KR19990040554U - 흡기(吸氣)및집진(集塵)장치를탑재한양면형배기후드와그장치 - Google Patents

흡기(吸氣)및집진(集塵)장치를탑재한양면형배기후드와그장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 공기제어를 목적으로 유체역학 이론을 응용하는 배기 장치에 관한 것으로, 흡기(吸氣:Fume Suction)장치·집진(集塵: Fume Collection)장치·배기(排氣:Fume Remove & Exhaust)장치로 구분하고 유기적으로 작동 운영하는 배기 후드 시스템으로 실험·연구실에서 발생되는 흄을 원천적으로 차단·배기시키는 역할과 다양한 용도를 위한 기능을 탑재하여 성능과 효율을 극대화시키고자 하는 목적이다.
'모'자 형태의 흡기 장치는 개구로 흡입되는 기류의 균형을 잡고, 집진 장치 전면상단의 공기흡입그릴과 바닥의 공기 흡입 망(집진 판/Punched Vents Plate)을 통해 흄을 내부로 모으면서, 흡기 장치(공기압력 편차 조성을 위한 Funnel의 기능)를 가동시킨다.
또한 유입된 흄의 원만한 배출과 유동을 위해 집진 장치의 뚜껑을 지붕형(Canopy)으로 하고, 배기구(Duct Outlet)에 담파(Damper)를 설치하여 후드의 흄 제어구역을 조절하는 한편, 제어반경확대와 흡입효율을 높이기 위하여 전면상단의 흡입그릴 위에 차양(Pent Housing)을 달고, 하단(개구 상단)에 후드앞판을 달아 작업자의 호흡 부위를 차단하는 동시에 후드 개구를 좁혀 성능(Velocity)을 높이고, 담파의 기능을 보완하기 위하여 집진 박스와 후드내부공간에 칸막이를 설치하였는데, 후드의 칸막이(유리로 된 미닫이문 )를 개폐 및 탈 착 가능하도록 하여 이동형 시약 대 등 여타의 장치 및 설비의 탑재사용이 되도록 한 다기능의 양면후드이다.

Description

흡기(吸氣) 및 집진(集塵)장치를 탑재한 양면형 배기 후드와 그 장치{The Fume Hood with Special Sucker and Collector for Fume Remover, And It's Fume Sucker and Fume Collection Statin.}
본 고안은 실험. 연구실용 양면형 배기 후드(Table Top Hood)의 하나로서, 실험대(lab Bench)나 작업대(Work Table)상판 위에 시약 대와 함께 설치하여 실험 및 장비 작동(作動)중에나 시약의 보관 및 개폐 시에 발생하는 흄을 제거함으로써 그 발생원천(Fume Root)을 차단하려는 목적으로 실험 연구실의 특성(반입장비 등)과 사용자의 요구사양(사이즈 및 소재 방식 등)에 따라 주문 제작하여 사용하였다.
도면1 ( 고안자가 주로 고객에게 권장하는 형태의 Table Top Hood)의 "장치형 배기 후드"(Extra Wide Type's Cabin Hood)와 같이 흄을 발생시키는 장비와 장비용 시약을 보관하는 용도로 제작 사용하고 있으며, "강제 배기 방식(Conventional Type)"의 에어모드를 채택하고, 흄의 유출을 방지하기 위하여 "에어커튼 방식(Air Curtain Type)"또는"수직과 수평개폐의 이중도어방식(Double Set Door)"으로 보완하고 있다.
이것은 성능과 구조 및 효율성 면에서 통상적 수준(대형주방의 취사설비용 배기 장치와 유사한)은 벗어났다 할 것이나, 대형의 구조물이 실내공간을 차지하고 연구 및 실험과제별로 범용성이 적어 설치 및 유지운영의 측면에서 효율성이 낮다는 단점을 안고있다고 보며,
그나마도 이것은 일반적인 시설로 취급되질 않아서(비 규격제품으로 주문제작 구입 방식) 늘 잔존 흄(Escaping Fume)이 상존(常存)하는 대부분의 실험연구실 환경(당연한 현상으로 주지)은 연구원이 연구직을 기피하고 관리직을 지망하는 현상의 원인을 제공하고 있다.
실험 연구실용 후드의 형태는 높이2400mm, 깊이 800mm, 넓이 1200mm~2400mm정도의 내부형(Chamber Type)으로서 다양한 용도와 성능을 가지고 있고, 간이형(Canopy) 및 국소 흄 흡입용 발췌 방식(Extraction System) 등이 있으며, 화학 실험실에는 빠짐없이 다양한 형태의 배기 장치 및 후드가 설치되고 있다.
그럼에도 실험실내의 공기는 흄에 오염되고있는데, 그 원인을 기존후드의 사용상 문제점과 후드구조와 성능, 그리고 후드 밖에서 다뤄지는 화학물질에서 발생되는 제어되지 못하는 흄(Escaping Fume)등에서 찾아보고자 한다.
(가) 용도와 성능의 문제
㉮ 대개의 실험실용 후드는 내부형 후드로서 사용시 문을 열어야하거나 시약와 별도로 설치됨으로서, 간단하게 시약을 따르거나 합성할 때, 또는 양손에 시약을 쥐고있을 때는 후드사용에 번거로움을 느껴 사용을 기피하는 현상이 있고, 용도 또한 적절치 않다.
