KR20220037894A - 수동 복사 냉각을 수행하는 썬루프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 차량의 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 글라스, 및 상기 글라스의 하부에 배치되며 상기 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 수동 복사 냉각층을 포함하는 차량의 썬루프 시스템을 제공한다. 상기 수동 복사 냉각층은, 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제1 발산층, 상기 제1 대역에 포함되며 상기 제1 대역보다 좁은 제2 대역에서 상기 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제2 발산층, 및 상기 제1 대역보다 단파장인 제3 대역에서 상기 제3 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 반사율을 가지는 반사층 중 적어도 둘 이상의 층들을 포함한다.

Description

수동 복사 냉각을 수행하는 썬루프 시스템{Sunroof system performing passive radiant cooling}
본 발명의 실시예들은, 수동 복사 냉각을 수행하는 썬루프에 관한 것이다.
현존하는 냉각 시스템의 연료 고갈, 환경 문제에 대한 인식이 높아짐에 따라, 이를 해결할 새로운 냉각 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 수동 복사 냉각 구조는 석유와 석탄과 같은 화석연료를 사용하지 않고 외부 전원 공급 없이 발열 제품 또는 빌딩이나 플랜트 등의 온도를 낮추는 특성을 가져, 초절전 및 친환경 기술로서 주목받고 있다. 수동 복사 냉각 구조는 열평형을 유도하는 전도 및 대류방식과는 확연히 구분되는 기술로서, 최근에는 야간뿐만 아니라 주간 및 야간에도 범용적으로 사용할 수 있는 수동형 복사 냉각 구조에 대한 연구가 미국, 유럽 등의 선진국에서 활발히 진행되고 있다.
주간 활용을 위한 수동형 복사 냉각 구조는, 태양광은 강하게 반사시키고, 내부의 열은 전자기파의 형태로 외부공간으로 효과적으로 방출해야 한다. 따라서 이상적 복사 냉각 구조는 280 ~ 3000 nm 파장의 빛은 최대한 반사시키고, 대기의 창 영역인 8 ~ 13 μm 영역의 전자기파는 최대한 방출시켜야 한다. 가시광선 대역, 근적외선 대역, 및 장적외선 대역을 모두 포함하는 광학적 설계는 매우 복잡하기 때문에 이전에는 태양광의 영향은 배제한 야간 냉각 시스템의 개발이 주를 이루었다.
한편, 종래의 차량의 썬루프(sunroof) 시스템은, 썬루프 글라스(glass)와, 썬루프 글라스를 통해 유입되는 빛을 차단하기 위한 썬쉐이드(sunshade) 또는 롤블라인드의 이중 형태로 구성되어 있다.
본 발명은 차량의 썬루프에 관한 것으로서, 차량 내 밀폐 공간의 온실 효과로 인해 차량 내부의 온도가 상승하는 것을 최소화하기 위해, 수동 복사 냉각 구조(passive radiant cooling structure)를 적용하여 차량 내부의 열을 지속적으로 방출시키는 썬루프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템은, 차량의 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 글라스; 및 상기 글라스의 하부에 배치되며 상기 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 수동 복사 냉각층;을 포함하며, 상기 수동 복사 냉각층은, 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제1 발산층, 상기 제1 대역에 포함되며 상기 제1 대역보다 좁은 제2 대역에서 상기 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제2 발산층, 및 상기 제1 대역보다 단파장인 제3 대역에서 상기 제3 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 반사율을 가지는 반사층 중 적어도 둘 이상의 층들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 수동 복사 냉각층은, 상기 제2 발산층과, 상기 제2 발산층의 하부에 마련되어 상기 차량의 내부에 인접하게 위치하는 상기 제1 발산층으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 발산층은, 상기 제1 대역에 대응하는 복사에너지가 상기 제1 대역을 제외한 나머지 파장의 복사 에너지보다 높은 방사율로 방사되는 물질층으로 이루어진 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트의 상부에 증착되는 금속의 코팅층으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 하부 플레이트는 상면에서 하방으로 소정의 인입깊이로 인입되게 형성된 다수의 인입홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 발산층은, 가시광 대역에서 투명하고 적외선 대역에서 소정의 방사율을 갖는 폴리머로 이루어질 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 수동 복사 냉각층은, 상기 반사층과; 상기 반사층의 하부에 마련되어 상기 차량의 내부에 인접하게 위치하는 상기 제2 발산층으로 이루어질 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 발산층은, 상기 제3 대역에 대해 반사 가능한 반사층을 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 