헬륨 밸브, 포화 잠수에 대한 글 시계관련

포화 잠수가 뭔지, 그리고 헬륨가스를 왜 쓰고, 헬륨가스가 왜 시계 내부로 들어가며 이것을 왜 빼줘야 하는지 제대로 설명한 글이 드물어서 옛-날에 디씨에 썼던 글을 수정 가필해서 다시 써봅니다.

[잠수병이란]

수심10m마다 몸이 받는 압력은 1기압씩 올라갑니다. 만일 100m를 잠수하면 10기압을 몸이 받게 되죠. 만일 당신이 누워있고 가슴팍에 체중 100kg의 사람이 걸터앉아 있다면 숨쉬기 어렵겠죠? 폐(허파)는 공기 주머니고, 흉곽근육과 횡격막의 운동을 통해 공간을 부풀리면, 외부압력과 체내 압력의 차이에 의해 코로 공기가 들어와서 우리는 숨을 쉬는 겁니다. 그런데 몸이 외부에서 받는 압력이 올라가면 폐라는 공기주머니를 치약짜듯 짜내는 상황이 되므로 코로 공기가 나오기는 쉬워도 다시 들이마시기는 어렵습니다.

그래서 잠수를 할 때는 깊이 들어갈수록 공급하는 공기 압력을 올립니다. 몸을 압박하는 수압에 맞춰 산소통에서 공급되는 공기압을 올리면 숨을 쉴 수 있죠. 타이어에 공기 주입하듯이 강한 압력의 공기를 코를 통해 폐라는 공기 주머니로 밀어넣으면 물속의 강한 수압속에서도 숨을 쉴 수 있습니다.

이렇게 되면 혈액에는 고압의 공기가 녹아들게 됩니다. 그러다가 잠수부가 수면위로 부상하게 되면 혈액속에 녹아있던 공기가 맥주나 콜라 끓어오르듯 끓어올라서 혈관속에 공기방울이 생깁니다. 이 기포가 뇌혈관의 모세혈관 같은 곳에서 틀어박히게 되면 색전을 일으켜서 치명적인 상황에 빠질 수 있습니다. 죽을 수도 있어요. 이것이 잠수병(케이슨 병)입니다. 그래서 잠수부는 수면위로 부상하기 전에는 단번에 올라오지 않고 충분한 시간을 들여서 천천히 올라오면서 단계적으로 압력을 줄여서 올라와야 합니다.

[포화 잠수란]

수 주간에 걸쳐 지속적으로 심해 작업을 해야 하는 잠수부는 바닷속에 들어가고 나올 때마다 몇 시간씩 압력 적응을 해서야 작업하는 시간 효율을 낼 수가 없습니다. 그래서 바닷속에 아예 거주블럭(집)을 설치하고 작업 기간동안 그 거주블럭에서 지내며 작업을 합니다. 바닷속 집에서 먹고 자고, 거기에서 바로 나와서 작업을 하고, 작업을 마치면 다시 바닷속 집으로 들어가는 생활을 하죠. 거주 블럭내의 기압은 심해의 수압과 같은 압력으로 맞춰지고, 공기는 바다위에 있는 모선(mother ship)에서 지속적으로 거주 블럭으로 공급해줍니다. 이것이 포화잠수입니다.

(포화잠수라고 부르는 정확한 이유를 설명하자면, 기체의 액체에 대한 용해도에는 한계가 있습니다. 그래서 잠수 상태가 오래되면 혈액에 녹아드는 공기량이 일정 이상으로는 증가하지 않으며 이 상태를 포화 saturated 상태라고 합니다. 포화 잠수라는 것은 이 포화상태를 유지한 채로 감압없이 계속 잠수하는 것입니다. 이렇게 하려면 당연히 해저에 거주 블럭을 설치해야 하는 것이고요.)

[헬륨가스]

일반 잠수는 대기와 동일한 구성의 질소+산소의 혼합기체를 사용하는데, 질소는 고압 상태에서 취해서 정신착란을 일으키는 부작용이 있습니다. 심해 잠수시에는 공급하는 공기 압력을 올린다고 했잖아요? 그래서 질소는 심해 잠수에서 못 씁니다. 대신 헬륨을 쓰죠,

헬륨은 원자량 4에 단원자분자 기체... 말하자면 엄청 크기가 작은 기체입니다. 다이버 워치가 아무리 방수를 위해 밀폐를 잘해놨어도, 고압 상태의 거주 블럭에서 잠수부들이 밥먹고 자고 할 동안에 시계 내부로 실링(sealing) 틈새를 뚫고 조금씩 조금씩 헬륨이 스며들게 됩니다. 분자량이 큰 물은 스며들지 못하지만 말이죠. (물은 분자량이 20이예요.) 그렇게 몇날 며칠을 바닷속 거주 블럭에서 생활하는 동안 시계 내부의 압력은 거주 블럭 내의 압력과 같은 압력(고압)이 되어버립니다.

[헬륨 방출밸브]

작업을 마친 다이버가 지상으로 올라오면? 무슨 일이 벌어질까요? 시계 내부는 고압의 헬륨 가스가 들어있는데, 지상의 기압은 낮으니  내부 압력을 견디지 못하고 시계 유리알이 펑- 하고 날아가는 일이 발생합니다. 방수 시계는 외부 압력을 견디게 만들어졌지 내부 압력을 견디게 만들어지진 않았거든요. (시계에게 걸리는 잠수병이라고나 할까요? 참고로 샴페인 병내 기압이 약 5기압입니다. 100m에서 포화잠수를 했다면 시계 내부 기압은 10기압이 됩니다. 유리알이 펑 날아가도 이상하지 않죠.)

다이버 워치의 헬륨가스 방출 밸브란 이럴 때 쓰라고 만든 겁니다. 헬륨 가스 방출 밸브는 내부->외부 단방향으로 동작하게 설계되어 있습니다. 즉 외부 기체가 내부로는 못 들어오고 내부 기체가 밖으로 나갈 수는 있어요. 내부에 고압 상태로 들어있는 헬륨 가스를 밖으로 빼줘서 시계 유리알이 날아가는 일을 예방해줍니다.

[헬륨 방출밸브를 쓸 일]

스쿠버 다이빙시 등에 산소통을 메고 물속에 들어가는 것 만으로는 시계 내부로 헬륨가스가 들어갈 일이 전혀 없습니다. 시계 내부에 헬륨이 들어가는 것은 앞서 설명드렸듯 포화잠수를 위해 심해속에 거주블럭을 설치하고 그 거주블럭에서 생활하는 동안에 들어가는 겁니다. 일반인은 평생을 가도 포화잠수를 할 일이 없을 겁니다. 헬륨가스 방출 밸브는 일반인들에게 전혀 필요없고 아무 짝에도 쓸 곳이 없는 기능입니다.