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선풍기
선풍기(扇風機, electric fan)는 회전축에 붙은 날개를 전동기로 돌려 바람을 일으키는 장치이다. 차량용 선풍기는 자동차 시거잭 전원을 이용하여 작동할 수 있다. 에어컨 바람이 자동차 안에 잘 퍼질 수 있도록 도와준다. 12V는 일반 승용차, 24V는 버스 같은 대형차 전용이다.
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목차
개요
선풍기는 회전축에 붙은 회전날개 또는 팬 블레이드(fan blade)를 전동기로 돌려 바람을 일으키는 장치이다. 또한, 서큘레이터(air circulator)는 공기를 휘저으려는 목적으로 만든 일종의 선풍기로 원리는 동일하다. 선풍기는 날개·가드(guard)·모터·스탠드의 4개 부분으로 되어 있다. 날개는 플라스틱제의 스크루형(3~4매)이 많고, 원통형도 쓰인다. 모터는 인덕션 모터가 많고 콘덴서 모터, BLDC 모터도 쓰인다. 전동기는 기류의 저항이 되기 쉬우므로 유선형의 케이스로 싸여 있다. 스윙 장치와 전동기의 회전을 웜 기어와 크랭크 로드를 통해 왕복운동으로 바꾸고 스탠드에 지점(支點)을 두어 송풍장치 전체를 좌우로 움직이게 하는 장치이다. 스탠드는 지지대로서 스위치류가 붙어 있다. 선풍기 구조의 주요부는 스크루 모양(원통형 날개도 나오고 있음)의 날개(보통 3∼4장), 풍속·머리회전·시간 등의 조절스위치가 설치된 스탠드 부분, 높낮이의 조절장치가 있는 지주 부분, 방향을 좌우, 상하로 변화시키는 목 부분, 날개를 회전시키는 장치가 들어 있는 전동기 부분, 앞뒤로 날개를 보호하는 가드 등으로 구성되어 있다. 더운 여름에 선선한 바람을 일으키기 위하여 사용되지만, 공기가 탁한 지하실 같은 곳에서 환기용으로 사용되기도 하고, 또 색다른 사용법으로는 세탁물을 건조시킬 때, 더운 음식을 식힐 때, 목욕 후의 머리를 말릴 때 등에도 사용된다. 선풍기로 서늘하게 느껴지는 것은 기류로 피부의 땀이나 기타 액체분비물의 증발을 재촉하고 기화열(氣化熱)을 빼앗기 때문이다. 선풍기의 바람을 쐴 때는 반드시 1m 이상 떨어져서 부드러운 바람을 온화하게 쐬는 것이 좋으며, 너무 가깝게 국부만을 장시간 쐬면 약한 사람일 경우 현기증이나 구토를 일으킨다.[1][2]
역사
기계적인 선풍기로 처음 기록된 것은 1800년대 초의 중동에서 쓰인 '푼카'라는 선풍기였다. 그러나 이들 발명의 구조에 대한 내용은 알려지지 않고 있으며, 구체적인 기록도 찾아볼 수 없다.[3] 1800년대 말에 산업혁명이 일어나면서 공장의 물레바퀴의 전력으로 벨트로 움직이는 선풍기가 도입되었다. 직접 작동시킬 수 있는 최초의 기계 선풍기 중 하나는 러시아의 알렉산드르 사블루꼬프(Alexander Sablukov)가 1831년에 발명한 것으로 그는 이를 에어펌프(Air Pump)라고 불렀다. 미국의 최초의 선풍기는 1890년대 말에서 1920년대 초에 만들어졌다. 미국의 엔지니어인 스카일러 휠러 박사는 개인용 양날 데스크 선풍기를 제작했다. 휠러가 22세라는 어린 나이에 발명한 선풍기는 회전하는 날 주위에 보호 케이스가 없었기 때문에 현대식 제품이었음에도 불구하고 다소 위험한 제품이기도 했다. 당시 전기로 구동되던 대부분의 발명품처럼, 휠러의 선풍기 역시 처음 출시되었을 때에는 권력을 지닌 부유한 사회계층의 사치품일 뿐이었다. 선풍기의 날을 만드는 데 필요한 철이 대량 생산될 수 있었던 1920년대에 이르러서야 비로소 선풍기 가격이 떨어지기 시작하였으며 일반 서민들도 마음 놓고 구매할 수 있었다. 휠러는 선풍기를 제작하는 데 있어 수많은 장님을 고용하기에 앞장섰다. 그는 숙련된 직원들이 손을 쳐다보지 않고도 코일을 감을 수 있다는 사실을 알게 되었다. 