㉯ 또, 후드 내에 설치된 싱크(Cup Sink)는 큰 용기를 씻을 수가 없고, 앞에 말한 사용상의 번거로움 때문에 대게 후드밖에 따로 설치된 싱크대(Sink Base Unit)를 사용하게 되는 경향이 있는데, 이때(일단 후드 내에서 약품을 처리한다해도 용기에 잔여물이 남아있음) 흄이 발생하게 되고, 잔여화학약품 세척 시에 다른 약품을 사용하기도 하므로 또 다른 흄이 발생하게 된다.
예를 들어 머리 감을 때 사용되는 린스를 합성할 때 실리콘 오일을 사용하는데, 이 실리콘 오일은 점성이커서 일반 세제로는 닦이이지가 않아 "사염화탄소(CCℓ4)"를 사용하게 된다.
㉰ 설령 후드 내에서 용기를 씻더라도 통상적인 실험을 실시할 경우보다 사람의 움직임이 크기 때문에 후드전면의 기류에 영향을 더 주게 된다. 이것은 흄이 외부로 유출될 확률이 높다는 것으로, 내부형 후드는 전면풍속(Face Velocity)이 약해도 흄제어가 용이하다는 운영상의 장점도 있지만, 풍속(Sash Open시 0.25m/sec)이 약할 수록 작은 기류의 변화에도 큰 영향을 받기 때문에 후드가 제 역할을 발휘하지 못한다는 단점이 잇다.
㉱ 또, 내부형 후드가 오염원을 완전히 포위했기 때문에 효율이 높다고 말할 수 있지만, 후드내의 밀폐된 공간 안에서만 작업·흡입·배출되므로 어떤 요인에 의해서 일단 후드 밖으로 유출된 흄(Escaping Fume)을 잡을 수 없다는 점이 단점이 될 수도 있는 것이다.
(나) 구조적 문제
일반적으로 기존의 실험실용 후드는 내부 뒷면 벽에 각도를 가진 버플 플레이트 상부에서 하부로부터 공기를 흡입하여 내부기류의 와류를 제어하는 방식인데, 이 경우 배기관(Duct)과 연결된 중앙부(Outlet)와 양 측면 끝 부분은 흡입력차이가 발생하게 된다.
㉮ 공기를 흡입하는 경우는 분출하는 경우와 달리, 흡입구(吸入口)로부터 흡입 관(管)의 지름만큼 떨어진 지점에서의 속도가 흡입속도의 10%밖에 못 미치게되는데, 기존의 후드는 배기구(Duct Outlet)의 지름이 전체 후드의 폭(Buffle Plate면의 길이)보다 6배 이상 작아서(Outlet의 지름/ φ200mm ~250mm : Plate면의 길이/1200mm~2400mm ) 배기관이 연결된 중앙부와 양 끝 부분은 흡입력(유속)의 차이가 발생하게 된다.
㉯ 또한, 후드 흡입부에( 버플 플레이트 상부와 하부에) 흡입력의 차이를 조절 할 수 있는 어떤 저항을 주지 않았기 때문에, 후드 전면에서의 풍속이나 기류가 고르지 못한 현상이 발생되고,
㉰ 이러한 부적절한 제어에 의해 흄(Fume)이 섞이 공기가 일부 배출되지 않고 정체되거나 튀어나가는 일반적인 현상이 발생되고 있는 것이다.
본 고안은 실험. 연구실용 양면형 배기 후드(Table Top Hood)의 하나로서, 실험대(lab Bench)나 작업대(Work Table)상판 위에 시약 대와 함께 설치하여 실험 및 장비 작동(作動)중에나 시약의 보관 및 개폐 시에 발생하는 흄을 제거함으로써 그 발생원천(Fume Root)을 차단하려는 목적을 첨부하는 도면들(도1~도8)과 같이 설계하여 보다 효율적으로 달성하려하며,
주변환경과 조화로운 형태로서 크기가 다양하고 기능과 성능이 뛰어나며, 범용성이 있어 설치 및 유지운영 면에서 종래의 그것보다 효율성이 높고 투자가 부담스럽지 않는 시설로 취급되어지는 개량된 제품의 고안과 설계 및 생산기술이 그 과제이다.
(가) 기능과 성능의 개량
㉮ 일반 내부형 후드(밀폐형) 사용시 문을 여닫아야하고 시약 대에서 떨어져있음으로써 감수해야하는 사용상의 번거로움을 해결하며,
㉯ 또, 큰 용기의 세척을 위한 후드밖에 따로 설치된 싱크대(Sink Base Unit)사용때나 어떤 요인에 의해서 일단 후드 밖으로 유출된 흄(Escaping Fume)을 퍼짐 없이 잡을 수 있는 잔여 흄의 배기 장치로서,
㉰ 실험장비 가동과 및 실험작업은 물론 시약의 용기개폐와 보관 시에 발생되는 흄을 제어할 수 있고,
㉱ 후드의 양쪽공간 또는 어느 한쪽 면만의 가동으로도 기능과 성능을 발휘 해야한다.
