을 구성하는 Si₃N₄의 두께(막 두께)를 100㎚로 하고, 제2 금속층(B3)을 구성하는 은의 두께(막 두께)를 100㎚로 하는 경우에 있어서, 제1 금속층(B1)의 두께를 40㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위에서 변화시켰을 때의, 방사 냉각 장치(CP)의 반사율의 변화를 나타낸다.

도 24는, 마찬가지로, 적외 방사층(A)을 구성하는 템팍스의 두께(막 두께)를 1㎜로 하고, 투명 유전체층(B2)을 구성하는 Si₃N₄의 두께(막 두께)를 100㎚로 하고, 제2 금속층(B3)을 구성하는 은의 두께(막 두께)를 100㎚로 하는 경우에 있어서, 제1 금속층(B1)의 두께를 1㎚ 이상 40㎚ 이하의 범위에서 변화시켰을 때의, 방사 냉각 장치(CP)의 반사율의 변화를 나타낸다.

도 23에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를, 100㎚로부터 40㎚를 향하여 얇게 해 가면, 제1 금속층(B1)의 은의 투과율 증가에 따라서, 투명 유전체층(B2)에 광이 많이 들어가게 되고, 공명 파장의 광이 보다 많이 흡수되게 된다.

또한, 도 24에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를, 40㎚로부터 10㎚를 향하여 얇게 해 가면, 제1 금속층(B1)의 은의 반사율이 내려가게 되고, 그 결과, 투명 유전체층(B2) 중에 광을 가두는 작용(공명)이 약해지고, 흡수 피크가 작아지고, 또한 흡수 피크가 넓어진다.

또한, 양 도면을 비교하면, 600㎚ 부근에 공진의 피크(공명 파장)를 만드는 경우에는, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를, 40㎚ 정도로 하는 것이 적합한 것을 알 수 있다.

즉, 도 22에 나타낸 바와 같이, 은의 투과율은 파장에 의해 변화하므로, 공명시키는 파장에 의해, 적합한 은의 두께(막 두께)는 변하게 된다.

다만, 방사 냉각 장치(CP)의 방사면(H)을 착색된 상태로 하는 경우, 공명시켜야 할 파장은 가시광의 영역(400㎚ 이상 800㎚ 이하)이며, 이 파장역에서 제어하는 경우에 적합한 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)는 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위 내로 국한된다.

덧붙이면, 도 22에 나타낸 바와 같이, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를 100㎚ 정도로 하면, 제1 금속층(B1)을 투과하는 광의 파장이 500㎚ 이하로 되므로, 제어할 수 있는 공명 파장이 500㎚ 이하가 되는 등, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)에 따라서는, 제어 가능한 공명 파장의 범위가 변동한다.

그리고, 제1 금속층(B1)의 은의 두께(막 두께)를, 25㎚ 이상 80㎚ 이하의 범위로 한 경우에는, 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 전체 범위의 파장을 공명 파장으로서 제어할 수 있게 된다.

[투명 유전체층의 두께에 대하여]

투명 유전체층(B2)의 두께(막 두께)는, 광반사층(B)의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께이며, 구체적으로는, 30㎚ 이상 230㎚ 이하의 두께이다(도 21 참조).

설명을 더하면, 플라스몬 공명에 의한 공명 파장은, 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2) 및 제2 금속층(B3)의 굴절률 분포에 의해 정확하게 결정되지만, 하기의 (1)식에 의해, 계산할 수 있다.

λ=L*4*n … (1)

그리고, λ는 공명 파장, L은 투명 유전체층의 두께, n은 대표적인 굴절률이다.

도 20은, 투명 유전체층(B2)으로서 사용할 수 있는 재료군(일부)의 대표적인 굴절률 n과, 투명 유전체층(B2)의 두께(막 두께) L과, 공명 파장 λ의 관계를 나타내고 있다.

그리고, 「대표적인」 굴절률 n으로 표기하고 있는 이유는, 재료의 굴절률은 파장에 의해 변화하기 때문이며, 본 도면에서는, 가시광 영역(400㎚ 이상 800㎚ 이하)에서의 각각의 재료가 평균적인 굴절률을 기록하고 있다.

