KR20100062993A

KR20100062993A - 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트

Info

Publication number: KR20100062993A
Application number: KR1020107001268A
Authority: KR
Inventors: 제프리 버튼 스미스
Original assignee: 유니버서티 오브 테크놀러지 시드니
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-06-10
Also published as: EP2162688A1; MX2009014110A; WO2008154692A1; ZA201000330B; WO2008154693A1; US20100155043A1; CN101784845A; AU2007202832A1

Abstract

본 발명은 열복사선을 방출하기 위한 엘리먼트를 제공한다. 상기 엘리먼트는 열 에너지를 받고, 상기 받은 열 에너지 중 적어도 일부를 열복사선의 형태로 방출하도록 구성된 입자(particle)를 포함한다. 상기 열복사선은, 지구의 대기가 인접하는 파장 범위에서의 평균 흡수 및 방출에 비해 감소된 평균 흡수 및 방출을 가지는 대기 창(atmospheric window) 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 주로 가져, 상기 엘리먼트에 의한 대기로부터의 복사선의 흡수가 감소된다.

Description

열복사선의 방출을 위한 엘리먼트 {AN ELEMENT FOR EMISSION OF THERMAL RADIATION}

본 발명은 넓게 열복사선(thermal radiation)의 방출을 위한 엘리먼트(element)에 관한 것이다.

건물의 내부 공간, 냉장 보관된 음식(refrigerate food), 응축수(condense water)을 냉각하기 위해, 또는 물체의 온도를 낮추기 위해 다양한 방법이 사용되고 있다. 이 방법들은 일반적으로 전기 에너지의 형태로 제공되는, 비교적 대량의 에너지를 필요로 한다는 공통점이 있다. 예를 들면, 기후가 비교적 따뜻한 나라에서는, 냉각에 필요한 전기 에너지가 종종 이용가능한 전기 에너지를 초과하고, 이는 전력망(power grid)의 고장을 초래할 수 있다. 또, 현재의 전기 에너지는 여전히 적어도 부분적으로는 재생 불가능한 에너지원(non-renewable energy resource)을 사용하여, 예를 들면 석탄을 연소시킴으로써 생산되는데, 이는 환경에 대해 우려 사안이고 지구 온난화의 원인이 된다. 따라서, 에너지를 덜 사용하여 냉각할 수 있다면 유리할 것이다. 여기에 기술의 진보가 필요하다.

본 발명은 열복사선((thermal radiation))의 방출을 위한 엘리먼트를 제공하는 것이며, 상기한 엘리먼트는 열 에너지를 받고, 상기 받은 열 에너지 중 적어도 일부를 열복사선의 형태로 방출하도록 구성된 입자(particle)를 포함하고, 상기 열복사선은, 지구 대기가 인접하는 파장 범위에서의 평균 흡수 및 방출에 비해 감소된 평균 흡수 및 방출을 가지는 대기 창(atmospheric window) 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 주로 가져, 상기 엘리먼트에 의한 대기로부터의 복사선의 흡수는 감소된다.

지구 대기가 대기 창 파장 범위 내에서는 흡수가 매우 낮으므로, 매우 적은량의 복사선만이 대기로부터 파장 범위 내의 입자로 되돌려지고 방출된 복사선은 주로 대기를 통해 일반적인 온도가 대략 4 켈빈 온도(Kelvin)인 우주 공간(Space)으로 들어간다. 그 결과, 엘리먼트에 의해 수용된 열 에너지는 엘리먼트에 의해 "펌핑되어" 버린다(pumped away).

대기 창 파장 범위는 일반적으로 지구 대기의 최소의 평균 흡수를 포함한다. 대기는 3㎛ 내지 5㎛와 7.9㎛ 내지 13㎛의 파장 범위 내의 대기 창을 가진다. 이들 파장 범위 내에서, 태양의 방출도 무시해도 좋으며 종종 영(zero)으로 간주되는데, 이는 낮동안에도 엘리먼트가 그 파장 범위 내에서는 태양으로부터 매우 적은 복사선만을 흡수한다는 부가된 이점을 가진다.

본 발명의 실시예에 따른 엘리먼트 및 상기 엘리먼트와 열접촉(thermal contact) 상태일 수 있는 매질(medium)는 일반적으로 냉각되거나, 또는 전기 에너지를 필요로 하지 않고서 냉각이 촉진된다. 특히, 밤동안에, 또는 태양에 의한 조사(irradiation)가 회피될 때, 주변 온도(ambient temperature)보다 훨씬 낮은 냉각이 가능하다.

상기 입자는 상기 엘리먼트 전체에 분포될 수 있으며, 이 경우에는 또한 대기 창 범위 내의 파장을 가지는 복사선에 대해 실질적으로 투과성(transmissive)을 가지는 재료( material)를 포함한다. 또는 상기 엘리먼트는 상기 입자가 집중되고 열복사선을 방출할 수 있도록 구성된 코팅(coating)과 같은, 표면 부분(surface portion)을 포함할 수 있다. 또한 상기 엘리먼트는 상기 입자를 위치시키는 멤브레인(membrane)을 포함할 수도 있다.

상기 엘리먼트는 또한 상기 엘리먼트의 본체 부분(body portion) 위에 매달릴 수 있거나 상기 본체 부분과 직접 접촉하는 상태인 커버층(cover layer)의 형태로 제공될 수 있는 커버를 포함할 수도 있다. 상기 커버는 일반적으로 상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 투과성을 가지고 상기 입자를 열풍(hot breeze)과, 냉각 효율을 감소시킬 수 있는 다른 외부 영향으로부터 보호한다. 상기 커버는 일반적으로 단열재(thermally insulating material)를 포함한다. 예를 들면, 상기 커버는 폴리에틸렌과 같은 폴리머 재료(polymeric material)를 포함할 수 있다. 또, 상기 커버는, 일반적으로 입사하는 UV 복사의 적어도 일부를 차단하도록 배치된, 산화물 또는 황화물 재료(oxide or sulphide material)를 포함할 수 있다. 특정한 일례에서, 상기 산화물 또는 황화물 재료는 고분자 재료 위에(on or over) 위치되고, 또한 폴리에틸렌을 보호한다. 이 예는 상대 강도(relative strengh)의 일반적인 폴리에틸렌 재료를 황화물 또는 산화물 재료의 UV 보호 기능과 결합하며, 이것은 또한 폴리에틸렌 재료의 수명을 증가시킨다. 상기 폴리머 재료와 상기 산화물 또는 황화물 재료는 일반적으로 대기 창 내의 파장을 가지는 복사선에 대해 비교적 높은 투과율이 유지되도록 구성된다. 예를 들면, 상기 산화물 또는 황화물 재료는 상기 폴리머 재료 위에(on or over) 위치된 층일 수 있다. 상기 산화물 또는 황화물 재료는 일반적으로 사용 시에 입사하는 UV 복사선의 적어도 대부분을 차단하도록 선택된 두께를 가지고, 커버는 대기 창 파장 범위 내의 파장 범위를 가지는 복사선에 대해 실질적으로 투과성을 가진다. 상기 층의 두께는 일반적으로 100nm - 1000nm, 150nm - 300nm의 범위 내이고, 일반적으로 대략 200nm이다.