발산층은, 적어도 제2 대역에 대한 공진층을 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 반사층은 상기 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 투과율을 가질 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 발산층은, 2차원 구조나 광결정 구조를 가지는 회절 구조이거나, 또는 제2 대역에서 선택적으로 흡수율이 높은 폴리머를 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 반사층은, 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리프로필렌(polypropylene) 중 적어도 하나를 포함하는, 적외선에서 투명한 폴리머를 포함하되, 상기 폴리머는 다공성 폴리머일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실 효과로 인해 차량 내부의 온도가 상승하는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 복사 냉각 구조가 적용된 차량의 썬루프 시스템은, 높은 냉각 효율을 가질 수 있고, 외부 기후 환경에 크게 구애받지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 복사 냉각 구조가 적용된 차량의 썬루프 시스템은, 복잡한 공정 과정 없이 대면적의 선택적 방출(selective emission) 층 또는 광대역 방출(broadband emission) 층을 형성할 수 있다.
물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 차량의 썬루프 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 썬루프 시스템에 포함되는 수동 복사 냉각층(100-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 4는 제1 실시예의 일 예에 따른 반사층(130-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 5는 제1 실시예의 일 예에서 반사층(130-1)이 다공성 폴리에틸렌일 경우, 반사층(130-1)의 광학적 특성 그래프(G1, G2)를 나타낸다.
도 6은 제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 7은 제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1)의 예시적 구조들을 나타낸다.
도 8은 제1 실시예의 일 예에서 제2 발산층(120-1)의 방사율(emissivity)을 나타내는 그래프(G3)이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 썬루프 시스템에 포함되는 수동 복사 냉각층(100-2)의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 10은 제2 실시예의 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2')과 다른 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')의 개략적인 구조를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소, 부, 층 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소, 부, 층 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 일반적인 차량의 썬루프 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 일반적인 차량의 썬루프 시스템은, 썬루프 글라스(10)와, 상기 썬루프 글라스(10)의 하부에 배치되며, 썬루프 글라스(10)를 통해 유입되는 빛을 차단하기 위한 썬쉐이드(90)를 포함한다.
이러한 일반적인 썬루프 시스템은, 차량 내부에서 발생되는 열(H2)을 외부로 방출하지 못한다. 즉 일반적인 썬루프 시스템은 적외선 열(H2)을 차량 내부로 반사시키게 되어, 차량 내부의 온도가 상승하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템은, 글라스(10) 및 수동 복사 냉각층(100)을 포함한다. 수동 복사 냉각층(100)은 예를 들면 글라스(10)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들면 수동 복사 냉각층(100)과 글라스(10)는 차량의 차체 내부로 슬라이딩될 수 있다. 예를 들면 수동 복사 냉각층(100)과 글라스(10)는 서로 이격되도록 설치될 수 있으며, 각각 독립적으로 슬라이딩 제어될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
도시되지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템은, 글라스(10) 및 수동 복사 냉각층(100) 외에 썬쉐이드(예: 90)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 썬쉐이드는 수동 복사 냉각층(100)의 하부에 배치될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 차량의 썬루프 시스템은, 썬쉐이드를 선택적으로 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 썬루프 시스템은, 수동 복사 냉각층(100)의 존재로 인해, 차량 내부에서 발생되는 열(H2)을 외부로 방출할 수 있다. 예를 들면, 수동 복사 냉각층(100)은 적외선 열(H2)을 흡수하여 차량의 외부로 방출, 즉 복사할 수 있다.