또한, 도 20에게 나타내는 공명 파장 λ는, 각각의 막이 1층만 존재할 때의 공명 파장이며, 투명 유전체층(B2)이 은, 알루미늄, 구리 등의 금속에 의해 끼워졌을 때의 공명 파장과는 상이하다. 즉, 이 값은, 광학 설계할 때의 참고값이다.

도 21에, 투명 유전체층(B2)이 은에 끼워져 있는 경우의, 두께(막 두께)와 공명 파장의 관계를 나타낸다.

투명 유전체층(B2)이 은에 의해 끼워진 경우, 도 20에 나타내는 1층만일 때보다도, 같은 두께(막 두께) L에서의 공명 파장 λ가 단파장측으로 시프트하게 된다. 이것은, 금속에 의해, 투명 유전체층(B2)의 전자계가 투명 유전체층(B2)의 중심 부근에 집중되는 것에 의해 일어나는 현상이다.

단파장측으로 시프트하는 정도는 사이에 두는 금속 종류에 의해 상이하지만, 도 29에 나타낸 바와 같이, 알루미늄, 은, 구리의 순서로, 공명 파장 λ가 단파장측으로 크게 시프트하게 된다.

즉, 도 29는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 제1 금속층(B1)을 55㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 두께가 80㎚인 질화알루미늄(AlN)으로 하여, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 알루미늄, 100㎚의 은, 100㎚의 구리로 하는 경우에서의 반사율을 나타내는 것이며, 알루미늄, 은, 구리의 순서로, 공명 파장 λ가 단파장측으로 크게 시프트하게 된다.

덧붙이면, 도 30은, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 제1 금속층(B1)을 55㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 두께가 80㎚인 질화알루미늄(AlN)으로 하여, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 금, 100㎚의 구리로 하는 경우에서의 반사율을 나타내는 것이며, 금과 구리에 대해서는, 공명 파장 λ가 단파장측으로 시프트하는 크기는 같은 정도이다.

[방사면의 착색의 구체예]

제1 구조부터 제4 구조에 있어서, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 은으로 하고, 산화 방지층(4)을 10㎚의 이산화규소(SiO₂)로 할 경우에, 제1 구조부터 제4 구조에서의 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색을 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 투명 유전체층(B2)을 형성하는 질화실리콘(Si₃N₄)의 두께(막 두께)를 100㎚로 하는 제1 구조에서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 블루가 되고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 투명 유전체층(B2)을 형성하는 질화실리콘(Si₃N₄)의 두께(막 두께)를 80㎚로 하는 제2 구조에서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 핑크가 된다.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 투명 유전체층(B2)을 형성하는 질화실리콘(Si₃N₄)의 두께(막 두께)를 65㎚로 하는 제3 구조에서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 레드가 되고, 도 9에 나타낸 바와 같이, 투명 유전체층(B2)을 형성하는 질화실리콘(Si₃N₄)의 두께(막 두께)를 50㎚로 하는 제4 구조에서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 옐로우가 된다.

덧붙이면, 도 4에는 제1 구조에서의 반사율 및 흡수율을 나타내고, 도 6에는 제2 구조에서의 반사율 및 흡수율을 나타내며, 도 8에는 제3 구조에서의 반사율 및 흡수율을 나타내고, 도 10에는 제4 구조에서의 반사율 및 흡수율을 나타내고 있다.

그리고, 도 11에는, 제4 구조의 반사율과 비교 구조의 반사율을 나타내고 있다.

비교 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 광반사층(B)를 300㎚의 은으로 하고, 산화 방지층(4)을 10㎚의 이산화규소(SiO₂)로 하는 것이다.

제4 구조의 반사율이, 공명 파장의 영역에서 낮아지고 있는 것에 대하여, 종래의 방사 냉각 장치(CP)인 비교 구조의 반사율은, 가시광(400㎚ 이상 800㎚ 이하)의 영역에 있어서 95% 이상의 높은 상태로 된다.

