라디에이터

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1. 개요

라디에이터는 열을 전달하는 장치로, 주로 열 복사와 대류를 통해 작동한다. 1855년 프란츠 산 갈리에 의해 난방용 라디에이터가 발명되었으며, 초기에는 온돌과 같은 형태에서 시작하여 현재는 다양한 종류와 구조로 발전했다. 현재는 엔진 냉각, 난방, 전자 기기 냉각, HVAC 시스템, 우주 항공 등 다양한 분야에 응용된다.

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라디에이터
개요
자동차 라디에이터
유형	열교환기
용도	엔진 냉각, 실내 난방
작동 유체	냉각수
상세 정보
작동 원리	뜨거운 유체가 튜브를 통과하며 열을 방출, 공기 또는 냉각수를 통해 냉각
구성 요소	튜브, 핀, 탱크, 코어
재료	알루미늄, 구리, 플라스틱
냉각 방식	공랭식, 수랭식
자동차 라디에이터
역할	엔진에서 발생하는 열을 식혀 엔진 과열 방지
냉각수	물과 부동액 혼합액 사용
위치	엔진 전면
추가 구성 요소	냉각팬, 서모스탯
건물 라디에이터
역할	실내 난방
작동 유체	물 또는 증기
난방 방식	중앙 난방, 개별 난방
재료	주철, 강철, 알루미늄
전자 제품 라디에이터
역할	전자 부품의 열 방출
적용 분야	컴퓨터, 전자기기
재료	알루미늄, 구리
냉각 방식	공랭식, 수랭식

2. 역사

로마 시대의 온돌과 같이 건물을 데우기 위한 장치에서 라디에이터의 초기 형태를 찾아볼 수 있다. 이후 19세기에 들어 조셉 네이슨과 프란츠 산 갈리 등에 의해 현대적인 난방 라디에이터가 개발되고 발전하였다.^[4]^[1]^[2]^[3]

2. 1. 초기 역사

로마의 온돌은 건물 공간 난방을 위한 초기 라디에이터 유형의 예시이다. 미국인 조셉 네이슨(Joseph Nason)은 1841년에 원시적인 라디에이터를 개발했고^[4] 온수 및 증기 난방에 대한 여러 미국 특허를 받았다.^[4] 프로이센 출신으로 러시아 상트페테르부르크에서 활동한 사업가 프란츠 산 갈리(Franz San Galli)는 1855년경에 난방 라디에이터를 발명한 것으로 여겨진다.^[1]^[2] 그는 1857년에 라디에이터 특허를 받았다.^[3]

2. 2. 근대

미국인 조셉 네이슨(Joseph Nason)은 1841년에 원시적인 형태의 라디에이터를 개발했으며^[4], 온수 및 증기 난방과 관련하여 여러 미국 특허를 받았다.^[4] 이후 프로이센 출신으로 러시아 상트페테르부르크에서 활동한 사업가 프란츠 산 갈리(Franz San Galli)가 1855년경 난방 라디에이터를 발명한 것으로 여겨진다.^[1]^[2] 그는 1857년에 라디에이터 관련 특허를 취득했다.^[3]

2. 3. 현대

전자 기기가 소형화되면서 폐열을 효과적으로 분산시키는 것이 중요한 과제가 되었다. 이를 해결하기 위해 방열판(Heatsink)이라고 불리는 작은 라디에이터가 널리 사용된다. 방열판은 전자 부품에서 발생한 열을 주변의 공기로 전달하여 냉각시키는 역할을 한다. 물을 사용하지 않고 열원에서 직접 열을 전달하며, 주로 전도와 대류를 통해 열을 공기 중으로 내보낸다. 반도체 장치의 온도가 주변 환경에 비해 상대적으로 낮기 때문에 복사를 통한 열 전달량은 비교적 적다. 고성능 방열판의 경우, 열전도율이 더 좋은 구리를 사용하여 효율을 높이기도 한다.

또한 라디에이터는 수냉식 냉각 시스템에서도 열을 제거하는 데 중요한 부품으로 활용된다.

우주선 열 제어에도 라디에이터가 필수적으로 사용된다. 우주 공간은 진공 상태이기 때문에 대류나 전도를 통해 열을 전달할 수 없다. 따라서 우주선의 라디에이터는 열 에너지를 빛, 특히 적외선 형태로 방출하여 냉각하는 방식으로 작동한다. 이러한 라디에이터는 국제 우주 정거장의 주요 트러스에 부착된 크고 하얀 패널 형태로 명확하게 관찰할 수 있으며, 유인 우주선과 무인 우주선 모두에서 찾아볼 수 있다.^[6]

3. 작동 원리

라디에이터는 열교환기의 일종으로, 내부 유체의 열을 외부로 전달하는 장치이다. 이 열전달은 주로 열 복사와 대류를 통해 이루어지며, 열전도 또한 열 이동 과정에 관여한다. 라디에이터는 열을 효과적으로 방출하기 위해 표면적을 넓히는 구조를 가지는 경우가 많다. 예를 들어, 관을 구불구불하게 만들거나 여러 개의 가는 관으로 나누고, 외부에 핀(fin)이라는 방열판을 부착하기도 한다. 이러한 구조는 주변 공기나 액체와의 접촉 면적을 늘려 열전달 효율을 높인다. 만약 핀 사이에 먼지가 쌓이거나 핀이 손상되어 공기 흐름이 방해받으면 라디에이터의 성능이 저하될 수 있다.

일반적으로 '라디에이터'는 열을 전달하는 파이프나 핀이 외부에 노출된 장치를 의미하지만, 열원이 직접 노출되지 않고 주로 대류를 이용하는 장치는 컨벡터라고 부르기도 한다. 드물게는 표면의 액체가 증발하며 열을 빼앗는 상전이를 통해 열을 전달하기도 한다.

3. 1. 열전도

1904년 폴란드 그단스크 공과대학교 학생 실험실의 주철 컨벡터 라디에이터

라디에이터에서 열전달은 주로 열 복사와 흐르는 공기나 액체로의 대류 두 가지 메커니즘을 통해 이루어진다. 열전도는 일반적으로 라디에이터에서 열을 전달하는 주요한 원인은 아니다.

그러나 열전도는 라디에이터 내부에서 열이 이동하는 과정의 일부로 작용한다. 예를 들어, 라디에이터 내부를 순환하는 뜨거운 유체는 튜브(관)의 벽으로 열을 전달하는데, 이 과정에서 열전도가 일어난다. 또한, 라디에이터는 주변과의 열 교환을 위해 사용 가능한 표면적을 늘리려고 여러 개의 핀(fin)을 가지는 경우가 많다. 뜨거운 유체가 흐르는 튜브에서 이 핀으로 열이 전달될 때도 열전도가 중요한 역할을 한다.

이렇게 핀으로 전달된 열은 핀과 접촉하는 공기(또는 다른 외부 유체)로 다시 전달되는데, 이 과정은 주로 대류를 통해 이루어진다. 핀 구조는 공기와의 접촉 면적을 넓혀 대류를 통한 열 방출 효율을 높이기 위한 것이다. 만약 핀 사이에 먼지가 쌓이거나 핀이 손상되어 공기 흐름이 막히면, 해당 부분의 라디에이터는 열을 효과적으로 전달하지 못하게 된다.

