PTCT Lab.
기계공학전공
정욱철
정밀 열제어 및 열측정 실험실(PTCT Lab.)은 기계공학 분야에서 세계적 수준의 초정밀 온도제어 및 열물리량 계측기술을 연구하는 선도 연구실입니다. 본 연구실은 압력제어식 루프 히트 파이프 기반의 공압식 온도제어 기술, 피동형 2상 열전달 기반 초열전도체 및 열확산 기술, 그리고 초정밀 온도측정 및 열물리량 계측기술 등 다양한 첨단 연구를 수행하고 있습니다.
압력제어식 루프 히트 파이프는 보상실의 압력을 정밀하게 제어함으로써, 증발기 내의 포화 증기 온도를 신속하고 안정적으로 조절할 수 있는 혁신적인 온도제어 기술입니다. 본 연구실은 기계 구동식 가스 압력제어기 등 첨단 장비를 활용하여, ±0.01°C 이내의 온도 안정성과 빠른 응답 속도를 실현하였으며, 이를 반도체, 정밀 계측, 전자기기 냉각 등 다양한 산업 분야에 적용하고 있습니다.
또한, 피동형 2상 열전달 기술을 활용한 초열전도체 및 열확산기 개발을 통해, 전기자동차, 전력반도체, 고성능 전자기기 등에서 발생하는 고열유속을 효과적으로 분산시키고, 온도 균일성을 확보하는 데 성공하였습니다. 다양한 작동유체와 구조적 설계를 적용하여, 저온부터 고온까지 폭넓은 운전 조건에서의 신뢰성을 확보하고 있습니다.
초정밀 온도측정 및 열물리량 계측기술 분야에서는, 금속 고정점의 융해 및 응고 온도를 이용한 표준 온도계 교정, 열펄스 기반 용융법, 적외선 온도센서 및 열화상 카메라를 활용한 비접촉식 온도측정 등 다양한 정밀 계측기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 국제 표준과 산업 현장 간의 기술 격차를 해소하고, 차세대 정밀 계측기술의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.
본 연구실은 현대자동차, 한국연구재단, 국가과학기술연구회 등 다양한 산학연 협력 과제를 수행하며, 전기자동차, 반도체, 에너지, 바이오, 우주항공 등 첨단 산업 분야의 열관리 및 계측기술 혁신을 주도하고 있습니다. 앞으로도 정밀 열제어 및 열측정 실험실은 창의적이고 도전적인 연구를 통해, 미래 산업의 핵심 열제어 및 계측기술 발전에 기여할 것입니다.
Heat Pipe Technology
Temperature Control
Phase Change Materials
압력제어식 루프 히트 파이프 기반 초정밀 온도제어 기술
압력제어식 루프 히트 파이프(Loop Heat Pipe, LHP)는 기존의 열전달 장치와 달리, 작동유체의 증발 및 응축 과정을 이용하여 고속·정밀한 온도제어가 가능한 첨단 기술입니다. 본 연구실에서는 보상실(Compensation Chamber)의 압력을 정밀하게 제어함으로써, 증발기 내의 포화 증기 온도를 원하는 값으로 신속하게 조절할 수 있는 공압식 온도제어(Pneumatic Temperature Control) 기술을 개발하고 있습니다. 이 기술은 기존의 전통적인 온도제어 방식에 비해 응답 속도가 빠르고, 온도 안정성이 뛰어나며, 예측 가능한 제어가 가능하다는 장점이 있습니다.
특히, 본 연구실은 기계 구동식 가스 압력제어기(Mechanically Driven Gas Pressure Controller, MDGPC)와 같은 첨단 장비를 활용하여, 밀폐형 공압회로 내에서 1 Pa 수준의 압력 안정성과 10 Pa의 해상도를 달성하였습니다. 이를 통해 ±0.01°C 이내의 온도 안정성을 확보하였으며, 외부 환경 변화나 부하 변동에도 신속하고 안정적으로 온도를 제어할 수 있음을 실험적으로 입증하였습니다. 또한, Clapeyron-Clausius 근사를 활용한 열역학적 모델링을 통해 온도 변화의 예측 정확도를 높였습니다.
이러한 초정밀 온도제어 기술은 반도체, 정밀 계측, 전자기기 냉각, 표준 온도계 교정 등 다양한 산업 및 과학 분야에 적용될 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 더욱 고도화된 압력제어식 온도제어 시스템 개발과 실시간 온도 균일도 향상, 대형화 및 고온 환경 적용 등 다양한 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다.
