압력 조절해 온도제어 자유자재로

국내 연구팀, 압력제어를 이용한 온도제어 원천기술 개발

▲정욱철 박사가 압력제어식 온도제어장치를 사용해 주석의 응고점을 실현하고 있다.[사진제공=KRISS]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 압력을 조절해 온도제어를 자유자재로 할 수 있는 원천기술을 개발했다. 0.02℃ 수준의 온도 안정도를 가지는 정밀제어 성능을 보였다. 이번 기술을 응용하면 그래핀이나 반도체 등 최첨단 제품을 만드는데 응용할 수 있다. 반도체 등은 미세한 온도 변화에 따라 순도가 달라진다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 신용현) 온도센터 정욱철 박사는 압력조절을 통한 온도제어기술인 '압력제어식 온도제어 원천기술'을 내놓았다. 온도제어 기술 중 압력을 이용한 제어기술은 드문 일이다. 기존 기술로는 달성 불가능한 수준의 속도와 정밀도를 가진다.

이 기술은 루프 히트 파이프(loop heat pipe)라는 고성능 열전달장치의 운전원리를 응용했다. 압력과 온도가 상호 연결돼 있는 서로 다른 두 영역을 만들고 제어기체의 압력을 제어하면 연결돼 있는 다른 영역의 온도가 제어되는 특성을 이용했다.

루프 히트 파이프 (loop heat pipe)는 1980년대 구소련에서 개발된 고성능 자연 순환식 2상 열전달장치이다. 현재 인공위성과 우주선의 열제어 분야에서 사용되고 있다. 기체의 압력은 온도와 달리 빠르고 정확한 제어가 가능하다. 압력제어식 온도제어기술을 사용할 경우 기존의 열량제어 방식 온도제어 기술보다 훨씬 빠른 속도와 정밀도를 가지는 온도제어가 가능하다.

이번에 개발된 KRISS의 압력제어식 온도제어기술은 기존 기술로는 불가능한 순간온도상승과 하강이 가능하다. 0.02 ℃ 수준의 온도 안정도를 가지는 정밀제어 성능을 보였다. 정욱철 박사는 새롭게 개발된 압력제어식 온도제어기술을 이용해 231.928℃를 정의하는 온도 표준기인 주석의 응고점을 세계에서 가장 정확하게 실현하는 데 성공했다.

정욱철 박사는 "이번 연구결과는 선진국의 전유물로만 여겨졌던 온도제어 분야에서 KRISS가 독보적 우수성을 가지는 온도제어기술을 개발했다는 점과 이를 바탕으로 세계에서 가장 정확한 온도표준을 실현했다는 점에서 중요한 의의를 가진다"며 "압력제어식 온도제어 원천기술은 빠르고 정밀한 온도제어를 필요로 하는 모든 산업분야에서 다양하게 적용될 것으로 기대된다"고 말했다.

연구결과는 열전달분야 학술지인 국제 열 및 물질전달 학술지(International Journal of Heat and Mass Transfer)와 측정분야 국제적 학술지인 메트롤로지아(Metrologia)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr