공기압축기
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1. 개요
공기 압축기는 다양한 동력원을 사용하여 공기를 압축하는 장치이다. 동력원에 따라 가솔린, 디젤, 전기 모터 등을 사용하며, HP(마력) 및 CFM(분당 입방 피트)으로 성능을 측정한다. 압축 방식에는 정적 변위형과 회전역동형이 있으며, 피스톤식, 로터리 스크류 방식 등이 있다. 냉각 방식은 공랭식, 수냉식, 오일 냉각 등이 사용되며, 공기 압축기는 가스 실린더 충전, 공압 공구 작동, 산업 공정 등 다양한 분야에서 활용된다. 효율적인 작동을 위해 정기적인 유지보수가 필요하며, 등엔트로피 효율이 높을수록 에너지 절감 효과가 크다.
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| 공기압축기 | |
|---|---|
| 공기 압축기 | |
 | |
| 개요 | |
| 종류 | 왕복동 회전식 나사 원심식 축류식 |
| 용도 | 공압 공구 타이어 팽창 산업 공정 기타 |
| 작동 원리 | |
| 왕복동 압축기 | 피스톤의 왕복 운동을 통해 공기를 압축 |
| 회전식 압축기 | 회전하는 로터 또는 스크롤을 통해 공기를 압축 |
| 원심식 압축기 | 임펠러의 회전을 통해 공기의 운동 에너지를 증가시킨 후 압력 에너지로 변환 |
| 축류식 압축기 | 회전하는 날개를 통해 공기를 압축 |
| 구성 요소 | |
| 압력 용기 | 압축된 공기를 저장하는 탱크 |
| 압력 스위치 | 압력 용기의 압력을 감지하여 압축기 작동을 제어 |
| 모터 | 압축기 작동에 필요한 동력 제공 |
| 압력 조절기 | 압력 용기의 압력을 조절 |
| 안전 밸브 | 압력 용기의 과압을 방지 |
| 냉각 시스템 | 압축 과정에서 발생하는 열을 제거 |
| 윤활 시스템 | 압축기 내부 부품의 마찰을 줄이고 냉각 |
| 제어 시스템 | 압축기의 작동을 제어하고 보호 |
| 안전 | |
| 안전 예방책 | 압축기의 안전 지침 준수 압력 용기의 정기적인 검사 안전 밸브의 정상 작동 확인 압축기 주변의 가연성 물질 제거 |
| 응용 분야 | |
| 공압 공구 | 못 박는 기계 렌치 분무기 연마기 드릴 |
| 산업 | 플라스틱 성형 섬유 제조 식품 포장 로봇 공학 레이저 절단 |
| 기타 | 스프링클러 시스템 자동차 에어컨 항공기 엔진 잠수함 치과용 장비 |
| 장단점 | |
| 장점 | 높은 에너지 효율 다양한 용도로 활용 가능 상대적으로 간단한 구조 높은 신뢰성 |
| 단점 | 소음 발생 진동 발생 압축 공기의 오염 가능성 초기 투자 비용이 높을 수 있음 |
| 추가 정보 | |
| 참고 자료 | Popular Mechanics - 공기 압축기 작동 원리 |
2. 분류
공기 압축기는 다양한 기준으로 분류할 수 있다.
- 동력원: 가솔린 또는 디젤 엔진, 전기 모터를 사용하는 방식으로 나뉜다. 차량 엔진, 동력 인출 장치 또는 유압 포트를 사용하는 공기 압축기도 이동식으로 사용된다.[9]
- 구동 방식: 직결 구동 방식과 벨트 구동 방식으로 나뉜다.
- 토출 압력:
- 저압 공기 압축기: 토출 압력이 150psi 이하
- 중압 압축기: 토출 압력이 151psi에서 1000psi 사이
- 고압 공기 압축기: 토출 압력이 1000psi 이상
- 압축 방식:
- 정변위형 압축기: 피스톤식 압축기, 로터리 스크류 압축기, 베인 압축기, 스크롤 압축기, 단단 왕복동 압축기, 다단 왕복동 압축기
- 회전역동형 압축기: 원심 압축기, 축류 압축기
- 윤활 방식: 오일 윤활 방식과 무급유 방식으로 나눌 수 있다.
2. 1. 동력원
공기압축기는 다양한 동력원을 활용하도록 설계되었다. 직접 구동 방식의 가솔린 또는 디젤 엔진 및 전기 모터가 가장 널리 사용되는 반면, 차량 엔진, 동력 인출 장치 또는 유압 포트를 사용하는 공기 압축기도 이동식 애플리케이션에서 흔히 사용된다.[9]압축기의 동력은 HP(마력) 및 CFM(분당 입방 피트)으로 측정된다.[10] 압력 용기의 부피와 저장된 압력은 사용 가능한 압축 공기량(예비량)을 나타낸다.
