풀무
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1. 개요
풀무는 공기를 불어넣는 장치로, 다양한 구조와 용도로 사용된다. 어원은 고대 영어에서 유래되었으며, 가죽 부대, 주름관, 상자 형태 등 다양한 구조를 가진다. 주름식, 상자식, 이중 작동 피스톤, 이중 폐 아코디언 풀무 등이 있으며, 각각 작동 방식과 특징이 다르다. 풀무는 야금 기술 발전에 기여했으며, 금속 제련과 용접에 필요한 열을 공급하는 데 사용되었다. 또한 악기, 유체 이송, 산업 분야 등 다양한 용도로 활용된다. 팬을 사용한 송풍 장치에 비해 송풍압을 크게 하고 조정하기 쉬우며, 인력으로 조작하기 쉽다는 장점이 있다.
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| 풀무 | |
|---|---|
| 풀무 | |
 | |
| 어원 | |
| 한국어 | 풀무 (불을 일으키는 무건) |
| 영어 | Bellows |
| 일본어 | 鞴 (ふいご, fuigo) |
| 구조 및 원리 | |
| 구조 | 바람통 바람개비 (바람판) 송풍관 |
| 원리 | 공기 압축 및 분사 |
| 사용 | |
| 용도 | 불 피우기 (대장간, 난방) 악기 (오르간, 백파이프) |
| 종류 | 손 풀무 발 풀무 상자 풀무 (Box bellows) 피스톤 풀무 (Piston bellows) 항아리 풀무 (Pot bellows) |
| 기타 | 현대식 풀무 (전기 모터 사용) |
2. 어원
"풀무"는 복수형으로만 사용된다. 고대 영어로 풀무는 blǽstbęl(i)gang 또는 blást-bęl(i)gang라고 불렸는데, 이는 '폭발 가방', '불어넣는 가방'을 뜻한다. 11세기까지는 접두사가 생략된 bęlgang, bylgang, byligang ('가방')이 사용되었다. 이 단어는 "배"와 동족어이다.[1] 고대 노르드어, 스웨덴어, 덴마크어, 네덜란드어(blaasbalg)에도 유사한 단어가 있지만, 그 어원은 불확실하다. '풀무'는 겉모습이 유사한 라틴어 follisla와는 동족어가 아닌 것으로 보인다.[1]
풀무는 기밀을 유지하고 부피를 변화시켜 공기를 한 방향으로 흐르게 하는 구조이다. 흡기구와 배출구에 수동식 체크 밸브를 설치하여 공기 흐름을 제어한다. 풀무는 구조에 따라 다음과 같이 나뉜다.
3. 구조
크랭크 기구를 사용하여 회전식 원동기와 결합하는 방식도 있다.
3. 1. 주름식 풀무
기밀이 유지되고 부피가 가변적인 공간을 만드는 방법에는 여러 가지가 있다. 단순한 가죽 부대를 사용하는 것, 주름관 구조를 사용하는 것, 직사각형 상자를 실린더로 삼고 그 안에 정밀하게 장착된 판을 피스톤처럼 위아래로 움직이는 상자 풀무 등이 있다.
회전식 원동기와 결합하기 쉽도록 크랭크 기구를 사용한 작동 방식도 있다.
어떤 방식이든 공기 흐름이 한 방향으로만 흐르도록 흡기구와 배출구에 수동식 체크 밸브를 갖추고 있다. 아래 그림과 같은 일반적인 구조에서는 아래쪽 두 손잡이를 양손으로 잡고, 한쪽으로 열리는 뱀 모양 주름통을 펼칠 때 흡기하고(1), 밀어 압축했을 때 위쪽 노즐(2)에서 배기(송풍)한다. 흡기구(3)와 노즐은 밸브 구조로 되어 있어, 노즐에서 흡기하거나 흡기구에서 배기되는, 이른바 역류를 방지한다.
흡기와 배기를 번갈아 하는 구조상 연속적으로 공기를 내보낼 수는 없지만, 둘 이상의 풀무를 조합하여 번갈아 흡배기하면 연속적인 송풍이 가능하다.
3. 2. 상자 풀무
기밀이 유지되고 부피가 가변적인 공간을 만드는 방법은 다양하며, 단순한 가죽 부대를 사용하는 것, 주름관 구조를 사용하는 것, 더 나아가 직사각형의 상자를 실린더로 삼고 그 안에 정밀하게 장착된 판을 피스톤으로 상하로 움직이는 상자 풀무 등이 있다.
회전식 원동기와 결합하기 쉽도록 크랭크 기구를 사용한 작동 방식도 있다.
