에너지 요금 절약 팁 ⑨ 초절전 탄소섬유 온열기구로 올 겨울도 따뜻하게
점점 추워지는 날씨, 난방 준비는 잘 하고 계신가요? 올해는 평년보다 조금은 따뜻한 겨울이었는데요, 이번주부터 뒤늦은 한파가 찾아온다고 하니 미리 단단히 준비를 해야겠습니다. 올해 겨울 날씨는 온도가 뚝 떨어졌다 쭉 오르고, 꼭 롤러코스터를 탄 것 같은데요. 그래서인지 요즘에는 뜨거운 난로로 공기 전체를 덥히는 제품보다는 손난로처럼 은은하게 몸을 덥혀주는 제품들의 인기가 더 높은 것 같습니다. 그중에서도 탄소 면상발열체로 만든 온열 제품들이 최근 각광받는 추세입니다.
초절전 온열기구의 원리, 탄소 면상발열체란?
탄소 면상발열체란 탄소 함량 90%가 넘는 탄소소재를 사용한 탄소섬유를 선이 아닌 면 형태로 만든 제품입니다. 탄소 섬유로 가장 유명한 것은 ‘토마스 에디슨’이 대나무를 가지고 만든 전구 필라멘트를 꼽을 수 있겠네요. 면상발열체는 필라멘트가 종이처럼 넓은 면으로 이루어진 것이라 할 수 있죠.
선상발열과 면상발열 비교. 기존의 발열체는 발열체가 긴 선 형태로 연결되어
고르게 가열되지 않고 중간에 끊어지면 사용할 수 없었습니다. 그러나 면상발열체는
면 전체에서 열이 나고 일부 파손되더라도 정상적으로 작동하지요. © 고영웅 외/전북대학교
유기물을 적당한 조건에서 가열하면 탄소가 생깁니다. 이런 과정을 탄화(carbonization)라고 하는데요, 셀룰로오스, 아크릴 섬유, 비닐론, 피치(Pitch) 같은 유기섬유를 비활성 기체 속에서 가열하고 탄화하면 탄소로 만들어진 긴 섬유가 만들어지지요. 이를 탄소섬유라고 합니다. 탄소섬유는 유연하고 강할뿐 아니라 1500℃ 정도는 거뜬할 만큼 열에도 무척 잘 견딥니다. 게다가 전기도 잘 통하지요.
이러한 특성 때문에 탄소섬유를 이용하면 전기도 통하면서 튼튼한 천과 같은 소재가 만들어집니다. 소재의 구조를 잘 설계해서 적당한 저항을 갖게 하면, 여기에 전기를 통과시켰을 때 열을 낼 수 있지요. 이렇게 하면 넓은 면 전체가 고르게 열을 내는 소재가 되는데, 이것이 바로 탄소 면상발열체입니다.
탄소 면상발열체는 선으로 된 발열체와 달리 면 전체에 전기가 흐릅니다. 그래서 단일 전선 주변처럼 자기장이 잘 발생하지 않지요. 면 전체가 전선 역할을 하니 일부분에 문제가 생기더라도 전기를 사용하는 기기 내부에서 전기의 길이 막혀 엉뚱한 곳으로 흘러나가는 현상인 누전 발생 염려도 거의 없습니다. 무엇보다도 면 전체가 한꺼번에 따뜻해지니 보온 효과도 좋습니다. 열을 받으면 늘어나는 정도가 낮아서 치수를 일정하게 유지할 수 있으니 옷을 만들기에 적합합니다. 특히 에너지 전환율이 높아서 초절전 제품을 만들 수 있습니다.
버스정류장 온열좌석에도 활용
이러한 장점 덕분에 탄소 면상발열체는 온열기기에 폭넓게 이용되고 있습니다. 가장 쉽게 접할 수 있는 것은 일부 버스정류장에 있는 온열 좌석이지요. 강화유리와 같은 보호층 아래에 면상발열체를 둬서 적은 전기로도 의자를 따뜻하게 유지합니다. 야외에 설치한 공공 시설물이다 보니 유지보수도 중요한 문제인데, 면상발열체는 면 전체에 전기가 흐르니 고장날 염려도 적지요. 요즘은 탄소 면상발열체를 사용한 온열매트, 온열찜질기, 온열치료기, 온열시트, 온열방석 등 다양한 제품이 나오고 있습니다.
과학기술대전에 출품된 탄소 면상발열체를 이용한 장판 © 우석대학교
최근에는 매트를 넘어서 바닥 난방까지 발전하고 있습니다. 기존에는 바닥에 온수관을 매설하는 온돌 방식을 주로 사용했는데요, 이를 대신해 바닥면에 탄소 면상발열체를 시공하는 것입니다. 온수관을 설치할 필요가 없어 동파나 누수를 피할 수 있고, 보일러실 공간을 아낄 수 있으며, 소음으로부터도 자유롭지요.
이처럼 각광받는 소재다 보니 주의할 점도 있습니다. 간혹 일반적인 섬유에 탄소 분말을 접착해서 면상발열체를 만드는 경우도 있는데, 이 경우 분말이 떨어져 나오면서 화재 위험성이 있습니다. 시간이 갈수록 기능성이 떨어진다는 문제도 있고요. 그래서 제품을 구매할 때는 탄소섬유가 얼마나 사용됐는지 꼼꼼하게 따질 필요가 있습니다.
올 겨울에는 탄소섬유를 이용한 온열 제품으로 건강과 난방비 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡아보시기 바랍니다.