상기 엘리먼트는 또한 사용 시에 냉각될 매질이 위치되는 내부 공간을 한정하는 벽 부분을 포함한다. 상기 벽 부분은 일반적으로 반사성(reflective) 재료를 포함한다. 상기 엘리먼트는 단열재를 포함할 수 있으며 예를 들면 적어도 부분적으로 단열된 컨테이너를 형성할 수 있다.

상기 엘리먼트는 또한 사용 시에, 수평선에 가까운 대기 영역(range of atmosphere)로부터 들어오는 복사선이 실질적으로 차단되도록 위치되어 있는 돌출 벽 부분(projecting wall protion)을 가지는 구조체를 포함할 수 있다. 대기는 수평선에 더 가까이 이동하는 복사선에 대해 "더 두껍기" 때문에, 그러한 복사선에 대해 대기 창은 투과성이 더 적다는 것이 알려져 있다. 투과성이 더 적으면, 대기는 수평선에 가까운 방향으로부터의 이들 파장에서 더 강하게 복사한다. 그 결과, 그러한 복사선이 입자에 도달하는 것을 방지하는 것이 엘리먼트의 냉각 효율을 향상시킨다. 상기 돌출 벽 부분은 일반적으로 상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 반사성을 가진다. 상기 구조체는 또한 전술한 커버를 포함한다.

상기 돌출 벽 부분은 일반적으로 상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 반사성을 가지고, 사용 시에, 상기 입자에 의해 방출되거나 상기 돌출 벽 부분에 의해 반사된 열복사선이 우주 공간(Space)으로의 방향 및 수평선에서 멀어지는 방향을 향하도록 위치될 수 있다. 상기 돌출 벽 부분은 일반적으로 열 방출 특성(thermal emittance)이 낮은 재료로 형성된다.

특정한 일 실시예에서, 상기 엘리먼트는 CPC 집중기 또는 포물 접시형 또는 홈통형 집광기(parabolic dish or trough concentrator)와 같은 집광기(concentrator)를 포함한다. 이 경우에, 상기 돌출 벽 부분은 일반적으로 상기 집광기의 일부를 형성한다. 상기 집광기는 일반적으로 실질적으로 도관(conduit)의 모든 영역으로부터 방출된 복사선이 상기 집중기에 의해 창공(sky)을 향하도록 배치된다. 또, 상기 돌출 벽 부분은, 입자, 및/또는 사용 시에 상기 엘리먼트를 통과할 수 있는 열풍에 의해, 상기 입자에 의해 냉각될 매질의 가열이 감소된다는 이점이 부가된다.

다른 특정한 실시예에서, 상기 엘리먼트는 대상체(object)의 일부를 형성하거나 대상체의 형태로 제공되고, 상기 대상체 및/또는 상기 대상체와 열접촉 상태인 매질을 냉각하도록 배치된다.

상기 엘리먼트는 상기 대상체의 상기 일부와 접촉할 수 있으며, 상기 대상체의 상기 일부에, 부착되거나 형성되거나, 그렇지 않으면 도포(apply)될 수도 있다.

특정한 일 실시예에서, 상기 대상체는, 음식 또는 액체가 담겨져 있는 캔(can)과 같은, 컨테이너를 포함한다.

예를 들면, 상기 대상체는 음식 컨테이너 또는 약, 기관(organ), 혈액, 또는 그 밖에 다른 냉각될 무엇인가의 수송이나 저장을 위한 컨테이너일 수 있다. 또, 상기 대상체는 전자 디바이스일 수 있고 상기 엘리먼트는 상기 전자 디바이스를 냉각하도록 배치될 수 있거나, 또는 내부의 냉각을 필요로 하는, 자동차, 트럭, 열차 차량(train carriage) 및 선적 컨테이너(shipment container) 등을 포함하는, 임의의 수송 수단의 일부를 형성할 수 있다.

상기 엘리먼트는 또한 빌딩 또는 가옥과 같은, 구조체의 일부일 수도 있다. 예를 들면, 상기 엘리먼트는 창문, 지붕 타일(roof tile), 지붕 시트 또는 채광창(skylight)의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 엘리먼트가 가시광선에 실질적으로 투명한 형태로 제공되면, 상기 엘리먼트는 열복사선의 방출을 위해 상기 입자를 포함하는 실질적으로 투명한 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 또한 본 실시예에서, 상기 엘리먼트는 추가적인 강도를 제공하는 벌집형 구조체(honeycomb-like structure)을 포함할 수 있다. 상기 엘리먼트는 또한, 근적외선 파장 범위 의 들어오는 복사선을 흡수하도록 배치된, 추가형(further type)의 입자와 같은, 재료를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 엘리먼트는, 들어오는 근적외 복사선(near infrared radiation)이 흡수되고 그 결과 흡수된 열 에너지가 대기 창 파장 범위 내의 파장을 가지는 복사선을 방출하도록 배치된 상기 입자에 의해 열복사선의 형태로 적어도 부분적으로 재방출되도록, 구성될 수 있다.

해당 기술분야의 당업자라면 상기 엘리먼트를 포함할 수 있는 또는 상기 엘리먼트가 형성할 수 있는 대상체에 대한 추가적인 예가 많이 있다는 것을 알 것이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 엘리먼트는 주변 온도보다 5°, 10°, 20°아래 또는 더 낮은 온도로 냉각할 수 있도록 구성된다.

상기 엘리먼트는 유한 레이트(finite rate)로 주변보다 낮은 온도로 열을 뽑아 내도록 구성될 수도 있다. 상기 엘리먼트는 5°, 10°또는 주변 온도보다 낮은 온도에서 냉각 재료 면적의 m²당 40, 60, 80 W와 같은 냉각 레이트가 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 입자는 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진(ionic surface plasmon resonance)을 발생하도록 구성될 수 있다.

본 명세서의 전체에서, "이온 표면 플라스몬"이라는 용어는, 흔히 "Frohlich 공진"이라고 하는 것과 같은, 이온의 운동에 관여하는 표면 플라스몬 여기(surface plasmon excitation)에 사용된다.

