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마이크로파와 전기히터의 하이브리드가열

전문가 제언: ○ 마이크로파는 파장이 1mm~1m이고, 진동수가 1~1,000GHz 정도이며 파장이 짧아 직진성, 반사성, 굴절, 간섭 등의 성질이 빛과 비슷한 전자파를 말한다. 레이더, 텔레비전, 전자레인지 등에 이용되는데 전자레인지의 마이크로파는 직접적으로 열을 가하는 것이 아니고 마이크로파로서 물체에 함유된 물 분자를 진동시키고 분자들의 충돌에 의해 발생되는 열로서 음식물을 익히기 때문에 짧은 시간에 조리가 가능하다.

○ 최근에는 콘크리트의 양생기간을 단축시키는 데에도 마이크로파가 활용되고 있다. 전자레인지에서 음식을 가열하듯이 전자파를 이용하여 콘크리트 양생의 최적온도인 35~55℃까지 열을 공급할 수 있으며 계절이나 외기의 온도에 관계없이 양생시간을 단축할 수 있다. 일반적으로 탄소재료에 마이크로파를 조사하면 고온으로 가열되고 에너지효율이 대단히 높은데 가정용 전자레인지로 물을 끓이는 데는 1분 정도가 소요되지만 같은 시간에 탄소는 1,000℃ 이상까지 가열될 수 있다.

○ 탄소재료도 구조에 따라 가열효율이 달라지는데 탄소나노튜브(CNT)의 경우는 수초 동안에 유리상이 녹는 온도까지 가열될 수 있다. 이러한 특성을 탄소재료의 표면 개질에 이용할 수 있으면 고효율의 실용적인 방법이 될 것이다. 그러나 유기화합물을 이용하여 탄소의 표면 개질을 실시할 경우는 유기화합물의 분해온도인 200~300℃ 이하로 가열해야 할 것이다. 마이크로파 조사를 통해 유리상의 용해온도까지 가열할 경우는 대상물의 온도를 안정적으로 유지하는 것이 매우 중요하다.

○ 우리나라에서도 마이크로파 가열에 의한 바이오디젤 고속 합성기술, 핵융합로인 KSTAR의 가열장치 개발 등의 신기술들이 개발되고 있으며 마이크로파 가열의 급속가열, 대상물 내부까지의 균일가열, 고온가열 등의 우수한 성능을 산업에 활용하기 위해 노력하고 있다. 또한 탄소재료는 열전도율이 높아 국부가열의 경우에도 전체의 온도가 올라가는데, 특히 마이크로파 가열을 사용하면 탄소재료가 연소하는 온도 이상으로 급속하게 가열되는 폭주현상이 일어나기 쉽다. 탄소재료의 가열 제어는 마이크로파 장치와 탄소재료 모두를 고려해야만 한다.

저자: M.Suzuki
자료유형: 학술정보