날개 없는 선풍기의 원리는?

날씨가 더워지고 많은 분들이 선풍기와 에어컨을 준비하고 계실 것 같습니다. 요즘 출시되는 선풍기는 과거와는 다르게 제품, 사양, 작동 방식 등 종류가 다양해져 선택의 폭이 매우 넓어졌는데요. 특히 기존에 우리가 알고 있던 선풍기와 에어서큘레이터, 날개 없는 선풍기를 두고 고민하는 분들이 많지요.

날개형 선풍기는 모터에 달린 날개로 강한 바람을 만드는 원리를 가지고 있습니다. 전원을 작동하면 모터 안의 코일에 전류가 흐르고, 자기장이 발생하면서 강한 운동에너지를 얻게 됩니다. 모터에는 날개가 연결되어 있어 바람을 일으키는 것인데요. 날개형 선풍기는 날개가 3~5개 달린 것이 대부분이며, 날개가 많은 수록 바람이 잘게 쪼개져 부드러워집니다.

에어서큘레이터 역시 모터에 달린 날개로 바람을 만들어 냅니다. 날개 있는 선풍기와 작동원리는 같지만, 에어서큘레이터는 ‘공기 순환’을 목적으로 만들어졌기 때문에 쓰임새가 서로 다릅니다. 선풍기는 바람이 사방으로 짧게 퍼지는 반면, 에어서큘레이터는 바람이 직선으로 뻗으며 멀리 퍼집니다. 강한 직선 바람을 사방으로 내뿜어 공기를 순환시키는 에어서큘레이터는 단독으로 사용하기보다는 에어컨과 함께 사용할 때 효과를 볼 수 있습니다.

이처럼 다양한 선풍기 중에서도 최근 많은 관심을 받고 있는 것은 날개 없는 선풍기입니다. 날개가 없기 때문에 아이들이 있는 가정에서 안전하게 사용할 수 있어 아기 선풍기라고 불리기도 하는데요. 날개 없는 선풍기는 날개가 없이 어떻게 바람을 만드는 걸까요?

‘바람’은 공기가 고기압에서 저기압으로 이동하며 일어나는 현상입니다. 날씨가 더울 때 부채질을 하면 시원하게 느껴지는 이유는 부채가 주변의 공기를 걷어내 저기압 상태를 만들고, 기압차이로 인해 공기가 움직이면서 바람이 생기기 때문입니다. 하지만 부채질을 하며 더위를 식히는 것은 우리 몸을 직접 움직이는 일이어서 다시 열이 나고 결국 힘이 들게 되지요. 

사람은 끊임없이 생각하고 아이디어를 떠올립니다. 우리의 선조는 직접 힘들이지 않아도 바람을 느낄 수 있도록 큰 부채를 천정에 매달아 시계추처럼 움직이게 했습니다. 이것이 바로 선풍기의 원조라고 할 수 있는데요. 우리가 흔히 알고 있는 선풍기가 처음 출시된 것은 1800년대 중반으로, 모터가 아닌 태엽을 감아서 선풍기의 날개를 움직이게 만들었다고 합니다.

흔히 ‘날개 없는 선풍기’는 조그만 기둥에 원형모양의 통이 달린 모습을 하고 있습니다. 이는 2009년 영국의 회사 다이슨이 개발해 처음으로 알려졌고, 본래 이름은 ‘에어 멀티플라이어’라고 합니다.

날개 없는 선풍기는 겉으로 보면 제품이 간단하게 구성돼 있어 그 원리에 대해 궁금한 분들이 많을 것 같은데요. 바람을 일으키는 선풍기의 날개는 실제로 없어진 것이 아니라 모터와 함께 원기둥 모양의 스탠드에 숨어 있습니다. 스탠드 안을 보면 ‘비행기의 제트 엔진’을 연상시키는 팬(날개)과 모터가 탑재돼 있습니다. 즉, 날개 없는 선풍기는 ‘제트엔진의 원리’를 이용해 공기를 끌어들이는 것입니다.

