열선 계산 방법
열량 계산 방법은 좌측 카테고리 중에 기술자료에서
제목이 각 물질의 승온에 필요한 열량 계산법 ☜ 크릭 (2018년 2월 1일자 문서)를 참고 하시고,
여기서는 흡수 에너지
즉, 승온에 필요한 에너지를 계산하는 방법만 기술해 놓았습니다.
히터 제작시 필요한 공식
V= I X R
W= I X V
1Ws = 0.24cal
1WH=860cal (0.24cal*60Sec*60min=약 860cal/H)
*1cc의 물을 1도 올리는데 1 cal 가 필요.*
예: 3.7v ,2800 mA/h 리튬이온 밧데리와 상기 열선(1.39 Ω/M) 2m를 가지고 히터를 만들면 10도짜리 물 100cc를 몇도 까지 올릴 수 있는가?
( 단. 열 손실이나 온도 보상치 즉, 효율은 10%임)
1. 총 저항(Ω) : 2m X1.39 Ω/M= 2.78Ω
2. 전류(A) : V = I X R 즉 I = V/R = 3.7 V/ 2.78Ω= 1.33 amp/h
3. 전력 (W) : W= I X V = 1.33A/h X 3.7V= 4.92 W/h
4. 칼로리(cal) : 4.92 W X 860cal= 4231.2 cal/h
( 1,000cal= 1Kcal , 1,000W= 1Kw )
5. 1 cc 물은 1도 올리는데 1cal( 비열 ,비중이 1이므로 )가 필요하므로 100cc면 100cal가 필요하며,
4231.2cal/h / 100cal = 42.3도 /h
고로 한시간에 42.4도 올라가게 됩니다..
여기서 단열 정도가 어떻게 되느냐에 따라서 주변에 열을 빼았기는 정도 즉, 효율을 곱해야 합니다.
효율이 10%라고 가정했으니깐,
42.4도*10%=4.24도를 올릴 수 있네요.
물의 처음 온도가 10도이니까,
10도+4.23도= 14.23 도가 올라가게 되네요..
열효율이 10%정도니까 주변으로 열을 빼앗기는 것을 최대한 보온을 하거나,
전기 용량을 높여야겠네요...
전기 용량을 높이는 방법은 밧데리를 직렬로 연결해서 전압을 높이거나,
열선 기장을 짧게 해서 저항을 낮쳐서 전류를 높게 해야겠지요..
만일 여기서, 전류가 2.8A/h를 넘기면 밧데리 용량이 이를 다 수용할 수가 없기 때문에
밧데리는 그 보다 암페어가 더 큰 밧데리를 사용하거나,
아니면 밧데리를 병렬로 사용해야 하겠지요..
암튼 해 보시면 재미 있을 겁니다.
다음은 열량 계산에 필요한 공식입니다.
열량 계산식
열량(Q)= 체적 (CM1) x 비열 x 비중 (Kg/㎥) x 온도차 (At)
* 1 Kwh (전력량) = 약 860 Kcal/h
* CM1 = 시간당 체적으로 단위는 ㎥/h
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(상태에 따른 계산 예)
1. 기체 : 분당 10㎥의 공기를 12℃에서 20℃로 올리는데 필요한 열량과 전력량은
Q =10㎥/min (공기의 체적) x 60min (분당을 시간당으로 환산) x 0.24 (비열) x 1.2 (비중) x 8℃ (온도차)
= 1,382.4 Kcal/h (열량)
필요한 전력량 = 1,382.4 Kcal/h ÷ 860 Kcal/h =1.61 kwh
* 참고: 각 기체에 따라 비열과 비중이 틀리니 기체에 따라 상수를 바꾸세요.
2. 액체 : 물 18ℓ 를 20℃에서 100℃로 올리는데 필요한 열량과 전력량은
Q = 18ℓ (물의 총량) x 1.0 (비중) x 80℃ (온도차)
= 1,440 Kcal/h (열량)
필요한 전력량 = 1,440 Kcal/h ÷ 860 Kcal/h =1.67 kwh
3. 고체 : 알루미늄 100Kg을 20℃에서 660℃로 올리는데 필요한 열량과 전력량은
Q = 100Kg (알루미늄의 총량) x 0.21 (비열) x 2.69 (비중) x 640℃ (온도차)
= 36,153.6 Kcal/h (열량)
필요한 전력량 = 36,153.6 Kcal/h ÷ 860 Kcal/h =42 kwh
* 참고: 각 물질에 따라 비열과 비중이 틀리니 상수를 바꾸어서 계산하세요.
열선 선정을 위한 간단한 계산 방법
일월사 제품 사진
문의 내용 중에 전기 방석을 만드는 문의가 많아서 간단히 설명 드리겠습니다.
방석 크기나 주변 온도및 방석 자체 보온에 따라 다양한 전력이 소비되는데,
통상 8W~32W 정도 소요되며, 25W 전후로 사용되는게 많습니다.
하지만 이 용량은 온도쎈서에 의해 온도조절이 되므로 용량이 크다고 할 수 있겠읍니다.
*시중 판매 중에 가장 용량 적은 전기 방석*
예: 430X430 mm ,16W , 고온 저온 2단
저온 일 경우 8W로 추정
* 열선 소요 계산 *
Li-ion밧데리 2직렬: 3.7V X 2 개 = 7.4V
8W/7.4V= 1.08A,
7.4V/1.08A = 6.845 Ω
이 열선의 저항은 1.39 Ω/M 이므로
6.845Ω/1.39= 4.92 m 의 열선을 바닥에 깔면 되겠지요..
만일 열량이 모자라면 조금씩 열선을 잘라내서 저항을 낮추면 소모 전력이 늘어나서 열량이 높아집니다.
이렇게 높아진 온도는 온도쎈서인 "써멀프로텍트"를 직렬 연결해서 온도제어를 합니다.