컴프레셔와 압축공기의 발생 (유/공압 기술자료)

컴프레셔와 압축공기의 발생

 

공기압 기기는 공기를 컴프레셔에 의하여 압축하고, 그 에너지를 이용하는 것으로 전동기 또
는 내연기관등의 동력원에 의하여 기계적인 방법으로 압축한다. 공기를 압축하면 고온이 되기
때문에 냉각을 하며, 수분을 제거한 후에 배관을 통하여 각 요소에 공급한다.
2. 1 압축기의 종류
압축기의 방식·구조에 따른 분류를 그림 2-1에 표시함.
(1) 피스톤식 컴프레셔
피스톤식 컴프레셔의 구조를 그림 2-2에 표시함.
피스톤식은 실린더 내에서 피스톤이 왕복운동을 하며, 급·배기구로 일방 통
행하기 위한 밸브를 말하는 것으로 단동식과 복동식이 있다. 초기부터 광범
위하게 사용되고 있지만, 소형의 제품을 제외하고, 진동·소음·효율성 등의
단점을 이유로 로터리식으로 대체되어 가고 있다.

 

 

 

(2) 다이아프램식 컴프레셔

다이아프램식 컴프레셔의 구조를 그림 2-3에 표시함.
다이아프램이 왕복하는 것으로 인하여 배기구로부터 공기가 토출된다.
소형의 전자석으로 인하여 다이아프램이 진동되는 원리로 대형의 제품까지도 제조되고
있다. 구조가 간단하고 접동부가 없기 때문에 오일 프리 컴프레셔로서 사용된다.

 

 

(3) 스크류식 컴프레셔

스크류식 컴프레셔의 구조도를 그림 2-4에 표시함.
스크류식 형상의 요철형인 2개의 로터를 맞물려서 캐싱과 스크류로 둘러
싸인 공간의 공기를 압축하고 토출한다.
왕복기가 없고, 레쉬프로에 비하여 연속적으로 공기압축이 토출되기 때
문에, 진동과 배기에 비례한 소음이 적고, 효율이 좋으므로, 중형 이상에
서의 대표적인 컴프레셔로 사용되고 있다.

 

 

 

 (4) 벤식 컴프레셔

캐싱 안에 편심된 로터가 있고, 로터의 절단된 홈 안으로 벤이라고 불
려지는 판이 끼워져 있다. 로터가 회전하면 캐싱, 로터, 벤으로 둘러싸인
용적이 변하기 때문에 급기구에서 흡입되며, 배기구에서는 압축된 공기
가 토출된다. (그림 2-5)
컴프레셔의 역으로 공기압에너지를 회전으로 변환시켜 모터로써 사용되
는 것이 있다.

 

 

 

 (5) 터보식 컴프레셔

근차를 회전하여 공기에 압력 에너지를 가한다.
축류식과 원심식 등이 있다. 대형·저압력용으로 사용되는 경우가 많다.

 

 

2.2 압축기의 분류
(1) 압력에 의한 분류
압력에 의한 분류는 표 2-1과 같이 소·중·대형으로 구분할 수 있다.

 

 

(2) 토출압에 위한 분류

토출압에 의한 분류는 표 2-2에 나타낸 것과 같이 저·중·고압으로 구분할 수 있
다. 중압 이상은 1단식의 컴프레셔로서는 한계가 있고, 일단 압축된 공기를 다시 압
축하는 것에 의하여 얻을 수 있다. 이것을 다단식이라고 말한다.

 

 

2. 3 오일 프리 컴프레셔

앞의 2.1항에서 설명한 컴프레셔는 윤활, 씰(Seal), 냉각 등의 목적 때문에 컴프레셔
오일을 사용하는 것이 많지만 압축공기 안으로 오일 미스트 등 유성의 불순물이 섞인
것을 수용할 수 없는 식품, 반도체, 도장 등의 용도에 있어서는 컴프레셔 오일을 사용
하지 않는 제품이 공급되고 있다. 다음 항에 설명하는 드레인(Drain)의 처리로 인하여
공해 문제의 해결 수단으로서 오일 프리 컴프레셔가 주목되고 있다.

2. 4 컴프레셔의 운전 방식

컴프레셔에서 공급하는 압축 공기의 압력은 부하의 크고 작음에 관계없이 일정하도
록 제어하지 않으면 안된다. 압력이 부족하면 압축을 하고, 충분한 상승시에는 운전을
멈추면 공급 압력은 거의 일정하게 된다.

