산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_26.07 (p17~19)

소니 계열사의 6세대 목걸이형 에어컨
펠티어 소자 2개를 정밀 제어해 냉각 성능 향상

기상청에 따르면, 작년 도쿄에서 최고기온이 35캜 이상인 폭염 일수가 과거 최다인 29일을 기록했다. 올 여름도 평년보다 기온이 높을 가능성이 매우 높다고 예측되고 있어, 2022년 이후 계속되고 있는 16일 이상의 폭염 일수를 기록할 가능성이 있다.

폭염이 일상화되고 있는 가운데 해마다 시장이 확대되고 있는 것이 폭염 대비 디바이스이다. 그 중에서도 소니 그룹 산하의 소니서모테크놀로지(Sony Thermo Technology, 도쿄)가 제공하는 목걸이형 에어컨 ‘REON POCKET’의 판매가 호조이다. 뒷목에 착용하면 접촉 부분의 피부 표면을 직접 냉각한다. 겨울철에는 반대로 난방용으로 사용할 수 있다.

소니서모테크놀로지는 올 5월에 시리즈의 6세대인 ‘REON POCKET 6’를 출시했다. “2020년에 1세대 제품을 출시한 이후, 매출은 7배, 수익은 10배로 성장했다. 지금까지 시리즈 누계로 84만 대를 판매했으며, 올해 100만 대 돌파를 목표로 하고 있다”(소니서모테크놀로지의 이토(伊藤) 사장)라고 한다. 주로 직장인들이 출퇴근이나 업무 중에 이용하고 있다.

-- 펠티어 소자 2개로 냉각 성능 향상 --
새로운 모델인 REON POCKET 6의 가장 큰 특징은 높은 냉각 성능이다. 이전 모델인 ‘REON POCKET 5’(2024년 4월 출시)까지는 탑재된 펠티어 소자 1개로 냉각했지만, 이것을 2개로 늘리고 더 나아가 온도 제어를 고안해 냉각 성능을 대폭 향상시켰다. 착용 시 접촉부의 피부 표면 온도는 이전 모델과 비교해 최대 2캜 낮아진다고 한다. 일본을 포함한 아시아 도시권의 직장인용으로 판매되고 있다.

펠티어 소자는 직류 전류가 흐르면 한쪽 면에서 흡열(냉각)하고 반대 면에서 방열(가열)하는 성질을 가진 반도체이다. 전압에 따라 0.1캜 단위로 온도를 제어할 수 있으며, 전압의 방향을 바꾸면 냉각과 온열을 전환할 수 있다. REON POCKET은 케이스의 스테인리스 판 부분을 뒷목에 접촉시키면 펠티어 소자를 통해 열이 이동한다.

REON POCKET 5는 펠티어 소자와 방열 팬이라는 핵심 부품을 전용 설계함으로써 흡열 성능(냉각면에서 열을 흡수하는 양)을 이전 모델인 ‘REON POCKET 4’의 최대 약 1.5배 높였다.

그리고 REON POCKET 6에서는 2025년 5월에 출시한 하이엔드 모델 ‘REON POCKET PRO’에서 처음으로 채택한 펠티어 소자를 2개 사용하는 하드웨어 구성을 답습하면서 이것을 보다 소형의 케이스에 담았다. REON POCKET PRO는 미국과 유럽 등 해외 진출을 목표로 시리즈 가운데 최강의 냉각 성능(당시)을 내세운 모델이다. 동일한 하드웨어를 탑재해 올 4월에 출시한 후속 모델 ‘REON POCKET PRO Plus’의 사이즈는 약 125×60×175mm, 무게는 약 259g이다. 반면 REON POCKET 6는 약 110×45×160mm, 약 165g으로 더욱 소형·경량이다.

-- 교대로 구동해 냉감을 유지 --
REON POCKET 6의 냉각 성능을 REON POCKET 5와 비교해 크게 향상시킨 핵심 기술은 탑재된 2개의 펠티어 소자를 최적으로 제어하는 것에 있다. 스테인리스 판(냉각∙온열부)의 유효 면적은 REON POCKET 5와 비교해 약 1.5배 크지만, “면적 자체는 중요하지 않다. 중요한 것은 2개의 펠티어 소자를 독립적으로 교대로 구동함으로써 냉각·냉감을 유지할 수 있도록 한 것이다”(이토 사장)라고 한다.

