特許 7492267 セラミック間接蒸発冷却システムの疎水性バリア層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-21

(45)【発行日】2024-05-29

(54)【発明の名称】セラミック間接蒸発冷却システムの疎水性バリア層

(51)【国際特許分類】

   F28D 5/00 20060101AFI20240522BHJP

   F28F 21/04 20060101ALI20240522BHJP

   B05B 1/02 20060101ALN20240522BHJP

   B05B 15/00 20180101ALN20240522BHJP

   B05D 3/00 20060101ALN20240522BHJP

   B05D 3/02 20060101ALN20240522BHJP

   B05D 7/00 20060101ALN20240522BHJP

   B05D 7/24 20060101ALN20240522BHJP

   C04B 38/00 20060101ALN20240522BHJP

   C04B 41/85 20060101ALN20240522BHJP

   E04B 1/76 20060101ALN20240522BHJP

【ＦＩ】

F28D5/00

F28F21/04

B05B1/02

B05B15/00

B05D3/00 D

B05D3/02 Z

B05D7/00 B

B05D7/00 C

B05D7/24 301E

C04B38/00 303Z

C04B41/85 C

E04B1/76 300

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2021518107

(86)(22)【出願日】2019-10-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-06

(86)【国際出願番号】 US2019054230

(87)【国際公開番号】W WO2020072597

(87)【国際公開日】2020-04-09

【審査請求日】2022-09-21

(31)【優先権主張番号】62/740,221

(32)【優先日】2018-10-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507044516

【氏名又は名称】プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン・エル・グリナム

(72)【発明者】

【氏名】ジャック・アルバレンガ

(72)【発明者】

【氏名】マーティン・ベヒトールド

(72)【発明者】

【氏名】ジョアンナ・アイゼンバーグ

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／００３３８２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２４４００１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０７５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４０４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７８１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１５７３２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ５／００

Ｆ２８Ｆ ２１／０４

Ｆ２４Ｆ １／００３８

Ｆ２４Ｆ １／０２

Ｂ０５Ｂ １／０２

Ｂ０５Ｂ １５／００

Ｂ０５Ｄ ３／００

Ｂ０５Ｄ ３／０２

Ｂ０５Ｄ ７／００

Ｂ０５Ｄ ７／２４

Ｃ０４Ｂ ３８／００

Ｃ０４Ｂ ４１／８５

Ｅ０４Ｂ １／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

乾燥チャネルへの水蒸気の移動を抑制し、乾燥チャネルの孔の表面エネルギーを低下させるように構成され、１０００ｎｍ未満の形状サイズを有する粗面化層および乾燥チャネルの複数の孔の表面の該粗面化層上に配置された疎水性化学変性物を含む、複数の乾燥チャネル；および
水蒸気の移動を可能にするように構成された複数の湿潤チャネル
を含む多孔質セラミック体を含んで成る、蒸発冷却システム。

【請求項2】

前記複数の乾燥チャネルおよび前記複数の湿潤チャネルが、平行流、逆流、および交差流からなる群から選択される構成を有する、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項3】

前記蒸発冷却システムが間接蒸発冷却システムである、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項4】

前記多孔質セラミック体が、酸化物、複合材料、粘土体、石器、土器、磁器、ボーンチャイナ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項5】

多孔質セラミック体は、１０ｎｍ～１０００ｎｍの孔径を有する、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項6】

前記多孔質セラミック体が１～８０％の孔容積を有する、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項7】

前記粗面化層の粗さが０．１ｎｍ～１０００ｎｍである、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項8】

前記粗面化層が、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化第二銅、酸化第一銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、オキシ水酸化アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１の蒸発冷却システム。

【請求項9】

前記粗面化層がゾル‐ゲルコーティングまたは金属酸化物粒子の分散体を含む、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項10】

前記金属酸化物粒子は、２ｎｍ～２０μｍの直径を有する、請求項９に記載の蒸発冷却システム。

【請求項11】

前記粗面化層が、１００ｎｍ～５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項12】

前記疎水性化学変性物が、メチル基、アリール基、分岐状アルキル鎖、直鎖状アルキル鎖、パーフルオロ鎖、または疎水性ポリマーのいずれかで終端した有機シランまたはチオール分子；シロキサン、アルキルリン酸塩、アルキルリン酸エステル、アルカン‐ホスホン酸、アルカン‐ホスホン酸エステル、アルカン‐ヒドロキサム酸、アルカン‐カルボン酸、脂肪酸、天然ワックス、合成ワックス、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項13】

前記疎水性化学変性物が、前記粗面化層に共有結合されているか、または前記粗面化層に吸着されている、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項14】

前記蒸発冷却システムが、建物の外壁、建物の屋根および建物の内部のうちの少なくとも１つに組み込まれている、請求項１に記載の蒸発冷却システム。

【請求項15】

多孔質セラミック体を提供する工程、
前記多孔質セラミック体の第１の領域内の複数の孔の表面上に１０００ｎｍ未満の形状サイズを有する粗面化層を形成する工程、および
前記第１の領域内の粗面化層を化学的に変性する工程、
を含み、
粗面化層を形成することおよび粗面化層を化学的に変性することにより、第１の領域内の孔の表面エネルギーを低下させる、蒸発冷却システムの製造方法。

【請求項16】

前記多孔質セラミック体の第２領域内に粗面化層を形成する工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記多孔質セラミック体を提供する工程が、押出成形、共押出成形、プレス成形、注型、発泡成形、アディティブ・マニュファクチャリング、およびマルチ・マテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングからなる群から選択される方法に従ってセラミックを形成する工程を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

粗面化層が、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化第二銅、酸化第一銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、オキシ水酸化アルミニウム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

前記粗面化層を形成する工程が、
ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解させる工程、
加水分解反応を開始してネットワークゲルを形成する工程、
該ネットワークゲルを多孔質セラミック体に適用する工程、および
多孔質セラミック体を加熱する工程
を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

前記粗面化層を形成する工程が、金属酸化物粒子を提供する工程を更に含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解する工程の前に、ゾル‐ゲル前駆体中に金属酸化物粒子を提供する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解する工程の後に、ゾル‐ゲル前駆体中に金属酸化物粒子を提供する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

加水分解反応の間に金属酸化物粒子を提供する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項24】

水熱反応によってネットワークゲルを緻密化する工程およびネットワークゲルを再結晶化する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項25】

前記粗面化層を形成する工程が、
前記多孔質セラミック体に金属酸化物粒子の分散体を適用する工程
を含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項26】

前記粗面化層を化学的に変性する工程が、前記粗面化層に分子を共有結合させる工程、または前記粗面化層に分子を吸着させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（著作権表示）
本特許開示には、著作権保護の対象となる資料が含まれている可能性がある。著作権者は、米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に掲載されている特許文書または特許開示を誰かがファクシミリで複製することに異議を唱えないが、それ以外の場合は、著作権者がすべての著作権を保有している。

【0002】

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１８年１０月２日に出願された米国仮出願第６２／７４０，２２１号の利益を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に援用される。

【0003】

本願は、蒸発冷却のためのシステムに関する。特に本願は、超疎水性表面を有する蒸発冷却システムに関するものである。

【背景技術】

【0004】

蒸発冷却は、空気に含まれる熱エネルギー（すなわち、熱）を利用して水を蒸発させる。水の相変化に伴う大きなエンタルピー（すなわち、気化潜熱）は、周囲の空気からの熱エネルギー（すなわち、顕熱）が液体から蒸気への相変化のために使用されるので、大きな温度降下をもたらすことができる。空気中の水分量または湿度が増加すると、空気の温度または乾球温度は低下するが、湿球温度はほとんど変化しない。乾燥した高温の気候では、追加された水分量は、例えば、皮膚や呼吸器系の再水和など、熱的快適性にとって有益である。

【0005】

蒸発冷却システムの冷却能力は、乾球温度と湿球温度の差として定義される湿球降下量に依存する。従って、乾燥した乾燥気候では、蒸発式冷却はより高い冷却能力の可能性を有し、圧縮機ベースの空調システムと比較して、低減された一次エネルギー需要を提供することができる。湿度の高い気候では、湿度の上昇がユーザの不快感を増大させる。代わりに、間接的な蒸発冷却システムを使用して、空調空間に直接湿度を加えないようにすることができる。

【発明の概要】

【0006】

いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、乾燥チャネル（またはドライ・チャネル）への水蒸気の移動を抑制するように構成された複数の乾燥チャネルを有する多孔質セラミック体であって、１０００ｎｍ未満の形状サイズ（またはフィーチャサイズ；ｆｅａｔｕｒｅｓ ｓｉｚｅ）を有する粗面化層と、粗面化層上に配置された疎水性化学変性物とを含む多孔質セラミック体と、水蒸気の移動を可能にするように構成された複数の湿潤チャネル（またはウェット・チャネル）とを含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、複数の乾燥チャネルおよび複数の湿潤チャネルは、平行流、逆流、および交差流からなる群から選択される構成を有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、間接蒸発冷却システムである。

【0009】

いくつかの実施形態では、間接蒸発式冷却システムは、再生式間接蒸発式冷却システム、露点式間接蒸発式冷却システム、またはＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発式冷却システムである。

【0010】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体は、酸化物、複合体、粘土体、石器、土器、磁器、ボーンチャイナ、またはそれらの組み合わせを含む。

【0011】

いくつかの実施形態では、酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリウム、セリア、ジルコニア、酸化マンガン、酸化鉄、またはそれらの組み合わせを含む。

【0012】

いくつかの実施形態では、複合体は、粒子強化複合体、繊維強化複合体、酸化物と非酸化物の組み合わせ、およびそれらの組み合わせを含む。

【0013】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体は、１０ｎｍ～１０００ｎｍの孔径を有する。

【0014】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体は、１μｍ～１０００μｍの孔径を有する。

【0015】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体は、１～８０％の孔容積を有する。

【0016】

いくつかの実施形態では、粗面化層の粗さは、０．１ｎｍから１０００ｎｍの間である。

【0017】

いくつかの実施形態では、粗面化層の粗さは、０．１ｎｍ～１００ｎｍである。

【0018】

いくつかの実施形態では、粗面化層の粗さは、１００ｎｍ～１０００ｎｍである。

【0019】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、オキシ水酸化アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、ゾル‐ゲルコーティングを含む。

【0021】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、金属酸化物粒子の分散体を含む。

【0022】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、２ｎｍ～２０μｍの直径を有する。

【0023】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、２ｎｍ～１０ｎｍの直径を有する。

【0024】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、１０ｎｍ～５０ｎｍの直径を有する。

【0025】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、５０ｎｍ～２００ｎｍの直径を有する。

【0026】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は多分散である。

【0027】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化銅、酸化第一銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、またはこれらの組み合わせを含む。

【0028】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、１００ｎｍ～５ｍｍの厚さを有する。

【0029】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、２００ｎｍ～５ｍｍの浸透深さを有する。

【0030】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、１００ｎｍ～５００μｍの厚さの被覆層（ｏｖｅｒｌａｙｅｒ）を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、メチル基、アリール基、分岐状アルキル鎖、直鎖状アルキル鎖、パーフルオロ鎖、または疎水性ポリマーのいずれかで終端した有機シランまたはチオール分子、シロキサン、アルキルリン酸エステル、アルカンホスホン酸、アルカンホスホン酸エステル、アルカンヒドロキサム酸、アルカンカルボン酸、またはそれらの組み合わせのいずれかで終端した有機シランまたはチオール分子を含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、脂肪酸、天然ワックス、合成ワックス、およびそれらの組み合わせを含む。

【0033】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、粗面化層に共有結合している。

【0034】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、粗面化層に吸着されている。

【0035】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、２ｎｍ～１μｍの厚さを有する。

【0036】

いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、建物の外壁に組み込まれる。

【0037】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、建物の屋根に組み込まれる。

【0038】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、建物の内部に組み込まれる。

【0039】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、独立型ユニットである。

【0040】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、内部空間を冷却する。

【0041】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、外部空間を冷却する。

【0042】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、貯水槽を含む。

【0043】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、ポンプを含む。

【0044】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、多孔質セラミック体を通して空気を吸引するように構成されたファンを含む。

【0045】

いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、霧吹き、超音波霧吹き、噴霧スプレーノズル、スプレーノズル、およびそれらの組み合わせを含む。

【0046】

いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムを製造する方法は、多孔質セラミック体を提供する工程と、多孔質セラミック体の第１の領域内に１０００ｎｍ未満の形状サイズを有する粗化層を形成する工程と、第１の領域内の粗化層を化学的に変性する工程とを含む。

【0047】

いくつかの実施形態では、本方法は、多孔質セラミック体の第２の領域内に粗面化バリア層を形成する工程を含む。

【0048】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体を提供する工程は、押出成形、共押出成形、プレス成形、注型、発泡成形、アディティブ・マニュファクチャリング（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、およびマルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリング（ｍｕｌｔｉ-ｍａｔｅｒｉａｌ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を含む方法に従ってセラミックを形成する工程を含む。

【0049】

いくつかの実施形態では、共押出しは、第１の領域で第１の押出ヘッドから多孔質セラミック体および粗面化層の構成要素の第１の配合物を付着させること（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ）と、第２の領域で第２の押出ヘッドから多孔質セラミックの第２の配合物を付着させることとを更に含む。

【0050】

いくつかの実施形態では、共押出しは、多孔質セラミック体および粗面化層の構成要素の製剤を押出ヘッドから付着させることを更に含み、製剤は、前記付着の間に時間的に変化する組成を有する。

【0051】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリウム、セリア、ジルコニア、酸化銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、オキシ水酸化アルミニウム、またはこれらの組み合わせを含む。

【0052】

いくつかの実施形態では、粗面化層を形成する工程は、ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解する工程、加水分解反応を開始してネットワークゲルを形成する工程、ネットワークゲルを多孔質セラミック体に適用（または塗布）する工程、および多孔質セラミック体を加熱することを含む。

【0053】

いくつかの実施形態では、粗面化層を形成する工程は、金属酸化物粒子を提供する工程を含む。

【0054】

いくつかの実施形態では、本方法は、ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解する前に、ゾル‐ゲル前駆体中に金属酸化物粒子を提供する工程を含む。

【0055】

いくつかの実施形態では、本方法は、ゾル‐ゲル前駆体を有機溶媒に溶解した後、ゾル‐ゲル前駆体中に金属酸化物粒子を提供する工程を含む。

【0056】

いくつかの実施形態では、本方法は、加水分解反応の間に金属酸化物粒子を提供する工程を含む。

【0057】

いくつかの実施形態では、本方法は、水熱反応によってネットワークゲルを緻密化および再結晶化する工程を含む。

【0058】

いくつかの実施形態では、粗面化層を形成する工程は、多孔質セラミック体に金属酸化物粒子の分散体を適用する工程を含む。

【0059】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子の分散体を適用する工程は、ウォッシュコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、または塗装を含む。

【0060】

いくつかの実施形態では、粗面化層を化学的に変性する工程は、粗面化層に分子を共有結合させる工程を含む。

【0061】

いくつかの実施形態では、分子は、アルキル鎖、ペルフルオロ鎖、シロキサン、アルキルリン酸エステル、アルキルリン酸エステル、アルカン‐ホスホン酸／エステル、アルカン‐ヒドロキサム酸、アルカン‐カルボン酸、チオール、またはそれらの組み合わせを含む。

