1910년대 제빙 시설이 보존된 네모어 멘션 박물관 (Wilmington, Delaware)

[손영인]

네모어 멘션 지하실에 있는 기계실은 알프레드 두퐁(Alrred duPont)이 가장 좋아했던 공간이었다. 여기는 기계로 구동되고 제어되는 멘션의 전기, 제빙, 배관 시설등이 영구 보존되어 있는 곳이다.  Alfred duPont는 Nemours의 기계 설비의 계획, 설치 및 운영에 밀접하게 관여했다. Alfred는 세계적으로 유명한 과학 인재를 길러내는 미국의 Massachusetts Instrutre of Technology (MIT) 대학에 다녔고, 그 당시 세계에서 가장 많은 발명을 남겼고, 제너럭 일랙트릭 (GE)을 창립한 전기 발명가, 토마스 에디슨 (Thomas Edison)과 서신을  교환했는데, 이는 자신의 전기 작업에 대한 그의 지식에 큰 영향을 미쳤다.

공공 유틸리티( A public utility) 또는 사내 발전기(in house generator)에서 전력(electric)을 분배(distributied)하는 분할 제어 패널 배전반(Control panel switchboard) 이 당시에도 있었다.

경유를 연로로 하는 전기 발전 시설 과 물을 여과하는 필터링 탱크 그리고 암모니아 냉동 압축기도 보인다.

디젤엔진 발전기로 전력을 생산하여 암모니아 냉동시설의 제빙기, 난방시설에 필요한 펌프 모터등에 공급하고 멘션의 객실에 필요한 전력을 공급하는 중추적 역활을 했다.

암모니아 냉동기에서 냉매를 압축하는 압축기(Compressor) 2대가 설치되어 얼음을 생산하는 제빙기의 냉동시스템을 작동시켰다. 

110년전 1910년, 네모어 멘션(Nemours Mansion) 지하실에 설치되었던 냉동기(Refrigeration System)는 암모니아 냉매를 사용하여 중형 박스타입의 컨테이너 얼음(Ice)을 생산했다. 냉동기의 기본 구조는 압축기(Compressor), 응축기(Condenser), 팽창변(Expansion Valve), 증발기(Evaporator) 등의 4 사이클이 있다. 예전이나 지금이나 냉동의 기본 구조는 변함이 없다. 그러나 그동안 과학이 발전됨에 따라 소음이 적고 열효율이 훨씬 좋은 기계장치에 각종 계기와 제어장치, 센서(Senser), 특히 암모니아 냉동 시스템에 있는 오일분리기(Oil Separator), 액분리기(Accumulator), 높은 압력제어(High Pressure Controller), 낮은 압력(Low Pressure Controller), 윤활류 압력 조절기(Oil Pressure Controller) 와 각종 필요한 온도조절 센서(temperature control Senser), 압력 센서(Pressure sensor)등, 안전장치(safety equipments)가 보강되었으며 15년 전부터는 모든 냉동 기계시스템을 컴푸터 데이트와 그래픽을 에니메이션으로 전환시켜 기계시스템의 자동 작동및 운전을 실시간 컴푸터 마니터링 하게 되었다.

 NH3는 냉매, 용매, 소독세정제로 이용되고 합성수지 제조 등 화학공업의 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 가정용 냉동기에는 암모니아 냉매를 사용하지 않는다.  냉동기 배관 장치에 누수가 있을 경우, 암모니아(NH3) 가스로 말미암은 호흡곤란으로 인간이 사망할수 있는 위험하고 독극성있는 물질이기 때문이다.

지구 대기권 바로위에 있는 오존층 파괴 문제(Ozone Depletion Issue)로 R-11 (저압용 냉매), R-12(가정용 냉장고, 자동차), R-500, 등의 냉매는 1982년, 세계 82개국의 케나다 폰트리얼 프로토콜 협의에 의하여 1999년 이전에 단계적 폐쇄되어 R-134 혹은 R-600a 등으로 대체되었다. 그 이후 2025년에 폐쇄될 예정이던 가정용 에어컨 냉매로 쓰였던 R-22는 과학자의 피나는 노력으로 오존을 파과하지 않는 대체 냉매가 발명이되어 R-22 냉매는 5년전에 단계적 폐쇄되어 R-410 냉매로 교체되었다.

R-410 냉매는 기존 냉매와 달리 위험한 고온 고압의 냉매이므로 평소에 응축기 코일을 물로 씻어 공기가 잘 통하도록 하는 기계 보전이 중요하다. 불 충분한 보전(Maintenance)으로 압축기에 부하가 많이 붙어 기계가 문제가 생긴다면 금전적으로 상상하지 못할 만큼 부담을 갖게 됨을 명심해야 한다.

