专利名称：用于发射热辐射的元件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于发射热辐射的元件。
背景技术：
人们已经采用各种方法来冷却建筑物的内部空间、冷冻食物、冷凝水或降低对象的温度。这些方法的共同之处在于它们均需要相对较大量的能量，而这样的能量通常以电能的形式提供。例如，在一些气候相对温暖的国家，用于制冷所需的电能常常会超过可提供的电能，这会导致供电网络崩溃。而且，目前仍在至少部分地利用不可再生能源，例如通过燃烧煤炭生产电能，这与环境问题有关并且会造成全球变暖。因此，能够以仅利用较少能量的方式实现冷却是有利的。人们对于这种技术进展是有需求的。
发明内容
本发明提供了一种用于发射热辐射的元件，该元件包含设置用于接收热能并以热辐射的形式发射至少一部分所接收的热能的颗粒，该热辐射主要具有在大气窗口波长范围内的波长或波长范围，其中，与邻近波长范围的平均吸收和发射相比，地球的大气具有降低的平均吸收和发射，从而使得通过该元件吸收的来自大气的辐射降低。 由于地球的大气在大气窗口波长范围内具有非常低的吸收，因此仅有非常少量的辐射从大气返回到该波长范围内的颗粒，并且发射的辐射大都指向穿过大气并进入通常温度等级(数值)为4开尔文的太空中。因此，通过该元件接收的热能通过该元件而"抽"出(pump away)。 大气窗口波长范围通常包括地球大气的最小平均吸收。大气具有在3 ii m至5 ii m以及7. 9 i！ m至13 i！ m波长范围内的大气窗口 。在这些波长范围内，太阳的发射也可以忽略不计并且通常被认为是零，其具有另外的优点，即，即使是在白天，该元件也仅吸收极少的来自太阳的该波长范围内的辐射。 根据本发明的实施方式的元件和可以与该元件热接触的介质通常被冷却或促进冷却，而不需要利用电能。尤其是在夜间，或当没有太阳辐射时，可以提供低于环境温度的良好冷却。 可以将颗粒分散于整个元件中，在这种情况下也可以包含基本上可透射波长在大气窗口范围内的辐射的材料。可替代地，该元件可以包含表面部分，例如涂层，其中该颗粒被集中并且其被设置为使得能够发射热辐射。该元件也可以包含定位该颗粒的膜。
该元件也可以包含悬于该元件本体部上方的覆层(cover)，或者可以与本体部直接接触的覆盖层的形式提供覆层。覆层通常可透射由颗粒发射的热辐射，并且保护颗粒不受可能使冷却效率下降的热风的影响和其他外部影响。覆层通常包含热绝缘材料。例如，覆层可以包含聚合物材料，例如聚乙烯。此外，覆层可以包含氧化物或硫化物材料，其通常被设置为阻挡至少一部分入射的UV辐射。在一种具体实施例中，氧化物或硫化物材料位于聚乙烯材料之上或其上方并保护聚乙烯。该实施例将典型聚乙烯材料的相关强度与硫化物或氧化物的UV保护功能相结合，其还使得聚乙烯材料的寿命延长。聚合材料以及氧化物或硫化物材料通常进行如此设置，使得能够保持对于波长在大气窗口范围内的辐射的相对较高的透射性。例如，氧化物或硫化物材料可以是位于该聚合物材料之上或上方的层。硫化物或氧化物层通常具有如此选择的厚度以使得在应用中至少大多数入射UV辐射被阻挡，并且覆层基本上可透过波长范围在大气波长范围内的辐射。该层的厚度通常在100nm-1000nm、150nm-300nm的范围内，且通常为200nm的数量级。 该元件可以进一步包含限定内部空间的壁部，其中用于容纳待冷却的介质。壁部通常包含反射材料。该元件可以包括热绝缘材料并且可以例如形成至少部分热绝缘的容器。 该元件也可以包含具有凸出壁部分的结构，其这样定位以使得在使用中从大气区
域进入的接近地平线的辐射基本上被阻挡。已知对于这样的辐射而言，大气窗口的透射较少，因为大气对于传播接近地平线的辐射而言"较厚"。由于透射较少，则在这些波长处大气还从接近于地平线的方向进行更强烈地辐射。由此，避免这样的辐射到达颗粒能够改善元件的冷却效率。凸出壁部分通常反射通过颗粒发射的热辐射。该结构还可以包含上述的覆层。 凸出壁部分通常反射通过颗粒发射的热辐射并且可以这样定位以使得在使用中
由颗粒发射的热辐射或由凸出壁部分反射的热辐射指向朝向太空的方向和远离地平线的方向。该凸出壁部分通常是由具有低热发射率的材料形成的。 在一种具体实施方式
