오일미스트 집진기의 역사는 약 50여 년 전으로 거슬러 올라가며 공작기계의 발전과 함께 지속적인 성장을 이어왔습니다.오일미스트 집진기는 미립자 형태의 오일(윤활유,절삭유) 포집하는 습식 집진기의 한 종류입니다.
오일미스트를 발생하는 기계는 대표적으로 CNC와 같은 공작기계를 예로 들 수 있습니다. CNC 소재 가공방법을 잠깐 살펴보면 척에 물려있는 피삭제가 빠르게 회전하면서 가공툴과 마찰을 일으켜 표면을 절삭하는 방식으로 진행되는데 이때 열이 발생함과 동시에 표면에 뿌려지는 절삭유가 피삭제, 공구와 부딛히면서 아주 작은 입자 형태로 분리되고 다시 공기중으로 포화된 후 기류에 편승하여 대기를 떠돌아 다니게 됩니다.(그림 1. 참조) 산업현장에서 이것을 오일미스트라고 정의합니다. 이 입자는 사람의 눈에는 보이지 않는 아주 작은 10.0μm 미만의 미립자 형태로 존재합니다.
이는 대기 중의 공기를 통해 인체에 흡입되어 영향을 미치거나 작업환경을 저하하는 요인이 되며 전기장치에 영향을 끼쳐 오작동을 일으키고 냄새를 동반하기 때문에 쾌적한 작업환경을 저해하는 하나의 요인으로 작용하고 있습니다. 따라서 적절한 집진기의 설치를 고려해 볼 필요가 있습니다.
< 그림 1. CNC Machining Center Example - 출처 위키미디어 >
오일미스트 관련 규정
미국 국립산업안전보건연구원 NIOSH(National Insitute for Occupational Safety and heath) 와 미국 노동성 산하 직업안전 위생국OSHA(Occupational Safety and Health Administration) 에서는 오일미스트 (Heavy mineral/Paraffin/White Mineral oil mist) 노출 제한을 아래와 같이 규정하고 있습니다.
NIOSH & OSHA Exposure Limits:5.0 mg/m3for an 8-hour time-weighted average
오일미스트가 발생하는 작업장 내에서 5.0 mg/m3 이상 함유되어 있을 경우 8시간 이상 노출을 제한한다는 내용입니다. 미국은 이처럼 관련 규정을 마련해 놓고 작업환경 내에서 발생하는 오일미스트의 노출 제한을 둠으로써 작업환경 개선 및 작업자 보호에 앞장서고 있습니다.
왜 오일미스트 집진기를 설치해야 하는 이유와 이점
공기중에 포화되어 있는 오일미스트가 사람의 호흡기를 통해 인체에 유입되어 영향이 미치거나 피부질환, 알레르기를 발생할 수 있습니다.
작업자가 오일미스트에 노출되는 것을 최대한 억제하고 작업환경을 개선하는 효과를 수반합니다.
거주 밀집 지역에서 오일미스트가 발생하는 기계를 사용할 때 민원이 발생할 수 있습니다. 국내 환경 법규에 따라 적절한 배기장치나 집진 시설을 설치할 때 고려해야 합니다.
오일미스트로 인해 작업환경이 오염되는 것(미끄럼)을 방지하고 안전사고를 예방합니다.
기계의 전기장치에 오일미스트가 장시간 적체될 경우 오작동이 발생할 수 있으며 이를 예방하므로 잠재적 유지비용을 감소하는 효과를 가져옵니다.
오일미스트 오염에 의한 청소 시간을 단축함으로써 기회비용을 발생합니다.
오일미스트를 회수하여 재사용하므로 절삭유 소모량이 감소합니다.
오일미스트 선정시 고려해야 할 사항
1. 절삭유의 종류와 집진기 선정 시 고려해야 할 점 2. 공작기계에서 발생하는 미스트의 형태 3. 오일미스트 집진기의 용량
4. 오일미스트 집진기 형식의 선정 5. 집진기 설치 위치 6. 집진기 설치 방식 *국소배기방식 1:1 방식 *셀 형식 1대 다수 *중앙집진방식 : 1대 다수 7. 필터타입선정 HEPA Filter 중개필터 방식 전기 집진 방식
1. 절삭유의 종류와 집진기 선정 시 고려해야 할 점
절삭유는 공작기계 가공 시에 냉각과 윤활 작용을 하는 액체를 총칭하는 용어로써 크게수용성과 비수용성으로 분류합니다.
