NEW TECHNOLOGY INTRODUCTION

Swirler Vortex Ventilation

TORNADO SYSTEMS CO.,LTD.www.torsys.co.kr

산업계의 과제국소배기장치는 어느 공간에서나 국부적으로 또는 간헐적으로 발생하는 가스, 분진, 악취 등의 오염물질을 제거하기 위해 사용된다. 일반적으로 국소배기장치는 배기구의 부압(負壓)에 의한 공기유동을 이용한다. 오염물질이 부유되어 있는 공기를 배기구 쪽으로 흡입하면, 그 공기 중에 부유된 물질도 배기구로 오게 되는데, 기체의 경우에는 공기와 거의 같은 움직임을 나타내므로 오염물질이 있는 부분의 공기를 배기구로 빨아들이기만 하면 되지만, 분진과 같이 관성이 큰 오염물질은 공기 유동으로부터 이탈된다. 게다가 횡풍이나 사람의 움직임으로 인하여 공간 중에 별도의 유동이 가해지면, 어떤 위치의 공기는 배기구에 절대 도달하지 못하고 계속 재회전하게 되어, 이 위치의 공기는 환기효과가 없으며, 이 위치에는 계속 오염물질이 쌓이게 된다.

따라서 가급적 많은 위치에서 효과를 나타나게 하려면 배기구 방향으로의 흡입 유동속도를 높여야 하며, 결국 배기구에서의 흡입 유속을 높여야 한다. 또한, 횡풍이 없더라도 기체가 아닌 입자들은 중력에 의해 아래로 가라앉게 되는데, 이 입자들을 배기구로 움직이게 하려면 배기구 방향으로의 유동속도가 입자의 강하속도보다 충분히 커야 한다.

우리는 흔히 배기팬의 유량만 크면 충분하다고 생각하지만 실제로 환기가 잘 안 되는 것은 바로 배기팬이 충분한 유속을 만들어 내지 못하기 때문이다. 실례로 3CMM(분당 3m³)의 유량을 갖고 있는 배기팬을 3 평 정도의 실내에 튼다면 약 3분이면 실내의 모든 오염물질이 제거되어야 하지만 실제로는 30 분을 틀어도 깨끗해 지지 않는다고 느끼는 것은 바로 유속저하 때문이다.

근본적으로 이러한 문제점은 유속이 배기구로부터의 거리에 따라 급격히 감소하기 때문이다. 일반적인 실내 조건에서 오염물질을 배기구 방향으로 보내기 위해 필요한 유동속도(포집속도, capture velocity)는 0.25~1.3m/s 이다. 이 포집속도는 배기구에서의 속도가 아니라 오염물질이 떠있는 위치에서 필요한 유동속도이다.

Dalla Valle 방정식에 따르면 이 유동속도는 거리의 제곱에 반비례한다. 즉 배기 후드의 입구에서 후드 직경의 1 배(1D) 만큼만 떨어져도 포집속도가 배기구 속도의 10% 이하가 되고, 2 배(2D) 떨어지면 2% 수준으로 격감한다.그럼에도 불구하고 오염물질의 포집효율(capture efficacy)을 높이기 위해서는 어쩔 수 없이 배기 유량을 늘려야 하는 것이 현재까지의 배기 기술의 한계이다.

Dalla Valle 방정식은 Vx = Vf

12.7×( xd ) ²+0.75 여기서 Vx 는 x 지점에서의 유속, Vf 는 배기구 입구 유속 x 는 배기구로 부터의 거리, d 는 배기구의 직경(diameter)을 나타낸다.