어느 것이든 공기의 흐름이 한 방향으로만 흐르도록 흡기구와 배출구에 수동식 체크 밸브를 갖추고 있다. 상자 안에는 2쌍의 흡기 밸브와 배출 밸브가 조합되어 있다.[9] 판을 직각으로 붙인 막대를 피스톤처럼 밀고 당기는 것으로 취구에서 바람을 내보낸다.[9]
3. 3. 이중 작동 피스톤 풀무
이중 작동 피스톤 풀무는 대장장이와 제련소에서 풀무질을 하여 용광로에 들어가는 공기 흐름을 증가시키는 데 사용되는 풀무의 한 종류이다. 손잡이를 양쪽으로 움직일 때 모두 공기를 내뿜는다는 특징이 있다. 이는 손잡이가 한 방향으로 움직일 때 공기를 불어넣고 다른 방향으로 움직일 때 풀무를 채우는 더 간단하고 흔한 풀무와는 대조적이다. 이러한 풀무는 단순한 풀무보다 더 일정하고 강력한 바람을 불어넣는다.[4]
이러한 풀무는 적어도 기원전 5세기부터 중국에서 발명되어 존재했으며, 16세기에는 유럽에 전파되었다.[5][6] 기원전 240년에는 고대 그리스의 발명가 크테시비우스가 알렉산드리아에서 한 레벨에서 다른 레벨로 물을 끌어올리는 데 사용되는 이중 작동 피스톤 풀무를 독립적으로 발명했다.[7]
피스톤은 한쪽 면에 손잡이가 달린 직사각형 상자 안에 들어있다. 피스톤 가장자리는 깃털, 털 또는 부드러운 종이로 덮여 있어 기밀과 윤활을 보장한다. 피스톤을 당기면 먼 쪽에서 공기가 들어오고 가까운 쪽 챔버의 공기가 압축되어 측면 챔버로 밀려 들어가 노즐을 통해 흐른다. 그런 다음 밀어 넣으면 가까운 쪽에서 공기가 들어오고 먼 쪽 챔버의 공기가 동일한 노즐을 통해 흐른다.[4][5]
기밀이 유지되고 부피가 가변적인 공간을 만드는 방법은 다양하다. 단순한 가죽 부대를 사용하는 것, 주름관 구조를 사용하는 것, 더 나아가 직사각형의 상자를 실린더로 삼고 그 안에 정밀하게 장착된 판을 피스톤으로 상하로 움직이는 상자 풀무 등이 있다.
회전식 원동기와 결합하기 쉽도록 크랭크 기구를 사용한 작동 방식도 있다.
어느 것이든 공기의 흐름이 한 방향으로만 흐르도록 흡기구와 배출구에 수동식 체크 밸브를 갖추고 있다.
3. 4. 이중 폐 아코디언 풀무
이중 폐 아코디언 풀무는 세 개의 잎으로 구성된다. 가운데 잎은 고정되어 있고, 아래 잎은 위아래로 움직인다. 윗 잎은 자유롭게 움직이며 무게추가 달려 있다. 아래 잎과 가운데 잎에는 밸브가 있지만, 윗 잎에는 밸브가 없다. 토출구는 윗 잎에만 연결되어 있다.
아래 잎이 위로 움직이면 아래 폐에서 윗 폐로 공기가 펌핑된다. 동시에 공기는 토출구를 통해 풀무 밖으로 나가지만, 속도는 더 느리다. 이로 인해 윗 폐가 부풀어 오른다. 그 후 아래 잎이 아래로 움직여 신선한 공기를 풀무 안으로 끌어들인다. 이 과정에서 윗 잎의 무게추가 윗 잎을 아래로 누르기 때문에 공기는 토출구를 통해 계속 빠져나간다.
이러한 설계는 용광로로 들어가는 공기량 자체를 늘리지는 않지만, 단순 풀무보다 더 일정한 기류를 제공한다. 또한 두 개의 단순 풀무를 번갈아 가며 펌핑하거나, 단동식 피스톤 풀무 하나를 사용하는 것보다 더 균일한 기류를 제공한다.
4. 역사
풀무는 고대 시대부터 금속 제련, 용접 등 높은 열이 필요한 작업에 필수적인 도구였다. 연료에 공기를 추가로 공급하여 연소율을 높이고 더 많은 열을 발생시키는 역할을 했다.
한나라의 기계 기술자 두사(기원전 38년 사망)는 수차를 이용해 이중 작동 피스톤 펌프에 유압 동력을 사용하여 야금에서 풀무를 작동시킨 최초의 인물로 알려져 있다. 그의 발명품은 주철 단조를 위해 용광로의 피스톤 풀무를 작동시키는 데 사용되었다.[3] 고대 그리스인, 고대 로마인 등 다른 문명에서도 블루머리 용광로에서 풀무를 사용하여 연철을 생산했다.
현대 산업에서는 왕복 풀무 대신 전동 송풍기가 주로 사용된다.