【0062】

いくつかの実施形態では、粗面化層を化学的に変性する工程は、粗面化層に分子を吸着させることを含む。

【0063】

いくつかの実施形態では、分子は、脂肪酸、天然ワックス、合成ワックス、およびそれらの組み合わせを含む。

【図面の簡単な説明】

【0064】

これらの目的と利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することによって明らかになる（同一参照文字は同一部分を指す）。

【図1A】特定の実施形態に従った、超疎水性粗面化セラミックを含む蒸発冷却システムを示す図である。

【図1B】特定の実施形態に従った、超疎水性粗面化セラミックを示す。

【図2A】特定の実施形態に従った、並列直接冷却構成を示す。

【図2B】特定の実施形態に従った、並列直接冷却構成の結果としての理論的なサイクロメトリック冷却を示す。

【図3A】特定の実施形態に従った、並列間接冷却構成を示す図である。

【図3B】特定の実施形態に従った、並列間接冷却構成の結果としての理論的なサイクロメトリック冷却を示す。

【図3C】特定の実施形態に従った、並列間接冷却構成を示す。

【図3D】特定の実施形態に従った、並列間接冷却構成の結果としての理論的なサイクロメトリック冷却を示す。

【図4A】特定の実施形態に従った、間接再生蒸発冷却構成を示す。

【図4B】特定の実施形態に従った、間接再生蒸発冷却構成の結果としての理論的なサイクロメトリック冷却を示す。

【図5A】特定の実施形態による、露点間接再生蒸発冷却構成を示す。

【図5B】特定の実施形態に従った、露点間接再生蒸発冷却構成の結果としての理論的なサイクロメトリック冷却を示す。

【図6A】特定の実施形態に従った、逆流構成のＭ‐サイクル型蒸発冷却システムを示す。

【図6B】特定の実施形態に従った、逆流構成におけるＭ‐サイクル型蒸発冷却システムの結果としての理論的サイクロメトリック冷却を示す図である。

【図6C】特定の実施形態に従った、交差流構成におけるＭ‐サイクル型蒸発冷却システムを示す図である。

【図6D】特定の実施形態に従った、交差流構成におけるＭ‐サイクルのような蒸発冷却システムの結果としての理論的サイクロメトリック冷却を示す図である。

【図7A】特定の実施形態に従って、化学変性物された多孔質セラミック体と、セラミック体のゾル‐ゲル含浸を介して導入された粗面化層とを示す。

【図7B】特定の実施形態に従った、多孔質セラミック体の未処理領域における湿潤ワーキング空気の輸送、および化学変性物および粗面化層を有する多孔質セラミック体の領域における乾燥プロセス空気の輸送を示す図である。

【図8A】特定の実施形態に従ったマスキングパターンを示す図である。

【図8B】特定の実施形態に従ったマスキングパターンを図示する。

【図8C】特定の実施形態に従った、水に浸されたパターン化されたゾル‐ゲル適用バリア層を有するセラミックタイルを示す。

【図8D】特定の実施形態に従った、水に浸されたパターン化されたゾル‐ゲル適用バリア層を有するセラミックタイルを示す。

【図9】特定の実施形態に従った、ナノスケールの粗さを有する粗化層として作用するゾル‐ゲル処理領域を有するタイルの断面を示す。

【図10A】特定の実施形態に従った、化学変性物および粒子分散を介して導入された粗化層を有する多孔質セラミック体を示す図である。

【図10B】特定の実施形態に従った、多孔質セラミック体の未処理領域における湿潤ワーキング空気の輸送、および化学変性物および粗面化層を有する多孔質セラミック体の領域における乾燥プロセス空気の輸送を示す図である。

【図11A】特定の実施形態に従った、未処理のテラコッタ上の水の接触角（CA）を示す。

【図11B】特定の実施形態に従った、フルオロ官能化されたテラコッタ上の水の接触角を示す。

【図11C】特定の実施形態に従った、ナノスケールのベーマイトゾル‐ゲルコーティングおよびフルオロ官能化を有するテラコッタ上の水の接触角を示す。

【図11D】特定の実施形態に従った、アルミナナノ粒子およびフルオロ官能化を有するテラコッタ上の水の接触角を示す。

【図12】特定の実施形態に従った、ガラス、未処理のセラミック、ゾル‐ゲルアルミナで処理されたセラミック、ベーマイトで処理されたセラミック、化学変性物で処理されたセラミック、ゾル‐ゲルアルミナおよび化学変性物で処理されたセラミック、およびベーマイトおよび化学変性物で処理されたセラミックの水蒸気透過率を示す図である。

【図13】特定の実施形態に従った、シングルステージの間接蒸発式冷却パネルを示す。

【図14】特定の実施形態に従った、入口空気湿球窪みおよび乾球温度差によってそれぞれ測定される、入口空気流と出口プロセス空気との間の温度差を示す。

【図15】特定の実施形態に従って、未処理の対照セラミックタイル、疎水性ゾル‐ゲル適用蒸気バリア（コールドＳＮＡＰ）を有するタイル、および平行流構成でアルミホイルでコーティングされたタイルの入口空気含水率およびプロセス空気含水率を示す。

【図16A】特定の実施形態に従った、未処理のテラコッタタイルのＳＥＭ画像を示す。

【図16B】特定の実施形態に従った、ナノスケールの粗さを有するゾル‐ゲルベーマイトコーティングを有するテラコッタタイルのＳＥＭ画像を示す。

【図16C】特定の実施形態に従った、アルミナナノ粒子分散体を有するテラコッタタイルのＳＥＭ画像を示す。

【図17A】特定の実施形態に従った、ダウンドラフト間接蒸発冷却ファサード（ｆａｃａｄｅ）または屋根システムの概略図である。

【図17B】特定の実施形態に従った、再生式間接蒸発冷却ファサードまたは屋根システムを示す。

【図18A】特定の実施形態に従った、蒸発式冷却システムを作るために使用されるアディティブ・マニュファクチャリングシステムの写真を示す。

【図18B】特定の実施形態に従って、アディティブ・マニュファクチャリングによって作られた蒸発式冷却システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0065】

図１Ａに示す一実施形態では、蒸発冷却システム１００は、複数の乾燥チャネルと、複数の湿潤チャネルと、超疎水性粗面化セラミックと、リザーバ１３５と、ポンプ１３２とを含む。いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、ファン１３４を含む。図１Ｂに示すいくつかの実施形態では、超疎水性粗面化セラミックは、（i）粗面化層１１２を有するバルク多孔質セラミック体１１１と、（iii）疎水性化学変性物１１３とを含む。特定の実施形態では、粗面化層１１２は、１０００ｎｍ未満の形状サイズを有することができる。他の実施形態では、粗面化層１１２は、５００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、１ｎｍ未満、０．１ｎｍ未満などである形状サイズを有することができる。ii）および（iii）の組み合わせは、「超疎水性コーティング」またはバリア層１１４と呼ばれることができる。図１Ａに示す実施形態では、バリア層１１４は、乾燥チャネル１０２内または上に配置される。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックの未処理領域１１５は、湿潤チャネル１０１を形成する。いくつかの実施形態では、乾燥プロセス空気１０４は、乾燥チャネル１０２を通って流れ、湿潤ワーキング空気１０３は、湿潤チャネル１０１を通って流れる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体１１１は、湿潤チャネル１０１に隣接する湿潤セラミック多孔質体の領域１１１ａと、乾燥チャネル１０２に隣接する乾燥多孔質セラミック体の領域１１１ｂとを含む。
I． 蒸発冷却システム

【0066】

いくつかの実施形態では、間接蒸発式冷却システムは、蒸発式冷却機構を使用するが、蒸発によって生成される湿度の高い空気流（「ワーキング（ｗｏｒｋｉｎｇ）」、「湿潤」、「プロセス」、または「二次」空気流または流れ）を、空間に入る空気（「プロダクト」、「乾燥」、「供給」、または「一次」空気流または流れ）から分離する。いくつかの実施形態では、ワーキング空気は湿潤チャネルを流れ、プロダクト空気は乾燥チャネルを流れます。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、粗面化層および疎水性化学変性物を含むバリア層を含む。間接蒸発冷却に関する実施形態では、ワーキング空気の蒸発によって生成された顕在的な冷却エネルギーが、熱交換媒体（または表面）を用いてプロダクト空気と交換される。いくつかの実施形態では、熱交換媒体は、多孔質セラミック要素である。いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、内部空間を冷却する。いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、外部空間を冷却する。冷却された乾燥プロセス空気は空間に入り、湿潤ワーキング空気は冷却される領域から分離されている。バランスのとれた空気流量と無限の接触面積を持つ理想的な熱交換システムでは、乾燥プロセス空気の温度は、ワーキング湿潤ストリームの湿潤電球温度まで下げることができる。いくつかの実施形態では、間接蒸発冷却（ＩＥＣ）システムは、蒸気分離を伴う多段の熱交換要素を組み込むことにより、直接蒸発冷却システムよりも更に冷却効率を向上させることができる（３０～５０％）。いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、Ｍａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ、またはＭ‐サイクル冷却システムを含む、多くの逆流および交差流「再生」設計を有することができる。いくつかの実施形態では、これらのシステムおよび同様のシステムは、一連の湿潤および乾燥チャネルを使用して、一次空気温度を入口空気湿球温度まで低下させ、入口空気湿球温度以下の冷却を更に増加させ、冷却効率を更に高めることができる。これらの実施形態では、プロセス空気は低い相対湿度のままで、快適な発汗を可能にし、冷却の認識を更に高めます。実験室でのテストとパイロットフィールドでの研究によると、乾燥球効率で定義される実際の効率は、直接システムでは５０～６０％、間接システムでは７０～９５％に近いことがわかっている。

【0067】

多段式ＩＥＣの利点の１つは、従来の蒸発式冷却ユニットよりも低い給気温度（ワーキング空気の湿球温度以下）を達成できることであり（最大３０％低い）、これにより適用可能な気候帯の範囲が広がり、熱的快適性が向上し、より多くのヒートポンプベースの冷却や機械的冷却を置き換えることができる。また、ＩＥＣシステムでは空気や水の移動に電気エネルギーしか使用しないため、直接蒸発式冷房ユニットよりも性能が向上しても、機械式空調のエネルギー使用量やエネルギーコストはほんのわずかです。更に、間接蒸発式冷房システムは、機械式空調に比べて換気量を向上させることができるため、配電網への負担や投資を軽減し、地球温暖化係数の高い有害な冷媒ガスを削減することができる。

【0068】

Ａ． 蒸発冷却システムの種類
１． ファサードおよび屋根
いくつかの実施形態では、ＩＥＣシステムは、建物の外壁または／および屋根の中に統合されるか、またはそれらに取り付けられることができる。いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、内部空間を冷却する。いくつかの実施形態では、蒸発式冷却システムは、外部空間を冷却する。いくつかの実施形態では、ＩＥＣシステムは、換気可能なクラッディングまたは屋根システム内に統合することができる。この実施形態では、ＩＥＣシステムの湿潤チャネルは、クラッディング材料内の表面、プレート、チャネル、または他の構成として統合され、壁または屋根の下地の外側の下部構造に吊り下げられ、クリップされ、または固定され得る。いくつかの実施形態では、クラッディング材の内側の面は、蒸気バリアなどでコーティングされている。蒸気バリアは、水蒸気（すなわち、湿分）がその本体を介して拡散または移動するのを禁止し、遅らせ、または抵抗する材料、フィルム、シート、ホイル、またはその他の材料である。不透過性の蒸気バリアは、１より低い透過率ＵＳ ｐｅｒｍ（５７より低いＳＩ Ｐｅｒｍ）を示す。半透過性の蒸気バリアは、１～１０のＵＳ ｐｅｒｍ（５７～５７０のＳＩ Ｐｅｒｍ）を示す。透過性蒸気バリアは、１０より高い透過率ＵＳ ｐｅｒｍ（５７０より高いＳＩ Ｐｅｒｍ）を示す。いくつかの実施形態では、壁または屋根の下地の外面は、蒸気膜または同様のコーティングでコーティングされている。いくつかの実施形態では、外装クラッド材と壁または屋根の下地材との間に形成される空間または空洞が、ＩＥＣシステムの乾燥チャネルを形成する。湿潤チャネルでは、空気がチャネルを流れ、浮力や風による流れ、または送風ファンによって建物の外側に排気されます。乾燥チャネルでは、空気はチャネルを通り、建物内の浮力や風による流れによって発生する負圧、建物内に設置された送風機によって発生する負圧、または乾燥チャネルの空洞の外側で発生する正圧または負圧の送風機によって、建物内に流入する。いくつかの実施形態では、空気は、壁または屋根を通って配置されたダクトによって建物内に流入する。

【0069】

いくつかの実施形態では、水は、ポンプによって湿潤チャネルに供給される。いくつかの実施形態では、水は、噴霧器ノズルを備えたポンプによって、外装クラッディング材の湿潤チャネルの表面に供給され、濡らされる。他の実施形態では、湿潤チャネルは、水で満たされたポンプに置かれ、湿潤チャネルは、毛細管力によって濡らされる。いくつかの実施形態では、蒸発していない水および流出した水が湿潤チャネルの下のポンプに集められ、ポンプからの水が次にスプレーノズルに再循環される。いくつかの実施形態では、建物の配管システム、雨水収集、または他の手段を使用して、ポンプに補給水を供給する。いくつかの実施形態では、水の流れを制御するためにフローバルブが使用される。いくつかの実施形態では、流量弁を使用して出口空気の流れを制御し、未処理の外気と処理済みのプロセス空気を混合することができる。

【0070】

他の実施形態では、ＩＥＣシステムは、クラッディングシステムとは別に、クラッディングシステムの上に、またはクラッディングシステムの隣に、独立したユニットとして取り付けることができる。この実施形態では、ＩＥＣシステムの湿潤チャネルおよび乾燥チャネルは、表面、プレート、チャネル、または他の幾何学的形状として、平行流、逆流、再生、露点、またはＭ‐サイクルのＩＥＣ熱交換器構成で、被覆材内に統合され、壁または屋根の下地に直接、または壁または屋根の下地の外側にある下部構造に、吊り下げられ、クリップされ、または固定されることができる。湿潤チャネルと乾燥チャネルの両方において、ＩＥＣシステムのチャネルに取り付けられたブロワーファンからの正圧または負圧によって空気の流れを発生させることができる。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルの空気は、マニホールドによって湿潤チャネルの空気から分離される。いくつかの実施形態では、空気は、壁を通って配置されたダクトによって、乾燥チャネルから建物内に直接流れ、湿潤チャネルからの空気は建物外に排気される。いくつかの実施形態では、出口の空気の流れを制御するため、および／または未処理の外気と処理済みのプロセス空気を混合するために、流量弁が使用される。再生型、露点型、およびＭ‐サイクルＩＥＣシステムなどの他の実施形態では、乾燥プロセス空気の一部は、マニホールドまたは周期的な出口によって、建物に入るプロセス空気から分離することができる。これらの実施形態では、建物に入るプロセス空気から分離された乾燥プロセス空気の一部は、湿潤ワーキング空気として使用するために、湿潤チャネルに方向転換され、その後、建物の外側に排気される。