또한, 수동 복사 냉각층(100)은 대기로부터 흡수되는 복사열을 막고, 이 복사열(H1)을 방출시켜, 차량 내부의 온도를 대기의 온도보다 낮아지게 할 수 있다.
한편 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 썬루프 시스템의 수동 복사 냉각층(100)은, 제1 발산층(110), 제2 발산층(120), 및 반사층(130) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다.
제1 발산층(110)은 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 층이다. 다시 말하면 제1 발산층(110)에서, 제1 대역의 복사에너지가 상기 제1 대역을 제외한 나머지 파장의 복사에너지보다 높은 방사율로 방사된다.
제2 발산층(120)은, 제2 대역에서 상기 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 층이다. 다시 말하면 제2 발산층(120)에서, 제2 대역의 복사에너지가 상기 제2 대역을 제외한 나머지 파장의 복사에너지보다 높은 방사율로 방사된다.
제2 대역은 제1 대역에 포함되며 제1 대역보다 더 좁은 파장 범위이다. 제1 대역은 적외선 영역에 상응할 수 있고, 제2 대역은 중적외선 영역에 상응할 수 있다. 제2 대역은 예를 들면 대기의 창(atmosphere window)에 상응하는 파장 대역일 수 있다.
예를 들면 제1 대역은 4 μm 내지 20 μm일 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 제1 대역은 4 μm 내지 25 μm일 수도 있다. 예를 들면 제2 대역은 8 μm 내지 13 μm에 상응할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제2 발산층(120)은 제2 대역에 한하여 선택적으로 방사율(emissivity)이 높은, 선택적 방출기(selective emitter, SE)이다. 제2 발산층(120)은 제2 대역 이외의 파장 대역에서는 열의 재흡수를 방지하기 위해, 낮은 방출율(흡수율)을 가진다.
제1 발산층(110)은 상기 제2 대역보다 넓은 제1 대역에서 방사율이 높은, 광대역 방출기(broadband emitter, BE)이다.
한편 반사층(130)은 제1 대역보다 단파장인 제3 대역에서 상기 제3 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 반사율을 가질 수 있다. (또는 제3 대역에서, 제3 대역의 바깥 대역에 비하여 대체적으로 높은 반사율을 가질 수 있다.)
예를 들면 제3 대역은 태양광의 파장에 상응할 수 있다. 예를 들면 제3 대역은 0.3 μm 내지 2.5 μm에 상응할 수 있다. 다만 이는 일 예시일 뿐, 본 발명에서 제1, 2, 3 대역은 각각 상기 언급한 대역을 포함하거나, 상기 대역보다 약간 좁거나, 넓거나, 또는 상기 대역에서 약간 이동할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 제3 대역은 0.28 μm 내지 4 μm일 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 썬루프 시스템의 수동 복사 냉각층(100)은, 제1 발산층(110), 제2 발산층(120), 및 반사층(130) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 썬루프 시스템의 수동 복사 냉각층(100)의 다양한 실시예들이 도 3 내지 도 10을 통해 상세히 후술된다.
전술한 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 설명은, 이하의 다양한 실시예들에 모두 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 썬루프 시스템에 포함되는 수동 복사 냉각층(100-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
제1 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-1)은, 제2 발산층(120) 및 반사층(130)으로 구성될 수 있다. 제2 발산층(120)은 반사층(130)에 비하여 차량의 내부에 인접하게 위치할 수 있다. 예를 들면, 반사층(130)은 제2 발산층(120) 상에 배치될 수 있다.
반사층(130)은, 제3 대역(예: 태양광 영역)보다 장파장인 제1 대역(예: 적외선 영역)에서, 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 투과율을 가질 수 있다. 제1 대역은, 제2 대역을 포함하는 넓은 대역이다.
반사층(130)은 제3 대역에서 높은 반사율을 가지므로, 태양광(L1)을 반사 또는 차단할 수 있다. 반사층(130)은 제3 대역보다 장파장인 제1 대역에서 투명하기 때문에, 제2 발산층(120)을 통해 방출된 열(H1, H2)이 투과되어 외부 공간으로 빠져나가게 한다.