(나) 구조와 형태의 개량
일반적으로 기존의 실험실용 내부형 후드는 내부 뒷면 벽에 각도를 가진 버플 플레이트(Buffle Plate)의 탑재로써, 그리고 중앙실험대용 후드(Table Top Hood)는 배기구(排氣口)만으로 흡입 배출을 하는 방식인데, 이 경우 발생하는 흡입력과 압력차이로 인한 개구(開口)의 일정치 못한 면 풍속으로 난기류(亂氣流)가 발생하게 됨으로 실내에 잔여 흄(Escaping Fume)이 생기는데,
㉮ 본 고안은 이러한 결점을 해소하기 위해 일정한 기류방향과 개구의 어느 부위에서나 일정한 면 풍속을 유지할 목적으로 후드내부 중앙에 "모"형태의 공기흡입장치를 별도로 설치하여 흡입유량을 조절함으로서 유량과 유속의 전체적인 균형을 맞추며,
㉯ 또한 개구 밖에서 발생되거나 도망간 흄을 제어하기 위한 장치를 보완하고, 흄 발생원천을 차단하며 효율을 제고하기 위하여 구조와 형태가 개량되고 새로운 기능과 성능을 가진 후드(집진 장치와 박스 양면분리 벽·차양과 흡입그릴·중앙분리유리벽용 미닫이문·면 풍속을 높이기 위한 개구 축소용 차단 막· 가동구역조절용 담파 장치등)를 고안하려는(기술적 과제) 것이다.
제1도는 종래의 제품전체를 조립한 사시도
제2도는 본 고안의 후드전체를 조립한 사시도
제3도는 본 고안의 후드전체를 보인 전개도
제4도는 본 고안의 후드내부를 보인 종단면도(부분확대도 를 위한 별도부호 부여)
제5도는 본 고안후드의 집진 박스를 보인 부분확대와 전개도
제6도는 본 고안후드의 흡기 장치를 보인 부분확대와 전개도
제7도는 본 고안후드의 중앙분리용 미닫이유리문을 보인 부분확대와 전개도
제8도는 본 고안후드의 담파와 조절장치를 보인 부분확대와 전개도
제9도는 본 고안후드의 측면 벽체를 보인 부분확대와 전개도
＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞
①흡기(吸氣:Fume Suction)장치, ②깔때기(Funnel for fume Remover), ③ 차양(Pent Housing), ④상단 흡기그릴(Fume Suction Grill), ⑤집진판(Punched Vents Plate), ⑥후드지붕(Hood Roof/ Canopy), ⑦집진박스 분리벽(Wall Panel for Station Devide), ⑧흡기구멍(Vents for Fume Suction), ⑨배기구(Duct Outlet)집진, ⑩담파(Damper), ⑪배기구카바(Duct Outlet Cover),⑫집진박스(集塵: Fume Collection Station)장치, ⑬후드벽체(Side Wall Panel of Hood Frame),⑭ 후드앞판( Front Panel for Face Velocity), ⑮중앙칸막이도아(Sliding Door for Center Back Wall), (16) 담파조정선( Cable for Damper Control), (17) 담파조정레바(Lever for Damper Control),
가) 개요
본 고안은 배기관(Duct)과 연결되는 집진 박스(도5)·집진 박스와 배기관이 연결되는 부위에 설치되는 전후 분리용 담퍼(Damper/ 도8)·집진 박스 내부를 분리하여 양면형이 가능하게 하는 분리 벽(⑦)·집진 박스를 고정하는 후드의 양측 벽면(⑬)사이를 가로막아 집진 기능을 높이고 양면 또는 한쪽공간 면만 사용이 가능하게 하는 개폐 및 탈 착 가능한(필요시 이동시약대 배치)유리문(⑮)·유리문에 부착하고 집진 박스와 연결되는 "ㅗ" 모양의 공기 흡입장치(도6)와 후드 전면에 달아서 면 풍속을 높이고 실험자의 호흡범위를 보호하는 고정유리판(차단 막/ ⑭)으로 구성하였다.
집진 박스는 5가지 경로를 통해 공기를 흡입하고 흡입된 공기는 집진 박스 안에서 합류되어 천장에 있는 담파를 통하여 외부에 위치한 송풍기와 연결된 배기관으로 흡입되는데, 5가지의 흡입경로는 집진 박스바닥을 구성하는 양면의 흡기망(SUS Punching Plate/ ⑤), 집진 박스 전·후면의 흡입그릴(Suction Grill/ ④)과 집진 박스바닥과 연결되어 있는 "모" 형태의 공기흡입장치 탑(Suction Funnel/ ②)이 그것이다.
그리고 집진 박스 천장이 사각일 경우 공기가 배기관에 유입되는 상황에서 급격한 유동면적의 변화로 충돌 손실과 압력 손실 생기게 되므로, 후드 및 집진 박스의 탑(뚜껑/ ⑥)을 지붕형(Canopy)으로 만들어 흡입효율을 높였다.
배기구 입구(Duct Outlet/ ⑨)에 연결된 담파(⑩)를 이에 이어진 담퍼 조정장치(도 8)를 이용해 조정하여 양쪽 공간 면을 분리사용가능(집진 박스는 양면분리용 칸막이에 의해 나누어진 상태) 하게 되어있다.
나) 첨부도면에 의한 상세 설명
도시한 바와 같이 본 고안의 후드는 ㉮집진 박스(도5)·㉯담퍼(도8)장치·㉰후드벽체(도9)·㉱중앙 칸막이유리문(도7)·㉲공기흡입장치(도6)·㉳개구 상단 후드앞판(⑭)으로 구성되고 있으며,
㉮집진 박스(도5)는 2개의 펀칭 플레이트(⑤)로 된 지판(地板)·그릴(④)이 설치된 2개의 전판(⑫)·후드 벽체(⑬)와 접합되는 2개의 측판·지붕(⑥)모양의 상판으로 구성되고, 전판들의 그릴 바깥 상단 부위에는 차양(③)이 설치되며, 지붕은 배기관(⑨)과의 사이에 있는 담파 박스(⑩)와 연결되어있다.
