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분사장치
분사장치(噴射裝置)는 액체나 기체, 분체 따위에 압력을 가하여 세차게 뿜어 내보내는 기계나 도구 등의 총칭이다.
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개요[편집]
우리는 일상생활에서 저녁에 잠자기 전에 샤워를 하고 아침에 일어나면 가스에 불을 붙여 음식을 조리하며 청소용으로 다양한 분무기, 분사기들을 사용하고 있다. 샤워기에 물을 틀어 시원하게 목욕을 하며 가스레인지에서 나오는 가스에 불을 붙이며 청소용 분무기를 사용하여 물, 세제, 소독제 등을 뿜어 청소를 한다.
분사의 사전적 의미는 액체나 기체 따위에 압력을 가하여 세차게 뿜어 내보냄을 말하며 장치는 어떤 목적에 따라 기능이 주어진 기계, 도구 따위를 말한다. 분사장치란 바로 우리가 일상생활에서 자주 사용하는 샤워기, 가스레인지, 분무기와 같이 액체나 기체 따위를 뿜어 내보내는 것이다. 쉽게 말하면 무언가를 뿜어내는 데 사용하는 기계나 도구, 기구 등의 총칭이다.[1][2]
우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 분사장치는 물과 같은 액체를 분사하는 분무기, 가스와 같은 기체를 분사하는 가스레인지와 자동차의 연료 분사장치가 있으며 분체를 분사하는 장치는 못 봤다고 생각할지도 모르는데 사실상 우리 일상생활과 아주 가깝다. 소방용 소화기가 바로 분체를 분사하는 분무기이다. 소화기는 이산화탄소를 분사하여 불을 끄는데 사용하는데 제품에 따라 거품, 혹은 분말 상태의 이산화탄소를 분사하여 액체나 기체가 아닌 분체도 분사하는 기능이 있다. 별도로 분말소화기라고도 한다.
분체 분사장치는 소화기뿐만 아니라 분체도장에도 적용이 되고 있다. 좀 촉촉하게 적셔진 피도물의 표면에 분말 상태의 도료를 분사하고 가열하여 녹이면서 도막이 형성되어 도장의 목적을 달성하며 자동차 부품, 가전제품, 건축 자재, 전기 제품, 각종 산업기기 등에 적용된다.
분류[편집]
분사장치는 크게 액체용, 기체용, 분체용으로 분사하는 원료에 따라 나눌 수 있으며 목적과 용도에 따라 다종다양하다.
액체 분사장치[편집]
액체 분사장치는 대표적으로 물을 분사하는 분무기를 들 수 있다. 분무기란 물이나 살충제 같은 액체 물질을 펌핑하여 노즐을 통해 용액을 분사하거나 안개처럼 뿜어내는 기구이다. 다림질이나 화초에 습기를 보충할 때, 유리창을 닦기 위한 세제를 뿌릴 때 우리는 분무기를 사용한다. 또는 농사를 짓는 지역에서 살충제나 제초제 같은 농약을 칠 때 인력 분무기, 동력 분무기를 사용하고 있으며 아이들이 가지고 노는 물총도 분무기라 할 수 있다.
빨대 분무기[편집]
아래 그림과 같이 두 개의 빨대를 이용해 간단한 분무기를 만들어볼 수 있다. 빨대 하나는 용액에 담그고 다른 하나는 ㄱ자 모양이 되도록 연결한 후 빨대 B를 불면 공기가 빠르게 빠져나가면서 (가) 영역의 압력이 낮아진다. 이 때문에 (가) 영역의 압력은 용액을 누르는 대기압보다 작아지게 되고 이때 빨대 A를 통해 아래쪽의 용액이 위로 빨려 올라와 분무된다. 즉, 액체나 기체 같은 유체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하기 때문에 압력을 변화시키면 용기 속의 액체가 용기 밖으로 분무 가능해진다.
