KR20160147650A - 수동형 복사 냉각 패널 및 모듈 생산 - Google Patents

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KR20160147650A
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버나드 디. 카세
빅터 리우
아민 알. 볼켈
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팔로 알토 리서치 센터 인코포레이티드
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Abstract

알루미늄 포일 시트를 양극 산화하여 메타물질 나노구조체를 형성하고 이어 메타물질 나노구조체 상에 도금 금속을 형성하여 울트라-블랙 방사체를 생성하고, 이어 반사층 (예를들면, 태양광 반사 필름(solar mirror film))을 울트라-블랙 방사체에 부착시켜 수동형 복사 냉각 패널을 생산한다. 공정은 롤-투-롤-타입 제작 시스템에서 구현될 수 있고 연속적인 알루미늄 포일 리본은 공급 롤에서 양극 산화 스테이션을 거쳐 반사체 장착 스테이션으로 연장되어 제1 리본 구역은 양극 산화가 실행되고 제2 리본 구역은 도금이 수행되고 반사층은 제3 리본 구역에 장착된다. 개량된 양극 산화알루미늄 (AAO) 자기-조립 기술을 활용하여 테이퍼형 나노공극을 형성하고 이는 이후 도금되어 거의 1의 방사율로 광대역 복사에너지를 발생시킬 수 있는 울트라-블랙 방사체를 형성한다. 패널을 도관 구조체에 장착시켜 모듈을 생산한다.

Description

수동형 복사 냉각 패널 및 모듈 생산{PRODUCING PASSIVE RADIATIVE COOLING PANELS AND MODULES}
대형 냉각 시스템은 발전에 있어서 중요한 역할을 수행한다.
대부분의 발전소는 열원 (예를들면, 원자로심, 가스로/석탄로/유로, 또는 태양열 집광장치)을 이용하여 냉각재 (전형적으로 물)를 가열된 기체 상태 (예를들면, 증기)로 전환한 후, 가열된 기체 냉각재를 발전기 (즉, 기계 동력을 전력으로 전환시키는 회전 기계)에 통과시켜 발전한다. 발전기에서 유출되는 냉각재가 열원으로 복귀하기 전에, 냉각재는 기체 상태로부터 액체 상태로 전부 재전환되어야 하고, 이때 전형적으로 냉각재로부터 열이 충분히 발산되어 냉각재 온도는 비점 이하로 떨어진다. 대형 발전소에서 사용되는 냉각재 용량이 거대하므로, 이러한 냉각 기능은 전형적으로 발전기에서 나오는 냉각재를 발전소 외부에 배치되는 대형 냉각 시스템으로 관으로 연결하여 수행되고, 이로써 냉각재로부터 열은 무해하게 주변 환경으로 발산된다. 발전소 복귀 전에 냉각재가 액체 상태로 완전히 재-전환되지 않는다면 발전소 효율은 상당히 감소된다. 따라서, 대형 냉각 시스템은 발전에 있어서 중요한 기능을 한다.
냉각 시스템은 크게 두 종으로 분류된다: 물을 소모하는 (즉, 원하는 냉각력을 달성하기 위하여 증발에 의존하는) 수랭식 (wet cooling) 시스템, 및 물을 소모하지 않고 열을 제거하기 위하여 대류 또는 복사를 적용하는 공랭식 시스템. 일반적으로, 종래 기술 기반의 공랭식 시스템은 상당히 더욱 넓은 면적을 차지하고 동일한 냉각력을 발생시킬 수 있는 동등한 수랭식 시스템보다 더욱 높은 운전 비용이 요구된다. 따라서, 특히 전통적 공랭식이 비현실적인 고온 다습 기후대에서 대부분의 대형 발전소는, 엄청난 양의 물을 (즉, 매일 수십억 갤론의 물) 한꺼번에 소모하는 수랭식 시스템을 활용한다. 즉, 물이 풍부하고 저렴한 경우, 수랭식 시스템이 종래 기술 기반의 공랭식 시스템에 비하여 건설 및 운전에 있어서 상당히 저렴하다. 그러나, 건조 지역 또는 물 부족 지역 (예를들면, 가뭄 등)에서, 발전소에서 사용되기 위하여 소중한 수자원이 주거 또는 농업 지역으로부터 전용되어야 한다면 수랭식 시스템을 이용하는 것은 문제이다.
복사 냉각은 복사에너지에 의해 방열이 달성되는 공랭식 형태이다. 모든 물체는 일정하게 복사에너지를 방사하고 (emit) 흡수하고, 순에너지 흐름이 외향이면 복사 냉각이 진행되지만, 순에너지 흐름이 내향이면 열 취득이 생긴다. 예를들면, 건물의 수동형 복사 냉각 (예를들면, 냉각 팬을 돌리기 위한 전력 소모 없이 복사 냉각이 달성)은 전형적으로 맑은 하늘로부터의 장파 복사선이 건물 옥상에서 방사되는 장파 적외선보다 적은 야간에 발생된다. 반대로, 주간에는 건물 지붕을 향하는 태양 복사가 방사되는 장파 적외선보다 크고, 따라서 공중으로 순 흐름이 존재하다.
간단한 용어로, 복사 표면의 냉각력, P냉각, 은 복사력, Prad, 에서 공기로부터의 대기 열 복사의 흡수력, Patm, 일사량, Psun, 및 전도 및 대류 영향, Pcon를 제한 것과 같다:
P냉각 = Prad - Patm - Psun - Pcon (식 1)
실제 설정에 있어서, Patm 은 주변 온도에 의해 결정되고, Psun 은 낮 시간, 구름량, 등에 따라 달라지고, 야간에는 0이고, Pcon 은 냉각기의 구조적 사양에 따라 결정된다. 식 1로부터, 주간에 P냉각을 극대화하기 위하여 표면 방사율을 증가시켜 Prad를 높이고, Psun 영향을 최소화하고 (예를들면, 광대역 반사체를 이용), 전달성 열원으로부터 냉각기를 보호하여 대류 및 전도 영향 Pcon을 줄이는 것이 요구된다. 조합적인 비-복사 열계수를 6.9 W/m2K로 가정하면, Eq. 1에 의하면 실제 최소 목표 Prad 값은 주간에 55 W/m2이고, 야간에 100 W/m2이며, 이는 주변보다 약 5℃ 하강된다는 것이다.