또한, 도 13에 나타내는 제5 구조에 있어서, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 100㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 30㎚의 알루미늄으로 하고, 산화 방지층(4)을 10㎚의 이산화규소(SiO₂)로 하는 경우에 있어서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 청으로 된다.

덧붙이면, 도 14에는, 제5 구조의 반사율과 흡수율을 나타낸다.

그리고, 도 31에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금은, 은 혹은 은 합금에 비하여, 가시광의 흡수율이 높은 것이므로, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 선명한 청으로 된다.

또한, 도 15에 나타내는 제6 구조에 있어서, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 100㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을, 10㎚의 은의 제1 층(b1)과 60㎚의 알루미늄의 제2 층(b2)으로 이루어지는 적층 구성으로 하고, 산화 방지층(4)을 10㎚의 이산화규소(SiO₂)로 하는 경우에 있어서는, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 청으로 된다.

덧붙이면, 도 16에는, 제6 구조의 반사율과 흡수율, 및 도 17에 나타내는 비교 구조의 반사율과 흡수율을 나타낸다.

비교 구조는 도 17에 나타낸 바와 같이, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚ 이상 100㎚ 이하의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 100㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 10㎚의 은으로 하는 구성이다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 비교 구조는, 제2 금속층(B3)에 알루미늄이 없기 때문에, 공명 파장의 영역 반사율이, 제6 구조에 비하여 크게 저하되는 일이 없다.

[XY 색도도에 대하여]

방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색은, 도 19에 나타내는 XY 색도도로 표시할 수 있고, 제1 구조로부터 제6 구조의 XY 색도도에서의 x축 좌표값 및 y축 좌표값을, 도 18의 표에 나타낸다.

그리고, 예시하는 XY 색도는, D65 라이트 조사(照射)에 대응하는 것이다.

예를 들면, 제1 구조에 대하여는, x축 좌표값이 0.285이고, y축 좌표값 0.330이며, 백색에 가까운 영역의 청색, 즉 라이트 블루(수색)이다.

제2 구조부터 제6 구조에 대해서도 마찬가지이다.

그리고, 도 18의 표에 기재된 「핑크」「적색」「황색」의 각각은, 실제는, 「연한 핑크」(라이트 핑크), 「연한 적색」(라이트 레드), 「연한 황색」(라이트 옐로우)를 나타내는 것이다.

덧붙이면, 도 18의 표에는, 제1 구조로부터 제6 구조에 더하여, 제7 구조로부터 제11 구조의 XY 색도를 예시한다.

제7 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 30㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 90㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 30㎚의 알루미늄으로 하는 경우로서, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 핑크가 된다.

제8 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 55㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 90㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 구리로 하는 경우로서, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 블루(수색)가 된다.

그리고, 도 25에, 제8 구조의 반사율을 나타낸다.

제9 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 55㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 90㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 금으로 하는 경우로서, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 블루(수색)가 된다.

제10 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을 100㎚의 산화실리콘(SiO₂)으로 하고, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 은으로 하는 경우로서, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 옐로우가 된다.

제11 구조는, 적외 방사층(A)을 두께가 1㎜인 템팍스로 하고, 밀착층(3)을 5㎚의 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 하고, 제1 금속층(B1)을 35㎚의 은으로 하고, 투명 유전체층(B2)을, 50㎚의 질화실리콘(Si₃N₄)과 70㎚의 산화실리콘(SiO₂)을 적층한 구성으로 하고, 제2 금속층(B3)을 100㎚의 은으로 하는 경우로서, 방사면(H)이 착색되어 있는 상태의 색이 라이트 블루(수색)가 된다.

[방사 냉각 장치의 냉각 능력]

도 12에, 제1 구조부터 제4 구조의 방사 냉각 장치(CP), 및 도 11에 관련하여 설명한 종래의 방사 냉각 장치(CP)인 비교 구조의 냉각 능력을 나타낸다.