또, 조금만 연습하면 보지 않고도 코일을 감는 것이 가능한지 확인해 보기 위해 스스로 눈을 가린 후 테스트해보았다. 그 결과 보지 않고도 코일을 감을 수 있다는 사실을 알아냈다. 당시 제1차 세계대전 때문에 부상자가 속출함에 따라 장님의 수는 계속해서 증가했다. 휠러는 공장에 신규 부서를 만들어 장님인 사람들만 고용하였으며 앞을 볼 수 있는 동료들과 함께 업무에 배치시켰다. 그리고 1900년대부터 전기를 이용한 선풍기가 개발되었고, 모터의 개발과 재질의 발명으로 현재 사용하고 있는 저소음형 프라스틱 선풍기가 생산되었다. 대한민국에서는 금성사(現 엘지전자)에 의해 1960년 4월에 국산 1호 선풍기가 출시되었다. 그 뒤, 전국적으로 확산되어 대중화되었으며 1970년대 중반부터 수출이 시작되었다. 20세기에 선풍기는 어디서나 찾아볼 수 있을 정도로 실용화되었으며, 20세기 후반부터 대중에 보급된 에어컨과 함께 사용하면 전기를 효율적으로 사용하면서 시원하게 생활할 수 있다.[4][2]
원리
선풍기의 날개는 모터에 연결되어 있다. 그래서 전원을 켜고 버튼을 누르면 모터 안의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하여 반발력으로 강한 운동 에너지를 얻게 되는데, 이렇게 전기에너지를 운동에너지로 바꿔 선풍기를 작동시키는 것이다. 바람의 세기는 모터에 전해지는 전압의 크기에 비례한다. 즉, 모터에 전해지는 전압을 조절하면 모터의 토크가 변하면서 회전 속도를 조절할 수 있고, 이 회전 속도에 따라 바람의 세기가 달라진다. 사용자는 간단하게 버튼만 누르지만, 선풍기 안에서는 다양한 동작이 일어나게 된다.[5] 선풍기의 핵심 부품은 바람을 발생시키는 송풍기인데, 송풍기는 여러 개의 날개가 달린 블레이드로 구성되어 있다. 블레이드가 회전하면 주변의 공기를 끌어당기는 효과가 발생한다. 이때, 블레이드의 모양과 회전 방향 때문에 공기는 블레이드 뒷면에서 앞면으로 향하는 흐름이 생긴다. 블레이드는 곡선 형태를 가지며, 선풍기의 모터에 연결되어 회전한다. 이 블레이드가 공기와 상호작용하여 바람을 생성된다. 선풍기의 바람이 앞으로만 나오는 원리는 블레이드의 회전, 공기의 움직임, 그리고 블레이드의 각도 등 여러 요소가 복합적으로 작용하기 때문이다. 이러한 선풍기 바람의 원리를 이해하면 더 효율적인 활용이 가능하다.
공기는 유동성을 가진 물질이기 때문에, 특정 방향으로 힘을 받으면 그 방향으로 움직인다. 선풍기 블레이드가 회전할 때, 블레이드 뒷면은 공기를 빨아들이는 반면 앞면은 공기를 밀어내는 작용을 한다. 이러한 작용으로 인해 블레이드 앞면에는 압력이 낮아지고, 뒷면에는 압력이 상대적으로 높아진다. 이 압력 차로 인해 공기는 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되는데, 그 결과로 바람이 앞쪽으로 향하게 된다. 공기는 유동성이 있는 물질로, 압력이 다른 두 지점 사이에서는 항상 고압에서 저압으로 이동하려는 성질을 가진다. 블레이드가 회전하면서 앞면에는 낮은 압력을, 뒷면에는 높은 압력을 생성한다. 이로 인해 공기는 뒷면에서 앞면으로 향하게 되어 바람을 생성하게 된다. 선풍기는 단순히 블레이드만으로 구성된 것이 아니다. 그것을 지탱하고, 바람의 방향을 조절하는 그릴, 선풍기의 높낮이와 각도를 조절할 수 있는 스탠드, 그리고 선풍기의 세기나 방향 등을 조절하는 스위치와 버튼 등이 있다. 이러한 구성요소들은 바람의 방향을 앞쪽으로만 제한하며, 선풍기의 효율성을 높인다. 요약하자면, 선풍기에서 나오는 바람이 앞으로만 나오는 것은 블레이드의 회전 원리, 공기의 유동성, 그리고 블레이드의 특별한 각도와 설계 때문이다. 이 세 가지 주요 요소가 복합적으로 작용하여 선풍기 앞쪽에서 강력한 바람을 생성한다.[6]
구조
날개