드물게 라디에이터는 상전이를 통해 열을 전달할 수도 있다. 참고로, "라디에이터"라는 용어는 액체가 노출된 파이프(종종 표면적을 늘리는 핀이 부착된)를 통해 순환하며 열을 방출하는 여러 장치를 포괄적으로 지칭한다. 반면, 열원이 직접 노출되지 않는 방식의 난방 장치는 보통 컨벡터라고 구분하여 부른다.

3. 2. 대류

라디에이터로부터의 열전달은 열 복사와 함께 흐르는 공기 또는 액체로의 대류에 의해 주로 일어난다. 라디에이터는 주변과의 열 교환을 위한 표면적을 늘리기 위해 내부에 액체가 흐르는 튜브와 접촉하는 여러 개의 핀(Fin)을 가지고 있다. 이 핀과 접촉하는 공기나 다른 외부 유체가 열을 전달받는다. 만약 공기 흐름이 먼지나 핀의 손상으로 인해 막히게 되면, 해당 부분의 라디에이터는 열 전달 효율이 떨어진다.

3. 3. 복사

라디에이터로부터의 열전달은 주로 두 가지 방식으로 이루어진다. 하나는 열 복사이고, 다른 하나는 라디에이터 주변을 흐르는 공기나 액체로 열이 전달되는 대류이다. 열전도는 일반적으로 라디에이터에서 주요한 열전달 방식은 아니다.

4. 종류 및 구조

라디에이터는 내부에 흐르는 유체의 열을 외부로 전달하는 열교환기의 한 종류이다. 열 전달은 주로 열 복사와 주변의 공기나 액체로의 대류를 통해 이루어지며, 열전도는 일반적으로 부차적인 역할을 한다. 경우에 따라 상전이를 통해 열을 전달하기도 한다.

열 교환 효율을 높이기 위해 라디에이터는 종종 액체가 흐르는 여러 개의 관(튜브)과 이 관에 부착된 다수의 얇은 판인 핀으로 구성되어 표면적을 넓힌다. 이러한 기본 구조를 바탕으로 사용 목적과 환경에 따라 다양한 형태와 재질로 만들어진다.

라디에이터는 사용 목적에 따라 크게 다음과 같이 분류할 수 있다.

난방용 라디에이터: 중앙 난방 시스템의 일부로 사용되어 실내를 난방한다. 보일러에서 데워진 뜨거운 물이나 증기를 순환시켜 열을 방출하는 방식이 일반적이며, 유럽 등지에서 널리 사용된다. 전기를 이용하는 휴대용 라디에이터도 있다.
엔진 냉각용 라디에이터: 자동차, 왕복 엔진 항공기, 철도 차량의 기관차, 오토바이 등 내연 기관의 과열을 방지하는 데 필수적이다. 냉각수가 엔진의 열을 흡수한 뒤 라디에이터를 통과하며 공기 중으로 열을 방출하는 원리로 작동한다. 화석 연료 발전소의 고정 발전 설비 등 다른 열기관 냉각에도 사용된다.
전자기기 냉각용 (방열판): 컴퓨터의 CPU, GPU 등 열이 많이 발생하는 전자 부품의 폐열을 식히는 데 사용된다. 일반적으로 열전도와 대류를 통해 열을 공기로 직접 전달하며, 수냉식 냉각 시스템에도 라디에이터가 포함된다.
우주선용 라디에이터: 우주 공간에서는 대류나 전도를 이용하기 어려우므로, 주로 열 복사를 통해 우주선 내부 장비에서 발생하는 열을 외부로 방출한다. 국제 우주 정거장의 외부 트러스에 부착된 큰 흰색 패널 등이 그 예이다.^[6]

라디에이터의 재질은 과거 구리와 황동이 주로 사용되었으나, 1970년대 이후 무게 감소와 비용 절감을 위해 알루미늄 합금이 널리 사용되기 시작하여 현재는 자동차용 라디에이터의 주된 재질로 자리 잡았다. 최근에는 알루미늄 코어와 플라스틱(주로 폴리아미드) 탱크를 결합한 형태가 일반적이다.^[5]

라디에이터의 구체적인 냉각 방식, 세부 구조, 재질별 특징 등은 각각의 하위 섹션에서 더 자세히 다룬다.

4. 1. 냉각 방식

튜브와 핀으로 구성된 라디에이터 코어 구조. 왼쪽은 엇갈린 배열, 오른쪽은 평행 배열.

라디에이터는 열교환기의 한 종류로, 냉각이 필요한 대상이나 열원의 유체를 내부에 통과시켜 그 열을 주변의 공기나 다른 유체로 방출하는 장치이다. 주로 열전도와 대류 현상을 이용하여 열을 전달하며, 복사에 의한 열 방출은 상대적으로 적다.

효율적인 열 방출을 위해 제한된 공간 내에서 최대한 넓은 표면적을 확보하는 구조를 가진다. 이를 위해 열을 전달하는 관을 뱀처럼 구불구불하게 만들거나, 여러 개의 가는 관으로 나누기도 하며, 관 외벽에 핀(방열판)이라고 불리는 얇은 금속판들을 촘촘하게 부착하여 공기와의 접촉 면적을 극대화한다.

냉각 방식에 따라 크게 주변 공기를 이용하는 공랭식과 냉각수와 같은 액체 냉각 매체를 사용하는 수랭식으로 나눌 수 있다. 각 방식의 구체적인 작동 원리와 특징은 해당 하위 섹션에서 자세히 설명한다.

이러한 열 교환 원리를 바탕으로 라디에이터는 자동차의 내연 기관 냉각을 비롯하여 왕복 엔진 항공기, 철도 차량의 기관차, 오토바이, 화석 연료 발전소의 고정 발전 설비 등 다양한 열기관에서 발생하는 열을 식히는 데 필수적으로 사용된다. 또한, 컴퓨터와 같은 전자 기기 내부에서 발생하는 열을 식히기 위한 방열판 역시 공랭식 라디에이터의 일종으로 볼 수 있다.

4. 1. 1. 공랭식

공랭식 라디에이터는 주변의 공기를 이용하여 열을 식히는 방식이다. 열교환기의 한 종류로서, 열을 가진 유체가 라디에이터 내부를 흐르면서 그 열을 주변 공기로 전달하여 방출하는 원리로 작동한다.

주로 자동차의 내연 기관 냉각에 사용되는 공랭식 라디에이터는 다음과 같은 과정을 거쳐 열을 식힌다. 먼저 엔진을 순환하며 뜨거워진 냉각수가 라디에이터 상단 또는 측면의 탱크로 유입된 후, 코어(Core)를 구성하는 여러 개의 얇은 관(튜브)으로 분산되어 흐른다. 냉각수가 튜브를 통과하는 동안 열이 튜브로 전달되고, 튜브 외벽에 촘촘하게 부착된 방열핀(핀)으로 다시 열이 옮겨간다. 이 방열핀은 공기와 접촉하는 표면적을 극대화하여 열이 주변 공기로 효율적으로 빠져나가도록 돕는 역할을 한다. 냉각된 냉각수는 라디에이터 반대편 탱크에 모여 다시 엔진으로 순환된다.

