작성자: Jake Sanders와 Ashley Merrill, Donaldson 통합 벤팅솔루션 부문
적절한 벤팅 시스템의 통합은 새로운 제품과 인클로저를 개발할 때 고려해야 할 중요한 설계 요소로 떠오르고 있습니다. 액체 및 고체 오염물이 인클로저에 유입되는 것을 방지하면서 이러한 영역을 통해 가스가 자유롭게 배출되도록 해야 합니다. 다시 말해서 벤팅은 올바른 장비 작동에 중요한 역할을 합니다. 잘 설계된 인클로저 보호 벤트(EPV)는 민감한 기기를 보호할 뿐 아니라 인클로저에 사용되는 개스킷 및 씰의 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
벤팅솔루션의 적절한 사양은 일반적으로 인그레스 보호 등급, 공기 흐름, 부착 방법의 3가지 요소에 따라 결정됩니다. 이 3가지 요소가 모두 중요하지만, 응용 분야, 작동 조건 및 기타 요인에 따라 그중 하나가 더 중요해질 수 있습니다. 최적의 벤팅솔루션을 찾으려면, 각 요소를 명확하게 이해하는 것은 물론, 통합 접근 방식을 활용하여 각 요소의 상대적인 중요성을 파악해야 합니다. 통합 벤팅솔루션(IVS)은 이러한 요소를 균형 있게 조정하여 각각의 상황에 가장 적합한 솔루션을 식별합니다.
인그레스 보호(IP) 등급
벤팅솔루션을 평가할 때 고려해야 할 중요 매개변수 중 하나는 인그레스 보호(IP) 등급입니다. 국제전기기술위원회(IEC) 표준 60529에 의해 정의된 IP 등급은 이물질 및 습기 유입에 대한 인클로저 씰링의 효과를 나타내는 2자리 숫자입니다. 첫 번째 숫자는 유동성 오염물, 잔해 및 먼지와 같은 이물질을 차단하는 수준을 나타냅니다. 두 번째 숫자는 물방울, 비말 및 침수와 같은 습기를 차단하는 수준을 나타냅니다. 숫자가 높을수록 더 높은 차단 수준을 나타냅니다.
예를 들어, 사람 손 크기의 물체와 수직으로 떨어지는 물 정도만을 차단하는 인클로저의 IP 등급은 11입니다. 먼지, 고온, 고압 살수를 완전히 차단하는 인클로저의 IP 등급은 69k입니다. 표 1은 다양한 수준의 IP 등급을 보여 줍니다.
표 1: 인그레스 보호(IP) 등급 값
| IP | 첫 번째 숫자(고형물 유입) | 두 번째 숫자(습기 차단) |
|---|---|---|
| 0 | 차단 없음 | 차단 없음 |
| 1 | 크기 50 mm가 넘는 물체(예: 손, 대형 공구) | 수직으로 떨어지는 물방울 또는 결로 |
| 2 | 크기 12.5 mm가 넘는 물체(예: 손가락, 소형 공구) | 떨어지는 물방울(케이스가 수직으로 최대 15도까지 기울어진 경우) |
| 3 | 크기 2.5 mm가 넘는 물체(예: 와이어) | 모든 방향에서의 살수(케이스가 수직으로 최대 60도까지 기울어진 경우) |
| 4 | 크기 1 mm가 넘는 물체(예: 가는 와이어) | 모든 방향에서의 살수 |
| 5 | 먼지 유입에 대한 제한적인 차단(유해 침전물 없음) | 모든 방향에서의 저압 워터 제트(제한적 유입 허용) |
| 6 | 먼지 유입에 대한 완전한 차단 | 모든 방향에서의 고압 워터 제트(제한적 유입 허용) |
| 7 | 해당 없음 | 단기간의 침수 |
| 8 | 해당 없음 | 장기간의 오랜 침수 |
| 9k | 해당 없음 | 근거리 고압, 고온 살수 |
IP 등급은 벤팅 특성과 제품 요구사항을 조율할 수 있는 유용한 도구가 됩니다. 예를 들어, 그림 1의 차량 조명 시스템은 물과 습기 모두에 노출될 수 있지만, 꼭 물에 잠기는 것은 아니므로 IP 55 또는 66등급에 해당됩니다. 먼지와 물에 노출될 가능성이 적은 소비자 가전 기기의 IP 등급은 44에 해당될 수 있습니다. 전자 기기가 먼지와 침수에 대해 더 많은 노출을 견딜 수 있도록 제작된 경우, IP 등급이 67 또는 68로 높아질 수 있습니다.
