냉동기의 역사 (1)

냉동기를 이용한 현재의 냉동방식과 달리, 원시적인 방식인 천연 얼음을 이용한 냉동은 오랜 세월 동안 사용되어 왔다. 가장 많이 사용했던 방식은 겨울철에 천연 얼음을 채취하여 단열 창고에 보관하였다가 여름에 사용하는 것으로 19세기까지도 세계 곳곳에서 널리 사용하였던 방식이었다. 과거에 우리나라에서도 석빙고와 같은 지하창고를 이용하는 방식으로 신라시대부터 시작하여 조선말기까지 국가가 주도하여 널리 이용하였으며, 일반 농촌에서는 거의 최근까지 천연 얼음을 왕겨더미 깊숙이 보관하였다가 여름철에 사용하곤 하였다.

또 하나의 방법은 건조지역인 이집트에서 사용되었던 것으로, 토기에 물이나 포도주 등을 넣고 토기표면에 스며 나오는 물이 자연 증발되는 증발열을 이용하여 용기 안의 유체를 냉각하거나 얼리기까지 하였다 한다.

이러한 원시적인 방법과는 달리 매우 인위적인 방법으로 사용된 것이 초석의 용해열을 이용하는 것이었다. 액체나 고체는 물에 녹을 때 일정한 량의 열을 흡수하거나 발산한다. 질산칼륨이나 질산나트륨 같은 물질은 물에 용해시 주위의 열을 흡수하는 흡열반응을 하는 대표적인 물질이다. 예를 들어 질산칼륨(KNO3)은 물에 녹으면서 1kg당 82.42kcal의 열을 흡수한다. 17세기에 프랑스 사회에서는 이러한 방법으로 냉동을 하였고 일반 대중은 주둥이가 좁은 병에 초석과 물을 넣고 흔들어서 흡열반응을 일으켰고 이 것으로 차가운 음료수나 얼음을 제조하였다.

William Cullen박사의 설계안

이러한 일회성 방법과는 달리 기계를 이용하여 냉동, 또는 냉방를 하는 방법은 산업혁명으로 과학기술이 발달하기 시작하였던 18세기 유럽에서 시작되었다. 1755년 영국 Glasgow대학의 William Cullen박사는 공기펌프를 이용한 진공발생장치로 에틸 에텔(Ethyle Ether)을 증발시켜 그 증발열을 이용한 냉동방식을 최초로 제시하였다. 그러나 그는 이러한 방식을 실용화하지는 않았다. 또한 영국의 물리학자인 Michael Faraday도 1824년 경에 액화된 암모니아의 증발열을 이용하고 있는 현재와 같은 압축식 냉동시스템과 흡수냉동사이클에 대한 매우 실용성이 있는 이론적인 사이클을 제안하였다. 그가 발견한 방법은 거꾸로 된 U자관의 양쪽에 한쪽은 증발기와 응축기의 역할을 하도록 하고 다른 한 쪽은 흡수기와 재생기의 역할을 하도록 하는 방식으로 암모니아를 냉매로 염화은을 흡수제로 사용하였었다. 암모니아액이 증발하여 염화은에 흡수되고 이 것으로 한쪽에서 냉각을 할 수 있고, 암모니아를 흡수한 염화은 가루를 가열하면 다시 방출되어 암모니아를 재생되는 것으로 단속적이지만 사이클 냉동이 가능한 이러한 흡수식 냉동방식은 흡수제만 물로 바뀌어서 근래까지도 널리 사용되어 왔다. 스미소니언 박물관에 전시된 2개의 냉동기는 이러한 방식의 냉동 장치를 보여 준다.

스미소니언 박물관의 냉동기