따라서 배기구 직경(d)의 1 배, 즉 x=d 인 지점에서의 유속은

Vx = Vf

12.7×(11 )²+0 .75 = Vf13 .45 = 0.074Vf,

즉 배기구 입구 유속(Vf)의 7.4%가 된다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 일반적으로 배기 유량을 늘려 포집속도를 늘리려 한다. 그러나 유동에 필요한 에너지는 유동속도의 세제곱에 비례한다. 즉 배기구 유속을 2 배로 증가시키려면 배기에 필요한 에너지를 8 배 소모하여야 한다.이는 포집속도를 높이기 위해 팬이나 블로어의 용량을 증대시키는 것은 경제적으로 막대한 부담이 된다는 것을 의미한다. 물론 기존의 배기장치 기술에서는 다른 대안이 없긴 하지만….

현재 대부분의 선도 업체들은 고가의 BLDC 모터를 사용하여 적은 에너지 소모로 배기장치의 유량을 증대 시키는 소위 고효율 에너지 배기장치를 개발하는데 집중하고 있다. 그러나 이러한 개선에도 불구하고 여전히 장치의 소음, 에너지 비용의 과다 등의 문제로 인해 유량(풍량)을 늘려 포집속도를 높이는 데는 한계가 있다. 또한 산업현장에서는 포집속도를 높이기 위해 국소배기장치의 후드를 가능한 한 오염원 가까이 설치하여야 하고, 이는 작업자의 움직임이나 설비의 유연한 배치에 저해 요인이 되어 국소배기장치의 사용이 제한 되고 있다.물론 이러한 한계는 아직까지 전세계의 어느 업체도 극복하지 못하고 있는 산업계의 과제이다.

Swirler Vortex Ventilation (SVV)이러한 일반 배기장치의 문제점을 극복하기 위하여 스월러 보텍스 배기장치가 개발되었다. 이는 배기구에서의 배기 속도가 같은 조건에서 배기구로부터 떨어진 위치에서의 유속을 증대시켜 주는 것이며, 총 배기속도를 일정방향으로 집중하여 일정방향/위치 에서의 포집 능력을 증대시키는 장치이다. 이장치는 보텍스 유동을 효율적으로 만들어 내기 위하여, 수직의 핀이 세워진 회전하는 원형의 판과 안전 망으로 이루어진 스월러를 배기구 입구에 설치한다.

스월러 보텍스 배기장치는 배기구의 반경 방향으로 공기를 밀어내며, 밀려나간 공기가배기구의 흡입력에 의해 배기구 쪽으로 돌아 오면서 스월러 하단 끝 부분에 도넛 모양의 와류띠가 형성되어 배기구로의 유속이 빨라 지면서 포집깊이는 2 배 이상, 포집 영역은 10 배 이상 증대된다. 기존의 일반적인 배기장치의 포집속도 윤곽선은 거의 원구의 모양을 갖고 있지만 스월러 보텍스 배기장치의 포집속도 윤곽선은 한 방향으로 집중되어 있다. 따라서 스월러 보텍스 배기장치는 특정 거리에서의 포집속도나 최대 포집깊이에 있어서 다른 배기장치에 비해 비교할 수 없이 우월한 성능을 갖고 있다.

Swirler Vortex Ventilation 의 원리일반 환기구에서는 배기구에 음압이 형성되면 공간중의 모든 방향에서 배기구를 향하여 유동이 형성된다.(참조 그림 1) 따라서 유동 면적이 매우 크고, 거리에 따라 제곱에 비례하여 유동단면적이 늘어 나면서 유동속도가 거리의 제곱에 반비례하여 감소한다.