또, 집진 박스의 바닥에는 별도의 흡기 장치(도6 및 ①)의 상단인 깔때기(②)가 연결되어있으며, 본 고안의 후드사용공간을 제어하기 위하여 집진 박스내부 전체를 전·후 양면으로 분리시키는 분리 벽(⑦)이 설치되는데 이 때 깔대기(②)도 2개로 분리가 된다.
㉯ 담퍼 장치(도8 및 도3의⑩)는 집진 박스천장과 배기관이 연결되는 부분에 설치(⑩)되는데 도면8에서보듯이 담퍼 조정선(16)을 래버(17)를 이용해 조정하게 되면 집진 박스(도5)는 분리 벽(⑦)에 의해 나누어진 상태이기 때문에 후드양면 또는 한면으로의 사용이 가능하게 되어있다.
㉰ 후드 벽체(도9 및 도3의⑬)는 구성된 집진 박스(도5) 및 유리문(도7)·공기흡입장치(도6)·양면의 개구 상단 후드앞판과 접합하고 지붕구성 부분품(⑥⑨⑩⑪)을 떠 받힌다. 후드 벽체(⑬)내부에는 유틸리티용(전선·에어 및 질소라인) 배선 배관을 매입하고, 외부에 조종박스(Control Box/ (18))와 담퍼 조절 레버(17)가 설치가 되어있다.
또, 후드 벽체(⑬)는 도면9와 같이 사각파이프를 프레임으로 하는 샌드위치패널로서 두께와 공간을 주어서 유틸리티라인과 조종박스 매입을 가능하게 하고 벽체의 중량을 줄였다.
㉱ 중앙 칸막이유리문(도7 및 도3의 ⑮)은 후드 벽체(⑬)사이와 후드내부 중앙에 설치되어 작업 공간을 양면공간으로 분리시키고, 전면 개구(開口)부에서 흡기장치(①)에 의하여 중앙으로 흐르는 기류가 유리벽면(도7/ ⑮)을 타고 거슬러 올라 집진 박스의 하단 바닥(⑤)에 도달하도록 유도하는 기능을 수행하게 되는데, 유리문(⑮)은 미닫이문으로 하여 양면의 작업자간에 자료의 교환과 의사소통을 가능하게 하였으며, 탈 부착이 가능하도록 하여 필요시에 이동형 시약 대를 장치함으로 배기 시약장의 기능을 수행하도록 되어있다.
㉲ 공기흡입장치(도6 및 도3의 ①)는 "모"형태의 흡기(吸氣)를 위한 장치로서 도면6과 같은 형태이며, 중앙의 유리벽면(⑮)양편에 부착되고 집진 박스(도5)와 연결된다.
상단은 깔때기 모양(②)으로 배기관입구의 연결부(⑩)와 수직인 위치에 설치되고 집진박스 칸막이(⑦)로 양분되어서 담파에 의해 가동이 제어되며, 하단은 크기가 다른 구멍(⑧ / 크기는 흡입구를 거치면서 공기가 유입되는 유량의 증가량과 공기유입에 따른 공기끼리의 충돌손실 등을 고려하여 정한다)을 가진 흡기관(管)을 가져 요구 되는 기능과 성능을 발휘하도록 되어있다.
㉳ 개구(開口) 상단 후드앞판(⑭)은 후드 전면 즉 집진 박스(도5)의 하단 외곽에 고정하게 되는 유리판(⑭)으로서 후드의 전면의 흡입 면적을 줄여 성능과 효율(면풍속)을 높여 주는 한편 사용자의 호흡부위로부터 오염된 공기를 분리시켜주는 역할을 한다.
다) 작동원리와 성능 설명
배기관(⑨)이 연결된 집진 박스(도5)는 여러 가지 경로를 통해 공기를 흡입하게 되며, 집진 박스(도5)로 유입된 공기들은 박스(도5)내에서 일단 합류하였다가 배기관(⑨)으로 배기 되게 되어있으며, 배기관 끝에 설치된 외부의 송풍기(Motor Blower)가 가동되면 그 흡입력은 집진 박스(도5)의 여러 흡입경로에 미치게 되어있는데, "모"자 형태의 흡기장치(①)는 공기 흡입은 물론 일정한 기류방향을 얻기 위한 수단이기도하다.
㉮ 흡기장치(吸氣裝置/ 도6 및 도3의(①)의 경우 장치의 최 상부(Top)에 있는 깔때기(Funnel/ ②)부위에 미치게 되는 송풍기와 배기관의 흡입력은 깔때기(②)와 흡기관("ㅗ" 형태)을 통과하여 공기 흡입구(흡기구/ ⑧)에 이르러 공기를 흡입하게 되어있는데,
*** 장치(①)의 흡입유량은 흡입구(⑧)구멍크기를 조절함(양끝(Side)은 크게 하고 흡기관이 수직으로 연결된"ㅗ" 형태의 교차지점까지는 점점 작게)으로서, "ㅗ" 형태의 하단수평 흡입구(⑧)에서 흡입되는 유량이 같도록 설계하였고,
*** 깔때기(②) 부위에 미치는 흡입력(송풍기에 의해 생성된 일정한 속도와 압력)은 깔때기와 흡기관("ㅗ" 형태)을 통과하면서 변하게되는데, 속도는 질량유동의 법칙따라 증가되고, 속도 증가에 역 비례하는 압력은 베르누이 법칙에 따라 음의 방향으로 커지게 설계되어있다.