결국, 제1 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-1)은, 반사층(130)에 의해 태양광(L1)을 반사시키고, 제2 발산층(120)에 의해 열(H1, H2)을 방출시켜, 차량 내부의 온도를 대기의 온도보다 낮아지게 할 수 있다.
한편 제1 실시예에서 반사층(130)은 다양한 재료 및 구조로 구현될 수 있다.
도 4는 제1 실시예의 일 예에 따른 반사층(130-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 반사층(130-1)은 적어도 적외선에 투명한 물질층(131)으로 구성될 수 있고, 적어도 적외선에 투명한 물질층(131)은 다수의 공기 입자(air void, 132)를 포함할 수 있다. 적어도 적외선에 투명한 물질층(131)은 예를 들면, 적외선에 투명한 폴리머 계열의 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 다공성 물질층으로 구비될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 적외선에 투명한 물질층(131)은 폴리에틸렌으로 구성될 수 있다. 이 경우 반사층(130-1)은, 다공성 폴리에틸렌(porous polyethylene)일 수 있다.
폴리에틸렌은 제1 대역(예: 적외선 영역)에서 투명한 특성을 가진다. 한편, 폴리에틸렌은 제3 대역(예: 태양광 영역)에서도 투명하므로, 높은 태양광 반사율을 가지기 위해서 다수의 공기 입자(132)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 폴리에틸렌이 다수의 공기 입자를 포함할수록, 대부분의 태양광(즉, 제3 대역의 광)이 폴리에틸렌의 표면에서 반사될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반사층(130-1)의 두께, 공기 입자(132)의 크기, 공기 입자(132)의 밀도는 실험 또는 계산에 의해 최적화될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공기 입자(132)의 크기(예: 지름 또는 반지름)는 2 μm에 상응할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 공기 입자(132)의 밀도는 2 x 1010 cm-3에 상응할 수 있다. 일 실시예에 따르면 반사층(130-1)의 두께(T1)는 0.1 - 1 mm에 상응할 수 있다.
다만 상기 수치는 일 예시일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 제1 실시예의 일 예에서 반사층(130-1)이 다공성 폴리에틸렌일 경우, 반사층(130-1)의 광학적 특성 그래프(G1, G2)를 나타낸다.
그래프 G1은 반사층(130-1)이 공기 입자(132)를 포함하는 다공성 폴리에틸렌으로 구성되고, 공기 입자(132)의 지름이 2 μm이고, 공기 입자(132)의 밀도가 2 x 1010 cm-3이고, 반사층(130-1)의 두께(T1)가 0.1 mm인 경우, 반사층(130-1)의 투과율(G11)과 태양광 스펙트럼(G12)을 나타낸다. 그래프 G1의 가로축은 태양광 스펙트럼에 상응하는 제3 대역에 해당할 수 있다.
그래프 G1을 참조하면, 상기와 같이 구성된 반사층(130-1)은, 태양광 스펙트럼에 상응하는 대역(예: 제3 대역)에서 1% 미만의 투과율을 가지며, 이에 98% 이상의 매우 높은 반사율을 가질 수 있다.
그래프 G2를 참조하면 상기와 같이 구성된 반사층(130-1)은 제3 대역보다 장파장인 제1 대역에서 높은 투과율을 가지며, 따라서 반사층(130-1)은 제1 대역에서 투명할 수 있다. 그래프 G2에서 반사층(130-1)은 제2 대역을 포함하는 제1 대역에서, 80% 이상의 투과율을 보인다.
도 6은 제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1)의 개략적인 구조를 나타낸다.
