여름철 필수품, 에어컨의 원리는 무엇인가요?

에어컨이 없었다면, 인류는 지금과 같은 문명을 이뤄내지 못했을지도 모릅니다. 당장 무더운 여름철 밀폐된 극장에서 영화를 보는 일은 상상도 할 수 없겠죠? 여름철, 열기를 뿜어내는 아스팔트 위를 달리는 자동차와 지하철, 비행기 모두 찜통이 될 수밖에 없습니다. 아마도 이런 교통수단을 이용하는 일 자체가 끔찍한 일이 될 것입니다.

조금 더 멀리 살펴볼까요? 에어컨이 없었다면 인류가 살 수 있는 지역은 지금보다 훨씬 줄어들었을 겁니다. 페르시아만 지역이나 라스베이거스처럼 무더운 지역에 도시를 만드는 일은 상상 속에서나 가능한 일이 됐을 테니까요. 무엇보다 열사병 등 각종 질병으로 인한 피해도 빼놓을 수 없겠죠?

▲에어컨은 인류에게 꼭 필요한 필수가전이 된 지 오래입니다.

💧에어컨의 나이는 올해로 120살이래요!

그렇다면, 인류를 무더위로부터 자유롭게 만들어 준 에어컨은 누가, 언제 만들었을까요? 에어컨의 역사는 길지 않습니다. 120년 전, 미국의 윌리스 캐리어(1876-1950)가 전기를 사용하는 최초의 에어컨을 발명하는 데 성공했습니다. 불과 그의 나이 25세 때의 일이었습니다.

당시 캐리어는 난방기와 송풍기를 만드는 제철소에서 일을 했어요. 그러던 중 한 잡지사로부터 의뢰를 받게 됩니다. 습기와 무더위로 인해 한여름에는 제대로 인쇄를 할 수 없다며 도움을 청한 것이었죠.

“우리 회사는 해변가에 있습니다. 여름철 바닷바람이 불 때면, 종이가 더위와 습기를 머금어 변형되기 일쑤입니다. 이 종이로는 제대로 인쇄를 할 수 없어요. 송풍기를 만드는 회사라면 해결방법을 찾아줄 수 있지 않을까 싶은데요. 혹시 해법이 없을까요?”

끊임없이 불어오는 여름철 바닷바람과 습기를 막을 묘수를 찾기는 쉽지 않았어요. 하지만 겨울에는 이러한 문제가 없다는 것을 알게 됐죠. ‘공기를 뜨겁게 하는 난방기의 원리를 반대로 이용하면 되지 않을까?’ 

▲아무리 덥더라도 적정 온도를 지켜야 에너지를 아끼고 건강도 지킬 수 있어요.

💧난방기가 에어컨의 아버지라고요?

캐리어의 역발상은 이러했습니다. 난방기의 원리를 반대로 이용하면 온도와 습도를 낮출 수 있을 것이라고 본 것이죠. ‘코일을 달군 후 공기를 통과시키면 뜨거운 공기가 나오는 것처럼, 차가운 코일에 공기를 통과시키면 온도와 습도를 떨어트릴 수 있을 거야.’ 

▲에어컨 아이디어는 난방기의 원리에서 출발했어요!

결론부터 밝힌다면 이러한 캐리어의 판단은 적중했습니다. 에어컨이 온도를 낮추는 기능뿐만 아니라, 제습 기능까지 갖출 수 있게 된 배경이랍니다. 이제 남은 문제는 차가운 코일을 만드는 방법을 찾는 것이었습니다. 어느 날 캐리어는 안개 낀 기차역을 지나면서 다른 곳보다 춥다는 사실을 깨달았어요. 안개가 온도와 습도를 낮추는 원리를 에어컨에 적극 활용했죠.

그리고 1902년 7월 17일, 마침내 잡지사는 무더위와 습기로부터 종이를 지켜줄 3톤짜리 기계를 갖게 됐고, 인류는 에어컨 기술을 습득하게 됐습니다. 이 소문이 나자, 습기로 고민하던 직물 공장 등이 에어컨 제작을 의뢰하기 시작했답니다.

이후 캐리어는 1906년 ‘공기조절설비’에 대한 특허를 취득하고 1915년 6명의 친구들과 함께 자신의 이름을 딴 캐리어 엔지니어링(Carrier Engineering Company)이라는 회사를 설립했습니다. 이를 기점으로 에어컨 보급이 본격화됐죠.

하지만 1920년대 초창기만 해도 에어컨은 워낙 크기가 크고 고가의 제품이라 일반 가정보다는 극장이나 백화점 등에 우선 설치됐습니다. 일반 가정에는 1950년대부터 미국을 중심으로 보급되기 시작했어요.

▲에어컨 실외기는 냉매를 기체에서 액체로 만드는 역할을 해요.

💧무더위를 식혀주는 에어컨의 원리는? 

액체에서 기체가 될 때, 주위의 열을 빼앗아가면서 주변이 시원해지는데요. 분무기를 뿌리면 피부에 직접 물이 닿지 않아도 시원함을 느끼게 되는 것과 같은 원리죠. 즉, 에어컨은 액체 냉매를 기체로 만들면서 주변 온도를 낮추는 시스템입니다.

혹시 에어컨 가스가 떨어졌다는 말을 들어본 적이 있나요? 에어컨에는 우리가 흔히 ‘가스’라고 부르는 냉매가 있습니다. 기체 상태인 냉매는 에어컨 실외기인 냉각팬을 통과하면서 액체가 됩니다. 

이후 좁은 입구를 거쳐 넓은 통로로 이어진 팽창밸브를 지나면서 액체화된 냉매는 마치 분수처럼 뿜어져 나오며 순식간에 기체로 변합니다. 액체에서 기체로 바뀐 냉매는 주변의 열을 빼앗아 가게 되고, 이 공기를 에어컨이 내뿜으면서 우리는 시원한 바람을 맞게 되는 것이랍니다.