계속되는 폭염으로 가정집이나 가게, 회사 등 실내에서 에어컨을 가동하는 시간이 늘어나고 있습니다. 이제는 정말 에어컨이 없는 여름은 상상도 할 수 없을 거라고 생각합니다. 이번에는 생활 필수템이 되어버린 에어컨의 창시자와 어떻게 시원한 바람을 만들어 주는지 그 원리에 대해 알아보겠습니다.
에어컨 (air conditioner)
우리가 흔히 부르는 에어컨을 영어로 그대로 쓰면 aircon인데 이것은 잘못된 표현이고 정확히는 air conditioner라고 써야 합니다. 줄여서 AC라고도 부르며 실내 공기의 온도, 습도를 조절해 주는 기계입니다.
고대 로마인들은 수로의 물을 벽으로 통과시켜 더운 날씨에 건물의 온도를 낮추거나 찬 물이 순환되도록 벽 뒤에 수도관을 설치했다고 합니다. 그리고 동남아권에서는 내부 공기의 온도를 낮추기 위해 젖은 잔디를 창문에 널어놓거나 큰 팬을 만들어 연못 주위의 찬 공기를 집 안으로 끌어들였다고 합니다. 이와 같이 공기를 냉각, 순환시키려는 시도는 오래전부터 이어져 왔고 이러한 기초 원리를 응용하여 현대식 에어컨이 만들어진 것입니다.
냉방은 여름철에 달구어진 노면에 물을 뿌려 액상의 물을 기화시켜 지면의 열을 흡수하는 것과 같이 물질이 상변화를 일으킬 때 열에너지를 흡수, 방출하는 원리를 응용한 것입니다. 그냥 물도 훌륭한 냉매지만 높은 온도에서 기화하기 때문에 열교환 사이클이 길어지는 문제가 있습니다. 그래서 물보다 효율적인 영하 40도에서 증발할 수 있는 프레온 가스를 냉매로 사용하는 것입니다.
에어컨 원리
압축기(compressor)
1. 압축기(compressor)가 기체 상태인 냉매에 강한 압력을 주어 일시적으로 밀도가 높아지면서 분자들이 충돌하고 그 과정에서 열 에너지가 발생하여 고온고압기체 상태가 됩니다.
응축기(condenser)
2. 고온고압기체 상태인 냉매가 열을 방출하기 쉽게 가늘고 긴 관로를 꼬불꼬불하게 만들어진 응축기(condenser)를 지나게 됩니다. 응축기를 통과하면서 고밀도로 압축된 냉매는 상온에서 응축되며 그 과정에서 뜨거워진 공기는 팬에 의해 실외로 방출됩니다.
팽창밸브(expansion valve)
3. 열교환에 의해 상온의 액체 상태가 된 냉매는 팽창 밸브(expansion valve)를 지나게 됩니다. 지나가는 관로를 좁혀 냉매를 팽창시키는 과정으로 교축현상이 일어나 압력과 온도를 낮추는 역할을 합니다. 밀도와 압력이 낮아지면서 저온저압액체(반 기체)가 되어 이동합니다.
증발기(evaporator)
4. 저온저압액체(반 기체) 상태가 된 냉매는 증발기(evaporator)를 지나게 됩니다. 밀도가 매우 낮아진 냉매는 상온에서 증발하여 기체로 변하면서 주변의 열을 흡수합니다. 이 과정에서 증발기 주변의 공기는 차가워지고 이 찬공기를 팬에 의해 실내로 분사하면서 실내의 온도는 낮아지게 되는 겁니다. 증발기를 통과하면서 열 흡수로 기체가 된 냉매는 다시 압축기로 이동합니다.
제품의 종류에 따라 조금 다를 수도 있지만 보통 이런 원리로 냉방 사이클이 돌아가면서 에어컨이 작동되는 겁니다. 참고로 우리가 흔히 에어컨이라고 하면 먼저 생각나는 실내기는 증발기와 팬을 제외한 나머지는 실외기에 들어있습니다. 그렇기 때문에 에어컨 가격의 대부분은 실외기가 차지하는 것이고 에어컨의 핵심 역할도 실외기라고 볼 수 있습니다.
에어컨 발명가(창시자)
1758년 벤자민 프랭클린(Benjamin Franklin)과 케임브리지 대학 화학 교수였던 존 해들리(John Hadley)가 증발 원리에 대해 연구하여 물체가 빠르게 냉각하는 실험을 하였습니다. 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 1820년에 압축 액화된 암모니아가 다시 기화할 때 공기가 차갑게 변하는 것을 발견했습니다.
1902년 미국의 윌리스 하빌랜드 캐리어(Willis Haviland Carrier)가 패러데이의 암모니아 냉각 시스템을 기초로 한 최초의 상업적인 에어컨을 만들었습니다. 초기에는 냉각제로 암모니아를 사용하였고 염화메틸, 프로판 등의 기체를 썼는데 독성과 가연성 때문에 누출과 폭발의 위험 때문에 사고도 많았습니다. 1920년대 듀폰사에서 인체에 안전한 프레온(Freon) 가스가 개발했지만 이후에 대기의 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀져 사용을 막고 있고 우리나라에서도 2030년도까지 완전히 금지될 전망입니다.
캐리어가 발명한 최초의 에어컨은 여름에 고온다습한 환경 때문에 용지가 변질되어 출판이 힘들다는 인쇄 공장에 설치되었습니다. 1906년 특허를 등록하고 그해 말부터 은행에 납품을 시작하였고 1915년 동료 기술자들과 함께 캐리어 엔지니어링 회사(Carrier Engineering Corporation)를 설립하였습니다. 본인의 이름을 딴 이 회사가 지금도 우리가 흔하게 볼 수 있는 에어컨의 대명사 캐리어의 모체가 되었습니다.
에어컨은 삶을 편리하고 능률적으로 만들었고 여름에 더욱 활발한 활동을 할 수 있게 해 주었습니다. 그리고 더위와 관련된 질병 사망률을 최대 40%까지 감소시켰다는 에어컨. 그걸 발명한 캐리어님께 다시 한번 감사합니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 공감과 구독 눌러주시면 좋은 기운 받으실 거예요.
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-출처
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