제1 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-1)의 제2 발산층(120)은, 예를 들면 제2 발산층(120-1)과 같을 수 있다. 일 예시에 따르면, 제2 발산층(120-1)은 적어도 제2 대역에 대한 공진층(예: 제2 기능층(122))을 포함할 수 있다. 제2 발산층(120-1)은, 제2 대역에 대해 광 공진을 일으켜, 제2 대역의 광을 방사할 수 있다. 이에 따른 제2 발산층(120-1)의 구조(또는 공진층의 구조)는 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 발산층(120-1)은 제1 기능층(121)과 제3 기능층(123)의 사이에 제2 기능층(122)이 개재된 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 기능층(121) 및 제3 기능층(123)은 상기 제2 기능층(122)에 비해 광 반사율이 높은 물질로 형성될 수 있는 데, 박막의 금속으로 구비되어 반투과 반사층을 형성할 수 있다. 상기 제1 기능층(121) 및 제3 기능층(123)은 Ag, Mg, Al, Au 또는 Ge를 포함하는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있는 데, 반드시 동일 물질로 구비되어야 하는 것은 아니며, 두께도 상이하게 형성할 수 있다. 상기 제2 기능층(122)은 상기 제1 기능층(121) 및/또는 제3 기능층(123)에 비해 광 투과율이 높은 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2 기능층(122)은 서로 다른 굴절율을 갖는 복수의 투명층이 교번하여 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 기능층(122)으로는 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄나이트라이드, 또는 알루미늄옥시나이트라이드를 포함할 수 있다.
이러한 구조에서 선택적인 일 실시예에 따르면, 상기 제2 기능층(122)에 의해 광공진의 효과가 일어나도록 할 수 있다.
도 7은 제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1)의 예시적 구조들을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제1 실시예에서, 제2 발산층(120-1', 120-1'')은 최상부에 게르마늄(Ge) 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 발산층(120-1', 120-1'')은, 임의의 선택적 방출 구조의 최상부에 Ge를 증착함으로써 형성될 수 있다. 제2 발산층(120-1', 120-1'')은 박막 구조물일 수 있다.
제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1')은 Ag 기판을 포함하고, Ag 기판의 상부에 Si3N4 층을 적층하고, Si3N4 층의 상부에 SiO2 층을 적층하고, SiO2 층의 상부에 Ge 층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, Ag 기판의 두께는 100 nm, Si3N4 층의 두께는 650 nm, SiO2 층의 두께는 280 nm, Ge 층의 두께는 125 nm에 상응할 수 있다. 따라서 제1 실시예의 일 예에 따른 제2 발산층(120-1')은 Ag, Si3N4, SiO2, Ge으로 이루어진 박막 구조물일 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 실시예의 다른 일 예에 따른 제2 발산층(120-1'')은 Al 기판을 포함하고, Al 기판의 상부에 Si3N4 층을 적층하고, Si3N4 층의 상부에 SiO2 층을 적층하고, SiO2 층의 상부에 Ge 층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, Al 기판의 두께는 30 nm, Si3N4 층의 두께는 650 nm, SiO2 층의 두께는 280 nm, Ge 층의 두께는 125 nm에 상응할 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제1 실시예들에 따르면, 패터닝과 같은 복잡한 공정 과정 없이 제2 발산층(120)을 형성할 수 있으며, 대면적으로 형성하기 쉬운 장점을 가진다.
일 실시예에 따르면, 제2 발산층(120)은, 제2 대역에 대해 반사 가능한 반사층을 포함할 수 있다.
도 8은 제1 실시예의 일 예에서 제2 발산층(120-1')의 방사율(emissivity)을 나타내는 그래프(G3)이다.
도 8을 참조하면 방사율 그래프(G3)는, Ag, Si3N4, SiO2, Ge이 각각 100 nm, 650 nm, 280 nm, 125 nm으로 적층된 제2 발산층(120-1')의 방사율의 계산 값 및 측정 값을 나타낸다.
그래프 G3를 참조하면, 제2 발산층(120-1')은, 대기의 창에 상응하는 제2 대역(예: 8 - 13 μm)에서 선택적으로 높은 방사율을 가진다. 즉, 제2 발산층(120-1')은 제2 대역에서, 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가질 수 있다.
