전통주의 명품 화를 위하여(16)

 

펌프

 

김주수(양조설비전문발명가․브루앤드디스틸시스템 대표)

 

 

주류산업에 있어서 아주 소규모를 제외하고 펌프는 필수적인 설비이다. 펌프는 그 용도에 따라 다양한 펌프가 개발되어 사용하고 있다. 주류 산업에 용도에 따라서 필요한 펌프와 펌프의 종류를 알아본다.

 

◇ 펌프의 용도

펌프는 기본적으로 액체를 혹은 액체와 혼합된 물료를 이송하는데 기본적인 목적이 있다.

고형문을 이송시키는 펌프도 있지만 여기에서는 액체펌프를 이송시키는 펌프만을 설명한다.

 

◇ 펌프의 구조와 작동원리

펌프는 액체를 물리적인 힘을 가해 이동시키는 임펠라(Implellar)를 감싸고 있는 하우징(Housing)과 임페라를 회전시키는 동력부로 구성되어 있으며 임펠라가 있는 하우징과 동력부사이에는 액체가 흘러가지 않도록 하는 씰(Seal)이 장착되어 있다. 씰은 메카니카 씰(Seal)과 리데나(Lidena)의 두가지 대표적인 씰의 방법이다. 씰의 주된 목적은 동력부의 모터가 회전하며 축을 회전하여 축의 반대편에 임펠라를 회전하여 액체를 원심력이나 여러 가지 방법에 의한 방법으로 밀어 내게 되는데 작동중 축과 하우징을 축은 회전하지만 액체는 하우징 쪽에서 동력부쪽으로 넘어가지 못하게 하는데 있다. 고속으로 회전하므로 온도에 견딜수 있어야 하며 미세한 크랙도 없어야 한다. 메가니카씰은 고정자의 유리처럼 반질반질한 면과 회전자의 반질반질한 면이 밀착되어 회전하므로 액체는 새지 않는다. 물론 반질반질한 두면을 제외하고는 축과 하우징 등은 오링으로 밀폐되어 있다. 리네나는 오링처럼 생긴모습에 축이 가락지 처럼 끼워져 있어서 오링안에서 축이 회전한다. 오링은 일정한 힘으로 축을 밀착하고 있으므로 액체가 새지 않는다. 만약에 액체가 동력부쪽으로 넘어 가게 되면 모터의 코일에 액체가 스며들어 합선이 되어 모터가 소손되어 사용하지 못한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

그림1, 메카니카씰

그림2, 리데나

 

메카니카씰과 리데나는 이송하는 액체의 종류와 압력, 온도에 따라서 종류와 재질이 달라진다.

 

◇ 세라믹고정자와 카본회전자

통상적으로 많이 사용하는 메카니카씰이며 고정자면은 세라믹이며 세라믹의 특성상 경도가 높아서 스크래치에 강하며 회전자는 세라믹과 재질이 달라서 세라믹과 밀착되어 회전할 때에 스크래치가 잘나지 않는다. 세라믹고정자와 세라믹회전자를 사용하면 서로 경도가 높아서 스크래치 날 가능성이 있다. 카본회전자의 단점은 당분이 포함되어 있는 액체를 이송하는 경우 당분이 마르면서 굳으면 카본회전자에 붙어 있다가 카본이 떨어져 나가는 경우가 있다. 이 경우 펌프를 사용하기전에 액체에 노출시켜 눌러 붙은 것을 녹여서 카본회전자의 손상을 방지 할 수 있다.

 

◇ TC고정자와 TC회전자

TC(Tungsten Carbone)은 텅스텐과 카본을 합금하여 만든 것으로 카본보다는 강한 재질로 되어있어서 액체와 고형분이 섞인 물료를 이송시킬 때 주로 사용한다. 고형분이 섞여 있는 경우 세라믹이나 카본에 충격을 주면 손상될 가능성이 있는 경우 사용한다. 통상적으로 맥주제조에 있어서 맥즙을 이송시킬 때 사용한다.

 

◇ 리데나

리네나는 특성상 소형펌프에 많이 사용하고 온도에 강한경우 가 대부분이며 화학적이 액체를 이송할 때는 Viton(상표명임)재질은 많이 사용한다. 리데나의 재질은 통상 NBR, Silicon, Viton등이 있으며 내부에 스프링이 있어서 회전축에 밀착시킨다.

