35년 지난 선풍기와 최신 선풍기 이야기

[가는 님아]

35년이 지난 선풍기입니다.

선풍기 구입 당시는 한 가정에 한대정도 쓰고 있을 정도로 귀한 가전제품 이었습니다. 요즘 방마다 한대씩 두고 쓰거나 에어컨을 설치하는 세태와 비교해 보면 크게 격세지감을 느끼게 됩니다.

1984년 초여름에 구입했으니까 35년이 지난 오래된 선풍기입니다, 오래되었지만 잘돌아가며 요즘것 보다 품위있어 보이고 더 시원한것 같습니다. 최근 각도조절을 정밀하게 손보다가 아쉽게 건드려 놨지만 다른 부분은 잘 작동되고 있습니다.

선풍기는 1800년 중반 태엽을 감아 선풍기 날개를 돌려 바람을 쐬기 시작한 것이 원초라고 합니다. 이후 추에 줄을 매서 축에 돌려 감아 회전력을 이용하였다고 하며 전기선풍기는1882년에 발명되었다고 합니다.

이때부터 수동이 아닌 선풍기로 발전하여 현재는 날개 없는 선풍기 에어멀티플라이어(Air Multiplier)에 이르게 되었나 봅니다.

선풍기를 오래 쓰려면 외형적으로 변형이나 파손이 없도록 보존을 잘해야 겠지만

전기제품이므로 습기를 피해서 보관을 해야겠지요. 그리고 환경에 따라 다르겠지만 (1) 적어도 몇년에 한번씩 선풍기 모터 커버를 벗겨 먼지를 제거 해야 발열에 방해가 되지 않고 혹시 모를 전기화재를 예방 할 수 있다고 봅니다. 작업시는 전원코드는 뽑아 두고 해야죠. (2) 또 베아링부분에 윤활유를 주기적으로 넣어 줘야 합니다. 기어부분에는 구리스를 교체 공급 해 줍니다. (3) 혹 다른 고장없이 점점 늦게 돌아 가면 기동용콘덴서를 교체합니다.

선풍기에 모터기동콘덴서의 역활은 교류전류의 위상차를 발생시켜 선풍기 모터의 회전자기장을 만들어 구동하게 한다고 합니다. 이 콘덴서가 고장나면 회전이 약하거나 회전이 안되겠죠. 이 기동용콘덴서는 모터에 따라 1.5mf~3.5mf 450VAC 60Hz 를 사용합니다.

위 그림은 비교적 오래된 선풍기의 전해(?)콘덴서이고 아래 그림은 최근 선풍기에 사용되는 사각수지콘덴서 입니다.

자가 손수 교체시는 장착된 콘덴서와 같은 용량의 것을 인터넷에서 구입하여야 하며 꼭 전원코드를 뽑아 놓고 작업을 해야 합니다.

그런데 선풍기 종류가 궁금해집니다.

기능별이 아니고 모타의 종류에 따라 크게 나누면

일반선풍기 (일명 유도전동기 선풍기)와 DC모터선풍기 그리고 DC선풍기에 일종인 BLDC선풍기로 구분할 수있겠습니다. 에어멀티플라이어 선풍기는 일반선풍기로서 날개없는 선풍기입니다. 모터 기준으로 구분할 때 말입니다.

그럼 일반선풍기와 요즘 인기있는 BLDC(brushless direct current motor)를 비교 해 보겠습니다.

일반모터의 선풍기는 AC 60Hz를전원으로 하여 고정자 권선에 흐르는 교류전류에 의해 발생하는 회전자기장과 로터부에 발생하는 유도하는 전류와의 상호작용에 의해 생기는 회전력을 이용하는 데 속도조절은 권선(감은 전선)횟수를 여러개로 변하게 하여 즉 권선수를 증감시킴에 따라 되는 것이죠. 모터 커버를 벗겨 보면 도는 중심축(회전자)에는 코일이 안 감겨 있고 외곽(고정자)에 둘러싼 여러개의 코일을 볼 수 있으며 여기에 여러선이 연결되어 있음을 보게 됩니다. 그러니까 유도전동기는 속도조절을 코일이나 극수 조절로 하게 됩니다. 구태여 플레밍의 왼속법칙이나 자계의 백터 전류의 백터를 이해 못해도 어느정도 이해 하게 됩니다. 다른 방법인 인버터를 이용하여 전압의 증감으로 속도 조절하는 경우와는 좀 다르죠.

다음은 DC모타 입니다.