中，该元件包含聚能器，例如"CPC"聚能器或抛物面盘式或槽式聚能器。在这种情况下，该凸出壁部分通常形成聚能器的一部分。该聚能器通常这样设置以使得由导管的基本上所有区域发射的辐射通过该聚能器而朝向天空。此外，该凸出壁部分具有另外的优点，即减少通过热风对颗粒，和/或待被颗粒冷却的介质的加热，该热风可以在使用中通过该元件上方。 在另一种具体实施方式
中，该元件形成对象的一部分或具有该对象的形式，并且被设置为用于冷却该对象和/或与该对象热接触的介质。 该元件可以与对象的部分相接触并且也可以附着于对象的部分，形成在对象的部分上或以其他方式施加于对象的部分。 在一种具体实施方式
中，该对象包括诸如罐之类的容器，其中可以装有例如食物或液体。 例如，该对象可以是容器，例如食品容器或用于运输或储存药物、器官、血液或任何其他待冷却对象的容器。另外，该对象可以是电子器件并且该元件可以被设置以用于冷却该电子器件或可以形成用于运输的任何运输工具包括汽车、卡车、火车车厢和船舶集装箱等需要冷却内部空间的一部分。 该元件也可以是一种结构的一部分，例如建筑物或房屋。例如该元件可以窗户、屋顶砖瓦、屋顶铺层或天窗的形式提供。例如，当以基本上可透过可见光的形式提供元件时，该元件可以包括含有用于发射热辐射的颗粒的基本透明的聚合材料。在该实施方式中，该元件还可以包含提供额外强度的蜂窝状结构。该元件可以进一步包含一种材料，例如其他类型的颗粒，其被设置为用于吸收入射的近红外波长范围内的辐射。在这种情况下，该元件可以这样设置以使得入射的近红外辐射被吸收，并且所得到的吸收的热能至少部分地以热辐射的形式通过设置为用于发射波长在大气窗口波长范围内的辐射的颗粒而被再发射。
本领域普通技术人员将能够理解，可以形成包含该元件的对象或该元件所形成的对象的许多其他形式的实施例。 在本发明的实施方式中，该元件被设置为能够冷却至低于环境温度5。 、10° 、20°或甚至更低的温度。 该元件还可以被设置为在低于环境的温度下以有限的速率提取热。该元件可以这样设置以使得可以在低于环境温度5。 、10°或更低的温度下使冷却速率可以达到例如40、60、80W/m2冷却材料面积。 颗粒可以被设置为用于产生波长或波长范围在大气窗口波长范围内的离子表面等离子体共振。 在说明书全文中，所使用的术语"离子表面等离子体"是指与离子运动相关的表面
等离子体激励，例如经常是指"弗洛里希共振(Fr6hlich resonance )"。 通常这样设置颗粒以使得至少部分，通常为大多数或全部的离子表面等离子体的
波长都在1-7 ii m、2-6 ii m、或3-5 ii m、和/或5-16 ii m、7_14 ii m、8_13 ii m以及7. 9-13 ii m中
的任一波长范围内。 然而，应该理解的是，还可以这样设置至少一部分颗粒，以使得在部分超出大气窗口波长范围的波长范围内产生离子表面等离子体。此外，大气窗口波长范围可以是多个大气窗口范围之一，例如波长范围为3-5iim以及7. 9-13 iim。 在本发明的一种具体实施方式
中，颗粒包含SiC或其他适合的材料，或完全由SiC或其他适合的材料组成。 还可以将至少一部分颗粒设置成通过不同于产生离子表面等离子体的有关的物理机制来发射辐射。颗粒可以由被设置为发射波长在大气窗口波长范围内的辐射的任何适合的材料组成。可替代地或另外，该元件可以包含被设置为发射波长超出大气窗口范围之外的辐射的材料。 该元件可以包含聚合物材料，例如对于预定波长范围内的辐射可透射的涂层。例如，该颗粒可以包埋在该聚合物材料中或可以位于该聚合物材料附近。 该元件也可以被设置为反射至少一些入射辐射，例如来自大气的辐射和/或在白天来自太阳的辐射。该元件可以包含以位于颗粒下方的层的形式提供并且可以设置为反射至少部分入射辐射的反射材料。可替代地或另外，该元件可以包含分散于至少部分诸如上述聚合物材料之类的透明材料中的反射性颗粒。 在一种实施方式中，该元件包含至少一个用于流体的通道，从而使得该元件被设置以用于冷却流体。 应该理解，在上述实施方式的变型中，该元件可以不必包含被设置以用于发射波长在大气窗口波长范围内的热辐射的颗粒，但是该颗粒可由被设置以用于发射波长在大气窗口波长范围内的热辐射的至少一个层来代替。例如，该至少一个层可以包含粒状结构、多孔结构或可以具有这种轮廓(profiled)的表面，其使得该至少一个层被设置用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。可替代地，该至少一个层可以是多层结构的一部分，即，被设置为用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
