에어컨, 냉장고, 열교환기 등의 주요 열전달 메커니즘인 응축 열전달의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 실험적·이론적 단초가 국내 연구진에 의해 입증됐다.

인천대학교(총장 최성을) 기계시스템공학부 안호선 교수는 세계적인 과학저널인 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’ 온라인판에 응축(수증기가 액체가 되는 상변화 열전달 과정) 상황에서 수증기가 나노 구조를 가진 초소수성 표면에서 물방울이 됐을 때, 초소수성 성질을 잃어버리는 현상에 대한 논문을 발표했다.

그동안 학계에서는 초소수성 표면에서 응축 열전달이 적응축(Dropwise condensation)으로 발현돼 열전달이 잘될 것이라고 예상했다. 국내 대기업들도 높은 열전달 성능을 가진 응축 열교환기에 이를 적용하기 위해 많은 연구를 해왔다.

그러나 실제 Radiator와 같은 매우 좁은 미세평판 사이에서의 응축 열전달 표면이 되는 곳에서 초소수성 표면에 대한 실험을 해보면, 생각보다 높은 열전달 계수를 나타내지 못했고 이는 업계와 학계와의 괴리를 만들었다.

그 원인은 평판들 사이에 적응축이 생기기는 하나, 이후 물방울(drop)이 들러붙어서(pinning) 떨어지지 않는 현상이 발생하게 된다. 결국은 액막(liquid film)을 형성해 막응축(film condensation)으로 천이가 되고, 이 액막은 열전달을 방해하는 효과를 냈기 때문이다.

안 교수는 “이번 논문은 초소수성 표면 위의 응축 상황에서 물방울이 젖을 수 있는지에 대한 가능성, 그리고 이론적 해석을 최초로 해냈다는 데 가치가 있다”고 밝혔다.

한편 이번 연구에는 인천대 안호선 교수 외 포스텍 이상유동연구실 김무환 교수, 조항진 박사 (현 위스컨신 메디슨), 황경원 씨 등이 참여했다.

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