이상적인 고성능 수동형 복사 냉각기는 따라서 다음 3가지 조건들을 만족하는 수동형 복사 냉각 장치로 정의될 수 있다. 첫째, 적어도 (대부분 가시광선 및 근적외선 파장에서)94%의 태양광을 반사시켜 냉각 패널이 가열되는 것을 방지하고, 따라서 Psun을 최소화하는 것이다. 둘째, 대기 투명 구간 (window) (예를들면 8-13 um (지배 구간), 16-25 um, 등)에서 방사율은 거의 1을 보이고 이들 구간 외에서는 방사는 0을 보인다. 이는 대기가 불투명한 파장에서 패널이 강하게 방사되지 않고, 따라서 Patm가 최소화되는 것을 보장한다. 셋째, 장치는 환경에서 차폐되어 달리 추가 열 부하에 기여할 수 있는 대류를 최소화하여, 따라서 Pconv를 최소화하는 것이다. 주변 온도 이하에서 작동되는 경우 장치 최상부에서의 대류는 유해하다. 정리하면, 이상적인 고성능 수동형 복사 냉각기는 직사 일광에 노출되는 경우에도, 냉각력을 달성하기 위하여 전력 입력 또는 재료 상변화가 필요하지 않은 주변 온도 이하로 "자기-냉각"할 수 있는 공학적 구조체이다.
현재 이상적인 고성능 수동형 복사 냉각기를 정의하는 3가지 조건들을 충족시키는 상업적 이용 가능한 수동형 복사 냉각 기술이 존재하지 않는다. 현존 복사 냉각 포일은 고가는 아니지만, 일광 부재 (즉, 대부분 야간)에서의 작동으로 제한된다. 주간 수동형 복사 냉각을 달성하기 위한 본 분야의 현재 기술적 시도는 방사체 (emitter)-상부 (over)-반사체 구조를 이용하는 것이지만, 이는 복잡한 고가의 분광-선택적 방사체 재료가 요구되어 전통적 전력 냉각 방법에 대한 현실적 상업적 대안을 제공하지 못한다. 또한, 고온 또는 다습 지역 대형 발전소용 공랭 방식을 제공하도록 쉽게 확장될 수 있는 상업적 또는 대안의 수동형 복사 냉각 기술이 존재하지 않는다(즉, 제로). 즉, 발전소 공랭 방식에 대한 도전은 쉽게 제작되고 매우 큰 면적 (예를들면 1 km2)으로 저렴하게 확장될 수 있는 광 구조체를 구성하는 것이다.
종래 시도와 관련된 고가 및 복잡성을 피하고 고성능 수동형 (즉, 전력/전기 입력이 불필요) 복사 냉각 장치 생산을 위한 저비용 방법이 요구된다. 또한 전통적으로 공랭식이 비현실적인 및/또는 발전소 수랭식 시스템에서 요구되는 상당한 물 소비를 지원할 수 있는 충분한 물이 가용되지 않는 고온 다습 기후대에서 또는 물 공급 부족을 경험하는 기타 지역에서 비용 효율이 높고 확장 가능한 발전소 공랭식 시스템을 제공할 수 있는 수동형 복사 냉각 패널 대량-생산을 위한 저렴하고, 높은-처리율 방법이 요구된다.
본 발명은 개량된 양극 산화 및 금속 도금 공정으로 알루미늄 포일 (foil)에 울트라-블랙 방사체를 제작하고, 이어 반사층을 울트라-블랙 방사체 상에 장착하여 수동형 복사 냉각 패널을 생산하는 방법에 관한 것이다. 개량된 양극 산화 공정이 활용되어 알루미늄 포일 상에 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 배치되는 메타물질 나노구조체를 생산하고, 이어 금속 도금 공정이 활용되어 메타물질 나노구조체 상에 도금 금속 층을 형성하여 획득되는 금속-도금 메타물질 나노구조체는 대기 투명 구간 (ATW) 복사에너지 (예를들면, 8um 내지 13um 파장 범위를 가지는 복사에너지)를 거의 1의 (즉, 적어도 0.998) 방사율로 발생한다. 이어 반사층은 울트라-블랙 방사체 금속 도포된 메타물질 나노구조체 상에 장착되고, 울트라-블랙 방사체를 입사 태양 복사로부터 차폐하고 (즉, 반사층 재료의 반사율은 2um 이하 파장의 복사에너지에 대하여는 적어도 90%), 또한 금속-도금 메타물질 나노구조체에 의해 방사되는 ATW 복사에너지를 전달할 수 있는 (즉, 8um 내지 13um 파장 범위를 가지는 복사에너지에 대한 반사층 재료의 반사율은 10% 이하) 재료를 이용하여 구현되어, 방사되는 ATW 복사에너지는 반사층 및 지구 대기를 통과하여 우주에 흡수됨으로써, 패널은 낮 시간에도 순 냉각효과를 일으킨다. 본 발명의 양태에 의하면, 본 방법은 신규한 반사체-하부-방사체 배열에 의한 수동형 복사 냉각 패널을 생산하고 여기에서 울트라-블랙 방사체는 반사층 아래에 배치된다 (즉, 반사체가 방사체와 아래에 조합되거나 배치되는 종래 방법과 대비). 이러한 새로운 2-층 패널 생산 방법은 대면적 롤-투-롤 생산으로 확장 가능하고 고가의 사진 석판 패턴화가 필요하지 않은 생산 공정 (예를들면, 양극 산화 및 무전해 도금)을 이용하여 종래 공랭식 방법과 연관된 고가 및 복잡성을 피할 수. 또한, 본 발명자들은 상업적으로 입수 가능한 2 이상의 태양 미러 필름이 반사층으로 구현되기에 허용 가능한 광학 특성을 보이고 따라서 총 생산 비용은 현존의, 비용 효율이 높은 반사층 재료를 이용하여 더욱 조절될 수 있다는 것을 알았다.