本发明的第二方面提供了一种用于发射热辐射的元件，该元件包含设置用于接收
热能并以热辐射的形式发射至少一部分所接收的热能的至少一个层，该热辐射主要具有在
大气窗口波长范围内的波长或波长范围，其中与邻近波长范围的平均吸收和发射相比，地
球的大气具有降低的平均吸收和发射，从而使得通过该元件吸收的来自大气的辐射降低。 大气窗口波长范围通常是3至5iim和/或7.9iim至13iim的波长范围。 该至少一个层通常被设置为用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范
围的离子表面等离子体共振。 该至少一个层可以具有如此选择的结构特性以使得该至少一个层被设置用于产 生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。例如，该至少一 个层可以包含微粒(grain)，或其中的一部分可以是多孔结构，并且该结构特性可以分别与 微粒大小或孔之间残留固体的厚度相关。另外，该至少一个层可以具有与该至少一个层的 表面特征的厚度或宽度相关的表面粗糙度和结构特性。微粒尺寸、孔之间的残留固体的厚 度以及该至少一个层的表面特征的厚度或宽度通常在50nm-150nm的范围内。
可替代地，该至少一个层可以是多层结构的一部分，该多层结构的层厚度是这样 选择的，以使得该多层结构被设置成产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离 子表面等离子体共振。 本发明的第三方面提供了一种冷却系统，包含上述根据本发明的第一或第二方面 的元件，该元件形成一对象(或物体)和包含热绝缘壁部分的冷却系统的一部分，该热绝缘 壁部分用于减少该对象的一部分与冷却系统的环境之间的热能交换。 该元件可以与对象的该部分相接触且也可以附着于对象的该部分，形成在对象的 该部分上或以其他方式施加于对象的该部分。 该对象可以包括诸如罐之类的容器，其中可以装有例如食物或液体。 热绝缘壁部分通常这样设置以使得对象的元件在使用中能够在远离该冷却系统
的方向上发射热辐射。通常也这样设置冷却系统以使得对象可以位于由热绝缘壁部分形成
的内部中或可从该由热绝缘壁部分形成的内部拆除。 冷却系统可进一步包含可拆除的盖部和基部，它们与热绝缘壁部分一起形成外 壳，其中在使用中该对象位于外壳中，该盖部由可透射元件的颗粒所发射的热辐射的材料 形成。 通过对以下本发明的具体实施方式
的描述将能够更加全面地理解本发明。这样的 描述是参照附图提供的。
图1示出了结合了根据本发明的一种实施方式的用于发射热辐射的元件的器件；
图2、图3(a)图3 (b)和图4示出了结合了根据本发明的一种实施方式的用于发射 热辐射的元件的对象； 图5示出了作为波长的函数的地球大气的透射光谱； 图6至图8示出了根据本发明的一种实施方式的用于发射热辐射的元件；
图9示出了根据本发明的一种具体实施方式
的冷却系统。
8
具体实施例方式
通常，该元件包含被设置用于发射波长在参照"大气窗口波长范围"的范围内的辐 射的颗粒。大气窗口波长范围是通过地球大气所发射的辐射的吸收和发射被显著降低或为 零的波长范围。由元件发射的在该波长范围内的辐射通过大气被大量透射至平均温度为4 开尔文的太空。此外，由于在该波长范围内该元件通常仅接收极少的辐射或没有接收辐射， 因此，该元件起到了热能泵的作用。 该元件包含如澳大利亚临时专利申请第2007903673号和美国专利申请第 11/765217号披露的冷却材料。这些专利以引用的方式结合于本文。
下文中将参考图4至图7来讨论该元件功能的其他细节。 首先参见图1至图3，描述了元件以及根据本发明的具体实施方式
结合该元件的 对象的实施例。 图1示出了根据本发明的一种实施方式的冷却元件10。例如，可以设置该元件10 以用于冷却与该元件10的部分进行热接触的介质。这样设置该元件10以使得能够从表面 部分12直接或间接地向大气发射热辐射。这样设置元件10以使得由元件10将从该介质 接收的热能的部分以热辐射的形式发射，从而通过元件10来促进介质的冷却。
