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유익한자료

흄후드(Fume Hood)선정시 고려 사항

Fume Hood (흄후드)
실험실의 기본장비이므로 모든 연구원이 잘 알고있으며, 항상 사용하고있으면서도 구성요소의 재질특성과 팬, 덕트의 설치에 대해서는 공개되어있는 자료가 적습니다.

수년간 흄후드를 제작, 설치하면서 연구원과 토의되었던 내용을 중심으로 후드선정시 고려해야할 사항들을 정리하여 봅니다.

우선 흄후드 몸체와 배기시스템으로 나누어 설명드리며 연구원자신의 실험목적에 적합한 재질로 구성된 후드를 선택할 수 있도록 구성요소별로 폭을 넓게 하고자합니다.



1. 몸체(main body)

몸체는 후드본체와 본체를 올려놓는 가대역활의 캐비넷(cabinet), 내장형 팬(fan)으로 구성되며 때로는 내장형대신 외장형 블로아(blower)를 옥상에 설치하기도 합니다.



1-1. 외장재

외장재는 냉간압연강판(CR판, cold rolled iron plate)에 분체도장, 스테인레스판(stainless steel 304)이 일반적이며 때로는 스테인레스판에 분체도장을 하기도 합니다.



1-1-1. 냉간압연강판

흔히말하는 철판이며 전문적으로는 구조용 탄소강으로 분류하고 그중에서도 기계적성질에따라 “연강”으로 다시 분류됩니다.

후드제작업계에서는 냉간압연강판(CR판) 또는 SS41로 표기하기도 하는데 이는 일반구조용 탄소강의 재료기호로 S는 steel, 뒤의 S는 구조용, 41은 인장강도의 하한을 표시합니다.

우리업계에서는 일반적으로 두께 1.2mm의 판을 사용합니다.

인장강도는 38-48kg/㎟ 이며 연신율은 24-36% 입니다.




1-1-2 함마톤 분체도장

도료의 조성분중에서 기능을 발휘하는 부분은 도막성분으로 고형분인 수지, 안료등이며 그 외에 용제나 물등은 도장할 때 작업성을 좋게하기위한 매개체입니다.

분체도료가 용제형도료와 크게 차이나는 점은 휘발성분을 포함하지않고 분말화되어 있으며 용제등 불필요한 성분을 포함하지 않은 순고형분 도료로서 도장효과가 뛰어납니다.

분체도료를 spray gun에 넣고 이앞단에 고전압이 걸리게하여 분체도료를 쏘아주면 토출되는 분체도료는 +전하를 띄게되고 접지된 피도체인 철판에 도착하여 붙게됩니다.

이를 로에넣고 가열용융시키면 도막을 얻게되고 냉각시키면서 도막을 경화시킵니다.

분체도장중에서도 함마톤은 다음의 장점이 있습니다.

함마톤은 분체도료중에서도 무늬용기능성을 갖춘도료로 도막외관에 인위적으로 주름(wrinkle)을 형성시켜 직물(texture)감을 부여하므로 입체감과 특수 요철감을 갖게해줍니다.

함마톤은 은분(aluminium paste)이 포함된 도료에 표면장력이 낮은 실리콘을 투입하여 은분등의 유동을 실리콘이 불균일하게 배열하여 생기는 hammer무늬를 이용한 도료입니다.

함마톤은 접착력, 내구력, 은폐력이 좋고 특히 내마모성이 우수합니다.






1-1-3 스테인레스판(stainless steel plate), SUS304

녹슬지않는 강으로 알려져있으며 내식성(corrosion resisting steel)이 높고 비자성(非磁性)입니다.

화학적 조성은 크롬 16-26%, 니켈 6-20% 이며 나머지는 철로 되어있고 Cr18%-Ni8%의 18-8 스테인레스강이 대표적이며 흔히 SUS 304라고 부릅니다.

여기에서 SUS는 일본공업규격(JIS)에서 사용되는 약어로 steel use stainless 라고하며 KS규격에서는 STS 로 표기합니다.

즉 SUS 304, STS 304 로 표기해도 좋으며 국제적인 표기는 “Type 304SS"로 합니다.

내식성과 내충격성, 기계가공성이 우수하고 선팽창계수가 보통강의 1.5배이며 열, 전기전도도가 1/4 정도입니다.

단점으로 지적되는 염산, 염소가스, 황산등에 약하다는 점을 보완하기위하여 스테인레스스틸에 분체도장으로 마무리하는 경우도 있습니다.




1-2. 내장재

흄후드는 외벽과 내벽의 이중구조로 되어있으며 뒷면의 두벽사이의 공간으로도 배기가 되게끔하고 있습니다.