본 발명의 실시태양에 의하면, 롤-투-롤 제작 시스템이 활용되어 공급 롤러로부터 순차적으로 양극 산화 스테이션, 금속 도금 스테이션, 이어 반사체 장착 스테이션을 통해 인발되는 알루미늄 포일 리본 (ribbon) 상에 상기 메타물질-보강된 수동형 복사 냉각 패널에 대한 저렴한, 높은-처리율의 생산 방법을 제공한다. 양극 산화 스테이션은 알루미늄 리본의 제1 구역을 제1 화학조 (예를들면, 산 용액이 담긴 탱크)로 통과하도록 안내하는 (제1) 안내 기구 (mechanism) (예를들면, 안내 롤러)를 포함한다. 양극 산화 스테이션은 또한 화학조에 배치되는 음극 (cathode), 및 산화알루미늄 층이 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 배치되는 메타물질 나노구조체 (예를들면, 나노공극 또는 나노튜브)를 형성하는 방식으로 알루미늄 포일 상에 생기도록 음극 및 담지된 제1 리본 구역 사이 전압을 조절하는 제어회로를 포함한다. 금속 도금 스테이션은 양극 산화 스테이션 하류에 배치되고 알루미늄 리본의 제2 구역이 제2 화학조 (즉, 탱크에 배치되는 도금액)를 통과하도록 안내하는(제2) 안내 기구를 포함하고, 금속 도금 스테이션은 적합한 도금 금속 (예를들면, Ni, Cu 또는 Ag)을 사전에 형성된 메타물질 나노구조체 상에 적층함으로써, 상기와 같이 거의 1의 방사율로 ATW 복사에너지를 발생하는 금속-도금 메타물질 나노구조체를 생산한다. 반사체 장착 스테이션은 금속 도금 스테이션 하류에 배치되고 (예를들면, 제2 공급 롤러로부터) 알루미늄 리본의 제3 구역에 상기 광학 특성을 가지는 반사층을 안내하여 반사층은 금속-도금 메타물질 나노구조체 상의 제3 리본 구역에 장착되어 적층 패널 구조체를 형성한다. 이어 선택적인 절단 스테이션이 활용되어 적층 패널 구조의 구역들을 개별 패널로 절단한다. 발전소 공랭 방식에 있어서 수동형 복사 냉각 방법은 본질적으로 대면적 (즉, 평방 킬로미터) 패널이 요구된다. 이는 주요 기술-경제적 도전은 보조 냉각 모듈에 통합되는 이러한 복사 냉각 패널의 비용-효과적 대량 생산 능력에 있다는 것을 의미한다. 롤-투-롤 제작 시스템 및 이의 연관된 방법은 연속적인, 높은-처리율의 고성능 수동형 복사 냉각 패널 제작을 구현함으로써 이러한 기술-경제적 도전을 충족시킨다.
현재 바람직한 실시태양에 의하면, 고성능 수동형 복사 냉각 패널 구현을 위한 생산 방법은 개량된 양극 산화알루미늄 (AAO) 자기-조립 형판 기술을 활용하여 알루미늄 포일 상에 육각 적층 어레이로 배치되는 테이퍼형 나노공극을 발생시키고, 이어 무전해 도금을 활용하여 테이퍼형 나노공극 내부에 도금 금속 층 (예를들면, Ni, Cu 또는 Ag)을 형성한다. 특히, 알루미늄 포일 상에 산화알루미늄 형성은 알루미늄 포일 및 음극 간 인가 전압을 점차 증가시켜 조절함으로써(예를들면, 10 볼트에서 60 볼트), 테이퍼형 나노공극은 산화물 층 최상부 표면에 위치하는개방 상단, 폐쇄 하단, 및 개방 상단 및 폐쇄 하단 사이 연장되는 실질적 원추형 측벽을 가지는 구멍-유사 공동으로 형성된다. 인가 전압을 점차 증가하면 감소되는 테이퍼형 측벽을 가지는(즉, 원추 측벽의 직경은 각각의 테이퍼형 나노공극 내부에서 감소) 테이퍼형 나노공극을 형성한다. 인가 전압 및 기타 양극 산화 공정 변수를 조절하면, ATW 복사에너지 (예를들면, 명목 폭은 100nm 내지 1um) 발생에 적합한 크기의 테이퍼형 나노공극이 알루미늄 포일 상에 생긴다. 현재 바람직한 실시태양에서, 이어 알루미늄 포일은 PdCl2 로 예비 처리되어 산화알루미늄 표면을 활성화시키고, 이어 알루미늄 포일을 니켈-인 조 (bath)에 담지하여 무전해 도금은 수행함으로써, Ni-도포 테이퍼형 나노공극이 생성된다. 이러한 금속-도금 테이퍼형 나노공극은 새로운 울트라-블랙 메타물질을 생성하고 이는 거의 1의 방사율로 ATW 복사에너지를 발생하기 위한 우수한 광학 특성을 제공한다고 판단된다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 본 방법은 모듈화 유닛 (모듈) 생산 방법을 제공하고 이는 상기 고성능 수동형 복사 냉각 패널 제작을 위한 높은-처리율 생산 방법과 도관 구조체 장착 공정을 조합하고 이때 도관 구조체는 알루미늄 포일 아래에서 각각의 패널에 장착되고, 알루미늄 포일의 하부 (제2) 표면과 조합하여, 유동 채널을 형성하고 이를 통해 발전소 (또는 기타 물체 (object))로부터 냉각재는 유입 및 유출 파이프에 의해 이송될 수 있다. 냉각재가 도관 구조체를 통과할 때 알루미늄 포일의 하부 (제2) 표면에 대항 (즉, 접촉)하도록 흘러, 냉각재로부터의 열적 에너지가 알루미늄 포일을 통해 금속-도포 테이퍼형 나노공극으로 전달되어 ATW 복사에너지로 전환되고, 이어 반사층을 통해 냉각 근 공간으로 전달되도록 유동 채널은 구성된다. 모듈은 유입 및 유출 파이프에 의해 병렬 및 직렬 연결되도록 구성되어 전통적 공랭식이 비현실적이고 및/또는 충분한 물이 가용되지 않아 발전소 수랭식 시스템에 의해 요구되는 상당한 물 소비를 지원할 수 없는 고온 다습 기후대 또는 기타 물 공급 부족 지역에 놓이는 발전소를 위한 비용 효율이 높고 확장 가능한 공랭식 시스템을 형성할 수 있다. 본 발명은 따라서 현존 양극 산화 및 무전해 생산 설비를 이용하여 실행할 수 있는 울트라-블랙 방사체 생성을 위한 개량된 양극 산화 및 무전해 공정을 활용하고, 상업적으로 입수 가능한 태양 미러 필름을 적용할 수 있는 신규한 방사체-하부-반사체 배열을 이용하여 저렴한 수동형 복사 냉각 시스템 생산을 실현한다. 경질 (hard) 양극 산화 및 무전해 도금을 위한 식각률은 15-25 nm/s이므로, 본 발명의 생산 방법은 7 ft/s 이상의 제작 속도가 가능하고, 이는 발전소를 위한 확장 가능한, 고성능 수동형 복사 냉각 시스템의 광범위한 구현이 가능하므로, 현존 수랭식 시스템을 교체하여 매일 수십 억톤의 물 소비를 방지할 수 있다.