4. 1. 야금 기술 발전
금속 제련과 용접과 같은 여러 공정은 매우 많은 열을 필요로 하기 때문에 고대 시대에 풀무가 발명된 후에야 개발될 수 있었다. 풀무는 연료에 추가적인 공기를 공급하여 연소율을 높여 더 많은 열을 낼 수 있게 한다.야금에는 다양한 종류의 풀무가 사용된다.
- 상자 풀무는 동아시아에서 전통적으로 사용되었으며 현재도 사용되고 있다.
- 항아리 풀무는 고대 이집트에서 사용되었다.
- 일본의 타타라 발 풀무.
- 특징적인 주름진 측면을 가진 아코디언 풀무는 수 세기 동안 유럽에서 사용되었다.
- 오스트로네시아인에 의해 개발된 (아마도) 동남아시아의 피스톤 풀무는 불 피스톤의 원리를 사용하여 개발되었다. 이는 동남아시아에서 청동 및 철 야금의 독립적인 발전을 이끌었다. 이 기술은 오스트로네시아 확산을 통해 마다가스카르로 전파되었다.[2]
- 이 기술은 나중에 한족에 의해 채택되어 개선되었으며, 이중 작동 피스톤 풀무로 발전되었다.[2]
- 피스톤 풀무는 18세기 중반에 유럽에서 독립적으로 개발되었다.
- 금속 풀무는 동적 조건에서 축 방향 움직임을 흡수하도록 만들어졌다.
중국 풀무는 원래 전국 시대 (기원전 4세기) 군사 기술에 관한 묵자의 책에 설명된 대로 두 개의 항아리가 있는 소 가죽으로 만들어졌다. 한나라 시대에 동남아시아 문화와의 접촉으로 중국은 동남아시아인의 대나무 기반 피스톤 풀무를 접하게 되었다. 획득한 피스톤 풀무 기술은 송나라 시대에 소 가죽 풀무가 완전히 사라지면서 중국 소 가죽 풀무를 완전히 대체했다.[2] 한나라의 기계 기술자 두사(기원전 38년 사망)는 수차를 통해 이중 작동 피스톤 펌프에 유압 동력을 사용하여 야금에서 풀무를 작동시킨 최초의 인물로 알려져 있다. 그의 발명품은 주철을 단조하기 위해 용광로의 피스톤 풀무를 작동시키는 데 사용되었다.[3] 고대 그리스인, 고대 로마인, 그리고 다른 문명들은 블루머리 용광로에서 풀무를 사용하여 연철을 생산했다.
현대 산업에서 왕복 풀무는 일반적으로 전동 송풍기로 대체된다.
4. 2. 원시 풀무
제련과 용접 같은 작업은 매우 많은 열을 필요로 하기 때문에, 고대 시대에 풀무가 발명된 후에야 개발될 수 있었다. 풀무는 연료에 추가적인 공기를 공급하여 연소율을 높이고, 따라서 열 출력을 높이는 데 사용된다.레반트의 고고학적 유적에서 고고학자들은 상단에 헐렁한 가죽을 부착한 원시적인 단지 풀무를 발견했다. 이러한 단지 풀무는 펌프질할 때 가죽 덮개가 최대 양의 공기를 전달할 수 있도록 넓은 테두리로 제작되었다. 덮개는 바깥쪽으로 향한 테두리 아래 끈으로, 또는 테두리 바깥쪽 바로 아래 홈에 고정되었다. 바닥 근처의 구멍은 썩기 쉬운 재료로 만든 파이프를 삽입하여 공기 분사를 용광로나 도가니로 향하게 하는 역할을 했으며, 이는 일반적으로 송풍관을 통해 이루어졌다.[8] 단지 풀무와 함께 사용된 송풍관은 단지에서 화구로 이어지는 썩기 쉬운 튜브의 끝을 보호하는 기능을 했다. 사하라 사막 지역에서는 여전히 원시적인 단지 풀무를 사용하고 있다.
5. 용도
풀무와 비슷한 구조를 가진 송풍 장치는 다양한 용도로 사용되며, 특히 악기 분야에서 많이 사용된다. 리드 오르간의 발로 밟는 풀무나 아코디언 등이 가까운 예시이다. 옛날에는 파이프 오르간의 송풍에도 큰 풀무가 사용되었고, 많은 수의 풀무 장인들의 인력으로 송풍하여 연주를 가능하게 했다. 특이한 예로는 에어소프트건의 발사 기구에 채용된 예도 있다(벌크헤드식).
