냉각

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 냉각의 역사
- 2.1. 인공 냉각의 시작
- 2.2. 냉각 방법의 발전
3. 냉각 방식
- 3.1. 자연 냉각
- 3.2. 인공 냉각
4. 냉각 장치
5. 냉각의 한계
6. 흔히 하는 오해
참조

1. 개요

냉각은 주변보다 낮은 온도를 얻는 과정을 의미한다. 1748년 윌리엄 컬렌의 에틸 에테르를 이용한 실험을 통해 인공 냉각이 시작되었으며, 이후 증기압축식, 흡수식 냉각 방식이 개발되었다. 1820년대에는 제벡 효과와 펠티에 효과가 발견되어 열전 냉각의 원리가 밝혀졌다. 냉각 장치로는 열교환기, 냉각탑, 히트파이프 등이 있으며, 절대 영도가 냉각의 한계이다. 열 전달 방식에 대한 오해와 냉각 장치의 작동 원리에 대한 설명도 존재한다.

더 읽어볼만한 페이지

냉각 기술 - 흡수 냉동기
흡수 냉동기는 열에너지를 이용하여 냉각 효과를 내는 장치로, 냉매와 흡수제를 사용하며 전력 소비가 적고 폐열 활용이 가능하다는 장점 때문에 환경 규제 강화와 에너지 효율에 대한 관심 증가로 다시 주목받고 있다.
냉각 기술 - 인터쿨러
인터쿨러는 터보차저 엔진에서 압축된 흡입 공기를 냉각시켜 엔진 출력을 향상시키고 이상 연소를 방지하는 장치로, 냉각 방식에 따라 공랭식과 수랭식으로 나뉜다.
HVAC - 스크린도어
스크린도어는 철도 승강장에서 승객의 안전을 위해 설치되는 설비로, 열차 사고 예방, 무인 운전 가능, 쾌적한 승강장 유지를 위해 다양한 종류로 설치되며, 설치 및 유지 보수 비용, 열차 지연 등의 문제점도 존재한다.
HVAC - 냉매
냉매는 냉동 및 공조 시스템에서 열을 운반하는 물질로, 다양한 특성을 가지며 환경에 미치는 영향이 적어야 하고, 오존층 파괴 물질인 염화불화탄소 대체 냉매로 수소염화불화탄소, 수소불화탄소 등이 개발되었고 최근에는 지구온난화지수가 낮은 탄화수소 및 수소불화올레핀 냉매의 사용이 확대되고 있다.
표시 이름과 문서 제목이 같은 위키공용분류 - 라우토카
라우토카는 피지 비치레부섬 서부에 위치한 피지에서 두 번째로 큰 도시이자 서부 지방의 행정 중심지로, 사탕수수 산업이 발달하여 "설탕 도시"로 알려져 있으며, 인도에서 온 계약 노동자들의 거주와 미 해군 기지 건설의 역사를 가지고 있고, 피지 산업 생산의 상당 부분을 담당하는 주요 기관들이 위치해 있다.
표시 이름과 문서 제목이 같은 위키공용분류 - 코코넛
코코넛은 코코넛 야자나무의 열매로 식용 및 유지로 사용되며, 조리되지 않은 과육은 100g당 354kcal의 열량을 내는 다양한 영양 성분으로 구성되어 있고, 코코넛 파우더의 식이섬유는 대부분 불용성 식이섬유인 셀룰로오스이며, 태국 일부 지역에서는 코코넛 수확에 훈련된 원숭이를 이용하는 동물 학대 문제가 있다.

냉각
개요
정의	물체로부터 열을 제거하는 과정.
관련 용어	냉동 공조
상세 정보
열역학적 관점	냉각은 열역학 제2법칙에 따라 자발적으로 일어나지 않으며, 외부적인 일(work)을 필요로 함.
냉각 방법	전도 대류 복사 증발
냉각 시스템	에어컨 냉장고 산업용 냉각 장치
냉각 응용 분야	식품 저장 전자 장비 냉각 의료 산업 공정

2. 냉각의 역사

2. 1. 인공 냉각의 시작

주변보다 온도가 높은 것을 냉각할 때는 공냉이나 수냉을 사용하는 것이 간편하다. 하지만, 환경보다 낮은 온도를 얻는 것은 가열에 비해 그다지 간단하지 않다. 예를 들어 물을 가열하여 비등시키는 것은 선사시대부터 (즉, 문자로 기록이 이루어지기 전부터) 행해져 왔다고 생각되지만, 물을 냉각하여 얼음을 얻을 수 있었던 것은 1748년에 스코틀랜드의 글래스고 대학교에서 윌리엄 컬렌이 에틸 에테르를 저압 용기 안에 넣음으로써 발생하는 저온 비등을 이용한 실험으로 소량의 얼음을 만들어내는 데 성공한 것이 세계 최초로 여겨진다. 더 나아가, 컬렌은 1755년에는 물의 증발열을 이용하여 얼음을 만드는 데 성공하였다.