본 발명의 이들 및 기타 특징부, 양태 및 장점은 하기 설명, 첨부 청구항 및 도면에서 더욱 양호하게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 실시태양에 의해 알루미늄 리본 상에 메타물질-보강된 수동형 복사 냉각 패널 생산을 위한 롤-투-롤-타입 제작 시스템의 간략 도표이다;
도 2는 본 발명의 특정 실시태양에 의해 생산되는 수동형 복사 냉각 패널의 측단면도이다;
도 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F 및 3G는 본 발명의 예시적 실시태양에 따라 도 2의 수동형 복사 냉각 패널의 울트라-블랙 방사체 생산 방법을 보이는 측단면도이다;
도 4는 도 2의 수동형 복사 냉각 패널에서 사용되는 울트라-블랙 방사체 층의 예시적 광학 특성을 보이는 그래프이다;
도 5는 육각 패턴으로 배열되는 예시적 나노공극 어레이를 보이는 평면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적 실시태양에 의한 도 2의 수동형 복사 냉각 패널을 포함하는 모듈을 보이는 상측 사시도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적 실시태양에 의한 도 6의 모듈을 활용한 간략 수동형 복사 냉각 시스템을 보이는 간략 도표이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 유입 및 유출 파이프 사이 직렬 및 병렬로 연결된 다중 모듈을 포함하는 예시적 수동형 복사 냉각 시스템ㅇ르 보이는 상측 사시도이다;
도 9는 본 발명의 대안 실시태양에 의한 대안적 2-단계 양극 산화 공정을 보이는 도표이다.
본 발명은 수동형 반사 냉각 개량에 관한 것이다. 이하 설명은 당업자가 특정 적용 및 요건으로 본 발명의 실시 및 사용이 가능하도록 제시된다. 본원에 사용되는 바와 같이, 방향 용어들 예컨대 "상부", "상향-대면", "하부", "하향-대면", "최상부", 및 "바닥"은, 설명 목적으로 상대 위치를 제공할 의도인 것이지, 반드시 지시 대상의 절대 구조적 위치를 지정할 의도는 아니다. 바람직한 실시태양에 대한 다양한 변형들이 당업자들에게 명백할 것이고, 본원에 제시되는 포괄적 원리는 기타 실시태양들에 적용될 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 특정 실시태양들에 국한되지 않고, 본원에 개시된 원리 및 신규한 특징부와 일치되는 최광의 범위에 따르는 것이다.
도 1은 본 발명의 포괄적이고 예시적인 실시태양에 따라 메타물질-보강된 수동형 복사 냉각 패널 (100) 생산을 위한 롤-투-롤 제작 시스템 (400)을 보이는 간략 도표이다. 도 1에 도시된 구성은 전체적인 제도 개념에 초점을 두는 것이고, 간결성을 위하여 모든 보조적인 구성요소들 (예를들면 수조, 전극, 등)은 생략되었다는 것을 이해하여야 한다.
도 1을 참고하면, 높은 처리율 및 생산 저비용을 구현하기 위하여, 시스템 (400)은 공급 롤러 (403)에서 당겨지고 순차적으로 양극 산화 스테이션 (430), 무전해 도금 스테이션 (440) 및 반사체 장착 스테이션 (450)을 통과하는 알루미늄 포일 리본 (410)을 이용하여 수동형 복사 냉각 패널 (100)을 생산한다. 즉, 공급 롤러 (403)는 양극 산화 스테이션 (430)으로부터 일정한 거리에서 회전 가능하게 고정적으로 유지되고, 회전되어 (풀려)리본 (410)이 양극 산화 스테이션 (430)를 거쳐 무전해 도금 스테이션 (440) 및 반사체 장착 스테이션 (450)으로 당겨진다 (인발된다). 리본의 상이한 구역들 (410)을 동시에 처리하고, 순차적으로 각각의 리본 구역을 각각의 스테이션에 통과하도록 이송함으로써 이러한 배열로 연속적인, 높은-처리율의 고성능 수동형 복사 냉각 패널 (100) 제작이 가능하다. 즉, 주어진 시간에, 양극 산화가 제1 리본 구역 (410)(S1)에서 수행되고 도금 금속이 제2 리본 구역 (410)(S2)에서 형성되고 반사층이 제3 리본 구역 (410)(S3)에 배치된다. 또한, 양극 산화가 제1 리본 구역 (410)(S1)에서 완료된 후, 리본 (410)은 이송되어 제1 리본 구역은 무전해 도금 스테이션 (440), 및 이후 반사체 장착 스테이션 (450)을 통과한다.
도 1의 좌측 중앙을 참고하면, 양극 산화 스테이션 (430)은 제1 안내 기구 (예를들면, 롤러 (437))를 포함하고 이는 제1 리본 구역 (410)(S1)이 탱크 (431)에 배치되는 산 용액 (432)에 의해 형성되는 제1 화학조를 통과하도록 안내한다. 본 발명의 제1 양태에 의하면, 양극 산화 스테이션 (430)은 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 알루미늄 포일 리본 구역 (410)(S2)상에 배치되는 메타물질 나노구조체 (즉, 주문형 광학 특성을 가지는 광파장 이하의 공학 가공된 구조체)를 생성한다. 특히, 도 1을 참고하면, 리본 구역 (410)(S1)의 양극 산화는 전기 회로의 양극 (anode) (양성 극)을 형성하는 리본 구역 (410)(S1) 및 음성 극 (음극) 구조체 (433) (예를들면, 탄소/흑연 시트)을 형성하도록 이들 사이 전압 V의 전기 회로를 형성하여 생산된다. 도 1의 아래 사시도에 도시된 완성 패널 (100)을 참고하면, 이러한 배열로 산화물 층 (115)이 리본 (410) (도시된 바와 같이, 이후 절단되어 기본 알루미늄 층 (포일) (114)을 형성,)상에 성장된다. 이하 더욱 상세히 제시된 바와 같이, 인가 전압 V는 제어회로 (435)로 조절되어 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 배치되는 메타물질 나노구조체를 생산하는 방식으로 산화물 층이 리본 구역 (410)(S1)상에 성장한다. 도 1의 아래 우측을 다시 참고하면, 완성된 패널 (100)은 간략 층으로 표시되는 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴 (117)의 메타물질 나노구조체 (118)를 보이고, 메타물질 나노구조체 (118)는 산화알루미늄 층 (115) 상에 다공 부분으로 형성되는 것으로 도시된다. 도 1에 적용되는 간략 표시는, 하기 현재 바람직한 실시태양은 울트라-블랙 방사체 (110)를 구현하지만 기타 메타물질 나노구조체 타입 (예를들면, 나노튜브 또는 비-테이퍼형 나노공극) 또는 기타 침상, 수지상 또는 다공 처리 표면으로 구현될 수 있다는 것을 전하기 위한 의도이고, 이러한 대안 메타물질 나노구조체가 하기 필수적인 광학 특성을 가지는 울트라-블랙 방사체 구조를 생산한다면 이들 일부는 양극 산화 스테이션 (430)으로 형성될 수 있다.
