일반기술

순수물질의 상변화온도를 이용한 열량계 및 항온 유지방법

본 기술은 열량계에서의 필수 사항인 항온장치에 관한 것으로서 순수물질의 상변화 온도를 고정온도 장치로 사용한 열량계에 관한 것이다. 상온 근방에서 상변화를 하는 순수 물질의 고유한 성질을 이용하여 항온장치를 아주 높은 온도의 안정도(±0.001 ℃)로 구현하고 그 안에 열류계를 설치하면 미세 열량계로서의 역할을 할 수 있다. 순수물질은 물질의 고유한 특성으로서 녹는점(melting point), 응고점(freezing point) 삼중점(triple point)등을 갖고 있다. 따라서 이 온도점들을 고정점으로 사용할 수 있는 셀(cell)을 만들고 이 셀 내부의 기저에 열류계를 설치하면 셀 내부의 기저 온도는 높은 안정성으로 갖고 있기 때문에 기존의 열량계가 갖는 기저온도의 요동이나 느린 속도의 증감 등에 의한 잡음들을 대폭적으로 줄일 수 있다. 셀의 외부는 온도를 조절하기 위한 온도계와 히터를 설치하고 그 외부에는 다시 단열재를 사용하여 열을 차단시키면 항온장치가 완성된다. 이 방법은 기존의 방법보다 훨씬 안정된 신호를 얻을 수 있을 뿐 아니라 부피가 현저히 줄어드는 효과가 있다. 사용되는 순수물질의 한 예는 Ga의 녹음점(29.8℃)을 사용하는 것이다.■ 기술의 장점 및 기대효과 : 상온 근방에서의 열량계에 사용되는 기존의 항온장치는 액체 또는 기체를 열매체(熱媒體)로 사용하면서 항온상태로 유지시킨 다음 여기에 대상물을 직접 넣거나 단열 튜브를 이용하여 대상물 주변에 온도가 조절된 열매체를 순환시켜 사용하여 왔다 하지만 이는 온도 안정도가 우수한 경우에도 ±0.005 ℃ 보다 온도의 요동이 크고 또한 장치가 매우 커져서 많은 번거로움이 따른다. 따라서 소형이면서도 온도의 안정도가 뛰어난 새로운 방식의 열량계를 개발하게 된 것이다. 상온 근방에서 가변은 필요하지 않지만 높은 안정도를 갖는 항온장치가 필요할 때 위와 같이 순수물질의 상변화 온도를 이용한 항온 장치는 1) 기저온도의 요동에 의한 노이즈의 감소로 높은 정밀도로 열량을 측정할 수 있다. 2) 부피가 적어서 공간의 절약, 에너지의 절감 효과가 크다.3) 시스템이 비교적 간단하다.■ 활용 가능 분야 : 이러한 항온장치는 미세한 흡열량이나 발열량을 측정하는 미세 열량계로서 뿐만 아니라 광출력계, 출력변환기, 표준기, 각종 센서 등 장시간 일정온도가 유지되어야 하는 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.