즉, 깔때기의 작용으로 송풍기와 배기관의 물리적 흡입력(에너지) 이상의 효과를 얻을 수 있는 것이다.
*** 흡입구(⑧)를 통해 공기가 빨려 들어가는 속도가 어느 속도 이상이 되면 집진 박스(도5)바닥 면의 흡입 망(⑤)으로 휘어 들어가게 되는 기류의 Y방향 성분을 잡아 주게될 정도의 압력을 형성하게 되며, 이 때 후드전면에서의 공기의 유동이 바닥에 평행한 층류(層流)를 이룸으로서 후드 전면에서 생성된 흄을 포함한 기류가 혼란 없이 모두 후드 안으로 빨려 들어가 배기 되게 되는 것이다.
** 따라서 흡기장치(①)가 없이 집진 박스(도5)바닥 면의 흡입 망(⑤)으로만 공기를 흡입·배출하는 방식의 경우에는 정작 흄이 발생될 수 있는 후드 개구 외곽의 실험 대상판 가장자리 부분에서 흡입력이 떨어져 제어효과가 떨어지게 되지만, 이와 같은 흡기장치(①)의 기능과 성능으로 후드 개구 상단으로 흡입되려는 기류를 하단까지 끌어내림으로서 개구부분 전면의 기류가 바닥에 평행한 층류를 이루게 되어 목적하는 바의 배기 효과를 얻을 수 있도록 되어있다.
** 또한, 일반적인 후드의 성능과는 달리 공기를 흡입 배출하는 부분이 후드 상단에 국한되지 않음으로서, 공기보다 밀도가 큰 흄(Fume)이 발생할 경우에도 후드 밑으로 가라앉아 배기가 되지 않는 현상이 발생되지 않는데, 이런 측면에서 볼 때 본 흡기장치(①)는 공기의 기류방향을 잡는 역할은 물론 공기보다 밀도가 커서 가라앉는 흄(Fume)을 배기 시켜주는 역할을 겸하여 하도록 되어있다.
㉯ 집진 장치(도5)와 주변 보조장치의 경우
덕트 연결부와 멀리 떨어진 부분일 수록 흡입력이 떨어지게 되므로 후드 중심부와 주변부, 상부와 하부에서 생기는 유속차이를 교정하기 위해서, 집진 박스 하단의 공기 흡입부위(⑤)를 직경이 다른 구멍으로 펀칭 처리하여 공기흡입력의 고른 분배가 이루어지도록 하였고, 본 고안이 중앙 실험대(Center Table)에 설치되어 후드 개구 바깥 부분에서의 실험 또는 그에 수반하는 유사 행위시(작업공간은 일반적으로 개구 밖 0.4m까지) 실내로 누출될 수 있는 흄(Escaping Fume)에 대비하여 후드 상단에 그릴(④)과 차양(③)을 설치해 제어 반경을 넓힘으로써 흄(Fume)의 배기 역량을 100%수준이 되도록 하여, 기류가 후드 전면 어느 지점에서나 같은 유속과 유량을 유지하도록 되어있다.
*** 또한, 집진 장치(도5) 천장이 박스형의 사각일 경우 급격한 유동면적의 변화로 충돌 손실과 압력 손실 생기게 되므로 이를 지붕형(⑥)으로 만들어 불필요하고 비효율적인 공간을 줄여 흡입효율을 높였으며, 후드 전면 개구의 상단(집진 박스 전면그릴하단)에 고정하게 되는 유리판(⑭)은 후드전면의 개구의 높이를 줄여 유속을 높여주는 한편 사용자의 호흡부위를 보호하는 역할을 하도록 되어있다.
라) 실시 예(例) : 가정과 성능의 입증
㉮ 일반적인 내부형 후드의 경우 처리 유량 Q는 다음의 식으로 표현이 된다.
( A : 후드 개구부의 면적, V : 후드의 제어속도 )
이 형태에서 후드 개구부의 면적A는 개구부 높이( H:1000mm)와 개구부 폭( W:1100mm ~ 2300mm)에서 구하고 후드의 제어속도 V는 일반적으로 0.25 ~ 0.5m/sec로 설정하며,
유해물질의 발생상황에 따라 안전율을 고려하여 10 ~ 20%를 더한 값을 취한다.