도 1의 우측 중앙을 참고하면, 무전해 도금 스테이션 (440)이 양극 산화 스테이션 (430) 하류에 배치되고 제2 안내 기구 (예를들면, 롤러 (447))를 포함하고 이는 제2 리본 구역 (410)(S2)을 탱크 (441)에 배치되는 도금액 (442)을 포함하는 제2 화학조에 통과하도록 안내한다. 본 발명의 제2 양태에 의하면, 무전해 도금 스테이션 (440)은 적합한 도금 금속 (예를들면, Ni, Cu 또는 Ag)을 사전에 형성된 메타물질 나노구조체에 적층시키고 형성된 금속-도금 메타물질 나노구조체는 거의 1의 방사율로 적어도 하나의 대기 투명 구간에 있는 대기 투명 구간 (ATW) 복사에너지를 발생시킨다. 즉, 도 1 아래의 사시도에 도시된 완성 패널 (100)을 참고하면, 도금 금속 층 (116)은 공지 기술로 메타물질 나노구조체 (118)상에 배치되어 형성된 금속-도금 메타물질 나노구조체 (즉, 하기 방식으로 도금 금속 층 (116)이 형성된 메타물질 나노구조체 (118))는 울트라-블랙 재료를 형성하고 이는 8um 내지 13um 파장 범위의 주요 ATW (및 선택적으로 또한 16um 내지 28um범위의2차 ATW)를 가지는 ATW 복사에너지를 적어도 0.998의 방사율로 발생시킨다.
도 1의 우측을 참고하면, 반사체 장착 스테이션 (450)은 무전해 도금 스테이션 (440) 하류에 배치되고, 반사층 (120)을 리본 (410)의 제3 구역 (410)(S3)에 작동 가능하게 장착하고 부착시켜 반사층 (120)은 금속-도금 메타물질 나노구조체를 덮는다. 도시된 실시태양에서, 장착 공정은 (제2) 공급 롤러 (405)로부터 제3 리본 구역 (410)(S3)으로 반사체 층 리본 (420)을 동반하고, 반사체 층 리본 (420)을 고정시킨다 (예를들면, 접착제에 의함). 도 1 아래에 완성 패널 (100)에서 도시된 바와 같이, 반사층 (120)은 울트라-블랙 방사체 (110)의 최상부 표면 (112)에 선택적인 접착층 (130)으로 장착된다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 반사층 (120)은 울트라-블랙 방사체 (110)를 태양 복사로부터 차폐하고 울트라-블랙 방사체 (110)에서 방사되는 ATW 복사에너지가 반사층 (120)을 통과하여 우주 (space)로 전달되는 재료 (예를들면, 태양 미러 필름)로 구현된다. 반사층 (120)의 예시적 분광학적 특징이 도 1 아래 좌측 그래프에 도시된다. 특히, 반사층 (120)은 2um 이하 파장을 가지는 복사에너지에 대하여는 반사율이 적어도 90%이고, 8um 내지 13um 파장 범위를 가지는 복사에너지에 대하여는 10% 이하의 반사율을 가지는 재료를 포함한다. 일부 실시태양들에서, 집중화 태양 발전 (CSP) 집열판에 현재 사용되는 상업적으로 입수 가능한 태양 미러 필름 (예를들면, St. Paul, Minn. USA의3M Corporation, 또는 Arvada, CO USA의 ReflecTech, Inc.에서 생산되는 태양 필름)은 원하는 분광에 거의 충분한 분광학적 특징을 보이고, 비용-효과적으로 반사층 (120)으로 활용될 수 있다. 다른 경우에는, 주어진 울트라-블랙 방사체에 의해 방사되는 ATW 복사에너지만을 선택적으로 전달하기 위하여 공지된 맞춤식 공학적 가공 기술로 제작된 반사 재료가 반사층 (120) 실현에 적용될 수 있다.
도 1은 양극 산화 공정 및 무전해 도금을 상이한 리본 (410) 구역에 동시에 수행하는 시스템 (400)을 도시하지만, 기타 실시태양들에서 이들 공정은 별개의 알루미늄 포일 편들 (segments)에 구현되고 이들은 순차적으로 기타 이송 기구들에 의해 각각의 스테이션으로 전달될 수 있다. 그러나, 도 1의 배열을 활용함으로써 (즉, 알루미늄 포일 리본 (410)은 공급 롤러 (403)에서 순차적으로 제1 및 제2 화학조들을 통과하여 연장되어 상기 양극 산화는 리본 구역 (410)(S1)에서 수행되고 무전해 도금은 동시에 리본 구역 (410)(S2))에서 수행되어, 총 생산 비용은 실질적으로 감소될 수 있다. 유사하게, 반사층 시트는 기타 방법으로 상응하는 울트라-블랙 방사체 구역에 장착될 수 있지만, 도 1 에 도시된 배열을 활용함으로써 (즉, 상류 리본 구역 410(S2) 및 410(S1)에서 상기 무전해 도금 및 양극 산화가 동시에 수행되면서 알루미늄 포일 리본을 부착), 총 생산 비용은 더욱 감소된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 방사체 (110A) 및 반사층(120A)을 포함하는 간략 패널 (100A)의 부분 측단면도이고, 여기에서 개량된 양극 산화알루미늄 (AAO) 자기-조립 형판 기술로 육각 적층 어레이로 알루미늄 포일 (114A)에 배치되는 테이퍼형 나노공극 (118A)이 발생되고, 이어 무전해 도금을 활용하여 도금 금속 층 (116A) (예를들면, Ni, Cu 또는 Ag)을 테이퍼형 나노공극 (118A) 내부에 형성한다. 하기된 바와 같이, AAO 공정에서 알루미늄 포일 (114A)은 산 용액에서 양극 산화되어 다공 알루미나 (산화알루미늄) 층 (115A)을 형성하고 알루미나 층 (115A)은 도 5에 도시된 배열(예시적 육각 적층 어레이에 배치되는 포괄적 나노공극 (118B)을 도시)과 유사한 테이퍼형 나노공극의 자기-형성된, 육각 적층 어레이를 포함한다. 도 2에 표기된 바와 같이, 각각의 테이퍼형 나노공극 (118A)은 구멍-유사 공동으로 최상부 방사체 표면 (112A)을 관통하여 형성되는 개방 상단 (118A-1), 산화물 층 (115A) 내부에 배치되는 폐쇄 하단 (118A-2), 및 개방 상단 (118A-1) 및 폐쇄 하단 (118A-2) 사이에 연장되는 실질적 원추형 측벽 (118A-3)을 가진다. 본 실시태양에서, 개방 상단 (118A-1)은 폐쇄 하단 (118A-2)보다 더욱 큰 직경을 가지므로 원추 측벽 (118A-3)의 직경은 각각의 테이퍼형 나노공극 내부에서 감소된다 (즉, 최상부 표면 (112A)에서 멀어질수록 감소한다). 테이퍼형 나노공극 (118A)이 형성되면, 무전해 도금이 수행되어 테이퍼형 나노공극 (118A) 내부 및 산화물 층 (115A)의 임의의 나머지 상부 표면적에 도금 금속 층 (116A)을 형성하여 울트라-블랙 방사체 (110A)를 완성한다. 상기된 바와 같이, 울트라-블랙 방사체 (110A)가 완성되면, 반사층 (120A)을 상기 방식으로 상부 표면 (112A) 상에 장착한다.
