전열방식과 설계 (공사)

Electric Heating Methods & Design

전열은 전기 에너지를 저항·유도·유전 방식으로 열로 바꾸는 응용이에요. 저항가열은 줄열, 유도·유전은 각각 도체·유전체에 맞는 고주파·전계 가열이에요. 방식별 전력 공식이 설계·시험 계산의 중심이에요. 가열방식 전환으로 원리와 식을 비교해 봐요.

전기 에너지 → 열 에너지 변환

🔥 전열 = 전기로 열을 만드는 모든 방식

① 저항 가열: 도체에 전류 → 줄열 (가장 기본, 전기로·히터)

② 유도 가열: 교번 자속 → 와전류 → 열 (금속 가열에 최적)

③ 유전 가열: 교번 전계 → 분자 마찰 → 열 (목재·식품 건조)

3대 전열방식 비교

가열방식1

🔑 방식 선택 기준

① 도전체 가열 → 저항가열 or 유도가열

② 비도전체(목재, 식품, 플라스틱) → 유전가열

③ 금속 표면 경화(담금질) → 고주파 유도가열

전열 계산 공식

줄열 (저항가열)

Q = 0.24 I²Rt [cal]

Q = I²Rt [J], 1 cal = 4.186 J

유도가열 전력

P ∝ f · B² · ρ [W]

f: 주파수, B: 자속밀도, ρ: 고유저항

유전가열 전력

P = 2πfCV²tanδ [W]

f: 주파수, C: 정전용량, tanδ: 유전체 손실각

열량·온도 관계

Q = mcΔT [J]

m: 질량[kg], c: 비열[J/kg·K], ΔT: 온도상승[K]

전기용접·전기로·열펌프

⚡ 전기용접 분류

① 아크 용접: 아크열 이용 (3,000~6,000°C)

② 저항 용접: 접촉 저항열 (점용접, 심용접)

③ 테르밋 용접: 알루미늄+산화철 화학반응열

전기로 분류

직접/간접 저항로, 아크로, 유도로

아크로: 제강용, 유도로: 특수합금 용해, 저항로: 열처리

열펌프 성적계수

COP = Q_h / W

COP: 3~5 (전기히터의 3~5배 효율), Q_h: 방열량, W: 소비전력

시험 포인트 총정리

줄열

Q=I²Rt

저항가열 기본

유전가열

P=2πfCV²tanδ

비도전체 가열

🎯 시험 포인트

① 3대 가열방식(저항/유도/유전)의 원리·적용 대상 구별

② 유전가열: 주파수↑ → 발열↑, tanδ↑(손실 큰 재료) → 발열↑

③ 유도가열: 침투깊이 δ = 1/√(πfμσ) → 고주파 = 표면가열

④ 열펌프 COP 계산 + 히트펌프 vs 전기히터 효율 비교

⑤ 전기용접: 아크 vs 저항 용접 원리 차이