㉯ 본 고안은 깊이(Depth)가 600mm정도이고 실험대나 작업대(Depth : 1200mm~1800mm)의 상판 중간에 설치되게 되며, 대개의 작업이 후드 개구 내·외부에서 실시되는 외부형 후드(Open Face Type)인데,
*** 본 고안과 같이 실험대 상판 위에 설치된 외부형 후드의 경우 처리유량 Q는
식으로 잡는다
( X : 후드 개구 면에서 가장 멀리 떨어진 오염원까지의 거리
A : 후드 개구 면적, V : X점에서의 포착속도
예를 들어, 후드 높이( H: 1000mm) 폭( W: 1100) 후드의 제어속도(V: 0.5m/sec)로 정할 때, 내부형 후드의 경우 처리 유량 Q
이나 본 고안이 외부형이므로 ( Xmax= 후드 밖 400mm로 잡는다 ) 다음과 같이
내부형 후드의 약 2배의 유량을 처리해야 하는데, 무작정 제어유량을 늘린다면 송풍기의 용량이 늘어날 뿐 아니라 공조(Air Conditioning)된 실내공기의 소모유량이 커짐으로서 비효율이 오게 되므로,
㉰ 후드전면( 높이/ H: 1000mm/ 폭 W: 1100)의 개구 면적을 줄여서, 높이300mm의 유리판을 개구부 상단에 달아 높이를 1000mm →700mm로 조정하였는데, 이것은 필요한 경우에만 양면작동 시킴으로써 개구의 유속을 높이도록 되어있으며, 이 경우 후드의 높이를 300mm 줄이지 않은 이유는, 후드 전면의 그릴(④)과 차양(③)의 역할로 제어반경을 넓히려는 의도가 있기 때문인데,
■이때 후드전면 개구부(開口部)로 흡입해야하는 총 유량 Q는
와 같으므로, 정상높이(H: 1000mm)의 유량(Q=120.5㎥ /min)보다 적지만 다음에서 보듯이 유속은 높아짐(약 2배)을 알 수 있다.
□ 한쪽면만 작동시킬 경우:
배기 해야할 총 유량 :
후드 전면에서의 평균속도:
■ 가정의 조건설정으로 공기 흡입경로별 흡입 속도와 유량의 크기를 구해보면서 고안하고있는 후드의 성능을 알아본다.
□ 후드 하단의 흡기장치(①)로 흄(Fume)의 30%를 제어하도록 할 때의 처리 유량을
□ 흡기장치(①)이 작동될 때 개구(전면)의 흡입속도(Velocity)를 구하면,
** 유리판 아래로 흡입되는 공기의 양은
** 유리판의 흡입속도는 유량을 흡입(개구)부 면적으로 나누어서
이다
□ 유리판으로 흡입되는 속도가 후드전면의 평균 풍속에 미치는 지점을 구하면,
에서 상수 0.75는 한쪽 면만이 막혀 있는 경우인데, 본 고안은 3면이 막혀 있는 상태이므로, 상수를 0.25로 정했을 때,
유리 판 수직 아래로 0.43m 지점이다.
■ 후드 하단에 흡기장치(①)가 없다고 가정했을 때 후드가 설치될 실험대 상판 상부의 개구부 유속은
이 속도는 전면 평균 풍속(V=1.154m/s)에 훨씬 못 미치는 속도이다.
따라서, 별도의 공기 흡입부위가 없다면 정작 오염가스가 발생하는 테이블 부위의 공기는 거의 실내공기 중으로 확산된다고 보아야 할 것이다.
■ 본 고안에서 가장 중요한 기능을 가진 흡기장치(①)의 흡입속도와 흡입구(⑧) 면적을 전항과 같은 규격에서 구하여봄으로써 후드의 크기에 따른 본 장치의 규격을 동일한 방법으로 설정한다.
□흡입속도가 평균풍속에 이르는 지점(유리판 수직아래 0.43m)의 흡입력 분포는 ;
에서는 모두 공기이므로 같다. 그러므로 힘의 분포는
V = 3.455m/s
흡기장치 하단의 흡기 부위를 슬로트라 볼 때 슬로트(Slot)의 공기 흡입속도는 대개 10m/sec이상으로 정하는데. 위의 계산치에 의해서 흡입구의 속도를 추정해 보면, 기류가 바닥에 평행한 층류를 이루기 위한 속도가 3.455m/s이고, 계산된 지점은 흡입구에서 45°방향으로 424mm떨어진 지점이므로 이 지점의 속도는 본래속도의 14%라 추정할 때 공기구멍에서 평균 흡입 속도는 24.6m/sec로 10m/s 이상이다.
□ 흡입 평균 속도를 24.6m/s로 정하고 공기구멍의 총면적을 구하면:
하단의 공기 흡입부로 흡입·배출해야하는 유량은 Q=0.267㎥/s,
흡입평균 속도가 V=24.6m/s이고,
이므로 공기 흡입구의 총 면적 A는이어야 한다. 이때, 구멍의 크기는 통로의 구멍을 통하여 흡입되는 공기가 관내의 이동공기와 충돌하여 생기는 충돌손실과 유량의 변화를 고려하여 30mm×8EA, 20mm×12EA, 10mm ×18EA로 정한다.
□ 깔때기 입구의 크기를 구하면:
* 집진 박스에서 배기 되는 유량, 즉. 개구 흡입 유량Q는
106.65㎥ /min =1.7775㎥ /s
* 이것은 전체 유량의 70%이며 흡입속도는 1.89m/sec,
* 후드앞판(유리판)의 흡입면적은 300mm×1100mmm으로 1 : 3.67의 비율을 가지고 있으며 상단 흡기구의 차양과 아래쪽으로 300mm 떨어져있다.
* 1 : 3의 측변비를 가진 플랜지(Flang)부착 개구에 대한 등속 면 도표를 보면, 위쪽으로 짧은 변의 길이 만큼 떨어진 곳에서의 속도는 입구풍속의 20%에 이른다.
* 표를 참고하면 이곳에서의 속도는 1.89m/s×0.2=0.378m/s 인데, 차양 면에서의 속도가 0.38m/s 이상이 되어야 집진 박스 내의 흄(Fume)이 역류되는 현상이 없을 것이다.
