히터 발열량(김응수님 질문에 대한 답변)

전열선의 온도가 몇 도까지 올라가는 것인가는 주위 온도에 따라 다르겠지요. 주위온도가 높으면 전열선은 많이 뜨거워질 것이고(고온이 될 것이고), 주위온도가 낮으면 그만큼 온도도 떨어져 미지근한 온도가 될겁니다. 그렇더라도 전열선에서 내는 발열량은 저온이 약간 많을겁니다(저온이 저항치가 적어 전류가 많이 흐르므로---> 열과 온도는 완전히 다름). 그러므로 전열선 발열온도가 몇 도가 나올 것인가하는 것은 주위 온도에 따라 다르므로 계산하기가 아주 힘듭니다(공기의 열전달계수를 계산하는 것은 기본적으로 6개의 미지수를 파악해야하므로 계산하기가 아주 어려움). 단 발열량이 많으면 온도가 올라가는 것은 맞으므로, 전열선의 발열량에 따른 최대 사용 온도는 정할 수가 있고, 이 온도 이상 발열이 되면 써모스타트로 전원을 꺼줍니다.

전번에 누구가 전열선의 길이를 짧게하면 발열량이 적어진다고 하는 글을 본 적이 있었습니다. 아니지요. 길이를 짧게하면 저항치가 줄어들고 전류치가 증가하여 발열량이 늘어나게 됩니다(전기 발열량은 저항에도 비례하지만 전류치에는 제곱에 비례하므로).

그러나 히트벤드의 와트(W)수는 설계자가 반드시 정해야됩니다. 이론적으로 렌즈부위 온도가 주위온도보다 0.1도만 높아도 이슬은 맺히지 않습니다. 그러므로 많은 열량의 히터는 필요없겠지요.

낙동강 망원경 6인치 굴절의 경우는 5와트로 잡았습니다. 5와트 = 5쥴/초 = 18000쥴/시간 = 18킬로쥴/시간의 열량이 됩니다.

상온(20도)에서 물의 잠열은 2450킬로쥴/kg인데, 이 말은 물 1kg을 증발시키는데 2450킬로쥴의 열량이 필요하다는 말이지요.

그러면 5와트 히터로는 한시간에 물 7.3g을 증발시킬 수 있습니다. 그야말로 병아리 눈물만큼이나 작은 양입니다.
  
그러면 공기에는 얼마나 많은 수증기가 들어있을까요?
상온(20도)에 상대습도 60% 경우 공기 1kg 속에는 9g의 수증기가 들어있습니다. 이 날 밤에 온도가 내려가서 기온이 5도, 상대습도 80%가 되었다보면 공기 1kg 중에는 수증기가 약 4.5g 존재하게 됩니다.

그 차이인 9-4.5 = 4.5g의 수증기는 이슬로 변했다는 이야기입니다.

이 4.5g하고 5와트의 발열량의 능력 7.3g은 상관관계는 전혀 없습니다만 공기속의 수증기가 대략 이 정도의 양으로 존재하고, 공기는 강제대류가 아니므로 급격한 이동은 없으므로 전열선의 발열량도 이 부근으로 보았습죠.

그러나 낙동강의 망원경 전열선은 캔드릭 히터처럼 전열천으로 포장되어 그 열의 대부분이 렌즈로 가는 것이 아니고, 그냥 전기담요 선 벌거벗은 히터선입니다(위의 그림 참조). 이 히터선은 단면이 작고 동그란 형상이므로 렌즈로 전열되는 열은 30%도 안될 것입니다. 대부분 그냥 대기중으로 손실되버립니다.

그래서 이 30옴 히터선을 병열로 4개를 사용하고 12볼트 파워스플라이에 연결했습니다. 이렇게하면

전열량 = 전류^2 X 저항 = (12/(30/4))^2 X 30/4 = 19.2와트

즉 물 28그램을 한시간에 증발시킬 수 있는 양입니다. 이 중에서 대략 5와트 정도의 열은 렌즈로 간다고 보았습니다. 그 당시 수첩 기록을 보니 5개를 연결하는 계산을 했는데 실제는 4개 병열입니다.

이 결과 6인치 굴절의 경우 열이 약간 많더군요. 그대신 이슬은 한번도 끼지 않습니다.

9인치 슈미트카세의 경우 30옴 전열선을 6개를 연결했는데, 직경이 커서 보정판 가장자리 부는 이슬이 맺히지 않지만 안쪽부는 조금만 습한 날씨라고하면 그대로 맺히더군요. 그 결과 히터선은 웃으면서 포기하고 초강력 드라이기를 구입했습니다. 이슬이 맺히는 왕창 불어주는거지요.

요 위의 그림이 초강력 드라이기입니다. 쫀쫀하게 손가락만한 드라이기로 감질나게 데우지 않습니다요.

결론은 굴절은 5~10와트 정도의 발열량이면 될 것같고, 9인치 이상의 슈미트카세는 후드를 길게하던지 하여 대책을 세우는게 나을 것같습니다.

내용도 별 없는 것이 말은 왜 이래기노?

구럼 참고하시기를...