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라디에이터
라디에이터(radiator)는 열을 방사시키는 기계이다. 방열기라고도 한다.
개요
라디에이터는 방열 효율을 높이기 위해 한 매개체에서 다른 매개체로 열에너지를 전달하는 데 쓰이는 열교환기이다. 대부분의 라디에이터는 자동차, 건물, 전자기기에 설치되어 있다. 라디에이터는 주변 환경을 따뜻하게 한다는 뜻에서 방열기, 난방기 등으로 불리기도 하지만 자동차, 비행기 등의 기관의 냉각기의 의미로도 쓰인다. 건물 난방을 위한 라디에이터의 일종인 로마의 하이포코스트는 기원 후 15년에 기술되었다. 가열식 라디에이터는 폴란드 태생의 러시아 사업가 프란츠 산 갈 리가 1855년부터 1857년 사이 상트페테르부르크에서 생활하면서 발명하였다.[1]
냉각 장치
라디에이터는 기관(엔진)을 가지고 있는 대부분의 장비에서, 없어서는 안 될 장비이다. 공랭엔진의 경우 별도의 라디에이터 없이 헤드와 실린더블록의 냉각핀이 이 역할을 대신한다. 예초기 엔진, 일부 오토바이 엔진 등. 다만 공랭 오토바이라도 배기량이나 출력이 일정 수준 이상일 경우 엔진오일용 라디에이터가 장착되므로 공랭엔진이라고 꼭 라디에이터가 없는 것도 아니다. 수랭 엔진에도 디자인상 냉각핀을 다는 경우가 없는 것도 아니다. 방열기라는 이름이 있음에도 현장에선 거의 라디에이터 혹은 일본어 발음인 '라지에타'로 부른다. 엔진이 동력을 얻는 과정에는 폭발-배기 행정이 있다. 이 중 가스나 기름을 점화, 연소시키는 폭발, 배기 행정 부분에서 발생되는 열은 점점 쌓일수록 주변 기기 손상, 화재 등 여러 문제를 발생시킨다. 이 온도를 낮추기 위해 엔진과 라디에이터 사이에 물 펌프로 냉각수를 순환 시켜 엔진의 열을 냉각수에 전이시킨 다음 라디에이터 내의 가는 관들로 보내 주행 중 발생되는 바람과 라디에이터 본체에 장착된 팬으로 냉각시키고 이걸 다시 엔진에 보냄으로써 장시간 사용이 가능하게 된다. 또한, 자동차의 엔진이 뜨거워지면 공기의 밀도가 낮아지므로, 공기를 식혀 들어와 밀도를 높여 효율을 높여 주는 부가적인 효과도 존재한다. 산업 현장이나 발전소 등에서 사용하는 엔진의 경우엔 이 냉각수에 전이한 열을 빼내는 방법으로 다른 냉각수를 사용하기도 한다. 즉 엔진의 열→냉각수→엔진의 냉각수를 식히는 다른 냉각수의 형태이다. 이 최종 냉각수는 자연에 방류하거나 기화시켜서 열을 방출하는 형태로 처리한다. 전동 냉각팬이 달린 자동차의 경우 시동이 꺼져도 수온 센서가 일정량 이상 달아오르면 기계적으로 서모스탯이 열리고, 시스템적으로 라디에이터 팬이 알아서 돌아간다. 구식 후륜구동 차량이나 상용차, 디젤차들은 엔진 동력으로 팬을 돌린다. 팬 클러치형 냉각팬은 클러치 앞에 달린 바이메탈에 의해 회전수가 결정된다. 아니면 별도의 컨트롤러로 제어되기도 한다. 요즘 차들은 차량 형태나 구동 방식과 상관없이 모두 전동 팬을 사용한다. 만약 팬이 안 돈다면 달아오른 열 때문에 주변 센서나 배관이 열에 의해 손상됨은 물론 화재까지 일어날 수 있으니, 팬이 멋대로 돌아간다고 고장으로 여기지 말고 오히려 연기가 팔팔 나는데도 안 돌아가면 팬의 퓨즈 단선, 혹은 전기장치 고장으로 여겨야 된다. 그리고 반대로 수온은 차가운데 서모스탯이 열려 있고 팬이 계속 도는 것도 문제가 된다. 엔진은 온도가 너무 낮아도 과냉상태가 되어 무리가 간다. 성능적인 면으로서는 열효율이 떨어져 출력 자체가 떨어지며, 기본적으로 전자분사 방식은 냉간시 분사량이 조금 더 높게 설정되어 있다. 계속해서 방열이 되어 블럭과 헤드가 정상 온도로 도달하지 못하면 낮은 열효율과 더 많은 연료 소모, 이에 따른 퇴적물 생성 등이 단점이다. 아주 온도가 낮은 곳이 아니라면 과열에 비해 위험성 자체는 낮다. 