電力を必要としない安価なパッシブ冷却システム

• 新しいパッシブ冷却システムは、燃料で生成された電力を使用せずに、高温環境で効果的な冷却を提供します。
• 乾燥した環境では、周囲温度より最大40°C低い温度で冷却できます。
• 既存の冷却システムを補完して、ワクチンや食品を暑いオフグリッド地域に保管することができます。

既存の冷却メカニズムは、非常に複雑で高価な流体冷却および蒸気圧縮システムに依存しています。一方、パッシブ冷却システムは、大気放射冷却のように、中赤外線波長の地球の大気を使用して、温度を大幅に下げます。

何年もの間、世界中の研究者がパッシブ冷却システムの開発を試みてきましたが、これまでのところ、製造に費用がかかり、広く使用できない複雑なフォトニック機器を使用してこれらのシステムを構築することができました。それらのほとんどは、すべての波長を完全に反射し、中赤外線を放射するように開発されています。
ただし、これを実現するには、材料の複数の層を追加し、その厚さをナノメートルの精度で制御する必要があります。

現在、MITの研究者は、燃料で生成された電力を必要とせずに、暑い晴れた日に冷却を提供する新しい安価なパッシブシステムを開発しました。他の冷却システムを補完して、オフグリッド地域で医薬品や食品を保管/保存することができます。

理論的には、システムは周囲温度より最大20°C低い温度で冷却することができます。しかし、それを実証しながら、研究者は6℃の冷却を​​達成することができました。さらに温度を下げるには、従来の熱電冷却または冷凍システムを使用できます。

どのように機能しますか？

新しいパッシブ冷却システムは、90度に配置された小さなストリップを使用して直射日光を遮断し、空を横切る太陽の経路を覆います。これにより、追跡機器が不要になります。

磨かれたアルミニウム、低コストのプラスチックフィルム、および断熱材を組み合わせて開発されたシンプルな白い器具は、中赤外線範囲の放射を介して十分な熱の放出を可能にします。より具体的には、8〜13マイクロメートルの波長の周囲温度付近での地上の物体の放射放射のスペクトルの重なりを利用します。

システムの上に傘を置き、断熱材で補うことで、研究者は日中の冷却をより効果的にしました。彼らは屋外で実験を行い、システムが直射日光を効果的に遮断し、中赤外線の波長を空に継続的に放出していることを発見しました。

参照：Nature Communications | doi：10.1038 / s41467-018-07293-9 | MIT

数十年前、科学者たちは暖房を減らすためのシステムを開発していただけでした。しかし現在、彼らは温度を下げるために補助的な光フィルタリングメカニズムとともにシェードを賢く使用しています。

制限とアプリケーション

画像クレジット：Bikram Bhatia / MIT

湿気の多い環境では、システムは正しく機能しません。空気中の赤外線放射量を減らし、冷却量を20°C（周囲温度未満）に制限します。ただし、環境が乾燥している場合は、最大40°Cの冷却が得られる可能性があります。

また、このシステムを使用して家や建物全体を冷却することはできません。高温のオフグリッドエリアでの食品や医薬品の保管など、冷蔵用途にのみ使用できます。このアプローチは、温度を必要なレベルまで下げるほど強力ではありませんが、少なくとも既存の冷却システムの負荷を減らして、冷却の最終段階のみを提供することができます。

また、特殊なミラーが太陽光線を太陽電池に集束させて効率を高める集中型太陽光発電システムでも使用できます。これらのシステムはしばしば過熱し、定期的な熱メンテナンスを必要とします。パッシブ冷却システムは、この加熱の問題を簡単に制御できるため、アクティブな熱管理が不要になります。

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今後数年間で、研究者はシステムを改善しようとします。そのための最大の課題は、システム全体が外気によって過度に加熱されるのを防ぐことができる断熱材を見つけることです。