일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.8.24

간단히 분해된 소니의 ‘입는 에어컨’
주요 부품은 겨우 6개에 불과

“마치 스마트폰처럼 생겼다. 이렇게 정밀하게 부품을 배치할 수 있는 것은 높은 수준의 실장 기술이 있기 때문이다”.

닛케이크로스테크(Nikkei X-TECH)는 소니가 올 7월에 발매한 ‘입는 에어컨’ ‘REON POCKET’의 구조 및 열 설계 기술을 찾기 위해 분해∙분석을 실시했다. 앞에서의 코멘트는 Nikkei X-TECH가 분석을 의뢰한 열 설계 전문가인 서멀디자인랩(Thermal Design Laboratory)의 구니미네(国峯) 대표이사가 한 말이다.

REON POCKET은 직류 전류를 흐르게 하면 한쪽 면이 흡열(냉각)하고 다른 한 면이 방열(가열)하는 ‘펠티어(Peltier) 소자(열전소자)’를 이용한 무더위 대책 디바이스이다. REON POCKET의 가장 큰 특징은 소형∙경량이라는 점. 크기는 폭 54mm x 깊이 116mm x 높이 20mm로, 소형 스마트폰과 거의 비슷하다. 무게는 89g으로, 펠티어 소자가 내장되어 목덜미를 차갑게 식혀주는 산코의 ‘넥 쿨러 Neo’(150g)와 비교해도 상당히 가볍다. 소니는 소형화∙경량성을 실현하는데 “모바일 기기 개발에서 쌓아온 열 설계 기술을 활용했다”(사업개발플랫폼 Startup Acceleration부문 Business Acceleration부 REON사업실 소프트웨어개발의 이토(伊藤) 매니저)라고 한다.

이번 분해에는 2가지 목표가 있다. 하나는 소형화∙경량성을 실현한 설계 기술을 분석하기 위해서이며, 또 하나는 제품 내부의 센싱 기능을 알아보기 위해서이다. REON POCKET은 이용자의 보행 동작을 가속도 센서로 검지해 온도를 조절하거나, 펠티어 소자의 온도를 센싱해 출력을 세밀하게 조정한다. 이러한 센서를 어떻게 배치했는지를 분해해 확인해 보았다.

-- 내부에 바람이 통하는 통풍관 구비 --
최근 스마트폰이나 태블릿를 분해할 때 케이스 커버를 떼어내는데 어려움을 겪는 경우가 많다. 하지만 REON POCKET는 그렇지 않았다. 분해 초보자인 필자도 2개의 플라스틱 케이스의 이음새를 도구로 벌려 간단히 분해할 수 있었다. 인체에 닿는 반대 쪽 커버를 떼어내자 안에는 배터리와 메인 기판, 그리고 팬의 하반부가 모습을 드러냈다.

‘위쪽에 기판과 배터리가 배치되어 있고 그 밑이 통풍관으로 되어 있다. 아마도 팬이 만들어내는 바람이 케이스의 아래쪽을 통과해 빠져나가는 구조일 것이다’. 구니미네 대표이사는 커버를 열어보자마자 이렇게 추측했다. 즉 팬이 빨아들인 공기를 기판의 뒤쪽에 있는 통풍관으로 보내 펠티어 소자가 인체로부터 흡수한 열을 회수해 케이스 상부의 구멍을 통해 방출하는 시스템이라는 것이다.

다음으로 배터리와 메인 기판을 분해하자 상층과 하층을 나누는 플라스틱 칸막이가 보였고 그것을 떼어내자 팬의 전체 모습과 알루미늄 부품이 보였다. 팬이 내보내는 바람은 확실히 배터리와 기판의 반대 쪽에 만들어진 통풍관을 통과하게 되어 있었다.

-- 빨아들인 공기와 내보내는 바람의 방향이 다른 팬 --
팬은 프로펠러가 톱니바퀴처럼 얇은 ‘원심 팬’을 채택했다. 드라이어나 노트북 등에 사용되는 팬이다. “두께가 얇은 케이스를 중시했기 때문에 원심 팬을 채택했을 것이다. 원심 팬은 강한 바람을 좁은 장소로 보내는데 적합하다”라고 구니미네 대표이사는 말한다. 탑재된 것은 일본계기제조사(日本計器製作所)의 범용 팬 ‘SEPA HY45AB’. 길이는 45mm, 두께는 4mm이다.

원심 팬은 회전축 방향으로 공기를 빨아들이고 원심 방향으로 바람을 내보낸다. REON POCKET은 팬에 가림막이 설치되어 있어 통기관의 방향으로만 바람을 내보내도록 되어 있다. 하층의 팬이 절반만 모습을 드러내고 있는 이유는 케이스의 인체에 닿는 반대쪽에 마련된 통기구를 통해 공기를 빨아들이기 위해서인 것 같다.

