KR20020044153A - 열변색성 라미네이트 및, 구조물의 온도를 제어하는 방법 - Google Patents

열변색성 라미네이트 및, 구조물의 온도를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

전자기 방사선을 흡수하거나 반사시키는 능력을 예측가능하게 변화시키는 열변색성 라미네이트가 제공된다. 본 발명의 라미네이트는 기동 영역 온도, 즉 라미네이트로부터 반사되거나 라미네이트에 의해 열로 흡수되어 하부 구조체로 전달되는 전자기 에너지, 특히 UV, 적외선 및 가시광선 영역의 에너지 양을 감소시키거나 증가시키는 작용을 하는 온도 또는 온도 영역을 가지고 있다는 잇점이 있다. 본 발명의 라미네이트는 여러가지 다양한 색상과 트리거 온도, 트리거 온도 영역으로 제공되며, 부딪치는 방사선을 제외하고는 외부 에너지의 유입이 필요없다. 본 발명의 라미네이트는 단독으로 사용되거나 지붕, 판벽, 혈 교환기 및 기타 열 전달물질과 같은 다른 물질과 결합하여 사용될 수 있으므로 하부 구조물 또는 하부 물체의 온도를 제어하는데 유용하다.

Description

열변색성 라미네이트 및, 구조물의 온도를 제어하는 방법{Thermochromic laminates and methods for controlling the temperature of a struncture}
열변색성 조성물은 온도의 변동에 응답하여 컬러가 변화한다. 가장 단순한 그것의 형태에 있어서, 열변색성 조성물은 온도의 변동에 응답하여 컬러 또는 투명도를 나타내는 화학적 화합물과 유기 물질의 특수한 조합이다. 통상적으로, 기동(trigger) 온도에 도달하거나 또는 초과할때, 열변색성 조성물은 열적 방사 또는 "UVI" 방사에 대하여 투명성을 나타내고, 기동 온도의 아래로 강할때, 열변색성 물질은 컬러를 나타내게 될 것이며, 그에 대응하여 방사 에너지에 대하여 불투명하게 된다. 열적이거나 또는 "UVI" 방사의 범위는 목적물에서 열을 발생시키는 적외선, 가시 광선 및, 자외선의 범위내의 주파수 범위이며, 이들은 이러한 주파수를 흡수한다. 열변색성 물질의 상대적인 투명도/불투명도는 기동 온도 또는 특정한 열변색성 물질의 온도 범위에 대하여 동적인 것이 된다. 예를 들면, 정확히 화씨 72 도의 기동 온도를 가지는 열변색성 물질은 광에 대하여 불투명하며 따라서 화씨 72 도 아래의 온도에서 UVI 범위에서는 열방사선을 흡수하고 화씨 72 도 이상의 온도에서는 UVI 광에 대하여 투명하거나 또는 흡수성이 없다.
물질의 기동 온도 위에서 온도 변화에 노출되었을때 투명한 상태에 대하여 컬러를 나타내고 그리고 컬러를 소멸하게 하는 특성을 가진 물질이 공지되어 있다. 그러한 물질들은 투명성에 대하여 칼러를 나타낸 것과 컬러를 소멸시키는 것 사이에서 다수의 변화 사이클을 겪을 수 있는 물질들로 알려져 있다. 그러한 물질들은 예를 들면 미국 특허 제 5,919,404 호 및, 제 5,558,700 호에 설명되었으며, 본원에 참조로서 포함된다.
여기에 인용된 모든 특허들은 본원에 참조로서 포함된다.
열변색성 조성물을 만들도록 사용된 화합물의 조정 비율은 열변색성 물질의 기동 온도 및, 색조/투명도에 대한 상대적인 감도를 제어할 수 있다. 더욱이, 열변색성 조성물이 컬러를 나타내는 상태에 있을때 표시되는 칼러의 최대 밀도는 변화 정도에 있어서 반투명(즉, 부분적으로 투명)이나 또는 완전한 불투명이 되도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 5,585,425 호는 열변색성의 불투명/투명 조성물, 라미네이트 부재를 만드는 방법을 설명한다. 열변색성 물질의 특성을 조정하는 방법과 관련된 다른 특허들은 미국 특허 4,028,118 호 및, 5,919,404 호에 설명되어 있다.
열변색성 조성물은 상이한 칼러의 범위에서 제조될 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 5,919,404 호는 광범위의 전통적인 칼러를 나타내는 가역성 열변색성 조성물을 만드는 방법을 설명하는 반면에, 미국 특허 5,558,700 호는 형광 칼러를 나타내는 가역성 열변색성 조성물을 만드는 방법을 설명한다. 마찬가지로, 열변색성 라미네이트 부재 및, 그것을 제조하는 조성물과 시이트에 관한 미국 특허 제 5,352,649 호; 미국 특허 제 5,688,592 호 (시바하시 '592'); 및, 미국 특허 5,585,425 호에서와 같이 소기의 적용예에 따라서 다양한 기판에 열변색성 조성물이 라미네이트될 수 있다.
보다 복잡한 형태에 있어서, 열변색성 조성물은 종래의 공지 방법을 사요하여 마이크로캡슐의 형태로 제조될 수 있어서 물질을 외부 요소로부터 보호하고, 그들의 기능성을 유지하며, 물질에 소기의 특성과 성질을 부여하게 한다. 미국 특허 제 4,028,118 호와 제 5,919,404 호는 열변색성 조성물의 공지 특성을 설명하는 좋은 특허의 예들이다.
또한 열변색성 물질들은 열가소성 폴리비닐 염화물(PVC) 또는 다른 수지에 부가되어서 (미국 특허 4,826,550 호와 5,919,404 호에 설명된 바와 같이) 그 어떤 형상 또는 디자인으로 성형되거나 또는 시이트로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,798,404 호는 머리 말이가 열변색성 열가소성 엘라스토머 본체로써 제조될 수 있는 방법을 설명한다. 인간의 눈에 의해서 감지되는 바와 같은 열변색성 물질의 컬러의 광-정착도(light-fastness)를 증가시키고, 광도(휘도)를 증가시키며 태양광의 주기 및, 특히 자외선의 주파수에 의해서 야기될 수 있는 칼러의 바램을 감소시키는 것에 대한 의미있는 연구가 진행되었다. 그러한 연구의 목적은, 열변색성 물질에 충돌하는 광으로부터의 손상에 보다 저항성이 있는 열변색성 물질의 조성을 발전시키는 것이다. 시바하시의 '592 특허는 UV 필터층으로 덮혔던 열변색성 물질(칼러는 블루)의 층의 예를 설명하는데, 이것은 칼러에 있어서 어두운 예로우이다. 열변색성 물질이 칼러를 진전시킨 단계에 있었을때, 칼러의 부가 규칙이 적용되어 옐로우+블루=그린이 된다. 따라서 컬러가 진전된 단계에서 감지된 물질의 칼러는 그린이며 블루가 아니다. 시바하시의 '592 특허에서 나타난 이러한 문제에 대한 해법은 2 개층을 조함하는 것이며, 그들중 제 1 의 것은 그 층 위에 뿌려진 티타늄 산화물과 같은 반사성 금속 광택 염료로 코팅된 천연 운모의 미립자를 구비하는 칼러 반사층이다. 열변색층의 위에 걸쳐 부가적인 특징은 UV 흡수체의 층을 제공하는데, 이것은 UV 광을 여과시킨다. 반사층의 특징들중 하나는 빛의 일부가 UV 흡수체 및, 열변색층을 타격하기 전에 빛의 일부를 반사시킴으로써 하부에 있는 층의 진정한 칼러를 나타내도록 하는 것이다. 그러나, 시바하시의 '592 특허는 구조물의 열적 흡수성 또는 반사성을 제어하는 열변색성 물질의 가변적인 투과도를 이용하는 것에 대한 장점을 인식하지 못하고 있다.
본 발명은 1999년 9 월 20 일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/156,520 호의 우선권을 주장하며, 상기 출원은 여기에 포함된다.
본 발명은, 전자기 방사를 예측 가능하게 변화시킬 수 있는 방식으로 흡수하거나 또는 반사시키며, 따라서 하부 구조물로부터 흡수되거나 또는 그로부터 이탈하여 향하는 열을 제어하는데 사용될 수 있는 라미네이트에 관한 것이다. 본 발명의 라미네이트는 적어도 하나의 열변색층과 적어도 하나의 반사층을 구비하고 그들의 열 흡수 및, 반사 특성에 응답하여 예측 가능하게 변화한다. 따라서 이들은 예를 들면 라미네이트의 아래에 위치하는 구조물로부터 이탈되게 또는 그 안으로의 복사 또는 열 에너지의 흡수 또는 반사를 제어하는 방법을 이루게 하는데 있어서 유용하다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 보다 이해될 것이며, 여기에서 동일한 번호는 동일한 요소를 표시한다.
도 1 의 참조 번호 1 은 알루미늄 호일과 같은 반사 물질의 기재 층(A) 및, 열변색성 물질의 열변색층(B)을 가지는, 본 발명에 따른 라미네이트의 단면도를 도시한다. 도 1 의 참조 번호 1 는 도 1 의 참조 번호 1 에 도시된 발명에 따른 동일한 라미네이트를 사시로 도시한다.
도 2 의 참조 번호 2 는 알루미늄 호일과 같은 반사성 물질의 기재 층(A) 및, 라미네이트가 그것의 기동 온도 이하인 사실에 기인하여 불투명의 상태에 있는 열변색성 물질의 열변색층(B)을 가지는 본 발명에 따른 라미네이트의 단면도를 도시한다. 반사층은 변화하지 않고 유지된다. 층(B)은 그것의 기동 온도 이하에 있고 따라서 불투명하기 때문에, 층(A)은 열방사선을 반사시키지 않으며 따라서 열변색층(B)에 의해서 타격되어 흡수된다. 따라서, 층(B)과 층(A)은 온도에 있어서 증가될 것이며, 열은 그 하부에 위치한 구조물로 통과된다. 도 2 의 참조 번호 2 는 도2 의 참조 번호 1 에 도시된 발명에 따른 같은 라미네이트의 사시도를 도시한다.