DC모터는 장난감용 모터를 보면 위의 일반전동기와 정반대로 로터부(회전부)에 코일이 감겨 있으며 전원은 교류가 아닌 직류가 공급되고 브러쉬가 있습니다.

BLDC 모터는 DC모터인데 부러쉬가 없는 모터 입니다.

따라서 교류인 가정용전원을 사용하려면 DC로 정류한 다음 필요한 주파수의 AC로 변환하여 모터를 구동하게 됩니다.

그래서 BLDC선풍기는 속도조절을 아주 저속으로 부터 점증적으로 여러 단계로 나누어 고속으로 증가 시킬 수가 있으며 전력소모 또한 점증하는데 비하여 일반선풍기는 속도 증가에 따른 권선의 증감에 따른 여러개의 선을 현실적으로 뽑아내는데 제한 되므로 3단 내지 4 단정도 조절하게 되어 있답니다. 전력소모는 BLDC선풍기에 비해 1단이나 4단이나 거의 비슷하지만 전력 소비량은 적어도 BDLC모터에 비해 3배이상 많이 소모합니다. BLDC선풍기는 전기를 일반선풍기에 비해 1/3이하로 쓴다고 하여 절약형이지만 TV와 같이 일반 전기제품처럼 전원코드를 뽑기전 까지는 대기소비전력이 소모되고 있으니까 가급적 안 쓸때는 코드를 뽑아 놓는게 좋겠습니다.

다음은 날개수에 따른 차잇점 입니다.

날갯수가 3~4개인 경우 바람속도는 강하고 풍량은 적어 멀리까지 가고

날갯수가 7개이상인 경우 바람속도는 약하고 풍량은 많아 부드럽다 합니다.

이상은 날개수에 따른 상대적인 비교 겠죠.

요즘 고가이면서 아이들에게 안전하며 원리 이해가 잘 안되는 날개 없는 선풍기에 대해 이야기 해봅니다.

2009년에 다이슨 회사가 개발했다는 다이슨 날개없는 선풍기가 예가 됩니다.

날개없이 바람이 일어나는 수단(?)을 알려면 우선 베르누이 원리를 이해하면 됩니다.

바람은 쉽게 말해 공기의 이동이겠죠.

선풍기 처럼 날개가 연속적으로 공기를 끊어 밀어 이동시키는 방법이 아닌 기압의 차이로 이동되는 한 방법이라고 생각되는 베르누이 원리는 공기나 물같은 유체가 빠른 속도로 흐르면 압력이 작아지고 느린 속력으로 흐르면 압력이커 진다는 것 입니다. 이 원리를 이용하여 비행기가 뜨는 경우를 예를 들어 봅니다. 비행기 날개 위면은 불룩하고 아랫면은 평평하여 동시에 바람이 불면 윗면은 불룩하여 공기 속도가 빨라 기압이 낮아지고 아랫면은 평평하여 기압이 높아지게 됩니다. 아래에서 위로 힘이 작용(양력)하게 된다고 합니다. 바로 이 원리를 이용하여 날개없이 바람을 불게 하는 선풍기 입니다.

날개 없는 선풍기를 보면 아래 원통안에 모터가 있어 (1) 외부 공기를 흡입하여 위의 속이 빈 고리모양의 통안으로 밀어 오려 보내게 형태를 하고 있다. 마치 나무 토막위에 큰 반지를 올려 놓은 형상 입니다.

(2) 아래에서 밀어준 속이 빈 고리형 안으로 올라온 공기는 약 88km/h 유속이 되어 고리형의 작은 틈으로 빠른 속력으로 분출 되며

(3)둥근 고리모양의 불룩한 안쪽면의 기압이 낮아지게 되어 고리형 주변 공기는 고리안쪽으로 유도 되면서 통과하는 강한 공기의 흐름이 생기게 된다고 합니다. 고리모양을 이루는 바깥면과 안쪽면은 약 1.3mm정도의 작은 틈을 사이에 두고 맞물려 있다고 합니다. (4) 통과하는 공기의 양은 밑의 모터에서 흡입한 공기의 양의 15배 정도 증가되어 바람이 생긴다고 합니다. 고리의 단면도는 비행기 날개의 단면도를 뒤집어 놓은 모양과 같습니다. 속빈 고리의 단면 윗쪽 바깥면은 비행기의 날개 윗면과 비슷하고 속빈 고리의 아래쪽 안쪽은 비행기의 날개의 아랫면처럼 평평하게 되어 있다고 합니다. (인터넷에서 날개없는 선풍기 원리에서 참고하여 썼는데 제대로 이해가 전달되었는지)