冷却元件10可以形成蒸发冷却器件的一部分。在这种情况下，通常设置元件10 在蒸发前冷却液体，该液体通常是水。可替代地，元件io可以形成任何其他类型的空调设 备的一部分，并且可以设置该元件10以用于促进在使用中循环通过空调单元的部分的流 体的冷却。 此外，元件10可以形成辐射体、换热器、或制冷器或任何其他类型的冷却器件的 一部分。本领域普通技术人员将能够理解其中结合有元件10的冷却器件的许多实施例。
图2示出了结构14的实施例，其中结合有根据本发明的实施方式用于发射热辐射 的元件。在该实施方式中，结构14是房屋或建筑物等，并且包括以对象16的形式提供的屋 顶覆层和/或其他外部覆层。例如，每一种对象16可以是屋顶砖瓦或屋顶铺层，包含金属、 陶瓷或聚合物材料。对象16包含结合了用于发射热辐射的颗粒并且位于该金属、陶瓷或聚 合物材料上方的表面部分。例如，该颗粒可以包埋在涂层材料中，该涂层材料通过涂覆或其 他方式施加于对象16的金属、陶瓷或聚合物材料。涂层材料基本上可透射具有大气窗口波 长范围内的波长范围的辐射。可替代地，该颗粒可以位于对象16的表面部，而不是包埋在 涂层材料中。 设置对象16以发射热辐射，这会导致房屋或建筑物14的屋顶空间的冷却。这种 具体应用具有明显的优点，尤其是对于地球上的温暖区域。在炎热的夏天，屋顶空间获得了 大量的热能并且在夜间也经常会保持该热能的主要部分。元件16促进了屋顶空间的冷却， 并从而改善了居住在房屋或建筑物14中的舒适度。在本发明的一种具体实施方式
中，大部 分的外部表面，例如房屋或建筑物14的屋顶区域，被对象16所覆盖。 再参见图2，结构14还可以进一步包括结合了用于发射热辐射的元件并以窗口的 形式(例如窗口 18)提供的对象。设置该窗口 18以阻挡近红外辐射的部分。
现在参见图3(a)，描述了结合了用于发射热辐射的元件10的对象的其他实施例。 在该实施例中，对象20是用于容纳食物、药品、血液或器官等或任何其他需要冷却的对象 或物质的容器。对象20的外表面部分包含设置以用于发射热辐射的颗粒。热辐射的发射导致容器20及其内部的冷却。 图3 (b)示出了包括元件12的容器的其他变型的实施例。在这种情况下，容器22 具有由热绝缘材料组成的壁部24。该容器22还包含顶部26，其由基本上可透射波长范围 在大气窗口波长范围内的热辐射的材料组成。顶部还可以具有热绝缘特性，并且可以例如 包含氧化铁或ZnS。待冷却的介质位于元件12的附近。该实施方式具有额外的优点，即热 绝缘壁部进一步提高了冷却效率。此外，元件IO和待冷却的介质受到保护以免受可能降低 冷却效率的任何热风的影响。 本领域技术人员将理解，有许多可以结合用于发射热辐射的元件的对象的实例。 例如，该元件可以形成电子器件的一部分，例如集成的电子器件，并且可以被设置以用于冷 却该电子器件。 图4示出了结构28，其大量透射可见辐射并且可用作屋顶铺层、窗口或天窗等。结 构28包含第一层30和第二层32。第一层30和第二层32通过膜34连接，从而形成相对 稳定的蜂窝状结构。结构28包含聚合物材料并具有结合于该材料中的颗粒，从而使得结构 28具有类似于上文所讨论的元件的优点。 本领域技术人员将能够理解，冷却元件具有用于冷却对象或流体的许多应用。当 冷却对象或流体时，该冷却元件可以被设置成直接冷却该对象或流体。可替代地，该冷却元 件可以被设置以用于通过冷却材料的另一流体从而间接冷却该对象或流体，然后再冷却待 冷却的流体或对象。 现在参见图5和图6，将进一步详细描述根据本发明的具体实施方式
用于发射热 辐射的元件的功能。图5大体上示出了无云条件下的地球大气的透射光谱34。与邻近波长 范围相比，在大约7.9至13iim的范围内，平均透射增大至接近l。另外，大气的平均透射在 3-5ym的波长范围内也有所增加。在这些波长范围内，地球的大气具有"窗口"。曲线36是 温度为IO(TC的黑体的发射光谱的估计值，其是利用韦恩定律(Wein's law)计算的并且给 出了可利用本发明的实施方式的冷却材料进行冷却的介质的发射光谱的实例。
图6示出了根据本发明的一种具体实施方式