포집깊이와 포집영역을 증대 시키기 위해서는 강력한 보텍스(와류)가 요구된다.와류발생기인 스월러 팬을 돌리기 시작하면 스월러에 설치된 Fin 이 공기를 반경방향으로 강하게 밀어내며, 밀려나간 공기가 배기구의 흡입력에 의해 배기구 쪽으로 돌아오면서, 도넛모양의 와류 띠가 스월러 하단에 형성되기 시작한다. 이 와류 띠가 에어커튼의 역할을 한다. 와류가 더욱 강해지면 스월러 하단에 형성 되었던 와류 띠가 점차 바깥쪽으로 이동하여 스월러 끝부분에 자리 잡는다. 이 와류로 인해 유입되는 유동이 공기를 배기구의 중앙 부분으로 밀어 올려 포집영역이 축 방향으로 넓어 지게 된다.(참조그림 2) 회전속도가 더욱 커지면 커다란 와류 띠가 스월러 외부에 안정되게 자리를 잡으면서 측면에서 배기구 방향으로 들어오는 유동을 차단하는 역할을 하게 된다. 따라서, 배기구 방향으로의 유동은 배기구 하단부에서만 집중적으로 형성되고, 이로 인하여 유동단면적이 작아지면서 유동속도가 높게 유지되는 것이다.

표1. 스월러 이론

그림 1. 일반 배기장치의 유동 패턴 및 유속 분포도

그림 2. 스월러 보텍스 배기장치의 유동 패턴 및 유속 분포도

포집깊이(Capture Depth)국소 배기 장치의 가장 중요한 성능지표는 포집깊이 이다. 포집깊이는 배기유속이 일정기준을 넘는 영역의 배기구로부터의 최대거리로 정의된다. 일반적으로 배기구 입구 속도의 10%되는 지점까지를 포집영역이라 한다. 최소 포집 속도는 오염물질의 방출 정도에 따라 다르다. 유동이 없는 실내에서의 표준 포집속도는 최소 0.25m/s 이다. (참조 표 2).

표2. 여러 작업조건에서 요구되는 포집속도

오염물질 방출 조건 예 포집속도

1 정지공기 중 방출 속도 0 증발 0.25-0,50 m/s

2 거의 정지공기 중 저속 분출

스프레이 부스,일시적인 용기 충전저속 컨베이어 이송용접, 도금

0.5-1 m/s

3 빠른 공기유동 중 중속 분출스프레이 도장

conveyor loading,crushers

1-2.5 m/s

4 고속 공기유동 중 고속 분출 Grinding, abrasive blastingtumbling 2.5-10 m/s

하단 포집속도 영역 상단 포집속도 영역1. 최소 또는 권장 포집 실내 유속 . 1. 실내 공기 흐름 분배2. 저 독성 오염물질 또는 불쾌 값 2. 고 독성 오염물질3. 간헐적, 소량 생산 3. 지속적, 대량 생산4. 대형 후드로 큰 유량 확보 시 4. 소형 후드로 국부 배기 시(출처: ACGIH Industrial ventilation: A Manual of recommended Practice. 23rd edition)

스월러 보텍스 배기 장치의 포집깊이는 일반 배기 장치에 비해 월등하다. (참조 그림 3: 스월러팬의 압력 및 유속 분포도, 그림 4: 스월러팬의 회전 수 변화에 따른 축 방향 속도분포의 변화). 그림 3 과 그림 4 에서 0000rpm 의 분포도 및 곡선은 일반 배기팬의 유속을 나타낸다. 일반 배기장치에서는 유속이 거리의 제곱에 반비례하여 급감한다. 반면에 스월러 보텍스 배기장치에서는 유속이 거리에 직접 반비례하여 서서히 감소한다.