그리고, 도 12에 있어서는, 제1 구조부터 제4 구조의 방사 냉각 장치(CP)의 각각을 라이트 블루, 라이트 핑크, 라이트 레드, 라이트 옐로우로 기재하고, 종래의 방사 냉각 장치(CP)를 노멀(Normal)로 기재한다.

예시하는 냉각 능력은, 외기온 30℃, AM1.5G의 일사가 조사되고 있는, 남중시의 오사카의 평균적인 여름철의 대기 하에서의 방사 냉각 능력을 계산한 것이다.

즉, 예를 들면, 태양광 에너지를 1000W/㎡로 하고, 외기온을 30℃로 하고, 대기의 복사 에너지가 387W/㎡의 8월 하순을 모델로 하여 계산한 것이다.

가로축의 온도는, 방사 냉각 장치(CP)의 바닥면부(방사면(H)과는 반대측의 바닥면부)의 온도이며, 대류는 고려하고 있지 않다.

도시한 바와 같이, 외기온과 방사 냉각 장치(CP)의 바닥면부가 30℃와 같은 경우, 본 발명의 색을 띠는 방사 냉각 장치(CP)에서도 40W/㎡ 가까이의 방사 냉각 능력을 가진다.

즉, 본 발명의 색을 띠는 방사 냉각 장치(CP)는, 종래의 방사 냉각 장치(CP)보다 방사 냉각 능력이 저하되게 되지만, 여름철의 남중시에 있어서도 방사 냉각 능력을 발휘하게 된다.

그리고, 라이트 핑크(제2 구조)와 라이트 레드(제3 구조)의 방사 냉각 능력은, 대략 동일하다.

[투명 유전체층의 구체예]

투명 유전체층(B2)은, 투명 질화막이나 투명 산화막에 의해 구성할 수 있고, 투명 질화막의 구체예로서는, 전술한 바와 같이, Si₃N₄, AlN을 들 수 있다.

또한, 투명 산화막의 구체예로서는, 하기의 것을 들 수 있다. 그리고, 이하의 설명에서는, 본 발명의 투명 유전체층(B2)으로서 사용할 수 있는 것을, 족으로 분류하여 기재한다.

제1족 원소 산화물 : Li₂O, Na₂O, K₂O

제2족 원소 산화물 : BeO, MgO, CaO, SrO, BaO

제4족 원소 산화물 : TiO₂, ZrO₂, HfO₂

제5족 원소 산화물 : Nb₂O₅, Ta₂O₅

제13족 원소 산화물 : B₂O₃, Al₂O₃, Ga₂O₃

제14족 원소 산화물 : SiO₂, GeO₂, SnO₂

덧붙이면, 스퍼터링 등으로 제막되는 재료로서는, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅가 있고, 이들 재료는 제막하기 쉬운 점에서 다른 산화물보다 우수하다.

[다른 실시형태]

이하, 다른 실시형태를 열기한다.

(1) 상기 실시형태에서는, 적외 방사층(A)을 기판으로서, 제1 금속층(B1), 투명 유전체층(B2) 및 제2 금속층(B3)을 적층하는 경우를 예시했지만, 적외 방사층(A)과는 상이한 다른 기판에 대하여, 제2 금속층(B3), 투명 유전체층(B2) 및 제1 금속층(B1)을 적층하는 형태로 광반사층(B)를 형성하여, 적외 방사층(A)과 광반사층(B)을 중첩하는 형태로 적층해도 된다. 이 경우, 적외 방사층(A)과 광반사층(B) 사이에, 전열 가능하면 다소의 간극이 존재해도 된다.

(2) 상기 실시형태에서는, 산화 방지층(4)을 포함하는 경우를 예시했지만, 알루미늄으로 형성되는 제2 금속층(B3)의 막 두께(두께)가 충분히 두꺼운 경우 등에 있어서는, 산화 방지층(4)을 생략해도 된다.

(3) 상기 실시형태에서는, 제1 금속층(B1) 및 제2 금속층(B3)을 은으로 형성하는 경우를 상세하게 설명하였으나, 제1 금속층(B1)이나 제2 금속층(B3)을 은 합금으로 형성하는 경우에서의 막 두께(두께)는, 제1 금속층(B1)이나 제2 금속층(B3)을 은으로 형성하는 경우의 막 두께(두께)와 동등하게 할 수 있다.