도 3A 내지 3G는 울트라-블랙 방사체 (110A)를 형성하기 위해 적용되는 AAO 공정 및 연이은 도금 공정을 더욱 상세하게 도시한 것이다. 도 3A는 시간 T0에서 AAO 공정을 보이고, 알루미늄 포일 (114A)을 탱크 (431A)에 산 용액 (예를들면, 15% 황산)이 담긴 화학조에 담그고, 애노드 (예를들면, 흑연) 및 알루미늄 포일 (114A) 사이 초기 전압 V(T0)을 걸어, 초기 산화알루미늄 층 (115A)(T0)을 알루미늄 포일 (114A) 상에 형성한다. 도 3B는 연이어 시간 T1에서 AAO 공정을 보이고 인가 전압 V(T1)은 초기 전압 수준이거나 점차 증가한다. 이 시점에서 산화알루미늄 층 (115A)(T0)에 상대적으로 낮은 인가 전압 V(T1)으로 상대적으로 작은 공극성 구멍들 (openings)이 생기기 시작하여, 부분 형성된 테이퍼형 나노공극 (118A)(T1)의 특징적 하단부 (118A-2)가 형성된다. 도 3C는 연이은 시간 T2에서의 AAO 공정을 보이고 인가 전압 V(T2)은 점차 증가하여 인가 전압 V(T2) 하에서 생성된 산화알루미늄 층 (115A)(T2) 일부는 더욱 큰 공극성 구멍들을 생성하여, 부분 형성된 테이퍼형 나노공극 (118A)(T2)은 하단부 (118A-2)보다 더욱 큰 직경을 가지는 특징적 원추 측벽 (118A-3)(T2)을 만들기 시작한다. 도 3D는 연이은 시간 T3에 AAO 공정을 보이고 인가 전압 V(T3)이 재차 증가하여, 더욱 큰 공극성 구멍들을 가지는 산화알루미늄 층 (115A)(T3)이 생성되어, 부분 형성된 테이퍼형 나노공극 (118A)(T3)의 원추 측벽 (118A-3)(T3) 직경은 더욱 커진다. 도 3E는 연이어 시간 T4에 AAO 공정을 보이고 최종 (최고) 전압 수준 V(T4)에서 테이퍼형 나노공극 (118A) 형성이 완성된다. AAO 공정 완료에 이어, 인가 전압을 해제하고, 상부에 완성된 산화알루미늄 층 (115A)을 가지는 알루미늄 포일 (114A)을 화학조에서 꺼낸다. 도 3F에 도시된 바와 같이, 알루미늄 포일 (114A)을 예비-처리 스테이션으로 옮기고 PdCl2 (460)를 이용하여 산화알루미늄 (115A) 표면을 활성시킨다. 마지막으로, 도 3G에 표기된 바와 같이, 알루미늄 포일 (114A)을 니켈-인 용액 (442A)이 담긴 제2 화학조에 담지하여, 니켈 도금 금속 층 (116A)은 산화알루미늄 층 (115A) 표면 및 테이퍼형 나노공극 (118A)내부에 형성되어, Ni-도포 테이퍼형 나노공극 (118A)이 완성된다. 상기된 AAO 공정에 따라 형성된 금속-도금 테이퍼형 나노공극은 거의 1의 방사율로 ATW 복사에너지를 발생하기 위한 우수한 광학 특성을 제공하는 새로운 분류의 울트라-블랙 메타물질을 형성하는 것으로 판단된다. 즉, AAO 자기-조립 형판 기술, 이어 상기 방식으로 알루미나 층 (115A)에 제2 금속 (116A) (예를들면, Ni, Cu 또는 Ag)의 무전해 도금으로 테이퍼형 나노공극 (118A)을 가지는 울트라-블랙 방사체 (110A)를 형성함으로써, 우수한 금속-도포 테이퍼형 나노공극이 고효율로, 및 비용 효율이 높은 롤-투-롤 (roll-to-roll) 대량-생산 제조 기술을 이용하여 저렴한 수동형 복사 냉각 패널 (100D) 대량 생산이 가능한 방식으로 생산된다. 유한요소법 (FEM) 모의에 의해 생성된 방사율 값을 나타내는 도 5의 점선은 방사체 층 (110A)은 8um 내지 13um의 대기 투명 구간에서 1에 가까운 방사율을 보인다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 신규한 방법으로 생산되는 수동형 복사 냉각 패널은 더욱 처리되어 모듈화 유닛 (모듈)을 형성하고 이는 직렬 및 병렬로 연결되어 주어진 냉각재 용적 및 유량에 대하여 목표 냉각재 온도 하강을 달성하기 위하여 확장될 수 있는 공랭식 시스템을 구성한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적 실시태양에 의한 예시적 모듈 (200) 형성을 도시한 것이고, 패널 (100A) (상기 방식으로 생산)은 도관 구조체 (210)에 장착되어 도관 구조체 (210) 및 울트라-블랙 방사체 (110A) 하부 표면 (111A)은 도 7을 참고하여 하기된 바와 같이 구성되는 열-교환/유동 채널 (217)을 형성한다. 예시적 실시태양에서, 도관 구조체 (210)는 하부 벽 (211) 및 올라온 주변벽 (212)을 포함하고 이들은 집합적으로 개방 최상부 (214)를 가지는 상자-유사 프레임을 형성한다. 도관 구조체 (210)을 통한 냉각재 흐름을 구현하기 위하여, 입구 포트 (215)는 상자-유사 프레임 일단에 형성되고, 출구 포트 (216)는 반대측 단에 형성된다. 작동 과정에서, 점선 화살표로 표기된 바와 같이, 냉각재 (301)는 입구 포트 (215)를 통해 도관 구조체 (210)에 들어가고, 열-교환 채널 (217)을 통과하여, 출구 포트 (216)를 통해 도관 구조체 (210)에서 유출된다.
