전기공사기사 열펌프 — 열전 효과와 열의 이동·전열 계산

열전 효과는 원인이 무엇인지로 갈린다. 펠티어 효과는 서로 다른 두 금속이나 반도체를 접속하고 전류를 인가하면 접합부에서 열이 발생하거나 흡수되는 현상이다. 전류 방향을 바꾸면 발열과 흡열이 서로 바뀌므로 전자식 냉온장고나 소형 냉각기에 쓰인다. 제벡 효과는 온도차가 원인이 되어 기전력이 생기는 현상으로 열전대에 이용되고, 톰슨 효과는 단일 도체 안에서 전류와 온도기울기에 의해 열이 출입하는 현상이다. "전류가 원인"이면 펠티어, "온도차가 원인"이면 제벡으로 구분한다.

가열 방식과 열원의 짝도 정리해 둔다. 유도 가열은 교번 자계가 도전성 물질에 유기하는 와전류손과 히스테리시스손으로 가열하는 방식이다. 저항 가열은 줄열 P=I²R을 이용하고, 유전 가열은 유전체손을, 아크 가열은 아크 방전열을 쓴다. 직접식 저항로는 피열물 자체에 전류를 통전해 I²R의 줄열로 가열하는 방식이며, 간접식은 별도 발열체의 열을 전달받는다. 간접식 발열체는 저항률이 크고 온도계수가 작으며 내열·내식성이 커야 하고, 최고 사용온도는 가열하려는 온도보다 높아야 한다.

전기회로와 열회로는 수식 구조가 같아 서로 대응된다. 전류는 단위시간당 열 이동량인 열류, 전압은 온도차, 전하는 열량, 저항은 열저항, 정전용량은 열용량에 해당한다. 흐르는 양끼리, 쌓이는 양끼리 짝지으면 헷갈리지 않는다. 금속의 저항이 온도에 따라 변하는 성질을 이용한 온도계는 저항 온도계이고, 대표 재료는 백금이다. 광·방사 고온계는 복사 에너지를, 열전 온도계는 두 금속의 열기전력을 이용하므로 구분한다.

전열 계산은 열량을 먼저 구하고 전력과 시간의 관계로 푼다. 5kg의 강재를 20도에서 85도까지 35초에 가열하는 데 필요한 전력은 Q=0.15×5×65=48.75kcal를 4.2로 환산한 204.75kJ을 35초로 나눈 약 5.85kW다. 600W 전열기로 3리터의 물을 15도에서 100도까지 가열할 때는 Q=3×1×85=255kcal이고, 600W가 1초에 내는 열이 600×0.24=144cal이므로 255000÷144≈1771초, 약 30분이 걸린다. 방직·염색의 건조에는 복사열로 표면 수분을 빠르게 말리는 적외선 가열이 적합하다.