작동 조건과 비용 요소를 기준으로 IP를 다양하게 조합할 수 있습니다. 차량, 의료, 패키징 및 소비자 가전 기기와 같은 다양한 분야에서의 적용은 IP 요건에서 고려되어야 하는 특정한 환경을 나타냅니다. 또한 IP 등급이 높다고 해서 항상 최적의 솔루션을 제공하는 것은 아닙니다. 방수 등급이 높을 경우 공기 흐름이 저하될 수 있습니다.
공기 흐름 요건
공기 흐름 요건은 IP 등급과 마찬가지로 벤트 선택 프로세스에서 중요하게 작용합니다. 벤트는 일반적으로 인클로저 내부 및 외부의 압력을 균일화할 수 있도록 설계됩니다. 공기 흐름이 빠를수록 균일화가 더 빠르게 진행되고, 최대 압력 차가 낮아집니다. 압력이 시스템에 축적되면 가장 약한 부분을 확인할 수 있으므로, 적절하게 설계된 벤트가 민감한 구성요소의 압력을 낮춰 적절한 공기 흐름을 유지해 줍니다. 차량 센서와 같은 기기는 제대로 작동하기 위해 압력의 균형을 맞추어주는 벤팅 시스템에 크게 의존합니다.
공기 흐름 요건을 결정할 때 고려해야 할 요소에는 인클로저 총 배기 시간과 인클로저 내부의 작동 압력이 있습니다. 적절한 벤틸레이션은 인클로저 내부 및 외부의 압력 차를 최소화하는 데 도움이 되며, 공기 흐름이 빠른 벤트는 배기 시간과 시스템이 겪는 압력 차를 줄여 줍니다.
또한 압력 변화율도 고려해야 합니다. 압력 변화는 대개 환경 온도 변화, 햇빛, 전자 장치에서 발생하는 열 또는 습기 노출로 인한 인클로저 내부의 온도 변화 때문에 발생합니다. 일부 응용 분야의 경우, 인클로저 압축, 고도 변화, 침수, 인클로저 내부의 화학 작용 및 기타 요인에 의해 직접적으로 압력이 변화할 수 있습니다. 압력 변화율이 증가할수록 공기 흐름이 더 빨라집니다. 빠른 공기 흐름은 인클로저 내부 전자 센서의 응답 시간을 개선하는 등의 다른 이점도 제공할 수 있습니다.
공기 흐름 요건이 중요하지만, 이는 또한 인그레스 보호 기능과 균형을 이루어야 합니다. 인그레스 보호 성능이 높아지면 공기 흐름이 영향을 받을 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 그림 2에 개략적으로 설명된 것처럼, 올바른 벤팅솔루션은 공기 흐름 및 습기 보호에 최적화된 "최고의 상태"를 제공합니다.
그림 3은 필터 크기와 여과재가 압력 반응에 미치는 영향을 보여 줍니다. 크기가 다른 2개의 벤트를 20도의 기하급수적인 온도 변화를 겪고 있는 인클로저에 각각 설치할 경우, 시간이 지남에 따라 서로 다른 압력 차를 보입니다. 일반적으로 침투성이 더 높은 여과재를 사용했을 때 공기 흐름이 크게 빨라지고 압력 차가 낮아집니다.
연결 방법
벤팅 시스템에서 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 부착 방법입니다. 적절한 IP 등급 및 공기 흐름 사양을 갖췄더라도, 벤트가 적절하게 부착되지 않을 경우 벤팅 효과가 저하될 수 있습니다. 일반적인 인클로저 보호 벤트 부착 옵션에는 스크루 핏, 스냅 핏, 프레스 핏 및 웰드 핏(열 또는 초음파 기법 사용)이 있습니다. 이러한 옵션의 표본을 그림 4에서 볼 수 있습니다.