【0071】

いくつかの実施形態では、水は、噴霧ノズルを備えたポンプによって、独立型ユニットの湿潤チャネルに供給され、その表面を濡らす。他の実施形態では、湿潤チャネルは、水で満たされたポンプに置かれ、湿潤チャネルは、毛細管力によって濡らされる。いくつかの実施形態では、蒸発していない水や流出した水は、湿潤チャネルの下にあるポンプに集められる。いくつかの実施形態では、ポンプからの水は、スプレーノズルに再循環される。いくつかの実施形態では、建物の配管システム、雨水収集、または他の手段を用いて、ポンプに補給水を供給する。いくつかの実施形態では、水の流れを制御するためにフローバルブが使用される。

【0072】

２． 独立型ユニット
いくつかの実施形態では、ＩＥＣは、独立型、屋根トップ型、またはウォールパック型のユニットである。いくつかの実施形態では、独立型蒸発式冷却システムは、内部空間を冷却する。いくつかの実施形態では、独立型蒸発式冷却システムは、外部空間を冷却する。これらの実施形態において、これらの独立型ＩＥＣシステムは、以下の構成要素を含むことができる。ユニットのハウジングの外側にあるブロワーファンは、建物の外側からワーキング空気を供給する。この空気は、熱交換媒体に供給される。熱交換媒体は、平行流、交差流、逆流、再生、露点、Ｍ‐サイクル、またはその他の構成にすることができる。いくつかの実施形態では、熱交換媒体は、噴霧器ノズルを有するポンプ、ウィッキング、またはドレンチによって濡らされる。いくつかの実施形態では、蒸発していない水および流出した水は、ポンプによって集められ、ポンプを備えた噴霧器システムの場合には再循環される。いくつかの実施形態では、水の流れを制御するためにフローバルブが使用される。いくつかの実施形態では、冷却されたプロセス空気は一連のダクトを介して建物内に導かれ、湿潤ワーキング空気は建物の外側に排気される。いくつかの実施形態では、流量弁を使用して出口空気の流れを制御し、未処理の屋外空気と処理済みプロセス空気を混合する。

【0073】

Ｉ． 蒸気の流れの抑制
Ａ． 方向性と選択性のメカニズム
水蒸気は、高含水率（すなわち、水蒸気圧、または水蒸気の分圧）の領域から低含水率の領域へと移動する。いくつかの実施形態では、効率的な蒸発冷却のために、湿潤チャネルは、バリア層の手段によって乾燥チャネルから隔離することができる。

【0074】

いくつかの実施形態では、蒸気の流れは、いくつかの物理的メカニズム、およびそれらの組み合わせによって阻害することができる。いくつかの実施形態では、細孔の数または細孔の大きさを減らすことで、蒸気の流れを阻害することができる。他の実施形態では、蒸気輸送に利用可能な経路の屈曲度が、蒸気の流れを阻害することができる。いくつかの実施形態では、セラミック体の複数の細孔は、ゾル‐ゲル、コロイド状ナノ粒子、または他の材料で埋め戻すことによって、完全にブロックされるか、または部分的に収縮され得る。この実施形態では、質量輸送は、バリア層に存在する孔の大きさ、蒸気／液体と固体との間の分子相互作用、および動作条件（例えば、圧力）に応じて、選択的なクヌードセン拡散、分子（すなわち、Ｆｉｃｋｉａｎ）拡散、表面拡散、毛細管凝縮、またはこれらの組み合わせによって制限することができる。いくつかの実施形態では、親水性官能基（例えば、ヒドロキシル基）を化学変性物によって疎水性官能基に置換することによって孔の表面エネルギーを低下させ、水が固体全体に広がるための高い界面エネルギーバリアを形成することによって、セラミック体を介した輸送を更に阻害することができる。いくつかの実施形態では、低表面エネルギーまたは疎水性化学変性物（例えば、フルオロアルキル官能基化）と、ナノスケールまたはマイクロスケールの形態（例えば、ベーマイトまたはナノ粒子）との組み合わせにより、疎水性化学変性物のみの場合を超える超疎水性挙動を得ることができる。本実施形態では、超疎水性挙動の増加により、セラミックバリアコーティングに存在する任意の孔を濡らすために必要な毛管圧が増加し、従って、ＩＥＣの湿潤チャネルから乾燥チャネルへの湿分の浸透が更に制限される。

【0075】

Ｂ． 蒸発冷却システムにおけるチャネルの構成
いくつかの実施形態では、間接蒸発冷却熱交換媒体は、多孔質、吸水性、または他の流体保持材料の層と、防水または低透過性材料の層とを有する一連の表面、プレート、チャネル、チューブ、または他の幾何学的形状として説明することができる。いくつかの実施形態では、交換媒体の構成および組成は、熱伝達を促進する一方で、質量伝達を抑制するために使用される。

【0076】

水蒸気という用語は、空気、水、水蒸気、およびこれらの流れの中の粒子状物質（有機物、無機物、不活性物質など）を含むあらゆる液体または流体の流れを含むことができる。湿潤チャネルまたは表面とは、多孔質媒体上に、中に、またはその中を流れる水蒸気とともに、空気または流体の流れが横切る、通る、またはその周りにある任意の熱交換媒体または構成を指す。乾燥チャネルまたは表面とは、空気または流体の流れが横切るか、通るか、または周囲にあるが、高圧、高温、または濃度の高い領域からの水蒸気の流れまたは拡散を妨げる、任意の熱交換媒体または構成を指す。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、乾燥チャネルへの水蒸気の移動を阻害するように構成される。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、粗面化層と疎水性化学変性物を含むバリア層を含む。いくつかの実施形態では、熱交換媒体は、多孔質セラミックである。

【0077】

いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、平行流、対向流、または交差流のいずれかの構成を有する。いくつかの実施形態では、蒸発冷却システムは、間接蒸発冷却システム（ＩＥＣ）、再生式間接蒸発冷却システム（Ｒ‐ＩＥＣ）、露点式間接蒸発冷却システム（Ｄ‐ＩＥＣ）、またはＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発冷却システム（Ｍ‐ＩＥＣ）である。

【0078】

いくつかの実施形態では、平行流蒸発冷却構成は、乾燥チャネルおよび湿潤チャネルにおける空気または他の流体の流れが平行であり、同じ方向である熱交換媒体を含む。いくつかの実施形態では、平行流構成を直接蒸発冷却に用いることができる。これらの実施形態では、直接蒸発式冷却システムは、並列構成で配置された湿潤チャネルを含む。他の実施形態では、平行流構成は、間接蒸発冷却に使用することができる。これらの実施形態では、間接的な蒸発冷却システムは、湿潤チャネルおよび乾燥チャネルを含む。

【0079】

いくつかの実施形態では、逆流構成は、乾燥チャネルにおける乾燥プロセス空気の流れが、湿潤チャネルにおける湿潤ワーキング空気と比較して、反対方向または逆流方向にある熱交換媒体を説明する。これらの実施形態では、チャネルは平行であるが、流れは反対方向である。

【0080】

いくつかの実施形態では、交差流構成は、乾燥チャネル内の乾燥空気の流れが、湿潤チャネル内の湿潤空気の流れに対して垂直である熱交換媒体を説明する。

【0081】

図２Ａ～２Ｂは、並列構成の直接蒸発式冷却システム２００の一実施形態を示す。図２Ａに示すように、この実施形態では、直接蒸発式冷却システムは、水と接触した空気２０３を流す１つ以上の湿潤熱交換チャネル２０１を含む。 本実施形態では、水は、湿潤チャネル２０１内の流動する空気２０３に蒸発して拡散する。本実施形態では、流れる空気は、ワーキング空気とプロダクト空気の両方の役割を果たす。図２Ｂに示すように、空気２０３の温度は低下し、湿度比は上昇する。

【0082】

いくつかの実施形態では、間接蒸発式冷却システム（ＩＥＣ）は、水と接触している二次（またはワーキング）空気を流す１つ以上の湿潤熱交換チャネル（または表面）と、感覚的に冷却されている一次（または製品）空気を流す１つ以上の乾燥熱交換チャネル（または表面）とを含む。熱交換媒体を介して湿潤チャネルに伝達された一次、プロセス空気からの熱は、潜熱として水に吸収され、水は蒸発して二次湿潤空気に拡散される。いくつかの実施形態では、一次プロセス空気および二次ワーキング空気は、平行流、逆流、または交差流の構成で、別々の入口から別々の出口へと流れることができる。これらの実施形態では、乾燥チャネル内の暖かいプロセス空気は、熱交換媒体を介して湿潤チャネルに熱を伝達する。一次プロセス空気の乾球温度は、入口における二次ワーキング空気の湿球温度の下限まで下げることができる。一次プロセス空気の含水率は一定であるが、二次ワーキング空気の含水率は増加し、飽和状態（露点）に達することがあります。ＩＥＣの利点は、含水率を上げずに一次プロセス空気を冷却できることである。しかし、一次空気の乾球温度は、二次ワーキング空気の湿球温度によって制限される。

【0083】

図３Ａ～３Ｂは、並列構成の間接蒸発式冷却システム３００の一実施形態を示す。図３Ａに示すように、この実施形態では、間接蒸発式冷却システム３００は、並列構成で配置された湿潤チャネル３０１を含む。これらの実施形態では、湿潤ワーキング空気３０３は湿潤チャネル３０１を流れ、乾燥プロセス空気３０４は湿潤チャネル３０１の外面を同じ、平行な方向に流れる。いくつかの実施形態では、外面は、バリア層を含む。図３Ｂは、平行流間接蒸発冷却システムの理論的サイクロメトリック冷却（または、湿り空気線図冷却；ｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔｒｉｃ ｃｏｏｌｉｎｇ）を示す。図３Ｂに示すように、湿潤ワーキング空気の温度は、湿潤ワーキング空気の湿度比が増加する一方で減少し、乾燥プロセス空気の温度は、乾燥プロセス空気の湿度比が一定のままで減少する

【0084】

図３Ｃ～図３Ｄは、並列構成の間接蒸発式冷却システム３００の別の実施形態を示す。図３Ｃに示すように、本実施形態では、間接蒸発式冷却システム３００は、並列構成で配置された湿潤チャネル３０１および乾燥チャネル３０２を含む。これらの実施形態では、湿潤ワーキング空気３０３は湿潤チャネル３０１を流れ、乾燥プロセス空気３０４は湿潤乾燥チャネル３０２を同じ、平行な方向に流れる。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、バリア層を含む。図３Ｄは、平行流間接蒸発式冷却システムの理論的なサイクロメトリック冷却を示す。図３Ｄに示すように、湿潤ワーキング空気の湿度比が増加しながら湿潤ワーキング空気の温度が低下し、乾燥プロセス空気の湿度比が一定のままで乾燥プロセス空気の温度が低下する。

【0085】

図４Ａ～図４Ｂに示すいくつかの実施形態では、平行流、逆流、または交差流構成の再生式間接蒸発冷却システム（Ｒ‐ＩＥＣ）は、水と接触している二次（またはワーキング）空気４０３を流す１つ以上の湿潤熱交換チャネル４０１（または表面）と、感覚的に冷却されている一次（またはプロダクト）空気４０４を流す乾燥熱交換チャネル４０２（または表面）とを含む。図４Ａ～図４Ｂには、逆流構成の再生式間接蒸発冷却システムを示す。図４Ａに示すいくつかの実施形態では、再生式間接蒸発冷却システムは、ワーキング空気４０３および４０４が反対方向に流れる隣接した湿潤チャネル４０１および乾燥チャネル４０２を含む。熱交換媒体を介して湿潤チャネル４０１に伝達された乾燥チャネル４０２内の一次プロセス空気４０４からの熱は、潜熱として水に吸収される。水は蒸発し、湿潤チャネル４０１内の二次ワーキング空気４０３に拡散する。いくつかの実施形態では、一次プロセス空気流の一部が一次プロセス空気流出口４０７で抽出され、逆流または交差流構成の二次ワーキング空気流の入口空気流として使用される。この実施形態では、プロセス空気４０４ｂの残りの部分は、冷却されるべき空間に入る。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、バリア層を含む。分離された二次ワーキング空気は既に部分的に冷却されているので、ワーキング空気は元の入口空気流よりも低い湿球温度を有する。従って、一次空気は、入口における一次空気流の湿球温度よりも低い乾球温度に冷却することができる。図４Ｂに示すように、一次空気の含水率は冷却されても一定であるが、点線で示される再循環される一次プロセス空気の含水率は増加し、一次空気出口の飽和状態（露点）に達することができる。Ｒ‐ＩＥＣの１つの利点は、一次プロセス空気４０４がその含水率を増加させることなく湿球温度以下に冷却されることである。しかしながら、Ｒ‐ＩＥＣは、圧力損失および流量の減少に関連している。

【0086】

図５Ａ～図５Ｂに示されるいくつかの実施形態では、露点式間接蒸発冷却システム（Ｄ‐ＩＥＣ）は、多段のＲ‐ＩＥＣ熱交換器を含む。いくつかの実施形態では、Ｄ‐ＩＥＣ５００は、複数段の湿潤チャネル５０１ａ、５０１ｂに隣接する複数段の乾燥チャネル５０２ａ、５０２ｂを含む。いくつかの実施形態では、一次空気５０４ａは、第１ステージ５０８ａの乾燥チャネル５０２ａを通って流れる。この実施形態では、Ｒ‐ＩＥＣの第１ステージ５０８ａの一次プロセス空気５０４ａ流の一部は、一次空気流出口５０７で抽出され、第２ステージ５０８ｂの乾燥チャネル５０２ｂのための入口プロセス空気５０４ｂ流として使用され、一方、第１ステージ５０８ａからの残りの一次空気流は、第１ステージ５０８ａの逆流または交差流構成の湿潤チャネル５０１ａの二次湿潤空気流５０３ａとして使用される。第２ステージ５０８ｂの乾燥チャネル５０２ｂを通って流れる一次空気５０４ｂの一部は、第２ステージ５０８ｂのための逆流または交差流構成で、湿潤チャネル５０１ｂ内の二次湿潤空気流５０３ｂとして使用される。このプロセスは、複数のステージ、例えば、最大２０ステージについて繰り返すことができる。いくつかの実施形態では、乾燥チャネル５０２ａ、５０２ｂは、バリア層を含む。第１段階の一次空気および第２段階の二次空気は既に冷却されているので、両方とも元の入口空気流よりも低い湿球温度を有する。従って、第１段階の一次空気は、湿球温度以下の低い乾球温度に冷却することができ、一方、第２段階の一次空気は、露点付近に冷却することができる。一次空気の含水率は一定であるが、二次空気の含水率は増加し、一次空気出口の飽和状態（露点）に達することができる。Ｄ‐ＩＥＣの利点の１つは、含水率を上げることなく、一次プロダクトの空気を露点温度付近または露点温度で冷却できることである。しかし、ステージの数が増えると、圧力と流量が減少する。