的元件的表面结构的次级 (secondary)电子显微照片。 元件40包含反射金属层42，在该实施方式中，其以位于基板上的铝层的形式进行 设置。此外，该元件40包含SiC颗粒44，其位于金属层42之上。SiC颗粒44的平均直径 大约为50nm并且利用适合的旋涂操作来进行沉积。 在该实施方式中，SiC颗粒44是纳米颗粒并且该颗粒44的大部分表面暴露于空 气。颗粒44表现出共振地增强吸收并在10至13iim的波长范围内发射辐射。在该波长范 围内产生离子表面等离子体。共振离子表面等离子体发射的波长范围在上述大气窗口波长 范围内。由于该波长范围的地球大气的平均吸收非常低，因此在该波长范围内仅有极少的 辐射从大气被传递到元件40。 与发射的辐射相关的能量大多来自颗粒44的热能和/或来自与颗粒44热接触的 介质。由于存在大气窗口，发射的辐射大多通过大气发生透射并指向温度通常为4开尔文 的太空。因此，即使冷却材料或与该冷却材料热接触的介质的温度低于环境温度，元件40 也能够起到热能泵的作用。 反射材料42具有另外的优点，即大部分入射的辐射被从元件40反射出去并且由此使得具有大气窗口之内或之外的波长的辐射的热吸收减少，这使得冷却效率增加。
在上述实施方式的变型中，颗粒44可以由表现出离子表面等离子体共振的其他 适合的材料构成，例如BN和Be0。此外，颗粒44也可以由不是设置用于产生波长在大气窗 口波长范围内的离子等离子体，而是由设置用于在通过任何其他可能的机件(mechanism) 发射该波长范围内辐射的材料构成。例如，SiO、氮氧化硅颗粒在该波长范围内表现出相对 较强的发射。 反射材料42改善了冷却效率。然而，应该理解，该元件可以不必包含反射材料。此 外，该颗粒44可以包埋在透明材料中，例如位于反射材料42之上的适合的聚合物材料中。 例如，该聚合材料可以包含聚乙烯或含氟材料。 现在参见图7，描述了根据本发明的第二种具体实施方式
的元件。 在该实施方式中，元件50还包含上述的颗粒44。然而，在该实施例中，颗粒44位
于聚合物材料54的基质中，该聚合物材料很大程度上可透过黑体波长范围内的热辐射，例
如在3至28 ii m的波长范围，或波长范围在3-5 y m以及7. 9_13 y m中的一者或二者之外的
波长范围，或除黑体辐射范围之外的太阳光谱范围中的大多数范围内的辐射。例如，聚合物
材料54可以包含聚乙烯或含氟聚合物材料。 与元件40形成对比，入射辐射不会被反射，但会在很大程度上通过冷却材料50而 被透射，这也减少了指向元件50的热吸收并从而改善了冷却效率。 此外，元件50包含颗粒56。通常，颗粒56的光谱选择特性与颗粒44的光谱选择 特性互补。在该实施例中，颗粒56被设置用于产生近红外(NIR)波长范围内的电子表面等 离子体。在该波长范围内，颗粒56吸收辐射，例如来自于太阳的辐射。这抑制了一部分有 助于冷却的入射辐射的透射。在该实施方式中，这样设置冷却材料50以使得作为吸收太阳 辐射的结果的而存在的热能通过颗粒44而被发射。 例如，可以天窗或窗口的形式来提供元件50，例如窗口元件18。在这种情况下，通 常这样设置该冷却材料50以使得来自太阳的大部分可见光能够穿透该元件50。颗粒44 在大气窗口波长范围内发射辐射，这会引起冷却，而且颗粒56部分"阻挡"来自太阳的热辐 射，这会有助于冷却。 例如，颗粒56可以包含氧化铟锡、氧化锡、LaBe、氧化SbSn、或掺杂铝的ZnO。
然而，应该理解，在上述实施方式的变型中，颗粒56也可以被设置用于产生任何 其他适合的波长范围内的电子表面等离子体。 此外，元件50可以包含介电和/或金属材料的层状结构，选择其层厚度以影响热 辐射的反射，例如来自大气的热辐射，这进一步促进了冷却。 此外，元件30也可以包含一层结构化的材料，其被设置为使得可见波长范围内的 一部分光被反射，而通过元件50透射的光为特定的颜色，这对于出于美观目的的应用是有 利的。 参见图8，描述了根据本发明的另一种具体实施方式
的元件60。该元件60对应于 图7中所示以及上文中所述的元件50，但在本实施方式中其位于反射层62之上。元件60 尤其适合用于冷却可与该冷却材料60热接触的介质。在该实施方式中，反射层62是被设 置以反射具有较宽波长范围且来自于例如太阳的辐射的金属层。 例如，该反射层62可以被设置以反射来自于太阳和来自于大气的热辐射和可见