사람의 몸은 생리현상적으로 일정 온도로 온도를 낮춰도 시간이 지나면 차가움을 느끼지 못하게 되는 성질이 있다. 그래서 REON POCKET 시리즈에서는 23캜 근처의 타깃 온도를 기준으로 온도를 수 캜 내리거나 올려 냉감을 유지하는 제어를 하고 있다. 하지만 기존처럼 펠티어 소자가 1개일 경우에는 온도가 올라갈 때 반대로 뜨겁게 느껴지는 문제가 있기 때문에 온도를 크게 변화시킬 수 없었다.

그래서 REON POCKET 6에서는 상하로 배치된 2개의 펠티어 소자가 교대로 구동함으로써 냉감을 유지하는 것이 가능해졌다고 한다. “얼음주머니를 몸의 여러 부분에 대고 디지털로 움직이는 이미지이다. 예를 들어, 상부 펠티어 소자에 5V의 전압을 공급해 21캜 정도를 기준으로 수 캜 범위 내에서 크게 온도 변화를 주는 동안 하부 펠티어 소자는 1V의 전압으로 구동을 유지한다. 이 제어를 일정 초 단위로 위아래 교대로 반복한다”(이토 사장).

-- 화제의 베이퍼 챔버 채택 --
이러한 제어를 실현 가능하게 한 것이 2025년에 애플이 출시한 iPhone 17 Pro/Pro Max에 처음 탑재되어 큰 화제가 된 ‘베이퍼 챔버(Vapor Chamber)’이다.

베이퍼 챔버는 외관 상 얇은 판과 같은 형태이지만, 내부 공동(空洞)에 액체가 봉입되어 있다. 열원과 접촉한 부분에서는 내부 액체가 열을 흡수해 증발하고 그 증기는 압력 차이로 인해 온도가 낮은 부분으로 확산된다. 그리고 증기가 팬 등으로 냉각된 면에 접촉하면 열을 방출하고 다시 액체로 돌아간다. 이러한 프로세스를 통해 열원의 열을 효율적으로 베이퍼 챔버 전체로 넓혀 냉각한다.

열전도율은 알루미늄 합금 방열판이 200W/(m·K) 정도, 구리 방열판이 400W/(m·K) 정도지만, 베이퍼 챔버의 방열판은 스테인리스의 경우 수천 W/(m·K) 이상으로 매우 높다. “이 제어를 실현하기 위해서는 베이퍼 챔버의 열 운반 능력이 필요했다. 알루미늄이나 구리 방열판의 경우, 히트싱크에 열이 충분하게 이동하지 않아 반대면(접촉면)이 냉각되지 않는다”(이토(伊藤) 사장)라고 한다.

REON POCKET 6에서는 펠티어 소자가 방출한 열을 베이퍼 챔버가 흡수하여 그것을 빠르게 전달해 히트싱크가 있는 방향으로 집약시키고 팬으로부터의 바람에 의해 열이 배출된다. 이 방열 매커니즘을 처음으로 채택한 것은 REON POCKET PRO였지만, 더욱 소형의 케이스에 담기 위해 펠티어 소자와 베이퍼 챔버, 히트싱크를 전용 설계했다.

-- 복수의 센서로 세밀하게 온도 제어 --
REON POCKET 시리즈에서는 위와 같은 세밀한 온도 제어를 위해 복수의 센서가 탑재되어 있다. 몸에 장착되었다는 것을 인식하기 위한 가속도 센서와 동작 상태 등을 모니터링하기 위한 복수의 온도 센서 및 습온도 센서 등이다. 더 나아가 REON POCKET 6에는 충전 시의 안전성을 담보하기 위해 USB 케이블 접속 부분에 충전 시의 발열 감지를 위한 온도 센서가 탑재되어 있다. 발열이 기준치를 넘으면 전원 공급을 차단하는 구조이다.

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