그래프 G1, G2, G3를 함께 참조하면, 반사층(130, 130-1)은 태양광에 상응하는 제3 대역에서 높은 반사율을 가져 태양광을 차단할 수 있고, 적외선 영역에 대응하는 제1 대역에서 높은 투과율을 가져, 제2 발산층(120, 120-1)으로부터 방출된 열(H1, H2)이 투과되어 외부 공간으로 빠져나가게 한다. 또한 제2 발산층(120, 120-1)은 중적외선 영역에 상응하는 제2 대역에서 높은 선택적 방사율을 가져, 대기로부터 흡수되는 복사열(H1)을 막으며 차량 내부로부터 생성되는 열(H2)을 방출시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예들에서, 제2 발산층(120)은 상술한 제2 발산층들(120-1, 120-1', 120-1'')에 한정되지 않는다. 본 발명의 선택적 실시예에 따르면, 제2 발산층(120)은, 회절된 빛이 제2 발산층(120)의 구조 내에 갇혀서 방사율을 향상시키는, 회절 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들면 제2 발산층(120)의 구조의 모양 및 크기(예: 패턴의 모양 및 크기)를 조절함으로써 제2 대역의 빛의 회절을 발생시킬 수 있고, 회절된 빛은 제2 발산층(120)의 구조 내에 갇힐 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제2 발산층(120)은 이차원 구조(2D-structure) 또는 광결정 구조와 같은 회절 구조일 수 있다. 또는 제2 발산층(120)은, 제2 대역에서 선택적으로 흡수율이 높은 폴리머를 포함하거나, 상기 폴리머로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 썬루프 시스템에 포함되는 수동 복사 냉각층(100-2)의 개략적인 구조를 나타낸다.
제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2)은, 제2 대역에서 상기 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제2 발산층(120)과, 상기 제2 발산층(120)의 하부에 마련되며, 상기 제2 대역을 포함하며 제2 대역보다 넓은 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제1 발산층(110)을 구비할 수 있다. 제1 발산층(110)은 제2 발산층(120)에 비하여 차량의 내부에 인접하게 위치할 수 있다. 이와 같은 수동 복사 냉각층(100-2)은, 선택적 방출기(selective emitter)와 광대역 방출기(broadband emitter)의 특성을 모두 가질 수 있다.
상술한 바와 같은 제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2)은, 상하면의 열방사 특성이 상이한 야누스 특성을 가질 수 있다. 구체적으로 제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2)에서, 차량의 내부와 접하는 면은 복사에너지가 비교적 넓은 파장 범위에서 높은 방출 특성(emissivity)를 가지고, 차량의 외부에 접하는 면은 비교적 좁은 파장 범위에서 높은 방출 특성을 가질 수 있다.
도 10은 제2 실시예의 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2')과 다른 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')의 개략적인 구조를 나타낸다.
제2 실시예의 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2') 및 다른 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')은, 수동 복사 냉각층(100-2)의 예시들이다.
제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2', 100-2'')에서 제1 발산층(110', 110'')은, 하부 플레이트(111) 및 하부 플레이트(111)의 상부에 형성되는 코팅층(112)을 포함할 수 있다. 이하에서 설명되는 제1 발산층(110', 110'')은, 전술한 제1 발산층(110)의 예시이다.
제2 실시예의 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2')에서, 하부 플레이트(111)는 소정의 두께를 갖는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 하부 플레이트(111)는 제1 대역에 대응하는 복사 에너지가 상기 제1 대역을 제외한 나머지 파장의 복사 에너지보다 높은 방사율로 방사되는 물질층일 수 있다. 또한 하부 플레이트(111)는 가시광(예: 제3 대역)에서 투명하고 적외선 대역(예: 제1 대역)에서 소정의 방사율을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.