시동을 걸고 정상적으로 냉각되는지 확인해 줘야 한다. 단 아무 조작 없이 공회전만 시켜 워터펌프가 냉각수를 잘 순환시키게끔만 해줘야 한다. 축전지와 이어져 시동이 꺼져도 돌아가는 팬과 달리 대부분의 워터펌프는 크랭크축에 벨트로 연결되어 시동을 걸어 줘야만 돌아간다. 일부 차종은 전기 워터펌프가 달려 있다. 안 되면 냉각수가 새거나, 서모스탯이 고착되었거나, 전장 장치, 워터펌프, 라디에이터에 이상이 생긴 거니 카센터로 견인해야 한다. 너무 과냉각될 때도 해당될 수 있다. 또한, 냉장고나 에어컨의 증발기나 응축기도 몇몇 차이를 빼면 이것과 구조적으로 비슷해 승용차용 자동차용 에어컨도 라디에이터와 세트로 붙어 있다. 물 대신 냉매가 순환하며, 응축기로 압축 및 냉각 팬 등으로 방열된 냉매를 증발기로 보내 그곳에서 기화시켜 냉매가 주변의 열을 머금으면 다시 응축기로 보내 방열한다. 컴퓨터용 쿨러에도 증기 체임버라는 이름으로 비슷한 게 들어가기도 한다. 컴퓨터의 쿨러에도 비슷한 것이 달려 있는 경우가 많으며, 이쪽은 공랭에 한하여 방열판이나 히트싱크라고 부르는 게 더 흔하다. 수랭의 경우에는 냉각수의 열을 식혀주는 라디에이터가 있다. 라디에이터는 냉각수가 흐르는 방향에 따라 다운 플로, 크로스 플로, U턴 플로 방식으로 분류할 수 있다. 다운 플로 방식은 냉각수 탱크를 라디에이터 상하로 배치하는 것이다. 뜨거운 물은 위로 가고 차가운 물은 아래로 흐르는 원리와 중력을 이용해 냉각수를 위에서 아래로 흐르게 하는 방식으로 가장 일반적인 라디에이터이다. 크로스 플로와 U턴 플로 방식은 라디에이터 좌우에 탱크를 배치해 냉각수를 가로로 흐르게 하는 방식이다. 이 방식은 다운 플로 방식과 비교해 방열 면적이 넓어 열 교환 효과를 높일 수 있다는 장점이 있다. 하지만 가로로 흐르는 특성으로 인해 유동 저항이 커 워터펌프의 성능이 상당 부분 요구된다.[1][2]
난방장치
열을 방출 시켜 열원을 식히는 구조이므로 열이 방출되는 곳이 실내라면 당연히 난방기구로도 활용될 수가 있다. 겨울철에 여기다 손을 쬐고 있으면 난로 같은 따뜻함을 느낄 수 있다. 보일러 등에서 나온 온수가 라디에이터를 지나면서 열을 방출하는 것. 중국에서는 놘치 독일에서는 하이쭝이라고 부른다. 단점은 큰 공간에 난방을 하기에는 비효율적이다. 특히 대한민국의 겨울은 습도가 매우 낮아 라디에이터의 이러한 단점이 더욱 부각된다. 열효율은 온도 차가 클수록 높고, 같은 효율이라도 단위 시간당 높은 열용량을 가진 높은 질량 흐름을 가져야 더 많이 열교환이 된다. 비록 접촉 면적을 늘리긴 했지만, 고온의 물이라고 해 봤자 섭씨 100도 정도, 스팀 역시 200도 근처에도 가지 못하며, 스팀인 경우는 온도 차는 커져도 밀도가 낮아서 열용량이 떨어져 버린다. 좁은 방에선 효과를 크게 거둘 수 있지만, 넓은 곳에선 여러 대 설치해도 효과를 못 보는 경우가 대다수이다. 당장 5~10명 단위로 편성된 군부대 생활관 같은 곳에서는 페치카를 밀어내고 난방 방식의 대세가 되었지만, 이게 설치되어 있는 초중고 교실이나 대학교 강의실에서 수십 명이 앉아있는 채로 수업을 받아보면 충분히 이해할 수 있다. 선풍기 등으로 바람을 불어서 열을 퍼뜨리면 그나마 효율이 좀 높아진다. 독일을 비롯한 유럽 지역에서는 매우 흔한 건물 난방 시스템으로 주거용 건물에도 마찬가지로 설치된다. 특히 세 들어 사는 경우 난방비를 종량제로 내는 경우가 대부분이고 집집에 설치된 라디에이터의 조절 밸브마다 계량기가 설치되어 있는 경우가 많아서, 겨울에 마음 놓고 틀다가 난방비를 비싸게 청구받을 수 있기 때문에 시간에 맞춰 아껴서 틀고 대신 옷을 따뜻하게 입는다. 유럽권 외에는 중국 화북, 일본의 홋카이도 지역에서 라디에이터를 쉽게 볼 수 있다. 한국 전통 난방 방식인 온돌 역시 일종의 라디에이터라고 할 수 있다. 