피부에 붙이는 패치형 에어컨 등장...“피부 온도 10도 이상 냉각”
피부에 붙이는 패치형 에어컨 등장...“피부 온도 10도 이상 냉각”
  • 김정은 기자
  • 승인 2019.05.27 10:55
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UCSD 렌컨 첸 연구팀이 개발한 패치형 소형 냉각장치 'TED' 시제품
UCSD 렌컨 첸 연구팀이 개발한 패치형 소형 냉각장치 'TED' 시제품

[데일리포스트=김정은 기자] 때 이른 더위가 기승을 부리면서 지난 5월 24일 서울은 33도까지 오르며 올해 첫 폭염 특보가 발효됐다. 5월부터 가정에서 에어컨을 사용하자니 전기세 걱정에 에어컨 가동을 망설이게 된다. 이럴 때 안성맞춤인 패치 형태의 개인용 에어컨이 개발됐다.

열전 시스템은 반도체를 통해 장치 한쪽에서 다른 쪽으로 열을 보내 저온영역과 고온영역을 만들 수 있다. 이 시스템을 이용하면 간단히 온도 조절이 가능한 소형 냉각장치를 만들 수 있지만 효율적으로 열을 방출시키는 것이 쉽지 않았다.  

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스(UCSD) 렌컨 첸(Renkun Chen)과 셍 쉬(Sheng Xu) 연구팀은 신축성이 있는 2개의 폴리머 시트 사이에 복수의 반도체 재료를 삽입해, 열전 시스템 기반의 간단하게 온도 조절이 가능한 소형 냉각 장치(이하 TED)를 만들어내는 데 성공했다.

연구팀에 따르면 TED는 피부 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과가 있다. 이번 연구 성과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 5월 17일자에 게재됐다.

국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재된 연구팀 논문
국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재된 연구팀 논문

연구팀이 개발한 열전 시트가 아래 B 이미지이며 크기는 5cm×5cm 정도다. 가운데 시트 내부 구조를 보면, 흰색 부분이 신축성 폴리머 시트이고 안쪽 갈색 부분이 유연한 구리 전극이다. 또 <TE pillars>라고 적혀있는 것이 열전 기둥이다.

A 이미지처럼 내부에 열전 시트를 부착해 냉각조끼(Cooling vest)와 냉각밴드(Cooling band)로 활용할 수 있다. 시트 두께는 약 5mm~1cm 정도다.

(출처:UCSD 연구팀)
(출처:UCSD 연구팀)

신축성 폴리머 시트는 한쪽이 과열 시트, 나머지 한쪽이 냉각시트로 작동한다. 각 시트는 절연상태이며 과열시트는 열을, 냉각시트는 냉기를 공기 중에 확산시키는 역할을 한다.   

아래 B 이미지는 TED가 ON과 OFF일 때 주위온도와 피부온도를 나타낸 그래프다. TED가 ON일 때는 체온이 일정 온도(32도)로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 

(출처:UCSD 연구팀)
(출처:UCSD 연구팀)

C는 TED가 ON인 상태에서 촬영한 열화상 이미지(thermal image)로 TED 부분이 42도 정도로 따뜻하게 유지되고 있다. 반대로 D는 TED로 피부를 냉각시켰을 때의 열화상 이미지다. TED 부분의 온도가 다른 곳에 비해 낮다.

E 이미지는 TED의 ON/OFF 상태에서 주위 온도와 피부 온도를 측정한 것. 밖이 추우면 따뜻하게 더우면 시원하게 해주고 있음을 알 수 있다.

연구팀은 “우리가 개발한 TED로 에너지 수요를 20% 정도 절감할 수 있다. 사람들이 야외에서 보다 쾌적하게 생활하는데 도움이 될 수 있기를 기대하고 있다”고 밝혔다.  



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