피스톤 펌프 분무기[편집]
우리가 흔히 사용하는 보통 분무기도 용기 속의 액체를 뽑아 올려 뿜어내기 위해 유체와 압력의 관계를 적절히 응용한다. 보통 분무기는 압력을 조절하기 위해 피스톤 펌프의 원리를 적용한다. 피스톤 펌프의 원리는 그림과 같으며 분무기에 달린 방아쇠 모양의 손잡이(트리거)가 이 피스톤을 움직이는 역할을 한다. 먼저 분무기의 손잡이를 잡아 압축시키면 그림의 (가)처럼 피스톤이 안으로 밀리면서 스프링이 압축된다. 이로 인해 펌프의 내부 압력이 증가하므로 액체 유입구의 밸브는 닫혀 액체의 유입을 차단하고 유출관 밸브는 열려 실린더 내부의 공기(유체)는 빠져나간다. 손잡이를 놓으면 압축된 스프링이 그림의 (나)처럼 피스톤을 제자리로 돌아가게 하고 펌프 내부의 압력은 낮아지므로 액체 유출관과 유입관의 개폐는 그림의 (가)와 반대로 된다. 이때 아래쪽의 액체가 들어온다. 다시 손잡이를 잡아 압축하면 피스톤은 그림의 (다)처럼 안으로 밀려 그림의 (가)와 같은 상황이 된다. 그러므로 펌프에 차 있던 액체의 압력은 높아지게 되고 이로 인해 액체는 유출관 쪽으로 뿜어져 나가게 되는 것이다. 분무기 종류에 따라 액체 유입관의 밸브와 피스톤을 결합한 구조도 있다.
압축 분무기와 에어로졸 스프레이[편집]
압력의 차이에 의해 액체가 분사되는 분무기와 다른 방식으로 분무되는 압축 분무기는 용기에 액체와 공기 또는 기화가 쉬운 가압제를 첨가하여 용기 내 기체의 압력을 높여 액체를 용기 밖으로 밀어내는 것이다. 이 압축 분무기의 원리는 농사용 분무기에 많이 사용하고 있다. 농사용 분무기는 좁은 지역일 경우는 사람이 어깨나 등에 메고 사용이 가능한 인력분무기를 사용하지만 넓은 지역에 분무하기 위해서는 동력분무기를 사용한다. 동력 분무기는 인력 분무기와 비슷하지만 압력조절장치가 따로 있다. 이 압력 조절장치는 분무되는 농약의 압력을 조절하여 일정한 양의 농약이 분무되도록 도와준다.
주변에서 흔히 사용하는 압축 분무기의 또 다른 예로는 탈취나 살충용 에어로졸(aerosol) 스프레이, 소화기 등이 있다. 에어로졸 스프레이의 경우는 액체 내용물과 함께 실온에서 쉽게 기화하는 액체 가압제를 첨가한다. 용기 내에서 이 액체 가압제는 쉽게 기화하여 용기 내부를 고압의 상태로 만든다. 스프레이 노즐을 누르면 용액에 담긴 튜브의 입구가 열려 고압으로 압축된 액체가 분사되는 것이다. 이때 사용하는 가압제는 프레온, 아산화질소와 같은 물질을 사용하는데 특히 프레온 가스는 환경오염의 문제가 있기 때문에 대체 물질이나 보통의 공기를 이용하는 방법에 대해 연구하고 있다.
빠르게 불을 꺼야 하는 소화기의 경우는 가압제 역할을 하는 기체로 공기보다 무거운 이산화탄소를 사용하는데 평상시에는 고압의 이산화탄소가 소화 용액과 분리되어 있다. 불이 났을 때 소화기의 손잡이를 누르면 이산화탄소 가스관이 열려 고압으로 소화액을 눌러 분사하게 된다. 이외에도 분무는 다양한 영역에서 응용되고 있다. 아이들의 물감 장난에서 인스턴트커피 가루처럼 부드러운 가루를 얻기 위해 액상 물질을 분무 건조하는 경우, 마네킹 또는 자동차의 색깔을 섬세하고 균일하게 입히는 도색 작업 등에도 분무기를 활용하고 있다.[3]
기체 분사장치[편집]
기체 분사장치는 대표적으로 자동차의 연료 분사장치를 들 수 있다. 자동차의 연료 분사 장치는 크게 기계식 연료장치에서 전자 제어 연료 분사장치로 발전해 왔다. 예전에는 자연의 힘을 이용한 카뷰레터라고 불리는 기계식 연료 장치가 사용되어 왔으나 현재는 엄격한 배기가스 기준에 맞추어 고도의 연료 분사 제어가 필요함으로 전자제어 연료 분사장치가 활용되고 있다.
카뷰레터 방식[편집]
카뷰레터(기화기)는 휘발유와 공기를 일정한 비율로 혼합하여 엔진에 보내는 장치로 기화기라고도 한다. 실린더 속으로 연료를 넣을 때 폭발적으로 연소하도록 하기 위해 연료를 안개같이 해서 공기와 함께 뿜어 넣을 수 있는 장치이다. 카뷰레터의 아래쪽에 틀어 있는 가솔린 속에 가느다란 파이프가 꽂혀 있고, 반대쪽은 또 다른 굵은 파이프 속으로 돌출해 있는 형태를 하고 있다.