온돌에서 직접 열기를 느끼는 전도 난방과 더불어 바닥 자체가 라디에이터 역할을 하여 대류 난방을 시키는 것이기 때문이다. 사실 1980년대까지는 아파트라도 침실에만 온돌을 깔았고, 거실에는 서구식 라디에이터를 설치하는 게 일반적이었다. 입식 생활을 유도하기 위한 목적도 있었지만, 전통적인 공간 구성상으로도 거실은 방이 아니라 마당이나 대청마루의 변형이라고 보았던 이유도 있다. 그러다 보일러와 스탠드/천장 히터가 완전히 대중화되면서 라디에이터를 볼 수 있는 곳은 정말 없다. 가정집에서 라디에이터가 늦게 살아남았던 공간은 다름 아닌 욕실인데, 이마저도 리모델링 과정 등에서 없애는 추세이다. 군부대 생활관에서는 최근까지도 현역으로 사용되는 난방 방식이지만, 2010년대 이후에 신축하는 최신형 막사들은 처음부터 냉난방 겸용 시스템 에어컨을 설치하는 경우가 많다. 라디에이터가 냉방에 사용되는 경우도 드물게 있다. 복사 냉방방식이라고 하는데 결로현상이 발생하기 때문에 라디에이터 표면 온도를 보통 20에서 18도 이상으로 유지해야 하고 습도를 줄이기 위해 일반적인 에어컨이나 공기조화기를 동시에 사용해야 한다. 여름철 습도가 높은 국내에서는 더 찾아보기 어려운 방식이다.[1]
스팀 라디에이터
스팀 라디에이터는 기계실에 설치한 증기보일러에서 증기를 발생시켜 이것을 배관을 통해 각 실에 설치된 방열기로 공급하는 라디에이터이다. 공급된 증기는 방열기에서 실내공기와 열교환하여 응축되는데, 이것을 응축수 또는 환수라고 한다. 스팀 라디에이터에서는 주로 증기가 갖고 있는 잠열, 즉 증발열을 이용하므로 방열기 출구에는 거의 증기트랩이 설치되며, 트랩의 작동에 의해 자동으로 증기와 응축수가 분리되며 응축수만 환수 관을 통해 보일러로 보내진다. 이 응축수는 중력 또는 펌프에 의해 다시 보일러로 급수되고 가열되어, 재차 증기로 되어 장치 내를 순환하게 된다. 스팀 라디에이터의 배관에서 환수 관은 공급관보다 한 치수 작아도 된다. 스팀 라디에이터의 분류방식으로는 먼저 사용 증기압력에 따른 분류로 고압식, 저압식, 진공식으로 3가지로 분류 할 수 있고, 배관방식에 따른 분류로는 단관식, 복관식으로 분류 할 수 있다. 또 응축수 환수 방법에 따른 분류로 중력 환수식 스팀 라디에이터가 있는데, 특징으로는 중력작용에 의해 응축수를 보일러로 유입시키는 방식이며, 라디에이터는 보일러의 수면보다 높게 설치하여야 하며, 소규모 건물에 적합하다. 그리고 기계 환수식 전기 라디에이터는 응축수 탱크에 응축수를 모아 펌프로 보일러를 환수시키는 방식이다. 방열기 설치 위치에 제한을 받지 않고, 대규모 건축물에 사용한다. 그리고 마지막으로 진공 환수식 전기 라디에이터로 진공펌프로 장치 내의 공기를 제거하면서 환수관 내의 응축수를 보일러에 환수하는 방식이다. 진공펌프는 환수주관 말단의 보일러 측 부분에 설치한다. 응축수 순환이 가장 빠르다. 보일러, 방열기의 설치 위치에 제한을 받지 않는다. 환수 관의 관경이 작아도 되며, 방열기마다 공기 빼기 밸브가 필요하지 않으며, 대규모 건축물에 적합한 방식이다. 그리고 마지막으로 증기 공급방식에 따른 분류로 상향식, 하향식, 상하 혼용 식이 있다. 스팀 라디에이터의 장점으로는 잠열을 이용하기 때문에 증기 순환이 빠르고 열의 운반능력이 크다. 예열시간이 온수난방에 비해 짧다. 방열면적과 관경을 온수난방보다 작게 할 수 있다. 설비비 및 유지비가 저렴하다. 한랭지에서 동결의 우려가 적다는 점이 있고. 단점으로는 외기온도 변화에 따른 방열량 조절 및 제어가 곤란하다. 방열기 표면 온도가 높아 화상의 우려가 있다. 상부와 하부 온도 차이로 쾌적성이 낮다. 응축수 환수관 내의 부식으로 장치의 수명이 짧다. 열용량이 작아서 지속난방보다는 간헐난방에 사용한다는 점이 있다.[3]
전기 라디에이터