공기는 액체 냉각수보다 열용량과 밀도가 낮기 때문에, 효과적인 냉각을 위해서는 상대적으로 많은 양의 공기가 라디에이터 코어를 통과해야 한다. 이를 위해 보통 팬(Fan)을 사용하여 강제로 공기를 불어넣는다. 또한, 차량이 주행할 때 전면 그릴을 통해 자연스럽게 유입되는 바람(램 에어, Ram air)도 라디에이터를 통과하며 냉각을 돕는다.

전자 기기에서 발생하는 폐열을 처리하는 데 사용되는 방열판(Heatsink) 역시 공랭식 원리를 이용하는 대표적인 예이다. 방열판은 CPU나 GPU처럼 열이 많이 발생하는 전자 부품에 직접 부착되어 열을 흡수한 뒤, 표면에 설계된 여러 개의 핀을 통해 공기 중으로 열을 발산시킨다. 방열판은 냉각수와 같은 별도의 매개체 없이, 열전도와 대류 현상을 통해 직접 열을 공기로 전달하는 것이 특징이다. 열전도율을 높이기 위해 구리와 같은 소재가 사용되기도 한다.

초기의 자동차 라디에이터 코어는 주로 구리(핀)나 황동(튜브, 헤더 등)으로 제작되었으나, 1970년대 이후로는 무게가 가볍고 비용 효율적인 알루미늄이 주된 재료로 사용되고 있다.

일반적으로 공랭식 라디에이터는 구조가 비교적 간단하고 유지보수가 용이하다는 장점이 있지만, 냉각 성능 면에서는 물을 사용하는 수랭식 방식에 비해 다소 낮을 수 있다.

4. 1. 2. 수랭식

수랭식 라디에이터는 내부에 냉각수를 흘려보내 열을 식히는 방식의 열교환기이다. 주로 자동차의 내연 기관 냉각에 널리 사용되며, 이 외에도 왕복 엔진 항공기, 철도 차량의 기관차, 오토바이, 화석 연료 발전소의 고정 발전 설비 등 다양한 열기관 냉각에 활용된다. 다만, 외부에서 차가운 물을 무한정 공급받을 수 있는 선박 등에서는 일반적으로 액체-액체 방식의 열교환기를 사용한다.

엔진을 냉각하는 과정은 다음과 같다. 먼저 냉각수가 엔진 블록 내부를 순환하며 엔진에서 발생한 높은 열을 흡수한다. 뜨거워진 냉각수는 라디에이터 상단 또는 측면에 위치한 입구 탱크로 흘러 들어간 뒤, 라디에이터 코어 내부의 여러 개의 가는 관(튜브)을 통해 반대편 탱크로 이동한다. 이 과정에서 냉각수는 튜브에 열을 전달하고, 튜브는 다시 각 튜브 사이에 촘촘히 배열된 얇은 판 형태의 핀으로 열을 확산시킨다. 핀은 공기와 접촉하는 표면적을 극대화하여 열 방출 효율을 높이는 역할을 하며, 최종적으로 주변 공기로 열을 내보낸다. 이렇게 냉각된 액체는 다시 엔진으로 돌아가 순환 과정을 반복한다. 라디에이터는 냉각수의 온도를 주변 공기 온도 수준까지 완전히 낮추지는 못하지만, 엔진이 과열되는 것을 막을 수 있을 정도로 충분히 냉각시킨다.

사용되는 냉각수는 주로 물을 기반으로 하며, 겨울철 동결을 방지하기 위해 글리콜을 첨가한다. 또한, 부식, 침식, 캐비테이션(공동현상) 등을 억제하기 위한 다양한 첨가제가 포함된다. 경우에 따라 냉각수로 오일을 사용하기도 한다. 초기 엔진에서는 냉각수가 온도 차이에 의해 자연적으로 순환(서모사이펀)했지만, 현재는 아주 작은 엔진을 제외하고는 대부분 워터 펌프를 이용한 강제 순환 방식을 사용한다.^[5]

라디에이터의 재질은 시대에 따라 변화해왔다. 1980년대까지는 코어의 핀은 구리, 튜브와 헤더, 측면판 등은 황동으로 만드는 경우가 많았고, 탱크는 황동이나 폴리아미드 같은 플라스틱으로 제작되었다. 1970년대부터 무게를 줄이고 비용을 절감하기 위해 알루미늄 사용이 점차 늘어나기 시작했으며, 현재는 자동차용 라디에이터의 대부분이 알루미늄으로 만들어지는 추세이다.

효과적인 냉각을 위해서는 라디에이터 코어로 충분한 양의 공기를 통과시켜야 한다. 공기는 액체 냉각수보다 열용량과 밀도가 낮기 때문에, 같은 양의 열을 식히려면 훨씬 많은 부피의 공기가 필요하다. 이를 위해 라디에이터에는 보통 하나 이상의 팬이 장착되어 강제로 공기를 불어넣는다. 차량에서는 팬 작동에 소모되는 동력을 줄이기 위해, 라디에이터를 차량 전면 그릴 뒤쪽에 배치하여 주행 중 자연스럽게 유입되는 공기(램 에어)를 최대한 활용한다. 냉각수 온도가 시스템의 설계 최대 온도보다 낮을 때는 팬이 작동하지 않고 램 에어만으로도 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있는 경우가 있다.

수랭 엔진에서 라디에이터는 엔진의 워터 재킷과 관으로 연결되어 냉각수의 과열을 막는 핵심적인 역할을 한다. 엔진의 열을 흡수해 뜨거워진 냉각수는 대류에 의한 자연 순환(서모사이펀) 또는 워터 펌프(주로 원심식)에 의한 강제 순환을 통해 라디에이터로 보내진다. 라디에이터를 통과하며 식혀진 냉각수는 다시 엔진으로 돌아간다. 냉각수는 너무 차갑거나 뜨겁지 않은 최적의 온도 범위를 유지해야 하므로, 냉각수 경로에는 서모스탯(주로 왁스식 온도 조절 밸브)이 설치된다. 수온이 낮을 때는 서모스탯이 라디에이터로 가는 경로를 차단하고 냉각수를 바이패스 경로를 통해 바로 실린더 블록으로 되돌려 엔진이 빠르게 정상 작동 온도에 도달하도록 돕는다.