제트엔진은 추진력을 얻기 위해 팬을 회전시켜 필요한 공기를 빨아들입니다. 이와 같이 날개 없는 선풍기도 스탠드에 내장된 팬과 전기 모터를 작동하여 아래쪽으로 공기를 흡입합니다. 스탠드에서 공기를 빨아들인 뒤 둥근 고리 쪽으로 바람을 올려 보내는 방식으로 제작된 것입니다. 둥근 고리로 이동한 바람은 고리 사이 틈으로 빠져 나오고, 바람이 빠지면서 둥근 고리 안쪽과 선풍기 주변 공기의 압력 차이가 발생하게 됩니다. 이 때 둥근 고리 안쪽 압력이 낮아지면서 선풍기 주변공기가 빠른 속도로 둥근 고리를 통과하며 바람이 발생합니다.

둥근 고리의 단면은 속이 빈 비행기 날개의 모양을 하고 있습니다. 속이 빈 둥근 고리 내부로 밀려 올라간 공기는 고리의 구조적 특징 때문에 약 88km/h정도로 유속이 빨라지는데요. 이 빠른 속력의 공기가 빈 고리 내부의 작은 틈을 통해 빠져나오면서 둥근 고리 안쪽 면의 기압은 낮아지게 됩니다. 이 때문에 선풍기 고리 주변의 공기는 고리 안쪽으로 유도되어 고리를 통과하고, 강한 공기의 흐름을 만들어 내는 것입니다.

비행기가 날기 위해서는 공기가 비행기를 위로 밀어 올리는 힘이 필요합니다. 이 힘의 비밀은 비행기 날개 모양에 있다고 합니다. 비행기 날개는 윗면이 아랫면보다 불룩한 편입니다. 공기는 비행기의 평평한 아랫면보다 불룩한 윗면을 지나갈 때 속도가 더 빨라지는데요. 이 때 공기의 속도가 빠른 윗면은 기압이 낮아지고, 평평한 아랫면의 기압은 높아지게 됩니다. 앞서 말했듯 공기의 힘은 고기압에서 저기압으로 작용합니다. 비행기 날개 역시 기압이 높은 아래쪽에서 위로 힘이 작용하게 되고, 이로 인해 비행기는 뜰 수 있는 것입니다. 이를 ‘베르누이 원리’라고 하며, 이 원리를 이용해 날개 없는 선풍기가 탄생할 수 있었습니다. 

지금까지 날개 없는 선풍기에 대해 설명했는데요. 날개 없는 선풍기의 원리는 아래 동영상을 통해 조금 더 쉽게 알아볼 수 있습니다.

날개 없는 선풍기는 강한 직선 바람을 사방으로 내뿜어 공기를 순환시키는 것으로 에어컨과 같이 사용할 때 냉방 효과가 좋습니다. 또한 모터가 비교적 적은 양의 전력으로 작동하기 때문에 에너지 효율이 좋은 편이라고 할 수 있습니다. 이 외에도 날개 없는 선풍기의 장점은 많습니다. 고리와 모터가 분리되어 있기 때문에 보관이 용이하고, 청소도 비교적 간편합니다. 무엇보다 빠르게 회전하는 날개가 없어 아이들이 있는 가정에서 사용하기에 안전하다는 것이 큰 장점이 되겠죠?

또한 날개 없는 선풍기는 비교적 바람이 부드럽습니다. 날개형 선풍기는 날개가 바람개비처럼 돌아서 공기를 비스듬하게 쪼개며 바람을 만드는 구조입니다. 선풍기 앞에서 소리를 내면 소리가 떨리는 듯한 경험 한 번쯤은 해보셨을 것 같은데요. 이와 같은 현상은 날개형 선풍기의 불규칙한 바람 때문에 일어나는 것입니다. 반면 날개 없는 선풍기는 구조상 균일한 바람을 만든다고 합니다.

이처럼 우리 머릿속에 자리 잡은 고정관념을 깨고 생각해낸 아이디어는 우리 생활에 크고 작은 변화를 가져옵니다. 앞으로도 획기적인 발상으로 만들어진 제품들이 우리 생활에 또 다른 새로움을 주길 기대합니다.