따라서 원거리에서의 유동속도의 상대적 개선 효과는 거리가 멀수록 더욱 커진다. 스월러의 회전수가 증가함에 따라 포집속도도 증가한다. 회전수가 2300rpm 에서의 포집속도는 일반 배기장치에서의 포집속도(0000rpm 곡선) 보다 9 배 이상 증가함을 보여준다. (참조 그림 4: 스월러 팬의 회전 수 변화에 따른 축 방향 속도분포의 변화).일반적으로 권고되는 포집속도는 0.25~0.5 m/s (49.2~98.4 fpm)인데 (Goodfellow and Tähti 2001), 스월러 배기 장치는 2500rpm 일때 배기구에서 배기구 직경의 6 배(6D) 떨어진 지점에서도 이 권고 포집속도를 충족함을 보여준다. 스월러 배기 장치는 대략 2~3.5 배(2~3.5*z/D)의 유속 증대 효과가 있다. 배기구로부터 배기구 직경의 5 배(5D) 떨어진 지점에서는 약 10 배의 유속 증대 효과가 보여진다.즉, 기존의 배기장치로는 포집속도를 2 배로 늘리기 위해서는 8 배의 추가적인 에너지를 소모하여 유량을 늘려야 하지만, 스월러 배기 장치는 추가적인 에너지 소모 없이, 즉 기존 유량을 늘리지 않고도 포집속도를 2 배 이상 늘릴 수 있는 혁신적인 기술이다. 특히 스월러 배기 장치를 지하상가, 지하철 역사, 병원 등 기존의 중앙집중식 배기 시스템에 적용할 경우, 오염물질의 포집효율은 6 배 이상 높이면서 중앙 터보팬의 운전을 1/3 이하로 줄일 수 있고, 국부적 운영이 가능해져 막대한 에너지 절약 및 공기질 개선을 이룰 수 있다.

그림 3: (a) 0rpm, (b) 1500rpm (c) 2500rpm 에서의 스월러 팬의 압력 및 유속 분포도

그림 4: 스월러 팬의 회전 수 변화에 따른 축 방향 속도분포의 변화

PRODUCTS스월러 환풍기TF130-260H / 260S

소형 경량, 초 강력 유속, 넓은 포집 영역, 깊은 포집 깊이, 저 소비전력, 분진, 연기, 냄새, 수증기, 세균 등의 빠른 제거 능력.

모 델 TF130-260H TF130-260S풍 량 3.1 CMM 2.39 CMM입구 풍속 6.3 m/s 5.0 m/s덕트 사이즈 ø 92 mm 92 mm소비 전력 30 watts 26 watts입력 전원 220V/60Hz 220V/60Hz모터 형식 AC AC정격 전류 ‹ 0.185A ‹ 0.135ARPM 1600 1350소 음 48 db 40 db그릴 사이즈 260mm*260mm 260mm*260mm타공 크기 233mm*233mm 233mm*233mm재 질 PP PP무 게 1.6kg 1.6kg운전 상태 표시등 LED 램프 LED 램프댐 퍼 역류 방지 역류 방지

Video Link : http://youtu.be/SWn2I4YBrug , http://youtu.be/CCDuwi2Ibj4 http://youtu.be/HBW-wAS8avU, http://youtu.be/oqZ17fKTC28

TF130-260H 의 유속 분포도 및 유선(streamline)

TF130-200H / 200S 소형 경량, 초 강력 유속, 넓은 포집 영역, 깊은 포집 깊이, 저 소비전력, 저소음 분진, 연기, 냄새, 수증기, 세균 등의 빠른 제거 능력.

모 델 TF130-200H TF130-200S풍 량 3.1 CMM 2.39 CMM입구 풍속 6.3 m/s 5.0 m/s덕트 사이즈 ø 92 mm 92 mm소비 전력 30 watts 26 watts입력 전원 220V/60Hz 220V/60Hz모터 형식 AC AC정격 전류 ‹ 0.185A ‹ 0.135ARPM 1600 1350소 음 48 db 40 db그릴 사이즈 200mm*200mm 200mm*200mm타공 크기 170mm*170mm 170mm*170mm재 질 PP PP무 게 1.5kg 1.5kg운전 상태 표시등 LED 램프 LED 램프댐 퍼 역류 방지 역류 방지

Video Link : http://youtu.be/SWn2I4YBrug , http://youtu.be/CCDuwi2Ibj4 http://youtu.be/HBW-wAS8avU, http://youtu.be/oqZ17fKTC28

TF130-200S 의 유속 분포도 및 유선(streamline)

TF 150S 배기용 시로코팬이 부착된 일체형 시중에 널리 분포되어 있는 일반업소나 실험실, 연구실, 사무실, 공장 등에

설치되는 국제 규격품 300x300 사이즈 스월러팬의 와류로 인해 타사 제품에 비해 현격한 오염원 포집능력과 포집깊이의 차이를 가지고 있다. 이로 인하여 본 제품은 타사의 일반 환풍기보다 4~5 배 이상의 환기능력을 가지며, 실내 공기오염에 대한 신속한 환기를 기대할 수 있다.