상기 입자는 일반적으로 이온 표면 플라스몬의 적어도 일부, 일반적으로 대부분 또는 모두가 1 - 7㎛, 2 - 6 ㎛ 또는 3 - 5 ㎛, 및/또는 5 - 16㎛, 7 - 14 ㎛, 8 - 13㎛, 및 7.9 - 13㎛ 중 어느 하나의 파장 범위 내의 파장을 가지도록 구성된다.

그러나, 상기 입자의 적어도 일부는, 상기 이온 표면 플라스몬이 부분적으로 대기 창 파장 범위 밖의 파장 범위에서 발생하도록 구성될 수도 있다 것을 알 것이다. 또, 상기 대기 창 파장 범위는, 3 - 5 ㎛ 와 7.9 - 13 ㎛의 파장 범위와 같은, 복수의 대기 창 범위 중 하나 일 수 있다.

본 발명의 특정한 일 실시예에서, 상기 입자는 SiC 또는 다른 적당한 재료를 포함하거나, 또는 SiC 또는 다른 적당한 재료로 완전히 구성된다.

상기 입자의 적어도 일부는 또한 이온 표면 플라스몬의 생성과 연관된 것 이외의 물리적 메커니즘(physical mechanism)에 의해 복사선을 방출하도록 구성될 수도 있다. 상기 입자는 대기 창 파장 범위 내의 파장을 가지는 복사선을 방출하도록 구성된 임의의 적당한 재료로 구성될 수 있다. 이와는 달리 또는 부가적으로, 상기 엘리먼트는 대기 창 범위 밖의 파장을 가지는 복사선을 방출하도록 구성된 재료를 포함할 수 있다.

상기 엘리먼트는 미리 정해진 파장 범위의 복사선에 대해 투과성인, 코팅과 같은, 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 입자는 상기 폴리 재료 내에 내포(embed)될 수 있거나 상기 폴리머 재료에 인접하여 위치될 수 있다.

상기 엘리먼트는 또한 낮동안에 대기 및/또는 태양으로부터의 복사선과 같은, 적어도 일부의 입사 복사선을 반사하도록 구성될 수도 있다. 상기 엘리먼트는 상기 입자 아래에 위치된 층의 형태로 제공되는 반사성 재료(reflective material)을 포함할 수 있고, 입사 복사선의 적어도 일부를 반사하도록 구성될 수 있다. 이와는 달리 또는 부가적으로, 상기 엘리먼트는, 전술한 폴리머 재료와 같은, 적어도 부분적으로 투명한 재료 내에 분산되어 있는 반사성 입자(reflective particle)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 엘리먼트는 유체를 위한 하나 이상의 채널을 포함하여, 상기 엘리먼트가 상기 유체를 냉각하도록 구성된다.

전술한 실시예에 대한 변형예에서, 상기 엘리먼트는 대기 창 파장 범위 내의 파장을 가지는 열복사선을 방출하도록 구성된 입자를 반드시 포함하지 않아도 되며, 상기 입자는 대기 창 파장 범위 내의 파장을 가지는 열복사선을 방출하도록 구성된 하나 이상의 층으로 대신할 수도 있다는 것을 알 것이다. 예를 들면, 상기 하나 이상의 층은 과립형 구조체(granular structure), 다공성 구조체(porous structure)를 포함할 수 있거나 또는 하나 이상의 층이, 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하게 구성되도록, 표면 프로파일을 가질 수 있다. 또는 상기 하나 이상의 층은 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하도록 구성된 다층 구조체의 일부일 수 있다.

본 발명은 제2 측면에서 열복사선을 방출하기 위한 엘리먼트를 제공하며, 상기 엘리먼트는 열 에너지를 받고, 상기 받은 열 에너지의 적어도 일부를 열복사선의 형태로 방출하도록 구성된 하나 이상의 층을 포함하며, 상기 열복사선은, 지구 대기가 인접하는 파장 범위에서의 평균 흡수 및 방출에 비해 감소된 평균 흡수 및 방출을 가지는, 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 주로 가져, 상기 엘리먼트에 의한 대기로부터의 복사선의 흡수가 감소된다.

상기 대기 창 파장 범위는 일반적으로 3㎛ 내지 5㎛ 및/또는 7.9㎛ 내지 13㎛의 파장 범위이다.

상기 하나 이상의 층은 일반적으로 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진의 발생하도록 구성된다.

상기 하나 이상의 층은, 상기 하나 이상의 층이 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진의 발생하게 구성되도록 선택된 구조적 특성(structural property)를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 하나 이상의 층은 알갱이(grain)를 포함할 수 있거나, 또는 적어도 부분적으로 다공성 구조체일 수 있으며, 상기 구조적 특성은 알갱이 크기 또는 세공(pore)들 사이의 잔류 고체(residual solid)의 두께와 각각 연관될 수 있다. 또, 상기 하나 이상의 층은 표면 거칠기(surface roughness)를 가질 수 있으며, 상기 구조적 특성은 상기 하나 이상의 층의 표면 특징(surfac feature)의 두께 또는 폭과 연관될 수 있다. 상기 알갱이 크기, 세공들 사이의 잔류 고체의 두께 및 상기 하나 이상의 층의 표면 특징의 두께 또는 폭은 일반적으로 50nm - 150nm 범위 내이다.

또는, 상기 하나 이상의 층은 다층 구조체의 일부일 수 있으며, 상기 다층 구조체는 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진의 발생하도록 구성되도록 층의 두께가 선택된다.

본 발명은 제3 실시예에서 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 전술한 엘리먼트를 포함하는 냉각 시스템을 제공하며, 상기 엘리먼트는 대상체의 일부를 형성하고, 상기 냉각 시스템은 상기 대상체의 일부와 상기 냉각 시스템의 주변 간의 열 에너지의 교환을 감소시키기 위한 단열 벽 부분(thermally insulating wall portion)를 포함한다.

상기 엘리먼트는 상기 대상체의 상기 일부와 접촉 상태일 수 있으며 상기 대상체의 상기 일부에, 부착되거나 형성되거나 또는 그렇지 않으면 도포(apply)될 수 도 있다.

상기 대상체는, 예를 들면 음식 또는 액체를 담을 수 있는 캔(can)과 같은, 컨테이너를 포함할 수 있다.

상기 단열 벽 부분은 일반적으로 상기 대상체의 상기 엘리먼트가 사용 시에 냉각 시스템으로부터 멀어지는 방향으로 열복사선을 방출할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 상기 냉각 시스템은 일반적으로, 상기 대상체가 상기 단열 벽 부분에 의해 형성된 내부에, 위치 가능하고 또한 그로부터 탈착 가능(removable)하도록, 배치된다.

