전원이 필요 없는 저렴한 수동 냉각 시스템

• 새로운 수동 냉각 시스템은 연료 생산 전력을 사용하지 않고 더운 환경에서 효과적인 냉각을 제공합니다.
• 건조한 환경에서는 주변 온도보다 최대 40°C까지 냉각할 수 있습니다.
• 백신과 식품을 덥고 그리드가 없는 지역에 저장하기 위해 기존 냉각 시스템을 보완할 수 있습니다.

기존 냉각 메커니즘은 매우 복잡하고 비용이 많이 드는 유체 냉각 및 증기 압축 시스템에 의존합니다. 반면에 대기 복사 냉각과 같은 수동 냉각 시스템은 중적외선 파장의 지구 대기를 사용하여 상당한 수준의 온도를 낮춥니다.

수년 동안 전 세계의 연구원들은 수동 냉각 시스템을 개발하기 위해 노력해 왔으며 지금까지 제조 비용이 많이 들고 널리 사용할 수 없는 복잡한 광자 기기를 사용하여 이러한 시스템을 구축할 수 있었습니다. 대부분은 모든 파장을 완벽하게 반사하고 중적외선을 방출하도록 개발되었습니다.
그러나 이를 위해서는 여러 겹의 재료를 추가하고 두께를 나노미터 정밀도로 제어해야 합니다.

이제 MIT의 연구원들은 연료 생산 전력을 필요로 하지 않고 덥고 화창한 날 냉각을 제공하는 새롭고 저렴한 수동 시스템을 개발했습니다. 다른 냉각 시스템을 보완하여 전력망 외 지역에 의약품과 식품을 저장/보존할 수 있습니다.

이론적으로 시스템은 주변 온도보다 최대 20°C까지 냉각할 수 있습니다. 그러나 이를 시연하는 동안 연구원들은 6°C의 냉각을 달성할 수 있었습니다. 온도를 더 낮추기 위해 기존의 열전 냉각 또는 냉동 시스템을 사용할 수 있습니다.

어떻게 작동합니까?

새로운 패시브 냉각 시스템은 하늘을 가로지르는 태양의 경로를 덮기 위해 90도에 배치된 작은 스트립을 사용하여 직사광선을 단순히 차단합니다. 따라서 추적 도구가 필요하지 않습니다.

광택 알루미늄, 저가 플라스틱 필름, 단열재를 결합하여 개발된 단순한 흰색 기기로 중적외선 범위의 복사를 통해 충분한 열 방출이 가능합니다. 보다 구체적으로 말하면, 8~13마이크로미터의 파장 사이의 주변 온도 근처에 있는 지상 물체의 복사 방출의 스펙트럼 중첩을 활용합니다.

시스템 위에 우산을 놓고 단열재로 보완함으로써 연구원들은 낮에 냉각을 더 효과적으로 만들었습니다. 야외 실험을 통해 중적외선 파장을 하늘에 지속적으로 방출하면서 시스템이 직사광선을 효과적으로 차단한다는 것을 발견했습니다.

참조:네이처 커뮤니케이션즈 | 도이:10.1038/s41467-018-07293-9 | MIT

수십 년 전만 해도 과학자들은 난방을 줄이는 시스템만 개발했습니다. 그러나 이제 그들은 온도를 낮추기 위해 보조광 필터링 메커니즘과 함께 그늘을 현명하게 사용하고 있습니다.

제한 및 적용

이미지 제공:Bikram Bhatia/MIT

시스템은 습한 환경에서 제대로 작동하지 않습니다. 공기를 통한 적외선 방출량을 줄여 냉각량을 20°C(주변 온도 미만)로 제한합니다. 그러나 환경이 건조하면 최대 40°C까지 냉각될 수 있습니다.

또한 이 시스템은 집이나 건물 전체를 냉각하는 데 사용할 수 없습니다. 뜨겁고 그리드가 없는 지역에 식품과 의약품을 보관하는 것과 같은 냉장 분야에만 사용할 수 있습니다. 이 접근 방식은 필요한 수준까지 온도를 낮출 만큼 강력하지는 않지만 최소한 기존 냉각 시스템의 부하를 줄여 냉각의 마지막 단계만 제공할 수 있습니다.

또한 특수 거울이 태양 전지에 태양 광선을 집중시켜 효율성을 높이는 집중형 광전지 시스템에도 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 종종 과열되고 정기적인 열 유지 관리가 필요합니다. 수동 냉각 시스템은 이러한 가열 문제를 쉽게 제어할 수 있으므로 능동 열 관리가 필요하지 않습니다.

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앞으로 몇 년 동안 연구자들은 시스템을 개선하기 위해 노력할 것입니다. 그렇게 하는 데 있어 가장 큰 도전은 전체 시스템이 외부 공기로부터 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있는 단열재를 찾는 것입니다.