수용성 절삭유는 상대적으로 비수용성 대비 금액이 높으나 오일미스트 집진기의 필터 및 내부에 미치는 영향이 비수용성 절삭유에 비해 적습니다. 이로 인해 소모품의 교체 시기가 절대적이지 않지만, 상대적으로 길다는 이점이 있습니다. 비수용성을 사용하는 공작기계에 적용된 집진기는 가능한 점검 주기를 짧게 가져가야 하며 집진기 내부에서 고착되거나 머드형태로 변환되어 기기에 영향을 미칠 수 있으므로 소모품의 교체주기가 상대적으로 짧습니다.
2. 공작기계에서 발생하는 미스트의 형태
오일미스트는 기계의 종류 및 가공방법에 따라 크게 두 가지 형태, Oil Mist 와 Smoke Mist 로 나뉘어 집니다. Smoke Mist 는 압연,단조같은 공정에서 주로 발생하며 이때 발생하는 입자의 크기가 보통의 Mist 보다 작습니다. 다량의 Smoke mist 가 발생하는 공정에서는 HEPA 필터를 그대로 통과하여 대기로 방출되는 경우가 있기 때문에 집진기의 타입과 설치 방법, Application을 충분히 고려하여 적절한 집진기를 선택해야 합니다.
Oil mist : 입자의 크기가 1.0~10μm인 경우
Smoke mist : 입자의 크기가 0.1~1.0μm인 경우
Oil mist 는 컷팅, 포밍, 그라인딩, 세척공정에서 주로 발생하며 Smoke mist 는 열처리, 플라스틱 포밍, 냉간압조, 절삭유를 메탈에 고압으로 분사할 때 발생합니다. 일반적으로 4~10 μm의 Mist는 HEPA 필터를 사용해서 거를수 있으나 다량의 퓸 형태의 Smoke mist는 HEPA 필터를 통과해서 대기로 방출 될 수 있으므로 사전에 전문업체를 통해 충분한 기술협의 및 확인을 필요로 합니다.
3. 오일미스트 집진기의 용량
오일미스트의 용량을 결정하는 가장 첫 번째 기준은 흡입하고자 하는 특정 대상의 체적 볼륨량 입니다. CNC 공작기계를 예로 들면 공작기계 내부의 공간이 볼륨 즉 집진기의 용량과 직접적인 연관성이 있습니다.
오일미스트 집진기의 용량을 선정하는 가장 기본적인 공식은 다음과 같습니다. 공작기계나 포집하고자 하는 전체 체적 볼륨량과 비율을 고려하여 산정합니다.
가로(m) x 세로(m) x 높이(m) x Rate
*Rate : Mist 형태일 경우 4 / Mist 형태보다 조금 클 경우 6~8
예제) 공작기계 내부의 공간이 가로 2m, 세로 1.7m, 높이 1.5m 이고 절삭유가 일반적인 미스트 형태일 때 예상되는 집진기의 용량은?
가로 x 세로 x 높이 x Rate = 집진기 Capacity m3/min.
2 x 1.7 x 1.5 x 4 = 20.4 m3/min.
따라서집진기 적정 용량은 약 20.4 m3/min.
집진기의 용량은 때에 따라서 제조사의 노하우를 필요로 합니다. 공작기계의 형식과 종류가 다양하고 같은 크기의 공작기계라 할 지라도 제조사 별로 기계 특성이 다르기 때문에 용량계산은 제조사를 통해 재 확인하여야 합니다.
4. 오일미스트 집진기의 타입
a). 원심분리형 타입 (Oil mist 에 적용)
원심분리형은 수평형 수직형 타입 두가지 있습니다. 모두 내부에 회전하는 드럼이 설치 되어 있고 드럼이 빠른 속도로 회전하며 입구를 통해 들어온 미스트를 포집하여 분리 후 Drain (Return) line 을 통해서 회수하는 방식입니다. 아래 동영상을 통해 수직형과, 수평형 설치 방식의 집진기 원리를 확인할 수 있습니다. 원심분리 형식은 오일미스트의 크기가 크더라도(10.0 μm이상) 높은 효율로 포집할 수 있는 장점을 가지고 있으며 많은 양의 체적 볼륨량을 흡입할 수 있는 용량을 갖고 있습니다. 포집된 오일미스트가 내부에 적체되는 현상이 거의 없으므로 필터의 효율을 상당기간 오래 유지할 수 있습니다.
원심분리형 타입은 공작기계 1대당 1나를 놓은 경우가 대부분이며 드물게 1대 다수 (2~3대)에 적용할 수 있습니다. 유입되는 미스트에 머드나, 고착성 물질이 유입될 경우 회전하는 드럼의 Balance 에 영향을 주므로 이점을 유의해야 합니다.