기타 다양한 종류의 씰이 다양한 목적으로 사용되고 있으나 여기에서는 주류생산과 관련된 펌프와 씰만을 언급한다.

 

◇ 용도에 따른 다양한 펌프.

펌프는 식품용으로 사용하는 경우에는 하우징 및 임펠라등 식품용액체가 닿는 부분은 녹이 나지 않는 스테인리스스틸로 제작된 펌프를 사용해야 한다.

 

◇ 원심펌프(Centrifugal Pump)

가장 많이 사용하고 통상적인 펌프이며 원심력에 의하여 액체를 이송하며 여러 가지 용도로 사용한다. 액체의 장소적 이송, 고압으로 물을 뿌려주는 CIP용도, 탱크안의 액체의 교반용도 등으로 많이 사용하며 임펠라가 하우징의 중앙에서 회전하며 액체의 원심력을 일으킨다. 펌프 특성상 자흡력(빨아올리는 능력)은 없으며 액체가 하우징에 자연압에 의해서 공급되어 야만 펌핑이 가능하다.

 

 

 

 

 

그림3, 원심펌프

 

◇ 자흡펌프(Self Priming Pump)

통상적으로 물펌프로 사용하며 펌프의 하우징에 물이 고여 있어서 임펠라가 회전하면 물속에서 배관 속에 있는 공기를 빨아내어 공기가 빠져나가면 물을 빨아올려 펌핑하는 방식이다. 이 펌프는 식품용으로는 사용할 수 없다. 왜냐하면, 하우징 내에 항상 물이 고여 있으므로 고여 있는 물이 오염되어 모든 음료나 음료를 기반으로 한 식품을 오염시킨다.

그림4, 자흡펌프

 

◇ 모노펌프(Mono Pump)

통산 적으로 와인양조장에서 포도쥬스와 포도 껍질 과육 등이 혼합된 상태의 Must를 이송하는데 사용하며 임펠라가 회전하는 방식이 아니고 스크루타입의 회전자를 회전시켜 물료를 밀어서 펌핑하는 방식이다. 펌핑하는 방식에 의하여 물료가 스크루타입의 회전자가 있는 통에 떨어지면 회전자가 회전하며 물료를 밀어서 이동하는 방식이다.

 

 

 

 

◇ 플렉스펌프(Flex Pump)

와인양조장에서 많이 사용하며 임펨러가 실리콘이나 특수고무로 되어 있어서 밀어내는 방식이다. 포도주의 경우 발효 후 포도 껍질은 없고 작은 과육이나 싸가 함유되어 있는 경우 펌핑하는데 유용하며 어느 정도의 자흡력이 있어서 배관 내에 작은 양의 공기가 차있는 경우에 이송가능하다. 임펠라가 신축성이 좋아서 저속으로 회전하여도 펌핑능력이 좋다. 임펠라가 하우징 내벽에 붙어서 회전하므로 임펨라의 내구성이 적다.

 

 

 

 

◇ 기어펌프

하우징 안에 기어와 가어가 맞물려있는 상대로 마주보며 회전하며 물료를 이송시킨다. 고형분이 어느 정도 포함되어 있고 고형분이 으깨져도 무방한 경우에 사용한다.

 

 

 

 

 

◇ 피스톤펌프 혹은 다이아프램펌프

피스톤이 왕복동운동을 하며 물료를 투입과 밀어냄을 반복하여 펌핑하는 방식으로 공기도 빨아들여 밀어 내므로 자흡력이 있다. 여과기 등에 압력이 많이 필요한 경우에 사용한다.

그 외에 마그네틱드라이브로 자석이 부착된 임펠라를 회전하여 메카니카씰이나 리데나가 불필요한 마그네틱 드라이브 펌프(Magnetic Drive Pump), 캠형식의 2개의 회전자가 회전하며 밀어내는 로브펌프(Lobe Pump), 강한 재질의 튜브(Tube)를 눌러서 밀어 내는 정량펌프, 회전임펠라를 물속에 잠긴 상태로 회전하여 공기를 빼내는 진공펌프 등 다양한 종류의 펌프가 있다.