하부 플레이트(111)는 쿼츠(SiO2), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), SU8, 폴리우레탄(Polyurethan), 폴리이미드(Polyimide), TPX, 또는 P(VDF-HFP) 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하부 플레이트(111)는 제1 대역에서 높은 방출특성(emissivity)를 갖도록 쿼츠로 형성된다. 상술된 하부 플레이트(111)는 냉각력(cooling power)을 높일 수 있도록 비교적 넓은 대역에서 전체적으로 높은 방출특성을 갖는 광대역 방출기(broadband emitter, BE)의 기능을 수행한다. 예를 들면, 하부 플레이트(111)는 4μm의 두께를 가질 수 있다. 하부 플레이트(111)는 차량의 내부에 접하게 배치될 수 있다.
코팅층(112)은 하부 플레이트(111) 상부에, 소정의 두께를 갖고 증착되는 것으로서, 예를 들면 은(Ag)로 이루어질 수 있다. 코팅층(112)은 예를 들면 100nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 코팅층(112)에 의해 소정의 파장 범위(예: 제3 대역)의 태양광이 반사된다. 코팅층(112)은, 전술한 반사층(130)에 상응하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 실시예의 일 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2')에서 제2 발산층(120-2)은 코팅층(112)의 상부에 마련되며, 하부 플레이트(111)에 대응하는 소정의 두께를 갖는 판형으로 형성될 수 있다. 제2 실시예에서, 제2 발산층(120-2)은 제2 대역의 복사 에너지가 상기 제2 대역을 제외한 나머지 파장의 복사 에너지보다 높은 방사율로 방사되는 것으로서, 가시광 대역(예: 제3 대역)에서 투명하고, 적외선 대역에서 소정의 방사율을 갖는 폴리머로 이루어질 수 있다. 제2 실시예에서 제2 발산층(120-2)은 폴리다이메틸실록세인(PDMS), SU8, 폴리우레탄(Polyurethan), 폴리이미드(Polyimide), TPX, 또는 P(VDF-HFP) 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2 대역은 8㎛ 내지 13㎛ 일 수 있다.
제2 실시예에서 제2 발산층(120-2)은 제1 발산층(110')보다 더 높은 복사 에너지의 방사효율을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 제2 발산층(120-2)은 4μm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면 제2 발산층(120-2)은 PDMS로 이루어질 수 있는 데, PDMS는 소정의 선택적 파장(예: 제2 대역)에서 높은 흡광계수를 갖기 때문에, 비교적 높은 흡수율(또는 방출율)을 보이며, 나머지 파장에서는 낮은 흡수율을 보인다.
상술한 바와 같은 제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2, 100-2')은, 차량 내부에 인접하게 제1 발산층(110, 110')이 설치되고, 제1 발산층(110, 110')의 상부에 제2 발산층(120, 120-2)이 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2, 100-2')은 차량의 내부에 갇혀있는 열을 최대한 흡수하고, 흡수된 열은 전도를 통해 전면으로 확산되며, 확산된 열이 다시 선택적 복사를 통해 썬루프의 상부로(즉, 글라스(10)가 위치한 방향으로) 방출될 수 있다. 즉, 제2 실시예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2, 100-2')은 하부에 마련된 제1 발산층(110, 110')이 비교적 넓은 파장 범위에서 열을 흡수할 수 있고, 상부에 마련된 제2 발산층(120, 120-2)이 주변 복사의 방해없이 외부 공간으로 흡수된 열을 방출하기 때문에 표면뿐만 아니라 내부 공간에서도 효과적으로 열을 끌어올 수 있다.
한편, 이하에서 제2 실시예의 다른 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')의 개략적인 구조를 설명한다.
제2 실시예의 다른 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')도 전술한 수동 복사 냉각층(100-2')과 마찬가지로 상하면의 열방사 특성이 상이한 야누스 특성을 가질 수 있다. 전술한 수동 복사 냉각층(100-2')과 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기하며, 전술한 수동 복사 냉각층(100-2')과의 차이점을 위주로 설명한다.