도 3 의 참조 번호 1 은 알루미늄 호일과 같은 반사성 물질의 기재 층(A)과, 라미네이트가 그것의 기동 온도의 위에 있다는 사실에 기인하여 투명한(맑은) 상태에 있는 열변색성 물질의 열변색층(B)을 가진, 본 발명에 따른 라미네이트의 단면도를 도시한다. 반사층은 변화하지 않고 유지된다. 그러나, 층(B)은 투명하므로(또는 맑으므로), 층(A)은 열방사선을 반사시키며, 이것은 층(B)를 투과하여 열변색층(B)에 의해서 흡수되지 않는다. 따라서, 층(A) 및, 층(B)는 온도가 증가하지 않을 것이며, 그리고 그들의 하부에 위치하는 구조물은 입사된 열방사선으로부터의 열을 흡수하지 않을 것이다. 도 3 의 참조 번호 2 는 도 3 의 참조 번호 1 에 도시된 본 발명에 따른 동일한 라미네이트의 사시도를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 라미네이트가 가능한 열방사선의 대략적인 범위를 도시한다.
본 발명의 열변색성 라미네이트 및, 그것을 사용하는 방법은 온도 변화에 응답하여 전자기 에너지의 반사성 또는 흡수성을 자동적으로 변화시키는 수동성 시스템을 구비한다. 따라서, 본원의 라미네이트는 입사된 방사의 에너지를 제외한 에너지의 입력 없이 소정 온도의 기동 지점 또는 범위에 대하여 기능한다. 본 발명의 라미네이트는 적어도 두개의 층을 구비하는데, 기동 온도 또는 기동 온도 범위를 가지는 열변색층과, 투과도에서의 변화 및, 열변색성층의 대응하는 칼러 변화에 의해서 외부 라미네이트에 입사되는 방사 에너지에 노출되거나 또는 그로부터 감추어진 반사성 또는 부분적으로 반사성의 층을 구비한다. 방사 또는 열 에너지의 흡수 또는 반사에 관한 적어도 두개 층의 상호 작용은 아래에 위치한 구조물의 열 또는 다른 에너지의 흡수를 제어하거나 또는 조정하는데 사용될 수 있다. 그렇게 함으로써, 본 발명은 아래에 위치한 구조물의 온도를 제어하는 전기 또는 천연 개스와 같은 종래의 에너지원의 사용에 대한 필요성을 감소시킨다. 다른 목적 및, 장점들은 다음의 설명과 첨부된 도면을 숙고함으로써 명백해질 것이다.
본 발명의 목적은 외부의 동력원에 대한 필요성 없이 아래에 위치한 구조물의 열 이득 또는 손실을 제어하는데 사용될 수 있는 열변색성 라미네이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온도 변화에 응답하여 입사된 방사 에너지의 흡수 도는 반사를 예측 가능하게 변화시키는 열변색성 라미네이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온도에서의 변화에 응답하여 예측 가능하게 칼러의 변화를 이루는 열변색성 라미네이트를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 부가적인목적은 구조물의 열적 에너지 흡수 또는 반사를 조절하여 그에 의해서 그 온도를 제어하도록 열변색성 라미네이트의 사용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및, 다른 목적에 따라서, 열변색성 라미네이트는, 비행기의 행어(hanger), 자동차, 집 또는 다른 건물과 같은 하부에 위치하는 구조물과 통하는 구조물 접촉 표면을 가지는 기재층 및, 라미네이트의 열변색층과 통하는 열변색성 접촉 표면을 구비하여 제공된다. 기재층은 실질적으로 전자기 방사에 대하여 반사성이 있고 실질적으로 열에 대하여 전도성이 있다. 본 발명의 라미네이트는 또한 열변색층을 구비하는데, 상기 열변색층은 기재 층과 통하는 기재 층 접촉 표면 및, 예를 들면 태양으로부터의 전자기 방사와 통하는 외부 표면을 가진다. 열변색층은 전자기 방사에 대하여 가변적인 투과성을 가지는데, 온도에서의 변화가 열변색층의 투과도에서의 변화 및, 하부 구조물로 전달되거나 또는 그로부터 반사되는 열의 비율에서의 변화를 초래하도록, 투과성의 범위는 기동 지점에 대한 열변색층의 온도에 의해서 결정된다.
본 발명의 라미네이트로써, 기동 지점 또는 영역의 위의 열변색층의 온도에서의 증가는 열변색층의 투과도에서의 증가에 대응하는 보다 투명한 상태로 컬러의 변화를 초래함으로써, 하부 구조물로부터 이탈되고 열변색층을 통하여 기재 층으로부터 반사된 전자기 방사의 양은 증가되며, 기재 층에 의해서 흡수되는데 이용될 수 있는 열량은 그에 의해서 감소된다. 이와 유사하게, 기동 지점 또는 영역의 아래에서 열변색층의 온도에서의 감소는 덜 투명하거나, 또는 더 불투명하거나 또는 열변색층의 투과도에서의 감소에 대응하는 컬러 상태로의 컬러 변화를 초래함으로써, 하부에 있는 구조물로부터 이탈되고 그리고 열변색층을 통해 기재 층으로부터 반사된 전자기 방사의 양이 감소되어, 기재 층에 의해 흡수되는데 이용될 수 있는 열량이 감소된다. 따라서, 본 발명의 라미네이트의 열변색층은 전자기 방사에 대한 반사성 기재 층의 접근성을 예측 가능하게 변화시키는 기능을 한다. 따라서, 반사층이 보다 접근 가능하게 될 수 있도록 구조물로부터 이탈되어 반사될 입사된 방사의 부분이 커지게 된다.
본 발명의 라미네이트는 다수의 온도 변화 주기를 겪을 수 있으며 여전히 그들의 유익한 특성을 유지한다. 본 발명의 열변색성 라미네이트의 투과도에서의 증가는 온도가 라미네이트에 대한 특정의 온도 기동 영역의 아래로 감소되었을때 역전될 수 있다. 유사하게, 온도가 라미네이트에 대한 특정의 온도 기동 영역의 위로 증가하였을때, 열변색성 라미네이트의 투과도에서의 감소는 역전될 수 있다. 통상적으로, 본 발명의 열변색성 라미네이트의 투과도에서의 증가 또는 감소는 열변색층의 불투명도, 칼러 또는 이들 모두에서의 변화와 수반된다.
본 발명의 라미네이트의 기재 층은 통상적으로 사실상 금속성이며, 예를 들면 태양광을 반사시키고 열을 전도시키는 능력을 가진 알루미늄과 같은 금속을 구비한다. 일부의 경우에 있어서, 하부 구조물, 또는 하부에 위치한 열 전도성 섬유의 위에 있는 금속의 코팅은 기재 층의 반사와 열저도와 열 방출 요건을 제공하기에 충분할 것이다. 그러나, 본 발명의 기재 층은 금속에 제한되지 않는다. 기재 층의 기능을 수행하는데 충분히 열 전도성이 있고 반사성이 있는 그 어떤 물질도 본 발명의 라미네이트를 형성하는데 사용될 수 있다. 마일라(Mylar)가 본 발명의 특정한 구현예에 대하여 적절하다.
일부 구현예에서, 본 발명의 라미네이트는 건물의 지붕과 외벽과 같은 하부 구조물이나, 온실의 외부 표면이나, 또는 사막 대피소의 외부 표면에 부착된다. 유익하게는, 기재 층의 방사율이 하부 구조물이 존재하는 특정의 환경과 맞게 될 수 있다. 예를 들면, 일부 적용예에서, 입사된 방사가 하부의 구조물로 전도되는데 필요한 시간을 지연시키기 위하여 기재 층으로서 보다 두꺼운 알루미늄 시이트를 사용하는 것이 바람직스러울 수 있다.
본 발명의 라미네이트는 그들에 입사하는 전자기 방사가 태양광인 경우의 적용예에서 특히 유용하다. 열 램프 또는 화로의 불과 같은 인공적인 열원으로부터와 같은 다른 형태의 방사도 본 발명의 라미네이트를 작용시키는 역할을 한다. 본 발명의 라미네이트의 중요한 특징은 이들이 사실상 수동적이라는 것이며, 즉, 가해지는 방사 에너지가 아닌 다른 외부 에너지원을 필요로 하지 않는다는 점이다.
본 발명의 라미네이트의 다른 의미있는 특징은 그들의 온도 기동 영역이며, 즉, 열변색층이 태양광과 같은 전자기 에너지에 대하여 매우 투과성이 있는 것으로부터 매우 불투명한 것으로, 또는 매우 불투명한 것으로부터 매우 투과성이 있는 것으로 천이되는 협소한 온도 범위에 관한 것이다. 본 발명의 라미네이트는 특정한 기동 온도 지점의 근처에 설정된 온도 기동 영역을 가지도록 만들어질 수 있다. 기동 영역은 따라서 섭씨 몇도 또는 섭씨 몇 도 이하일 수 있다. 예를 들면, 라미네이트는 매우 투과성이 있도록 설정될 수 있으며, 즉, 섭씨 25 도 이상의 온도에서 가시광, 자외선 및, 적외선광에 투명하거나 거의 투명하며, 섭씨 22 도 이하의 온도에서는 칼러를 가지거나 불투명하다. 따라서, 온도 기동 영역은 섭씨 22 도 내지 25 이다. 기동 영역내에서는, 투과성/불투명성/컬러의 정도가 특정의 라미네이트에 따라서 변화한다. 본 발명의 라미네이트는 필요에 따라서 보다 넓거나 좁은 온도 트리거 영역을 가지도록 만들어질 수 있으며, 기동 영역들은 소기의 높고 낮은 온도 지점에 설정될 수 있다.