선풍기는 종류에 따라 적게는 3개, 많게는 14개까지 날개가 있는 제품이 있다. 선풍기 날개 수가 적을수록 바람 세기는 강해지고, 선풍기 날개 수가 많을수록 바람 세기는 약해진다. 그 이유는 선풍기 작동 원리에 있다. 선풍기는 뒤쪽의 공기가 경사진 날개를 통과해 앞으로 밀려나오며 바람이 불게 된다. 선풍기 날개가 본체를 통과하는 공기를 자르면서 앞으로 밀어내므로 수가 적고 넓은 날개(3)가 바람을 일으킬 때는 많은 날개(5)보다 비교적 거칠게 느껴질 수 있는 것이다. 이 원리로 인해 날개 수가 적을 때는 강하고 거친 바람이 나와 비교적 시끄럽다. 반면 날개 수가 많아질수록 약하고 부드러운 바람이 나와 소음도 비교적 약해지는 것이다. 날개 수가 많으면 저속으로 바람을 많이 보낼 수 있기 때문에 가까이에서 쓰는 저소음 개인용 선풍기, 저전력 선풍기에 많이 채택되고 있다. 일반적인 가정용 선풍기의 날개 지름은 14인치(35cm)이며 탁상용 선풍기는 그보다 작고 상업용 선풍기는 1m가 넘어가기도 한다. 지름 수가 커질수록 더욱 강한 바람을 내보낼 수 있으며, 무거워진 날개 때문에 더욱 고출력의 모터가 필요하게 된다. 디자인을 위해 지름이 작은 선풍기들도 만들어지곤 하는데, 부족한 풍량은 고회전, 각도를 세운 날개 형상 등으로 커버하기도 한다.[7][8]
모터
AC모터
AC모터는 기존의 일반적인 선풍기에 사용되는 모터이다. 가격이 매우 저렴하지만 소음과 소비 전력이 높고, 풍량 조절이 3~4단밖에 되지 않는 한계가 있다. 주로 저렴한 선풍기에 AC모터가 많이 사용된다.[9]
DC모터
DC모터는 더 세밀한 바람 세기의 조절이 가능하고 전력 소모량이 적은 장점이 있는 직류 모터이다. 하지만 브러시가 존재하는 구조상 마찰에 의한 열화로 인해 수명이 짧은 단점이 있다. 마찰열을 줄이기 위해 속도를 올리지 못해 선풍기로서의 충분한 출력이 나오지 않는 단점도 따라온다. DC모터는 직류로 동작하는 선풍기(USB 선풍기, 배터리 탑재 무선/휴대용 선풍기)에서 주로 사용할 수밖에 없었는데, BLDC모터 출시 이후로는 웬만하면 BLDC모터를 사용한다. 흔히 저가 휴대용 선풍기에서 DC모터를 사용했었지만, 최근에는 이 역시도 BLDC모터를 사용한다.[7]
BLDC모터
BLDC모터는 'BrushLess DC'의 약자로, 브러쉬를 없앤 구조로 수명 및 저출력을 보완한 방식의 모터이다. BLDC모터를 장착한 선풍기가 최근 선풍기 시장의 트렌드로 자리잡고 있다. BLDC모터는 AC모터와 비교 시, 작은 소음, 세밀한 출력 조절, 발열이 적은 장점이 있으며 최대 출력이 비교적 낮고 가격이 비싼 단점이 있다. 10~20단계로 풍량조절이 가능한 BLDC 선풍기는 기존 AC 선풍기 미풍의 약 1/5 수준 세기인 아주 약한 '무소음에 가까운' 초미풍으로 사용이 가능하다. 아기가 있거나 잠을 잘 때, 또는 장기간 선풍기를 사용할 때 등 바람이 부담스러운 경우 특히 만족도가 높다. 또 하나의 장점은 AC 선풍기 대비 다양한 바람 모드가 탑재되어 있는 것이다. 대표적으로 자연풍과 수면풍이 있는데, 자연풍은 바람의 세기가 시시각각 변하는 모드로 변화무쌍한 자연바람을 재현한 기능이다. 다만, 초미풍 대비 활용도는 떨어지는 편이다. 수면풍은 작동 후 일정 시간이 지나면 단계적으로 풍량을 낮추어 최종 1단에서 유지되도록 하는 모드이다. 취침 시 유용하며, 자연풍처럼 개인에 따라 활용 및 만족도에 차이가 있다. 그리고 다양한 부가기능을 탑재한 선풍기가 늘어나고 있어, 온도를 감지하여 자동으로 풍량을 조절하는 인공지능 모드, 스마트폰 제어, 상하좌우 입체 회전 등 다양한 부가기능이 있다. 다만, BLDC 선풍기는 최대 출력이 작기 때문에 기존 AC모터 선풍기의 강풍을 즐겨 사용했다면 시원하지 않다고 느낄 수 있다.[10]
서큘레이터와 차이