피동형 2상 열전달 기반 초열전도체 및 열확산 기술
피동형 2상 열전달 기술은 루프 히트 파이프, 히트 파이프, 서모사이폰, 베이퍼 챔버 등 다양한 열전달 소자를 활용하여, 고열유속 환경에서의 열수송 및 열확산을 극대화하는 핵심 기술입니다. 본 연구실에서는 초열전도체(Super Heat Conductor) 기반의 열확산기(Heat Spreader)와 플랫 증발기 구조의 유연 루프 히트 파이프(Flat-Evaporator Flexible Loop Heat Pipe, FEFLHP) 등 다양한 형태의 열전달 소자를 개발하고 있습니다. 이들 소자는 전력반도체, 전기자동차, 고성능 전자기기 등에서 발생하는 대량의 열을 효과적으로 분산시키고, 온도 균일성을 확보하는 데 중요한 역할을 합니다.
특히, 본 연구실은 100 mm × 100 mm × 3~5 mm 크기의 초박형 열확산기와, 2 m 길이의 플랫 증발기 루프 히트 파이프를 설계·제작하여, 실제 전기자동차 및 전력반도체 모듈의 열관리 시스템에 적용하고 있습니다. 실험 및 열화상 측정을 통해, 기존 구리판 대비 월등한 열확산 성능과 온도 균일도를 확인하였으며, 다양한 작동유체(예: 물-에탄올 혼합물, 알칼리 금속 등)를 적용하여 저온부터 고온까지 폭넓은 운전 조건에서의 신뢰성을 확보하였습니다.
이러한 피동형 2상 열전달 기반 초열전도체 및 열확산 기술은, 고집적 전자기기, 전기자동차, 반도체 제조장비, 우주항공 등 고열유속 및 고온 환경에서의 열관리 문제를 혁신적으로 해결할 수 있는 핵심 솔루션으로 주목받고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 소재, 구조, 작동유체 등 다양한 측면에서 기술 고도화와 실용화 연구를 지속적으로 추진할 예정입니다.
초정밀 온도측정 및 열물리량 계측기술
정밀 열제어 및 열측정 실험실은 온도 측정의 국제 표준(ITS-90) 실현 및 산업 현장 적용을 위한 초정밀 온도측정(정밀 Thermometry) 기술 개발에 주력하고 있습니다. 본 연구실은 금속 고정점(예: 주석, 아연, 은 등)의 융해 및 응고 온도를 이용한 표준 온도계 교정, 고속 저항 온도계, 적외선 온도센서, 열화상 카메라 등 다양한 온도계의 정밀도 및 신뢰성 평가를 수행하고 있습니다.
특히, 열펄스 기반 용융법(Heat Pulse-Based Melting)을 활용하여 고순도 금속의 액상선 온도(Liquidus Temperature)를 정밀하게 결정하고, 불순물 효과 보정, 열역학적 모델링, 실시간 온도장 측정 등 다양한 연구를 진행 중입니다. 또한, 비접촉식 온도측정기술(적외선 센서, 열화상 카메라 등)과 접촉식 온도측정기술(고정점 온도계, 저항 온도계 등)을 융합하여, 산업 현장 및 의료 분야에서 요구되는 고정밀·고신뢰성 온도측정 솔루션을 제공하고 있습니다.
이러한 초정밀 온도측정 및 열물리량 계측기술은 반도체, 에너지, 바이오, 우주항공, 정밀 제조 등 다양한 첨단 산업에서 품질 관리, 공정 최적화, 신뢰성 평가 등에 필수적으로 활용되고 있습니다. 본 연구실은 앞으로도 국제 표준과 산업 현장 간의 기술 격차를 해소하고, 차세대 정밀 계측기술의 선도적 역할을 수행할 계획입니다.
1
Pneumatic temperature control characteristics of a variable-load heat source with a pressure-controlled loop heat pipe
Bomi Nam, Wukchul Joung
Int. Commun. Heat Mass Transf., 2025
2
Heat transport characteristics of a flat-evaporator loop heat pipe for use in a thermal management system of electric vehicles
Bomi Nam, Wukchul Joung
Int. J. Heat Mass Transf., 2024
3
Temperature uniformity characteristics of a hybrid pressure-controlled loop heat pipe with a heat pipe liner
Bomi Nam, Cheongyong Park, Wukchul Joung
Int. Commun. Heat Mass Transf., 2024
2
CO2 혼합개질 반응시스템 열전달 증진을 위한 히트파이프 반응기 개발 (2 단계)
3
소듐-포타슘 공융 합금(NaK) 적용 하이브리드 압력제어식 루프 히트 파이프 기반 고온·고정밀 등온표면 실현기술 개발