도 7은 조립 상태에서 작동 과정의 모듈 (200) 일부를 도시한 것이다. 도 7에 표기된 바와 같이, 도관 구조체 (210)가 패널 (110A) 하부에 작동 가능하게 장착되면 최상부 개방 도관 구조체 (210)는 방사체 (110A)에 의해 덮힌다 (밀폐된다). 특히, 조립 후, 열-교환 채널 (217)은 알루미늄 포일 (114A)의 바닥 표면 (111A), 하부 벽 (211) 상향 대면 표면, 및 상자-유사 구조체의 주변벽들 (즉, 도 6에 도시된 벽 (212))의 내향-대면 표면에 의해 형성되는 (즉, 둘러싸인) 실질적으로 중공 영역이 된다. 알루미늄 포일 (114A)의 바닥 표면 (111A)은 열-교환 채널 (217)의 상부 표면을 형성하므로, 냉각재 (301)는 열-교환 채널 (217)을 통과할 때 필연적으로 바닥 표면 (111A)에 대향하여 (즉, 접족하여) 흐름으로써, 열적 에너지 (열) TE은 알루미늄 포일 (114A)을 통해 금속-도금 테이퍼형 나노공극 (118A)으로 전달되고, 이어 열적 에너지는 ATW 복사에너지 RE-ATW로 전환된 후 반사층 (120A)을 통해 냉각 근 공간 CNS로 전달된다.
도 7은 또한 낮 동안 (즉, 태양으로부터 입사 태양 복사 ISR이 반사층 (120A) 상부 표면 (122a)으로 향하는 동안) 작동되는 모듈 (200) (도 6을 참조하여 상기됨)을 활용하는 간단한 공랭 시스템 (300)을 도시한다. 모듈 (200)외에도, 시스템 (300)은 유동 제어 시스템을 포함하고 이는 유입 파이프 (310)를 포함하여 물체 (object) (예를들면, 발전소)에서 모듈 (200)로 가열된 냉각재 (301)를 전달 (안내)하고, 유출 파이프 (320)를 이용하여 냉각된 냉각재 (301)를 발전소로 복귀되도록 전달한다. 유입 파이프 (310)는 도관 (210) (도 6에 도시) 입구 포트와 작동 가능하게 연결되고, 유출 파이프 (320)는 도관 (210) 출구 포트와 작동 가능하게 연결된다. 선택적인 펌프 (미도시)는 냉각재 (301)가 예정된 유량 및 용적으로 흐르도록 유도한다. 주어진 "표준" 크기 (예를들면, 단위 커버리지 면적 1m2 의 패널 (100) 및 1 리터 용적의 열-교환 채널 (217))를 가지는 모듈 (200)을 생산함으로써, 주어진 물체 (예를들면, 발전소)에 대한 충분한 냉각력을 제공하기 위하여 요구되는 모듈 (200) 개수 및 배열은 목표 냉각재 온도 하강 및 냉각재 용적/유량에 대하여 용이하게 결정될 수 있다. 냉각재 (301)의 유입 파이프 (310) 및 유출 파이프 (320) 사이 온도 차이는 따라서 모듈 (200)의 순 냉각력, 총 커버리지 면적, 수리 기하 및 크기, 유체 유량, 수온, 및 전도 손실에 따라 달라진다. 유입 파이프 (310) 및 유출 파이프 (320)의 적정한 규모를 정하고 주어진 표준 크기의 충분한 개수의 모듈 (200)을 도 8을 참고하여 하기되는 직렬 및 병렬로 연결함으로써, 모듈-기반의 시스템 (300)은 임의의 냉각재 용적/유량에 대한 목표 온도 하강을 달성하기 위하여 충분한 냉각력을 제공하도록 쉽게 확장 가능하다. 시스템 (300)과 관련된 추가 상세 사항은 공유 및 공동-계류 중인 메타물질-보강된 울트라-블랙 재료를 이용한 수동형 복사 공랭식 모듈/시스템 명칭의 미국특허출원 일련번호 14/740051에 기술된다. 프로토타입을 이용한 예비 실험 결과에 기초하면, 수온 하강 8℃가 달성될 수 있다고 판단된다. 전형적인 폐-루프 유량 105 gal/min으로 1 km2 를 덮는 모듈 (~10 MW의 총 복사 냉각력)을 포함하는 시스템에 있어서, 각각의 모듈은 흐름의 적합한 병렬 분포를 위하여 대략 30 gal/min로 처리되면, 패널 마다 1 psi 이하의 압력 강하가 생긴다. 이는 유압 대략 1.3 MW의 펌프 이용을 의미하고, 이는 500 MW 발전소의 유압에서 0.5% 이내 증가한 것이다. 이는 냉각 수온 하강로 쉽게 보완되어, 순 발전소 효율 이익은 대략 3%에 이른다.