(4) 상기 실시형태에서는, 제2 금속층(B3)을 알루미늄으로 형성하는 경우도 설명하였으나, 제2 금속층(B3)을 알루미늄 합금으로 형성하는 경우에서의 막 두께(두께)는, 제2 금속층(B3)을 알루미늄으로 형성하는 경우의 막 두께(두께)와 동등하게 할 수 있다.

(5) 상기 실시형태에서는, 적외 방사층(A)의 방사면(H)을 평탄면으로 형성하는 것으로서 설명하였으나, 도 32에 나타낸 바와 같이, 적외 방사층(A)의 방사면(H)을, 광산란용 요철을 구비하는 상태로 형성해도 된다.

광산란용 요철은, 엠보스 가공 등에 의해 형성할 수 있고, 적외 방사층(A)을 유리(백판 유리)에 의해 구성하는 경우에는, 간유리(frosted glass) 가공에 의해 형성할 수 있다.

그리고, 도 32는, 광산란용 요철을 실제보다 과장하여 기재하는 것이다.

그리고, 상기 실시형태(다른 실시형태를 포함함, 이하 동일)에서 개시되는 구성은 모순이 생기지 않는 한, 다른 실시형태에서 개시되는 구성과 조합하여 적용하는 것이 가능하며, 또한, 본 명세서에 있어서 개시된 실시형태는 예시로서, 본 발명의 실시형태는 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 개변할 수 있다.

3 : 밀착층
4 : 산화 방지층
A : 적외 방사층
B : 광반사층
B1 : 제1 금속층
B2 : 투명 유전체층
B3 : 제2 금속층

Claims

방사면(放射面)으로부터 적외광을 방사하는 적외 방사층과, 상기 적외 방사층에서의 상기 방사면의 존재측과는 반대측에 위치시키는 광반사층이 적층 상태로 설치된 방사 냉각 장치로서,
상기 광반사층이, 두께가 10㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위의 은 혹은 은 합금으로 이루어지는 제1 금속층, 투명 유전체층, 및 상기 제1 금속층 및 상기 투명 유전체층을 투과한 광을 반사하는 제2 금속층의 순서로 상기 적외 방사층에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 상기 제1 금속층, 상기 투명 유전체층 및 상기 제2 금속층을 적층한 상태로 구성되며,
상기 투명 유전체층의 두께가, 상기 광반사층의 공명 파장을 400㎚ 이상 800㎚ 이하의 파장 중 어느 하나의 파장으로 하는 두께로 설정되어 있는,
방사 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속층이, 두께가 100㎚ 이상인 은 혹은 은 합금인, 방사 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속층이, 두께가 30㎚ 이상인 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인, 방사 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 금속층이, 은 혹은 은 합금인 제1 층 및 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 제2 층의 순서로 상기 투명 유전체층에 가까운 측에 위치시키는 형태에서, 상기 제1 층과 상기 제2 층을 적층한 상태로 구성되어 있는, 방사 냉각 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명 유전체층이 투명 질화막인, 방사 냉각 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명 유전체층이 투명 산화막인, 방사 냉각 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외 방사층이, 무알칼리 유리, 크라운 유리(crown glass), 붕규산 유리 중 어느 하나의 유리로 구성되어 있는, 방사 냉각 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외 방사층을 기판으로서, 상기 제1 금속층, 상기 투명 유전체층 및 상기 제2 금속층이 적층되어 있는, 방사 냉각 장치.
제8항에 있어서,
상기 적외 방사층과 상기 제1 금속층 사이에, 밀착층이 적층되어 있는, 방사 냉각 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제2 금속층에서의 상기 투명 유전체층의 존재측과는 반대측에, 산화 방지층이 적층되어 있는, 방사 냉각 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적외 방사층의 상기 방사면이, 광산란용 요철을 구비하는 상태로 형성되어 있는, 방사 냉각 장치.