라디에이터는 크게 코어와 탱크 두 부분으로 구성된다. 코어는 알루미늄 합금 등으로 만들어진 핀이 달린 가는 관들을 여러 개 배열한 구조이며, 탱크는 이 관들의 입구와 출구를 하나로 모으는 역할을 한다. 탱크에는 보통 냉각수를 보충하기 위한 캡이 달려 있다. 냉각수 경로에 공기가 차는 것을 방지하기 위해, 일반적으로 냉각수는 라디에이터 상부로 들어가 하부로 나오도록 설계된다. 라디에이터 캡은 공기 배출을 용이하게 하는 역할도 하지만, 구조상 캡만으로 공기 배출이 어려운 경우에는 별도의 에어 빼기 콕을 설치하기도 한다. 내연 기관의 냉각 시스템은 내부 압력을 대기압보다 높게 유지하여 냉각수의 끓는점을 100℃ 이상으로 높인다. 이를 통해 고온에서도 냉각수가 끓는 것을 방지한다. 하지만 압력이 과도하게 높아지면 시스템이 파손될 수 있으므로, 라디에이터 캡에는 일정한 압력 이상이 되면 밸브가 열려 여분의 냉각수나 증기를 보조 탱크(리저버 탱크)로 방출하는 압력 조절 기능(프레셔 밸브)이 내장되어 있다. 엔진이 뜨거울 때 라디에이터 캡을 열면 냉각수가 뿜어져 나오는 것은 이처럼 내부에 압력이 가해져 있기 때문이다. 일부 시판되는 라디에이터 캡에는 압력을 먼저 해제할 수 있는 버튼이 달려 있기도 하다.

자동차용 라디에이터는 코어 내부에서 냉각수가 흐르는 방향에 따라 크게 다운 플로우(세로 흐름) 방식과 크로스 플로우(가로 흐름) 방식으로 나뉜다. 과거에는 다운 플로우 방식이 주류였으나, 점차 크로스 플로우 방식이 널리 보급되고 있다^[7]. 일반적으로 가로로 긴 형태의 라디에이터에서, 크로스 플로우 방식은 탱크를 짧은 변 쪽에 배치하므로 코어 면적을 더 넓게 확보할 수 있어 방열 성능 면에서 유리하다. 하지만 다운 플로우 방식에 비해 개별 수로의 단면적이 작아져 냉각수가 흐를 때 저항이 커지는 경향이 있다^[7]. 코어의 구조도 변화해왔는데, 초기에는 금속 박판을 벌집 모양으로 붙인 허니컴 코어가 사용되었고, 이후 여러 개의 독립된 관을 사용하는 수관식(튜브식)으로 발전했다. 수관식은 다시 튜브 사이에 지그재그 모양의 핀을 끼워 넣어 표면적을 늘린 골판식(Corrugated fin)으로 개선되었으며, 최근에는 모든 튜브를 여러 개의 직선형 핀으로 한 번에 연결하는 플레이트식(Plate fin) 구조가 등장하고 있다.

4. 2. 구조

라디에이터는 내부에 흐르는 유체의 열을 외부로 전달하는 열교환기의 한 종류이다. 열 전달은 주로 열 복사와 대류(흐르는 공기나 액체로의 열 이동)를 통해 이루어지며, 열전도는 일반적으로 부차적인 역할을 한다. 경우에 따라서는 상전이를 통해 열을 전달하기도 한다.

라디에이터의 기본적인 구조는 액체가 흐르는 여러 개의 관(튜브)과 이 관에 부착된 다수의 얇은 판인 핀으로 구성된다. 핀은 공기와의 접촉 면적을 극대화하여 열 교환 효율을 높이는 역할을 한다. 핀과 관이 모여 있는 부분을 코어라고 하며, 관들의 입구와 출구를 모아주는 부분을 탱크라고 부른다. 제한된 공간에서 표면적을 넓히기 위해 관을 구불구불하게 만들거나 여러 개의 가는 관으로 나누고, 관 외벽에 핀을 촘촘히 배열하는 등의 방식이 사용된다.

특히 수냉 엔진에서는 엔진에서 발생한 열을 식히기 위해 라디에이터가 필수적이다. 엔진 내부의 냉각수 통로(워터 재킷)를 순환하며 뜨거워진 냉각수는 서모사이펀(온도차에 의한 자연 순환) 방식 또는 현대 대부분의 엔진에서 사용하는 워터 펌프에 의한 강제 순환 방식으로 라디에이터로 보내진다. 라디에이터 코어를 통과하며 열을 방출하여 온도가 낮아진 냉각수는 다시 엔진으로 돌아간다. 냉각수 경로에는 서모스탯이 설치되어 냉각수 온도가 낮을 때는 라디에이터를 거치지 않고 바로 엔진으로 순환시켜 엔진이 적정 온도를 유지하도록 돕는다.

라디에이터 탱크에는 냉각수를 보충하고 압력을 조절하는 캡이 달려 있는 경우가 많다. 냉각수 온도가 상승하면 증기압이 높아져 끓는점이 올라가지만, 압력이 과도하게 높아지는 것을 막기 위해 캡 내부의 프레셔 밸브가 설정 압력 이상이 되면 냉각수를 보조 탱크로 방출한다. 또한 냉각수 경로 내 공기를 빼기 위한 에어 빼기 콕이 별도로 설치되기도 한다.

자동차용 라디에이터는 코어의 냉각수 흐름 방향에 따라 탱크가 위아래에 있는 '다운 플로우(세로 흐름)' 방식과 좌우에 있는 '크로스 플로우(가로 흐름)' 방식으로 나뉜다. 과거에는 다운 플로우 방식이 많았으나, 같은 크기에서 더 넓은 코어 면적을 확보할 수 있는 크로스 플로우 방식이 점차 보편화되었다.^[7] 코어의 구조는 초기의 벌집 모양(허니컴 코어)에서 관과 핀을 사용하는 형태로 발전했으며, 핀의 배열 방식도 다양하게 변화해왔다.

라디에이터의 재질은 과거 구리(핀)와 황동(튜브, 탱크 등)이 주로 사용되었으나, 1970년대 이후 무게 감소와 비용 절감을 위해 알루미늄 합금이 점차 사용되기 시작하여 현재는 대부분의 자동차 라디에이터에 알루미늄이 사용된다.

한편, 전자기기의 폐열을 식히기 위한 방열판(히트싱크)이나 컴퓨터의 수냉식 냉각 시스템에도 라디에이터와 유사한 원리의 열 교환 장치가 사용된다.

4. 2. 1. 튜브-핀 라디에이터

주변과의 열 교환을 위한 표면적을 늘리기 위해, 라디에이터는 내부에 액체를 운반하는 여러 개의 튜브와 이 튜브에 접촉하는 다수의 핀으로 구성된다. 핀은 튜브와 외부 유체(주로 공기) 사이의 접촉 면적을 크게 넓혀 열전달 효율을 높인다. 핀과 접촉하는 공기는 튜브 내부 액체에서 전달된 열을 흡수하여 외부로 방출한다. 공기 흐름이 먼지나 핀 손상으로 막히면 해당 부분의 열 전달 효율은 크게 저하된다.