본 발명의 라미네이트는 불규칙한 표면에 일치하는 충분히 유연성이 있는 형태로서, 하부에 위치하는 구조물의 표면 형상에 맞게 성형될 수 있는데, 예를 들면 목적물의 둘레에 또는 그 위에 감싸여지는 충분히 유연성 있는 시이트와 같은 형태이다. 또한 본 발명의 라미네이트는 하부 구조물을 건조하거나 또는 덮는데 사용될 수 있는 현재 이용 가능한 물질의 안으로 조합되거나 또는 편입될 수도 있는데, 예를 들면, 비닐 판자 물질의 외부층으로서 그러할 수 있다. 본 발명의 라미네이트는 예를 들면 적어도 하나의 전자 공여성 페놀 화합물을 구비하는 열변색층으로 만들어질 수 있으며, 마이크로캡슐내에 포함된다. 더욱이, 본 발명의 라미네이트의 열변색층들은 칼라로 제공될 수 있는데, 이들은 하부 구조물의 미학적 외관에 대하여, 또는 지역 환경에 대하여 조화된다. 바람직스럽게는, 열변색층이 주어진 라미네이트의 적용예에서 열 에너지 흡수량을 최적화하는 컬러로 제공된다.
바람직한 구현예에 대한 설명
도면에 도시된 본 발명의 바람직한 구현예를 기술하는데 있어서, 명확성을 기하기 위하여 특정한 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 그와 같이 선택된 특정한 용어에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 각각의 특정 요소는 유사한 방식으로유사한 목적을 달성하기 위하여 작동하는 모든 기술적인 동등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 여기에서 언급되는 각각의 레퍼런스는, 마치 각각이 개별적으로 참조에 의하여 결합되는 것처럼, 참조에 의하여 결합된다.
여기서 단수명사로 표시되더라도 문맥상 달리 나타내어지지 않으면 적어도 하나를 의미하는 것으로 의도된다.
"주위온도(ambient temp.)"는 라미네이트를 둘러싼 공기의 온도를 의미한다.
열변색성 재료의 "기동온도(trigger temp.)"는 상기 재료 자체가 특정의 점 또는 영역("기동영역(trigger zone)")에 도달하는 온도점(temperature point) 또는 온도영역을 지칭한다. 특히 따뜻한 날(예를 들면 90°F)에, 전통적인 슁글 지붕(shingle rooftop)의 온도는 150 내지 170°F에 도달할 것이다. 따라서, 라미네이트의 열변색성 외부층이 직사광선에 노출되고 있으면, 상기 열변색성 층의 온도는 이를 둘러싸고 있는 주위온도가 암시하고 있는 것 보다도 훨씬 더 빨리 기동영역에 도달할 것이다.
열변색층의 기동온도 세팅은 열변색성 재료가 발색모드(color-developed mode)에서 색소멸 모드(color-extinguished mode)로 변화하거나 또는 반대로 변화하여, 반사층 또는 기재층을 드러내거나 숨기는 점 또는 영역이다. 본 열변색성 재료의 기동영역은 많은 서로 다른 특정 온도 영역에서 변화하도록 주문에 응할 수 있다. 이러한 능력은 이 나라의 서로 다른 지역에 따라 서로 다른 기동점(trigger point) 또는 기동영역을 선택할 수 있도록 한다. 예를 들면, 온도가 일반적으로 더 따뜻한 지역에서는 더 낮은 기동영역이 요구될 것인데, 이는 라미네이트의 반사율페이즈(reflectivity phase) 대 열흡수율 페이즈(heat absorptivity phase)를 최대화하는 것이 바람직하기 때문이다. 온도가 시원한 경향이 있는 다른 지역에서는 라미네이트의 반사율 페이즈와 비교할 때 라미네이트의 열흡수율 페이즈를 증가시키기 위하여 더 높은 기동영역 세팅이 요구될 것이다.
열변색층의 바람직한 기동영역은, 예를 들면 평균온도, 평균일조율(average sunshine rate), 평균 쾌적수준 온도(average comfort level temp.) 및 강우량을 포함하는 여러 인자를 기초로 결정될 것이다.
"변색(color change)"에 관해서는, 주위온도가 기동영역을 통과하여 상승할 때, 열변색층이 발색모드(불투명)에서 색소멸 모드(투명)로 가능한 빨리 색변화하는 것이 바람직하다. 온도가 기동영역의 아래로 떨어질 때, 열변색층이 색소멸 모드에서 발색모드로의 신속하게 변색하는 것도 마찬가지로 중요하다. 본 라미네이트의 몇몇 구현예에서, 시험된 대부분의 열변색성 재료는 꽤 빨리, 통상 기동영역의 하단부에 도달한 후 5분 이하로, 변색하였다.
적절한 재료의 성질은 본 발명을 기술하는데 중요하다. "불투명도(opacity)"는 광 또는 방사선(light or radiation)이 불투과되는 성질 또는 정도를 지칭한다. 광학에서, 이는 표면에 의해 투과된 광속(light flux)에 대한 상기 표면에 입사된 광속의 비율을 지칭하는데, 이는 투과계수(transmission factor)의 역수와 같다. 물리학에서, 이는 방사선을 블로킹하는 물질의 능력을 지칭하는데, 물질의 표면에 입사되는 방사선속(radiation flux)에 의하여 측정된다. 전자기학에서, 이는 물체에 입사된 전자기 파워(electromagnetic power)에 대한 상기 물체로부터 반사된 전자기 파워의 비율을 지칭한다.
본 발명에 있어서, 열변색층이 발색모드에 있을 때, 이 열변색층이 방사선 에너지에 대한 높은 불투명도를 달성하는 것이 바람직하다. 높은 불투명도는 열변색층에 도달한 방사선 에너지의 최대량이 열로 전환되는 것을 보장한다. 이는 또한 반사층이 충분히 피복되어 방사선 에너지가 대기중으로 반사되어 돌아가지 않도록 하는 것을 보장한다.
"반투명(translucent)"은 입사 방사선을 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하는 성질을 갖는 재료에 관련된 것이다.
용어 '투명(transparent)"은 방사선 또는 입자가 거의 간섭없이 통과시키는 성질을 갖는 것을 지칭한다. 투명물질은 자신에게 입사된 방사선의 대부분을 투과시킨다. 본원발명에 있어서, 열변색층이 색소멸 모드에 있을 때, 이 층이 방사선 에너지에 높은 투명도를 달성하는 것이 바람직하다. 높은 투명도는 열변색층을 통과하는 방사선 에너지의 최대량이 반사층에 의하여 대기중으로 반사되어 돌아가도록 하는 것을 보장한다.
"반사율(reflectivity)"은 열방사선(heat radiation; 열에너지)을 반사하는 재료의 능력이다. 물리학에서, 이는 입산파의 에너지에 대한 반사파의 에너지의 비율(불연속 표면에 의하여 반사된 입사 방사선의 분율)을 의미한다. 본원발명에 있어서, 반사층 또는 기재층이 효율적으로 방사선 에너지를 반사하는 것이 중요하다. 대부분의 금속은 우수한 반사율 특성을 가지며, 따라서 대부분의 에너지를 반사한다. 본원발명에 있어서, 높은 반사율은 두가지의 장점을 부여한다:
(1) 따뜻한 달 동안에는, 라미네이트에 의하여 피복된 하부 구조물로부터 방사선 에너지를 반사시키는 것이 바람직하다.
(2) 열이 하부 구조물로부터 (예를 들면 가정 난방 장치를 통하여)발생되는 시원한 달 동안에는, 라미네이트에 의하여 하부 구조물로부터 발생된 방사선 에너지를 반사시켜 돌려보내는 것이 바람직하다.
본 열변색성 라미네이트은 하루중의 특정 기간에서 및 일년중의 특정 기간에서 이러한 특성을 이용한다. 주위온도가 기동영역을 넘어서 상증할 때에는, 반사층이 드러나서 방사선 에너지를 반사한다. 주위온도가 기동영역을 넘어서 떨어질 때에는, 열변색층이 반사층을 숨겨서 방사선 에너지를 다시 대기중으로 반사시키는 능력을 최소화하여 열흡수를 최대화한다. 따라서 본원발명의 방법은 하부 구조물 또는 물체의 온도를 조절하기 위하여 본 발명의 라미네이트를 이용하는 것을 포함한다.
"태양 반사율(solar reflectance)"은 문제가 되는 표면에 의하여 반사된 입사 태양 에너지(incident solar energy)의 분율이다. 이는 입사파의 에너지에 대한 반사파의 에너지의 비율이다. 따라서, 반사율 0.8은 입사파의 80% 반사율과 같다. 일반적으로, 이는 상기한 비율로 지칭되거나 퍼센티지로 전환된다.
반사율(reflectivity)을 측정하는 가장 표준적인 기술은 각 다른 파장에서의 반사율을 측정하는 적분구(integrating sphere)를 구비한 분광광도계 측정(spectrophotometris measurements)을 이용한다. 표준 태양 스펙트럼을 이용하는 평균화 프로세스(averaging process)가 평균 반사율을 측정한다. 이 방법은ASTM(American Society for Testing and Materials)에 의하여 표준 E903 및 E892로서 규정되어 있다.
"알베도(albedo)"는 반사율의 다른 용어이다.
"흡수(absorption)"는 방사선 에너지가 흡수되어 열과 같은 다른 형태의 에너지로 전환되는 프로세스이다. 흡수는 방사선속(radiant flux)이 미디움으로 들어온 후에만 일어난다. 따라서 흡수는 들어온 방사선속에만 작용하고, 그 일부가 미디움의 표면에서 반사될 수 있는 입사속에는 작용하지 않는다. 에너지를 흡수하는 물질은 또한 굴절, 회절, 또는 산란의 미디움이 될 수 있다; 그러나 이러한 프로세스들은 에너지 보유(energy retention) 또는 변환을 포함하지 않으며, 따라서 흡수와는 명확하게 구별될 수 있다.
"흡수율(absorptivity)"은 열역학에서 물체에 입사된 에너지에 대한 상기 물체에 의하여 흡수된 에너지의 비율을 지칭한다. 흡수율은 통상적으로 그리스 문자 알파에 의하여 표시되며, 실재 물체의 경우 0과 1사이의 수이다. 많은 실용적인 응용예에서, 분석을 단순화하기 위하여, 흡수율은 통상적으로 그리스 문자 엡실론으로 나타내는 방사율(emissivity)과 같다고 가정되지만, 이들은 일반적으로 실재의 물체에 있어서는 서로 다르다.