상기 냉각 시스템은 탈착 가능한 두껑 부분(lid-portion), 및 상기 단열 벽 부분과 함께, 사용 시에 상기 대상체가 위치되는 인클로저(enclosure)를 형성하는 기저 부분(base portion)을 더 포함할 수 있으며, 상기 뚜껑 부분은 상기 엘리먼트의 상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 투과성인 재료로 형성된다.

본 발명은 본 발명의 특정한 실시예들에 대한 다음의 설명에 의해 더 완전하게 이해될 것이다. 이 설명은 첨부도면을 참조하여 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 열복사선을 방출하기 위한 엘리먼트를 사용한 디바이스를 나타낸다.
도 2, 도 3의 (a) 및 (b)와, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트를 사용하는 대상체를 나타낸다.
도 5는 지구 대기의 투과 스펙트럼을 파장의 함수로 나타낸 도면이다.
도 6 - 도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 시스템을 나타낸다.

일반적으로, 본 발명의 엘리먼트는 "대기 창 파장 범위"(atmospheric window wavelength range)라고 불리는 범위 내의 파장을 갖는 복사선을 방출하도록 구성된 입자를 포함한다. 대기 창 파장 범위는 지구 대기에 의한 복사선의 흡수 및 방출이 거의 없거나 영(zero)인 파장 범위이다. 이 파장 범위 내의 엘리먼트로부터 방출되는 복사선은, 대부분이, 대기를 통해, 평균 온도가 4 캘빈온도(Kelvin)인 우주 공간으로 전달된다. 또한, 해당 파장 범위 내에서는, 엘리먼트에 의해 흡수되는 복사선이 거의 없거나 전혀 없기 때문에, 이 엘리먼트는 열 에너지의 펌프로서 작용한다.

엘리먼트는 오스트레일리아 가특허 출원 2007903673호와 미국 특허 출원 11/765217호에 개시된 냉각 재료(cooling material)를 포함한다. 이들 특허문헌은 본 본 명세서에 참조에 의해 원용되어 포함되는 것으로 한다.

이 엘리먼트의 기능에 대한 다른 상세한 내용에 대해서는, 도 4 - 도 7을 참조하여 설명할 것이다.

도 1 - 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 엘리먼트와, 이 엘리먼트를 사용한 대상체의 예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 엘리먼트(10)를 나타낸다. 예를 들면, 이 엘리먼트(10)는, 자신의 일부와 열적으로 접촉하는 매질을 냉각시키도록 배치될 수 있다. 엘리먼트(10)는, 열복사선(thermal radiation)이 표면 부분(12)을 통해 대기(atmosphere)로 직접 또는 간접적으로 방출될 수 있도록 구성된다. 엘리먼트(10)는 매질로부터 흡수한 열 에너지의 일부가, 엘리먼트(10)에 의해, 열복사선의 형태로 방출되도록 배치됨으로써, 엘리먼트(10)에 의한 매질의 냉각이 용이하게 된다.

냉각 엘리먼트(10)는 증발 냉각 디바이스의 일부를 형성해도 된다. 이 경우, 냉각 엘리먼트(10)는 증발을 시키기 전에, 액체, 통상적으로는 물을 냉각시키도록 구성되는 것이 통상적이다. 이와 다르게, 엘리먼트(10)를, 임의의 다른 유형의 공조(air-conditioning) 디바이스의 일부로서 형성해도 되고, 사용 시에 공조 유닛의 해당 부분을 통해 순환하는 유체(fluid)의 냉각을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.

또한, 엘리먼트(10)를 라디에이터, 열 교환기, 냉장고, 또는 임의의 다른 유형의 냉각 디바이스의 일부로서 형성해도 된다. 당업자라면, 엘리먼트(10)를 사용할 수 있는 냉각 디바이스의 예가 매우 많다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트를 사용한 구조체(14)의 예를 나타낸다. 이 구조체(14)는, 본 실시예에서, 주택이나 건물 등이며, 대상체(16)의 형태로 설치될 수 있는 지붕 덮개(roof-covering) 및/또는 다른 외부 덮개를 포함한다. 예를 들면, 대상체(16)는 금속, 세라믹, 또는 폴리머 재료를 포함하는 지붕 타일이나 지붕 시트가 될 수 있다. 대상체(16)는 열복사선의 방출을 위한 입자(particles)를 포함하며, 금속, 세라믹, 또는 폴리머 재료의 위에 위치하는 표면 부분을 구비한다. 예를 들면, 입자는, 페인팅에 의해 도포되는 코팅 재료(coating material)에 내포(embed)되거나, 대상체(16)의 금속, 세라믹 또는 폴리머 재료에 다른 방식으로 포함될 수 있다. 코팅 재료는 대기 창 파장 범위 내의 파장을 갖는 복사선에 대해 실질적으로 투과성을 갖는다. 이와 달리, 입자는, 코팅 재료에 내포되지 않고, 대상체(16)의 표면 부분에 배치될 수 있다.

대상체(16)는 열복사선이 방출되어 주택이나 건물(14)의 지붕 공간을 냉각시키도록 배치된다. 이러한 구성은, 지구의 온난 지역에서 특히 유용하다. 매우 더운 여름 날에는, 많은 양의 열 에너지가 지붕 공간에 모이고, 그 열 에너지의 상당한 양이 야간에도 유지될 수 있다. 엘리먼트(10)는 지붕 공간의 냉각을 용이하게 함으로써, 주택이나 건물(14)의 주거 생활의 편이를 향상시킨다. 본 발명의 실시예에 의하면, 주택이나 건물(14)의 지붕과 같은 외부 표면의 대부분을 대상체(16)로 덮는 구성도 가능하다.

도 2를 참조하면, 구조체(14)는 열복사선을 방출하기 위한 엘리먼트를 포함하고, 창문(18)과 같은 창의 형태로 설치될 수 있는 대상체를 포함할 수 있다. 창(18)은 근적외선의 일부를 차단하도록 구성된다.

도 3의 (a)를 참조하여, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트(10)를 사용한 대상체의 예에 대하여 설명한다. 대상체(20)는, 본 실시예에서, 음식, 의료 물품, 혈액이나 기관 등, 또는 냉각을 필요로 하는 임의의 다른 물체나 물질을 보관하기 위한 컨테이너이다. 이 대상체(20)의 외부 표면 부분은 열복사선을 방출하도록 구성된 입자를 포함한다. 열복사선을 방출함으로써, 컨테이너(20)와 그 내부를 냉각시킬 수 있다.