** 개구 모양에 따른 속도 변화추세를 추정해볼 때 가로·세로의 비가 커질수록 흡입력이 미치는 범위가 넓어지는데 이 경우는 참고한 1 : 3 보다 큰 1 : 3.67 비율이며, 후드상단에 흡입부를 별도로 만든 이유가 흡입범위를 넓히고 외부로 확산될 흄(Fume)을 잡자는 의도이므로 흡입속도를 0.5m/s 설정한다.
* 흡입속도를 0.5m/s 로 잡는다면, 흡입유량은
* 따라서, 후드 전체로 흡입·배기 해야 할 총 유량은
이고,
* 배기관 연결부(Damper Box/ ⑩) 면적은 300mm×300mm 이므로 흡입 속도는:
이다.
** 덕트 연결부에서 0.18m 아래 깔때기가 설치되므로 이 부분에서의 속도를 추정해 보면,
* 1 : 1의 측변비를 가진 장방형 플랜지 부착 개구의 속도 분포를 보면 이 위치에서는 입구속도의 30%의 속도를 낸다.
* 플랜지의 역할을 유해가스의 제어에 전혀 도움이 안되는 개구의 뒤 면에서 개구로 향해 유동하는 기류를 제어하는 역할을 하는 것으로 볼 때, 배기관과 집진 박스 연결부에 설치된 지붕 모양(Canopy)이 플랜지의 역할을 한다고 할 수 있는데, 이 지붕 모양은 각도가 전혀 없는 플랜지와는 달리 전·후( 좌우17。, 전후36。)에 각도가 있고, 배기관과 연결된 부위가 자유공간이 아닌 밀폐된 공간이므로 흡입속도에 개입되는 불필요한 기류가 더 적을 것으로 생각되어 이 부분의 속도를 입구속도의 50%에 이른다고 가정하면,
** 깔때기가 설치될 부분에서의 속도는
21.166m/s×0.5=10.583m/s
** 깔때기의 입구면적은
** 그러므로 한 변의 길이가 0.23m인 깔때기로 크기를 정한다.
깔때기의 높이를 0.2m로 정하면, 정면에서는 θ=18。, 측면에서는 θ= 15.6。로 경사가 진 깔때기가 된다.
□ 전항에 의하면 송풍기 및 배기관의 흡입 속도에 의해 깔때기(②) 입구에 미치는 흡입속도는 10.583m/sec인데, 이때 깔때기 입구의 흡입 압력을 수정 베르누이 공식을 통해 구해보면:
공기 통로에 사용할 파이프는 단면적 50mm×100mm 의 사각 스테인레스 파이프이며, 흡입해야할 유량은 0.267㎥ /s이므로, 양쪽의 통로가 만나는 중간 부분의 흡입속도는
이어야 한다.이고, 여기서이므로, 양쪽 관을 통과하는 유량의 각각의 속도는이다
** 공기 흡입구(⑧)에서 관 마찰에 의한 손실치를 고려하면,
에서 마찰계수f는 관속을 흐르는 공기의 유동상태가 난류{ Reynolds 수가 4000이상 일 때,에서 공기의 동점성계수 υ는 대기압하 20℃일때는 비원형 관 일 경우 수력반지름 4Rh
이므로 마찰계수 f는 상대조도와 Re수의 함수이다.
* Moody Chart에서 마찰계수룰 찾아보면 본 재료는 매끈한 표면을 가진 재료이므로,이다. 그러므로 hL은
** 중간 공기 이동 통로에서의 손실을 고려하면
** 따라서, 깔때기 입구에서의 압력 P2는?
이다.
□ 흡기장치(①)의 흡입구멍(⑧)로 공기가 흡입되어 깔때기(②)를 통과하여 덕트(⑨)로 배기 되는 것은 공기 흡입구(⑧)와 깔때기(②) 입구에서의 압력차이 73.8KPa 때문이다.
여기서 P2의 값이 음인 것은 대기압(大氣壓) 보다 낮은 진공상태를 의미한다.
□ 집진 박스 전면상단 흡입그릴의 공기 유동상태를 보면:
* 그릴의 차양 면에서의 흡입속도는
* 배기 유량은 한쪽 당이다.
차양의 각도는 30。, 그릴의 설치 높이가 깔때기 위치와 비슷한 위치이기 때문에 이 부분의 속도 분포 또한 비슷할 것이다. 그러나 덕트 입구가 있는 중앙과 양끝의 속도차이를 감안하여 이 부분의 평균 속도를 7m/s 로 보자. 그리고 직통 유동이 아니므로 차양 면에서의 마찰손실, 충돌 손실, 그릴통과시의 마찰손실을 고려하여 6m/s로 보면,
* 이 부분으로 배기해야 할 유량 Q는 한 쪽 당이다.
* 그러므로 그릴의 면적A는이다.
* 그릴의 폭을 1.1m로 보았을 때 그릴의 높이는
로 약10cm 의 그릴을 사용한다.
* 이 집진 박스 전면상단 흡입그릴의 공기 유동상태 분석 과정에서 잡은 흡입 속도와 유량은 집진 박스내의 흄이 역류되지 않는 범위에에서 잡은 최소한의 값이다. 그러나 실제로 적용을 했을 경우 흡입범위가 후드 개구와 중복되어 있으므로 제어 유량이 계산치보다 같은 거리에서 작아지므로 제어범위는 실시예에서 잡은 0.4m보다 확대 될 것으로 보인다.