본 발명과의 관계에 있어서, 열변색성 재료는 많은 다른 색으로 공급될 수 있다. 본 라미네이트로부터 최대의 이익을 얻기 위해서는, 높은 흡수율을 갖는 (블랙, 또는 다크 브라운과 같은)다크 칼라가 권장될 것이다. 이러한 방식으로, 라미네이트가 열흡수 페이즈에 있을 때, 이 라미네이트는 가능한 한 빨리 그리고 많이열을 얻을 것이다. 다른 색조(tint)의 다크 칼라가 심미적인 관점에서 본 라미네이트에 대하여 사용될 수 있지만, 이는 흡수율을 감소시킬 수 있기 때문에 라미네이트의 전체 성능(total performance)에 영향을 미칠 것이다.
열변색성 라미네이트 온도가 기동영역의 아래에 있을 때, 상기 라미네이트가 열을 흡수하여 이를 그 하부 구조물내로 전달하여 상기 구조물을 가열하는 것은 본원발명의 라미네이트가 갖고 있는 바람직한 성질이다. 또한, 라미네이트 온도가 소정의 기동영역에 도달하였을 때, 본원발명의 열변색성 라미네이트는 흡수율을 변화시킨다. 온도가 기동영역의 아래에 있을 때, 상기 라미네이트는 발색(열흡수) 모드에 있다. 전형적인 구현예에서, 발색모드에 있는 본원발명의 라미네이트는 흡수율을 최대화하는 다크 불투명 칼라이다. 소정의 기동영역의 위에서, 상기 라미네이트는 투명 또는 반투명이 되는데, 이에 의하여 흡수율을 크게 감소시키고 반사층을 드러낸다.
"열전도도(heat conductivity)"는 한쪽 사이드에서 다른쪽 사이드로 열을 전달하는 재료의 능력이다. 라미네이트가 기동영역의 아래에 있을 때, 하부의 반사층이 용이하게 열을 하부구조물로 전도하는 것이 중요하다. 발색된 열변색층(최대 흡수율)과 결합되었을 때, 열변색층에서 발생된 열이 상기 열변색성 라미네이트에 의하여 피복된 상기 구조물 내로 용이하게 전달되는 것이 바람직하다. 이는, 특히 상기 라미네이트에 의하여 피복되어 있는 구조물내에, 즉 다락(attic)내에 잉여의 열이 있을 때, 상기 구조물 밖으로 열을 전달시키는 경우에 바람직한 성질이다. 이러한 특성의 장점은 예를 들면 가옥의 다락이 과잉의 열을 갖을 매우 더운 날이 저물때 드러날 수 있다. 다락내의 가열된 공기는 대류에 의하여 열을 지붕으로 전달하며, 지붕은 다시 열을 전도에 의하여 바깥쪽의 반사층으로 전달한다. 이때가 바로 반사층에 전달된 열이 전달되어 구조물 밖으로 방출될 필요가 있는 때이다.
금속은 매우 우수한 열전도체이다. 이는 금속이, 금속을 통하여 비교적 자유롭게 이동하며 한 영역의 열을 다른 영역으로 전달할 수 있는 많은 수의 전자를 함유하고 있기 때문이다. 석면, 코르크, 종이, 및 유리섬유와 같은 재료는 열의 불량도체이다. 금속 기재층을 이용하는 본원발명의 구현예에 있어서, 금속의 이 성질은 유리하다. 예를 들면, 외부온도가 기동영역의 아래에 있을 때, 발색 열변색층을 통하여 흡수된 열은 전도를 통하여 반사 알루미늄층에 전달되고, 반사층은 이 열을 다시 구조물로 전달한다.
일반적으로, "전도"는 물질을 통한 직접적인 열흐름(분자운동)이다. 이는 동일한 물체의 한 부분과 다른 부분과의 실제의 물리적 접촉 또는 한 물체와 다른 물체의 실제의 물리적 접촉의 결과이다. 예를 들면, 철봉의 한쪽 단부가 가열되면, 열은 이 철금속을 통하여 다른 쪽 단부로 전도에 의하여 이동한다; 이 열은 또한 표면으로도 이동하여, 저밀도이지만 역시 다른 물체인 주위의 공기로 전도된다. 두 고체 사이의 접촉을 통한 전도의 한 예는 핫 스토브의 고체표면상의 요리 냄비이다. 재료사이에 가능한 가장 큰 열흐름은 고체 사이에 직접적인 전도가 있는 경우이다. 열은 항상 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 전도되지, 차가운 곳에서 따뜻한 곳으로 전도되지 않으며, 항상 가장 짧고 가장 쉬운 루트를 통하여 이동한다.
일반적으로, 물질의 밀도가 클수록, 이는 더 좋은 전도체이다. 단단한 바위,유리, 및 알루미늄은 매우 밀도가 커서 우수한 열전도체이다. 공기를 혼합하여 이들의 밀도를 감소시키면, 이들의 전도도는 저하된다.
"대류(convection)"는 물질 자체의 실제 흐름(질량 운동)에 의하여 야기되는 기체 또는 액체 내에서의 열전달이다. 건물의 공간에서, 자연적인 대류 열흐름은 약간 측면방향(sideways)이지만 대체적으로 상방향이며, 하방향은 아니다. 이는 "자유대류(free convection)"라고 불린다. 예를 들면, 따뜻한 스토브, 사람, 마루, 벽 등은 자신과 접촉하는 차가운 공기에게 전도에 의하여 열을 잃는다. 이 더해진 열은 공기 분자를 활성화하여 공기는 팽창하고 밀도가 작아져 상승한다. 더 차갑고 무거운 공기가 측면 및 하부에서 밀려와 이를 대신한다. "뜨거운 공기는 상승한다"는 대중적인 표현은 굴뚝 또는 담배로부터 상승하는 연기로부터 그 예를 찾을 수 있다. 이 운동은 난류적인 상방향이며, 측면방향(sideways) 운동 성분을 갖고 있다. 대류는 또한 팬에 의하여 기계적으로 유도될 수도 있다. 이는 "강제 대류(forced convection)"이다.
"방사율(emissivity)"은 방사선이 방출되는 비율이다. 어느 물체의 방사선 흡수는 그 표면의 흡수계수(absorptivity factor; 방사율의 역수)에 비례한다. 열역학에서, 동일한 환경내의 동일한 온도의 이상 흑체(perpect blackbody) 방사체에 의하여 발생될 방사선에 대한 어느 물체에 의하여 방출되는 방사선의 비율을 지칭한다. 방사율은 통상적으로 그리스 문자 ε에 의하여 나타내지고, 실재 물체의 경우 1미만이다.
두 물체가 동일하다고 할지라도, 하나의 물체의 표면이 90% 방사율의 재료로피복되어 있고, 다른 물체의 표면은 5% 방사율의 재료로 피복되어 있으면, 이들 두물체로부터의 방사선 흐름의 비율에는 극적인 차이가 생길 것이다. 이는 다른 재료로 피복되어 있으며, 동일하게 가열된 4개의 철방사체를 비교하면 알 수 있다. 하나는 알루미늄 페인트로 칠하고, 다른 것은 보통의 에나멜로 칠한다. 세번째 것은 석면으로 피복하고, 네번째 것은 알루미늄 호일로 피복한다. 모두 동일한 초기온도를 갖고 있지만, 알루미늄 호일로 피복된 것은 제일 적게, 예를 들면 약 5% 방사율의 비율로 방사할 것이다. 보통의 페인트 또는 석면으로 피복된 방사체는, 이들이 가장 큰 방사율(보통의 철보다 큼)을 갖고 있기 때문에, 가장 많이 방사할 것이다. 알루미늄 페인트 또는 호일 위에 보통의 페인트로 칠하면 그 표면이 90% 방사율로 변화된다.
예를 들면, 종이, 아스팔트, 목재, 유리 및 암석과 같이 그 표면이 적외선을 별로 반사하지 않는 재료는 80% ~ 93% 범위의 흡수율 및 방사율을 갖는다. 벽돌, 바위, 종이 등과 같이 건물건축에 사용되는 대부분의 재료는 칼라에 관계없이 약 90%로 적외선 방사선을 흡수한다. 거울 유리는 우수한 광반사체이지만 적외선 방사선의 불량 반사체라는 사실을 주목하는 것은 흥미있다. 거울은 블랙 페인트 코팅에 의하여 적외선에 대하여도 거의 동일한 반사율을 갖는다.
하루중의 특정 기간에서 및 일년중의 특정 기간에, 방사선 에너지를 투과하는 재료의 능력은 바람직한 특성이다. 라미네이트 온도가 기동영역 위에 있을 때, 상기 재료는, 반사층에 의하여 피복된 구조물내로 방사선 에너지를 적게 투과하는 것을 뜻하는, 낮은 방사율을 갖는 것이 바람직하다.
그럼에도 불구하고, 낮은 방사율이 항상 바람직한 특성은 아니다. 구조물(즉, 다락) 내에 과잉의 저장열이 존재하는 경우, 상기 구조물내에 저장된 과잉 에너지를 방출하기 위하여 방사율이 큰 것이 바람직하다. 다행스럽게도, (다른 많은 바람직한 특성을 갖는) 알루미늄 호일과 같은 낮은 방사율 재료도 사용될 수 있는데, 이는 본 열변색층이 매우 방사율이 높아서 알루미늄 층을 피복하면 알루미늄 호일의 방사율을 높이는 효력이 있기 때문이다.