도 3의 (b)는 엘리먼트(12)를 포함하는 컨테이너의 변형 실시예를 나타낸다. 이 경우, 컨테이너(22)는 단열 재료로 이루어진 벽 부분(wall portions)(24)을 포함한다. 컨테이너(22)는 또한 대기 창 파장 범위 내의 파장 범위를 갖는 열복사선에 대해 실질적으로 투과성을 갖는 재료로 이루어진 상단부(top portion)(26)를 포함한다. 상단부는 단열 특성을 가지며, 산화철(iron oxide) 또는 ZnS로 이루어질 수 있다. 냉각시킬 매질은 엘리먼트(12)에 인접해서 위치시킨다. 본 실시예는, 단열 벽 부분이 냉각 효과를 더 향상시킨다고 하는 추가의 장점을 갖는다. 또한, 엘리먼트(10)와 냉각시킬 매질은, 냉각 효과를 감소시킬 수도 있는 열풍으로부터 보호된다.

당업자라면, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트가 사용될 수 있는 대상체의 예가 수없이 많다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 엘리먼트는 집적 전자 소자와 같은 전자 디바이스의 일부를 형성할 수 있으며, 전자 디바이스를 냉각시키도록 배치될 수 있다.

도 4는 가시광선의 대부분을 투과시킬 수 있으며, 지붕판, 창문, 채광창 등으로서 사용될 수 있는 구조체(28)를 나타낸다. 이 구조체(28)는 제1 층(30)과 제2 층(32)을 포함한다. 제1 층(30)과 제2 층(32)은 부재(34)에 의해 연결되어, 벌집 모양의 구조를 이룸으로써, 안정적으로 된다. 구조체(28)는 폴리머 재료로 이루어지며, 구조체가 상기 언급한 엘리먼트와 유사한 장점을 갖도록, 해당 재료 내에 내포되는 입자를 포함한다.

당업자라면, 냉각 엘리먼트가 대상체 또는 유체(fluids)를 냉각시키기 위한 많은 용도를 가진다는 것을 알 수 있을 것이다. 대상체 또는 유체를 냉각시키고자 하는 경우에, 냉각 엘리먼트는 대상체 또는 유체를 직접 냉각시키도록 배치될 수 있다. 이와 달리, 냉각 엘리먼트는 재료의 다른 유체를 냉각시킴으로써, 냉각시킬 유체나 대상체를 냉각시키는, 즉 대상체나 유체를 간접적으로 냉각시키도록 배치될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 열복사선의 방출을 위한 엘리먼트의 기능에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5는 실질적으로 구름이 없는 지구의 대기 상태의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 평균 투과값(average transmission)은 부근의 다른 파장 범위에 비해, 대략 7.9㎛ - 13㎛의 범위 내에서 그 값이 거의 "1"까지 증가한다. 또한, 대기의 평균 투과값은 3㎛ - 5㎛의 파장 범위 내에서 증가한다. 이들 파장 범위 내에서, 지구의 대기는 "창"(windows)을 갖는다. 도면 중의 곡선표시(36)는, 빈(Wein)의 법칙을 사용하여 순환되고, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 재료를 사용하여 냉각될 수 있는 매질에 대한 방출 스펙트럼의 예를 제공하는, 100℃의 온도를 갖는 흑체의 방출 스펙트럼의 추정값을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엘리먼트의 표면 부분의 주사전자 현미경 마이크로그래프를 나타낸다.

엘리먼트(40)는, 본 실시예에서 기판상에 배치된 알루미늄 층의 형태로 제공되는 반사성 금속 층(42)을 포함한다. 또한, 엘리먼트(40)는 반사성 금속 층(42)상에 위치하는 SiC 입자(44)를 포함한다. SiC 입자(44)는 대략 50nm의 평균 직경을 가지며, 적절한 스핀 코팅 과정을 사용하여 증착된다.

SiC 입자(44)는, 본 실시예에서 나노 입자이며, 입자(44) 표면의 대부분이 공기 중에 노출되어 있다. 입자(44)는 10㎛ - 13㎛의 파장 범위에서 공진이 강화된(resonantly enhanced) 흡수 특성과 복사선 방출 특성을 나타낸다. 이러한 파장 범위 내에서, 이온 표면 플라스몬(plasmon)이 발생한다. 공진 이온 표면 플라스몬 방출의 파장 범위는 상기 언급한 대기 창 파장 범위에 속한다. 이 파장 범위에서, 지구 대기의 평균 흡수력은 매우 낮기 때문에, 이 파장 범위 내에서 대기로부터 엘리먼트(40)로 전달되는 복사선은 매우 적다.

방출된 복사선과 관련된 에너지는 대부분이 입자(44)의 열 에너지 및/또는 입자(44)와 열적으로 접촉하는 매질로부터 생기는 것이다. 대기 창에 의해, 방출된 복사선은 대부분이 대기를 통해 전달되고, 온도가 통상적으로 4 캘빈온도인 우주 공간으로 향하게 된다. 결론적으로, 엘리먼트(40)는, 냉각 재료 또는 냉각 재료와 열적으로 접촉하는 매질이 대기 온도 이하의 온도를 갖는 경우에도, 엘 에너지 펌프로서 작용한다

반사성 재료(42)는, 입사 방사선의 대부분이 엘리먼트(40)로부터 반사되어, 대기 창 내의 파장 범위 또는 이를 벗어나는 파장 범위를 갖는 방사선의 열적 흡수가 감소되어 냉각 효율을 향상시키는 장점을 갖는다.

상기 언급한 실시예의 변형예로서, 입자(44)는 BN 및 BeO 등과 같은 이온 표면 플라스몬 공진을 나타내는 다른 적절한 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 입자(44)는 대기 창 파장 범위 내의 파장에서 이온 플라스몬을 생성하지 않는 재료로 구성될 수 있지만, 임의의 다른 가능한 메커니즘에 의해 상기 파장 범위 내에서 복사선을 방출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, SiO, 즉 산질화규소(silicon oxynitride) 입자는 상기 파장 범위 내에서 상대적으로 강력한 방출 특성을 갖는다.

반사성 재료(42)는 냉각 효율을 향상시킨다. 그러나, 엘리먼트는 반사성 재료를 반드시 포함하지 않아도 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 입자(44)는 반사성 재료(42)의 위에 위치하는 적절한 폴리머 재료와 같은 투명한 재료(transparent material)에 내포될 수 있다. 예를 들면, 폴리머 재료는 폴리에틸렌이나 플루오르화 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엘리먼트에 대하여 설명한다.

