세탁기의 원리 _ 깨끗한 빨래

[도현]

조선시대 화가 김홍도와 근현대 화가 박수근의 작품 ‘빨래터’에서는 빨래하는 여인들의 모습을 볼 수 있다. 빨래는 우리의 할머니, 어머니의 생활의 일부분이었고 마음에 담긴 한을 풀 수 있었으며 마음의 때를 씻을 수 있었기에 화폭에 담았으리라. 매일 쏟아져 나오는 가족들의 빨래는 주요한 가사일 중의 하나이고 주부들에겐 너무나 힘겨운 노동이었다. 이 힘겨운 빨래를 쉽게 해줄 수 있도록 전기세탁기가 등장하게 되었고, 이제는 세탁기가 단순히 빨래하는 기계를 넘어 하나의 인테리어로 자리 잡게 되었다.

세탁기의 역사

세계 최초의 세탁기는 명확하지 않으나, 현대적 개념의 세탁기의 시초는 1851년 미국의 제임스 킹이 발명한 실린더식 세탁기이다. 이 세탁기는 전동기를 주동력으로 하고, 물과 세제의 작용 및 물리적 힘에 의해 세탁과 헹굼, 탈수 과정이 이루어진다. 이후 1874년 월리엄 블랙스톤이 자기 부인의 생일 선물로 손으로 돌리는 세탁기를 고안했으며, 1908년 아버 피셔가 전기모터가 달린 드럼통 세탁기를 발명하였는데, 이것이 오늘날 드럼세탁기의 원조가 된다. 1911년 미국의 가전업체 메이택이 판매 가능한 전기세탁기를 처음으로 고안하고, 이후 월풀 회사가 자동세탁기를 만들어 바야흐로 전기세탁기의 시대가 열리게 된다. 우리나라에서 생산된 최초의 세탁기는 1960년대 후반으로 알려져 있다.

1910년 세탁기 광고로 손빨래로부터 해방되어 시간과 노동력을 줄일 수 있으며 그로 인해 기쁜 하루를 갖게 된다는 내용을 담고 있다. 세탁기의 등장으로 힘겨운 노동이었던 빨래를 쉽게 할 수 있게 되었다. <출처: wikipedia>

세탁기는 어떻게 빨래를 할까?

전기세탁기는 동력장치인 전동기와 빨래에 에너지를 전달하는 기계부, 세탁과정을 조정하는 제어부(조작판), 그리고 물을 넣고 빼는 급수장치와 배수장치들로 이루어져 있다. 세탁기의 종류는 세탁의 기능에 따라 세탁, 헹굼, 탈수를 하나의 통에서 전자동으로 수행하는 전자동세탁기, 세탁과 헹굼을 하는 통과 탈수를 하는 통이 나뉘어져 있는 2조식 세탁기, 세탁기의 드럼이 회전하면서 세탁하는 드럼세탁기 등으로 나눌 수 있다. 또한 세탁 방식에 따라 분류할 수도 있는데 밑 부분에 있는 회전날개가 회전하면서 형성되는 물살을 이용하는 펄세이터식(pulsator type, 회전빨래판식), 세탁통 중앙에 회전날개가 달린 세탁봉이 회전해 세탁하는 방식인 아지테이터식(agitator type, 봉세탁식), 드럼을 회전시켜 드럼 내에서 세탁물이 떨어지는 힘을 이용해 세탁하는 방식인 드럼식(drum type, 원통형식)으로 분류된다. 여기에서는 우리나라 가정에서 일반적으로 사용하고 있는 전자동세탁기(펄세이터식)에 대하여 알아보도록 한다.

세탁기의 구조

수돗가에서 빨래를 한다고 하자. 손으로 빨래하는 과정을 보면 빨래를 물에 담근 후 비누를 칠한다. 그 다음, 손으로 비비거나 빨래 방망이로 두드리고 헹군다. 마지막으로 빨래를 꼭 짠 후 빨랫줄에 넌다. 이러한 과정은 세탁기에도 그대로 적용되는 데 마이컴 에 입력된 프로그램에 따라 전자동으로 이루어진다.

전자동세탁기는 빨랫감을 넣고 전원 스위치를 누르면 물이 들어오기 전에 2∼3회 공회전한다. 이는 발전기의 역할을 하는 센서가 전압의 차이로 회전저항을 알아내어 빨래의 양을 감지하기 위해서이다. 빨래의 양을 감지하면 전자석으로 된 급수밸브에 전원이 켜지면서 전자석을 당기면 물을 막고 있던 판이 당겨져 물이 들어온다. 이때 수위를 감지하는 수위센서가 세탁에 필요한 만큼 물의 양이 들어오면 이 정보를 마이콤에 전달하여 급수밸브의 전원이 차단되고  세탁이 시작된다. 세탁이 시작되면 세탁조 아래에 있는 날개(펄세이터)가 좌우로 회전하면서 강한 물살이 생기고, 이 물살의 마찰에 의해 세탁이 이루어진다. 세탁이 끝나면 헹굼을 위한 배수가 시작되고, 배수모터가 작동하여 세탁조의 물을 밖으로 내보낸다. 마이컴에 입력된 프로그램에 따라 헹굼과 배수과정을 되풀이 한다. 헹굼과 배수 과정이 끝나면 탈수과정이 시작된다. 탈수조가 고속으로 회전하면 원심력 에 의해 빨래의 탈수가 이루어진다.

