나프타 엔진: 시대착오적인 발명품
2마력, 4마력, 6마력 엔진과 함께 전함 엔진도 전시되어 있으며, 2마력과 6마력 엔진은 외피와 굴뚝이 제거된 모습입니다.
시대 구분은 거의 없다. 역사 19세기 후반의 과학적 발견과 기술적 발명의 수는 인류 역사상 과학적 발견과 기술적 발명의 총수에 비견될 만합니다. 이 중 일부는 향후 수년간 기술 발전의 방향을 결정지었고, 다른 일부는 단순한 기술적 호기심으로 남았습니다. 그리고 어떤 것들은 시기적으로 부적절하게 탄생했다고 할 수 있습니다. 나프타 엔진이 바로 그러한 예입니다.
나프타 엔진은 엔진입니다. 외부의 소형 증기기관과 유사한 설계의 연소 엔진입니다. 작동 유체는 나프타 증기이며, 이 나프타는 보일러의 액체 연료로도 사용됩니다.
증명서
나프타(리그로인, 중질 가솔린, 나프타-나프타 분획)는 120~240°C에서 끓는 석유의 분획물입니다. 주로 C8~C14 탄화수소로 구성된 혼합물이며, 원유를 대기압에서 직접 증류하여 얻습니다.
투명한 노란색 액체.
출처 : 위대한 러시아 백과 사전.
의 이야기
1880년대에 이르러 소형 증기 엔진은 소형 증기선은 물론 대형 선박의 추진 장치로 널리 사용되고 있었습니다. 그러나 일련의 보일러 폭발 사고 이후 미국에서 제정된 법률은 모든 증기선에 면허를 소지한 정비공을 항상 탑승시켜야 한다는 내용을 담고 있었습니다. 이는 상선에는 큰 문제가 되지 않았지만, 개인이나 레저 목적으로 소형 증기선을 이용하는 것을 불가능하게 만들었습니다. 정비공 면허를 취득하려면 2년간의 교육이 필요했습니다.
물을 작동 유체로 사용하는 증기 기관의 작동에도 유사한 제한이 적용되었지만, 가솔린(나프타)의 비등에는 적용되지 않았습니다. 이로써 레저용 보트 소유자들은 처음으로 면허를 소지한 정비사의 도움 없이도 자신의 보트를 독립적으로 운항할 수 있게 되었습니다.
당시 광고는 의도적으로 다음과 같은 슬로건을 사용했습니다.
"각자 자신의 엔지니어가 되어야 한다!"
1898년 나프타 동력 보트가 파리 모터보트 경주에서 우승했습니다.[2] 불행히도 저자는 이 보트나 소유자에 대한 자세한 정보를 찾을 수 없었습니다.
같은 해에 나프타 보트는 이리 호수(오하이오주 푸틴베이)에서 열린 I-LYA(Inter-Lake Yachting Association) 레가타에 처음으로 참가했습니다. 우승자는 디트로이트의 "Otsiketa"였습니다.[4]
최초의 나프타 동력선은 영국에서 건조되어 1888년 프랑스 잡지 《라 나튀르》에 소개된 것으로 알려져 있다. 제피르호는 유명한 증기선 제조업자인 알프레드 야로우의 발명품이었다. 같은 해 스위스 회사인 에셔 비스 AG도 유사한 선박 생산을 시작했다.
장치 및 작동 원리
연료 탱크와 파이프라인이 있는 나프타 엔진의 도표
나프타 엔진은 수직형 3기통 단동식 증기 엔진입니다(A). 엔진과 보일러는 일체형입니다. 3개 실린더의 크랭크는 서로 120°만큼 어긋나 있습니다. 이는 실린더 중 하나가 항상 작동 상태에 있도록 하여 피스톤이 멈추지 않고 엔진을 시동할 수 있게 합니다.
엔진 바로 위에는 구리 관형 코일(M)과 나프타가 구리 관에서 증발되는 버너(K)가 있는 증기 보일러가 있습니다.
생성된 나프타 증기는 스풀 밸브를 통해 엔진 실린더로 들어가고, 작업이 완료되면 배기 증기는 용기 측면 외부에 위치한 응축관(Q)을 통과한 후 나프타 탱크(P, 탱크)로 되돌아갑니다.
보일러는 노즐 버너로 가열되었고, 소량의 나프타가 압력을 받아 보일러에서 추출되었습니다. 엔진을 시동하려면 계속 작동하는 버너에 성냥으로 불을 붙인 다음 공기 펌프(T)를 사용하여 약 1분 동안 공기를 주입해야 했습니다.
그 결과 보일러에 필요한 압력이 생성되고 인젝터(N)를 열면 엔진이 독립적으로 작동하기 시작합니다.
엔진을 정지시키려면 인젝터(N)를 닫고 핸들(B)을 적절한 위치에 고정하십시오. 그러면 엔진이 즉시 정지합니다.
엔진은 밀폐된 습식 섬프에 모이는 나프타 자체로 윤활되었습니다. 증기 분배 메커니즘은 당시의 증기 엔진보다 훨씬 간단했습니다. 실린더 위에 위치한 캠축이 스풀 밸브를 작동시켰습니다. 크랭크축에 대한 캠축의 위상을 변경하는 플라이휠은 역회전에 사용되었습니다.
3기통 나프타 제조기의 개략도
나프타의 장점 중 하나는 물에 비해 끓는점이 낮아 엔진 설계를 단순화할 수 있다는 점이었습니다. 그러나 이는 작동 온도 범위를 제한하여 장치의 열역학적 효율을 떨어뜨리는 요인이기도 했습니다.