가) 이와 같이 구성된 본 고안은 후드 전면 어느 부분에서나 흡입되는 공기의 기류가 바닥에 평행한 수평 층류(層流)를 이루고, 면 풍속이 일정하게 유지됨으로써 이탈 없이 모든 흄(Fume)이 후드 내로 빨려 들어가 배기 되게 하여 실내의 공기오염을 방지하는 역할을 하게 된다.
나) 또한, 실험대 및 작업대 등 어느 곳에도 설치가 가능한 형태이며, 양면 또는 한면으로 사용할 수 있고, 흄을 발생시키는 시험장비·시약합성 작업·시약보관(시약대)·대형싱크대 장착·통상적인 실험작업 등 이용범위가 넓다.
다) 고안의 특성에 따른 효과
(가) 일반적인 후드(Table Top Hood)와 같이 공기를 흡입 배출하는 부분이 후드 상단에 국한된다면 공기 보다 밀도가 작은 흄(Fume)이 발생할 경우에는 문제가 없지만 공기보다 밀도가 큰 흄(Fume)이 발생할 경우 흄(Fume)이 후드 밑으로 가라앉아 배기가 되지 않게 되는 현상이 발생할 수 있는데, 이런 측면에서 볼 때 흡기장치(①)의 공기통로 구멍은 후드 개구 상단으로 흡입되려는 기류를 실험대상판 부분까지 끌어내림으로서 전면의 기류가 바닥에 평행한 층류를 이루게 함은 물론, 공기보다 밀도가 커서 가라앉는 흄(Fume)을 배기 시켜주는 역할을 하여 목적하는 성능의 배기 효과를 얻을 수 있도록 되어있다.
(나) 덕트 연결부와 멀리 떨어진 부분일 수록 흡입력이 떨어지게 되므로 후드 중심부와 주변부, 상부와 하부의 속도차이가 생기게 된다. 이를 교정하기 위해서, 집진 박스 바닥의 공기 흡입부위를 크기가 다른 구멍을 펀칭 플레이트로 처리하여, 공기 흡입력의 고른 분배가 이루어지도록 하였는데, 이것은 부위별 흡입유량을 조절하므로, 전항의 흡기 장치와 함께 흡입되는 기류를 후드 전면 어느 지점에서나 같은 풍속을 유지하게 하는 역할을 하도록 되어있다.
(다) 내부형 후드의 경우 유해물질을 배기 할 때 외부로부터의 난류기류에 의한 방해가 최소로 유지되고, 오염원을 완전히 포위했기 때문에 제거에 필요한 공기유량이 적어도 되므로 비효율적인 부분이 적다. 그러나 어떤 요인(작업자의 움직임 등)에 의해 일단 후드 밖으로 유출되어 나온 흄(Fume)은 잡을 수 없다는 단점이 있다 또한, 일반적인 외부형 후드의 경우, 유입되는 대부분의 공기가 유해물질 발생 원부근과 유해물질에 의해 오염된 부분을 통과하지 않기 때문에 유해물질의 배기 제어효과가 낮다는 단점이 있지만,
그러나, 본 고안의 경우, 본 고안품이 설치된 상태에서의 작업반경은 후드 개구 외 각 400mm이내로 개구부 높이의 약 1/2 거리에 해당되어(실제로 작업이 이루어지는 공간은 사람의 팔 길이 등을 고려해볼때 개구 외각 200mm이내), 이 범위에서는 제어 유량을 외부형 후드의 유량으로 잡지 않아도, 내부형 후드의 처리 유량만으로도 충분히 100%제어되는 범위이다.
그리고, 작업반경을 개구 외곽400mm까지 제어 풍속 0.5m/sec이상(양면 중 한쪽 면 작동 시에는 풍속증가)으로 설계되어 있으므로, 큰 움직임이 없는 한 흄 제어안정성은 확보되어 있다고 보아야 한다.

Claims (1)

  1. 흡기(吸氣)장치·집진(集塵)장치·배기(排氣)장치가 하나의 시스템으로서 유기적인 기능을 갖고있는 것으로, 개구(開口)하단의 흡기 장치가 개구로 들어가는 기류의 균형과 공기보다 밀도가 큰 흄을 잡고, 전면 상단의 양쪽 흡입그릴과 바닥의 공기 흡입망 그리고 흡기 장치에 의하여 흄을 모아서 지붕모양의 천장과 담파를 가진 배기구를 통하여 배기 시키는 집진 박스가 내부의 칸막이로 나뉘어져서 후드의 작동구역을 제어시키며, 개구 상단에 앞판과 개폐 및 탈 착 가능한 중앙 칸막이를 달아 여타 기기 및 장치의 장착사용도 가능하도록 한 실험대 장착용 양면형 배기 후드.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004063104A1 (en) * 2003-01-15 2004-07-29 Ls Cable Ltd. Modified chemical vapor deposition device for manufacturing optical fiber preform
CN109623753A (zh) * 2019-01-09 2019-04-16 北京信佳伟业科技发展有限公司 一种硒鼓拆卸平台
KR102297559B1 (ko) * 2020-12-05 2021-09-02 이근원 방역형 공기정화기
KR102541049B1 (ko) * 2022-11-17 2023-06-13 주식회사 아카 공기정화시스템을 구비한 실험대

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