오일미스트 제조사별 제품의 특성과 효율, 동력이 제각각이므로 본 포스팅에서는 다루지 않고 개략적인 설명을 하는 것으로 넘어가겠습니다. (추가적인 문의 사항은 qusinside@gmail.com 으로 보내주세요)
전기를 이용해서 미스트를 태우는 방식으로 Smoke Mist 와 같이 크기가 아주 작고 퓸 형태의 오일미스트에 효과적인 형식입니다. 음극/양극을 이용하므로 내부에 별도의 필터가 없으며 이로 인해서 압력 손실이 없기 때문에 풍량 손실을 고려하지 않습니다. 오일미스트를 가장 완벽하게 제거하는 데는 효과적입니다. 다만 장시간 사용할 경우 이물질이 때 처럼 끼기 때문에 정기적으로 유지보수를 해 주어야 하고 Oil mist 입자가 클 경우에는 적용을 고려해야 합니다.
사각형 모양의 필터가 내장되어 있으며 설치방식이 셀, 중앙집진 형태를 사용할 경우에 사용합니다. 용량에 따라 설계된 집진기는 다수의 오일미스트 발생지에 배관이나 파이프로 연결되어 미스트 포집을 수행합니다. 높은 효율과 장시간 사용이 가능하고 유지 보수 포인트가 하나라는 장점이 있으나 필터 교체 비용과 불필요한 전력 소모가 단점입니다.
중개필터 방식이라고 하며 Prefilter 와 Media filter 를 혼합하여 사용하는 형태 입니다. 미스트와 먼지 집진에 모두 사용할 수 있습니다. 중개 필터 방식으로 인한 풍량 손실이 발생할 수 있으며 수평으로 설치하여 사용할 경우 오일이 바닥면에 고이는 현상이 발생할 수 있습니다.
5. 집진기 설치 위치 앞서 설명한 것처럼 집진기는 크게 국소배기 방법과 중앙집진 방식으로 나뉘어 집니다. 국소배기 장치는 주로 공작기계 한대당 하나의 집진기를 설치하는 방식입니다. 공작기계 상부에 바로 부착하는 "직접설치" 방법과 측면이나 후방에 별도의 스탠드를 위치하고 그위에 집진기를 올려놓는 "스탠드 덕트&배관" 방식으로 분류 됩니다. 중앙집진방식은 말 그래도 하나의 집진기에 다수의 공작기계를 배관이나 덕트를 사용하여 연결하게 됩니다. 유튜브 동영상을 참조하시기 바랍니다.
부분집진방식 : 3~4 대 정도를 하나의 셀로 구분하여 덕트나 배관을 이용해서 연결하고 하나로 모은 상태에서 집진기 한대로 집진하는 방식입니다.
중앙집진방식 : 10 대 이상의 공작기계를 하나의 집진기를 사용해서 집진하는 방식입니다. 80,90년대에 가장 인기가 있는 설치 방식이었습니다.
개별집진방식은 공작기계의 Layout 을 변경할 때 별도로 분리하지 않고 이전설치가 간편하고 설치공간이 적다는 이점이 있습니다. 공작기계 대당 유지보수를 하기 때문에 전체적인 작업장내 오일미스트 포집에 영향을 적게 받습니다. 진동 및 소음이 발생하는 경우가 있고 개별 소모품 교체 비용이 별도로 발생합니다.
부분집진방식은 유지보수 포인트가 하나라는 점과 중앙집진 방식 대비 크기가 크지 않기 때문에 덕트,파이프의 변경이 상대적으로 간편하다는 점이 이점입니다. 집진기 설치 위치에 따라 포집 성능에 차이가 발생하며 집진기가 멈출 경우 전체적인 집진 능력을 상실하게 됩니다. 불필요하게 전력 소비가 발생합니다.
중앙집진방식은 하나의 집진기로 작업장내의 공작기계 전체의 오일미스트를 포집하기 때문에 유지보수가 간편하다는 이점이 있습니다. 집진기 설치 위치에 따라 포집 성능에 차이가 있으며 집진기가 멈출 경우 전체적인 집진 능력을 상실하게 됩니다. 불 필요한 전력 소비가 발생합니다. 화재 위험성이 있으므로 주의가 필요합니다.
오일미스트 집진기에 대한 개요와 선정 방법과 고려해야 할 부분을 살펴 보았습니다. 잘 못된 내용이나 Feedback 은 qusinside@gmail.com 으로 알려주세요.
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