헤어드라이어의 공학적 구조와 원리는?

바쁜 아침 출근길 머리를 감고 미처 제대로 말리지도 못하는 경우도 있지만...

여유있게 헤어드라이어로 제대로 말리고 나름 멋을 내는 날들은 왠지 모를 상쾌함이...

 

헤어드라이어의 공학적 특성은 온도와 속도가 높은 공기를 배출하는 기능이 핵심이다.

이를 위해 드라이어 내부에는 온도를 높이기 위한 열선히터와 속도를 높이기 위한 팬(블로워)이라는 부품이 존재해야 한다.

그리고 보통의 헤어드라이어는 손잡이 부분에 버튼식 혹은 전자식 조절기를 구비하고 있어, 공기의 유속을 높이면 동시에 배출되는 공기의 온도도 같이 높아지도록 설계되어 있다.

 

아래 사진과 같이 일반적인 헤어드라이어는 옆부분에 공기 유입망이 있거나, 오른쪽 아래와 같이 뒷부분에 유입망이 있다.

뒷부분에 유입망이 있으면 팬은 선풍기 날개처럼 생긴 형태를 적용하게 된다.

 

그러한 공기의 흐름 구조의 차이는 팬(블로워)라는 부품 중에서 어떤 형태를 적용하느냐에 따라 결정된다.

아래 사진과 같이 물레방아 형태로 생긴 시로코팬을 적용하게 되면 공기의 유입은 옆으로 그리고 토출은 직각 방향으로 이루어지게 되므로 수직 유로형으로 헤어드라이어가 제작된다.

 

그러나 아래 사진과 같이 뒷부분으로 유입되어 같은 수평방향으로 공기를 배출하는 축류팬을 헤어드라이어에 적용하면 수평 유로형으로 제작된다.

 

물론, 두 사진에서 보듯이 공기의 가열을 위한 코일형으로 만들어진 열선히터를 볼 수 있고, 이 열선은 전기를 공급하면 발열하여 공기의 온도를 높이는데 이용된다.

 

헤어드라이어는 보통 공기 배출구에 추가로 집중노즐을 결합하여 사용하지만, 공학적 분석을 위해 집중노즐을 제거한 원형 덕트 출구에서 공기의 온도와 속도를 측정하였다.

공기의 속도 측정은 피토튜브, 온도는 열전대를 사용하였다.

 

그 결과 강풍속 모드에서 헤어드라이어로부터 거리별로 공기의 속도를 측정하면 5cm 떨어진 위치에서 평균 약 14m/sec 정도이었다.

그리고 그때 덕트 배출구에서 공기의 온도는 평균 115℃ 수준이었다.

머리카락을 말리기 위한 적당한 수준으로 속도를 조절하고, 온도를 제어하기 위하여 반드시 집중노즐을 결합하여 이용하는 것이 바람직하다.

 

헤어드라이어의 내부에서 공기를 가열하는 아래의 사진과 같은 형태를 가진 열선 히터의 표면온도는 어느 정도까지 상승하는지 운전 조건별로 열화상카메라로 확인하였다.

 

사진에서와 같이 오른쪽 노즐로부터 3줄과 나머지 8줄의 색깔이 다르게 보인다.

코팅을 하지 않은 금속의 표면색이 달라보이면 분명히 다른 재질의 금속으로 판단하면 된다.

 

실험에 이용한 헤어드라이어는 버튼식이고, 운전 버튼은 저풍속 모드와 강풍속 모드를 가지고 있다.

노즐이 연결되지 않은 상태에서 약 모드로 작동시켰을 때, 공기의 흐름이 평상시처럼 열선히터를 냉각하고 있지 않은 상태의 와이어 표면 온도가 237.5℃ 까지 증가하는 것을 알 수 있다.

특히 이 헤어드라이어는 뒤쪽 3줄만 가열되는 것을 확인할 수 있다.

 

그리고 강풍속 모드에서는 앞쪽 8줄 와이어가 가열되고, 표면온도는 392.6℃까지 증가하였다.

 

위의 설명처럼 헤어드라이어는 한 개의 히터로 저-고풍속 모두에서 발열을 하기 위해서는 좀 더 복잡한 전기회로로 구성하여야 한다.

 

이처럼 다른 회사에서도 아래 사진과 같이 헤어드라이어의 히터는 오른쪽 세줄과 왼쪽 나머지줄들이 두 개의 히터로 분리되어 풍속 모드별로 발열량(전기소모량)을 조절하는 구조로 되어 있다.

 

현대 사회에서 우리가 소비하고 있는 모든 제품들은 과학 혹은 공학적인 모든 지식을 반영하여 공학 설계-제작을 거쳐 만들어진 것이다.

그러나 공학에 관심이 있는 사람들이 아니면 제품의 내부 구조를 이렇게 분석하고 이해하고자 하는 시도를 하지 않는다.

그러나 이공학 계열로 진학하려는 학생들에게는 꼭 추천하고 싶다.

이러한 제품을 공학적으로 분석과정은 간단히 정리하면 아래와 같다.

 

1. 제품 분석과정

- 분해 후 각 부분의 재료 및 구조 파악

- 재조립을 통한 조립 특성 이해

- 주요 기능을 위한 물리적 법칙 찾기

- 사용 상의 불편한 점들 찾기

1) 기능적인 측면 2) 이용 편리성 측면 3) 디자인 측면 4) 경제성 측면

2. 개선 아이디어 도출 과정

- 기능적 개선

- 이용 편리성 개선

- 디자인적 개선

- 경제적 개선

- 원래 목적과 다른 사용적 기능 도출

 

이공학 계열의 진학을 위해 특히 학종을 준비하는 학생들에게는 상당히 많은 경험이 필요한데, 도움이 필요하면 여기 블로그에 글을 남겨주시면 같이 고민하겠습니다.