대부분의 사람들은 증기기관 이라는 말을 들으면 '제임스 와트(James Watt)' 가 생각날 것이다.
맞다. 제임스 와트는 증기기관을 만든 사람이다.
하지만 최초의 증기기관을 만든 사람은 아니다.
이 글은 증기기관이 무엇인가, 그리고 최초의 증기기관과 제임스와트의 증기기관을 비교하는 정도를 다룰 것이다.
증기기관은 '증기' 를 이용해 작동하는 동력장치를 뜻한다.
화력발전소의 터빈과 유사하다고 생각하면 된다.
최초의 증기기관은 뉴커먼(Newcomen) 의 증기기관이다.
이 증기기관의 작동 방법은 <그림 1> 과 같다.
말로 쉽게 설명하자면
초기 상태 : 밸브 닫힘, 가열
밸브 연다. -> 가열된 공기가 실린더 내의 피스톤을 위로 민다. (기계가 움직인다.) -> 밸브 닫는다. -> 냉각수 뿌린다. (실린더 안에 갇힌 공기가 액화된다.) -> 밸브 연다 . ...
이러한 사이클을 돌며 작동하는 것이다.
이 증기기관은 0.5% 의 효율을 가졌기 때문에 실제 기계를 움직이는데 사용되지는 않았다. (6 hp, 10 rpm) (1 hp (horse power) = 745.7 W)
<그림 1> 뉴커먼 증기기관 (1712)
(https://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen)
뉴커먼 증기기관의 문제점은 실린더 전체를 냉각하기 때문에 다음번에 다시 가열을 해주어야 한다는 점이다. 이러한 문제 때문에 뉴커먼 증기기관은 효율이 매우 낮았다.
이에 반해 제임스 와트의 증기기관은 실린더와 응축기를 분리했다. (응축기는 냉각시키는 공간이다.)
<그림 2> 로 두 증기기관의 차이를 알 수 있다.
<그림 2> 뉴커먼/와트 의 증기기관
(http://blog.daum.net/allanggaa/395)
결과적으로 와트의 증기기관은 2.7%의 효율을 냈고, 산업혁명을 이끌었다.
(이후 1832년 Cornish 는 17%의 효율을 내는 증기기관을 발명했다. 요즘 나오는 자동차들은 대부분 30% 정도의 효율을 가진다.)
<참고 문헌>
<그림>
1. 위키백과 (https://en.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen)
2. 맑은하늘 푸른꿈은 우리들의 마음님 블로그 (http://blog.daum.net/allanggaa/395)