선풍기와 서큘레이터가 외관상 차이가 없기 때문에 똑같다고 생각할 수 있지만, 둘은 분명한 차이가 있다. 선풍기의 경우 넓고 짧은 바람을 보내기에 효율적이며, 서큘레이터는 좁고 멀리 바람을 보내기에 적합하다. 서큘레이터의 날개는 더욱 각진 모양으로 더 많은 공기를 모은다. 반면 선풍기의 날개는 좀 더 둥근 모양으로 바람을 잘게 쪼개 부드러운 느낌을 주는 데 초점이 맞춰져 있다. 뿐만 아니라, 서큘레이터는 일반 선풍기보다 날개가 훨씬 많이 기울어져 비틀린 형태로, 후면의 공기를 최대한 많이 끌어 모으기 위한 구조이다. 둥근 원통형 모양의 몸통과 나선형으로 생긴 안전망도 서큘레이터의 특징이다. 일반 선풍기보다 긴 원통형의 구조는 바람을 모아 공기 기둥을 만들어주며, 나선형의 그릴은 공기의 방향을 비틀어 회오리 모양으로 만든다. 덕분에 바람은 흩어지지 않고 직진하게 된다. 그래서 에어컨 밑에 선풍기를 놓으면 멀리 있는 사람보단 가까이 있는 사람이 시원해지고, 서큘레이터를 놓는다면 에어컨 바람을 멀리까지 보낼 수 있기 때문에 다른방까지 시원하게 이용할 수 있다. 보통 서큘레이터를 사용하는 주요 목적은 냉기 확산과 환기이기 때문에, 이러한 목적을 활용하여 에어컨, 공기청정기, 가습기, 제습기와 함께 사용하면 더욱 효율적이다. 그리고 애초에 선풍기는 사람에게 바람을 보내는 용도로 설계되었고, 서큘레이터는 내부 공기 순환을 위한 목적에 최적화되어 있다. 그렇기 때문에 선풍기와 대비하여 서큘레이터 바람이 사람에게 향할 경우, 강한 직진성 바람이 불편하게 느껴질 수 있으며 귀에 거슬리는 수준의 큰 소음이 발생하기 때문에 선풍기 대체용으로는 부적합한 부분이 있다.[11][12]
각주
- ↑ 〈선풍기〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 2.0 2.1 〈선풍기〉, 《위키백과》
- ↑ 감탄시대, 〈(재미있는 발명이야기) 선풍기〉, 《감탄시대》, 2018-08-07
- ↑ 잭 챌리너, 〈선풍기〉, 《죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001》, 2010-01-20
- ↑ 황계식 기자, 〈선풍기 원리로 알아낸 시원한 활용법 (우리가 몰랐던 과학 이야기)(302)〉, 《세계일보》, 2023-07-03
- ↑ LEE, 〈선풍기의 바람이 왜 앞으로만 불까? 선풍기 원리편1〉, 《리작가야》, 2023-08-18
- ↑ 7.0 7.1 〈선풍기〉, 《나무위키》
- ↑ 〈선풍기 날개 수 많을 수록 좋다?〉, 《노써치》
- ↑ 11번가, 〈빨라진 더위 대비, 이 선풍기면 끝!〉, 《11번가》, 2023-04-10
- ↑ 〈요즘 대세라는 BLDC 선풍기! 인기 이유 3가지〉, 《노써치》
- ↑ 〈선풍기 종류, 서큘레이터와 차이점에 대해 알아보자!〉, 《하이마트》
- ↑ 〈선풍기? 서큘레이터? 차이점 깔끔하게 정리!〉, 《노써치》
참고자료
- 〈선풍기〉, 《위키백과》
- 〈선풍기〉, 《나무위키》
- 〈선풍기〉, 《네이버 지식백과》
- 잭 챌리너, 〈선풍기〉, 《죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001》, 2010-01-20
- 〈선풍기 종류, 서큘레이터와 차이점에 대해 알아보자!〉, 《하이마트》
- 〈요즘 대세라는 BLDC 선풍기! 인기 이유 3가지〉, 《노써치》
- 〈선풍기 날개 수 많을 수록 좋다?〉, 《노써치》
- 〈선풍기? 서큘레이터? 차이점 깔끔하게 정리!〉, 《노써치》
- 감탄시대, 〈(재미있는 발명이야기) 선풍기〉, 《감탄시대》, 2018-08-07
- 11번가, 〈빨라진 더위 대비, 이 선풍기면 끝!〉, 《11번가》, 2023-04-10
- 황계식 기자, 〈선풍기 원리로 알아낸 시원한 활용법 (우리가 몰랐던 과학 이야기)(302)〉, 《세계일보》, 2023-07-03
- LEE, 〈선풍기의 바람이 왜 앞으로만 불까? 선풍기 원리편1〉, 《리작가야》, 2023-08-18
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