본 실시예에서, 엘리먼트(50)는 상기 언급한 입자(44)를 포함한다. 그러나, 본 실시예에서, 입자(44)는 3㎛ - 28㎛의 범위 내의 파장, 또는 3㎛ - 5㎛ 및 7.9㎛ - 13㎛ 중 하나 또는 이들 모두의 범위를 벗어나는 파장 범위와 같은 흑체 파장 범위 내의 열복사선, 또는 흑체 복사선 범위에 추가로 대부분의 태양 스펙트럼 범위의 열복사선에 대해 대부분 투명한 폴리머 재료(54)로 이루어진 매트릭스 내에 위치한다. 예를 들면, 폴리머 재료(54)는 폴리에틸렌 또는 플루오르화 폴리머 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.

엘리먼트(40)에 대하여, 입사 복사선은 반사되지 않지만, 냉각 재료(50)를 통해 대부분이 투과되기 때문에, 엘리먼트(50)로 향하는 복사선의 열적 흡수가 감소하여, 냉각 효율을 향상시키게 된다.

또한, 엘리먼트(50)는 입자(56)를 포함한다. 일반적으로, 입자(56)는 입자(44)의 분광 선택 특성을 보완하는 분광 선택 특성(spectrally selective property)을 갖는다. 본 실시예에서, 입자(56)는 근적외선(NIR) 파장 범위에서 전자 표면 플라스몬을 생성하도록 구성된다. 이러한 파장 범위 내에서, 입자(56)는, 태양으로부터 방출되는 복사선 등의 복사선을 흡수한다. 이에 의하면, 입사되는 복사선의 일부가 투과되는 것을 차단하여 냉각을 용이하게 할 수 있다. 본 실시예에서, 냉각 재료(50)는, 태양 복사선을 흡수함으로써 생긴 열 에너지가 입자(44)에 의해 방출되도록 구성된다.

예를 들면, 엘리먼트(50)는 창 엘리먼트(8)와 같은 채광창 또는 창의 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 냉각 재료(50)는 통상적으로 태양으로부터 방출되는 가시 광선의 대부분이 엘리먼트(50)를 통과하도록 구성된다. 입자(44)는 대기 창 파장 범위 내의 복사선을 방출함으로써, 냉각을 행하며, 입자(56)는 태양으로부터 생기는 열복사선을 부분적으로 "차단"하여 냉각을 용이하게 한다.

예를 들면, 입자(56)는 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, LaB6, SbSn 산화물, 또는 알루미늄이 도핑된 ZnO를 포함하여 이루어질 수 있다.

그러나, 상기 언급한 실시예의 변형예로서, 입자(56)는 임의의 다른 적절한 파장 범위에서 전자 표면 플라스몬을 생성하도록 구성될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

또한, 엘리먼트(50)는 대기로부터 생기는 복사선 등의 열복사선의 반사 효과를 갖도록 선택된 두께를 갖는 유전체 및/또는 금속 재료로 이루어진 계층화된 구조체를 구비하여, 냉각을 용이하게 할 수 있다.

또한, 엘리먼트(30)는 가시 파장 범위 내의 광의 일부가 반사되고, 엘리먼트(50)를 투과한 광이, 심미적인 용도의 장점을 갖는 특정의 컬러를 갖도록 구성된 계층 구조화 재료를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘리먼트(60)에 대하여 설명한다. 엘리먼트(60)는 도 7에 도시하고 상기 언급한 엘리먼트(50)에 대응하는 것이지만, 본 실시예에서는 반사 층(62)상에 위치하고 있는 것이 다르다. 엘리먼트(60)는 냉각 재료(60)와 열적으로 접촉될 수 있는 매질을 냉각시키기에 특히 적합하다. 본 실시예에서, 반사 층(62)은, 예컨대 태양으로부터 생기며, 넓은 파장 범위를 갖는 복사선을 반사하도록 구성된 금속 층(metallic layer)이다.

예를 들면, 반사 층(62)은 태양 및 대기로부터 생기는 열복사선 및 가시 광선의 대부분을 반사하여 냉각 재료(60)의 냉각을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 반사 재료는, 예를 들면, Al, Cu, Ag, Au, Ni, Cr, Mo, W 또는 스테인레스 스틸을 포함하는 스틸을 포함하여 이루어질 수 있다.

도 8에 도시된 실시예의 변형예로서, 반사 재료는 계층의 형태로 제공되지 않을 수 있다. 즉, 재료(54)에 사용되는 반사성 입자의 형태로 제공될 수 있다.

엘리먼트(50, 60)는 냉각 디바이스(10) 또는 대상체(16, 20)에 포함될 수 있다. 엘리먼트(60)는 창(18)과 같은 창문이나 채광창으로서 특히 유용한 용도를 갖는다.

도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템에 대하여 설명한다. 도 9는 대상체(92)를 포함하는 냉각 시스템(90)을 나타낸다. 예를 들면, 대상체는 음식 보관함과 같은 컨테이너, 음료수 캔 등의 캔이 될 수 있다. 대상체(92)는 열복사선을 방출하기 위한 상기 언급한 엘리먼트가 사용되는 상단부(94)를 포함한다. 예를 들면, 엘리먼트는 도 6, 7, 8을 참조하여 설명한 엘리먼트(40, 50, 60)와 동일한 방식으로 기능하는 코팅(coating)의 형태로 제공될 수 있다.

본 실시예에서, 냉각 시스템(90)은 대상체(92)가 위치한 단열 하우징(96)을 포함한다. 또한, 냉각 시스템(90)은, 엘리먼트(94)의 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 투과성을 가진 재료를 포함하여 이루어진 뚜껑 부분(98)을 포함한다. 또한, 냉각 시스템(90)은 하우징 부분(96)과 대상체(92)가 배치되는 기저 부분(base portion)을 포함한다. 본 실시예에서, 하우징 부분(96)은 대상체(92)보다 높게 되어 있어서, 사용 시에, 대상체(92)에 태양 빛이 직접 닿을 가능성을 줄여준다. 또한, 하우징 부분(96)은, 사용 시에, 대기로부터 천정(zenith)보다는 수평(horizon)에 더 가까운 각도로 입사하는 복사선을 실질적으로 차단하도록 충분히 높게 구성된다. 하우징 부분(96)은 입자로부터 방출되는 열복사선에 대해 반사 특성을 가지며, 사용 시에, 입자로부터 방출되는 열복사선이 우주 공간을 향하고 수평으로부터 멀어지는 방향을 향하도록 위치한다. 하우징 부분(96)의 내부 벽 부분은 열 방출 특성이 낮은 재료를 포함하여 이루어진다.

뚜껑 부분(98)은 대류(convection)에 의한 열 전도에 대한 장벽으로서 작용하면서도, 엘리먼트(94)의 입자에 의해 방출되는 열 에너지에 대해서는 투과 특성을 갖는다.