그래서 새로운 냉매의 장점은 오존층에 영향을 끼치지 않는다는 점이다. 그러나 단점도 있다. 열효율 저화와 냉매자체가 오일과 융화가 잘 되지않아 냉동기 시스템 네에 문제가 생기게 되며, 누수가 있는 경우 시스템 자체네에 있는 냉매를 모두 Recovery Machine 으로 빼낸 후 새로운 냉매로 교체해야 한다. 그 이유는 냉매는 3종류의 각각 다른 화학물질이 혼합되어 만들었기 때문에 어떤 화학물질이 더 많이 누수가 되었는지 냉매 자체의 균형을 알수가 없기 때문이다.  암모니아 냉매 의 냉동기 기계 운전을 담당하는 기술자는 암모니아 가스 누수의 위험성을 항상 안고 근무한다. 그래서 만일을 대비하여 방독면을 소지하고 배관 시설의 파괴 문제로 위험성이 따를 경우 암모니아 가스를 물 대포를 사용하여 암모니아 수로 제거하는 방법이 최선의 선택이다. 특히 부산등 항구에 있는 수산, 대한냉동 공장등은 대 규모의 냉동시설이 암모니아 냉매를 사용하여 증발기내의 실 온도를 영하 33도로 쉽게 유지할 수 있는 냉동 효율이 있으며 비상시에는 바닷물을 사용하여 암모니아 가스를 제거 할수 있기 때문이다.

병입실(Bottling Room), 자연 샘물을 펌프(Natural Spring Water Pump)로 급수탑(Water Tower)으로 채운후 정수 시스템을 거처 개인용으로 마실수 있는 물병을 만드는 장치이다. 

네모어 이스테이트(Nemour Estate)에 있는 천연 샘(Natural Springs)은 펌프 하우스로 전환되어 급수탑으로 펌핑되었다. 이 타워에는 실내 배관에 사용되는18,000갤런의 물이 들어 있었고 개인 소비용으로 병에 담았다. 병을 채우기 위해 직원은 먼저 기계식 병 브러시를 사용하여 방수 사이프러스가 늘어선 세면대에서 병을 씻어야 했다. 병은 유리를 소독하기 위한 것이었다. 정수기에는 병을 채울 준비가 된 여과된 물이 들어 있다. 탄산수는 탄산수 챔버를 통해 물을 배관하여 만들었다. 마지막으로 병은 Estate의 자체 로고인 "Nemours Silver Spring"으로 캡을 씌웠다. 속성에 있는 샘 중 하나의 이름을 따서 명명되었다.

제빙 시설의 암모니아 순환 펌프 

건물 곳곳에 설치된 진공 청소기를 진공상태로 만드는 역활을 하는 진공 펌프

얼음을 만드는 제빙기,  이곳은 110년 전의 시설이지만 현재 시중에서 판매되고 있는 대형 얼음도 꼭 같은 방법으로 생산이 된다.

제빙 시설의 중형 얼음 생산구조를 그래픽으로 그려보았습니다.  제빙기의 구조는 1910년대를 비교해 보면 지금도 같은 구조입니다. 그러나 얼음을 운반하는 크레인등은 최신식 자동 시스템이겠지요. 

1940년대까지 대부분의 사람들은 아이스박스 안에서 음식을 식히기 위해 얼음을 구입했다. 냉동고와 냉장고는 크고 비쌌다. 공간과 돈을 모두 가진 Alfred duPont은 Nemours Mansion이 1910년에 지어질 때 제빙 공장을 설치했다.  여기에서 볼 수 있는 큰 탱크에는 코일 파이프가 늘어서 있고 25개의 챔버가 장착되어 있다. 여기에는 소금물이 어는 지점인 화씨 28도(섭씨 3.3도) 바로 위에 유지되는 소금물(염수) 욕조가 있다. 일반 물은 화씨 32도(섭씨 0도)에서 얼어붙는다. 얼음을 만들기 위해 직사각형 캐니스터 몰드에 샘물을 채우고 챔버 내부에 배치했다. 냉각 액체 암모니아는 옆에 있는 기계실에서 펌핑되어 코일을 통해 흐르고 챔버 몰드의 물을 빠르게 제거했다. 노동자들은 집게를 사용하여 30파운드의 얼음 덩어리를 들어 올려 Butler's Pantry 근처의 아이스박스 위층으로 가져갔다. 1930년대 초 General Motors와 DuPont이 Freon을 도입한 후 Alfred는 아이스박스를 냉장고로 바꿨다.

자연 스프링 샘물을 끌어올려 필트링하는 Water filer tanks, 이곳을 통과한 맑은 물은 외부에 있는 Water tower에 저장되며 동시에 네모어 멘션의 객실에도 공급이 된다. 

소방 시설 

파이프가 없는 것으로 보여 소각시설로 보인다.  

난방 시설 보일러 및 온수 저장및 공급 탱크

Air compressor (압축 에어)

각종 계기 및 expansion tank

네모어 멘션을 새롭게 보수할때,  설치된 열 효율이 좋은 온수 보일러(Energy efficient Hot Water Boiler) "웨일 멕네인" 보일러는 미국의 대부분의 K12 학교등 공공건물에 설치되어 있다. 온수 보일러로써 주로 온수 온도는 화씨 120- 180도 사이를 유지하며, 바깥온도의 높고 낮음에 따라 자동으로 버너 건트롤(Burner Modulator Controller)이 On/Off 하며 보일러 온수의 온도를 조절한다. 예를 들면, 바깥온도(Outside Temperature)가 높을수록 온수 온도는 내려가며 바깥온도가 낮을수록 온수의 온도는 높아진다.  미국의 대부분의 열 효율이 좋은 자동 보일러는 아래와 같은 "Outside Temperature & Hot Water Temperature Reset Schedule" 을 적용하여 운전에 필요한 프로그램밍에 설계하여 운전한다.

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바깥온도 화씨 60도 이상 -  온수 온도 화씨 120도 유지

                   30도        -                      140도 유지

                     0도 미만 -                      180도 유지

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글/사진/그래픽   손영인