11辐射的大部分，这有助于冷却材料60的冷却。反射材料可以包含例如Al、 Cu、 Ag、 Au、 Ni、 Cr、Mo、 W或包括不锈钢的钢材。 在图8所示的实施方式的变型中，可以不以层的形式来提供反射材料，而是可以 以掺在材料54中的反射颗粒的形式来提供。 元件50和60可以结合到冷却器件10中或对象16和20中。元件60作为窗口或 天窗(例如窗口 18)具有尤其有利的应用。 现在参见图9，描述了根据本发明的一种实施方式的冷却系统。图9示出了包含对 象92的冷却系统90。例如，该对象可以是容器，例如食品容器，或罐，例如饮料罐。该对象 92包括施加用于发射热辐射的上述元件的顶部94。例如，可以参见图6至图8以涂层的方 式提供该元件，其以与所述的元件40、50和60相同的方式起作用。 在该实施方式中，冷却系统90包含其中设置有对象92的热绝缘壳96。另外，该冷 却系统90包含盖部98，其由可透射元件94的颗粒发射的热辐射的材料构成。另外，冷却系 统90包含基部，其上设置有壳部96和对象92。在该实施方式中，壳部96高于对象92，以使 得在使用中在对象92上入射直射太阳光的可能性减小。另外，壳部96足够高以使得在使 用中以接近于地平线而不是接近天顶的角度入射的从大气进入的辐射基本上被阻挡。壳部 96反射由颗粒发射的热辐射，并且在使用中如此定位以使得由颗粒发射的热辐射指向朝向 太空的方向和远离地平线的方向。壳部96的内部壁部包含具有低热发射的材料。
盖部98产生用于通过对流而传热并同时传送由元件94的颗粒发射的热能的屏障 (barrier)。 在使用中，元件94的颗粒吸收来自对象92的邻近部分的热能并以波长范围在大 气窗口范围内的热辐射的形式发射所吸收的热能。壳部96和基部100提供了热绝缘并由 此促进对象92的冷却。设置冷却系统90从而使对象可从壳部96的内部拆除。
然而，应该理解，可以各种不同的形式提供冷却系统90。例如，对象92不必是食品 或液体的容器，而可替代地可以是任何其他类型的对象。此外，元件94可以施加于对象任 一侧的部分，并且也可与对象间接热接触。另外，壳部96可以具有任何适合的形状。
尽管已经参照具体的实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员应该理解，本 发明可以许多其他的形式来实施。例如，诸如图7和图8中所示的元件50或60的元件的 颗粒也可以位于具有开口的膜上，该开口具有适合的尺寸以定位一个或多个颗粒。另外，该 元件也可以包含凸出壁部，其可以具有反射性或不具有反射性并且被设置为在使用中避免 在近地平线的区域处穿透大气的辐射。 此外，应该理解，在上文所述的实施方式的变型中，该元件可以不必包含被设置用 于发射波长在大气窗口波长范围内的热辐射的颗粒，但可用至少一个层代替该颗粒，例如 被设置为用于发射波长在大气窗口波长范围内的热辐射的多层结构。多层结构的多个层通 常具有一定厚度，并且选择这样的厚度以使得在使用中产生了离子表面等离子体共振，且 该离子表面等离子体共振具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围。例如，多层结构可 以包含厚度等级为50-150nm的SiO和SiC层。 可替代地，可以用具有粒状结构的层的微粒代替该颗粒，例如适合的SiC层。在这 种情况下，选择微粒的平均直径以使得层被设置为用于发射波长在大气窗口波长范围内的 热辐射。也可以用多孔层或具有粗糙表面的层(例如适当的SiC层)来代替颗粒。在这种
12情况下，分别选择平均孔间距或表面外观(surface profile)以使得该层被设置为发射波 长在大气窗口波长范围内的热辐射。 另外，应该理解，除了上文所述的至少一个层之外，该元件可以包含上文所述的颗 粒。该至少一个层和颗粒可以均设置为发射波长范围在大气窗口波长范围内的热辐射。
权利要求
一种用于发射热辐射的元件，所述元件包含设置用于接收热能并以热辐射的形式发射至少部分所接收的热能的颗粒，所述热辐射主要具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围，其中与邻近波长范围的平均吸收和发射相比，地球的大气具有降低的平均吸收和发射，从而使得通过所述元件吸收的来自所述大气的辐射降低。
2. 根据权利要求1所述的元件，其中，所述大气窗口波长范围包括地球大气的平均吸收的最小值。
3. 根据权利要求1或2所述的元件，其中，所述大气窗口波长范围为3 i！ m至5 i！ m禾口 /或7. 9iim至13iim的波长范围。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，其中，所述颗粒分散在整个所述元件中并且所述元件还包含基本上可透射波长在所述大气窗口波长范围内的辐射的材料。
5. 根据权利要求1-3中任一项所述的元件，包含其中所述颗粒被集中并且被设置为使得能够发射所述热辐射的表面部分。