한편, 케이스 아래쪽에 팬과 같이 설치된 알루미늄 부품은 히트싱크로, 구니미네 대표이사는 “아마도 이 뒷면에 펠티어 소자가 부착되어 있을 것이다”라고 말했다. 히트싱크에는 바람이 빠져나가는 방향으로 작은 구멍이 다수 뚫려있어 그곳으로 바람이 빠져나가 열을 낮추는 구조라는 것이다. 히트싱크를 케이스에서 떼어내 보니 그의 말대로 펠티어 소자가 뒷면에 부착되어 있었다.

펠티어 소자의 크기는 길이 약 40mm, 두께는 약 3mm. “두께는 약간 두꺼운 편이다. 좀 더 얇은 제품도 있지만, 너무 얇으면 냉각 면과 과열 면이 가까워 열이 역류할 우려가 있다”(구니미네 대표이사)라고 한다. 펠티어 소자와 히트싱크는 접착제로 고정되어 있어 분리할 수 없었다.

펠티어 소자의 흡열 면에는 열전도율을 높이는 ‘서멀 그리스(Thermal greases)’를 통해 알루미늄판(45mm x 55mm)과 붙어있었다. 라미네이트 가공을 한 알루미늄판이 몸에 닿아 열을 흡수하는 구조이다.

-- 기판이 L자형인 이유 --
이러한 방열기구의 부품들을 소니는 어떻게 선정했을까? 주켄테크(Zukentec)의 후지타(藤田) 기감(技監)은 “우선 인체의 냉각 범위와 케이스의 목표 사이즈를 결정한 다음, 전체의 밸런스가 맞도록 부품 사이즈를 결정해 선정했을 것이다. 물론 대형 펠티어 소자를 이용하면 냉각 효과는 향상되지만, 팬과 온도의 피드백 제어에 필요한 전력이 증가하기 때문에 상품의 컨셉트 실현과 함께 냉각 효과와 본체 사이즈, 가동 시간의 밸런스를 고려하며 설계했을 것이다”라고 추측했다.

구니미네 대표이사는 부품 선정에는 기능적 제약도 영향을 미친다고 설명했다. 예를 들어 대형 펠티어 소자는 구조 상 내부 열응력(Thermal stress)이 발생해 고장이 나기 쉽다. 또한 팬의 풍량은 직경 3승에 비례하기 때문에 사이즈가 방열 능력에 크게 영향을 미친다. 이러한 다양한 요소의 밸런스를 맞추기 위해 많은 시행착오를 반복했을 것으로 보인다.

또한, L자형의 메인 기판에는 블루투스와 마이크로컴퓨터 등이 탑재되어있으며 L자의 짧은 축에 온도센서가 설치되어 있었다. L자형으로 한 이유는 기판에서 떨어진 위치에 있는 히트싱크의 온도를 측정하기 위한 것으로 보인다. 또한 배터리는 출력이 3.7V, 용량은 760mAh의 중국 제품이다.

-- 미스터리한 제 2의 기판 --
이것으로 분해가 끝났다고 생각한 순간, 펠티어 소자의 아래쪽에 플라스틱 케이스를 발견했다. 분해해보니 제 2의 기판이 나타났다.

“온도센서가 탑재되어 있는 것 같다”(후지타 기감). 그의 말대로 기판 위에는 메인 기판과 동일한 온도센서가 있었으며 센서 면은 알루미늄판이 붙어있었다. 이토 매니저에 따르면 REON POCKET은 펠티어 소자의 방열 면의 과열을 예방하기 위해 출력을 피드백 제어. 이로 인해 펠티어 소자의 온도를 직접 센싱하는 것이 아니라, 펠티어 소자가 접해있는 히트싱크와 알루미늄판의 온도를 모니터링 한다. 이용자의 보행 동작을 검지하는 가속도 센서는 이번 분해에서는 아쉽지만 식별하지 못했다.

REON POCKET의 판매 가격은 1만 3천엔(소비세 별도). 부품 비용에 대해 후지타 기감은 “시판 부품을 사용하고 있기 때문에 기존 제품보다 비용이 엄청 많이 드는 것은 아닐 것이다” 라고 추측했다. 분해해본 결과, 주요 부품은 전부 6개로, 모든 곳에서 코스트 다운 의도를 읽을 수 있었다. 예를 들어 센서 기판과 메인 기판을 접속하는 플렉시블 케이블은 90도로 꺾인 커스텀 케이블을 사용하지 않고 직선 형태의 일반 제품을 구부려서 사용했다.

 -- 끝 –

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