【0087】

図６Ａ～図６Ｄに示すいくつかの実施形態では、Ｍａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発冷却システム（Ｍ‐ＩＥＣ）は、水と接触している二次ワーキング空気６０３ａを流す１つ以上の湿潤熱交換チャネル６０１（または表面）と、感覚的に冷却されている乾燥ワーキング空気６０３ｂを流す１つ以上の乾燥熱交換チャネル６０２ａ（または表面）と、感覚的に冷却されている一次プロセス空気６０４を流す１つ以上の乾燥熱交換チャネル６０２ｂ（または表面）とを含む。乾燥ワーキング空気６０３ｂおよび一次プロセス空気６０４からの熱は、熱交換媒体を介して湿潤チャネル６０１に伝達され、水に潜熱として吸収される。水は蒸発し、二次湿潤ワーキング空気６０３ａに拡散する。いくつかの実施形態では、乾燥チャネルは、バリア層を含む。

【0088】

図６Ａ～図６Ｂは、逆流構成のＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発冷却システム６００の実施形態を示す。図６Ａに示すこの実施形態では、乾燥ワーキング空気６０３ｂおよび一次生成物空気６０４は、湿潤チャネル６０１内の湿潤ワーキング空気６０３ｂとは反対の方向に、乾燥チャネル６０２ａ、６０２ｂを通って流れる。本実施形態では、空気は、複数の入口から、（１）湿潤チャネル６０１への入口６０６を形成する複数の出口通路を有する専用乾燥チャネル６０２ａと、（２）コンディショニングされた空間への出口６０７を有する一次空気乾燥チャネル６０２ｂとに流れる。専用乾燥チャネルの入口６０６から湿潤チャネル６０１に入る空気は既に冷却されているので、この空気は元の入口空気流よりも低い湿球温度を有する。従って、一次乾燥チャネル６０２ａ内の乾燥ワーキング空気６０３ｂは、入口の一次空気流の湿球温度よりも低い、露点付近の乾燥球温度に冷却することができる。図６Ｂに示すいくつかの実施形態では、一次プロセス空気６０４の含水率は一定のままであるが、湿潤ワーキング空気６０３ａの含水率は、専用乾燥ワーキング空気６０３ｂからの各入口６０６で等温的に増加する。Ｍ‐ＩＥＣの１つの利点は、含水率を増加させることなく、一次プロセス空気６０４が露点温度付近で冷却されることである。しかし、流れの構造は、セラミック素子のより複雑なチャネル設計を含む。

【0089】

図６Ｃ～図６Ｄは、交差流構成のＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発冷却システム６００の実施形態を示す。図６Ｃに示すこの実施形態では、乾燥ワーキング空気６０３ｂおよび一次生成物空気６０４は、湿潤チャネル６０１内の湿潤ワーキング空気６０３ａと直交する方向に、乾燥チャネル６０２ａ、６０２ｂを通って流れる。本実施形態では、空気は、複数の入口から、（１）湿潤チャネル６０１への入口６０６を形成する複数の出口通路を有する専用乾燥チャネル６０２ａと、（２）コンディショニングされた空間への出口６０７を有する一次空気乾燥チャネル６０２ｂとに流れる。専用乾燥チャネルの入口６０６から湿潤チャネル６０１に入る空気は既に冷却されているので、この空気は元の入口空気流よりも低い湿球温度を有する。従って、一次乾燥チャネル６０２ａ内の乾燥ワーキング空気６０３ｂは、入口の一次空気流の湿球温度よりも低い、露点付近の乾燥球温度に冷却することができる。図６Ｄに示すいくつかの実施形態では、一次プロセス空気６０４の含水率は一定のままであるが、湿潤ワーキング空気６０３ａの含水率は、専用乾燥ワーキング空気６０３ｂからの各入口６０６で等温的に増加する。Ｍ‐ＩＥＣの１つの利点は、含水率を増加させることなく、一次プロセス空気６０４が露点温度付近で冷却されることである。しかし、流れの構造には、セラミック素子のより複雑なチャネル設計が必要となる。

【0090】

III． 超疎水性粗面化セラミック熱交換媒体。
図７Ａ～図７Ｂに示されている１つの態様では、蒸発冷却システムは、蒸発冷却システムの乾燥チャネル内に超疎水性粗面化セラミック７１０を含む。いくつかの実施形態では、超疎水性粗面化セラミックは、（i）粗面化層７１２および（iii）疎水性化学変性物７１３を有するバルク多孔質セラミック体７１１を含む。ii）および（iii）の組み合わせは、「超疎水性コーティング」またはバリア層７１４と呼ぶことができる。特定の実施形態では、粗面化された層７１２は、１０００ｎｍ未満である形状サイズを有することができる。他の実施形態では、粗面化層１１２は、５００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、１ｎｍ未満、０．１ｎｍ未満などである形状サイズを有することができる。

【0091】

いくつかの実施形態では、超疎水性粗面化セラミックは、貯水槽とポンプとを含む蒸発冷却システム７００に組み込まれる。いくつかの実施形態において、多孔質セラミックは、熱交換媒体である。これらの実施形態では、超疎水性コーティングまたはバリア層は、セラミックが処理された超疎水性領域またはバリア層７１４および未処理領域７１５を含むように、多孔質セラミック材料に選択的に適用される。図７Ｂに示すように、このコーティングは、多孔質セラミック体の処理済み超疎水性部分７１４が乾燥したままの状態でセラミック体の蒸発冷却を誘導するために、多孔質セラミック体の未処理領域７１５を横切る湿潤ワーキング空気７０３の流れを可能にする構成で選択的に適用することができ、その結果、別の乾燥プロセス空気流７０４をその湿度を増加させることなく冷却することが可能である。いくつかの実施形態では、処理された領域７１４は乾燥チャネル７０２であり、一方、未処理の領域７１５は湿潤チャネル７０１である。

【0092】

いくつかの実施形態では、超疎水性コーティングの選択的な適用により、交差流、逆流、平行流、および他の熱交換流構成の複数の乾燥および湿潤チャネルを含む蒸発冷却システムが形成される。いくつかの実施形態では、これらのチャネルは、平行流、逆流、または交差流構成で配置することができる。いくつかの実施形態では、これらのチャネルを配置して、間接蒸発冷却システム（ＩＥＣ）、再生式間接蒸発冷却システム（Ｒ‐ＩＥＣ）、露点式間接蒸発冷却システム（Ｄ‐ＩＥＣ）、およびＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型間接蒸発冷却システム（Ｍ‐ＩＥＣ）を形成することができる。

【0093】

Ａ． 多孔質セラミック
いくつかの実施形態では、間接蒸発冷却は、多孔質媒体を使用して、多孔質媒体に存在する水と通過する空気との間、または乾燥プロセス空気と湿潤ワーキング空気との間の熱および質量の移動を可能にする。いくつかのタイプの多孔質材料が、間接蒸発式冷却システムの熱および質量伝達媒体として機能することができ、すなわち、金属、繊維状のセルロースまたはポリマーパッド、およびセラミックである。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックス７１１は、適度に高い熱伝導率／導電率、保水力、ウィッカビリティ、形状のカスタマイズ、製造の容易さ、および低コストを提供し、これにより多孔質セラミックス７１１を蒸発冷却熱交換媒体として使用するのに適している。いくつかの実施形態では、セラミックスは、摩耗、腐食、および風化に対する耐久性を提供する。いくつかの実施形態では、セラミックスは、酸化物、複合セラミックス、またはそれらの組み合わせである。酸化物の非限定的な例としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化マンガン、酸化鉄、およびこれらの組み合わせが挙げられる。酸化物の追加の非限定的な例には、粘土体、石器、土器、磁器、ボーンチャイナ、およびこれらの組み合わせが含まれる。複合セラミックの非限定的な例には、微粒子強化複合体、繊維強化複合体、および酸化物と非酸化物の組み合わせが含まれる。

【0094】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックは熱伝導性である。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックの熱伝導率は、組成、多孔度、および製造プロセスに関連する。多孔質セラミックの組成は、純度、粒径および密度を含む。多孔度は、孔径および分布を含む。例えば、セラミックの熱伝導率は、気孔率の増加および粒径の減少に伴って低下する。いくつかの実施形態では、セラミックの熱伝導率は、一般的に、金属と有機繊維状材料、合成繊維状材料の間に位置し、０．１～２４０［Ｗ/ｍ・Ｋ］の範囲であり、セラミックは、空調用途での熱および質量の伝達に好ましい。

【0095】

セラミックスは、寿命が長く、軽いという特徴があるため、壁、屋根、床などの様々な建築部材に使用することができる。更に、セラミックスは、様々な製造方法を用いて成形することができる。セラミックスのヤング率は、５０～１０００ＧＰａである。セラミックスの優れた硬度による形状保持性は、熱交換器の媒体としての使用に適している。いくつかの実施形態では、セラミックを建築物のクラッドとして使用する場合、セラミックは自立しており、高い風荷重や雹などの気象関連の衝撃に耐えることができる。更に、多孔質セラミックは、湿潤状態でも耐久性があり、腐食の心配もない。

【0096】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックは、湿分を加えることなくプロセス空気の間接的な蒸発冷却を可能にするために、熱交換要素の片側にバリア層または疎水性コーティングを含む。これらの実施形態では、高い耐久性と持続的な性能を維持するために、互換性のある防水コーティングを選択することができる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックと防水コーティングは、高い湿分レベルでの界面接着性を有し、機械的な変形や剥離をなくすために熱膨張係数を一致させている。

【0097】

セラミックスが流体を吸収または吸着する能力は、表面自由エネルギー、孔半径、孔形状、細孔の孤立性または連結性（迷路性）、孔表面の粗さと電荷、およびセラミック媒体のバルク多孔性（空隙の総体積）に関連する。流体の吸収には３つの領域がある。１）気相として吸収される吸湿性流体、（２）毛細管力によって液相として吸収される毛細管性流体、（３）重力または過飽和によって液相として吸収される重力性流体。いくつかの実施形態では、流体は、流体と細孔壁との間のファンデルワールス力によって吸着される。いくつかの実施形態では、質量輸送は拡散制限されている。一般的に、流体保持能力は、孔半径およびバルク多孔性の増加に伴って増加する。顕熱伝達は、流体保持容量が低く、多孔性が低いことで強化され得る。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは、０．１～１ｎｍ、１～１０ｎｍ、１０ｎｍ～１００ｎｍ、１００ｎｍ～１０００ｎｍ、１μｍ～１０μｍ、１０～１００μｍ、１００μｍ～１０００μｍ、または１ｍｍ～１０ｍｍの孔径を有する。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは、１～１０、１０～２０、２０～３０、３０～４０、４０～５０、５０～６０、６０～７０、または７０～８０％の総孔容積を有する。

【0098】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは、押出し、共押出し、注型、発泡成形、アディティブ・マニュファクチャリング、およびマルチマテリアル製造を含むがこれらに限定されない様々な方法を用いて形成することができる。

【0099】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは、押出しによって形成することができる。押し出しは、固定または可変の断面プロファイルを有する物体を作成するために、ダイを通して粘土体を強制することを含むことができる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは共押出しによって形成される。共押出しは、押出しに類似しているが、様々な特性を有する複数の粘土体を同時に一緒に押出している。

【0100】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックはプレスによって形成される。プレスは、乾燥したセラミック粉末を、高圧を用いて型内でプレスすることを含む。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは注型によって形成される。いくつかの実施形態では、注型には、スリップ（ｓｌｉｐ）注型および圧力注型が含まれ、スリップまたは液体粘土が石膏型に注がれるかまたは注入される。スリップ中の湿分は、多孔質の石膏型によって引き出され、固体の粘土体が得られる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックスは発泡成形を用いて形成される。セラミックを発泡させる方法の非限定的な例には、ポリマースポンジ法、懸濁したセラミックへの空気のポンピング、および懸濁したセラミックにおける化学反応からのガスの形成が含まれる。

【0101】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミックは付加製造によって形成される。セラミック・アディティブ・マニュファクチャリングのための方法の非限定的な例は、ステレオリソグラフィを用いてポリマー結合剤でセラミック粉末を硬化させること、結合剤噴射を用いてセラミック粉末を硬化させること、およびペーストベースのセラミックの押し出しを含む。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックは、マルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングによって形成される。マルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングの方法の非限定的な例としては、複数の押出ヘッドを用いて特性の異なる複数の粘土体を用いてペーストベースのセラミックスを押出すことや、押出ヘッド内で粘土体を混合することなどが挙げられる。

【0102】

Ｂ． 粗面化層
図７Ａに示すいくつかの実施形態では、多孔質セラミック７１１の一部が粗面化層７１２で被覆される。特定の実施形態では、粗面化層７１２は、１０００ｎｍ未満である形状サイズを有し得る。他の実施形態では、粗面化層７１２は、５００ｎｍ未満、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満、１ｎｍ未満、０．１ｎｍ未満などである形状サイズを有することができる。いくつかの実施形態では、粗面化層は、合理的に制御されたナノスケールまたはマイクロスケールの多孔質または粗面を含む。いくつかの実施形態では、粗面化された層は、ナノスケールの粗さまたは多孔性を有する。いくつかの実施形態では、粗面化された層の特徴の少なくとも１つの寸法は、１０００ｎｍ未満である。

【0103】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、多孔質セラミック体７１１の一部の表面に配置された、または多孔質セラミック体７１１の一部のバルクに浸透した金属酸化物層である。金属酸化物の非限定的な例としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化銅、酸化第一銅、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、粗面化層は、オキシ水酸化アルミニウムまたはベーマイトである。

【0104】

いくつかの実施形態では、粗面化層の形状サイズは、０．１～１ｎｍ、１ｎｍおよび１０ｎｍ、１０ｎｍおよび５０ｎｍ、５０および１００ｎｍ、１００ｎｍおよび５００ｎｍ、５００および１０００ｎｍ、１μｍおよび２０μｍ、またはそれらの組み合わせである。

【0105】

いくつかの実施形態では、粗面化層の粗さは、０．１～１ｎｍ、１ｎｍおよび１０ｎｍ、１０ｎｍおよび５０ｎｍ、５０および１００ｎｍ、１００ｎｍおよび５００ｎｍ、５００および１０００ｎｍ、１μｍおよび２０μｍ、またはそれらの組み合わせの間である。いくつかの実施形態では、粗さは、ゾル‐ゲルプロセス、ナノ粒子の適用、サンドブラスト、化学エッチング、電気化学エッチング、プラズマエッチング、レーザーエッチング、再結晶化、水熱処理、犠牲的な気孔生成添加剤（固相、液相、または気相を含む）、層状付着、スプレーコーティング、またはこれらの組み合わせによって導入することができる。いくつかの実施形態では、表面粗さは、多孔性、微細構造、ナノ構造、またはそれらの組み合わせに基づいている。

【0106】

いくつかの実施形態では、化学、材料組成、付着条件、および後処理処理のバリエーションにより、さまざまな粗さまたは気孔率の長さスケールを有する金属酸化物粗面化層が得られる。いくつかの実施形態では、粗面化層の孔の長さスケールは、分子ネットワークに固有のサブナノメートルの長さスケールであることができ、拡散制限された蒸気バリアを形成する。他の実施形態では、ナノ構造化層に意図したサイズの空隙を形成するために熱分解して除去することができるポリマービーズまたは有機物などの犠牲的なポロゲンを使用することにより、細孔長さスケールをミリメートルスケールまでにすることができる。いくつかの実施形態では、粗面化層の多孔性は、サブナノメートルからミリメートル長までの長さスケールを有することができる。いくつかの実施形態では、粗面化層の多孔性を利用して、蒸気透過率を調整することができる。例えば、孔を小さくすることで、蒸気透過率を低下させることができる。特定の実施形態では、適度なレベルの蒸気透過性は、建物の居住者の快適性またはシステムのエネルギー効率に有益であり得る。