가솔린 및 디젤 동력 압축기는 전력 접근이 어려운 원격 지역에서 널리 사용된다. 소음이 심하고 배기 가스 배출을 위한 환기가 필요하며, 특히 압축 공기를 호흡용 공기 공급에 사용하려는 경우 더욱 그렇다. 전기 동력 압축기는 전기에 지속적으로 접근할 수 있는 생산 현장, 작업장 및 차고에서 널리 사용된다. 일반적인 작업장/차고용 압축기는 110V 또는 230V를 사용한다. 압축기 탱크의 모양은 "팬케이크", "쌍둥이 탱크", "수평형" 및 "수직형"이 있다. 크기와 목적에 따라 압축기는 고정형 또는 휴대형일 수 있다.
2. 2. 구동 방식
공기압축기의 구동 방식은 다음과 같다.- 직결 구동
- 벨트 구동
공기 압축 방법에는 정변위형과 회전역동형이 있으며, 다음과 같은 종류가 있다.
- 단단 왕복동 압축기
- 다단 왕복동 압축기
- 단단 로터리 스크류 압축기
- 2단 로터리 스크류 압축기
- 로터리 베인 펌프
- 스크롤 압축기
- 원심 (회전역동 또는 터보) 압축기
- 축류 압축기 (주로 제트 엔진에 사용됨)
윤활 방식에 따라 오일 윤활 방식과 무급유 방식으로 분류할 수 있다. 무급유 (또는 오일프리) 시스템은 기술 발전을 통해 윤활유가 필요 없다. 무급유 공기 압축기는 오일 윤활 방식보다 가볍고 휴대성이 좋지만, 더 많은 유지보수가 필요하다. 반면 오일 윤활식 공기 압축기는 전통적인 형태로, 모터 윤활을 위해 오일이 필요하며 압축기 수명 연장에 도움이 된다. 오일 윤활 압축기는 내구성이 뛰어나고 무급유 압축기보다 유지보수가 덜 필요하다는 장점이 있다.
2. 3. 토출 압력
공기 압축기는 토출 압력에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.- 저압 공기 압축기: 토출 압력이 150psi 이하
- 중압 압축기: 토출 압력이 151psi에서 1000psi 사이
- 고압 공기 압축기: 토출 압력이 1000psi 이상
2. 4. 압축 방식
공기 압축 방식에는 정변위형과 회전역동형이 있다.정변위형 압축기는 공기를 밀폐된 공간에 가두고 부피를 줄여 압력을 높인다. 압력이 배출구 외부 압력보다 커지면 밸브가 열리고 공기가 배출된다.[5]
정변위형 압축기 종류:
- 피스톤식 압축기: 왕복 운동하는 피스톤으로 공기를 압축한다. 단방향 밸브를 사용하여 공기 흐름을 제어한다. 1단 또는 다단으로 구성될 수 있으며, 다단 압축기는 효율 향상을 위해 중간 냉각을 사용한다.
- 로터리 스크류 압축기: 맞물린 두 개의 헬리컬 스크류를 회전시켜 공기를 압축한다. 1단 또는 2단으로 구성될 수 있다.
- 베인 압축기: 슬롯형 로터와 블레이드를 사용하여 공기를 압축한다. 고정된 부피의 공기를 고압으로 제공한다.
- 스크롤 압축기
- 단단 왕복동 압축기
- 다단 왕복동 압축기
1단 및 2단 압축기의 용량은 보통 분당 표준 입방 피트(SCFM), 리터/분, 제곱 인치당 파운드(PSI), 바로 표시한다. 일부는 분당 실제 입방 피트(ACFM)로, 다른 일부는 분당 입방 피트(CFM)로 표시하기도 한다. CFM만으로는 압력 기준이 없어 모호하므로 주의해야 한다. (예: 20 CFM (60 PSI에서))
1단 압축기는 보통 0.1~5 마력, 2단 압축기는 5~30 마력 범위이다.
회전역동형 압축기에는 원심 압축기와 축류 압축기가 있다. 원심 압축기는 회전 날개로 기체에 운동 에너지를 전달하고, 고정 통로에서 속도를 압력으로 변환한다. 축류 압축기는 회전 날개가 운동 에너지를 전달하고 고정자 날개가 압력 상승으로 변환한다.
- 원심 (회전역동 또는 터보) 압축기
- 축류 압축기, 종종 제트 엔진에 사용됨.
2. 5. 윤활 방식
윤활 방식에 따라 오일 윤활 방식과 무급유 방식으로 나눌 수 있다. 무급유(또는 오일프리) 시스템은 윤활유가 필요하지 않다는 등의 기술적 발전이 이루어졌다. 무급유 공기 압축기는 오일 윤활 방식보다 가볍고 휴대성이 좋지만, 더 많은 유지보수가 필요하다. 반면에 오일 윤활식 공기 압축기는 더 전통적인 형태의 공기 압축기이다. 모터 윤활을 위해 오일이 필요하며, 이는 압축기의 수명을 연장하는 데 도움이 된다. 오일 윤활 압축기의 장점 중 하나는 내구성이 더 뛰어나고 무급유 압축기보다 유지보수가 덜 필요하다는 것이다.3. 냉각
단열 가열로 인해 공기 압축기는 폐열을 처리할 수 있는 방법이 필요하다.[6] 일반적으로 이는 공랭식 또는 수냉식의 형태를 띠지만, 일부(특히 회전형) 압축기는 오일로 냉각될 수 있으며, 오일은 다시 공랭식 또는 수냉식으로 냉각된다.[6] 압축기 냉각 시 대기 변화도 고려된다. 냉각 방식은 흡입 온도, 주변 온도, 압축기 동력 및 적용 분야와 같은 요소를 고려하여 결정된다. 모든 용도에 사용할 수 있는 단일 유형의 압축기는 없다.