6. 根据权利要求1-3中任一项所述的元件，包含定位所述颗粒的膜。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，包含基本上可透射所述热辐射的覆层。
8. 根据权利要求7所述的元件，其中，所述覆层以覆盖层的形式提供。
9. 根据权利要求7所述的元件，其中，所述覆层被设置为用于减少通过对流的热能交换。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的元件，其中，所述覆层包含聚合物材料。
11. 根据权利要求io所述的元件，其中，所述覆层包含聚乙烯。
12. 根据权利要求7至11中任一项所述的元件，其中，所述覆层包含氧化物或硫化物材料。
13. 根据权利要求12所述的元件，当权利要求12从属于权利要求10或11时，其中所述氧化物或硫化物材料位于所述聚乙烯材料上方。
14. 根据权利要求13所述的元件，其中，所述氧化物或硫化物材料是位于所述聚合物材料之上的层。
15. 根据权利要求14所述的元件，其中，选择所述硫化物或氧化物材料的层的厚度，以使得在使用中至少大部分入射UV辐射被阻挡，并且所述覆层基本上可透射波长范围在所述大气窗口波长范围内的辐射。
16. 根据权利要求15所述的元件，其中，所述层的厚度在100nm-1000nm的范围内。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，进一步包含限定内部空间的壁部，在使用中所述内部空间中容纳有待冷却的介质。
18. 根据权利要求17所述的元件，其中，所述壁部包含反射材料。
19. 根据权利要求17或18所述的元件，其中，至少一些所述壁部是热绝缘的。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，包含具有凸出壁部分的结构，其这样定位以使得在使用中从所述大气的近地平线区域进入的辐射基本上被阻挡。
21. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，包含具有凸出壁部分的结构，所述凸出壁部分能够反射由所述颗粒发射的所述热辐射。
22. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，包含具有凸出壁部分的结构，所述凸出壁部分这样定位，以使得在使用中由所述颗粒发射的或由所述壁的凸出部所反射的热辐射指向朝向太空的方向和远离地平线的方向。
23. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，包含具有凸出壁部分的结构，所述凸出壁部分由具有低热发射的材料形成。
24. 根据权利要求1至19中任一项所述的元件，包含聚能器。
25. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，其中，所述颗粒被设置用于产生具有所述 大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
26. 根据权利要求25所述的元件，其中，设置所述颗粒以使得至少部分所述离子表面等离子体的波长在7. 9-13 i！ m的波长范围内。
27. 根据前述权利要求中任一项所述的元件，其中，所述元件形成窗口的一部分，或以窗口的形式提供。
28. 根据权利要求1至26中任一项所述的元件，其中，所述元件形成屋顶砖瓦的一部分，或以屋顶砖瓦的形式提供。
29. 根据权利要求1至26中任一项所述的元件，其中，所述元件形成屋顶铺层的一部分，或以屋顶铺层的形式提供。
30. 根据权利要求1至26中任一项所述的元件，其中，所述元件形成天窗的一部分，或以天窗的形式提供。
31. 根据权利要求27至30中任一项所述的元件，其中，所述元件对于可见光基本上是透明的，并且其中所述元件包含基本上透明的聚合物材料，所述聚合物材料包含用于发射所述热辐射的颗粒。
32. 根据权利要求31所述的元件，其被这样设置以使得在使用中至少一部分进入的近红外辐射被吸收，并且所吸收的热能至少部分地以热辐射的形式通过设置用于发射波长在所述大气窗口波长范围内的辐射的所述颗粒而再发射。
33. 根据权利要求1-26中任一项所述的元件，其中，所述元件形成对象的一部分。