【0107】

いくつかの実施形態では、化学、材料組成、付着条件、および後処理処理のバリエーションにより、バルク多孔質セラミックへの浸透深さを含む様々な厚さの金属酸化物粗面化コーティングが得られる。蒸着条件の非限定的な例には、注入時間、引き出し速度、および浸漬速度が含まれる。いくつかの実施形態では、粗面化層の厚さは、１０ｎｍ～１００ｎｍ、１００ｎｍ～１μｍ、１μｍ～１０μｍ、１０～１００μｍ、または１００μｍ～１０００μｍである。いくつかの実施形態では、薄い金属酸化物粗面化層は、熱伝導を促進し、外装構造のための目に見える透明なコーティングを提供することができる。

【0108】

製法に応じて、粗面化層は、生粘土（乾燥または湿潤）、スリップ、プラスチック、レザーハード、骨抜き、ビスク、および焼成を含む様々な段階でセラミックまたは粘土体に導入することができる。

【0109】

いくつかの実施形態では、粗面化層は、多孔質セラミック上に空間的にパターン化することができる。空間的にパターニングする非限定的な例としては、マスキングまたは３Ｄプリンティングまたはスプレーを介したコンピュータ数値制御（CNC）の自動化またはプログラムされた付着が挙げられる。いくつかの実施形態では、選択的パターニングは、多孔質セラミック体のバルク内で達成することができる。多孔質セラミック体の中で選択的にパターニングするための非限定的な方法には、押出成形、共押出成形、プレス成形、共射出成形、注型、発泡成形、アディティブ・マニュファクチャリング、またはマルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングが含まれる。いくつかの実施形態では、パターニングによって、１つの多孔質セラミック体の中に、ミリメートルからメートルスケールの寸法で、蒸気透過性の高い領域と低い領域またはチャネルを形成することができる。選択的なパターニングにより、蒸発冷却システムの製造コストおよび複雑さを低減することができる。いくつかの実施形態では、既存のセラミック要素を間接的な蒸発冷却器として再利用したり、後付けしたりすることができる。

【0110】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体は、複数の押出ノズル、ヘッド、または同様のエンドエフェクタを使用した共押出しによって形成することができ、連続した３次元の多孔質セラミック体の中に、粘土の配合を変化させた複数の粘土体を押し出す。本実施形態では、第１の押出ヘッドを使用して粘土配合物を付着させ、第２の押出ヘッドを使用して粘土および粗面化層成分（例えば、ゾル‐ゲル前駆体または粒子）の配合物を付着させる。この実施形態では、第１の押出ヘッドによって付着された材料は未処理の多孔質セラミックであり、一方、第２のノズルによって付着された材料は粗面化層を有する多孔質セラミックである。いくつかの実施形態では、未処理の多孔質セラミックを有する押出ヘッドは、湿潤チャネルを形成するために使用することができ、多孔質セラミックおよび粗面化層成分を有する押出ヘッドは、乾燥チャネルを形成するために使用することができる。

【0111】

いくつかの実施形態では、共押出しは、単一の押出ヘッドで達成することができる。これらの実施形態では、押出ヘッドによって押し出された材料の組成は、経時的に変化する。例えば、共押出し器具は、ミキサーを含むことができる。これらの実施形態では、粗面化層成分は、異なる量および異なる時間でミキサーに添加することができる。いくつかの実施形態では、時間的に変化する組成物を有する多孔質セラミックの押し出しにより、空間的パターニングを有する多孔質セラミック体を得ることができる。例えば、湿潤チャネルは、押出ヘッドが未処理の多孔質セラミック材料を付着させる間に形成することができ、乾燥チャネルは、押出が粗面化された層成分を有する多孔質セラミック材料を付着させる間に形成することができる。いくつかの実施形態では、共押出しを使用して、多孔質セラミック体中の粗面化層成分の量に空間的な勾配を設けることができる。例えば、押出成形されたセラミック材料中の粗面化層成分の濃度が時間とともに増加する場合、多孔質セラミック体中の粗面化層成分の量は、ある点から別の点まで増加することができる。いくつかの実施形態では、粗面化層成分の量の勾配を使用して、多孔質セラミック体における透過率の勾配を作成することができる。

【0112】

図８Ａ～図８Ｄに示されるいくつかの実施形態では、パターニングが行われる。図８Ａ～図８Ｄに示すように、パターニングは、未処理領域８１５が濡れているときにのみ見える建築装飾として使用することができ、標識、環境インジケータ、湿分インジケータ、または他の機能的表示の機会を提供する。いくつかの実施形態では、選択的パターニングを使用して形成された標識、環境インジケータ、湿分インジケータ、または機能的ディスプレイは、例えば、蒸発冷却システムの遠隔地で、蒸発冷却システムの性能を迅速に確認するために使用することができる。いくつかの実施形態では、看板、環境インジケータ、湿分インジケータ、または機能ディスプレイは、配管システムが蒸発冷却システムに十分な水を供給しているかどうかを示す。他の実施形態では、サイネージ、環境インジケータ、湿分インジケータ、または機能的な表示は、蒸発冷却システムが動作していることをユーザに示す。他の実施形態では、空間パターニングを使用して、蒸発冷却システムのチャネルをバリア層で選択的に処理し、乾燥チャネルを形成することができる。この実施形態では、蒸発冷却システムの未処理のチャネルは、湿潤チャネルを形成する。

【0113】

図８Ａおよび図８Ｂは、マスクを示す。図８Ａおよび図８Ｂは、ビスクセラミックタイル８２１の空間パターニングに使用することができるマスク８２５を示す。白い領域８２４は、粗面化層および化学変性物を含む蒸気バリア層の付着にさらされる領域に対応し、一方、黒い領域８２５は、未処理８１５のままの領域に対応する。図８C～８Dに示すように ８C～８Dに示すように、空間パターニング後、セラミックタイル８２１は、タイルがゾル‐ゲル粗面化層およびフッ素官能化の付着にさらされた、白色のマスクされていない領域８２４に対応する処理領域８１４と、タイルがバリア層の付着にさらされなかった、黒色の領域８２５に対応する未処理領域８１５とを含む。示されるように、図８Ｃ～図８Ｄにおいて 図８Ｃ～図８Ｄに示すように、タイルが水蒸気にさらされると、未処理領域８１５は濡れて暗くなる。対照的に、処理された領域８１４は、その透過率が低下しているため、濡れない。いくつかの実施形態では、このようにしてタイル上に視覚的パターンを形成することができる。他の実施形態では、このようにして蒸発冷却システムに湿潤および乾燥チャネルを形成することができる。

【0114】

いくつかの実施形態では、バルクコーティング製剤に添加物を組み込むことによって、粗面化層に機能性を高めることができる。添加剤の非限定的な例としては、殺生／殺菌成分（例えば、銀ナノ粒子または第４級アンモニウム化合物）、光触媒および／または臭気低減成分（例えば、チタニアナノ粒子）、ならびに光学成分（例えば、着色剤／染料およびIR反射性粒子）が挙げられる。IR反射性粒子の非限定的な例としては、ナノ結晶および微結晶のチタニア（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が挙げられる。

【0115】

いくつかの実施形態では、外装セラミック熱交換素子は、輻射熱利得フラックスを低減する。例えば、酸化アルミニウムの近赤外赤色吸収率は０．４０のオーダーであり、一方、土器セラミックスの近赤外赤色吸収率は０．８０のオーダーであり、潜在的な太陽熱利得のほぼ半分を表す。

【0116】

いくつかの実施形態では、粗面化層がタイル、屋根瓦、陶器、および他の材料に適用される場合、セラミック粗面化層は、製品の寿命を増加させ、湿潤環境に起因する潜在的な劣化を低減することができる。

【0117】

１． ゾル‐ゲル処理によって形成された粗化層
いくつかの実施形態では、粗面化層は、ゾル‐ゲル処理によって形成される。ゾル‐ゲル処理は、高品質のガラスやファインセラミックスを製造することができる。いくつかの実施形態では、ゾル‐ゲルは薄い表面コーティングを形成する。ゾル‐ゲルコーティングは、低い処理温度、費用対効果、多様な基材や複雑な形状との互換性など、いくつかの利点を提供する。いくつかの実施形態では、ゾル‐ゲル膜は、多孔質酸化物セラミックの表面に水酸化物基が存在することに起因して、多孔質酸化物セラミック基板に強く接着する。

【0118】

いくつかの実施形態では、金属のアルコキシドを、ゾル‐ゲルプロセスにおける前駆体材料として使用することができる。アルコキシドの非限定的な例としては、アルミニウム、チタン、シリコン、銅、ジルコニウム、セリウム、バリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ストロンチウム、ハフニウム、マグネシウム、ニオブ、スズ、タンタル、タングステン、およびこれらの組み合わせのアルコキシドが挙げられる。いくつかの実施形態では、前駆体材料は、有機溶媒に溶解する工程ができる。有機溶媒の非限定的な例としては、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ブタノール、メトキシエタノール、メトキシエトキシエタノール、tert-アミルアルコール、シクロヘキサン、およびこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、加水分解反応は、前駆体-溶媒溶液への水の添加によって開始され、ゲル形成につながる。いくつかの実施形態では、加水分解は、有機基を置換する、金属原子へのヒドロキシルイオンの付着を含む。いくつかの実施形態では、加水分解された分子は、２つの金属間の酸素結合が形成される縮合反応を更に受けることができる。いくつかの実施形態では、漸進的な加水分解および縮合反応は、より大きなポリマーを構築し続け、これらのポリマーは、時間の経過とともに、連続的なネットワークゲルで一緒に架橋する。

【0119】

いくつかの実施形態では、半粘性ゲルは、この時点で、様々な付着方法を用いて基板に薄層として適用することができる。蒸着方法の非限定的な例としては、スプレーコーティング、塗装、スピンコーティング、およびディップコーティングが挙げられる。蒸着すると、ゲルはポリマーと残留溶媒を含む。いくつかの実施形態では、溶媒の除去は、例えば、蒸着プロセス中または熱処理中の蒸発によって行われる。いくつかの実施形態では、溶媒除去後、残留有機物を継続的な加熱または熱分解で除去することができ、その結果、緻密な構造が得られる。いくつかの実施形態では、加熱は、４０℃～４００℃の範囲での低温保持を含む。他の実施形態では、加熱は、約３００～１６００℃のゾル‐ゲル金属酸化物結晶化温度範囲までの緩慢な加熱を含む。いくつかの実施形態では、連続的な金属酸化物ゾル‐ゲル膜が、均質な液体から直接形成される。この実施形態では、粗面化された層は、粒子ベースのコーティングから生じる可能性のある制限である、固有のパッキング多孔性または最小厚さを持たない。

【0120】

いくつかの実施形態では、毛細管圧力により、多孔質セラミックの細孔への液体の流れが有利になり、コーティング溶液が多孔質セラミック体に容易に浸透するようになる。セラミック構造内のいくらかの多孔性は、水の保持および蒸発のために望ましいので、コーティング溶液の浸透深さは、粗面化層によって多孔性セラミックの多孔性が大幅に減少するのを防ぐように制御することができる。粗面化層の厚さは、多孔質セラミック表面上の被覆層の厚さ、または多孔質セラミック本体内の浸透深さのいずれかを指すことができる。粗面化層の厚さを制御する方法の非限定的な例としては、化学的または物理的な添加物（例えば、粒子状のゾル）を介して溶液の粘度および表面張力を変化させること、多孔質セラミックの表面エネルギーを操作すること、およびコーティングの前に揮発性または犠牲的なフィラー材料で孔を一時的に塞ぐことが挙げられる。いくつかの実施形態では、水：溶媒：前駆体の比率、溶液のpH、ゾルのエージング時間、粒度分布、および粒度分布を含むがこれらに限定されない合成パラメータを変更して、粗面化層の被覆層の厚さまたは多孔質セラミックへの粗面化層の浸透深さを変化させることもできる。いくつかの実施形態では、コートの数、スプレー速度、引き出し時間または浸漬時間を含むがこれらに限定されない処理およびコーティングパラメータも、粗面化層の被覆層の厚さまたは多孔質セラミックへの粗面化層の浸透深さを変化させるために変更することができる。いくつかの実施形態では、水蒸気の透過率を低下させるために、粗面化層被覆溶液がある基板の深さまで浸入して孔を塞ぐような条件とすることができる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックへの浸潤を促進するために、全体の粘度および／または表面張力を低下させる手段として、ゾル‐ゲル製剤の溶媒の種類または溶媒濃度の増加が選択される。この実施形態では、浸透が促進されると、厚みが増した粗面化層が形成される。他の実施形態では、粘度および／または表面張力を、溶媒の種類、濃度、添加剤、または増粘剤（例えば、無機ナノ粒子またはマイクロ粒子）を介して増加させて、バルク多孔質セラミックへの浸潤を抑制し、全体の厚さを制限することができる。いくつかの実施形態では、ゾル‐ゲル製剤をスプレーコーティングで塗布し、その際、層状の付着で厚さを増加させることができる。いくつかの実施形態では、熱処理を使用してコーティングを緻密化し、全体の厚さを減少させることができる。いくつかの実施形態では、溶液のpHを変更して、ゾル‐ゲル中の微粒子の沈殿を促進し、溶液粘度を増加させ、浸透深さを減少させることができる。

【0121】

図９に示す一実施形態では、テラコッタタイル９２１上のゾル‐ゲル粗面化層の浸透深さを調整することができる。この実施形態では、ゾル‐ゲルはテラコッタタイル９２１に数ミリメートル浸透し、ゾル‐ゲル処理された領域９１４は、より軽い領域として見える。この浸透深さを超えると、未処理領域９１５は色が濃くなる。図９に示す実施形態では、浸透深さは、付着プロセスを介して制御された。この実施形態では、制御された量のイソプロパノールベースのゾル‐ゲルアルミナ溶液をテラコッタタイルのすべての側面に手動で塗布し、これにより、浸透に利用可能なコーティング材料の量を制限した。

【0122】

いくつかの実施形態では、セラミック体の細孔内で溶液のウィッキングが起こらず、被覆層として存在するコーティングを生成するように条件を調整することができる。いくつかの実施形態では、多孔質セラミックへの浸透を防ぐために、全体の粘度および／または表面張力を増加させる手段として、ゾル‐ゲル製剤の溶媒の種類または減少した溶媒濃度が選択される。いくつかの実施形態では、コーティング製剤は、キャリア溶媒が表面と接触して気化するように、予熱された多孔質セラミックに適用され、これにより、多孔質セラミックへの浸潤を制限することができる。いくつかの実施形態では、被覆層の厚さは最大５００μｍである。いくつかの実施形態では、被覆層の厚さは、１００～２００ｎｍ、２００～５００ｎｍ、５００～１０００ｎｍ、１～１０μｍ、１０～５０μｍ、５０～１００μｍ、１００～２００μｍ、２００～３００μｍ、３００～４００μｍ、または４００～５００μｍである。これらの実施形態では、多孔質セラミックのバルク気孔率および保水量は変化しない。本実施形態では、外面の気孔のみが閉じられ、セラミック本体内の気孔は開いたままである。

