덕트 히터의 열원은 발열체의 표면이고, 거기서 발생한 열은 흐르는 공기가 실어 가는 구조입니다. 공기가 제대로 닿지 못하는 자리에서는 발열체 온도가 걷잡을 수 없이 치솟고, 반대로 공기가 지나치게 빠른 자리에서는 출구 온도가 충분히 올라가지 못합니다. 흔히 말하는 온도 불균일이란, 따지고 보면 단면 안에서의 유속 분포가 고르지 못하다는 뜻입니다.

단면 풍속의 알맞은 범위

덕트 히터는 일반적으로 5–12 m/s 구간을 기준으로 설계합니다. 5 m/s보다 낮아지면 발열체 표면의 대류 열전달 계수가 작아져, 표면 온도가 출구 온도보다 100°C 이상 높아지는 일도 생깁니다. 그러면 핀 사이에 먼지가 잘 쌓이고 결국 타 버리기 쉽습니다. 반대로 12 m/s를 넘어가면 압력 손실과 소음이 뚜렷하게 커지고 송풍기가 필요한 동력도 함께 늘어납니다.

풍속은 공기 유량을 덕트의 단면적으로 나누어 구합니다. 예를 들어 유량이 20,000 m³/h이고 덕트가 1.2×0.8 m라면, 풍속은 20000/3600/(1.2×0.8) ≈ 5.8 m/s가 됩니다. 다소 낮은 편이지만 사용에는 지장이 없고, 소자를 더 길게 하거나 표면 부하를 낮추는 방식으로 충분히 보완할 수 있습니다.

단면 균일성은 소자 배치가 결정합니다

소자를 덕트 가운데에만 몰아 넣어서는 안 됩니다. 단면 전체에 걸쳐 고르게 지그재그로 배치하되, 벽을 따라 흐르는 공기가 히터를 지름길로 빠져나가지 않도록 가장자리에 50–80 mm 정도의 바이패스 틈을 남겨 두는 것이 올바른 방법입니다.

소자를 몇 층으로 쌓는가도 중요합니다. 한 층만 두면 전면 면적이 작고 풍속은 높아지지만 공기가 열을 받아 가는 경로가 짧습니다. 반면 세 층을 지그재그로 겹쳐 놓으면 공기가 충분히 섞이면서 출구의 ΔT를 ±5°C 안에 묶어 둘 수 있습니다. 같은 전력이라면 층을 늘릴수록 소자 하나가 떠안는 표면 부하는 낮아집니다.

상류 직관 구간은 의외로 자주 빠집니다

덕트 히터 앞쪽에 엘보나 레듀서, 혹은 송풍기 토출구가 자리 잡고 있으면, 공기는 선회 성분을 품은 채 가열 구간으로 들어옵니다. 그 결과 한쪽에는 유량이 몰리고 반대쪽에는 유량이 모자라는 편향이 생깁니다. 표준적인 대응은 상당 직경의 3–5배에 해당하는 길이의 직관을 상류에 확보하거나, 히터 앞에 정류판을 설치하는 것입니다.

기존 설비를 개조하는 현장에서 그만한 공간을 뺄 수 없을 때는 정류판이 가장 빠르고 값싼 해법이 됩니다. 개구율 40%–50%로 뚫린 다공판 한 장을 히터보다 200–300 mm 앞에 세워 두기만 해도, 풍속 편차가 30%에서 10% 이내로 크게 줄어듭니다.

과열 보호는 어떻게 배치할까

온도 측정점을 하나만 두는 것으로는 부족합니다. 최소한 출구 중앙, 출구 가장자리, 그리고 발열체 표면 바로 부근 이렇게 세 지점은 잡아 주어야 합니다. 발열체 표면 온도는 관벽에 직접 물려 고정한 시스 열전대로 읽고, 설정값을 넘는 순간 즉시 전원을 차단하도록 구성합니다.

풍량 스위치는 반드시 송풍기와 인터록해 두어야 합니다. 송풍기가 멈췄는데도 히터에 전원이 그대로 들어오면, 소자는 불과 몇 분 만에 붉게 달궈집니다. 현장에서 일어나는 사고 가운데 가장 흔한 원인이 바로 이 경우입니다.

흔히 빠지는 함정

적지 않은 프로젝트가 "출구 온도" 하나만을 기준으로 용량을 정한 나머지, 계절에 따라 달라지는 입구 온도를 고려하지 않습니다. 겨울에 −5°C, 여름에 35°C인 입구 조건이라면 같은 전력을 넣어도 출구 온도에는 40°C의 차이가 벌어집니다. 가장 불리한 조건을 기준으로 설계하거나, SCR 전력 제어를 붙여 출력을 입구 온도에 자동으로 추종시키는 편이 안전합니다.

덕트 히터 자체의 구조는 그다지 복잡하지 않습니다. 어려운 부분은 그것을 송풍기와 덕트, 그리고 제어 계통에 정확히 맞추는 일입니다. 이 세 요소 가운데 어느 하나라도 어긋나면, 반드시 "온도가 고르지 않다"거나 "소자가 타 버렸다"는 형태로 드러나게 됩니다.