석유 엔진을 사용하는 보트와 요트의 선두 제조업체는 스위스 회사인 에셔 비스 AG였습니다.
가장 작은 1형과 가장 큰 2형은 나프타 엔진을 장착한 보트입니다.
증명서
에셔 비스(Escher Wyss)는 1805년 취리히에서 설립된 스위스 엔지니어링 회사입니다. 초기에는 기계 및 유압 장비 생산에 주력했으나, 이후 증기 엔진, 선박 및 산업 장비의 주요 제조업체로 성장했습니다. 19세기 후반에는 나프타 연료를 사용하는 소형 모터보트를 비롯한 소형 모터보트 제작에도 착수했습니다.
스위스 회사의 경우, 나프타 엔진을 장착하고 실질적으로 운항 가능한 최초의 배는 사르셀(Sarcelle)호였으며, 이 배는 1888년 2월 26일에 운항을 시작했습니다.
사르셀, 1888년
성공적인 가동은 새로운 발전소의 가동 가능성을 확인시켜 주었고, 조선업 분야에서 이 분야의 추가 발전을 위한 시작을 알렸습니다.
요트 "Küßnacht"
에셔 비스 알루미늄 보트
조선 분야에서 상당한 경험을 가진 에셔, 비스 & 씨(Escher, Wyss & Cie.)는 1880년대 초부터 알루미늄으로 선박을 건조하기 시작했습니다.
이 배들의 설계자는 엔지니어 W. 라이츠였습니다.
이 회사의 첫 번째 알루미늄 선박은 1891년에 건조된 요트 "제피르"였습니다.
주요 특징은 다음과 같습니다.
• 길이 - 9,90m;
• 너비 – 1,80m;
• 흘수 – 0,60m;
• 엔진 - 나프타 연료, 4마력;
• 선박 중량 – 약 660kg.
두 번째 배인 미뇽호는 알프레드 노벨의 주문으로 1892년에 건조되었습니다.
알프레드 노벨 소유였던 알루미늄 요트 "미뇽"
1894년 빌헬름 추 비트 공작의 설계로 건조된 요트 "알루미니아"는 2개의 돛대를 가진 욜 리그 방식의 알루미늄 레저 요트였으며, 6마력의 나프타 보조 엔진을 장착했습니다. 이 요트는 선체 전체가 알루미늄으로 제작된 최초의 독일 요트 중 하나였습니다.
빌헬름 추 비트 공작 소유였던 알루미늄 요트 "알루미니아"
모로코 술탄이 소유한 2마력 나프타 엔진이 장착된 알루미늄 보트
비용 및 고객 기반
1880년대에는 나프타 연료를 사용하는 배 한 척의 가격이 그 배를 만든 장인의 18개월치 임금을 넘었습니다.
그럼에도 불구하고, 에셔 비스는 그러한 선박 건조에 대한 수많은 주문을 받아 여러 국가에 납품했습니다. 가장 저명한 고객으로는 다음과 같은 고위 관리 및 정부 기관이 있었습니다.
• 빌헬름 2세, 독일 황제;
• 바이에른의 오토 왕;
• 올덴부르크 대공;
• 빌헬름 추 비트 공작;
• 알렉산더 카라게오르기에비치 왕자;
• 이집트의 케디브;
• 모로코의 술탄;
• 제플린 백작;
• 다이너마이트 발명가 알프레드 노벨;
• Fleischmann 영사 (Küsnacht);
• 라스페치아 해군부(이탈리아);
• 마르세유 항만공사;
• 이집트 공공사업부(카이로);
• 러시아 제국 해군 함대 (상트페테르부르크)
• 스위스 연방 철도(로만스호른);
• 오사카 해군 사무소(일본);
• 루마니아 정부(콘스탄타);
• 독일 남극 탐험대;
• 독일 제국 정부는 독일령 동아프리카 식민지에 대한 권한을 가지고 있었습니다.
선실이 딸린 요트로, 나프타 엔진이 장착되어 있습니다. (길이 11m, 폭 1,9m)
석유를 연료로 사용하는 모터보트 "호헨촐러"는 독일 황제 빌헬름 2세를 위해 구입되었으며, 같은 이름의 황실 요트에서 사용되었습니다.
독일 황제 소유의 전령선 "슬레이프너"
현존하는 가장 오래된 나프타 동력선인 샬럿호
간혹 화재 사고가 발생하긴 했지만, 석유 발전소는 상당히 안정적이고 운영하기 쉬운 것으로 여겨졌습니다.
현재까지 소형 선박 이외의 곳에서 나프타 엔진이 사용되었다는 믿을 만한 정보는 발견되지 않았습니다.
결론
나프타 엔진은 개발 당시 널리 사용되지 않았습니다. 이는 개발 당시 석유 생산과 석유 제품 제조 기술이 아직 초기 단계였기 때문으로 여겨집니다. 그러나 20세기 초 휘발유와 나프타가 보급되면서, 보다 효율적이고 조작이 간편하며 신뢰성이 높은 내연기관이 등장했습니다. 따라서 나프타 엔진은 경쟁력을 잃게 되었습니다. 그럼에도 불구하고 나프타 엔진은 소형화되고 사용이 간편한 액체 연료 엔진을 개발할 수 있는 가능성을 보여주었습니다.
출처 :
1. Escher Wyss & Co. Motorboote und Motoryachten (https://vsd-asv.ch/docs/Naphta-Dampfboote.pdf, https://www.steamboattrust.org.uk/pdfs/catalogues/Escher%20Wyss.pdf)
2. Harald Fock, "Schnellboote", 밴드 I. Koehlers Verlaggesellschaft, Herford, 1973.
3. 위키 백과
4. I-LYA 2023
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