【0123】

他の実施形態では、コーティング溶液がある基板の深さで孔に浸入して塞ぎ、水蒸気の透過率を低下させるような条件にすることができる。いくつかの実施形態では、ゾル‐ゲル層の厚さは、水蒸気の透過率の減少に相関している。いくつかの実施形態では、浸透深さの範囲は、２００ｎｍ～５ｍｍである。いくつかの実施形態では、粗面化層の浸透深さは、２００～５００ｎｍ、５００～１０００ｎｍ、１～１０μｍ、１０～５０μｍ、５０～１００μｍ、１００～２００μｍ、２００～３００μｍ、３００～４００μｍ、４００～５００μｍ、５００～１０００μｍ、１～２ｍｍ、２～３ｍｍ、３～４ｍｍ、４～５ｍｍである。

【0124】

いくつかの実施形態では、ゾル‐ゲル溶液中の全固形分を変化させることにより、多孔質セラミックの全多孔度および屈曲度を調整して、適度なレベルの蒸気透過性を実現することができる。 そのような一実施形態では、コーティング溶液を有機溶媒で希釈して、形成される金属酸化物膜の体積が元の溶液体積の１０％以下になるように、有効な金属酸化物含有量を減少させる。この実施形態では、元々コーティング溶液で満たされていた多孔質セラミックの孔が金属酸化物膜で裏打ちされ、多孔質セラミックの孔のサイズが収縮する。いくつかの実施形態では、合成パラメータを介してコーティングの透過率を更に変更して、蒸気透過率の低い均一で連続した高密度の膜から、透過率の高い高度に乱れたまたは割れた膜、およびその間の任意の多孔性まで、異なるレベルの多孔性を得ることができる。合成パラメータの非限定的な例には、水：溶媒：前駆体の比率、固形分、溶液のpH、ゾルのエージング時間、粒度分布、および粒度分布が含まれる。

【0125】

いくつかの実施形態では、蒸気透過率が更に低下した高密度のフィルムを製造するために、高温熱処理を介して、増加したゲルネットワーク接続性から生じるフィルムの高密度化を達成することができる。いくつかの実施形態では、高温熱処理の温度は、ゾル‐ゲル組成、相転移、および緻密化の程度に依存する。いくつかの実施形態では、高温処理は３００℃から１６００℃の温度で行われる。特定の実施形態では、フィルムの緻密化は、水熱反応を介して達成することができ、これにより、結晶相転移とそれに対応する表面形態または粗さの増加が同時に誘導される。いくつかの実施形態では、水熱反応は、酸化アルミニウムのオキシ水酸化アルミニウムまたはベーマイトへの変換を含む。

【0126】

２． ナノ粒子の付着によって形成された粗面化層
図１０Ａ～図１０Ｂに示されるいくつかの実施形態では、図１０Ａ～図１０Ｂに示すように、金属酸化物粒子１０１２の分散を介して、多孔質セラミック体１０１１上に、高熱伝導性の蒸気滞留バリア層を有する超疎水性粗面化セラミック１０１０を実現することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、化学変性物１０１３で更に変性物することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子１０１２を有する超疎水性粗面化セラミック１０１０が、蒸発冷却システム１０００に組み込まれる。これらの実施形態では、金属酸化物粒子１０１２は、セラミックが処理された超疎水性領域１０１４および未処理領域１０１５を含むように、多孔質セラミック材料１０１１に選択的に適用される。図１０Ｂに示すように、このコーティングは、未処理の湿潤多孔質セラミック基材１０１５を横切る湿潤ワーキング空気１００３の流れを可能にして、処理済み超疎水性表面１０１４が乾燥したままの状態でセラミック体の蒸発冷却を誘導し、その結果、別の乾燥プロセス空気流１００４をその湿度を増加させることなく冷却する構成で選択的に適用することができる。いくつかの実施形態では、処理された領域１０１４は乾燥チャネル１００２であり、一方、未処理の領域１０１５は湿潤チャネル１００１である。

【0127】

金属酸化物粒子の非限定的な例には、アルミナ、シリカ、チタニア、酸化銅、酸化第一銅、ベリリア、セリア、ジルコニア、酸化バリウム、酸化ゲルマニウム、イットリア、酸化ストロンチウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化タンタル、酸化タングステン、およびこれらの組み合わせが含まれる。

【0128】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、ウォッシュコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、または塗装などによって多孔質セラミックに適用することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、続いて３００～１６００℃の範囲の高温にさらされて、個々の粒子を連続したフィルムに焼結することができる。いくつかの実施形態では、焼結工程をセラミック焼成工程に組み込むことができる。他の実施形態では、焼結は、以前に焼成されたセラミックに対して行うことができる。

【0129】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子の初期分散体は、化学組成が変化する粒子の混合物、粒子径の分布、または組成が変化することと粒子径の分布の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、化学組成は、元素組成、結晶相、またはその両方に基づいて変化する。いくつかの実施形態では、化学組成および粒子径は、焼結温度を変化させることができる。この実施形態では、粒子の混合物の温度処理は、特定のタイプまたはサイズの粒子を焼結することができ、他の粒子は影響を受けない。いくつかの実施形態では、粒子サイズは、多孔質セラミックのバルクへの粒子の浸透を制限または強化するように調整することができる。いくつかの実施形態では、バルクへの浸透は、粗面化層の全体的な厚さ、熱伝導率、および蒸気透過性に影響を与える。いくつかの実施形態では、加熱および冷却条件を使用して、金属酸化物粒子の再結晶を制御し、生成される金属酸化物層の透過性を制御することができる。いくつかの実施形態では、非焼結粒子を使用して、粗面化層に表面形態または粗さ（例えば、２ｎｍ～２０μｍ）を導入することができる。他の実施形態では、出現した粒径、粒界、または結晶構造を含むがこれらに限定されない再結晶パラメータを、コーティング上に表面形態または粗さ（例えば、２ｎｍ～２０μｍ）を導入するために使用することができる。

【0130】

いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、２ｎｍ～１０ｎｍ、１０ｎｍ～５０ｎｍ、５０ｎｍ～１００ｎｍ、１００ｎｍ～５００ｎｍ、５００～１０００ｎｍ、１μｍ～２０μｍ、並びにこれらの組み合わせの直径を有する。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子は、２ｎｍ～１０ｎｍ、１０ｎｍ～５０ｎｍ、５０ｎｍ～１００ｎｍ、１００ｎｍ～５００ｎｍ、５００～１０００ｎｍ、ならびに１μｍ～２０μｍの少なくとも１つの寸法を有する。

【0131】

いくつかの実施形態では、金属粒子は、球、棒、繊維、板、立方体、およびファセット構造を含むが、これらに限定されない形状を有する。いくつかの実施形態では、粒子形状は、特定の多孔性を有する粗面化層を形成するために、充填密度に基づいて選択することができる。いくつかの実施形態では、粒子は非晶質である。他の実施形態では、粒子は結晶性である。

【0132】

一実施形態では、金属酸化物粒子をゾル‐ゲル製剤に添加して、複合粗化層を形成する工程ができる。いくつかの実施形態では、粒子は、乾燥相として、例えば、キャリア液体を含まない粉末として添加することができる。他の実施形態では、粒子は、分散体として、例えば、キャリア液体に懸濁した粉末として、ゾル‐ゲル処理中に添加することができる。いくつかの実施形態では、粒子は、加水分解中、凝縮中、またはゲル化中に、ゾル‐ゲル前駆体に、溶媒希釈された前駆体に添加することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物粒子の添加は、乾燥および高密度化プロセス中のゲルの内部応力を低減することができる。いくつかの実施形態では、ゲル相は、金属酸化物粒子の間のバインダーとして機能する。いくつかの実施形態では、複合粗面化層は、ゾル‐ゲル材料の乾燥および高密度化の間の全体積収縮を低減することによって、より高い厚さおよびより低いクラック確率を達成することができる。

【0133】

いくつかの実施形態では、超疎水性蒸気バリアシステムは、金属酸化物粒子の０～１％、１～５％、５～１０％、１０～２０％、２０～３０％、または３０～４０％の重量分散物を非焼成セラミックに添加することによって達成することができる。本実施形態では、粒子の固有の組成と形態により、後続の表面化学変性物に必要な粗さと部位が提供される。いくつかの実施形態では、粒子は、ドライミックス、スリップ、またはプラスチック相でのセラミック体の成形の前に統合することができる。いくつかの実施形態では、粒子は、多孔質セラミック体のバルク全体に分散される。いくつかの実施形態では、この方法により、共押出、プレス、共射出、またはマルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングなどの一般的な製造方法を通じて、連続した多孔質セラミック体内の粒子を選択的にパターニングすることができる。いったん成形された粒子を組み込んだ多孔質セラミック体は、ナノスケールおよびマイクロスケールの特徴を失うことなく焼成することができる。いくつかの実施形態では、粒子の表面エネルギーは、疎水性を高めるためにアルカンまたはフルオロアルキルで終端したリン酸エステルまたは他の化学変性物で官能化することによって、セラミックを焼成した後に低下させることができる。いくつかの実施形態では、化学変性物を液体または蒸気で塗布することにより、粒子の金属酸化物部位に選択的に結合し、周囲のバルクセラミックを親水性に保つことができる。

【0134】

Ｃ． 疎水性化学変性物
図７Ａに示されるいくつかの実施形態では、多孔質セラミック７１１上に配置された粗面化層７１２は、疎水性化学変性物７１３で更に変性物することができる。いくつかの実施形態では、粗面化層７１２は、高い表面エネルギーを有し、親水性である。これらの実施形態では、疎水性化学変性物７１３を粗面化層７１２上に配置して、その表面エネルギーを低下させ、低表面エネルギーの超疎水性コーティングまたはバリア層を形成することができる。いくつかの実施形態では、超疎水性コーティングまたはバリア層は、乾燥チャネルの壁に配置され得る。

【0135】

図１１Ａ～図１１Ｄに示されているように、多孔質セラミック体の表面エネルギーは、粗面化層の追加および化学変性物によって修正することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物の表面自由エネルギーは、極性ヒドロキシル基の存在に起因して非常に高い。いくつかの実施形態では、極性ヒドロキシル基は、双極子-双極子相互作用または水素結合をもたらし得る。その結果、金属酸化物は、液体に容易に濡れることができ、大気中に存在する水に対して強い親和性を有する。図１１Ａに示すように、ナノスケールの粗面化されたベーマイトゾル‐ゲルコーティングを施したテラコッタ基板１１１１は、水滴１１１６によって完全に濡れ、水滴１１１６との接触角（ＣＡ）は０°である。金属酸化物が容易に濡れるのは、液体が表面に広がって接触面積を増やし、システムの全界面エネルギーを最小化する可能性が高いからである。いくつかの実施形態では、例えば湿潤チャネル内では、高い表面エネルギーは、水の透過および保持に有益であり得る。

【0136】

しかしながら、いくつかの実施形態では、例えば乾燥チャネル内では、適用された粗面化層の表面化学的性質を、低表面エネルギー材料または官能基を含む疎水性化学変性物で修正して、耐湿性を提供し、液体または水蒸気と表面との相互作用を最小化するバリア層を形成することができる。いくつかの実施形態では、ナノスケールまたはマイクロスケールの形態を有する粗面化層の疎水性化学変性物または化学官能化により、超疎水性挙動が得られる。超疎水性表面は、水滴に対して１５０°を超える静的接触角を示す。図１１Ｂ～図１１Ｄに示すように、図１１Ｂ～図１１Ｄに示すように、化学変性物により、テラコッタ基板１１１１の表面エネルギーを低下させ、疎水性の表面を形成することができる。図１１Ｂは、フルオロ官能化されたテラコッタ基板１１１１上の液滴１１１６を示しているフッ素官能化した基板と液滴の接触角は１０５°である。図１１Ｃは、ゾル‐ゲルベーマイトコーティングとフッ素官能化を施したテラコッタ基板１１１１上の液滴１１１６を示す図であるフッ素官能化されたベーマイトコーティングと水滴１１１６の間の接触角は１５５°である。図１１Ｄは、アルミナナノ粒子が混在するテラコッタ基板１１１１上の水滴１１１６と、フッ素官能化を示しているフッ素官能化されたナノ粒子を含むテラコッタと水滴１１１６との間の接触角は１６３°である。低表面エネルギーまたは疎水性化学変性物（例えば、フルオロ官能化）と、ナノスケールまたはマイクロスケールの形態（例えば、ベーマイトまたはナノ粒子）との組み合わせにより、疎水性化学変性物のみの場合を超える超疎水性挙動が得られる。いくつかの実施形態では、接触角の増加は、セラミックバリア層に存在する任意の孔を濡らすために必要な毛細管圧力を増加させ、従って、ＩＥＣ内の湿潤チャネルから乾燥チャネルへの湿分の浸透を更に制限する。

【0137】

図１２に示すいくつかの実施形態では、疎水性化学変性物に起因する接触角の増加により、セラミックバリアコーティングに存在する任意の孔を濡らすのに必要な毛管圧が増加し、ＩＥＣの湿潤チャネルから超疎水性表面を有する乾燥チャネルへの湿分の浸透が更に制限される。水の透過率は、ガラス、未処理のセラミック基板、ゾル‐ゲルアルミナコーティングを施したセラミック基板、ベーマイトコーティングを施したセラミック基板、フッ素官能化を施したセラミック基板（ＦＳ１００、Ｐｉｌｏｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｓｏｎ Ｆｌｕｏｒｏｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ＦＳ‐１００、フルオロアルキルリン酸エステル）、ゾル‐ゲルアルミナコーティングとフッ素官能化を施したセラミック基板、ベーマイトコーティングとフッ素官能化を施したセラミック基板で測定した。図１２に示すように、未処理のセラミック基板、ゾル‐ゲルアルミナコーティングを施したセラミック基板、およびベーマイトコーティングを施したセラミック基板の透過率は高い。対照的に、フッ素官能化の添加は、未被覆のセラミック基板、ゾル‐ゲルアルミナ被覆セラミック基板、およびボエミテ被覆基板の透過率を低下させる。一実施形態では、例示的な疎水性ゾル‐ゲル適用蒸気バリア（「ベーマイト＋ＦＳ１００」）は、ＡＳＴＭ Ｅ９６を用いて測定されるように、未処理（テラコッタ）と比較して、水蒸気透過率を１０倍以上減少させる。実際、ベーマイトおよびフルオロ官能化を有するセラミック基板は、フルオロ官能化のみを有するセラミック基板と比較して、水蒸気透過率が約３倍減少している。

【0138】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物は、抗菌性、抗ファウリング性、抗グラフィティ性、および抗スケーリング性を含むがこれらに限定されない、他の有利な特性をバリア層に付与することができる。いくつかの実施形態では、これらの特性は、表面改質剤の組み合わせまたは逐次的な官能化ステップで達成することができる。

【0139】

いくつかの実施形態では、疎水性化学変性物の増加した接触角は、自浄作用または容易な洗浄特性も提供することができ、これは、下層のセラミックの視覚的外観を維持することができ、ファサード統合ＩＥＣにとって望ましいものとなり得る。

【0140】

他の実施形態では、疎水性化学変性物の防汚性および自浄性表面特性は、有害な細菌およびカビの成長を低減し、パッシブおよびアクティブな蒸発冷却システムの両方に関連するシックビルディング症候群の発生を低減することができる。いくつかの実施形態では、コーティングの防汚性、自浄性、および堅牢性は、他のシステムと比較して、保守および交換コストを低減することができる。

【0141】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の外面を超疎水性蒸気バリアシステムで処理して、複数の利点を提供することができる。いくつかの実施形態では、超疎水性蒸気バリアシステムを使用して、セラミック熱交換素子の内部湿潤面から外部環境への蒸気の流れを妨げ、湿潤チャネルから離れて蒸発によって失われる水の量を低減することができる。これらの実施形態では、追加の蒸発によって顕在的冷却を増加させることができる。いくつかの実施形態では、超疎水性表面は、セラミック熱交換素子の外部表面上のファウリング、スケーリング、バイオファウリング、およびエフロレッセンスを低減する。

【0142】

いくつかの実施形態では、化学変性物は薄く（例えば、２ｎｍ～１μｍ）、表面エネルギーの化学変性物は、熱抵抗を導入することなく有益な物質移動特性を付与する。

【0143】

いくつかの実施形態では、物理的吸着または選択的化学反応を、粗面化層の疎水性化学変性物に用いることができる。一実施形態では、疎水性のメチル（トリメチルシロキシトリクロロシランなど）、アリール（フェニルトリメトキシシランなど）、分岐状または直鎖状アルキル（トリクロロ（オクタデシル）シランなど）、またはパーフルオロ鎖（１H，１H，２H，２H-パーフルオロオクチルトリエトキシシランなど）、またはそれらの組み合わせで終端した有機シラン分子を、粗面化層に共有結合させることができる。いくつかの実施形態では、有機シランは、ヒドロキシル基を有する表面に容易に結合することができる。他の実施形態では、疎水性は、シロキサン（直鎖状メチル末端または環状ポリジメチルシロキサンまたはフルオロアルキルジシロキサンなど）、アルキルリン酸エステル、アルキルリン酸エステル、アルカンホスホン酸、アルカンホスホン酸エステル、アルカンヒドロキサム酸、アルカンカルボン酸、チオール、およびこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない化合物の共有結合で達成することができる。他の実施形態では、表面エネルギーは、分子種の物理的吸着を介して修正することができる。分子種の非限定的な例としては、脂肪酸（ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸など）、天然ワックス（蜜蝋、カルナウバワックス、ラノリンなど）、合成ワックス（ヒマシワックス、セレシン、パラフィンワックスなど）、およびこれらの組み合わせが挙げられる。

【0144】

疎水性化学変性物を適用する方法の非限定的な例としては、蒸発、真空昇華、噴霧乾燥、または所望の表面変性物剤の希薄溶液への浸漬が挙げられる。いくつかの実施形態では、溶媒からの溶質の吸着（例えば、物理吸着または化学吸着）は、均一にコーティングされた表面を達成するための効果的な手段であり、分子間力が表面上の吸着物の組み立てを助けることを可能にする。

【実施例】

【0145】

IV． 実施例
特定の実施形態について、以下の非限定的な例で説明する。

【0146】

Ａ． シングルステージ蒸発冷却システム
図１３は、約０．０１ｍ×０．２ｍ×０．０５ｍの１つの湿潤チャネルと、約０．０１ｍ×０．２ｍ×０．０５ｍの１つの乾燥チャネルとを有する単段の間接蒸発式冷却パネルを示す。図１４～図１５は、このシングルステージ間接蒸発式冷却パネルの実験データを示す。

【0147】

図１４は、この蒸発式冷却パネルの冷却に関する実験データを示す。超疎水性ゾル‐ゲルコーティング（コールドＳＮＡＰ（ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｎａｎｏ-ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ））、アルミホイル、および未処理のセラミック（対照）パネルを有するシステムについて、入口空気の湿球降下および乾球温度差を測定した。アルミホイルは、蒸気の流れを阻害する物理的なバリアを作ることができる。乾球温度差とは、入口の空気の流れと出口のプロダクト空気の温度差である。外気の温度が上昇したり、外気の湿度が低下したりすると、冷却能力が高まり、乾球温度差が大きくなることがわかる。テストしたポンプルの中では、未処理のセラミックパネルが、含水率の増加により最も高い冷却量を示している。しかし，超疎水性ゾル‐ゲルコーティングを施した試料では，アルミホイルの試料よりも乾球温度差が大きくなる。この結果は、超疎水性ゾル‐ゲルコーティングが、標準的なホイルの蒸気バリアと比較して、総冷却量が増加する可能性を示している。

【0148】

図１５は、平行流フロー構成の様々なセラミックタイルの屋外入口空気含水率および出口プロセス空気含水率の実験データを示す。未処理のセラミック（「対照」）は、水の蒸発とバリア層がないことに起因して、プロセス空気流の含水率が増加する。疎水性の粗面化ゾル‐ゲルを塗布した蒸気バリア層（「コールドＳＮＡＰ」）は、効果的な水不透過性の界面を提供する。これは、入口と出口のプロセス空気流の含水率がほぼ一定であることからもわかりますが、点線の１対１の線よりも上にあるデータが示すように、未処理の対照品では含水率が約２５％増加している。図１４に示す冷却データと組み合わせると、疎水性粗面化ゾル‐ゲル塗布型蒸気バリア層の入口および出口におけるほぼ一定の含水率は、疎水性粗面化ゾル‐ゲル塗布型蒸気バリア層が蒸気の質量移動に抵抗することができ、その結果、製品の流れに湿度が追加されることはなく、また、標準的な蒸気バリア層であるアルミホイルと比較すると、顕熱移動が増加することを示している。

【0149】

Ｂ． ナノスケールの粗面化層の特性評価
図１６Ａ～図１６Ｃは、ナノスケールの粗面化層のＳＥＭ画像である。図１６Ａ～図１６Ｃは、粗面化層のＳＥＭ画像を示す。図１６Ａは、未処理のテラコッタタイルを示す。図１６Ｂは、ナノスケールの粗さを有するゾル‐ゲルベーマイトコーティングを有するテラコッタタイルを示す。図１６Ｃは、アルミナナノ粒子分散体を用いたテラコッタタイルを示す。ゾル‐ゲルベーマイトコーティングとアルミナナノ粒子分散体の両方が、多孔質セラミック材料にナノスケールの粗さを加えている。

【0150】

Ｃ． ダウンドラフト間接蒸発冷却ファサードまたは屋根システム
図１７Ａに示されるいくつかの実施形態では、ダウンドラフト間接蒸発式冷却ファサードまたは屋根システム１７００は、３つの構成要素を含むことができる。１）セラミック熱交換素子１７１１（２）セラミック熱交換素子に選択的に適用されて乾燥チャネルと湿潤チャネルを分離する蒸気バリア層、（３）ポンプ、水ポンプ１７３２、スプレーノズル、ファン、またはそれらの組み合わせを有するマニホールドユニット１７３３。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、建物のファサード１７３１または屋根の選択された領域全体に配列された、並列構成、再生構成、または他の構成の１つ以上のチャネルを含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の位置は、予想される冷却負荷および新鮮な空気の供給要件に基づくことができる。

【0151】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、垂直方向のチャネルまたはプレート（表面）のアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の垂直方向の長さは、１０ｍｍ～２０００ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、これらの熱交換素子は、ガスケット、チューブ、スリーブ、または他の蒸気不透過性の接続部を使用して、より長い連続した垂直セクションを形成するように接続することができる。いくつかの実施形態では、チャネルまたはプレートの水平方向の間隔は、中心で１ｍｍから１００ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、チャネルの壁またはプレートの厚さは、５００μｍから３０ｍｍとすることができる。

【0152】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子（および関連するポンプ、マニホールド、および送風機）は、建物の壁または屋根の外部下地に取り付けることができる。取り付けの非限定的な手段には、フレーミング、スタンドオフ、トラック、および他の構造システムが含まれる。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、クリップ、タイ、ねじ、または他の機械的手段を用いて構造システムに固定することができる。いくつかの実施形態では、構造システムおよび機械的留め具は、蒸気不透過性または非反応性の材料を含むことができる。蒸気不透過性または非反応性の材料の非限定的な例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、塗装済み軟鋼、ポリマー、およびこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、壁または屋根の下地は、蒸気不透過性のシート、塗料、または他の膜システムでコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、構造システムは、建物の壁または屋根の下地とセラミック熱交換要素との間に、１ｍｍ～約２００ｍｍの空洞または空間を作り出すことができる。

【0153】

いくつかの実施形態では、壁の空洞に面するセラミック熱交換素子の表面は、超疎水性蒸気バリア層で処理することができる。

【0154】

一実施形態では、超疎水性蒸気バリア層は、完全に焼成されたセラミック体への液体製剤の塗布によって達成することができる。モデル超疎水性蒸気バリア層として、金属酸化物ゾル‐ゲル（アルミナ）が、セラミック用の潜在的な低コストコーティング材料として提示される。バリア層のコーティングは、ディッピング、塗装、スプレーなどの様々なスケーラブルな手段を用いて、液体状態で制御された浸透深さでゾル‐ゲルプロセスを使用して塗布することができる。塗布後は、アルミナをオキシ水酸化アルミナまたはベーマイトに変換するシンプルで無害な水熱反応により、ナノスケールの粗さを実現することができる。この反応の後、ベーマイトの表面エネルギーをアルカンまたはフルオロアルキルで終端されたリン酸エステルで官能化することにより低下させ、撥液性を高めることができる。化学変性物の液体または蒸気の適用は、バリア層の金属-酸化物サイトに選択的に結合し、周囲のバルクセラミックを親水性にする。

【0155】

別の実施形態では、超疎水性蒸気バリア層は、アルミナなどの金属酸化物ナノ粒子（ＮＰ）の２０重量％の分散物を非焼成セラミックに添加することによって達成することができる。いくつかの実施形態では、粒子径の範囲は、約２ｎｍから２０μｍである。本実施形態では、ＮＰの固有の組成と形態が、後続の表面化学変性物に必要な粗さと部位を提供する。ＮＰは、ドライミックス、スリップ、またはプラスチックの段階で、セラミック体を成形する前に統合することができる。この方法では、共押出し、プレス、共射出、マルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングなどの一般的な製造方法によって、連続した粘土体の中にＮＰを選択的にパターニングすることができる。一旦形成されたＮＰを組み込んだ粘土体は、ナノまたはマイクロスケールの粗さを失うことなく焼成することができる。焼成後、アルカンまたはフルオロアルキルで終端されたリン酸エステルで官能化することでＮＰの表面エネルギーを下げ、撥液性を高めることができる。化学変性物の液体または蒸気の適用は、金属酸化物サイトに選択的に結合し、周囲のバルクセラミックを親水性にする。

【0156】

いくつかの実施形態では、蒸気バリア層を有する壁または屋根の下地と、超疎水性蒸気バリア層を有するセラミック熱交換素子との組み合わせは、間接蒸発冷却システムの乾燥チャネルを形成することができる。対照的に、未処理のチャネルまたはプレートは、親水性のままであり、間接蒸発式冷却システムの湿潤チャネルを形成する。

【0157】

いくつかの実施形態では、湿潤チャネルまたはプレートの内部表面は、毛細管力によって、または機械的なポンプおよび噴霧器によって湿らせることができる。湿潤チャネルまたはプレートが毛細管力で濡れている実施形態では、セラミック熱交換素子の下端は、水溜めまたは収集領域内に接触しているか、または水溜め内に沈んでいる。これらの実施形態では、多孔質セラミック内の毛細管力によってチャネルまたはプレートの内壁面に水が引き寄せられ、水が蒸発する。補給水は、建物の配管システムや雨水収集などの手段を用いてポンプに供給することができる。 チャネルまたはプレートが機械的なポンプおよび噴霧器によって濡らされる実施形態では、セラミック熱交換素子の上部に配置されたチューブ、霧吹き、超音波霧吹き、噴霧r2[;＼ノズル、または他の噴霧ノズルを備えた水ポンプによって、セラミック熱交換素子の内面を濡らすことができる。この実施形態では、その後、セラミック熱交換素子を重力吸収によって湿潤させることができる。いくつかの実施形態では、蒸発していない水および流出した水は、ポンプまたは他の収集エリアに集めることができる。いくつかの実施形態では、ポンプからの水は、その後、スプレーノズルに再循環される。いくつかの実施形態では、補給水は、建物の配管システム、雨水収集、または他の手段を用いてポンプに供給される。

【0158】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の親水性チャネルまたはプレートは、壁または屋根に垂直な水平方向に配列された複数のチャネルまたはプレートで構成され、複数のチャネルのマトリクスを形成することができる。本実施形態では、外装チャンネルを濡らして、蒸発散や冷房に利用することができる。他の実施形態では、外部チャネルはエアギャップとして機能し、交換媒体に作用する熱流束を減少させる対流を阻害または促進したり、自己遮光を提供したりすることができる。自己遮光は、太陽放射からの断熱を提供することができる。

【0159】

いくつかの実施形態では、プロセス空気は、自然の浮力および／または風による換気によって発生する負圧によって、またはターゲット空間内に配置された機械ファンによって、乾燥チャネル１７０２または空洞を横切って、ターゲットの建物空間または外部空間に流される。他の実施形態では、入口ダクトが建物の壁または屋根の中に配置される。いくつかの実施形態では、入口ダクトを通るプロセス空気の流れは、グリルを用いて制御することができる。いくつかの実施形態では、逆流を防ぐために、マニホールドまたはキャップがキャビティの底部に配置される。

【0160】

湿潤チャネル１７０１を横切って流れるワーキング空気は、風または浮力駆動の流れによって駆動され、乾燥チャネルの端部にあるマニホールド１７３３またはキャップによって、乾燥チャネルダクト１７０２から分離して保持される。

【0161】

いくつかの実施形態では、接線流、交差流、または直接送風ファンまたはポンプ１７３２を、アセンブリの上部に配置することができる。いくつかの実施形態では、送風ファンを使用して、乾燥チャネル１７０２または空洞を積極的に加圧し、ダクト式入口およびチャネルキャップによってプロセス空気１７０４をターゲット空間に流して、圧力の損失を防止することができる。湿潤チャネル１７０１は、風または浮力駆動の換気を使用して、ワーキング空気１７０３を、チャネルを介して、またはプレートを横切って流すことができる。他の実施形態では、送風ファンを使用して、乾燥チャネルおよび湿潤チャネルを積極的に加圧することができる。図１７Ａに示すこの実施形態では、乾燥チャネル１７０２内のプロセス空気１７０４は、ダクトシステム１７０７を介して建物内に流入し、一方、湿潤チャネル１７０１内のワーキング空気１７０３は、外部環境１７０９に排気される。

【0162】

Ｄ． 再生式間接蒸発冷却ファサードまたは屋根システム
図１７Ｂに示されるいくつかの実施形態では、再生式間接蒸発式冷却ファサードまたは屋根システム１７００は、３つの構成要素を含むことができる。１）セラミック熱交換素子１７１１（２）セラミック熱交換素子に選択的に適用されて乾燥チャネルと湿潤チャネルを分離する蒸気バリア層（３）ポンプ、水ポンプ１７３２、スプレーノズルファン１７３４、またはそれらの組み合わせを有するマニホールドユニット１７３３。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、建物のファサード１７３１または屋根の選択された領域全体に配列された、並列構成、再生構成、または他の構成の１つ以上のチャネルを含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の位置は、予想される冷却負荷および新鮮な空気の供給要件に基づくことができる。