34. 根据权利要求33所述的元件，其中，所述元件被施加于所述对象的一部分。
35. 根据权利要求34所述的元件，其中，所述元件与所述对象的所述部分相接触。
36. 根据权利要求34所述的元件，其中，所述元件附着于所述对象的所述部分。
37. 根据权利要求34所述的元件，其中，所述元件形成于所述对象的所述部分上。
38. 根据权利要求33至37中任一项所述的元件，其中，所述对象包括容器。
39. 根据权利要求38所述的元件，其中，所述对象包括罐。
40. 根据权利要求38或39所述的元件，其中，所述对象包括食物。
41. 根据权利要求38或39所述的元件，其中，所述对象包括液体。
42. —种冷却系统，包含根据权利要求33至41中任一项所述的元件，所述冷却系统包含用于减少所述对象的一部分与所述冷却系统的环境之间的热能交换的热绝缘壁部分。
43. 根据权利要求42所述的冷却系统，其中，设置所述热绝缘壁部分以使得所述元件在使用中能够在远离所述冷却系统的方向上发射热辐射。
44. 根据权利要求42或43所述的冷却系统，其中，设置所述冷却系统以使得所述对象可定位于由所述热绝缘壁部分形成的内部，或可从由所述热绝缘壁部分形成的内部拆除。
45. 根据权利要求44所述的冷却系统，进一步包含可拆除的盖部和基部，它们与所述热绝缘壁部分一起形成外壳，其中在使用中所述对象位于所述外壳中，所述盖部由可透射所述元件的颗粒所发射的热辐射的材料形成。
46. —种用于发射热辐射的元件，所述元件包含设置用于接收热能并以热辐射的形式发射至少一部分所接收的热能的至少一个层，所述热辐射主要具有在大气窗口波长范围内的波长或波长范围，其中与邻近的波长范围的平均吸收和发射相比，地球的大气具有降低的平均吸收和发射，从而使得通过所述元件吸收的来自大气的辐射降低。
47. 根据权利要求46所述的元件，其中，所述大气窗口波长范围为3iim至5iim和/或7. 9iim至13iim的波长范围。
48. 根据权利要求46或47所述的元件，其中，所述至少一个层被设置用于产生具有所述大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
49. 根据权利要求46或47中任一项所述的元件，其中，所述至少一个层具有如此选择的结构特性，以设置所述至少一个层用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
50. 根据权利要求49所述的元件，其中，所述至少一个层包含微粒并且其中所述结构特性与所述微粒的直径相关，选择所述微粒直径，以设置所述至少一个层用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
51. 根据权利要求49所述的元件，其中，所述至少一个层包含孔，且其中的所述结构特性与所述孔之间的残留固体的厚度相关，并且其中选择所述孔之间的残留固体的厚度，以设置所述至少一个层用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
52. 根据权利要求49所述的元件，其中，所述至少一个层具有与所述至少一个层的表面的表面特征的厚度或宽度相关的表面粗糙度和结构特性，并且其中选择所述表面特征的所述厚度或宽度，以设置所述至少一个层用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
53. 根据权利要求46至48中任一项所述的元件，其中，所述至少一个层是多层结构的一部分，所述多层结构具有如此选择的层厚度，以使得所述多层结构被设置为用于产生具有大气窗口波长范围内的波长或波长范围的离子表面等离子体共振。
全文摘要
本发明的披露内容提供了一种用于发射热辐射的元件。该元件包含设置用于接收热能并以热辐射的形式发射至少一部分所接收的热能的颗粒。热辐射主要具有在大气窗口波长范围内的波长或波长范围，其中与邻近波长范围的平均吸收和发射相比，地球的大气具有降低的平均吸收和发射，从而使得通过该元件所吸收的来自大气层的辐射降低。
文档编号F25B23/00GK101784845SQ200880103666
公开日2010年7月21日 申请日期2008年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者杰弗里·伯顿·史密斯 申请人:悉尼科技大学