사용 시에, 엘리먼트(94)의 입자는 대상체(92)의 인접 부분으로부터 열 에너지를 흡수하고, 흡수한 열 에너지를, 대기 파장 범위 내의 파장 범위를 갖는 복사선의 형태로 방출한다. 하우징 부분(96)과 기저 부분(100)은 단열을 행함으로써, 대상체(92)의 냉각을 용이하게 한다. 냉각 시스템(90)은 대상체가 하우징 부분(96)의 내부로부터 탈착 가능하도록 구성된다.

냉각 시스템(90)은 여러 가지 다양한 형태로 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 대상체(92)는 반드시 음식이나 음료를 보관하기 위한 컨테이너에 한정될 필요가 없으며, 임의의 다른 유형의 대상체가 될 수 있다. 또한, 엘리먼트(94)는 대상체의 임의의 보조 부분에 적용해도 되며, 대상체에 열적으로 간접적으로 접촉하는 것으로 해도 된다. 또한, 하우징 부분(96)은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다.

특정의 실시예를 들면 본 발명에 대하여 설명하였지만, 당업자라면, 본 발명이 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 도 7과 도 8에 나타낸 엘리먼트(50, 60)와 같은 엘리먼트의 입자는, 하나 이상의 입자를 위치시키기에 적합한 크기를 갖는 개구(opening)를 포함하는 멤브레인 내에 배치될 수도 있다. 또한, 엘리먼트는 돌출 벽 부분을 포함할 수 있는데, 이러한 벽 부분은 반사 특성을 가져도 되고 갖지 않아도 된다. 또한, 이러한 벽 부분은 사용 시에, 수평선에 인접한 영역에서 대기에 대해 투과 특성을 갖는 복사선을 회피하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 언급한 실시예의 다양한 변형예에서, 엘리먼트는 대기 창 파장 범위 내의 파장을 갖는 열복사선의 방출을 행하도록 구성된 입자를 반드시 포함하지 않아도 되는데, 이러한 입자 대신에, 하나 이상의 층(layer)을 사용해도 된다. 이러한 층은, 대기 창 파장 범위 내의 파장을 갖는 열복사선을 방출하도록 구성된 층으로서, 다층의 구조체가 가능하다. 다층 구조체의 층은 통상적으로, 사용 시에, 이온 표면 플라스몬 공진이 발생하고, 이온 표면 플라스몬 공진이 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 임의의 파장 범위를 갖도록 선택된 두께를 갖는다. 예를 들면, 다층 구조체는 대략 50nm - 150nm의 두께를 갖는 SiO 및 SiC 층을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 달리, 입자 대신에, 적절한 SiC 층과 같은 과립형(granular) 구조를 갖는 알갱이로 이루어진 층을 사용해도 된다. 이 경우, 알갱이(grains)의 평균 직경은, 층이 대기 창 파장 범위 내의 파장을 갖는 열복사선을 방출하는 구성이 가능하도록 선택된다. 입자(particles) 대신에, 다공성 층(porous layer) 또는 적절한 SiC 층과 같은 거친 표면을 갖는 층을 사용해도 된다. 이 경우, 구멍의 평균 간격 또는 표면 프로파일은, 층이 대기 창 파장 범위 내의 파장을 갖는 열복사선을 방출하는 구성이 가능하도록 선택된다.

또한, 엘리먼트는 상기 언급한 하나 이상의 층 외에 상기 언급한 입자를 포함해도 된다. 하나 이상의 층과 입자는 모두, 대기 창 파장 범위 내의 파장 범위를 갖는 열복사선을 방출할 수 있도록 구성될 수 있다.

