먼지흡입력
진실: 공기청정기는 내부의 팬이 공기를 흡입하는 역할을 합니다. 팬이 공기를 흡입하는 원리는, 기체는 기압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동한다는 뉴턴의 열역학 제2법칙과 기체의 속도가 증가하면 기압이 낮아진다는 베르누이 정리에 의한 것 입니다. 즉 팬의 회전속도가 증가할수록 기압이 낮아져 외부의 상대적으로 고기압인 공기가 팬 쪽으로 이동합니다.
그런데 우리는 무심코, 먼지입자가 대부분 가볍고 보이지 않기 때문에 공기가 이동하면 공기 중 먼지입자도 같이 이동할 것이라고 생각합니다. 그러나 아무리 작은 미세먼지라도 질량을 갖고 있기 때문에, 팬이 만들어 낸 공기의 이동 속도가 입자의 중력(가라 앉으려는 힘)과 관성(원래의 움직이던 방향으로 움직이려는 힘) 보다 크지 않으면 먼지입자를 실어 나르지 못합니다. 특히 알러지 유발물질과 같은 무거운 입자(2㎛)들은 공기가 실어 나르기, 즉 팬이 흡입하기 더욱 어렵습니다.
현재 시장에 나와있는 제품들은 팬의 풍량을 늘려 흡입력(흡입속도)을 높이려 합니다. 그러나 여기에는 지난 백 년 동안 풀지 못한 물리적 한계가 있습니다. J.M. Dalla Valle는 방정식으로 흡입구의 직경만큼만 떨어지면 공기의 흡입속도가 7.4%로 떨어진다고 규명하였습니다.
이에 따라, 대부분의 공기청정기의 흡입구 직경은 30센티미터 보다 작기 때문에, 이 “포집영역” 너머에 있는 먼지들은 흡입공기의 유속이 낮아 필터 쪽으로 실어 날라지지 못하게 됩니다.
결론적으로 공기청정기의 흡입구에서 수십 센티미터 이상 떨어진 곳에 있는 유해입자들은 필터로 흡입되지 못하기 때문에 의미 있는 먼지 제거가 일어나지 않습니다.
Air Velocity Profile
[source] Plog, 2002, p620)
대략적으로, 흡입구 직경만큼 떨어진 곳의 유속은 흡입구 유속의 10% 정도로 떨어진다.