내벽에 해당되는 내장재는 후드내에서 발생되는 유해가스와 열에 직접 접촉하므로 재질의 선정에 유의해야 합니다.

산(acid)을 많이 사용하는 실험실에서는 내산성재질을 선정하고 유기용매의 경우에는 유기용매에 강한 재질을 선정합니다.

특히 후드내에서는 열을 이용한 농축과 분해, 반응실험이 기본이므로 화재 및 폭발에도 견딜수있는 내열성, 내연성(耐燃性)자재를 선정해야 합니다.





1-2-1. 석고보드(asbestos plate)

석면판이라고도 부르며 주로 건축내장재로 사용되는 재질이며 최근에는 발암성물질이라는 환경문제로 인하여 선호도가 적어져서 메이저급 공장에서는 생산이 중단된 상태입니다.

뛰어난 내열성과 경제적인 면에서 아직까지도 흄후드의 표준내장재 입니다.

특히 흄후드 내에서는 가열, 농축, 반응등의 열을 이용한 단위조작이 많아서 내열성이 중요하고 가격이 저렴하다는 장점으로 우리업계에서는 일반사양(general specification)의 흄후드 내장재로 사용되고 있습니다.



1-2-2. 일반 스테인레스판(stainless steel plate), SUS 304

외부재질에 사용되는 SUS304로 내부재질에도 동일하게 선정되며 유기용매를 주로 사용하는 경우와 일반적인 내장재로 사용됩니다..

내연성 자재로서 흄후드 내에서 유기용매 위주로 실험하는 경우에는 최적이지만 합성, 산분해등의 실험으로 강산을 많이 사용하는 경우에는 표면의 얼룩짐과 변색의 우려가 있습니다.




1-2-3. 특수 스테인레스판(stainless steel plate), SUS 316L

일반 스테인레스스틸 SUS304는 Cr18%-Ni8% 이며 산에대한 내식성이 제한되어있어 산에대한 내식성을 강화시키기 위하여 몰리브텐을 첨가한 SUS316은 Cr18%- Ni12%-Mo2.5% 이며 산을 많이 사용하는 흄후드 내장재 재질로 적합합니다.

SUS 316L은 SUS 316보다 탄소함량이 적으며 용접부위에도 동일한 내식성이 유지되는 장점으로 내산성이 높고 유기용매에 적합한 내장재 재질로 선정됩니다.



1-2-4. TRESPA & 페놀수지판

네덜런드의 Trespa회사에서 개발한 판넬의 등록상표이며 목재섬유소(wood fiber) 또는 크라프트지(craft fiber) 70% 와 이의 주성분인 리그닌(lignin)의 화학적구조가 유사한 페놀수지 30%를 결속제(binding gent)로 사용하여 제작한 판(panel, plate)입니다.

국내제품으로는 LG에서 개발한 페놀수지적층판이 사용됩니다.

표면에는 멜라민수지(melamine resin)가 도포되어있고 내산성 및 내약품성이 우수합니다.

난연재는 아니지만 내열성도 우수합니다.



1-3. 상판(work top)

흄후드내의 작업대이며 이작업대 위에서 전열기를 사용하여 산분해, 증류, 농축, 합성실험을합니다.

작업대는 내열성 재질이어야하며 사용되는 산, 유기용매 및 화학약품에대한 내약품성이 우수해야 합니다.




1-3-1. 납판 (lead plate)

내약품성과 경제적인 장점으로 오래전부터 사용되어온 상판(작업대)의 재질입니다만 환경문제와 시간경과에따른 백태현상으로 최근에는 납판의 사용이 적어지고 있습니다.



1-3-2 세라마이트, 세라스톤, 세라스타

실험대 상판과 동일한 재질이며 제작회사에따라 각기 다른이름으로 표기됩니다.

파쇄한 원석(돌가루)으로 성형한후 적합한 수지(resin)로 표면처리를 하여 제작합니다.

작업면의 수지층 두께는 1-2mm로 열, 강산, 유기용매에 이수지층이 녹으면 내부의 돌가루가 표면으로 표출되어 작업대의 기능을 상실하게 됩니다.

후드 작업대(상판)에서 사용되는 열원, 산 및 유기용매의 종류에따라 선택에 유의해야 합니다.



1-3-2 에폭시수지판(epoxy resin plate)

에폭시수지 와 결속제를 조합하여 제작한 판으로 내열성과 내약품성이 우수합니다.

작업대의 성격에 맞게끔 적당한 두께를 갖습니다.



1-3-3. TRESPA, 페놀수지판

내열성과 내약품성이 우수하며 작업대로 적당한 두께를 갖습니다.