본 발명은 소정의 특정 실시태양들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 발명적 특징부들은 다른 실시태양들에도 적용된다는 것은 당업자들에게 명백하고, 이들 모두는 본 발명의 범위에 속하는 것이다. 예를들면, 본 발명은 무전해 도금을 참조하여 설명되었지만, 기타 금속 도금 공정이 적용될 수 있는 것이다. 또한, 점차 인가 전압 감소시켜 양극 산화 공정을 조정하여 (즉, 상기 감소되는 테이퍼형 나노공극 대신) 증가하는 나노공극 구조을 형성할 수 있다. 또한, 도 9에 도시된 도표에 표기된 바와 같이, 2-단계 양극 산화 공정이 적용될 수 있고, 여기에서 제1 양극 산화 단계에서 생성된 산화물을 제2 양극 산화 공정 개시 전에 제거한다. 제1 양극 산화 공정에 의해 형성된 공극들은 매우 무질서하고, 제1 산화물 층을 제거하면 새로운 공극의 초기 부위로 작용할 수 있다. 제2 양극 산화 공정은 양호하게-질서를 이루는 공극 분포를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 알루미늄 포일 상에 수동형 복사 냉각 패널을 생산하는 방법으로서,
    울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 배치되는 메타물질 나노구조체가 상기 알루미늄 포일 상에 형성되도록 제1 화학조를 이용하여 상기 알루미늄 포일을 양극 산화 (anodizing)하는 단계;
    제2 화학조를 이용하여 상기 메타물질 나노구조체 상에 도금 금속 층을 형성하여, 상기 알루미늄 포일 상에 금속-도금 메타물질 나노구조체를 형성하는 단계; 및
    반사층이 상기 금속 코팅된 메타물질 나노구조체를 덮도록 상기 알루미늄 포일 상에 상기 반사층을 장착하는 단계를 포함하고,
    양극 산화하는 단계 및 상기 도금 금속 층을 형성하는 단계는 상기 금속-도금 메타물질 나노구조체가 적어도 0.998의 방사율로 8μm 내지 13μm 파장 범위를 가지는 복사에너지를 발생하도록 구성되도록 수행되며, 그리고
    상기 반사층은 2μm 이하 파장의 복사에너지에 대하여 적어도 90%의 반사율을 가지도록 구성되고, 8μm 내지 13μm 파장 범위를 가지는 복사에너지에 대하여 10% 이하의 반사율을 가지도록 또한 구성되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 양극 산화하는 단계가 알루미늄 포일 리본의 제1 구역에서 수행되고 상기 도금 금속을 형성하는 단계가 상기 알루미늄 포일 리본의 제2 구역에서 수행되도록 공급 롤러로부터 순차적으로 상기 제1 화학조 및 상기 제2 화학조를 거쳐 상기 알루미늄 포일 리본을 동반하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양극 산화하는 단계는 상기 메타물질 나노구조체가 상기 산화알루미늄 층에 의해 형성되는 나노공극 및 나노튜브 중 하나를 포함하도록 상기 알루미늄 포일 리본의 상기 제1 구역 상에 산화알루미늄 층 형성을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 도금 금속을 형성하는 단계는 상기 알루미늄 포일 리본의 상기 제2 구역을 용액 중에 배치하는 단계 및 상기 용액으로부터 상기 알루미늄 포일 리본의 상기 제2 구역 상에 니켈 (Ni) 구리 (Cu) 및 금 (Ag) 중 하나 이상을 전기도금하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 양극 산화하는 단계는 상기 메타물질 나노구조체가 산화알루미늄 층에 의해 형성되는 테이퍼형 나노공극을 포함하도록 시간에 따른 인가 전압 변경으로 상기 알루미늄 포일 리본의 상기 제1 구역 상에 상기 산화알루미늄 층의 상기 형성을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 도금 금속을 형성하는 단계는 니켈 (Ni) 구리 (Cu) 및 금(Ag) 중 하나 이상이 무전해 도금에 의해 상기 테이퍼형 나노공극 상에 금속-도금 표면을 형성하도록 상기 알루미늄 포일 리본의 상기 제2 구역을 상기 Ni, Cu 및 Ag 중 하나 이상을 포함하는 용액 중에 배치하는 단계는 포함하는, 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 반사층을 장착하는 단계는 상기 도금 금속을 형성하는 단계가 상기 제2 구역에서 수행되고 상기 양극 산화하는 단계가 상기 제1 구역에 수행되는 동안 반사체 층 리본이 상기 알루미늄 포일 리본의 제3 구역에 부착되도록 제2 공급 롤러로부터 반사체 층 리본을 동반하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 공급 롤러에서 당겨지는 알루미늄 리본 상에 수동형 복사 냉각 패널을 생산하는 제작 시스템으로서,
    상기 리본의 제1 구역이 제1 화학조를 통과하도록 안내하도록 구성되는 제1 안내 기구를 포함하고, 울트라-블랙 메타물질-기반의 패턴으로 상기 제1 리본 구역 상에 배치되는 메타물질 나노구조체를 생성하도록 구성되는 양극 산화 스테이션;
    상기 양극 산화 스테이션 하류에 배치되고 상기 리본의 제2 구역이 제2 화학조를 통과하도록 안내하도록 구성되는 제2 안내 기구를 포함하고, 사전에 형성된 메타물질 나노구조체 상에 도금 금속을 적층하여 적어도 0.998의 방사율로 8μm 내지 13μm 파장 범위를 가지는 복사에너지를 발생시키도록 구성되는 금속-도금 메타물질 나노구조체를 생성하도록 구성되는 금속 도금 스테이션; 및
    반사층이 상기 금속-도금 메타물질 나노구조체를 덮도록 반사층을 상기 리본의 제3 구역 상에 장착시키도록 구성되는 반사체 장착 스테이션을 포함하고, 상기 반사층은 2μm 이하 파장을 가지는 복사에너지에 대하여 적어도 90%의 반사율을 가지도록 구성되고, 8μm 내지 13μm 파장 범위를 가지는 복사에너지에 대하여 10% 이하의 반사율을 가지도록 구성되는, 공급 롤러에서 당겨지는 알루미늄 리본 상에 수동형 복사 냉각 패널을 생산하는 제작 시스템.
  9. 수동형 복사 냉각 모듈 생산 방법으로서,
    육각 적층 어레이에 배치되는 테이퍼형 나노공극이 알루미늄 포일의 제1 표면 상의 상기 산화알루미늄 층에 형성되도록 양극 산화알루미늄 (AAO) 자기-조립 형판 기술로 알루미늄 포일 상에 상기 산화알루미늄 층의 형성을 조절하면서 알루미늄 포일을 양극 산화하는 단계;
    도금 금속 층이 상기 테이퍼형 나노공극 내부에 배치되는 테이퍼형 측벽에 형성되어, 금속-코팅 테이퍼형 나노공극을 형성하도록 상기 알루미늄 포일의 제1 표면에 상기 도금 금속 층을 형성하는 단계;
    상기 알루미늄 포일의 상기 제1 표면에 반사층을 장착하는 단계; 및
    알루미늄 포일 아래에 도관 구조체를 장착하는 단계를 포함하여, 상기 도관 구조체 및 상기 알루미늄 포일의 제2 표면이 냉각재를 함유하도록 구성되는 유동 채널을 형성하여 상기 냉각재가 상기 알루미늄 포일의 상기 제2 표면과 접촉함으로써, 상기 냉각재로부터의 열적 에너지가 상기 알루미늄 포일을 통해 상기 금속-코팅 테이퍼형 나노공극으로 전달되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 양극 산화하는 단계는 알루미늄 포일을 산 용액 및 음극 (cathode)을 포함하는 제1 탱크에 배치하는 단계, 상기 양극 산화 과정에서 상기 알루미늄 포일 및 상기 음극 간 인가 전압을 점차 변경시키는 단계를 포함하는, 방법.
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