"적외선 방출율(infrared emittance)"은 따뜻한 또는 뜨거운 재료가 그 열의 일부를 적외선 방사선의 형태로 방출하는 능력을 측정하는 0 ~ 1 사이의 파라미터이다. 이 방사선 에너지의 파장 범위는 약 5 ~ 40마이크로미터이다. 유리를 포함하는 대부분의 건물 재료는 이 부분의 스펙트럼에 불투과성(opaque)이며, 약 0.9의 방출율을 갖는다. 깨끗한 나금속(裸金屬)(bare metal)과 같은 재료는 0.9 규칙에 대한 가장 중요한 예외이다. 따라서, 깨끗한 더럼이 없는 아연도금강(galvanized steel)은 매우 낮은 방출율을 가지며, 알루미늄 지붕코팅은 중간 수준의 방출율을 갖는다. 1의 방출율을 갖는 재료("흑체")는 주위온도 위의 매 1도C에 대하여 약 6.1와트/제곱미터로 방출한다.
일반적으로, "방사선(radiation)"은 공간을 통한 전자기선의 투과이다. 전파(radio wave)와 같이 방사선은 보이지 않는다. 태양, 빙산, 스토브 또는 레이디에이터, 인간, 동물, 가구, 천장, 벽, 마루 등을 포함하여 절대 영도 위의 온도를 갖는 모든 재료는 방사선 에너지를 방출한다. 방사선 에너지는 이들 물체로부터 모든 방향으로 직선으로, 방사선이 다른 물체에 의하여 반사되거나 흡수될 때까지,방출된다. 이들 광선(ray)은 빛의 속도로 이동하며, 보이지 않으며, 또한 이들은 온도를갖고 있지 않으며 에너지만을 갖는다. 방사선 에너지가 다른 물체의 표면을 때릴 때, 이들 광선은 흡수되고, 이때가 되어서야 물체에서 열이 발생된다. 이 열은 전도에 의하여 물체를 통하여 퍼진다.
"방사 에너지(radiant energy)"는 전자기 방사선에 의하여 전달되는 에너지이다. 이 방사선이 그 경로중의 어느 물체에 의하여 흡수되면, 이 방사선은 부분적으로 또는 완전히 흡수될 수 있으며, 몇몇 다른 형태로 변환된다. 예를 들면, 마이크로웨이브 방사선(약 5GHz 근체의 전자기 방사선)이 음식물내의 물에 의하여 흡수되어 열로 변환될 때 그러하다.
"방사가열(radiant heating)"은 방사선(방출)이 방출되는 비율이다. 어느 물체의 방사선 흡수는 그 표면의 흡수계수(방사율의 역수)에 비례한다.
본원발명의 이전에, 동적이면서도 수동적인 열흡수 및 반사 시스템을 창출하기 위하여 다른 재료와 공동으로 사용될 수 있는 열변색성 재료는 알려지지 않았다. 도 1-4에 나타나 있듯이, 본원발명에 따른 라미네이트는 건물, 차량 및 도기표면(earthen surfaces)과 같은 하부 구조물의 온도를 조절하는 것을 돕는데 사용될 수 있다.
하기 표는 본 발명의 핵심적인 태양을 나타낸다.
[표 1]
온도 열변색층 반사층 (즉, 알루미늄 호일) 열변색성 라미네이트 상태 결과
기동 영역 아래 불투명 비가시적 흡수성 방사 에너지는 열변색층에 의해 차단되어 열로 전환된다. 이어서, 열은 전도에 의해 반사층으로 전달되고, 다시 방사 및 전도에 의해 구조물로 전달된다.
기동 영역 위 투명 가시적 반사성 방사 에너지는 투명한 열변색층을 통과하고 반사층에 의해 대기중으로 다시 역반사된다.
본 발명의 다른 잇점은 라미네이트의 중량이 가벼워서 지붕-하중이 감소되며, 이들 라미네이트를 이용하면 보다 적은 용량의 냉방 시스템을 설치하여도 무방하므로 냉방 부담이 적어진다는 점이다.
서로 다른 싱글들(shingles)을 이용하여 여러가지 결과를 얻을 수 있다. 태양 스펙트럼의 에너지 강도 (W/㎡ nm)는 가시강선 영역에서 최고이며 태양 에너지 함량 전체의 약 60%는 이 주파수 범위에 포함된다.
[표 2] 플로리다 태양 에너지 센터 FSEC-CR-670-93에 의거
싱글색상 / 물질 반사율 (%) 원적외선방출율
태양 반사율 자외선 반사율 가시광선 반사율 원적외선 반사율
알루미늄 71.3 75.0 74.0 68.7 0.04
보통 검정 5.0 4.6 5.3 4.8 0.91
표 2에서 보면, 블랙 싱글(Black shingle)은 태양 에너지의 모든 밴드에 대하여 매우 낮은 반사율을 나타낸다. 그러나, 블랙 싱글은 높은 방출율을 가지며 열을 방출하고 매우 잘 흡수한다. 반대로, 알루미늄 싱글은 태양 에너지에 대하여 탁월한 반사율을 가지나 방출율은 매우 낮은데, 즉 열 방출이 매우 불량하다.
플로리다 솔라 에너지 센터 스터디 #FSEC-CR-670-93에 의거하면, 낮은 알루미늄 방사율은 지붕 및 판벽 용도로 적합하다. 주간의 태양 주기에서 구조물은 열에너지를 획득하며, 낮은 알루미늄 방사율로 인해 다른 소재에 비해 더 긴 시간 동안 구조물 안에 열이 남아있도록 한다.
본 발명의 열변색성 라미네이트는 알루미늄의 방사율을 증가시킨다는 잇점이 있다. 열변색층은 반사용 알루미늄층 위에 위치하기 때문에 발색 모드에서 열변색층은 알루미늄층의 방사율을 증가시켜서 포획되어 있는 열이 방출되도록 한다.
요약하면, 본 발명의 라미네이트는,
1) 하절기에는 표준 싱글보다 적은 열을 획득해서 하부의 구조물이 서늘해지도록 하고;
2) 구조물로 방사 에너지를 다시 반사시키는 본 발명의 라미네이트의 반사층으로 인해 동절기에는 싱글보다 더 많은 열을 보유하며;
3) 동절기에는 반사만 시키는 지붕보다 더 많은 열을 획득하고;
4) 하절기에는 열변색성 물질만인 경우보다 적은 열을 획득하며;
5) 금속 호일이나 알루미늄 시트만인 경우보다 더 높은 방사율을 갖는다.
알루미늄 호일은 본 발명의 열변색성 라미네이트의 반사층으로서 사용하기에 바람직한 물질중 하나이다. 알루미늄은 방사 에너지의 효율적인 반사체이고, 용이하게 입수가능하며 쉽게 재활용될 수 있다. 또한, 알루미늄은 저 방사율 물질이다.
일반적으로, 낮은 방사율은 장점이자 단점이다. 낮은 방사율은 발열에 있어서는 매우 바람직하다. 그러나, 구조물에 열이 축적되면 낮은 방사율로 인해 과량의 열 방출이 저지된다. 즉, 알루미늄은 매우 낮은 방사율로 인해 반사용 지붕의 바람직한 소재로서 널리 인식되지는 않지만, 본 발명에서와 같은 발색 모드에 있는열변색층과 커플링되면 그의 방사율이 증가하여 블랙 싱글보다 더 밀접하게 긴급한게 조화된다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 태양으로부터의 열에너지가 지붕을 가열하면 대부분의 열은 지붕의 외장재를 통해 지붕 외장재의 내면으로 전도될 것이다. 이어서, 전도된 열은 지붕밑 공간을 가로질러서 다음 물질, 지붕밑 절연재 또는 지붕밑 층(attic floor)으로 이동한다. 지붕 표면과 지붕밑 층 사이에 있는 여러 군데중 한곳에 적당하게 설치되어 있는 방사장벽(radiation barrier)은 방사열 흐름을 현저하게 감소시킬 것이다.
방사장벽은 열 전달을 감소시킨다. 열은 전도, 대류 및 방사에 의해 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 유동한다. 두가지 물질이 물리적으로 직접 접촉하는 경우에 열은 전도에 의해 더 뜨거운 물질에서 더 차가운 물질로 유동한다. 액체나 기체가 가열되어 덜 조밀해지고 상승하면 자연 대류에 의한 열 전달이 발생한다. 열방사선, 즉 방사열은 뜨거운 표면에서부터 일직선으로 방출되어 그 경로상에서 그 에너지를 흡수하는 임의의 물체를 가열한다.
공간 열 손실을 감소시키는 방사장벽을 이용하는 것은 복합적인 테스트 결과를 나타내는데, 어떤 경우에는 방사장벽을 이용하면 동계 태양 이득의 잇점 이용하지 않음으로써 난방 비용이 증가된다. 방사장벽은 더 추운 기후에서는 에너지 절약 가능성이 훨씬 낮은 경향이 있다. 만약 추운 기후에서 산다면 방사장벽 설치를 권유하지 않을 것이다. 방사장벽은 하절기 방사열 이득을 차단하여 냉방 비용을 절약하는데 가장 효과적이다. 추운 기후에서는 대개 냉방에 대한 선호도가 난방보다 훨씬 낮다. 방사장벽은 열을 가옥내에 잡아두는데에는 어느 정도 효과적일 수 있지만, 동절기의 방사 태양열 이득을 지붕밑에서 차단할 수도 있다 (출처: Energy Efficiency and Renewable Energy Network (EREN) - US Dept. of Energy Consumer Energy Information: EREC Reference Briefs - Radiant Barrier). 통상, 본 발명은 동절기 중에는 구조물을 난방하는 에너지원이 에너지-소모형 난로 또는 히트 펌프이고 하절기 중에는 열원이 태양이라는 잇점이 있다.
