전기연구원 ‘마이크로파 유도가열 열처리 기기’ 개발
등록 2019.05.15 09:45:34
전도성 박막 1초 이내 1000도 이상 고속열처리
냉·난방비 절감 친환경 단열유리 보급 확대 가능
【창원=뉴시스】 홍정명 기자= 한국전기연구원 김대호 박사가 마이크로파 유도가열 기술로 열처리된 로이유리를 들고 있다.2019.05.15.(사진=한국전기연구원 제공) [email protected]
이 기기는 금속 나노박막을 연속적이면서 균일하게 고속 열처리를 할 수 있다고 KERI는 강조했다.
'마이크로파 유도가열 기술'은 전자레인지에서 사용하는 2.45GHz(기가헤르츠) 주파수의 마이크로파 자기장을 활용해 금속 등 전도성 소재로 이루어진 박막을 순간적으로 고온 가열하는 기술이다. 1GHz는 106kHz(킬로헤르츠)에 해당하는 매우 높은 주파수 단위다.
기존의 유도가열 기술은 수십 kHz 수준의 주파수를 가지는 자기장을 만들어 금속 소재를 가열하는 방식으로, 조리용 인덕션 기구 등 밀리미터(㎜) 수준의 두꺼운 소재에만 적용할 수 있었다.
하지만 전자기장의 주파수에 따라 금속 침투 깊이가 달라지다 보니 기존 기술로는 1㎛(마이크로미터, 1㎜의 1000분의 1) 이하 얇은 두께를 가지는 나노박막은 가열할 수 없었다.
그러나 KERI 김대호 박사 팀이 개발한 ‘마이크로파 유도가열 기술’은 전도성 표면에 자기장에 의한 유도전류를 발생시켜 저항열로 나노박막을 가열하는 원리로, 나노미터 수준의 두께를 가지는 얇은 전도성 박막을 1초 이내에 1000도 이상 온도로 빠르게 열처리할 수 있다.
즉 열처리가 필요한 전도성 박막만을 선택적이고 순간적으로 고온 가열할 수 있는 획기적인 기술이다.
연구팀은 더 나아가 일정 부분만이 아닌 넓은 면적에서도 연속성과 균일성을 확보하며 안정적인 열처리가 가능한 기술 수준까지 도달했다.
개발한 기술은 최근 건축물의 친환경 단열유리로 가장 많이 활용되고 있는 ‘로이유리’ 열처리에 활용될 전망이다.
흔히 건축물에서 발생하는 열 손실의 40~50% 정도가 창과 유리에서 발생하는데, 로이유리는 창을 통해 들어오는 가시광선은 투과하여 실내를 밝게 유지하면서도, 열의 원적외선은 반사하는 에너지 절약형 유리다.
【창원=뉴시스】 홍정명 기자= 한국전기연구원 김대호 박사 연구팀이 개발한 '마이크로파 유도가열 열처리 기기'.2019.05.15.(사진=한국전기연구원 제공) [email protected]
연구팀은 개발한 기술을 활용해 공정 과정에서 1초당 100㎜의 속도로 흘러가는 로이유리를 500도 이상의 온도(유리가 견디는 수준)로 균일하게 열처리하는 데 성공했고, 열처리된 로이유리는 코팅된 은 나노박막의 결정성 향상으로 전도성이 30%나 높아졌다.
그 결과, 태양광의 열적외선 반사율(단열효과)이 5% 이상, 가시광선 투과율(채광효과)이 2.5% 이상 개선되는 것을 확인했다.
마이크로파 유도가열 기술을 활용해 대면적의 로이유리를 효율적으로 열처리해 상용화할 수 있는 기반을 마련한 것이다.
김대호 박사는 "기존 로이유리 가열 기술들은 열처리 후 가공성 문제, 높은 에너지 비용에 따른 경제성 문제 등 이유로 그동안 상용화에 많은 어려움을 겪어왔다"고 밝혔다.
김 박사는 이어 "하지만 에너지 전환효율이 높은 마이크로파 유도가열 기술은 필요한 부문만을 순간·선택적으로 가열할 수 있기 때문에 필요한 장치의 규모도 대폭 줄일 수 있고, 비용도 획기적으로 절감할 수 있다"고 강조했다.
한편 연구팀은 관련 성과가 로이유리 열처리 공정을 개발하고자 하는 기업의 많은 관심을 받을 것이라 보고, 기술의 사업화를 추진하고 있다.
상용화에 성공하면 로이유리 열처리 공정장비 시장을 새롭게 창출하고, 상당 기간 전 세계 시장에서 독점적 지위를 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
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