냉각

냉각(Cooling, 冷却)은 더 낮은 온도와 상변화를 일으키는 열의 제거를 가리킨다. 냉각 방식에는 열대류 냉각, 열복사 냉각, 열전도 냉각 등이 있다.

열대류

열대류(熱對流)는 기체나 액체가 물질이 이동하면서 열을 전달되는 현상을 가리킨다. 기체나 액체가 부분적으로 가열되면 가열된 부분이 팽창하면서 밀도가 작아져 위로 올라가고, 위에 있던 밀도가 큰 부분은 내려오게 되는데, 이런 과정이 되풀이되면서 기체나 액체의 전체가 고르게 가열된다.

대류는 그 발생 원인에 따라 자유대류(free convection)와 강제대류(forced convection)로 나눌 수 있다. 유체의 순수한 부력에 의해 발생하는 대류를 자유대류라 하고, 유체에 기계적인 힘이 작용하여 발생하는 대류를 강제대류라 한다. 대기 중 강제대류의 예로는 전선면을 따라 올라가는 따뜻한 공기의 상승류, 산의 경사면을 따라 올라가는 상승류, 지표마찰에 의한 공기의 수평수렴에 동반되는 상승류 등이 있다.

열복사

열복사(thermal radiation, 熱輻射)는 분자, 원자, 이온 등 물질 입자의 열 진동으로 인해 에너지를 복사하는 현상을 가리킨다. 온도가 다른 두 물체 사이에서는 높은 온도의 물체로부터 낮은 온도의 물체로 에너지가 이동하는데 특히 1,000℃ 범위를 넘는 물체에서 현저하며 복사되는 전자파는 가시(可視) 범위의 것도 포함하게 된다. 보통 물체의 열복사 형태는 완전 복사체(흑체)의 복사에 가까운 것이 많다. 열복사는 중간에 매개체가 없이 직접 열이 전달된다.

열전도

열에너지가 물질의 이동을 수반하지 않고 고온부에서 저온부로 연속적으로 전달되는 현상을 가리키며 주로 고체 내부에서 일어난다. 물질의 종류에 따라 전도되는 속도가 크게 다르므로 이를 열전도도로 표시하여 나타낸다.

자동차 냉각

□ 엔진 자동차

자동차에서 냉각의 주요 역할은 엔진의 온도제어에 있다. 엔진에서 연소가 이루어지게 되면 열에너지와 운동에너지가 발생하며 이 과정에 연소로 발생된 에너지의 30%가 연소실과 엔진에 열에너지로 전달되어 실린더 내부온도는 1000℃이상으로 올라간다. 실린더가 지속적으로 열에 노출되면 피스톤과 실린더 헤드가 열에 의한 변형을 일으키거나 엔진오일의 기능을 저하시켜 작동을 멈추거나 망가지게 된다. 냉각이 과도하면 연소에 따른 엘에너지의 많은 부분이 차가운 연소실 벽에 전달되어 열효율이 나빠지거나 불완전 연소 등의 트러불을 야기시킨다. 따라서 발생된 열의 적절한 제어는 중요한 기능이다.

자동차의 냉각은 단시간내에 기관을 정상 작동온도에 도달하게 한 뒤 모든 운전조건에서 항상 균일한 온도 범위를 유지하는데 그 역할이 있다.

자동차의 냉각은 유체냉각 방식을 적용하며 공기와 쿨란트를 열교환기(라디에이터)에 통과시키는 방식으로 추진한다.

□ 전기차

전기자동차와 하이브리드 자동차는 대용량 배터리를 사용하여 배터리 냉각시스템을 필요로 한다. 배터리 냉각이 제대로 안 될 경우 자동차의 화재 또는 배터리셀의 온도 불균형 증가로 배터리의 수명이 감소하거나 배터리팩의 열폭주가 발생할 수 있다.

전기차 배터리 냉각은 공냉식 또는 수냉식 냉각 시스템을 사용하며 고밀도 배터리에서는 냉각수를 활용한 수랭식 시스템이 가장 효율적인 열관리 방법이다.

참고자료

• 〈냉각〉, 《위키백과》

같이 보기

• 냉각팬
• 냉방
• 에어컨
• 쿨러

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