본 발명의 라미네이트가 하부 구조물이 표면 상에 위치하는 경우에는 수반되는 열 에너지에 의해 구조물 또는 표면이 손상되지 않도록 하고 전기 또는 전자 제어기, 모터 또는 위치제어장치 없이도 하부 구조물의 온도를 제어할 수 있어서 에너지와 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 수동적인 동적 라미네이트의 다른 잠재적인 용도는 태양광 또는 다른 형태의 열방사선에 노출되는 지붕 소재 또는 표면에 사용되는 다른 소재를 제조하는데 사용될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 그 일 구현예로서, 본 명세서에 개시된 라미네이트 시스템은 72℉에서 기동 (또는 에너지-흡수 모드에서 에너지-반사 모드로, 또는 그 역으로 스위치)되도록 설정될 수 있다. 주위 온도가 소정의 기동 온도인 72℉ 위로 상승하면 열변색층은 투명한 상태가 되어 반사 물질을 나타낸다. 이 시점에서는 반사 물질이 태양광 (이 실시예에서 열 / 열방사선의 소스임)을 반사시키기 시작할 것이며 지붕을 통해 흡수되는 열의 양이 감소할 것이다. 반대로, 주위 온도가 72℉ 아래로 떨어지면, 열변색층이 불투명 / 발색 상태로 변해서 반사 물질을 효과적으로 은폐시켜서 상당량의 태양광을 열 에너지로 전환시킨다. 검정색과 같이 매우 낮은 반사율의 색상으로 변화시키는 열변색층을 선택하면 열 흡수율을 최대화시킨다. 이어서, 열은 전도에 의해 하부 구조물로 전달된다.
열변색층을 최적화시켜서 모든 파장의 열방사선에 대해 최대량의 불투명도를 제공한다. 또한, 열변색층이 투명한 상태에서는 소망하는 최대 반사율을 제공하고 불투명 / 발색 상태에서는 소망하는 최대 열 전도율을 제공하도록 반사층을 선택할 수 있다.
모델 구축 및 제조
테스트를 위해 2개의 미니어쳐 지붕 모델을 만들었다. 상기 모델은 지붕용 표준 목재(두께 1/2인치)를 사용하여 제조하였다. 대략적으로 상기 지붕의 측면은 각각 1 ft. X 1 ft. 이었다. 이어서 모든 이음매를 밀봉하고 편평한 목재 바닥에 부착시켰다. 다음으로 상기 지붕 측면 중 하나를 슬릿화시켜 온도 측정 프로브를 삽입하였다. 상기 슬릿을 절연 물질로 패치하고 지붕의 내부 챔버를 밀봉 상태로 유지하였다. 시중에서 구입가능한 오웬스 코닝 클래식 싱글(Owens Corning ClassicShingles; Asphalt FiberGlas- Onyx Black)를 바닥으로 여겨지는 상기 제1 모델에 부착시켰다. 상기 제2 모델을 사용하여 표준 싱글(shingle) 지붕 모델에 대한 다른 물질 조합을 테스트하였다.
열 공급원
대부분의 성능 테스트에서, 상기 모델을 개방된 영역 외부에 위치시켰다. 다른 성능 테스트에서, 2개의 125와트 적외선 열 램프를 사용하여 열 에너지를 공급하였다.
열변색성 라미네이트의 제조
열변색성 라미네이트는 2가지 주요부를 갖는다; 열변색성 상부층 및 반사성 기재층. 상기 열변색층은 크로미칼라 패스트 블랙 열변색성 잉크(Chromicolor Fast Black thermochromic ink; 일본 Matsui Shikiso chemical Co. International, Inc. 제조)를 사용하여 제조하였다. 다음으로 상기 열변색성 잉크를 중성 실크 스크린 클리어(Silk Screen Clear) 제품(일본 Matsui Shikiso chemical Co. International, Inc. 제조)과 혼합하여 열변색성 잉크가 플라스틱 기재상에 부착하는 것을 용이하게 하였다. 상기 2개의 제품을 1:1의 비율로 혼합한 후 실크 스크린 방법으로 플라스틱 필름에 가하였다. 상기 실크 스크린 방법은 균일한 두께로 열변색성 잉크가 도포될 수 있게 한다. 상기 열변색층을 플라스틱 기재상에서 방치하여 건조시켰다. 상기 열변색성 잉크의 제2층을 상기 플라스틱 기재상에 도포한 후 건조시켜 열변색층의 두께/불투명도를 증가시켰다. 상기 열변색층의 최종 두께는 약 1 내지 1.5밀리미터이다.
반사성 기재층을 제조하기 위하여, 시판중인 표준 알루미늄 호일을 사용하였다. 알루미늄 호일이 열을 우수하게 반사하고 전도하므로 반사층의 소재로 선택하였다. 일반적으로 알루미늄 자체는 매우 낮은 방사율(약 0.04)로 인해 지붕 제조용으로는 잘 사용되지 않지만, 알루미늄에 적층되는 열변색성 소재와 조합하는 경우 그 방사율이 증가되므로 사용이 가능해진다. 또한 알루미늄은 환경친화적이고 경제적인 소재이다.
이어서 상기 2개 층을 서로 여유있게 부착시켜 상기 라미네이트를 제조하였다. 상기 라미네이트를 상기 지붕 모델 중 하나에 단단히 부착시키고나서 상기 반사층을 편평하게 도포한 후 목제 지붕과 접하게 하였다. 이 경우 열간 적층 공정이 상기 열변색층에 악영향을 끼칠 수 있으므로 냉간 적층 공정을 사용하는 것이 좋다. (참조: Dynacolor brand (Chromatic technologies Inc.제조) 및 Type B(Chemsong, Inc. 제조) 열변색성 잉크와 같은 시중에서 구입가능한 다른 열변색성 잉크를 마찬가지로 테스트하였다. 이들 열변색성 잉크는 건조속도, 굳기 및 불투명도와 같은 측면에서 상기 용도로는 불충분하였다. 또한 상기 열변색성 잉크는 다른 많은 제제에 포함되어 있으며, 다른 용도로도 사용할 수 있음을 주목해야 한다.)
다른 많은 반사 물질이 또한 지속적으로 사용될 수 있다. 예를 들어 알루미늄, 구리, 황동, 아연도금 철판, 금, 은, 금속 합금, 특수 가소성 고분자 등이 있다. 이들이 1) 복사 에너지를 충분히 반사하는 한, 2) 우수한 열 전도성을 가지며 3) 낮은 방사율을 갖는다. 참고: 반사층의 방사율은 상기 열변색층이 색 발현 모드에 있는 경우 증가한다.
일반적으로, 소수의 금속만이 상기 3가지 성질을 만족시킨다. 또한 유리로 된 거울은 빛을 반사시키는 성질을 뛰어나지만 적외선 반사는 열악하다는 사실은 흥미롭다. 거울은 검정 페인트 도포층과 대략적으로 동일한 적외선 반사성을 갖는다.
적층 공정
적층에 대해서는 일반적으로 두가지 주요 방법이 있다. 첫번째는 열간 적층이며, 두번째는 냉간 적층이다. 열간 적층 공정이 열활성 접착제를 사용하여 필름의 두 면을 결합시키고 냉간 적층 공정이 압력활성 접착제 또는 자외선 활성 접착제를 사용한다는 사실을 제외하면 상기 방법은 기본적으로 동일하다. 상기 필름을 결합시키기 위하여 사용되는 열이 매우 높은 수준으로 사용되어 열변색층에 악영향을 미칠 수 있으므로 열간 또는 온난 적층은 상기 단계에서는 사용하지 않는 것이 바람직하다.
온도 기록
4-채널 데이타 로거(HOBO 4-channel External Data Logger; Onset Computer Corporation)를 사용하여 1분 간격으로 동시 실시간 온도 데이타를 제공하였다. 3개의 온도 측정 프로브를 사용하였다; 하나는 외부 대기 온도를 측정하는 것이고, 나머지 2개는 상기 미니어쳐 지붕 모델 내부의 온도를 측정하기 위한 것이다.
상기 온도 측정 프로브를 모델 내부에 위치시킨 후 바닥에 테이프로 고정하였다(하기 도면 참조). 싱글(shingle)만으로 이루어진 제2 모델 뿐만 아니라 주위온도를 측정하는 프로브도 있다.
테스트 과정
모든 테스트 단계에서, 2개의 지붕 모델은 항상 동시에 측정하였다. 상기 주위 온도는 외부 프로브가 덮이지 않은 상태로 측정하였다. 모든 테스트는 바닥(싱글로 덮인 모델) 대 열변색성 라미네이트 또는 다른 구조의 덮개를 측정하였다. 테스트는 또한 열변색성 라미네이트를 구성하는 다른 부분에 대해 개별적으로 수행되어, 상기 라미네이트가 자신을 구성하는 물질보다 더 효과적임을 입증하였다.
대부분의 테스트 단계는 5 내지 7일 동안 수행되었으며, 이 기간 동안 상기 모델들은 실외에 방치되어 가장 정확한 실제상황의 결과를 제공하였다. 단기간의 다른 테스트(2 내지 5시간)를 또한 실내에서 수행하여 상기 열변색성 라미네이트 또는 그 구성 부분의 특이적 성질을 테스트하였다.
차트 1
차트 2 및 표 3은 상기 시험 결과를 요약한 것으로, 상기 라미네이트의 성질이 하루중 특정 시간대에 활성화됨을 알 수 있다. 일반적으로 온도가 올라가는 오전에 상기 라미네이트는 색발현된 열변색층을 통과한 후 전도성을 통해 제2 반사층(이 경우 알루미늄 호일)에 전달된 열을 흡수한다. 이어서 상기 열은 전도성을 통해 상기 구조물을 통과하게 된다. 방사율이 매우 중요한 역할을 하지만 이 단계에서는 중요하지 않다.
[표 3]
기동 시점 열 상승(예를 들어 하루중 제1 절반) 열 하강(예를 들어 하루중 제2 절반)
기동 시점 이하 기동 시점 이상 기동 시점 이상 기동 시점 이하
반사성 √ √
흡수성 √ √
방사성 √ 약함 √
열 전도성 √ √
세그먼트 2와 3에서, 반사율은 중요한 역할을 수행하는 성질이다. 열변색성 상부 층이 기동 영역을 통과하면, 탈색 모드로 전환된다. 상기 반사성 기재층이 드러나서 기재층의 반사를 가능하게 한다.
세그먼트 4에서, 열변색성 상부 층이 색발현 모드로 전환됨에 따라 바닥 반사층의 반사성은 사라지게 된다.