튜브-핀 구조의 라디에이터는 특히 자동차의 내연 기관 냉각에 널리 사용된다. 엔진을 순환하며 뜨거워진 냉각수는 라디에이터 상단 또는 측면의 입구 탱크로 유입된 후, 코어를 구성하는 여러 개의 가는 튜브를 통해 반대편 탱크로 이동한다. 이 과정에서 냉각수의 열은 튜브와 핀으로 순차적으로 전달되며, 최종적으로 핀이 주변 공기와의 대류를 통해 열을 방출하여 냉각수를 식힌다. 냉각된 액체는 다시 엔진으로 돌아가 순환한다. 일반적으로 라디에이터는 냉각수 온도를 주변 공기 온도까지 낮추지는 못하지만, 엔진 과열을 방지하기에 충분한 수준으로 냉각한다.

자동차용 라디에이터의 냉각수는 주로 물 기반으로, 동결 방지를 위한 글리콜 및 부식, 침식, 캐비테이션 방지 첨가제가 포함된다. 초기 엔진에서는 온도 차에 의한 자연 순환(서모사이펀)을 이용했으나, 현재는 대부분 펌프를 이용한 강제 순환 방식을 사용한다.^[5]

1980년대까지 라디에이터 코어는 주로 구리(핀)와 황동(튜브, 헤더, 측면판)으로 제작되었으며, 탱크는 황동 또는 플라스틱(주로 폴리아미드)을 사용했다. 1970년대부터는 무게 감소와 비용 절감을 위해 알루미늄 사용이 증가하여 현재 자동차 라디에이터의 주된 소재가 되었다.

효율적인 냉각을 위해, 냉각수보다 열용량과 밀도가 낮은 공기를 라디에이터 코어를 통해 다량으로 통과시켜야 한다. 이를 위해 보통 하나 이상의 기계식 팬이 라디에이터에 장착되어 공기를 강제로 통과시킨다. 차량 주행 시 자연적인 공기 흐름을 이용하고 공기 저항을 줄이기 위해, 라디에이터는 주로 차량 전면 그릴 뒤에 위치한다. 주행 속도가 높아지면 램 에어 효과 덕분에 팬 작동 없이도 충분한 냉각 공기 흐름을 얻을 수 있다.

수냉 엔진에 사용되는 라디에이터 코어의 핀 구조는 시대에 따라 발전해왔다. 초기에는 튜브마다 핀이 독립된 형태였으나, 표면적을 늘리기 위해 인접한 튜브 사이에 지그재그 형태의 핀을 끼워 넣은 골판 방식이 오랫동안 사용되었다. 최근에는 모든 튜브를 여러 개의 직선형 핀이 관통하며 연결하는 플레이트 방식이 등장하여 효율을 더욱 높이고 있다.

4. 2. 2. 패널 라디에이터

라디에이터는 열교환기의 일종으로, 내부에 흐르는 유체의 열을 주변으로 방출하여 열전도를 이용해 방열하는 장치이다. 효율적인 방열을 위해서는 넓은 표면적이 중요한데, 제한된 공간에서 표면적을 확보하기 위해 관을 뱀 모양으로 구부리거나 여러 개의 가는 관으로 나누고, 관 외벽에 방열판을 설치하는 등의 구조적 특징을 가진다. 패널 라디에이터는 이러한 원리를 바탕으로 넓은 패널 형태의 표면적을 통해 열을 효과적으로 방출하도록 설계된 방식 중 하나로 이해할 수 있다.

4. 2. 3. 허니컴 코어 라디에이터

허니컴 코어 라디에이터는 초기의 라디에이터 형태로, 금속으로 만든 얇은 판을 벌집 모양처럼 촘촘하게 조립하여 코어를 구성했다. 당시에는 도넛 모양의 탱크 링 내부에 이러한 벌집 구조를 배치하는 방식이 널리 사용되었다. 하지만 이후 기술이 발전하면서 제작이 더 간편하고 냉각 효율이 높은 수관식(튜브식) 라디에이터가 등장하여 점차 이를 대체하게 되었다.

4. 2. 4. 플레이트식 라디에이터

라디에이터는 열교환기의 한 종류로, 내연 기관 등에서 발생하는 열을 식히기 위해 사용된다. 엔진 내부를 순환하며 뜨거워진 냉각수는 라디에이터 상단 또는 측면의 탱크로 유입된 후, 여러 개의 가느다란 튜브를 통해 코어 전체로 분산되어 반대편 탱크로 흘러간다.

이 과정에서 냉각수의 열은 튜브로 전달되고, 튜브 사이사이에 촘촘하게 부착된 핀(Fin)이라는 얇은 금속판으로 다시 옮겨간다. 핀은 공기와 접촉하는 표면적을 극대화하여 열이 주변 공기로 효율적으로 방출되도록 돕는다. 이러한 방식으로 냉각수는 엔진 과열을 방지할 수 있을 정도로 온도가 낮아져 다시 엔진으로 순환하게 된다. 핀의 구조와 배열 방식은 라디에이터의 냉각 성능에 직접적인 영향을 미치며, 최근 자동차에 사용되는 라디에이터는 대부분 이러한 튜브와 핀 구조를 기본으로 한다.

과거 라디에이터 코어는 주로 구리(핀)와 황동(튜브, 헤더 등)으로 제작되었으나, 1970년대부터는 무게 감소와 비용 절감을 위해 알루미늄 소재의 사용이 점차 늘어나 현재는 대부분의 차량 라디에이터에 알루미늄이 사용되고 있다.

라디에이터는 일반적으로 차량 전면 그릴 뒤쪽에 장착되어 주행 시 자연스럽게 유입되는 공기(램 에어)를 이용하거나, 냉각 팬을 작동시켜 강제로 공기를 통과시킴으로써 냉각 효율을 높인다.

4. 3. 재질

라디에이터의 재질은 시대와 용도에 따라 변화해왔다. 과거에는 주로 구리나 황동이 사용되었으며, 1980년대까지 라디에이터 코어는 구리 핀과 황동 튜브 등으로 제작되었다.^[5] 탱크 재질로는 황동이나 플라스틱의 일종인 폴리아미드가 사용되기도 했다.^[5]

그러나 1970년대부터는 무게를 줄이고 비용을 절감하기 위해 알루미늄의 사용이 점차 늘어나, 오늘날 자동차용 라디에이터의 대부분을 차지하게 되었다. 최근에는 알루미늄으로 만든 코어와 수지로 만든 탱크를 조합하는 방식이 주류를 이루고 있으며, 이 구조에서는 O링을 사용하여 기밀과 수밀을 유지한다. 이 외에도 철 등의 재질이 사용되기도 한다.

4. 3. 1. 구리/황동

과거에는 라디에이터의 재질로 구리나 황동이 널리 사용되었다. 1980년대까지 라디에이터 코어는 주로 구리로 만든 핀과 황동으로 만든 튜브, 헤더, 측면판으로 구성되었다. 탱크 역시 황동으로 만들거나, 플라스틱의 일종인 폴리아미드를 사용하기도 했다.^[5]

그러나 1970년대부터는 무게를 줄이고 비용을 절감하기 위해 알루미늄 사용이 점차 증가하여, 현재 자동차 라디에이터 분야에서는 알루미늄이 주된 재질로 자리 잡게 되었다. 이는 구리나 황동 라디에이터가 상대적으로 무겁고 가격이 높기 때문이다. 라디에이터 코어와 탱크의 재질로는 철 외에도 구리, 황동, 알루미늄 등이 사용될 수 있다.

