적외선을 활용하여 유리를 올바르게 가열하는 방법
실험실에서 사용하는 유리 제품이 갑자기 부서진 적이 있나요? 아마도 작은 스크래치나 급격한 온도 변화 때문일 것입니다. 그러면 베이커가 수천 조각으로 산산조각 나버립니다. 이는 내부 응력 때문에 발생하는 현상입니다. 유리를 너무 빠르거나 불균등하게 냉각시키면, 재료 내부에 응력이 남게 됩니다. 이는 마치 시한폭탄과 같습니다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 우리는 0.1°C 이내의 일정한 온도를 유지할 수 있는 적외선 가열 방식을 사용합니다.
왜 굳이 0.1°C까지 신경 써야 할까요?
유리에는 ‘안정화 지점’이라는 특정 온도가 있습니다. 이 온도에서는 응력이 줄어들지만, 유리가 녹거나 변형되는 것은 아닙니다. 붕규산 유리의 경우, 이 온도 범위는 매우 좁습니다.
만약 가열기의 온도가 2~5도 정도만 변동해도 문제가 생깁니다. 온도가 너무 높으면 유리가 처지고, 반대로 너무 낮으면 응력이 그대로 남아 있습니다.
온도를 일정하게 유지하기 위해, 우리는 고밀도 적외선 소자와 PID 컨트롤러를 함께 사용합니다. 이렇게 하면 유리의 외부가 핵심부보다 훨씬 빨리 달아오르는 현상을 방지할 수 있습니다.
열을 처리하는 방법
적외선의 장점은 유리에 직접 열을 가할 수 있다는 점입니다. 오븐 전체의 공기를 가열하는 데 시간을 낭비하지 않아, 반응 속도가 훨씬 빠릅니다.
하지만 단점도 있습니다. 바로 ‘열점’입니다.
이를 해결하기 위해, 특수한 발열 코팅이 적용된 소자를 사용합니다. 이를 통해 열이 용기 전체에 고르게 퍼지도록 합니다. 이상한 열점이 생기지 않습니다.
또 한 가지 팁입니다. 반드시 빠른 반응 속도를 가진 서모커플을 사용해야 합니다. 센서의 반응 속도가 느리다면, 가열기가 아무리 정확하더라도 소용이 없습니다. 컨트롤러는 몇 초 전에 일어난 일에 반응할 뿐, 지금 일어나고 있는 일에는 반응하지 않습니다.
타협점
이런 정밀도를 원한다면, 깨끗한 전력이 필요합니다. 그저 그렇습니다.
전압의 급격한 변동은 소자의 작동에 영향을 줍니다. 눈에는 보이지 않을 수 있지만, 유리는 온도의 변동을 느낄 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 안정된 전원 공급이 필요합니다.
물론, 이렇게 하면 제어장치의 크기가 조금 커집니다. 하지만 이것이야말로 유리 제품이 처음으로 살균 과정을 거칠 때 깨지지 않도록 하는 유일한 방법입니다.