Claims

열복사선(thermal radiation)의 방출을 위한 엘리먼트로서,
상기 엘리먼트는 열 에너지를 받고, 상기 받은 열 에너지 중 적어도 일부를 열복사선의 형태로 방출하도록 구성된 입자(particle)를 포함하고, 상기 열복사선은, 지구의 대기가 인접하는 파장 범위에서의 평균 흡수 및 방출에 비해 감소된 평균 흡수 및 방출을 가지는 대기 창(atmospheric window) 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 주로 가져, 상기 엘리먼트에 의한 대기로부터의 복사선의 흡수가 감소되는, 엘리먼트.
제1항에 있어서,
상기 대기 창 파장 범위는 지구의 대기의 최소의 평균 흡수를 포함하는, 엘리먼트.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 대기 창 파장 범위는 3㎛ 내지 5㎛ 및/또는 7.9㎛ 내지 13㎛의 파장 범위인, 엘리먼트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자는 상기 엘리먼트 전체에 분포되고, 상기 엘리먼트는 또한 상기 대기 창 범위 내의 파장을 가지는 복사선에 대해 실질적으로 투과성을 가지는 재료를 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자가 집중되고 열복사선이 방출될 수 있도록 구성된 표면 부분(surface portion)을 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자를 위치시키는 멤브레인(membrane)을 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열복사선에 대해 실질적으로 투과성을 가지는 커버를 포함하는 엘리먼트.
제7항에 있어서,
상기 커버는 커버층(cover layer)의 형태로 제공되는, 엘리먼트.
제7항에 있어서,
상기 커버는 대류(convection)에 의한 열 에너지의 교환을 감소시키도록 구성되는, 엘리먼트.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버는 폴리머 재료를 포함하는, 엘리먼트.
제10항에 있어서,
상기 커버는 폴리에틸렌을 포함하는, 엘리먼트.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버는 산화물 또는 황화물 재료를 포함하는, 엘리먼트.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 산화물 또는 황화물 재료는 상기 폴리에틸렌 재료 위에 위치되는, 엘리먼트.
제13항에 있어서,
상기 산화물 또는 황화물 재료는 상기 폴리머 재료 위에 위치된 층(layer)인, 엘리먼트.
제14항에 있어서,
상기 산화물 또는 황화물 재료의 상기 층은, 사용 시에 입사하는 UV 복사선의 적어도 대부분을 차단하도록 선택된 두께를 가지고, 상기 커버는 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 범위를 가지는 복사선에 대해 실질적으로 투과성을 가지는, 엘리먼트.
제15항에 있어서,
상기 층의 두께는 100nm - 1000nm 범위 내인, 엘리먼트.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
사용 시에, 냉각될 매질이 위치되는 내부 공간을 한정하는 벽 부분을 더 포함하는 엘리먼트.
제17항에 있어서,
상기 벽 부분은 반사성 재료를 포함하는, 엘리먼트.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 벽 부분의 적어도 일부는 단열(thermally insulating)되는, 엘리먼트.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
사용 시에, 수평선에 가까운 대기 영역부터 들어오는 복사선이 실질적으로 차단되도록 위치되어 있는 돌출 벽 부분(projecting wall protion)을 가지는 구조체를 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 반사성을 가지는 돌출 벽 부분을 가지는 구조체를 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
사용 시에, 상기 입자에 의해 방출되거나 상기 돌출 벽 부분에 의해 반사된 열복사선이 우주 공간(Space)으로의 방향 및 수평선에서 멀어지는 방향을 향하도록 위치되는 돌출 벽 부분을 가지는 구조체를 포함하는, 엘리먼트.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출 벽 부분은 열 방출 특성(thermal emittance)이 낮은 재료로 형성되는, 엘리먼트.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
집광기(concentrator)를 포함하는 엘리먼트.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입자는 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진(ionic surface plasmon resonance)을 발생하도록 구성되어 있는, 엘리먼트.
제25항에 있어서,
상기 입자는 상기 이온 표면 플라스몬의 적어도 일부가 7.9 - 13㎛의 파장 범위 내의 파장을 가지도록 구성되어 있는, 엘리먼트.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 창문의 일부를 형성하거나, 또는 창문의 형태로 제공되는, 엘리먼트.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 지붕 타일의 일부를 형성하거나, 또는 지붕 타일의 형태로 제공되는, 엘리먼트.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 지붕 시트의 일부를 형성하거나, 또는 지붕 시트의 형태로 제공되는, 엘리먼트.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 채광창(skylight)의 일부를 형성하거나, 또는 채광창의 형태로 제공되는, 엘리먼트.
제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 가시광선에 대해 실질적으로 투명하고, 상기 엘리먼트는 열복사선의 방출을 위한 상기 입자를 포함하는 실질적으로 투명한 폴리머 재료를 포함하는 엘리먼트.
제31항에 있어서,
들어오는 근적외 복사선(near infrared radiation)이 흡수되고 그 결과 흡수된 열 에너지가, 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장을 가지는 복사선을 방출하도록 구성된 상기 입자에 의해 열복사선의 형태로 적어도 부분적으로 재방출되도록, 구성되는 엘리먼트.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엘리먼트는 대상체(object)의 일부를 형성하는 엘리먼트.
제33항에 있어서,
상기 엘리먼트는 상기 대상체의 일부에 도포되는 엘리먼트.
제34항에 있어서,
상기 엘리먼트는 상기 대상체의 상기 일부와 접촉되어 있는 엘리먼트.
제34항에 있어서,
상기 엘리먼트는 상기 대상체의 상기 일부에 부착되어 있는 엘리먼트.
제34항에 있어서,
상기 엘리먼트는 상기 대상체의 상기 일부에 형성되어 있는 엘리먼트.
제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대상체는 컨테이너를 포함하는, 엘리먼트.
제38항에 있어서,
상기 대상체는 캔(can)을 포함하는, 엘리먼트.
제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 대상체는 음식을 포함하는, 엘리먼트.
제38항 또는 제39항에 있어서,
상기 대상체는 액체를 포함하는, 엘리먼트.
제33항 내지 제41항 중 어느 한 항의 엘리먼트를 포함하는 냉각 시스템으로서,
상기 대상체의 일부와 상기 냉각 시스템의 주변 간의 열 에너지의 교환을 감소시키기 위한 단열 벽 부분(thermally insulating wall portion)을 포함하는 냉각 시스템.
제42항에 있어서,
상기 단열 벽 부분은, 상기 엘리먼트가 사용 시에 상기 냉각 시스템으로부터 멀어지는 방향으로 열복사선을 방출할 수 있도록 구성되는, 냉각 시스템.
제42항 또는 제43항에 있어서,
상기 냉각 시스템은, 상기 대상체가 상기 단열 벽 부분에 의해 형성된 내부에 위치 가능하고 또한 그로부터 탈착 가능(removable)하도록 구성되어 있는, 냉각 시스템.
제44항에 있어서,
탈착 가능한 뚜껑 부분(lid-portion), 및 상기 단열 벽 부분과 함께, 사용 시에 상기 대상체가 위치되는 인클로저(enclosure)를 형성하는 기저 부분(base portion)을 더 포함하고, 상기 뚜껑 부분은 상기 엘리먼트의 상기 입자에 의해 방출된 열복사선에 대해 투과성을 가지는 재료로 형성되는, 냉각 시스템.
열복사선을 방출하기 위한 엘리먼트로서,
상기 엘리먼트는 열 에너지를 받고, 상기 받은 열 에너지 중 적어도 일부를 열복사선의 형태로 방출하도록 구성된 하나 이상의 층을 포함하고, 상기 열복사선은, 지구의 대기가 인접하는 파장 범위에서의 평균 흡수 및 방출에 비해 감소된 평균 흡수 및 방출을 가지는 대기 창(atmospheric window) 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 주로 가져, 상기 엘리먼트에 의한 대기로부터의 복사선의 흡수가 감소되는, 엘리먼트.
제46항에 있어서,
상기 대기 창 파장 범위는 3㎛ 내지 5㎛ 및/또는 7.9㎛ 내지 13㎛의 파장 범위인, 엘리먼트.
제46항 또는 제47항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은, 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진(ionic surface plasmon resonance)을 발생하도록 구성되는, 엘리먼트.
제46항 또는 제47항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은, 상기 하나 이상의 층이 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하게 구성되도록 선택된, 구조적 특성(structural property)을 가지는, 엘리먼트.
제49항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은 알갱이(grain)를 포함하고, 상기 구조적 특성은 상기 알갱의 직경과 연관되며, 상기 알갱의 직경은, 상기 적어도 하나의 층이 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하게 구성되도록 선택되는, 엘리먼트.
제49항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은 세공(pore)을 포함하며, 상기 상기 구조적 특성은 상기 세공들 사이의 잔류 고체(residual solid)의 두께와 연관되며, 상기 세공들 사이의 잔류 고체의 두께는, 상기 적어도 하나의 층이 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하게 구성되도록 선택되는, 엘리먼트.
제49항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은 표면 거칠기(surface roughness)를 가지고, 상기 상기 구조적 특성은 상기 하나 이상의 층의 표면의 표면 특징(surface feature) 중 두께 또는 폭과 연관되며, 상기 표면 특징 중 두께 또는 폭은, 상기 적어도 하나의 층이 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진을 발생하게 구성되도록 선택되는, 엘리먼트.
제46항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 층은, 다층 구조체가 상기 대기 창 파장 범위 내의 파장 또는 파장 범위를 가지는 이온 표면 플라스몬 공진의 발생하게 구성되도록 층의 두께가 선택되는, 상기 다층 구조체의 일부인, 엘리먼트.