1-3-4. 세라믹판(ceramic plate, 도자기재질)

도자기 제조에 사용되는 점토를 틀에 넣어 성형하고 1300℃에서 소성한 세라믹판으로 적당한 두께를 갖고있으며 일본에서는 후드의 상판으로 보편화되고 있습니다.

점토로 만들어졌으므로 내열성이 가장 우수하고 내산성 및 내약품성이 비교표에서처럼 에폭시수지판 보다도 우수합니다.

가격면에서 고가이지만 내약품성이 최고재질로 우선순위의 후드상판입니다.




1.4. 유리문(window)

1.4.1. 유리

두께 5mm로 열처리한 안전강화유리입니다.

1.4.2. 프레임(frame)

유리를 안전하게 지지하는 틀(frame)로 내열성, 내부식성이 요구되며 견고함이 강조되므로 스테인레스스틸로 제작합니다.



1.5. 악세서리(accessories)

1.5.1. 방폭등

유기용매증기로인한 폭발을 방지 하기위하여 방폭구조로 되어있으며 일반백열등은 전구의 수명이 짧으므로 사용을 배제하고 장수명의 에너지 절약형 3파장램프를 장착합니다. 삼파장램프의 사용으로 연구원이 전구를 자주 교체하는 불편함을 덜어드립니다.

후드실내의 밝기를 고려하여 1500모델부터는 2개의 램프를 장착합니다.



1.5.2. 물, 에어(air), 가스(gas)

일반적인 모델은 PVC로 제작된 콕크(cock)와 황동으로 제작된 조절밸브를 3개 장착합니다.

합성실험을 위하여 질소가스등 가스의 사용이 중요한 포인트가 되는 경우 고객이 제작전에 요청하면 일반가스콕크를 “압력계 와 잠금장치가 부착된 미세압력조정기(regulator)”로 바꾸어 장착하여 드리며 별도비용이 부가되지않습니다.

발주시에 명기하여 주십시요.




1.5.3. 컵싱크(cup sink)

배수구로 스테인레스스틸의 컵싱크를 장착합니다.

산을 많이 사용하는 경우에는 PVC제질을 사용합니다.



1.5.4. paper work용 슬라이딩판

후드내 작업에 강산, 유기용매의 사용으로 참조문헌, 반응조건메모에 필요한 책자나 노트를 펼처놓을 자리가 마땅하지 않습니다.

50cm x 50cm의 스테인레스재질, paper work용 슬라이딩판을 장착하여 필요시 잡아당겨 사용하며 실험이 종료되면 후드몸체로 밀어넣습니다.

25kg의 무게에도 견딜수있게 견고하며 우리회사의 실용신안등록 제0230519로 일반후드와 차별화되어있는 독특한 제품입니다.



1.5.5. 주기율표

실험실에서 꼭 필요한 테이블중의 하나인 주기율표를 후드전면에 장착합니다.




2. 캐비넷(cabinet)

후드본체를 올려놓는 가대로 철제사각파이프, 40 x 40mm를 견고하게 용접하여 함마톤분체도장으로 마무리합니다.

문은 MDF(Medium Density Fiberboard)재질로 여닫이식 문을 장착합니다.





3. 배기시스템(fan, blower and duct system)

3.1. 내장형 팬(fan)

저소음, 저진동의 시로코타입(sirocco type) 팬으로 후드 상부에 장착하며 후드의 크기에따라 1/4마력부터 1/2마력까지 사용됩니다.

풍량은 22-40CMM(입방메타/분)이며 정압은 20-14mmAq, 소음은 56-60dB입니다.



3.2. 외장형 블로아(blower)

일반적으로 옥상에 설치하며 진동방지용 방진좌대를 먼저 설치하고 그위에 견고하게 블로아를 장착하는데 일반적으로 1-2마력의 모타가 사용됩니다.

후드로부터 설치위치가 멀어서 연구원의 확인이 어렵고 모타의 용량이 크므로 안전장치, 과부하방지용 브레커(braker)와 마그네틱스위치를 갖춘 컨트롤판넬(control panel)을 설치합니다.

블로아 용량이 큰경우에는 블로아를 견고하게 지지하기위하여 콘크리트로 기초공사를 합니다.

블로아의 날개(blade)를 내산성의 PVC로 제작하거나 stainless steel로 제작합니다.

풍량은 52CMM(입방메타/분)입니다.



3.3. 덕트(duct)

일반적으로 직경 200mm의 경질PVC pipe 와 flexible duct hose가 사용되며 필요시 stainless steel로 사각덕트를 제작하여 사용하기도 합니다.