알루미늄 호일 및 다른 금속 호일 자체의 방사율은 가장 바람직한 것은 아니지만, 그럼에도 불구하고 상기 라미네이트는 상기 반사층의 방사율을 증가시키는 능력을 가지므로 상기 싱글(shingle)의 방사율과 밀접하게 유사해진다.
차트 2
차트 2는 직접적으로 제시되는 곡선을 나타내며, 상기 데이타를 요약한 것으로 열변색성 라미네이트의 성질상의 차이점을 나타낸다.
차트 2의 곡선은 4개의 다른 세그먼트로 구별된다. 각 세그먼트는 상기 라미네이트에 관한 다른 변화단계에 관한 것이다. 세그먼트 1은 하루중 주변 온도가 최소점인 시점부터, 상기 열변색층이 투명/반투명이 되는 열변색성 라미네이트 기동 온도에 도달한 시점까지의 측정값들을 나타낸다. 세그먼트 2는 주위 온도가 기동 영역에 도달한 시점부터, 하루중 최고 주위 온도에 도달한 시점까지의 측정값들을 나타낸다. 세그먼트 3은 최고 주위온도인 시점부터, 주위 온도가 기동 영역 이하로 떨어져서 열변색층이 불투명해지는 시점까지의 측정값들을 나타낸다. 그리고 최종적으로 세그먼트 4는 주위온도가 기동 시점과 교차하는 시점으로부터 최소 온도까지의 측정값들을 나타낸다.
세그먼트 1에서, 열변색성 라미네이트는 "흡수 모드"로 존재하며, 본 발명자들은 상기 싱글 및 열변색성 라미네이트가 매두 유사한 속도로 열을 얻는다는 것을 알게 되었다. 실제적으로 상기 싱글은 열변색성 라미네이트보다 약간 더 빠르게(약 4%) 열이 증가한다. 이러한 결과를 통해, 상기 라미네이트가 열을 흡수하고 구조물 내부로 열을 전달하는 과정으로 인해 상기 열변색성 라미네이트의 흡수율이 상기 싱글과 매우 유사함을 알 수 있다. 순수한 반사성 지붕은 이 시점에서 방사 에너지를 반사하게 되고, 모든 잠재적 태양 이득을 거부하게 된다.
세그먼트 2 및 3에서, 상기 열변색성 라미네이트는 "반사 모드"로 존재하며, 본 발명자들은 상기 열변색성 라미네이트로 덮인 모델의 열 증가 속도가 떨어지기 시작할 때까지 상기 싱글로 덮인 모델이 계속하여 열이 증가함을 알게 되었다. 세그먼트 2에서, 상기 싱글로 덮인 모델의 내부 열은 열변색성 라미네이트로 덮인 모델보다 속도가 78% 더 빠르게 증가한다. 세그먼트 2 및 3에서 상기 기동 시점에서 상기 영역을 관찰하면, 상기 열변색성 라미네이트 모델은 상기 싱글로 덮인 모델보다 평균 52% 더 적게 덮고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 상기 열변색성 라미네이트가 구조물로부터 방사 에너지를 성공적으로 반사하는 기능을 하고 있음을 알 수 있다.
세그먼트 4에서, 상기 열변색성 라미네이트는 흡수모드로 돌아게 되며, 알루미늄의 일반적인 낮은 방사율이 상기 싱글과 매우 유사한 수준까지 증가되었음을 알 수 있다. 상기 싱글로 덮인 모델은 열변색성 라미네이트보다 속도가 5% 더 빠르게 열을 잃어버린다. 상기 열변색성 라미네이트는 밤새 더 많은 열을 계속해서 유지하게 되며, 12시간 정도의 사간 동안 상기 싱글 모델보다 평균 약 0.5도 정도 더 따뜻해진다.
쾌적 영역
화씨 75 내지 85 사이를 온도 쾌적 영역으로 정의할 수 있으며, 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이 쾌적한 범위로 머물기 위하여 상기 구조물이 어떤 내부 냉각도 필요하지 않은 온도 범위이다.
차트 2의 분석을 통해, 상기 열변색성 라미네이트로 덮인 모델은 216분 동안 쾌적 영역에 머물렀지만, 상기 싱글로 덮인 모델은 단지 142분 동안 쾌적 영역에 머물렀음을 알 수 있다. 상기 열변색성 라미네이트는 상기 싱글보다 52% 더 긴 시간 동안 쾌적 영역에 머물렀다. 또한, 상기 열변색성 라미네이트는 203분 동안 쾌적영역보다 단지 평균 화씨 2.1도 이상 높았지만, 싱글의 경우엔 299분 동안 쾌적영역보다 5.8도 이상 높았다.
[표 4]
화씨 75 내지 85도 전체 쾌적 영역 시간 (분)
열변색성 라미네이트 216
싱글 142
차이 74
열변색성 라미네이트는 일상적인 싱글보다 52% 더 높은 쾌적 영역을 갖는다
[표 5]
85도 이상의 온도 쾌적 영역 이상의 전체 시간 쾌적 영역 이상의 평균 온도 차이 (평균-85)
싱글 299 90.82 5.8 299분 동안 쾌적 영역 이상
열변색성 라미네이트 203 87.10 2.1 203분 동안 쾌적 영역 이상
차이(분) 96
실질적으로, 상기 본 발명의 열변색성 라미네이트는 지붕용 시스템 등에 온/오프 스위치와 같은 작용을 제공한다. 시간적으로 바람직한 시점에 방사 에너지에 대하여 상기 구조물이 흡수성 또는 반사성이 되도록 한다. 대조적으로, 다른 구조물의 덮개는 외부 온도 조건에 동적으로 반응하는 기능을 갖고 있지 않다. 덮개는 하기 두 경우중 하나의 기능을 수행한다:
- 항상 방사 에너지를 흡수하는 경우(표준 아스팔트 싱글처럼), 이 경우엔 더운 지역이나 온도가 증가하는 경우에는 매우 불리하게 작용하게 된다; 또는
- 항상 반사하는 경우(반사 구조물 덮개처럼), 이 경우엔 온화/추운 지역이나 온도가 떨어지는 경우 매우 불리하게 작용된다.
본 발명의 열변색성 라미네이트의 특징은 하기 내용을 포함한다:
- 동적 흡수성/반사성
- 동적 방사율
- 방사 배리어
본 발명의 열변색성 라미네이트는 주위 온도가 어떤 기동 영역 이하인 경우(즉 화씨 80도 근처) 태양 이득을 이용한다. 상기 열변색성 라미네이트는 필요시 열을 흡수하여 덮고 있는 구조물 내부로 열을 전달한다.
상기 열변색성 라미네이트는 주위 온도가 어떤 기동 영역 이상인 경우(즉 화씨 80도 근처) 태양 이득을 거부하게 된다. 따라서 상기 열변색성 라미네이트는 필요시 덮고 있는 구조물로부터 방사 에너지를 외부로 반사시킨다.
본 발명의 열변색성 라미네이트는 높은 온도에서 반사성이고, 낮은 온도에서는 흡수성이다. 또한 상기 라미네이트는 반사층이 보이는 경우 방사 에너지를 외부에서 유지시키거나, 방사 에너지의 공급원이 실내인 경우에는 방사에너지를 집으로 다시 돌려보내는 방사 에너지 베리어로서 작용한다.
알루미늄은 매우 좋은 반사 물질이지만, 지붕용 반사 시스템에서는 매우 낮은 방사율로 인해 좋은 소재가 아니라고 여겨진다. 방사율은 적외선 방사의 형태로 열의 일부를 발산하는 따뜻하거나 뜨거운 물질의 능력을 측정한 값으로서 0 내지 1 사이의 파라미터이다. 시간에 따라 일부 열을 얻지만 상기 열을 방출하는데는 매우 긴 시간이 걸리게 된다.
지붕의 열적 성능에서 가장 적합한 성질은 태양빛을 완전히 반사하고 시료의 적외선을 방출하는 것이다. 이상적으로는, 냉각 부담을 감소시키기 위하여 고안된 지붕용 시스템은 매우 높은 적외선 방출율(수집된 모든 열을 즉시 방출)을 가지면서 매우 높은 태양빛 반사율(태양 방사를 거부)을 갖게 된다.
본 발명에는 다른 많은 장점이 있다. 특정 색채와 일치시키기 위하여 상기 색을 조절할 수 있다(즉 갈색 벽돌집의 소유자는 상기 벽돌과 일치시키기 위하여 암갈색 열변색성 라미네이트 타일을 갖도록 선택할 수 있다). 이것은 다른 색이 다른 열 흡수율을 가지므로 상기 타일의 전체적인 효율을 변화시킬 수 있다(예를 들어 검정 타일은 백색 타일보다 더 뜨거워진다)
더욱이 필름 또는 라미네이트와 같은 추가 층이 상부, 바닥 또는 열변색성 라미네이트 시스템 사이에 추가될 수 있다. 이것은 보호, 절연, 방화, 자외선 보호, 여과, 방수, 내후, 깔개(underlayment) 및/또는 접착성 스트립을 위해 유용할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 상기 열변색성 라미네이트 조성물은 지붕용 쓰리-탭 싱글과 같은 특정 형태 또는 크기로 성형 또는 절단되거나, 비닐 사이딩과 함께 통합될 수 있다.
본 발명의 장점은 동적 가열/냉각 조절 시스템을 포함한다.
본 발명의 시스템은 수동적이고 소정의 온도 변화에 자동적으로 반응한다. 예를 들어, 본 발명의 열변색성 라미네이트는 작동을 위해 전기적 에너지의 입력을 요구하지 않는다. 따라서, 이들은 전기 전력 시스템의 고장 시에도 작동할 수 있다.