특히 사무실형 공장 내 실내 오염원의 신속한 배출이 가능하다. 에너지 절약효과와 경제성이 뛰어나다 특히, 흡연부스에 사용하기 적합하다.

모 델 TF 150S 풍 량 3.41 CMM입구 풍속 6.7 m/s 덕트 사이즈 ø 92 mm소비 전력 50 watts 입력 전원 220V/60Hz모터 형식 AC 정격 전류 ‹ 0.26ARPM 1600 소 음 49 db그릴 사이즈 300mm*300m

m타공 크기 275mm*275m

m재 질 ABS 무 게 2.2kg운전상태표시등 LED 램프 댐 퍼 역류 방지

Tornado Range HoodsTRM-63SB

Swirler Vortex Fan 장착으로 강력한 연기, 냄새, 분진, 수증기, 세균 제거 초 저소음 운전, 저 소비 전력, 2 개의 LED 램프 스테인레스 재질의 미려한 디자인, 3 단 속도 조절

풍 량 5.76CMM @3 단 운전입구 풍속 5.7m/s @3 단 운전소비 전력 44w @1 단, 51w @2 단, 53w @3 단입력 전원 220V, 60Hz유효 포집 깊이 900mm유효 포집 영역 직경 670.3mm 이내소 음 42.5 db @1 단보 조 등 두 개의 LED 램프 (2.5w)속도 조절 3 단크 기 W600mm*D440mm*H600mm덕트 사이즈 ø 120mm필 터 알루미늄댐 퍼 역류 방지

Video Link : http://youtu.be/PWLR8ifJX0g

TRM-63SB 의 유속 분포도 및 유선(streamline)

TRC-91SG Swirler Vortex Fan 장착으로 강력한 연기, 냄새, 분진, 수증기, 세균 제거 초 저소음 운전, 저 소비 전력, 2 개의 LED 램프 스테인레스 재질의 미려한 디자인, 3 단 속도 조절

풍 량 5.76CMM @3 단 운전입구 풍속 5.7m/s @3 단 운전소비 전력 44w @1 단, 51w @2 단, 53w @3 단입력 전원 220V, 60Hz유효 포집 깊이 900mm유효 포집 영역 직경 670.3mm 이내소 음 42.5 db @1 단

보 조 등 두 개의 LED 램프 (2.5w)속도 조절 3 단크 기 W600mm*D440mm*H600mm덕트 사이즈 ø 120mm필 터 알루미늄댐 퍼 역류 방지

Video Link : http://youtu.be/PWLR8ifJX0g

TRC-91SG 의 유속 분포도 및 유선(streamline)

이동식 집진기(PORTABLE DUST COLLECTOR)

TF 250CY 스월러 집진기(필터리스/사이클론 분리기 내장) 스월러팬의 강력한 포집 기능으로 그라인딩 작업과 같은 다량의 분진 현장에

적합하다. 필터가 필요 없는 사이클론의 원심력을 이용한 분진, 파우더 수거 기능이 내장되어

사용이 용이하고 경제적이다. 대용량(13L) 서랍형 분진 수거함으로 장시간 사용이 가능하다. 파우더 작업 시에는 집진기능으로 부유 분진을 포집, 수거하며 파우더 작업 후 바닥의

분진수거가 필요할 시 덕트 연결부에 진공호스를 체결하면 청소기능으로 전환된다. 22kg~26kg 의 경량화로 복잡한 작업환경 내에서 이동이 용이하다. select 스위치로 집진기능과 청소기능을 선택 할 수 있다. EPOXY Powder 집진 등 작업장 환경에 따라 특히 전기 안전 문제가 고려 될

시에는 내압 방폭형 제품이나, 전용 Driver 가 부착된 BLDC 모터 제품을 선택할 수 있다.

