블로워(Blower)와 열식 질량 유량계(Thermal Mass Flow Meter)


블로워(Blower)를 아십니까?

공기와 같은 기체를 불어내는 것을 의미하는 단어로 일반적으로 송풍기나 선풍기와 같이

기체를 불어내는 장비를 뜻합니다.

기체와 연관된 장치이다 보니 유량을 측정할 수도 있겠지요?

이번 시간에는 블로워에 대해 알아보도록 하겠습니다.

블로워(Blower)란?

블로워(Blower)란 단어는 위에 언급한 것처럼 기체를 불어내는 장치를 뜻하는데

한글로 번역하면 송풍기라고 할 수 있습니다.

우리가 흔히 접하는 선풍기(Fan)과 비슷한 원리로 작동되지만

선풍기는 기체에 압력이 가해지지 않는데 비해,

송풍기는 토출되는 기체에 압력이 가해지는 차이가 있습니다.

또한 비슷한 용도로 사용되는 컴프레셔(Compressor)가 있는데,

컴프레셔는 압축 공기를 만든 다는 점에서 블로워와 차이가 있습니다.

블로워는 작동 방식이나 사용되는 부품 등에 따라

링 블로워(Ring Blower), 루츠 블로워(Roots Blower), 터보 블로워(Turbo Blower) 등

여러가지 종류가 있습니다.

링 블로워(Ring Blower)

링 블로워(Ring Blower) 단면도

출처 : fr.Aliexpress.com

https://fr.aliexpress.com/item/1056046778.html

전동기가 고속으로 회전하며 흡입구로 유입된 기체는

임펠러의 회전으로 흡입구 쪽 기체는 원심력에 의해 압력이 상승하여 토출구로 흐르며,

이때 기체는 케이싱에 눌려 임펠러 사이에서 와류 운동이 발생합니다.

이 기체의 흐름이 토출구까지 반복되어 기체의 강하게 토출하게 됩니다.

터보 블로워(Turbo Blower)

터보 블로워(Turbo Blower) 단면도

출처 : Naver 지식 백과

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=655298&cid=42326&categoryId=42326

8개 ~ 24개의 뒤쪽에 구부러짐이 있는 날개(후곡 날개) 바퀴의 회전에 따른 원심력 작용으로,

기체의 압력을 주는 형식입니다.

회전운동으로 연속 송풍을 하기 때문에 진동과 소음이 적습니다.

고속 회전에 견딜 수 있기 때문에 보일러의 강제 통풍, 가스의 송압 등, 각종 용도로 폭넓게 이용됩니다.

루츠 블로워(Roots Blower)

루츠 블로워(Roots Blower) 단면도

출처 : Naver 지식 백과

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=624835&cid=42361&categoryId=42361

누에고치형의 2개의 회전자가 서로 반대 방향으로 회전하여

회전자와 케이싱 사이의 공간에 있는 기체를 압송하는 송풍기를 말합니다.

효율은 터보 송풍기보다 낮지만 압력 증대시의 용량 감소가 적고,

취급도 간단해 비중이 가벼운 가스의 압송이나 진공용으로 적합합니다.

링 블로워를 작동시켜 유량을 측정해 봤습니다

우리는 위에서 알아본 여러 종류의 블로워들 중 링 블로워를 작동시켜 보았습니다.

3 Phase Ring Blower 를 작동시켜 본 결과 진동은 거의 없었지만

토출구에서 약 100 DB 정도의 소음이 발생하는 것을 확인할 수 있었습니다.

또한 해당 장비에서 나오는 기체의 유량을 측정하기 위해 Mass Flow Meter 를 연결했는데,

확인 결과 최대 2,888 slm 으로 1분당 약 3,000 리터 가까운 양을 토출할 수 있다는 것을

알 수 있었습니다.

또한 블로워를 작동시키면 토출되는 기체의 온도가 점차 올라간 다는 것을 확인했습니다.

상온에서 토출되는 기체의 압력이 높아질수록 온도도 상승하는데,

약 0.1 Bar 당 10℃정도씩 온도가 상승하는 것으로 확인했습니다.

이렇게 기체의 온도가 변화할 경우 유량을 측정할 때

로터미터(Rotameter)와 같이 부피를 측정하는 방식의 유량 측정장치는 온압보정이 필요합니다.

하지만 질량 유량계는 기체의 부피가 아닌 질량을 기준으로 유량을 측정하는 유량계로

온도와 압력의 변화에서 자유롭기 때문에 온압 보정이 필요하지 않습니다.

그럼 온압 보정이 필요없는 열식 유량계에 대해 알아봅시다

열식 질량 유량계는 흐르는 가스의 일부를 장비 안의 모세관으로 우회시키고

그 모세관 안에 있는 열선이 가스에 열을 가해 이 열이 얼마나 빨리 사라지는지 측정하는 방식으로

유량을 측정할 수 있습니다.

열식 질량 유량계(Thermal Mass Flow Meter)의 원리

출처 : Teledyne Hastings

열식 질량 유량계의 장점

열식 질량 유량계의 장점 중 하나는 온압 보정이 필요하지 않다는 것입니다.

위에 언급한 것처럼 로터 미터는 부피를 기준으로 유량을 측정하는 것이기 때문에

온도와 압력에 의해 변화하는 부피를 계산해서 보정해 주어야 하지만

질량은 온도와 압력에 영향을 받지 않기 때문에

질량 유량계의 측정치는 온압 보정이 필요하지 않습니다.

또한 1% 미만의 오차범위가 가능하기 때문에 높은 정확도를 요구하는 사용환경에서도

사용이 가능하며 기체의 흐름을 방해하지 않고, 5 sccm 의 저용량부터 15,000 slm 의 대용량까지

매우 넓은 범위의 유량을 측정할 수 있다는 점도 매우 큰 장점입니다.

참고

위키피디아 : https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_fan

지식백과 : https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=626624&ref=y&cid=50321&categoryId=50321

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=655298&cid=42326&categoryId=42326

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=624835&cid=42361&categoryId=42361

그 외 : https://fr.aliexpress.com/item/1056046778.html

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