4. 응용 분야
공기 압축기는 다음과 같은 다양한 용도로 사용된다.[7]
- 가스 실린더를 채우기 위해 깨끗한 고압 공기를 공급한다.
- 잠수 표면 공급 공기 잠수부에게 깨끗한 중간 압력 공기를 공급한다.
- 일부 사무실 및 학교 건물 공압 HVAC 제어 시스템 밸브를 구동하기 위해 중간 압력의 깨끗한 공기를 공급한다.
- 해머 드릴과 같은 공압 공구에 동력을 공급하기 위해 많은 양의 중간 압력 공기를 공급한다.
- 고압 공기 탱크 (HPA, 공기 탱크)를 채운다.
- 타이어를 채운다.
- 대규모 산업 공정 (예: 석유 코킹 또는 시멘트 공장 백하우스 퍼지 시스템의 산화)을 위해 대량의 중간 압력 공기를 생산한다.
공기 압축기는 또한 오일 및 가스, 채광 및 시추 응용 분야에서 세척 매체, 언더밸런스 시추에서 머드를 폭기하고 파이프라인의 공기 피깅으로 널리 사용된다.
5. 동력원
공기 압축기는 다양한 동력원을 활용하도록 설계되었다. 직접 구동 방식의 가솔린 또는 디젤 엔진 및 전기 모터가 가장 널리 사용되는 반면, 차량 엔진, 동력 인출 장치 또는 유압 포트를 사용하는 공기 압축기도 이동식 애플리케이션에서 흔히 사용된다.[9]
압축기의 동력은 HP(마력) 및 CFM(분당 입방 피트)으로 측정된다.[10] 압력 용기의 부피와 저장된 압력은 사용 가능한 압축 공기량(예비량)을 나타낸다.
가솔린 및 디젤 동력 압축기는 전력 접근이 어려운 원격 지역에서 널리 사용된다. 소음이 심하고 배기 가스 배출을 위한 환기가 필요하며, 특히 압축 공기를 호흡용 공기 공급에 사용하려는 경우 더욱 그렇다. 전기 동력 압축기는 전기에 지속적으로 접근할 수 있는 생산 현장, 작업장 및 차고에서 널리 사용된다. 일반적인 작업장/차고용 압축기는 110V 또는 230V를 사용한다. 압축기 탱크의 모양은 "팬케이크", "쌍둥이 탱크", "수평형" 및 "수직형"이 있다. 크기와 목적에 따라 압축기는 고정형 또는 휴대형일 수 있다.
6. 유지보수
모든 압축기 유형이 누출 없이 효율적으로 작동하도록 하려면 정기적인 유지 보수를 수행해야 한다. 유지 보수 비용은 공기 압축기 소유의 수명 주기 비용의 8%에 불과하다.[11]
7. 공기 압축기 등엔트로피 효율
압축 공기 및 가스 협회(CAGI)에 따르면, 등엔트로피 효율이 높을수록 에너지 절감 효과가 더 크다.[12] 우수한 공기 압축기의 등엔트로피 효율은 95%에 달한다.[12]
공기 압축기의 총 수명 주기 비용 중 약 70~80%가 에너지 소비이므로, 고효율 공기 압축기를 사용하는 것이 에너지 절약 방법 중 하나이다.
참조
[1]
뉴스
How Do Air Compressors Work?
http://www.popularme[...]
Popular Mechanics
2017-01-12
[2]
웹사이트
Classification of air compressors
http://www.tpub.com/[...]
2017-01-12
[3]
웹사이트
Air Compressor Types and Controls
http://www.nrcan.gc.[...]
2014-02-04
[4]
웹사이트
What is a Two Stage Air Compressor – Air Compressor Insider
https://aircompresso[...]
2023-07-26
[5]
뉴스
Compressor Selection Basics: Positive Displacement versus Dynamic Compression
http://www.thecompre[...]
The 5th Utility
2017-01-12
[6]
웹사이트
Types of Air Compressors
http://www.engineeri[...]
[7]
웹사이트
Applications for Compressors
http://www.industry.[...]
2017-01-12
[8]
웹사이트
Plug Power Places Large Production Order for Air Squared Compressors to be used in GenDrive Fuel Cell Units
https://s21.q4cdn.co[...]
2019-05-10
[9]
뉴스
Easy Guide To Rotary Screw Air Compressors For Vehicles – By VMAC
https://www.vmacair.[...]
VMAC
2018-10-30
[10]
웹사이트
Evaluating True Horsepower and CFM Ratings of Air Compressors
http://www.truetex.c[...]
[11]
웹사이트
How Many Watts Does An Air Compressor Use
https://aircompresso[...]
2023-08-11
[12]
CAGI Performance Verification Data Sheets
https://www.cagi.org[...]
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