한국전기연구원(KERI·이하 전기연)은 원하는 곳을 필요한 만큼만 가열할 수 있는 차세대 '스마트 전자레인지' 핵심 원천기술을 개발하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

전자레인지는 전자기파의 일종인 마이크로파로 음식을 가열한다. 음식물 등을 한정된 범위에서 일정하게 움직이면서 데우는 방식이다. 마이크로파의 파동이 공간적으로 강약이 있고, 일일이 조절하지 못하다 보니 가열이 고르게 되지 않는 경우가 종종 있다. 시시각각 달라지는 온도 분포를 반영하지 못한다. 가열되는 곳은 더 뜨거워지고, 그렇지 않은 곳은 계속 미지근한 현상이 발생하기도 한다.

정순신 전기연 전기환경연구센터 박사팀은 이러한 문제를 해결하고자 약간의 주파수 조절로도 마이크로파의 파장을 크게 변화시켜 사용자가 원하는 곳을 필요한 만큼만 가열할 수 있게 만들어주는 일명 '적열적소(適熱適所), 스마트 마이크로파 가열 기술'을 개발했다.

기본 원리는 마이크로파의 파장을 마음대로 늘렸다 줄였다 해 마이크로파 공간 분포를 조절함으로써 가열 위치를 제어하는 방식이다.

연구팀은 파장 변화를 빠르고 정교하게 주고자 주파수 조절 방식을 활용했다. 흔히 전자기파를 활용하는 기기마다 허용된 주파수 대역이 있는데, 기존에는 주파수를 바꿔도 파장 변화가 미미해 실제 활용 단계까지 가기 어려운 수준이었다. 하지만, 이번에 개발한 기술을 활용하면, 주파수를 1%만 조절해도 파장 변화가 기존 대비 무려 100배나 커질 수 있다.

파장 변화로 마이크로파 가열 위치를 폭넓게 조절할 수 있다는 것은 '균일 가열'과 '표적 가열'이 모두 가능하다는 것을 의미한다.

전기연은 정 연구팀의 '균일 가열' 수준은 대상물을 가열할 때 전체 온도 차이가 10% 미만밖에 나지 않는다고 설명했다. 또 '표적 가열'은 피가열물의 부위별 목표 온도를 반영해 사용자가 가열 위치를 정하면, 그곳만 원하는 온도로 집중적으로 가열할 수 있다고 덧붙였다. 이러한 기술을 발전시키면, 여러 가지 음식물을 함께 전자레인지에 넣고 돌려도 각각 원하는 다른 온도로 가열할 수도 있다고 강조했다.

해당 기술은 가정과 상업용 차세대 '스마트 전자레인지' 분야에 적용할 수 있고, 반도체, 자동차, 탄소섬유, 다이아몬드 등 각종 생산 공정에서 효율적인 가열에 활용할 수 있다.

정순신 박사는 "약간의 주파수 조절로 파장을 크게 변화시켜 가열 위치를 제어하는 세계 최초의 성과로, 사용자의 편의성은 높이고, 불필요한 대상을 가열하는 데 소모되는 에너지는 절감하는 획기적인 기술"이라고 밝혔다.

이어 "마이크로파 가열이 잘 안 되는 금속체도 효과적으로 가열할 수 있는 기술을 개발해 활용 범위를 크게 넓히고 싶다"라고 말했다.

전기연은 원천기술과 관련한 국내외 특허 출원을 완료했다. 이번 성과가 효율적인 가열이 필요한 다양한 산업계의 많은 관심을 받을 것이라 보고 있으며, 관련 수요업체를 발굴해 기술이전을 추진한다는 계획이다.