4. 3. 2. 알루미늄

1970년대부터 알루미늄 사용이 늘어나면서 자동차용 라디에이터의 대부분을 차지하게 되었다. 알루미늄을 사용하는 주된 이유는 무게가 가볍고 비용을 절감할 수 있기 때문이다. 라디에이터의 코어와 탱크 재질로는 철 외에도 구리나 황동, 알루미늄 등이 사용된다. 최근 자동차용 라디에이터는 알루미늄제 코어와 수지제 탱크를 조합한 형태가 주류를 이루고 있다. 이 구조는 코어에 여러 개의 갈고리 모양 부분을 이용해 탱크 가장자리를 고정하고, 그 사이에 O링을 끼워 넣어 기밀과 수밀을 유지한다.

4. 3. 3. 주철

라디에이터의 코어와 탱크 재질로는 철 외에도 구리, 황동, 알루미늄 등이 사용된다. 최근에는 자동차용 라디에이터를 중심으로 알루미늄으로 만들어진 코어와 수지로 만들어진 탱크를 조합하는 방식이 주류를 이루고 있다. 이러한 구조에서는 코어에 여러 개의 갈고리 모양 부분을 만들어 탱크의 가장자리를 물려 고정하며, 그 사이에는 기밀성과 수밀성을 유지하기 위해 O링을 끼워 넣는다.

5. 응용 분야

라디에이터는 열교환기의 일종으로, 내부에 흐르는 유체의 열을 외부로 방출하여 냉각하거나, 반대로 열을 전달하여 난방하는 목적으로 다양한 분야에서 널리 사용된다. 기본적인 구조는 열을 전달할 유체가 흐르는 관과 열 방출 면적을 넓히기 위한 핀(방열판)으로 이루어져 있다.

주요 응용 분야는 다음과 같다.

엔진 냉각: 자동차, 오토바이, 기관차, 항공기 등의 내연 기관에서 발생하는 열을 식히는 데 필수적으로 사용된다. 엔진 내부를 순환하며 뜨거워진 냉각수를 라디에이터로 보내 공기를 이용해 냉각시킨다.^[5]
난방: 건물 내부의 중앙 난방 시스템에서 보일러로 데운 물이나 증기를 각 방에 설치된 라디에이터로 보내 실내를 따뜻하게 한다. 특히 유럽 지역에서 흔히 사용되는 방식이다.
전자 기기 냉각: 컴퓨터의 CPU나 그래픽 카드 등 열이 많이 발생하는 전자 부품을 식히기 위해 방열판(히트싱크) 형태의 라디에이터가 사용된다. 공기를 이용한 냉각(공랭식)이 일반적이며, 고성능 시스템에서는 수랭식 냉각 시스템의 일부로 라디에이터가 활용되기도 한다.
냉난방 공조(HVAC): 건물의 냉방 시스템, 특히 냉각탑과 연계하여 사용된다. 라디에이터는 냉각 시스템 내부의 냉매나 냉각수를 외부 공기를 이용해 식히는 역할을 한다.
우주 항공: 우주선 내부에서 발생하는 열을 우주 공간으로 방출하기 위한 열 제어 시스템의 중요 부품으로 사용된다. 진공 상태인 우주에서는 대류나 전도가 불가능하므로, 열복사 방식으로 열을 방출한다.^[6]

5. 1. 엔진 냉각

라디에이터는 주로 자동차의 내연 기관을 냉각하는 데 사용되며, 왕복 엔진 항공기, 철도 차량의 기관차, 오토바이, 화석 연료 발전소의 고정 발전 설비 및 열기관이 사용되는 기타 장소에서도 활용된다. 단, 외부에서 비교적 차가운 물을 무제한으로 공급받을 수 있는 선박은 일반적으로 액체-액체 열교환기를 사용한다.

엔진 냉각 과정은 다음과 같다. 냉각수가 엔진 블록 내부를 순환하면서 엔진의 높은 열을 흡수한다. 뜨거워진 냉각수는 라디에이터 상단 또는 측면에 위치한 입구 탱크로 유입된 후, 라디에이터 코어를 구성하는 여러 개의 가는 튜브를 통해 반대편 탱크로 이동한다. 이 과정에서 냉각수의 열은 튜브로 전달되고, 튜브는 다시 각 튜브 행 사이에 촘촘하게 부착된 핀(방열판)으로 열을 옮긴다. 핀은 공기와의 접촉 면적을 극대화하여 열을 주변 공기로 효율적으로 방출하는 역할을 한다. 이렇게 냉각된 액체는 다시 엔진으로 돌아가 순환 과정을 반복한다. 라디에이터는 냉각수 온도를 주변 공기 온도 수준까지 낮추지는 못하지만, 엔진 과열을 방지할 수 있을 만큼 충분히 냉각시킨다.

냉각수는 일반적으로 물을 기반으로 하며, 동결 방지를 위해 글리콜을 첨가하고 부식, 침식, 캐비테이션을 억제하기 위한 첨가제를 포함한다. 냉각수로 오일을 사용하는 경우도 있다. 초기 엔진은 온도 차에 의한 대류 현상(서모사이펀)을 이용해 냉각수를 순환시켰으나, 현재는 아주 작은 엔진을 제외한 대부분의 엔진에서 펌프를 이용한 강제 순환 방식을 사용한다.^[5]

과거 1980년대까지 라디에이터 코어는 주로 구리(핀)와 황동(튜브, 헤더, 측면판)으로 제작되었고, 탱크는 황동이나 플라스틱(주로 폴리아미드)을 사용했다. 그러나 1970년대부터 알루미늄 사용이 증가하여 현재는 경량화와 비용 절감의 이점으로 인해 자동차 라디에이터의 대부분을 차지하게 되었다.

공기는 액체 냉각수보다 열용량과 밀도가 낮기 때문에, 효과적인 열 교환을 위해서는 상대적으로 많은 양의 공기를 라디에이터 코어로 통과시켜야 한다. 이를 위해 보통 하나 이상의 기계식 팬이 라디에이터에 장착되어 강제로 공기를 불어넣는다. 차량 주행 시 팬의 동력 소모를 줄이기 위해 라디에이터는 차량 전면 그릴 뒤에 배치되는 경우가 많다. 주행 중 정면에서 불어오는 바람(램 에어)은 냉각수 온도가 시스템 설계 최대 온도 이하일 때 필요한 냉각 공기 흐름의 일부 또는 전부를 제공하여 팬의 작동 빈도를 줄일 수 있다.

라디에이터는 열교환기의 일종으로, 내부 유체(냉각수, 오일 등)의 열을 열전도를 통해 주변 공기나 물로 방출하는 장치이다. 기본적인 구조는 관 형태이며, 제한된 공간에서 표면적을 넓히기 위해 관을 구불구불하게 만들거나, 여러 개의 가는 관으로 나누거나, 관 외벽에 핀을 부착하는 등의 방법을 사용한다.