점점 가정에 많이 보급되는 드럼세탁기

드럼형 세탁기는 옷의 손상이 적고 물을 적게 사용할 수 있는 장점이 있는 반면 세탁 시간이 오래 걸리고 소음이 크다는 단점이 있다. <출처: NGD>

펄세이터식 세탁기와 아지테이터식 세탁기는 짧은 시간 동안 세탁할 수 있어 세척력은 우수하나 세탁물이 엉키고 삶을 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결한 것이 드럼세탁기이다. 일반적으로 세탁할 때에는 옷을 비벼 때를 분리해낸다. 드럼세탁기는 전기세탁기의 원리에 덧붙여 드럼의 안쪽에 물, 세제, 빨래를 넣고 회전시켜 빨래가 돌출부에 의해 올라갔다가 떨어지는 힘을 이용하여 세탁을 하게 된다. 이 방식은 옷끼리 서로 마찰이 일어나는 경우가 적어 빨래의 손상이 거의 없고, 옷이 바닥에 부딪힐 때만 물이 필요하기 때문에 물을 적게 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한 물을 데워 빨랫감을 삶아 찌든 때를 쉽게 제거할 수 있으며 건조 기능을 추가할 수 있다. 그러나 세척력이 약하고 전기 히터를 사용하여 물을 데워줘야 하므로 전기소모가 많다. 또한 세탁 시간이 오래 걸리고 소음이 크다는 단점이 있어 최근에는 이러한 단점을 조금씩 개선한 제품이 나오고 있다.

물 없이도 빨래하는 세탁기

세탁기는 펄세이터식, 아지테이터식, 드럼식 이외에도 기계적 충격으로 진동판을 진동시키는 진동식 세탁기, 전기적으로 진동자를 발진시키는 초음파세탁기, 고압펌프를 이용한 수압식 세탁기 등이 있으며, 세탁소에서 사용되는 드라이클리닝용 세탁기가 있다. 드라이클리닝용 세탁기는 보통의 세탁기와는 달리 물을 사용하지 않고 드라이클리닝용으로 만들어진 석유계 용제나 과클로로에틸렌 등을 이용하여 세척을 하므로 건식세탁기로 구분된다. 물세탁 시 의복의 형태가 손상 및 변형되기 쉬운 모직물이나 견직물 제품에 주로 이용된다.

세탁소에서 사용하는 드라이클리닝용 세탁기 이외에 물 없이 빨래하는 세탁기는 없을까? 이 세탁기가 바로 스팀세탁기이다. 고농도의 세제수와 98℃ 고온의 스팀(수증기)을 분사해 세제수로 세탁물을 적시고 스팀으로 때를 불려 깨끗이 세탁할 수 있다. 즉 스팀과 열풍만으로 구김과 냄새를 제거할 수 있다. 이 세탁 방식은 스팀을 이용해 세탁력이 향상될 뿐만 아니라 물과 전기가 많이 절약된다고 한다. 세탁을 물로만 하는 것이 아니라 스팀으로도 할 수 있어 물 절약, 전기절약 등 에너지 절약에 큰 역할을 할 수 있다.

또한, 최근에는 무세제 세탁기가 등장하고 있다. 무세제 세탁기의 원리는 물을 전기분해하여 물의 성질을 변화시킨다. 물에 전해질 탄산나트륨을 넣으면 물이 전기분해되어 물보다 작은 이온들이 생성되어 이 이온들이 오염물질을 분해하거나 살균하여 세탁이 된다. 세제를 사용하지 않아 환경보호에 안성맞춤이다.

참고문헌 : 김형자, [과학에 둘러싸인 하루],(살림출판사, 2008), 일본화학회, [일상생활에서 과학을 보다],(한티미디어, 2009)

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1. 마이컴

   마이컴은 마이크로컴퓨터의 줄인 말로 쓰이며 마이크로프로세서와 메모리를 하나의 IC(집적회로)로 합친 것을 말한다.

2. 원심력

   원운동을 하고 있는 물체에 나타나는 관성력이며 구심력과 크기가 같고 방향은 반대이다. 운동하고 있는 물체와 함께 있는 사람은 힘이 작용한다고 느끼지만 실제로 존재하는 힘은 아니다.

글 임병욱 / 부천북고등학교 교사, 서울과학교사모임

서울과학교사 모임은 딱딱한 과학수업을 재미있게 풀기 위해 모인 수도권 지역 과학선생님들의 모임이다. 재미있는 과학 교육을 위해 [묻고 답하는 과학 톡톡 카페1,2], [숨은 과학] 등을 출간하였다.

발행일  2010.10.18

그림 곽윤환 / 일러스트레이터

전남 진도 출생으로 홍익대학교 미술교육원에서 수묵화를 전공하고 만화, 일러스트 작가로 활동 중이다. 최근에는 동화, 교과서 삽화 등을 그리고 있으며 한국교육과정평가원의 삽화팀을 맡고 있다. http://blog.naver.com/redeye21c