5. 1. 유체 이송
- 마취기의 필수적인 부분이다.[1]
- 뻐꾸기 시계는 벨로우를 사용하여 공기를 게닥트(파이프)를 통해 불어넣어 뻐꾸기 새의 울음소리를 흉내 낸다.[2]
- 악기는 인간의 폐에서 제공되는 기압을 대체하거나 조절하기 위해 벨로우를 사용할 수 있다.[3]
| 악기 종류 |
|---|
| 아코디언, 콘서트나 및 관련 악기[4] |
| 리드 오르간[5] |
| 파이프 오르간[6] |
| 무제트 드 쿠르, 윌리언 파이프 및 일부 다른 종류의 백파이프[7] |
| 하모늄 및 멜로디언[8] |
| 포르티프[9] |
5. 2. 악기
악기는 인간의 폐에서 제공되는 기압을 대체하거나 조절하기 위해 풀무를 사용할 수 있다. 풀무를 사용하는 악기는 다음과 같다.리드 오르간의 발로 밟는 풀무나 아코디언 등이 가까운 예시이다. 옛날에는 파이프 오르간의 송풍에도 큰 풀무가 사용되었고, 많은 수의 풀무 장인들의 인력으로 송풍하여 연주를 가능하게 했다.
5. 3. 기타 용도
"벨로우"라는 용어는 공기 이동과 관련이 없는 여러 분야에도 사용된다.- 벨로우는 로드 부츠, 기계 웨이 커버, 리프트 커버, 레일 커버 등 산업 및 기계 분야에서 로드, 베어링, 씰을 먼지로부터 보호하는 데 널리 사용된다.
- 벨로우는 차량이 꺾이는 부분을 덮기 위해 굴절 버스 및 노면 전차에 널리 사용된다.
- 벨로우는 측면 이동을 기반으로 압력 수준의 정밀 지표 역할을 하여 기계식 아네로이드에 사용된다.
- 벨로우 튜빙은 가볍고 유연하며 신축성이 있는 튜빙의 한 종류로, 초기 아쿠아 렁 설계와 같이 주변 압력에서 가스 또는 공기를 공급하는 데 사용될 수 있다.
- 폴딩 카메라와 뷰 카메라는 벨로우를 사용하여 초점을 맞추기 위해 렌즈를 필름 평면에 대해 움직일 수 있도록 하고, 주로 뷰 카메라에서 이미지 제어(카메라 움직임)를 위해 렌즈를 슬라이드하고 기울일 수 있도록 하면서 빛을 차단한다.
- 배관 팽창 이음: 이 경우 벨로우는 배기 가스나 증기와 같이 고온 매체를 운송하는 배관 시스템에서 열 이동 및 진동을 흡수하기 위해 직렬로 형성된다.
- 벌 연기통은 옆면에 부착된 풀무를 사용하여 천천히 타는 연료에 공기를 공급한다. 이렇게 하면 연소 속도가 증가하고 필요에 따라 일시적으로 더 많은 연기를 배출할 수 있는데, 이는 양봉을 할 때 필요하다.
- 비슷한 구조를 가진 송풍 장치는 다양한 용도로 사용되며, 특히 악기 분야에서 많이 사용된다. 리드 오르간의 발로 밟는 풀무나 아코디언 등이 가까운 예시이다. 옛날에는 파이프 오르간의 송풍에도 큰 풀무가 사용되었고, 많은 수의 풀무 장인들의 인력으로 송풍하여 연주를 가능하게 했다. 특이한 예로는 에어소프트건의 발사 기구에 채용된 예도 있다(벌크헤드식).
6. 특징
다른 형태의 송풍 장치로 팬을 사용한 것이 있지만, 이에 비해 풀무는 송풍압을 크게 하기 쉽고 조정이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 인력으로 조작하기 쉽다는 점도 장점이다. 반면에, 작동 속도를 올리는 것이 어렵고, 절대적인 송풍량을 확보하기 위해서는 기실의 크기를 더욱 크게 할 필요가 있다는 단점이 있다.
참조
[1]
OED
bellows
[2]
서적
Clerks and Craftsmen in China and the Est
https://books.google[...]
Cambridge University Press
1970
[3]
서적
Science and Civilisation in China, Part 2, Mechanical Engineering
https://books.google[...]
Cambridge University Press
[4]
서적
Early Metal Mining and Production
[5]
서적
The Genius of China: 3,000 Years of Science, Discovery, and Invention
André Deutsch
[6]
서적
Let There be Peace - Ascension to Ivisimara
Lulu.com
2012-11-24
[7]
서적
World Energy Crisis: A Reference Handbook
ABC-CLIO
2012-11-05
[8]
학술지
Excavations at Dor, Final Report: Volume IIB Area G, The Late Bronze and Iron Ages: Pottery, Artifacts, Ecofacts and other Studies
Institute of Archaeology, Hebrew University of Jerusalem
[9]
웹사이트
ふいご
https://rekimin-seki[...]
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