수냉 방식의 내연 기관이나 컴퓨터 부품의 집적 회로 냉각 시스템에서는 냉각수를 식히기 위해 라디에이터가 필수적이다. 또한 윤활유나 작동유를 냉각하는 오일 쿨러, 과급기가 장착된 엔진에서 압축되어 뜨거워진 흡입 공기를 식히는 인터쿨러 역시 넓은 의미에서 라디에이터의 한 종류로 볼 수 있다. (단, 오일 쿨러나 인터쿨러가 수냉식일 경우, 엔진 냉각수를 공유하기도 한다.)

수냉 엔진에서 라디에이터는 엔진의 워터 재킷과 관으로 연결되어 순환 시스템을 구성한다. 엔진 열을 흡수한 고온의 냉각수는 대류(서모사이펀) 또는 워터 펌프(원심식 냉각수 펌프)에 의해 라디에이터로 보내진다. 라디에이터를 통과하며 냉각된 물은 다시 엔진으로 돌아간다. 냉각수 온도를 최적 범위로 유지하기 위해, 냉각수 경로에는 서모스탯(왁스식 온도 조절 밸브)이 설치되어 수온이 낮을 때는 냉각수가 라디에이터를 거치지 않고 바이패스 경로를 통해 바로 실린ダー 블록으로 돌아가도록 제어한다.

라디에이터는 알루미늄 합금 등으로 만들어진 핀이 달린 가는 관 다발인 '''코어'''와, 이 관들의 입구와 출구를 모아주는 '''탱크'''로 구성된다. 탱크에는 보통 냉각수 보충용 캡이 있다. 냉각수 경로에 공기가 차는 것을 방지하기 위해 일반적으로 라디에이터 상부로 냉각수를 유입시켜 하부로 배출하는 구조를 채택한다. 라디에이터 캡을 통해 공기를 빼낼 수 있지만, 구조상 어려운 경우 별도의 에어 빼기 콕(밸브)을 설치하기도 한다. 내연 기관의 냉각 시스템은 압력을 가하여 냉각수의 끓는점을 100℃ 이상으로 높여 비등을 억제한다. 그러나 과도한 압력은 부품 파손으로 이어질 수 있으므로, 라디에이터 캡에는 설정 압력 이상이 되면 냉각수를 예비 탱크(리저버 탱크)로 방출하는 압력 조절 밸브(프레셔 밸브)가 내장되어 있다. 엔진이 뜨거울 때 라디에이터 캡을 열면 내부 압력 때문에 냉각수가 분출될 수 있으므로 주의해야 하며, 시중에는 압력 해제 버튼이 달린 안전 캡도 있다.

자동차용 라디에이터는 코어의 냉각수 흐름 방향에 따라 '다운 플로우(세로 흐름) 방식'과 '크로스 플로우(가로 흐름) 방식'으로 분류된다. 과거에는 다운 플로우 방식이 주류였으나, 점차 크로스 플로우 방식이 보급되고 있다^[7]. 동일한 외형 크기일 경우, 짧은 변에 탱크가 배치되는 크로스 플로우 방식이 코어 면적을 더 넓게 확보할 수 있어 방열 성능에 유리하다. 반면, 다운 플로우 방식에 비해 수로 단면적이 작아져 통수 저항은 커지는 경향이 있다^[7]. 라디에이터 코어 구조는 과거 벌집 모양의 얇은 금속판을 사용한 허니컴 코어에서 시작하여, 각 튜브에 독립적인 핀을 단 수관식(튜브식)으로 발전했다. 이후 인접한 튜브 사이에 지그재그 모양의 핀(코르게이트 핀)을 넣어 표면적을 늘린 골판식이 오랫동안 사용되었고, 최근에는 모든 튜브를 직선형 핀(플레이트 핀)으로 연결하는 플레이트식이 등장하고 있다.

5. 2. 난방

라디에이터는 건물 난방을 위한 장치로 널리 사용되며, 특히 유럽 대륙에서 일반적이다. 중앙 난방 시스템의 일부로서, 보일러에서 데워진 뜨거운 물이나 증기를 파이프를 통해 건물 내부의 라디에이터로 순환시킨다. 라디에이터는 이 열을 주변 공간으로 전달하여 실내 온도를 높인다.

라디에이터는 열교환기의 한 종류로, 내부에 흐르는 뜨거운 유체(물 또는 증기)의 열을 열전도와 복사를 통해 외부로 방출한다. 효율적인 열 방출을 위해 표면적을 넓히는 구조를 가지는데, 관을 뱀처럼 구부리거나 여러 개의 가는 관으로 나누고, 외부에 방열판(핀)을 덧붙이기도 한다. 라디에이터 주변의 공기는 데워져 위로 올라가고 차가운 공기는 아래로 내려오는 대류 현상을 통해 실내 전체의 공기를 순환시키며 따뜻하게 만든다. 일반적으로 외부의 차가운 공기를 효과적으로 막기 위해 창문 바로 아래에 설치하는 경우가 많다. 굴뚝이 필요한 연소식 난방 기구와 달리 실내 공기를 오염시키지 않는 장점이 있다.

구미 지역의 공동 주택이나 호텔 등에서는 흔히 볼 수 있는 난방 방식이지만, 일본에서는 가스 회사 등이 판매함에도 불구하고 널리 보급되지는 않았다.

난방용 라디에이터는 1855년 러시아의 사업가인 프란츠 산 갈리가 발명했으며, 그는 중앙 난방 시스템을 처음으로 생산하고 독일과 미국에서 특허를 취득했다. 초기의 라디에이터는 주로 주철로 만들어졌으며, 일본에서도 제2차 세계 대전 이전의 서양식 건물이나 홋카이도의 주택, 관공서, 학교 등에서 찾아볼 수 있다(예: 도쿄도 정원 미술관). 시간이 지나면서 열효율이 더 좋고 크기가 작은 구리 파이프와 알루미늄 합금 핀을 조합한 형태가 주류를 이루게 되었다.

라디에이터는 거실, 교실, 사무실과 같은 주거 및 업무 공간뿐만 아니라 욕실이나 화장실에도 설치된다. 특히 욕실 등에 설치되는 라디에이터 중에는 수건을 걸어 말리는 건조 기능(타월 워머)을 겸하는 제품도 있다. 또한, 일부 국가에서는 전기 난로나 팬 히터보다 안전한 대안으로 이동 가능한 휴대용 라디에이터를 사용하기도 한다.

5. 2. 1. 증기식 난방

수증기를 순환시켜 실내에 설치된 라디에이터에서 수증기의 열을 이용하여 난방하는 방식으로, '''증기 난방''' 또는 '''스팀 난방'''이라고 불린다. 증기는 자체 압력으로 파이프 내부를 흐르기 때문에 온수식 난방과 달리 별도의 펌프가 필요하지 않아 고층 건물에서 사용하기 쉽다는 장점이 있다. 반면, 온수보다 높은 온도의 증기를 사용하므로 외부 공기와의 온도 차이가 커 열 손실이 발생하기 쉬운 측면도 있다.