【0163】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、一般に、並列、向流、交差流、再生、露点、またはＭ‐サイクル構成のチャネルまたはプレート（表面）のアレイを構成する。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の垂直方向の長さは、１０ｍｍ～２０００ｍｍである。いくつかの実施形態では、これらの熱交換素子は、ガスケット、チューブ、スリーブ、または他の蒸気不透過性接続部を使用して、より長い連続した垂直セクションを形成するように接続することができる。いくつかの実施形態では、チャネルまたはプレートの水平方向の間隔は、中心に１ｍｍ～１００ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、チャネルの壁またはプレートの厚さは、５００μｍから３０ｍｍとすることができる。

【0164】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子の乾燥チャネルは、超疎水性蒸気バリア層による空間選択的処理によって形成される。対照的に、湿潤チャネルは未処理で超親水性のままであり、間接蒸発式冷却システムの湿潤チャネルを形成する。

【0165】

一実施形態では、超疎水性蒸気バリア層は、完全に焼成されたセラミック体に液体製剤を塗布することによって達成することができる。モデル超疎水性蒸気バリア層として、金属酸化物ゾル‐ゲル（アルミナ）が、セラミック用の潜在的な低コストコーティング材料として提示される。このコーティングは、液体状態で浸透深さを制御したゾル‐ゲルプロセスを用いて、浸漬、塗装、スプレーなどの様々なスケーラブルな手段で塗布することができるが、これらに限定されません。塗布後は、アルミナをオキシ水酸化アルミナまたはベーマイトに変換するシンプルで無害な水熱反応により、ナノスケールの粗さを実現することができる。この反応の後、ベーマイトの表面エネルギーをアルカンまたはフルオロアルキルで終端されたリン酸エステルで官能化することにより低下させ、撥液性を高めることができる。液体または蒸気で化学変性物を施すと、金属酸化物サイトに選択的に結合し、周囲のバルクセラミックは親水性になります。

【0166】

別の実施形態では、超疎水性蒸気バリア層は、約１ナノメートルから１０マイクロメートルまでの範囲の粒径を有するアルミナなどの金属酸化物ナノ粒子（ＮＰ）の２０重量％分散体を、非焼成セラミックに添加することによって達成することができる。本実施形態では、ＮＰの固有の組成と形態が、その後の表面化学変性物に必要な粗さと部位を提供する。ＮＰは、ドライミックス、スリップ、またはプラスチックの段階で、セラミック体を成形する前に統合することができる。この方法では、共押出し、プレス、共射出、マルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングなどの一般的な製造方法によって、連続した粘土体の中にＮＰを選択的にパターニングすることができる。一旦形成されたＮＰを組み込んだ粘土体は、ナノ/ミクロスケールの粗さを失うことなく焼成することができる。焼成後、アルカンまたはフルオロアルキルで終端されたリン酸エステルで官能化することでＮＰの表面エネルギーを下げ、撥液性を高めることができる。化学変性物の液体または蒸気アプリケーションは、金属酸化物サイトに選択的に結合し、周囲のバルクセラミックは親水性のままである。

【0167】

セラミック熱交換エレメント（および関連するポンプ、マニホールド、送風機）は、フレーミング、スタンドオフ、トラック、または他の構造システムを使用して、建物の壁や屋根の外壁下地に取り付けられる。セラミック熱交換素子は、クリップ、タイ、ねじ、または他の機械的手段を用いて、構造システムに固定される。

【0168】

いくつかの実施形態では、チャネル、フィン、または他の幾何学的形状を、セラミック熱交換要素の外面に組み込むことができる。いくつかの実施形態では、これらの形状は、交換媒体に作用する熱流束を低減するように作用する対流を妨げるまたは促進するエアギャップとして作用することができ、または自己遮光を提供することができる。自己遮光は、太陽放射からの絶縁を提供することができる。

【0169】

いくつかの実施形態では、湿潤チャネルまたはプレートの内部表面は、毛細管力によって、または機械的なポンプおよび噴霧器によって湿らせることができる。湿潤チャネルまたはプレートが毛細管力で濡れている実施形態では、セラミック熱交換素子の下端は、水溜めまたは収集領域内に接触しているか、または水溜め内に沈んでいる。これらの実施形態では、多孔質セラミック内の毛細管力により、チャネルまたはプレートの内壁面に水が引き寄せられ、水が蒸発する。補給水は、建物の配管システムや雨水収集などの手段を用いてポンプに供給することができる。 チャネルまたはプレートが機械的なポンプおよび噴霧器によって濡らされる実施形態では、セラミック熱交換素子の上部に配置されたチューブ、霧吹き、超音波霧吹き、噴霧スプレーノズル、または他のスプレーノズルを備えた水ポンプによって、セラミック熱交換素子の内壁面を濡らすことができる。この実施形態では、その後、セラミック熱交換素子を重力吸収によって湿潤させることができる。いくつかの実施形態では、蒸発していない水および流出した水は、ポンプまたは他の収集エリアに集めることができる。いくつかの実施形態では、ポンプからの水は、その後、スプレーノズルに再循環される。いくつかの実施形態では、補給水は、建物の配管システム、雨水収集、または他の手段を用いてポンプに供給される。

【0170】

図１７Ｂに示すいくつかの実施形態では、プロセス空気１７０４およびワーキング空気１７０３は、接線、交差流、または直接送風ファンを使用して、湿潤および乾燥チャネルに供給することができる。いくつかの実施形態では、マニホールドを使用して、乾燥チャネル１７０２と湿潤チャネル１７０１との間の空気の流れを誘導することができる。

【0171】

いくつかの実施形態では、乾燥チャネル出口のマニホールドは、建物の壁または屋根内に配置されたダクトシステムを介して、プロセス空気を建物、ターゲット空間、または外部空間に向ける。この実施形態では、マニホールドは、湿潤チャネルの出口におけるワーキング空気を外部環境１７０９に排気する。

【0172】

図１７Ｂに示す別の実施形態では、乾燥チャネル１７０２の出口にあるマニホールド１７３３が、プロセス空気１７０４ａの一部を、建物の壁または屋根内のダクトシステム１７０７を介して、建物、ターゲット空間、または外部空間に向け、プロセス空気１７０４ｂの一部を、湿潤チャネル１７０１のための予冷されたワーキング空気１７０３として方向転換する。この実施形態では、このマニホールドまたは別のマニホールドが、湿潤チャネルの出口でワーキング空気を外部に排気する。

【0173】

いくつかの実施形態では、再生式間接蒸発冷却ファサードまたは屋根システムは、セラミック熱交換システムの外面が内部空間に露出するように、屋根または壁システム内に設置される。この実施形態では、室内の壁、機器、および居住者との輻射熱交換による追加の冷却により、再生式間接蒸発冷却の冷却能力が更に向上する。

【0174】

Ｂ． 独立型ユニット用の間接蒸発式冷却媒体
いくつかの実施形態では、独立型間接蒸発式冷却システムは、３つの構成要素：（１）セラミック熱交換素子（２）セラミック熱交換素子に選択的に適用されて乾燥チャネルと湿潤チャネルを分離する蒸気バリア層、（３）ポンプ、水ポンプ、スプレーノズル、ファン、またはそれらの組み合わせを有するマニホールドユニットを含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック熱交換素子は、断熱、気密、および環境保護のハウジング内の平行流、逆流、再生、露点、またはＭ‐サイクルの交換器構成の他の幾何学的形状の１つ以上のチャネルを含むことができる。

【0175】

いくつかの実施形態では、セラミック熱交換媒体を通るワーキングおよび製品の空気流は、ＩＥＣシステムのチャネル、マニホールド、またはハウジングに取り付けられた送風ファンからの正圧によって生成される。いくつかの実施形態では、空気はマニホールドによって乾燥チャネルと湿潤チャネルの間で分離される。いくつかの実施形態では、プロセス空気は、壁、屋根、その他の建物の構成要素を介して配置されたダクトによって、乾燥チャネルから建物または外部空間に直接流れ、湿潤チャネルの空気は建物の外に排気される。再生型、露点型、およびＭ‐サイクルＩＥＣシステムなどのいくつかの実施形態では、乾燥チャネルの空気は、建物または外部空間に入る前に、マニホールドまたは周期的なアウトレットによって分離され、湿潤チャネルに方向転換されて、建物の外に排出される。いくつかの実施形態では、出口の空気の流れを制御するため、および／または未処理の屋外空気を処理済みのプロセス空気と混合するために、フローバルブが使用される。

【0176】

いくつかの実施形態では、噴霧器ノズルを備えたポンプによって水が供給され、湿潤チャネルの表面を濡らす。または、湿潤チャネルが水で満たされたポンプに置かれたときに、毛細管力によってチャネルが濡れる。あるいは、ハウジング全体を満たしてセラミックメディアを沈め、その細孔構造を満たすことで交換メディアを濡らす。この場合、交換媒体は取り除かれ、セラミック媒体が乾燥した時点でプロセスが続行されます。蒸発しなかった水や流出した水は、湿潤チャネルの下にあるポンプに集められます。そして、ポンプからの水はスプレーノズルに再循環されます。補給水は、建物の配管システムや雨水の収集などを利用してポンプに供給される。水の流れを制御するためにフローバルブが使用される。

【0177】

いくつかの実施形態では、独立した間接蒸発式冷却ユニットが、セラミック熱交換システムの外面が内部空間に露出するように、ターゲット冷却空間内に設置される。この実施形態では、内壁、機器、および居住者との輻射熱交換による追加の冷却により、独立型間接蒸発式冷却ユニットの冷却能力が更に向上する。いくつかの実施形態では、独立型間接蒸発式冷却ユニットが外部空間に設置される。

【0178】

Ｃ． アディティブ・マニュファクチャリング
図１８Ａ～図１８Ｂは、アディティブ・マニュファクチャリングを用いて蒸発冷却システム１８００を製造する方法を示す。図１８Ａ～図１８Ｂは、アディティブ・マニュファクチャリングを用いて蒸発冷却システム１８００を製造する方法を示す。図１８Ａに示すように、多孔質セラミック体１８１１は、３Ｄプリンティングシステム１８４１を用いて形成することができる。粘土は、押出ヘッドが所定の経路で移動する際に、押出ヘッド１８４２を介して押し出され、粘土を層ごとに付着させて、３次元の多孔質セラミック体１８１１を形成する。図１８Ａ～図１８Ｂに示すように、得られた多孔質セラミック体は、複数の平行で垂直なチャネルを含む。これらのチャネルの一部に、金属酸化物バリア層および化学変性物を選択的に適用して、乾燥チャネル１８０２ａ、１８０２ｂを形成することができる。処理されていないチャネルは親水性のままであり、湿潤チャネル１８０１として機能することができる。

【0179】

いくつかの実施形態では、多孔質セラミック体１８１１は、連続した三次元の多孔質セラミック体１８１１内に粘土の配合を変化させた複数の粘土体を押し出すために、複数の押出ノズル、ヘッド、または同様のエンドエフェクタを備えた３Ｄプリンティングシステム１８４１を使用して形成することができる。いくつかの実施形態では、これらの粘土配合物のうちの１つは、その中にアルミナナノ粒子の分散体などの粗面化層成分が均一に混合されていることができ、一方、第２の粘土配合物は、粗面化層成分を持たず、高い多孔性を示す。２つの粘土製剤は、別々の押出ヘッドを介して押し出されるか、または、押出ヘッドが所定の経路で移動して粘土を層ごとに付着させる際に単一の押出ヘッド内で混合される。いくつかの実施形態では、２つ以上の粘土配合物を同時に押し出したり、各配合物を様々な程度に混合して（例えば、３０％の配合物１、７０％の配合物２）押し出したり、別々のパスとして押し出したり、パスがパスの離散的なセクションに沿って１つの配合物を押し出した後、パスの別の離散的なセクションに沿って別の配合物を押し出すようなバイナリのようなパターンで押し出したりすることができる。図１８Ａ～図１８Ｂに示すように、得られた多孔質セラミック体は、複数の平行な垂直チャネルを含む。化学変性物は、これらのチャネルの一部に選択的に適用することができ、または三次元多孔質セラミック体全体に適用して乾燥チャネル１８０２ａ、１８０２ｂを形成することができる。バリア層成分のない粘土製剤から押し出された三次元多孔質セラミック体の任意のチャネルまたは部分は、親水性のままであり、湿潤チャネル１８０１として機能することができる。

【0180】

図１８Ｂは、図１８Ａに示す３Ｄプリントされたプロセスによって形成されたＭａｉｓｏｔｓｅｎｋｏ型の間接蒸発式冷却システム１８００（Ｍ‐ＩＥＣ）を示す。３Ｄプリントされた冷却システムは、水と接触している二次ワーキング空気１８０３ａを流す１つ以上の湿潤熱交換チャネル１８０１と、感覚的に冷却されている乾燥ワーキング空気１８０３ｂを流す１つ以上の乾燥熱交換チャネル１８０２ａと、感覚的に冷却されている一次プロダクト空気１８０４を流す１つ以上の乾燥熱交換チャネル１８０２ｂとを含む。乾燥ワーキング空気１８０３ｂおよび一次プロダクト空気１８０４からの熱は、多孔質セラミック１８１１を介して湿潤チャネル１８０１に伝達され、水に潜熱として吸収される。水は蒸発し、湿潤チャネル内の二次湿潤ワーキング空気１８０３ａに拡散する。空気は、複数の入口から、（１）湿潤チャネル１８０１への入口１８０６を形成する複数の出口通路を有する専用乾燥チャネル１８０２ａと、（２）調整された空間への出口を有する一次空気乾燥チャネル１８０２ｂとに流れる。湿潤ワーキング空気１８０３ａは、冷却されるべき建物または空間の外に排気することができ、一方、乾燥プロセス空気１８０４は、冷却されるべき建物または空間の中に持ち込まれる。専用の乾燥チャネル入口１８０６から湿潤チャネル１８０１に入る空気は、既に冷却されているので、この空気は、元の入口空気流よりも低い湿球温度を有する。従って、一次乾燥チャネル１８０２ａ内の乾燥ワーキング空気１８０３ｂは、入口の一次空気流の湿球温度よりも低い、露点付近の乾燥球温度に冷却することができる。いくつかの実施形態では、一次プロセス空気の含水率は一定のままであるが、ワーキング空気の含水率は、専用の乾燥ワーキング空気からの各入口で等温的に増加する。Ｍ‐ＩＥＣの１つの利点は、含水率を増加させることなく、一次プロセス空気が露点温度付近で冷却されることである。

【0181】

説明のために１つ以上の特定の材料またはステップを示し、説明してきたが、所望の結果を得ながら、材料またはステップを特定の点で変化させたり、材料またはステップを組み合わせたりすることができることが理解されるであろう。更に、開示された実施形態および請求された本発明の修正が可能であり、この開示された発明の範囲内である。

【符号の説明】

【0182】

１００ … 蒸発冷却システム
１０１ … 湿潤チャネル１０１
１０２ … 乾燥チャネル
１０３ … 湿潤ワーキング空気
１０４ … 乾燥プロセス空気
１１１ … 多孔質セラミック体
１１２ … 粗面化層
１１４ … バリア層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図 】

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