▲ 정욱철 박사가 압력제어식 온도제어장치를 사용하여 주석의 응고점을 실현하고 있다.

국내 연구진이 개발한 압력 제어를 통한 온도제어 원천기술로 가장 정확한 온도표준을 제시 했다. 향후 정밀한 온도 제어가 필요한 부분에 활용될 전망이다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 신용현) 온도센터 정욱철 박사는 압력조절을 통한 온도제어기술인 ‘압력제어식 온도제어 원천기술’을 개발했다.

온도제어 기술 중 압력을 이용한 제어기술은 세계 최초이며, 기존 기술로는 달성 불가능한 수준의 속도와 정밀도를 가진다.

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

기체의 압력은 온도와 달리 빠르고 정확한 제어가 가능하므로 압력제어식 온도제어기술을 사용할 경우 기존의 열량제어 방식 온도제어기술보다 훨씬 빠른 속도와 정밀도를 가지는 온도제어가 가능하다.

이번에 개발된 KRISS의 압력제어식 온도제어기술은 기존 기술로는 불가능한 순간온도상승 및 하강이 가능하며, 0.02 ℃ 수준의 온도 안정도를 가지는 정밀제어 성능을 보인다.

KRISS 온도센터 정욱철 박사는 새롭게 개발된 압력제어식 온도제어기술을 이용하여 231.928 ℃를 정의하는 온도 표준기인 주석의 응고점을 세계에서 가장 정확하게 실현하는 데 성공하여 국제온도표준분야에 그 결과를 보고하였다.

기존에는 ‘외부 핵생성 방식’이 주석 응고점 실현의 표준기술로 사용되었으나 온도제어기술 한계로 인해 정확도에 논란이 있었다. 하지만 KRISS의 압력제어식 온도제어기술을 적용할 경우 더욱 정확한 ‘내부 핵생성 방식’의 주석 응고점 실현이 가능하다.

KRISS의 기술로 실현된 내부 핵생성 방식의 주석 응고점이 외부 핵생성 방식 대비 약 4/10,000 ℃ 더 정확함을 밝혀내어 국제온도표준분야의 큰 주목을 받았다.

정욱철 박사는 “이번 연구결과는 선진국의 전유물로만 여겨졌던 온도제어 분야에서 KRISS가 독보적 우수성을 가지는 온도제어기술을 최초로 개발했다는 점과 이를 바탕으로 세계에서 가장 정확한 온도표준을 실현했다는 점에서 중요한 의의를 가진다”고 밝혔다.

이어 “압력제어식 온도제어 원천기술은 빠르고 정밀한 온도제어를 필요로 하는 모든 산업분야에서 다양하게 적용될 것으로 기대된다.”고 말했다.

한편, 해당 연구결과는 열전달분야 최고 권위학술지인 국제 열 및 물질전달 학술지(International Journal of Heat and Mass Transfer)와 측정분야 국제적 권위지인 메트롤로지아(Metrologia)에 게재됐다. 또한 이번 연구 성과 관련 기술은 2013년 2건, 2015년 1건 국내 특허로 등록되었다.