압축공기 시스템 개요

한국에너지공단 시스템 기술정보집

압축공기 시스템 개요

제1장 개요

압축공기 시스템
[그림 1] 압축공기 시스템

* 공기압축 시스템이란 대기 중의 공기를 압축하여 얻어지는 에너지를 이용하는 시스템을 뜻한다. 밀폐한 용기 속에 공기를 동력으로 압축하여 그 압력을 높이는 공기압축기와 최종사용처에 안정정인 공급을 목적으로 필요한 부속설비들이 있다.

* 공기압의 이용은 오랜 옛날의 사람들이 불을 일으킬 때 입으로 공기를 불어넣거나 대나무 관으로 공기를 불어 불을 지피거나 했을 때부터 시작되었을 것이다. 인류가 금속을 발견하고 이것을 이용하기 위해 용해시키게 되자 인간 폐의 공기 압력은 0.02 ~ 0.08㎏ f/㎠로 품어내는 공기량은 100ℓ/㎜정도이기 때문에 인간의 입으로는 강력한 화력을 얻기에 곤란해졌다.

* 이집트에서는 기원전 1500년경부터 동물의 위장을 이용한 발로 밟는 풀무를 이용했고 그 후 장기간, 수차, 동물 등을 동력으로 한 풀무 방식이 이용되었다.

* 1762년에 John Smealton이 처음 수차 구동에 의한 실린더식 송풍기를 발명하였고, 1776년에 John Wilkinson이 1㎏f/㎠의 압력을 발생시키는 압축기를 발명하여 공기압 시대를 열었다.

* 1830년에 리버풀과 맨체스터 사이에 처음 증기 기관차에 의한 철도가 개통되었지만 신뢰할 만한 브레이크 장치가 없어 곤란을 겪었다.

* 1848년에 Samuel C.Lister가 공기 브레이크를 발명하여 1880년에는 Westinghouse社에서 공기압 실린더를 이용한 공기 브레이크가 출현하기에 이르러 브레이크 문제가 해결 되어 공기압 이용의 기초를 구축했다. 지금의 공기압 기술은 비약적으로 발전하여 유압, 전기 제어 기술과 함께 광범위한 분야에서 단순한 수동 공기압 회로에서 고도의 산업용 로봇과 의료기기, 전자력까지 넓고 깊게 이용되어 오고 있다.

제2장 압축공기시스템 구성요소

* 대기로부터 압축공기를 생성하여, 관의 말단에서 기계적인 일을 수행하는 액추에이터에 이르기까지 공기압 시스템은 다양한 역할을 담당하는 기기들의 조합으로 구성된다.

* 다음은 전형적인 공기압 시스템의 구성이며 이를 기능별로 그룹화하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[그림 2] 공기압축기의 구성요소

* 동력원 : 전동기, 내연기관 혹은 보일러 등으로부터 전기, 연료 등을 기계적인 동력으로 변환한다.

* 공기압 발생부 : 압축공기를 생성하고, 공기압 라인으로 안정 공급한다.

­ 공기압축기 : 대기의 공기를 압축하여 압축공기를 생성한다.

­ 후 냉각기 : 압축기로부터 토출되는 고온공기를 냉각하고, 수분을 분리한다.

­ 공기탱크 : 압축공기를 축적하고, 압축기로부터 발생하는 맥동을 제거, 하류의 공기압 라인에서 발생하는 공기소비량의 변동에 대응한다.

* 공기청정화부 : 하류의 사용기기 및 사용목적에 따라 압축공기의 질(Quality)을 조절한다.

­ 드레인 분리기. 배출기 : 후냉각기 출구나 공기탱크의 하류에 설치하여 분리된 수분이나 유분을 배출한다.

­ 필터 : 압축공기에 포함된 배관의 녹, 고형입자, 물, 오일 등의 성분을 제거한다. 일반적 으로 상류로부터 하류로 갈수록 여과정도를 높인다.

­ 미스트 분리기 : 압축공기에 포함되는 미세한 오일입자를 포착하며, 특히 고청 정도를 요구하는 도장이나 검사장비 등의 용도에 사용된다.

­ 건조기(dryer) : 압축공기에 포함된 수증기 성분을 제거하고, 건조도를 높인다.

* 제어부 : 압축공기의 압력, 유량 또는 유동방향을 조정 및 제어하고, 액츄에이터 (actuator) 를 구동한다.

­ 감압밸브 : 사용목적에 따라 낮은 압력으로 설정하고, 하류의 유량변화에 대하 여 안정된 압력의 압축공기를 공급한다. 불필요한 고압공기의 소비를 방지하기 위한 성에너지를 위한 기본기기이다.

­ 윤활기 : 하류의 밸브나 액츄에이터의 섭동부를 윤활하기 위하여 윤활유를 압축 공기에 흘려보내기 위한 보조기기이다. 무급유 시스템에서는 사용하지 않는다.

­ 방향제어밸브 : 압축공기의 유동방향을 바꾸어, 액츄에이터를 구동하는 밸브로 대부분은 전기로 작동하는 솔레노이드를 구비한 전자밸브가 사용된다.

­ 속도제어밸브 : 방향제어밸브와 액츄에이터 배관 도중에 설치하여 교축밸브기구로 압축 공기의 유량을 조정하며, 액츄에이터의 작동속도를 제어한다. 주로 교축밸브와 책 밸브의 병렬구성 으로 이 루어 진다.

* 작동부(actuator) : 압축공기의 에너지를 변위나 속도의 기계적인 에너지로 변환하여 일을 수행하며, 용도에 따라 매우 다양한 종류 및 크기가 있다.

공기압 실린더 : 직선왕복운동을 한다.

­ 로터리 액츄에이터 : 요동운동을 한다.

참고문헌

1. 성 에너지형 공기압축기시스템(저자 이재형, 김희동) – 홍릉과학출판사

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