본 발명의 열변색성 라미네이트는 구조물에 의해 흡수된 열의 함량을 동적으로 최대화시키거나 최소화시켜 에너지를 절약하게 해준다. 플로리다 솔라 에너지 센터(Florida Solar Energy Center, Central Florida 대학교의 연구기관; FSEC-PF-293-95)의 연구에 의하면, 통상의 어두운 색의 지붕 타일과 비교하여, 백색(높은 반사율) 지붕용 시스템은 하절기에 평균 19% 내지 43%까지의 AC 전기를 절약하게 해준다. 본 발명에 따르는 열변색성 라미네이트 시스템은 더 우수하지는 않더라도 좋은 결과를 얻을 수 있으며, 일년 365일, 24시간 효과를 유지한다. 집이 열변색성 라미네이트 시스템 사이딩이 설치된다면 또 다른 이익이 얻어질 수 있다. 상기 연구에 따르면, 증거를 통해 반사 지붕을 갖춘 집이 있는 공동체는 이웃의 주위 대기 온도를 감소시키며 도시 열섬 효과의 크기를 감소시키는 것을 알 수 있다(실제적으로 이웃이 더 시원하게 느끼도록 해준다). 도시 공기 온도에서 1℃ (1.8℉)의 변화는 중위도 도시에서 시스템-와이드 썸머 유틸리티에 대해 2-3% 절약과 관련되는 것으로 나타났다.
본 발명의 열변색성 라미네이트는 구조물을 가열하거나 냉각시키기 위하여 요구되는 에너지의 함량을 감소시켜 발전소 방출물 및 공해물(SO2, NOX 및 CO2와 같은)을 감소시킨다. 더욱이, 본 발명의 열변색성 라미네이트는 천연가스 또는 오일과 같은 통상의 수단으로 구조물을 가열하거나 냉각시키는데 필요한 에너지의 함량을 감소시켜 천연가스 방출물 및 공해물을 감소시킨다.
본 명세서에서 개시되거나 논의된 실시예는 본 발명을 만들거나 사용하는데 발명자에게 알려진 가장 좋은 방법을 당업자에게 알려주기 위한 것에 불과하다. 본 명세서 내의 어느 것도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다. 본 발명의 상기 실시예는 개질되거나 변화될 수 있으며, 상기 내용의 관점에서 당업자에 의해 인정되는 바와 같이 본 발명으로부터 벗어나지 않고 구성 성분이 추가되거나 삭제될 수 있다. 그러므로 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 본 발명은 구체적으로 개시된 것 이외에 다른 방법으로 실시될 수 있는 것으로 여겨질 수 있다.

Claims (36)

  1. A) 하부 구조물과 통하는 구조물 접촉면 및 열변색층과 통하는 열변색성 접촉면을 포함하며, 전자기 방사선에 대하여 실질적으로 반사성이고 열에 대해서는 실질적으로 전도성인 기재층; 및
    B) 상기 기재층과 통하는 기재층 접촉면 및 상기 전자기 방사선과 통하는 외부 표면을 포함하며, 상기 전자기 방사선에 대하여 여러가지 투과율을 갖는데, 상기 투과율 범위는 상기 온도 변화로 인해 상기 열변색층의 투과율 변화가 일어나고 상기 하부 구조물로 전달되거나 그로부터 반사되는 열의 전달율 또는 반사율 변화가 일어나도록 상기 열변색층의 온도에 의해 결정되는 열변색층을 포함하는 열변색성 라미네이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자기 방사선이 열방사선인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열변색층의 온도 증가로 인해 상기 전달율의 증가에 상응하는 색상 변화가 일어남으로써 상기 열변색층을 통해 상기 기재층으로부터 반사되고 상기 하부 구조물로부터 방출되는 전자기 방사선의 양이 증가하고 그로 인해 상기 기재층에 의해 흡수가능한 열의 양은 감소하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열변색층의 온도 감소로 인해 상기 전달율의 감소에 상응하는 색상 변화가 일어남으로써 상기 열변색층을 통해 상기 기재층으로부터 반사되고 상기 하부 구조물로부터 방출되는 전자기 방사선 양이 감소하고 그로 인해 상기 기재층에 의해 흡수가능한 열의 양은 감소하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 온도가 상기 라미네이트의 기동 영역 온도 아래로 내려가는 경우에 상기 열변색성 라미네이트의 투과율 상승이 가역적인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  6. 제3항에 있어서, 상기 열변색성 라미네이트의 투과율 증가가 상기 열방사선에 대한 상기 열변색층의 불투명도 변화를 수반하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  7. 제4항에 있어서, 상기 온도가 상기 라미네이트의 기동 영역 온도 위로 상승하는 경우에 상기 열변색성 라미네이트의 투과율 감소가 가역적인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  8. 제3항에 있어서, 상기 열변색성 라미네이트의 투과율이 상기 열변색층의 색상 변화를 수반하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기재층이 태양광을 반사시키고 열을 전도하는 능력을 갖는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기재층이 태양광을 반사키시고 열을 전도하는 능력을 갖는 금속 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  11. 제7항에 있어서, 상기 금속이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기재층이 마일라 (Mylar) 또는 다른 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  13. 제1항에 있어서, 주거용 건물의 지붕, 파이프라인, 파이프, 블라인드, 텐트, 비행용 기구, 자동차, 보호용 의복, 담요, 인공위성, 보트, 냉각용 타월, 저장용 탱크, 저장 용기 및 유체 저장조와 같은 하부 구조물에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전자기 방사선이 태양으로부터의 태양광인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전자기 방사선이 인공 공급원으로부터 제공된 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  16. 제1항에 있어서, 상기 기재층의 방사율이 하부 구조물이 존재하는 소정의 환경과 매치되는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  17. 제5항에 있어서, 상기 기동 영역이 19 내지 25℃인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  18. 제5항에 있어서, 상기 기동 영역이 20 내지 24℃인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  19. 제5항에 있어서, 상기 기동 영역이 21 내지 23℃인 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  20. 제5항에 있어서, 상기 기동 영역이 범위 안에서 0.5℃보다 낮은 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  21. 제1항에 있어서, 상기 하부 구조물의 표면 형상에 적합하도록 몰딩될 수 있는 재질로 형성된 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  22. 제1항에 있어서, 상기 열변색층이 하나 이상의 전자 공여성 페놀 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  23. 제1항에 있어서, 상기 전자-공여성 페놀 화합물이 마이크로캡슐에 들어있는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  24. 제1항에 있어서, 상기 열변색층이 상기 하부 구조물의 미적 외관과 조화되는 색상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  25. 제1항에 있어서, 상기 열변색층이 소기의 용도에서 소망하는 불투명 정도나 반사율을 최적화하는 색상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  26. 제1항에 있어서, 상기 열변색성 라미네이트가 불규칙한 표면에 순응하기에 충분한 정도로 가단성 있는 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  27. 제1항에 있어서, 상기 열변색성 라미네이트가 물체 주변을 감싸기에 충분할 정도로 유연한 시이트 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  28. 제1항에 있어서, 열가소성재, 비닐, 알루미늄, 판벽, 외장재, 벽돌, 목재, 구리, 놋쇠, 니켈, 시멘트, 콘크리트, 석공재, 돌, 플라스터, 깁스, 회반죽, 벽판 (wall board), 석공판(drywall), 페인트, 폴리에틸렌, 건축용 용지, 펠트, ABS, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리머, 스티로폼, 아크릴, 메탈, 스틸, 철, 레바(rebar), 와이어 메시(wire mesh), 네팅(netting), 호일, 파이버글라스, 아스팔트, 역청, 세라믹, 타일, 싱글, 쉐이크(shakes) 및 그래뉼로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 건축용 마감재와 결합된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  29. 제1항에 있어서, 상기 A층과 B층 사이에 개재된 추가의 C층을 한층 이상 더 포함하며, 상기 C층이 UV 필터, 태양 전지, 필터, 가공개선재, 실러(sealers), 파이버글라스, 메시, 네팅, 틴트(tints), 향상성 필름(enhancement films), 기능성 필름(performance film), 특수 필름(specialty film), 점착재, 점착성 스트립 및 점착성 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  30. 제1항에 있어서, 상기 구조물 접촉 표면과 상기 구조물 사이와 통하고 그 사이에 개재되어 있는 추가의 D층을 한층 이상 더 포함하며, 상기 D층이 점착제, 점착성 필름, 방수재(waterproofing), 내후재(weatherproofing), 하부재 (underlayment), 방염재(fireproofing), 보강재(strengtheners), 메시(mesh), 네팅, 파이버글라스, 목재, 아스팔트, 세라믹, 타일, 스틸, 알루미늄, 구리, 메탈,호일, 아스팔트, 역청, 그래뉼 및 펠트로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  31. 제1항에 있어서, 상기 열변색층의 외면과 통하는 추가의 E층을 한층 이상 더 포함하며, 상기 E층이 UV 필터, 조류 방지재(algae preventers), 몰드 방지재(mold preventers), 진균 방지재(fungus preventers). 이끼 방지재(moss preventers), 지의류 방지재(lichens preventers), 박테리아 방지재, 방염재, 특수 필름, 그래뉼, 내후재 및 방수재로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 라미네이트.
  32. 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  33. 제32항에 있어서, 상기 표면이 상기 구조물의 지붕을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  34. 제32항에 있어서, 상기 표면이 상기 구조물의 벽을 한면 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트.
  35. 하부 구조물 또는 하부 물체와 밀접하게 연결되며,
    A) 하부 구조물과 통하는 구조물 접촉면 및 열변색층과 통하는 열변색성 접촉면을 포함하며, 전자기 방사선에 대하여 실질적으로 반사성이고 열에 대해서는 실질적으로 전도성인 기재층; 및
    B) 상기 기재층과 통하는 기재층 접촉면 및 상기 전자기 방사선과 통하는 외부 표면을 포함하며, 상기 전자기 방사선에 대하여 여러가지 투과율을 갖는데, 상기 투과율 범위는 상기 온도 변화로 인해 상기 열변색층의 투과율 변화가 일어나고 상기 하부 구조물로 전달되거나 그로부터 반사되는 열의 전달율 또는 반사율 변화가 일어나도록 상기 열변색층의 온도에 의해 결정되는 열변색층을 포함하는 열변색성 라미네이트를 이용하여 구조물의 열 에너지 흡수율 또는 반사율을 조절함으로써 그의 온도를 제어하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 열변색성 라미네이트가 온도 변화에 따라서 색상 변화가 예측가능하게 일어나는 것임을 특징으로 하는 방법.
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