제2 실시예의 다른 예에 따른 수동 복사 냉각층(100-2'')의 제1 발산층(110'')의 하부 플레이트(111)는, 상면에서 하방으로 소정의 인입깊이로 인입되게 형성된 다수의 인입홈이 마련된 마이크로 패턴이 형성될 수 있다. 인입홈은 사각 구조로 형성되며, 인입깊이는 1.5μm일 수 있으며, 다수의 인입홈들은 약 8μm의 사이간격을 가질 수 있다. 이때, 코팅층(112)은 하부 플레이트(111)의 상면 및 인입홈의 바닥면에 형성될 수도 있다.
제2 발산층(120-2)는 예를 들면, 약 4μm의 두께를 갖는 PDMS로 이루어질 수 있는데, PDMS는 전자기파의 몇 개의 선택적 파장에서 비교적 높은 흡광계수를 갖기 때문에 비교적 높은 흡수율(또는 방출율)을 보이며, 나머지 파장에서는 낮은 흡수율을 보인다. 그러나, 제1 발산층(110'')의 하부 플레이트(111)의 마이크로 패턴 및 코팅층(112)의 금속의 상호작용에 의해 상기 제2 발산층(120-2)은 원하는 파장대역에서 높은 흡수를 야기할 수 있다. 이를 통해 제2 발산층(120-2)은 선택적 방출기(SE)를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 글라스
100, 100-1, 100-2, 100-2', 100-2'': 복사 냉각 구조체
110, 110', 110'': 제1 발산층
120, 120-1, 120-1', 120-1'', 120-2: 제2 발산층
130, 130-1: 반사층

Claims (11)

  1. 차량의 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 글라스; 및
    상기 글라스의 하부에 배치되며 상기 차체 내부로 슬라이딩 인입 가능한 수동 복사 냉각층;을 포함하며,
    상기 수동 복사 냉각층은,
    제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제1 발산층, 상기 제1 대역에 포함되며 상기 제1 대역보다 좁은 제2 대역에서 상기 제2 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 방사율을 가지는 제2 발산층, 및 상기 제1 대역보다 단파장인 제3 대역에서 상기 제3 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 반사율을 가지는 반사층 중 적어도 둘 이상의 층들을 포함하는,
    차량의 썬루프 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수동 복사 냉각층은,
    상기 제2 발산층과, 상기 제2 발산층의 하부에 마련되어 상기 차량의 내부에 인접하게 위치하는 상기 제1 발산층으로 이루어진,
    차량의 썬루프 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 발산층은,
    상기 제1 대역에 대응하는 복사에너지가 상기 제1 대역을 제외한 나머지 파장의 복사 에너지보다 높은 방사율로 방사되는 물질층으로 이루어진 하부 플레이트와, 상기 하부 플레이트의 상부에 증착되는 금속의 코팅층으로 이루어진,
    차량의 썬루프 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 상면에서 하방으로 소정의 인입깊이로 인입되게 형성된 다수의 인입홈이 형성된,
    차량의 썬루프 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 발산층은,
    가시광 대역에서 투명하고 적외선 대역에서 소정의 방사율을 갖는 폴리머로 이루어진,
    차량의 썬루프 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수동 복사 냉각층은,
    상기 반사층과; 상기 반사층의 하부에 마련되어 상기 차량의 내부에 인접하게 위치하는 상기 제2 발산층으로 이루어진,
    차량의 썬루프 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 발산층은, 상기 제3 대역에 대해 반사 가능한 반사층을 포함하는,
    차량의 썬루프 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 발산층은, 적어도 제2 대역에 대한 공진층을 포함하는,
    차량의 썬루프 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 제1 대역에서 상기 제1 대역의 바깥 대역에 비하여 높은 투과율을 가지는,
    차량의 썬루프 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 발산층은,
    2차원 구조나 광결정 구조를 가지는 회절 구조이거나, 또는
    제2 대역에서 선택적으로 흡수율이 높은 폴리머를 포함하는,
    차량의 썬루프 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 반사층은,
    폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리프로필렌(polypropylene) 중 적어도 하나를 포함하는, 적외선에서 투명한 폴리머를 포함하되,
    상기 폴리머는 다공성 폴리머인,
    차량의 썬루프 시스템.
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