2. 2. 냉각 방법의 발전

1810년, 저온물리학의 발전에 힘입어 스코틀랜드의 존 레슬리가 증기압축기를 이용하여 냉매를 압축, 기체를 액화·저온화시키고 그 기화열을 이용하여 물을 얼음으로 만드는 증기압축식 냉장고를 시제품으로 제작하였다.(→증기압축식 냉동기)

1820년, 마이클 패러데이에 의해 흡수냉각의 원리가 발명되었고, 그 후 암모니아를 이용한 흡수식 냉장고가 시제품으로 제작되었다.(→흡수식 냉동기)

1821년에는 토마스 제벡에 의해 접촉시킨 물체의 온도차에 의해 전압이 발생하는 현상이 발견되어 "제벡 효과"라고 명명되었다. 1834년에는 그 역방향으로 전류에 의해 온도 구배를 만들어내는 현상이 장 샤를 펠티에에 의해 발견되어 "펠티에 효과"라고 명명되었다. 펠티에 효과에 의해 전기로 직접 냉장고를 제작할 수 있지만(실용적으로는 히트펌프 방식에 비해 효율이 나쁘고, 특히 전류 자체에 의한 발열이 있으므로), 시판 가전제품으로는 역사적으로 거의 없다.

3. 냉각 방식

3. 1. 자연 냉각

3. 2. 인공 냉각

1810년이 되자, 그때까지의 저온물리학 발전에 힘입어 스코틀랜드의 존 레슬리가 증기압축기를 이용하여 냉매를 압축하여 기체를 액화·저온화시키고, 그 기화열을 이용하여 물을 얼음으로 만드는 증기압축식 냉장고를 시제품으로 제작하였다. (→증기압축식 냉동기)

1820년, 마이클 패러데이에 의해 흡수냉각의 원리가 발명되었고, 그 후 암모니아를 이용한 흡수식 냉장고가 시제품으로 제작되었다. (→흡수식 냉동기)

1821년에는 토마스 제벡에 의해 접촉시킨 물체의 온도차에 의해 전압이 발생하는 현상이 발견되어 "제벡 효과"라고 명명되었다. 1834년에 그 역방향으로 전류에 의해 온도 구배를 만들어내는 현상이 장 샤를 펠티에에 의해 발견되어 "펠티에 효과"라고 명명되었다. 펠티에 효과에 의해 전기로 직접 냉장고를 제작할 수 있지만(실용적으로는 히트펌프 방식에 비해 효율이 나쁘고, 특히 전류 자체에 의한 발열이 있으므로), 시판 가전제품으로는 역사적으로 거의 없다.

3. 2. 1. 기계적 냉각

1810년, 그때까지의 저온물리학 발전에 힘입어 스코틀랜드의 존 레슬리가 증기압축기를 이용하여 냉매를 압축하여 기체를 액화·저온화시키고, 그 기화열을 이용하여 물을 얼음으로 만드는 증기압축식 냉장고를 시제품으로 제작하였다. (→증기압축식 냉동기)

1820년, 마이클 패러데이에 의해 흡수냉각의 원리가 발명되었고, 그 후 암모니아를 이용한 흡수식 냉장고가 시제품으로 제작되었다. (→흡수식 냉동기)

1821년에는 토마스 제벡에 의해 접촉시킨 물체의 온도차에 의해 전압이 발생하는 현상이 발견되어 "제벡 효과"라고 명명되었다. 1834년에 그 역방향으로 전류에 의해 온도 구배를 만들어내는 현상이 장 샤를 펠티에에 의해 발견되어 "펠티에 효과"라고 명명되었다. 펠티에 효과에 의해 전기로 직접 냉장고를 제작할 수 있지만(실용적으로는 히트펌프 방식에 비해 효율이 나쁘고, 특히 전류 자체에 의한 발열이 있으므로), 시판 가전제품으로는 역사적으로 거의 없다.

3. 2. 2. 열전 냉각

1821년에는 토마스 제벡에 의해 접촉시킨 물체의 온도차에 의해 전압이 발생하는 현상이 발견되어 "제벡 효과"라고 명명되었다. 1834년에 그 역방향으로 전류에 의해 온도 구배를 만들어내는 현상이 장 샤를 펠티에에 의해 발견되어 "펠티에 효과"라고 명명되었다. 펠티에 효과에 의해 전기로 직접 냉장고를 제작할 수 있지만(실용적으로는 히트펌프 방식에 비해 효율이 나쁘고, 특히 전류 자체에 의한 발열이 있으므로), 시판 가전제품으로는 역사적으로 거의 없다.

