주파수 조절 전자기파 기술 통해 가열 효율성 극대화
반도체 등 산업용 열처리 시 낭비 에너지 절감 가능
국내 연구진이 원하는 곳만 필요한 만큼 가열할 수 있는 ‘스마트 전자레인지’ 핵심 원천기술을 개발했다. 일상생활에서의 편리성 향상은 물론 반도체 등 산업 현장에 적용돼 에너지 효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.
6일 한국전기연구원(원장 명성호)은 전기환경연구센터 정순신 박사팀이 약간의 주파수 조절로도 마이크로파의 파장을 크게 변화시켜 사용자가 원하는 곳을 필요한 만큼만 가열할 수 있게 만들어주는 ‘스마트 마이크로파 가열 기술’을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 열 공학과 전기재료 각각의 분야에서 세계적 권위를 가지고 있는 SCI급 국제 학술지 ‘응용 열 공학’과 ‘재료 화학 A’ 최근호에 실렸다.
전자기파의 일종인 마이크로파로 음식을 가열하는 전자레인지는 집안의 필수 가전제품으로 자리 잡은 지 오래다. 하지만 마이크로파의 파동이 공간적으로 강약이 있고 일일이 조절하지 못하다 보니 가열이 고르게 되지 않는 경우가 종종 있어왔다. 현재 기술 수준은 음식물 등 피가열물을 한정된 범위 내에서 일정하게 움직이면서 데우는 방식인데, 시시각각 달라지는 온도 분포를 반영하지 못하니 가열되는 곳은 더 뜨거워지고 그렇지 않은 곳은 계속 미지근한 현상이 발생한다.
이런 문제를 해결하기 위해 연구진은 약간의 주파수 조절로도 마이크로파의 파장을 크게 변화시켜 사용자가 원하는 곳을 필요한 만큼만 가열할 수 있게 만들어주는 기술을 만들었다. 마이크로파의 파장을 마음대로 늘렸다 줄였다 해 마이크로파 공간 분포를 조절함으로써 가열 위치를 제어하는 방식이다. 기존에는 주파수를 바꿔도 파장 변화가 미미해 실제 활용 단계까지 가기 어려웠지만 이번에 연구진이 개발한 기술을 활용하면 주파수를 1%만 조절해도 파장 변화가 기존 대비 무려 100배 증폭시킬 수 있다.
마이크로파 가열 위치를 폭넓게 조절할 수 있다는 것은 ‘균일 가열’과 ‘표적 가열’이 모두 가능하다는 것을 의미한다. 연구진은 세계 최고 수준의 균일 가열 기술을 보유하고 있다. 가열할 때 전체 온도 차이가 10% 미만으로 고르게 가열한다. 표적 가열은 피가열물의 부위별 목표 온도를 반영해 사용자가 가열 위치를 정하면 그곳을 원하는 온도로 집중 가열한다. 이 기술을 응용하면 여러 가지 음식물이 함께 있어도 각각 원하는 다른 온도로 가열할 수도 있다.
연구진은 개발 기술이 가정 및 상업용 차세대 스마트 전자레인지 분야에 적용 가능하고 산업에서는 반도체, 자동차, 탄소섬유, 다이아몬드 등 각종 생산 공정에서의 효율적인 가열에 활용될 수 있다고 설명했다. 특히 현재 우리나라의 열처리 에너지 효율이 선진국 대비 60% 수준에 불과한데, 마이크로파 가열 기술을 통해 에너지 손실을 최소화하고 탄소중립 실현에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보고 있다.
정순신 전기연구원 박사는 “꾸준한 연구를 통해 마이크로파 가열이 잘 안 되는 금속체도 효과적으로 가열할 수 있는 기술을 개발해 활용 범위를 크게 넓히겠다”고 말했다.
스마트 마이크로파 가열 기술과 관련한 국내외 특허 출원을 완료한 전기연구원은 효율적 가열이 필요한 관련 수요업체를 찾아 기술이전을 추진할 계획이다.