굵은 파이프 속을 공기가 세차게 흘러가면, 가는 파이프에서 가솔린이 안개처럼 뿜어 나와 공기와 함께 혼합 가스가 되어 실린더 속으로 들어가 폭발 에너지를 만들어 자동차를 움직이게 하는 기술이다.
카뷰레터 방식의 연료분사 방식은 오랫동안 사용되어 아직도 애정은 깊다. 오토바이에는 아직도 카뷰레터 엔진을 사용한다. 그러나 기온의 변화에 약하고 무엇보다 대기 중에 유해가스를 배출시키기 쉽기 때문에 자동차에서는 아주 오래된 차량을 제외하고는 카뷰레터 방식은 사라지게 되었다.
전자제어 방식[편집]
전자제어 연료 분사장치(Injector)는 연소에 필요한 혼합기를 인젝터에 의해 공급하는 방식이다. 인젝터에서 연료의 주입량을 결정하기 위해 다양한 센서를 부착하여 차량의 상태를 검출할 수 있으며 이 센서의 신호를 엔진제어 컴퓨터(ECU)에 보내주어 기관의 작동상태에 따른 연료량을 결정하고 제어하게 되는 장치이다. 전자 제어 연료 분사장치는 유해 배기가스 및 연료 소비율을 저감 할 수 있다는 특성이 있다. ECU가 이론 공연비에 따른 연료 제어를 할 수 있으며 감속 시 연료 차단으로 배기가스 절감 효과도 볼 수 있다. 또한 흡입밸브 부근에 연료를 분사하는 방식과 실린더 내부에 직접 분사하는 방식으로 연비 및 주행성능을 향상시키게 되었다.[4]
분체 분사장치[편집]
분체를 분사하는 장치는 분말 소화기와 같은 것이 있지만 대표적으로 분체도장을 들 수 있다. 분체도장은 파우더 코팅이라고 하는데, 그 이유가 가루/분말의 형태인 도료를 이용해 도장하기 때문이다. 쉽게 말하면 플라스틱 가루를 도장하고자 하는 제품에 뿌린 후 열을 가해 녹여서 코팅시킨다고 생각하면 된다. 분체도장 방식에는 정전방식, 유동 침적방식, 정전 유동 침적방식 등이 있는데, 일반적으로 분체도장은 정전방식을 말한다. 사용하는 분사장치는 분말 형태의 도료를 분사할 수 있는 스프레이 건의 형태로 된 전용 도장기를 적용한다.
정전 도장[편집]
정전 도장의 원리는 그림에 나타낸 것과 같이 끝이 날카롭게 생긴 방전 극을 피도물에 향하도록 하고 직류 고전압을 가하면, 방전 극 주변에 코로나 방전이 시작되고 부근의 공기는 이온화되어 피도물로 향하는 이온 공기의 흐름이 시작된다. 이 이온 중에 도료가 분무되면 분무된 도료 입자에 이온이 부착되어 도료 입자가 대전이 되고, 대전된 도료 입자는 반대극인 피도물을 향하여 움직이게 되어 피도장물 표면과 충돌하여 도막을 형성하게 된다.
사용하는 정전 도장기는 전기 절연된 도장 건 선단부에 고전압 발생기로부터 음(-)의 고전압이 걸리는 방전 전극과 도료 분사 장치를 갖추고 있으며, 일반적으로 전기 절연성이 좋은 도료 호스를 이용하여 도료 탱크에 연결되어 있다.
분체 도장기[편집]
분체는 액체와 달리 중력이나 압력으로 간단히 수송할 수 없고 밸브나 코크로 유량을 정확하게 조정할 수 없기 때문에 분체 도장기의 구조는 약간 복잡하여 주로 자동 혹은 수동 스프레이 건, 분체 공급 장치, 고압 발생 장치 등 3가지의 장비로 구성된다.[5][6]
동영상[편집]
각주[편집]
참고 자료[편집]
- 〈분사〉, 《네이버 국어사전》
- 〈장치〉, 《네이버 국어사전》
- 최고관리자, 〈분무기의 원리〉, 《클레임손해사정주식회사》, 2010-12-09
- sky99, 〈연료분사장치〉, 《네이버 블로그》, 2012-10-31
- SP열처리, 〈정전도장법(靜電塗裝法) 분체도장〉, 《네이버 블로그》, 2016-06-13
- 헬로우미스터리, 〈후가공_분체도장〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-20
같이 보기[편집]