스크루 핏(Screw-Fit)
스냅 핏(Snap-Fit)
프레스 핏(Press-Fit)
부착 유형마다 특정 상황에서 얻을 수 있는 이점이 있습니다. 나사형 EPV는 종종 보호 케이스, 조명 인클로저, 가전제품, 및 기타 인클로저에 통합되는 경우가 많습니다. 이 경우 보호 벤팅이 필요하고 벤트에 대한 보호가 필수적입니다.
스냅 핏 EPV도 기존 장비에 통합할 수 있으며, 빠른 조립이 필요한 경우에 유용합니다. 공간이 제한된 전자 기기에 많이 사용하는 특정 프레스 핏 EPV는 필터를 기기에 고정하는 감압 접착식 링과 필트레이션 멤브레인으로 구성됩니다.
그림 5와 같이, 경우에 따라 웰드 핏 인클로저 보호 벤트를 벤트 어셈블리의 인클로저에 직접 통합할 수 있습니다. 이 방식은 대개 접착제 사용이 적절하지 않은 기기, 화학적으로 호환되지 않거나 극한의 온도가 존재하는 기기, 또는 필터 경로를 물리적으로 보호해야 하는 기기에 사용됩니다. 이 방식을 통해서도 기기에 조립을 간편하게 할 수 있습니다. 이 경우 벤팅 자재를 부착하기 위해서는 대개 웰드 핏과 직접 접착 사출 성형 방식을 함께 사용합니다.
부착 유형을 평가할 때 고려해야 할 요소에는 벤트를 부착할 자재의 구조, 화학적 호환성, 온도 및 압력과 같은 작동 조건, 조립 조건이 있습니다. 부착 유형에 관계없이 대개 통합 접근 방식이 가장 효율적인 솔루션을 제공합니다. 벤트 공급업체가 따로 설치해야 하는 개별 벤트가 아닌 통합 벤팅솔루션을 제공할 수 있으면, 설계자와 제조사가 부착 유형이 아닌 제품의 요구사항에 집중할 수 있습니다. 벤트가 적절하게 부착되어 더 오랫동안 작동 성능을 유지해야 장기적인 비용 및 효율성에 대한 이익을 실현할 수 있습니다.
종합
벤팅의 3가지 핵심 요소를 평가할 때 제품 설계자와 제조사는 모든 요소를 고려하는 것은 물론, 특정 상황에 가장 중요한 요소가 무엇인지 찾아야 합니다. IP 등급, 공기 흐름 및 부착 유형은 모두 중요한 역할을 하지만, 특정 상황에서는 하나 또는 여러 개의 요소가 더 큰 의미를 지닐 수 있습니다.
필트레이션 자재 및 특성도 고려해야 할 수 있습니다. 특화된 특성에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 소유성 – 발유
- 소수성 – 발수
- 고효율성 – 공기 흐름에서 미립자를 제거하는 효과
- 초청정성 – 인클로저의 청정도 유지
- 흡착성 옵션 – 냄새, 휘발성 유기물, 증기 및 가스 제어
다양한 요소를 고려해야 하는 통합 접근 방식은 벤팅솔루션을 성공적으로 지정하는 데 중요한 역할을 합니다. 한 가지 방식의 벤팅이 모든 상황에 적용되는 것은 아닙니다. 따라서 이러한 요소는 프로젝트에 따라 다른 역할을 할 수 있습니다. 시스템을 설계하고 핵심 요소를 평가할 때 벤팅 선택 프로세스를 빠르게 진행할수록 더 많은 옵션을 사용할 수 있고 성공 가능성이 커집니다.
Ashley Merrill은 Donaldson Company 통합 벤팅솔루션 팀의 글로벌 제품 마케팅 관리자입니다. 그는 드레이크 대학에서 BSBA를 취득하고 아이오와 대학에서 MBA를 취득했습니다. Ashley는 중장비 차량, 차량 및 화학 산업에서 14년간 종사하였습니다.