3. 2. 3. 기타 냉각

1810년이 되자, 그때까지의 저온물리학 발전에 힘입어 스코틀랜드의 존 레슬리가 증기압축기를 이용하여 냉매를 압축하여 기체를 액화·저온화시키고, 그 기화열을 이용하여 물을 얼음으로 만드는 증기압축식 냉장고를 시제품으로 제작하였다. (→증기압축식 냉동기)

1820년, 마이클 패러데이에 의해 흡수냉각의 원리가 발명되었고, 그 후 암모니아를 이용한 흡수식 냉장고가 시제품으로 제작되었다. (→흡수식 냉동기)

1821년에는 토마스 제벡에 의해 접촉시킨 물체의 온도차에 의해 전압이 발생하는 현상이 발견되어 "제벡 효과"라고 명명되었다. 1834년에 그 역방향으로 전류에 의해 온도 구배를 만들어내는 현상이 장 샤를 펠티에에 의해 발견되어 "펠티에 효과"라고 명명되었다. 펠티에 효과에 의해 전기로 직접 냉장고를 제작할 수 있지만(실용적으로는 히트펌프 방식에 비해 효율이 나쁘고, 특히 전류 자체에 의한 발열이 있으므로), 시판 가전제품으로는 역사적으로 거의 없다.

4. 냉각 장치

열교환기는 한 유체에서 다른 유체로 열을 전달하는 장치이다. 자동차의 라디에이터는 엔진을 냉각시키는 열교환기의 일종이며, 인터쿨러는 과급기에서 압축된 공기를 냉각시키는 장치이다. 냉각제는 열을 흡수하여 다른 곳으로 운반하는 유체이다. 대형 산업 공장 및 발전소에서는 냉각탑을 사용하여 냉각수를 냉각시킨다. 공기조화기술(HVAC)은 실내 공기를 냉각하고 습도를 조절하는 데 사용된다. 히트파이프와 히트 싱크는 전자 장비와 같은 곳에서 발생하는 열을 효율적으로 제거하는 데 사용된다. 산업용 보텍스 튜브는 압축 공기를 사용하여 뜨거운 공기와 찬 공기를 분리하여 특정 지점을 냉각하는 데 사용된다. 펌퍼블 아이스 테크놀로지는 얼음 슬러리를 만들어 냉각에 사용하는 기술이다. 냉각수는 엔진이나 기계 등에서 발생하는 열을 식히기 위해 사용되는 액체이다. 주간 수동 복사 냉각기는 태양 복사를 반사하고 열을 방출하여 냉각 효과를 얻는 장치이다.

증발 냉각기는 물의 증발을 이용하여 공기를 냉각하는 장치이다. 열 차폐에서의 복사 냉각은 표면에서 열복사를 통해 열을 방출하여 온도를 낮추는 방식이다. 열전 냉각은 펠티에 효과를 이용하여 전류를 흘려 온도를 낮추는 기술이다.

키프로스 올림픽 슈퍼마켓 지하에 설치된 펌핑 가능한 제빙기 및 저장 탱크

5. 냉각의 한계

"온도"의 정의가 간단하지 않으므로, "냉각의 한계"라는 표현도 단순하게 정의하기 어렵다. 분자 운동과 같은 일반적인 온도의 정의에서, 운동이 전혀 없는 절대영도가 냉각의 한계이다.^[4] 일반적인 냉각 수단인 액체 헬륨 냉동기 등에서는 냉매로 가능한 온도까지만 냉각할 수 있다. 레이저 냉각은 단일 분자의 운동을 절대영도 근처까지 억제하는 기술이다.^[4]

6. 흔히 하는 오해

흔히 열은 전도, 대류, 복사에 의해 전달된다고 설명되고, 냉각에 대해서도 이에 준하여 설명되는 경우가 많다. 이것은 공기와 중력이 있는 지표에서는 공학적으로 실용적인 생각이지만, 순수하게 물리적으로는 전도와 복사는 열에너지 자체가 이동하는 것인 데 반해, 대류는 「열에너지가 유체에 전도에 의해 이동하는」 현상과 「열에너지를 흡수한 유체가 다른 장소로 유출되고, 새롭게 차가운 유체가 그것을 대신하여 유입되는」 현상의 조합이다. 따라서 진공이고 무중력인 인공위성 등의 우주선 열 설계에는 적용할 수 없다. 또한 개인용 컴퓨터의 냉각 등, 가까이에 많은 공랭 장치에서 「열을 배출한다」는 이미지를 갖는 경우가 많지만, 정확하게는 「열을 흡수한 공기를 배출하고, 그 대신으로 비교적 차가운 외부 공기를 흡입하는」 배기와 흡기가 세트가 된 현상이다. 그런데 흡기와 배기의 한쪽을 무시하고 「불어서 냉각」 또는 「방열」의 한쪽만 논의되는, 오해에 기반한 설명 등이 보이는 경우가 많다.

참조

_[1] 웹사이트 cooling https://dictionary.i[...]
_[2] 웹사이트 cooling https://terminology.[...]
_[3] 문서 蓄冷剤による冷却など、一時的過渡的には外部に放出するプロセスを持たないようなものも含めて考えることも多い。また例えば、摂氏0度の氷の融解熱を利用して何かを冷却し、その氷が全て摂氏0度の水になった、というような例では、冷却された元の熱は全て物質の相転移に利用されたということになるが、そのような場合もある。
_[4] 문서 方式にもよるがミリケルビンといったような所まで
_[5] 웹사이트 International Dictionary of Refrigeration http://dictionary.ii[...]
_[6] 웹사이트 ASHRAE Terminology https://www.ashrae.o[...]

냉각