열교환기

열교환기(熱交換器, heat exchanger)는 두 개 또는 그 이상의 유체 사이에서 열을 교환할 수 있게 고안된 장치를 말한다.

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개요

열교환기는 유체의 냉각 또는 유체의 온도를 높이는 난방의 목적으로 서로 다른 유체의 열을 교환할 수 있도록 사용된다. 열교환기에 있어서 유체에 열을 주는데 사용되는 전열 매체를 열매(熱媒), 반대로 열을 뺏는 데 사용되는 것을 냉매(冷媒)라고 한다. 흔히 잘 알고 있는 열교환기는 바로 라디에이터이다. 라디에이터는 엔진의 과열을 막기 위해, 워터 자켓을 통해 순환되는 냉각수를 외부 공기를 이용해 냉각시켜서 엔진이 적절한 온도에서 작동될 수 있도록 돕는다. 이 외에 에어컨 컴프레서에서 나온 고온 고압의 기체 냉매를 저온 고압 액체 냉매로 바꾸는 콘덴서, 자동변속기 속에서 작동 유체 역할을 하는 오일을 냉각시키는 자동변속기 오일 냉각장치, 터보차저를 통해 가열된 공기를 냉각시켜 엔진 출력 상승을 도와주는 인터쿨러 등이 있다. 자동차는 다양한 열교환기를 이용해 엔진과 미션, 에어컨 시스템에서 사용하는 냉매를 냉각시킨다.

종류

라디에이터

라디에이터는 자동차나 항공기, 기차 등 엔진의 내연기관에 사용되는 냉각용 열교환기이다. 엔진을 통해 열을 전달받은 냉각수가 라디에이터를 순환하며 엔진에서 발생된 높은 열을 대기중으로 방출 시키는 역할을 한다. 기능적인 특징으로 인해 방열기 또는 방열장치 등으로 불리기도 한다. 라디에이터는 엔진의 온도를 유지시켜 주는 중요한 장치 중 하나로, 냉각수의 순환으로부터 전달된 열을 일정 수준으로 유지시키며 대기 중으로 방출하는 기능을 한다. 따라서 대부분 주행풍을 최대로 활용하기 위하여 차량의 엔진 앞쪽에 설치한다. 라디에이터는 크게 탱크와 핀, 튜브로 구성된다. 일반적으로 양쪽 출입구 쪽에 냉각수를 저장하는 탱크가 설치된다. 탱크 중간에는 냉각수가 지나가는 수직 또는 수평 구조의 튜브와 열 교환이 쉬운 성질을 가진 핀을 용접한 라디에이터 코어가 위치한다.

관련 부품

냉각팬

열교환기가 외부에서 자동차로 들어오는 공기의 흐름을 이용해 냉각 작용을 시키는데, 만약 자동차가 정지한 상태에서 엔진이 작동하면 공기 흐름이 거의 없어서 열교환기의 성능이 현저히 감소하게 된다. 이런 단점을 보완하는 부품이 바로 냉각팬(Cooling Fan)이다. 냉각팬은 열교환기에 필요한 공기의 흐름을 만드는 역할을 한다. 자동차의 엔진 과열을 막고, 탑승자에게 시원한 바람을 제공한다. 냉각팬은 직류전원을 이용해 팬 날개를 회전시키는 모터와 날개, 발생시킨 공기의 이동을 원활하게 도와주는 덮개와 풍량제어장치로 구성된다. 통상적인 쿨링팬의 구조는 평소에 흔히 사용하는 선풍기와 반대되는 구조를 가지고 있다. 앞쪽에 있는 열교환기에 바람을 보내기 위해 더 앞쪽에 있는 공기를 빨아들이는 것이다. 바람을 일으켜 더위를 식혀 주는 역할을 한다는 점에서 선풍기와 냉각팬은 완벽하게 일치한다. 초기 자동차에는 엔진을 식히기 위해 라디에이터와 냉각팬만 장착됐다. 하지만 최신 차량에는 여러 편의 장치가 추가되면서, 부가적으로 냉매를 사용하는 여러 열교환기를 장착해 냉각팬 역할도 커지면서 그 중요성도 더욱 부각되고 있다. 냉각팬은 날개 위치에 따라 공기를 이동시키는 방식이 다르다. 푸시 타입은 날개가 전방에서 외부 공기를 자동차 내부로 밀어 넣는 형태이고, 풀 타입은 날개가 자동차 내부에 위치하면서 외부 공기를 빨아들이는 형태이다. 냉각팬 한 개나 두 개를 이용하는 경우도 있다. 최근에는 하나의 대형 팬을 이용해 외부 공기를 빨아들여 냉각을 돕는 싱글 풀타입 팬이 많이 적용된다. 모터와 팬이 돌아가면서 생기는 진동과 소음을 획기적으로 줄인 고성능 냉각팬도 속속 등장하고 있다.

참고자료

• 〈열교환기〉, 《네이버 지식백과》
• 양종석 기자, 〈(카&테크) 자동차 열 교환기와 냉각팬〉, 《전자신문》, 2015-07-09
• 휠라이프, 〈"라디에이터" -자동차의 열교환 장치-〉, 《네이버 포스트》, 2017-08-17

같이 보기

• 냉각팬
• 라디에이터

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