(1) 소형 모터 (200W이하)
모터는 회전시켜 놓으면 on/OFF는 하지 않는다. 압력이 일정치를 초과
하면 릴리프밸브에서 초과한 공기를 대기로 방출하며, 압력이 저하될 때에
는 방출을 정지하고 압축을 계속한다.
(2) 중형 모터 (200~750W급)
압력 스위치의 출력에 의하여 모터를 on/OFF 하고, 공급압력을 일정하
게 유지 시킨다. 차가운 곳에서는 장시간의 휴전 기간 후에 모터의 제 기동
이 힘든 경우가 있으며, 압력의 on/OFF 설정폭이 크도록 대응한다.
(3) 중·대형 컴프레셔 (750W~ )
대형 모터와 내열 기관은 빈번한 기동 및 정지가 어렵기 때문에 압축이
진행될 때, 일정한 압력에 도달할 때, 압력스위치로 인한 언 로드 밸브를
작동시킬 때, 모터와 내열 기관을 공운전 상태로 할 때에는 회전을 정지하
지하지 않는다. 공운전시에는 소비전력 또는 연료소비를 최소로 억제시키
고, 압력이 저하되면 다시 언 로드 밸브가 복구되어, 압축을 재개하며, 이러
2. 5 에프터 쿨러
컴프레셔로부터 토출된 압축 공기는 대기에서 흡입하였던 공기를 단열적으
로 압축하기 때문에 보통100~200℃의 고온 상태이다. 따라서, 다음으로 보
내기 위해 이 온도를 위험이 없는 정도(40℃정도)까지 냉각하는 것이 에프터
쿨러이며 공냉식과 대형으로서는 수냉식이 있다.
2. 6 에어 탱크 (Accumulator)
서지 탱크라고도 말하며 컴프레셔에서 배출시킨 맥동을 흡수하고, 부하에
대한 맥동의 영향을 초소화 하기 위하여 에프터 쿨러 후에 설치한다. 탱크로
보내졌던 압축공기는 탱크 표면에서의 열 방출로 인하여 냉각되어, 탱크 밑
내벽면에 결로된 수분이 쌓이기 때문에 배출하는 수단이 필요하다.
(1) 쿨러의 부속품
①드레인의 배출 장치 (앞에서 명기)
자동식 또는 수동식
②안전 밸브
탱크 내의 압력이 설정치보다 상승할 때에 내압을 외부로 방출해서 위
험을 방지한다. (릴리프 밸브)
③압력 스위치
공기의 압력을 일정하게 하기 위하여 컴프레셔을 제어 한다.

④압력 게이지
탱크내의 압력을 체크 한다.
(2) 법적 규제
에어 탱크 등은 그 내용적과 압력에 따라「압력용기 안전규제」(일본 노동성령)에
의거한 규제를 받으며, 구조·검사·설치 등에 대해서는
①노동 안전 위생법 제2종 압력 용기에 관한 안전규제
「사용 압력 200kPa (2kgf/㎠) 이상에서 내용적 0.04㎥이상이, 본체의 내경이
200mm이상에서 그 길이가 1,000mm이상의 용기」
②고압 가스 취체법의 일반 고압 가스 보안규제 또는 특정설비 검사규제
「사용 압력이 5MPa (50kgf/㎠) 이상의 공기압 설비」
2. 7 공기압 청정 기기
컴프레서로 부터 토출된 압축 공기에는 수분, 유분, 먼저 등이 함유되어 있기 때문에
이것들을 제거하기 위한 기기들을 컴프레셔 배관 다음에 설치한다.
(1) 필터
필터로 들어오는 압축 공기는 디프렉터로 인하여 여회 운동을 하고, 그 윈심력으로
인하여 수적과 고형물은 용기의 벽면에 충돌, 낙하한다. 더욱이 미세한 물질은 필터
엘라멘트를 통과할 수 있으므로 이것을 제거할 수 있도록 방법을 강구하여야 한다.
필터의 구조 및 엘라멘트의 재질, 여과도를 고려하여 용도에 맞게 선정하여야 한다.
(2) 에어 드라이어
에어 드라이어는 압축 공기중에 함유되어 있는 수분을 제거하고, 에어 회로(배관
과 밸브, 엑츄에이터 등)중에서 단열 팽창으로 인한 부분적인 온도 저하에 따라 결로
되지 않도록 하기 위한 것으로 아래와 같은 종류가 있다.
①냉동식 드라이어
압축 공기를 냉동기에 의하여 강제적으로 냉각하고, 수분을 응축시켜 수분을 제
거한다.
②흡착식 드라이어
냉동식으로는 제거가 충분히 되지 않은 경우는 약품으로 수분을 흡착시켜 제거
하는 방식의 드라이어를 사용한다. 필요에 따라 흡착제라는 방식을 선정하지만,
활성 알루미너를 사용하는 예에서는 노점 -40~50℃가 얻어질 수 있다. 흡착제는
실리카겔, 합성 제오라이드, 염화 리테움 등 척산이 있고, 그 약품도 재생 방식, 교
환 방식 등이 있으며, 용도·가격·보수 등의 문제를 감안하여 선정 하는것이 좋다.
③중공사막식 드라이어(Fiber Dry)
중공사막이라고 하는 최신의 선택 투과막 테크롤리지를 이용한 제습 장치로서
증기만을 막의 외부로 투과시켜 수분을 제거하는 방식이다.

냉동식에서 얻을 수 있는 그 이상의 건조 공기를 간단히 얻을 수 있는 제
습 방식으로 필터의 컴팩트한 장치로 압축 공기를 공급하는 것만으로도
사용 가능하며, 특히 소모품·전기 배관이 불필요하여 사용하기 손쉬운 제
습 장치이다. (구조도는 그림 2-6에 표시함.) 제습에 필요한 에너지는
공급된 압축공기의 일부를 이용하며, 퍼지 에어라고 명칭하는 수분을 함
유한 공기가 대기중으로 소량씩 방출된다. 다른 방식으로는 가능하지 않
은 소형·소용량의 제품에서 중용량의 제품까지 공급되고 있다. 다만,
섬세한 중공사막을 사용하기 때문에 입구에 수적·먼지·유분을 사전에
제거하는 필터를 설치, 작은 배관 내에 이물질이 끼지 않도록 주의한다.
2.8 압축 공기의 함유 수분의 평가
컴프레셔에서 공급되는 압축 공기에 포함되어 있는 수분은 드레인 되어서
제어 밸브와 엑츄에이터에 장해를 미치기 때문에 에어 드라이어에 의해 제습
을 한다. 어느 정도의 수분이 제습 되었는지 조사할 때에는 노점을 측정하며
며 이때의 노점을 대기압 노점이라 한다. (계측 방법은 14항 참조)