온수파이프 대신 열선을 통해 열을 얻는 전기식 제품도 있다. 전기 라디에이터는 대류 또는 열 방출로 주변 공간을 가열한다. 난방장치는 여러 요소가 동시에 상호작용한다는 특징이 있다. 아연 도금 강판 또는 구리 플레이트 형태로 만들어진 전극은 전해질에 배치된다. 가열 요소를 통해 흐르는 전류는 온도를 급격히 상승시킨다. 결과적으로, 열은 광유가 될 수 있는 작동 유체로 전달된다. 이로 인해 열전달이 좋기 때문에 이 액체는 히터 표면을 최댓값까지 효과적으로 가열한다. 1인 가구 혹은 소규모 공간을 위한 라디에이터의 필요성이 커지면서 일반적인 라디에이터 원리를 활용한 스팀 라디에이터보다 더 각광받는 추세이다. 전기 라디에이터의 장점으로는 모든 전기 라디에이터는 표준 220볼트에서 전력을 공급받는다. 여러 개의 라디에이터에서 멀티 섹션 시스템을 만들 수 있다. 그리고 가장 중요한 것은 큰 재정적 비용이 들지 않으며 가능한 빨리 건물이 가열된다. 집의 난방기는 심미적으로 기쁘게 보이기 때문에 어떤 실내에도 완벽하게 들어맞다. 난방기구는 크기가 작기 때문에 많은 공간을 차지하지 않는다. 설치 시 추가 장비 및 특수 기술이 필요하지 않다. 또한, 공기를 너무 많이 사용하지도 않는다. 특수 소프트웨어가 장착된 라디에이터는 공급 네트워크 면에서 제한적인 구내에 이상적이다. 좋은 전원 공급원이 있는 경우, 난방 장치는 사람이 직접 개입하지 않아도 작동한다. 전기 라디에이터는 환경적으로 안전하다. 작업 시 환경에 해를 끼치지 않으며 소음이 발생하지 않으며 가장 중요한 것은 연소 생성물이 없다는 것이다. 이러한 장치는 모든 면에서 안전한데, 각 방의 면적을 고려하여 최적의 온도를 조정하고 필요한 단면 수를 선택할 수 있다. 특히 겨울철에는 난방 네트워크에서 사고가 발생했을 때 이상적이다. 이러한 히터 덕분에 안전 규정에 따라 다른 열원을 사용하도록 금지된 객실을 가열할 수 있다. 한 장치에 장애가 발생해도 시스템은 계속 작동된다. 현재, 전기 난방 장치는 수요가 많으며, 많은 국가에서 생산되고 있다. 따라서 시장의 구색은 매우 다양하다. 위치 및 크기 면에서 이 장치는 여러 개로 나눌 수 있는데, 벽 난방기, 천장 장치, 바닥 장치, 좁은 스커트 장치, 유리, 세라믹 라디에이터 및 바닥 구조에 배치된 장치와 같은 다른 종류가 있다. 한번 설치하면 이동하기 불가능한 스팀 라디에이터와 달리 전기 라디에이터는 전기 콘센트의 위치에 따라 자유자재로 이동이 가능해서 흔히 이동식 라디에이터로도 불린다. 하지만 이동식의 특성상 전기 라디에이터는 크기가 한정적인 경우가 많아 규모가 큰 공간을 난방하기에는 비효율적이다. 또한 에너지소비효율 등급에 따라 제품마다 전기 효율 등급이 편차가 심해 구매 시 한 달 전기 요금은 어떻게 나오는지 충분한 시뮬레이션 끝에 구입하는 것이 좋다.[1] [4]
각주
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 〈라디에이터〉, 《나무위키》
- ↑ 금호타이어, 〈자동차 열 교환시키는 라디에이터〉, 《네이버 블로그》, 2018-10-08
- ↑ 분양 보호자, 〈증기난방의 분류 및 특징과 배관방법〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-09
- ↑ 〈전기 라디에이터 : 종류, 분류, 가격. 소요 동력의 계산〉, 《delachieve》
참고자료
- 〈라디에이터〉, 《나무위키》
- 〈라디에이터〉, 《위키백과》
- 〈라디에이터〉, 《네이버 지식백과》
- 〈전기 라디에이터 : 종류, 분류, 가격. 소요 동력의 계산〉, 《delachieve》
- 금호타이어, 〈자동차 열 교환시키는 라디에이터〉, 《네이버 블로그》, 2018-10-08
- 분양 보호자, 〈증기난방의 분류 및 특징과 배관방법〉, 《네이버 블로그》,2020-05-09
같이 보기