일본에서는 과거 호텔, 학교, 관공서 등 여러 사람이 모이는 시설에서 널리 채택되었으며^[8]^[9]^[10]^[11], 홋카이도 등 일부 지역에서는 현재에도 사용되고 있다.

증기식 라디에이터는 응축수가 제대로 배출되지 않을 경우 '''수격 현상''' 또는 '''steam hammer|스팀 해머^eng'''라고 불리는 소음이 발생하기 쉽다. 이는 파이프나 라디에이터 내부에서 망치로 두드리는 듯한 금속성 소음으로 나타나는데, 설치된 배관이나 라디에이터가 기울어지거나 외부 기온 변화 등으로 인해 내부에 응축수가 고이면 발생한다. 고여있는 물에 뜨거운 증기가 닿으면 증기가 급격히 냉각되어 응축하면서 관 내부의 압력이 급격히 낮아지고, 이로 인해 물이 빠른 속도로 이동하며 파이프나 라디에이터에 부딪혀 소리를 내는 원리이다.

5. 2. 2. 온수식 난방

온수 라디에이터는 증기식과 마찬가지로 주철로 만든 밀봉된 용기를 여러 개 연결한 형태이거나, 물결 모양의 프레스 가공(골게이션)이 적용된 패널 형태로 제작된다. 온수는 한쪽 끝에서 공급되어 대류 현상이나 건물 내 다른 곳에 설치된 펌프에 의해 라디에이터의 가장 높은 부분까지 순환한다. 라디에이터는 이 온수의 열을 주변으로 방출하며, 열을 잃고 냉각된 물은 라디에이터의 가장 낮은 부분으로 내려가 다른 쪽 파이프를 통해 배출되는 방식으로 작동한다.

수냉 엔진을 사용하는 자동차 등에서는 구리, 황동, 알루미늄 합금 같은 금속으로 만든 납작한 수관과 얇은 핀을 번갈아 배열하여 표면적을 넓힌 히터 코어(열교환기)와, 따뜻한 바람을 실내로 불어넣는 팬을 조합한 방식이 널리 사용된다. 이는 흔히 카히터라고 불린다. 건물 난방 시스템에서도 팬을 결합한 라디에이터가 사용되기도 하는데, 이를 팬 컨벡터라고 칭한다. 팬 컨벡터 방식은 장치 크기가 비교적 작고 실내를 균일하게 난방할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 팬이 작동하면서 소음이 발생하고, 작동을 위해 전기 공급이 필요하다는 단점을 가진다.

5. 3. 전자 기기 냉각

전자 기기가 점차 소형화되면서 발생하는 폐열을 효과적으로 분산시키는 것이 중요한 과제가 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 방열판(Heat sink)이라 불리는 작은 라디에이터가 사용된다. 방열판은 전자 부품에서 발생한 열을 주변의 냉각 기류로 전달하는 역할을 한다.

방열판은 물을 사용하지 않고, 열원에서 열전도와 대류를 통해 열을 공기로 전달한다. 주변 환경에 비해 반도체 장치의 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 복사를 통해 전달되는 열의 양은 비교적 적다. 고성능 방열판의 경우, 열전도율을 높이기 위해 구리를 사용하기도 한다.

또한, 라디에이터는 수냉식 냉각 시스템에서도 핵심적인 역할을 수행한다. CPU와 같은 집적 회로를 수냉 방식으로 냉각할 경우, 공랭식 방열판 대신 워터 블록이라는 부품을 장착하고 내부에 냉각액을 순환시킨다. 이때 집적 회로에서 열을 흡수한 냉각액은 라디에이터를 통과하면서 열을 공기 중으로 방출하여 냉각된다.

최근에는 인간을 모방한 로봇 개발에서도 라디에이터 기술이 응용되고 있다. 로봇 내부에 혈액처럼 냉각액을 순환시키고, 발생한 열을 증기 형태로 배출하여 냉각하는 방식이 연구되고 있다.

5. 4. HVAC (냉난방 공조)

라디에이터는 액체 냉각 냉각기를 사용하여 건물을 냉각하는 시스템, 특히 건식 냉각탑 및 폐쇄 루프 냉각탑에서 중요한 역할을 한다. 이러한 시스템에서 라디에이터는 냉난방 공조 (HVAC)를 위해 냉각기를 주변 환경으로부터 분리시키는 기능을 수행한다.

기본적으로 라디에이터는 열교환기의 한 종류이다. 냉각이 필요한 대상의 유체나 열을 가진 유체를 라디에이터 내부의 관으로 흘려보내고, 이 열을 주변의 공기나 물로 열전도를 통해 방출(방열)시킨다. 따라서 관 구조가 기본이며, 제한된 공간에서 열을 효과적으로 방출하기 위해 표면적을 최대한 넓히는 설계가 적용된다. 예를 들어, 관을 뱀처럼 구불구불하게 만들거나, 여러 개의 얇은 관으로 나누거나, 관 외부에 여러 개의 방열판을 부착하는 방식이 사용된다.

5. 5. 우주 항공

우주선 열 제어 시스템의 일부로 라디에이터가 사용된다. 우주선의 라디에이터는 우주 공간이 진공 상태이기 때문에 대류나 전도 방식으로는 열을 전달할 수 없다. 대신, 주로 적외선 형태의 빛으로 열 에너지를 방출하여 작동한다. 이러한 방식은 복사에 해당한다. 국제 우주 정거장(ISS)에서는 주요 트러스에 부착된 크고 하얀 패널 형태의 라디에이터를 쉽게 찾아볼 수 있다. 라디에이터는 유인 우주선과 무인 우주선 모두에 사용된다.^[6]

6. 사진첩

참조

_[1] 웹사이트 Family Sangalli / San Galli http://www.gruner-fa[...] Gruner-fam.de 2011-09-20
_[2] 웹사이트 The hot boxes of San Galli https://web.archive.[...]
_[3] 웹사이트 Franz San-Galli, German industrialist in St. Petersburg, Russia http://www.saint-pet[...]
_[4] 웹사이트 Archived copy https://web.archive.[...] 2014-08-23
_[5] 논문 Engine-Cooling Systems and Radiator Characteristics https://www.jstor.or[...] 1924
_[6] 웹사이트 Radiators https://www.nasa.gov[...] NASA 2015-09-26
_[7] 서적 自動車技術ハンドブック＜設計（パワートレイン）編＞
_[8] 웹사이트 会社の歴史 http://kanayahotelba[...] 日光金谷ホテル 2009-11-07
_[9] 간행물 百年のホテル奈良ホテル物語100周年記念特別号奈良ホテル 2009
_[10] 웹사이트 1963(昭和38)年 12月学園内にスチーム暖房を設備 http://www.kokushika[...] 国士舘大学 2009-11-07
_[11] 웹사이트 一関工業高等専門学校蒸気暖房取扱規則（昭和44年12月12日制定） http://www.ichinosek[...] 一関工業高等専門学校 2009-11-07
_[12] 웹인용 Family Sangalli / San Galli http://www.gruner-fa[...] Gruner-fam.de 2011-09-20
_[13] 웹사이트 The hot boxes of San Galli http://www.votgk.com[...]