집진기능

(Dust Collection)

청소기능

(Vacuum Cleaning)Dimension 제품도면

내압방폭형

Explosion

-Proofmotor

모터Motor

전압 Volt (VAC) 1∅ 220V×60Hz소비전력 (W) 0.75KW

전류 Current (starting) 3.5A보호등급 IP 54

Pole 2RPM (full load) 3200

정압 mmAq / max 75풍량 CMM / max 16.5

소음 dB 73무게 kg 26

BLDC모터형

모터Motor

전압 Volt 1∅ 220V×50/60Hz소비전력 Input 100W토크 Torque 3.2 kgf-cm전류 Current 0.8A

BLDCDriver

전압 Volt 1∅ 100~220V ±15%허용전류 Current 3A

주파수 Frequency 50/60Hz속도제어범위 Speed 300~3000RPM

보호기능Safty protection

과.저전압,과전류,과부하,과열로 인한 모터 이상 시 모터 일시정지방진, 방습의 코팅처리로 SPARK 방지이중 안전 Fuse

Reset 기능 on/off button필터 교체 Signal Lamp

C E 인 증 (Motor + Drive)

Video Link :  http://youtu.be/d140D2smtNY

TF 250 FF 이동식 용접 흄 제거기 휴대용으로 사용이 편리하다. 하단부에 필터를 부착한 형태로 이동이 용이하다. 와류로 인한 포집 능력은 포집 깊이와 포집 영역에서 일반 제품에 비하여

4~5 배 이상의 성능을 가지고 있다. 특히 용접 흄을 수거 할 수 있는 PE 소재의 필터로써 0.3~0.4μm 의 용접흄을

97%이상 수거 할 수 있다. 필터교체 : 필터가 70~75%정도 막히면 황색등으로 Signal 이 된다. 필터를

교체한 후 전원스위치를 작동하면 재가동이 시작된다. 필터는 물세척후 건조된 상태에서 재사용이 가능하며, 필터의 탈부착이 간편하다. 필터 물 세척 방법 : 물통에 필터를 넣어 반복적으로 흔들어 주거나 수차례 약한

water shower 방법으로 세척한다. 작업장의 전기 안전 문제 제어를 위해 BLDC 모터와, 보호기능이 확립된 전용

Drive 로 구성되어 있으며, 중량의 최적화 (17kg)로 개인 휴대가 용이하다.

Photo Dimension

흄용 Fume Filter

모터Motor

전압 Voltage 1∅ 220V×50/60Hz전력 Output 100 W전류 Current 0.8 A회전수 RPM 3,000 RPM토크 Torque 3.2 kgf-cm

BLDCDriver

입력전압 VAC 1∅ 100~220V ±15%최대허용전류 Current 3A

주파수 Frequency 50/60Hz속도제어범위 Speed 300~3000 RPM

안전보호기능

Safety protection

과.저전압, 과전류, 과부하, 과열로 인한 모터 이상 시 모터 일지정지.방진, 방습의 코팅처리로 SPARK 방지이중 안전 Fuse

Reset 기능 on / off buttonFilter 교체 Signal Lamp

C E 인 증 (Motor + Drive)

Video Link : http://youtu.be/4JhG_oox_lQ

THANK YOU! 주식회사 토네이도시스템즈홈페이지 : www.torsys.co.kr문의 : 김용민 본부장TEL : 031-734-8307 FAX : 031-734-8309MOBILE: 010-9291-4273EMAIL: ymkim@torsys.co.kr