컴프레서

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1. 개요2. 특징3. 이론4. 용도5. 관련 문서

1. 개요

컴프레서를 나타내는 기호중 하나. 내부의 컴프레서 블레이드를 나타내는 하얀색 등변사다리꼴은 생략해도 상관없다. 유체의 출력(Out)이 좁아지는 쪽에 있다는 것으로 터빈과 구분할 수 있으며, 중간의 기둥은 컴프레서에 동력을 공급하는 샤프트를 뜻한다. 이외에도 원 안에 삼각형이 있다던지 해서 입구보다 출구가 좁아지는 모양새면 대개 컴프레서이다.

컴프레서(압축기)는 기체를 압축하는 기계장치를 말하는데, 대개 ‘컴프(Comp.)’등으로 줄여 말하기도 한다. 펌프와 비슷한 매커니즘을 가진 장치로, 똑같이 유체를 압축하지만 컴프레서는 펌프와는 다르게 오직 기체(Gas)만을 다룬다. 만약 컴프레서에 액체, 혹은 액체가 섞인 기체(SLVM; Saturated Liquid Vapor Mixture)같은 유체가 유입되면 컴프레서에 손상을 입힐 수 있다. 공기압축기는 컴프레서의 특정한 종류 중 하나이다.

송풍기와 비교해서는 10000mmAq이상의 압력을 이르키는 기기를 뜻한다.

2. 특징

들어오는 압력보다 나가는 압력이 더 크다.[1]
들어오는 엔탈피보다 나가는 엔탈피가 더 크다.
들어오는 밀도보다 나가는 밀도가 크다.
들어오는 유체의 속도보다 나가는 속도가 크다.

컴프레서의 열역학적 역할을 보면 '유체의 에너지(엔탈피+운동 에너지)를 써서 압력을 올린다'는 점에서 터빈에 정확히 반대격이다.

3. 이론

0. 가정 (Assumption)

* 들어오는 유동은 정상상태이며, 단일입출입을 한다. (Steady state with single In&Out)
* 열의 입출입은 무시한다. [2]
* 위치 포텐셜 에너지의 변화를 무시한다.

1. 질량 보존의 법칙 (Conservation of Mass)

[math( \dot{m_i} = \dot{m_o} )]

[math( (\rho VA)_i = (\rho VA)_o )]

2. 에너지 보존의 법칙 (Conservation of Energy)

[math( \displaystyle \frac{{E}_{cv}}{dt} = \dot{Q} - \dot{W} + \sum [\dot{m}\cdot (h+\frac{v^2}{2}) ]_i -\sum [\dot{m}\cdot (h+\frac{v^2}{2}) ]_o )]

정상상태및 단열을 적용하고 적절하게 식을 이항한다.

[math( \displaystyle \dot{W} = \dot{m}((h_i - h_o) + (\frac{v_i^2 - v_o^2}{2})) = -\dot{m} \cdot (\Delta h + \Delta v^2/2))]
[math( -\dot{W} = \Delta h + \Delta KE )] (KE = Kienetic Energy; 운동 에너지)

따라서, [math( h_o < h_i , v_o < v_i \Longrightarrow \dot{W} < 0 )] 이다.

즉, [math(\dot{W} < 0 )] 이므로, 컴프레서에는 일이 들어가서 엔탈피와 속도를 상승시킴을 알 수 있다.

4. 용도

냉동 공조에서의 이용 : 증기압축식 냉동기에서 냉매를 고압으로 압축해서 높은 온도에서도 냉매가 쉽게 액화될수 있게 한다. 액화된 냉매를 증발시켜 물체의 온도를 낮춘다.
가스터빈에서의 이용 : 엔진의 연소실에 고압의 공기를 불어넣기 위해 사용.

5. 관련 문서

[1] 펌프의 경우에는 액체를 다루므로 압력의 변동폭이 훨씬 적다.[2] 실제 상황에서는 무시할 수 없는 양의 에너지가 열을 통해서 운반되지만, 수식의 간략화를 위해 생략한다. 이는 컴프레서에 전달되는 Q는 부등호 방향에 영향을 주지 않기 때문인데, 혹시 만약 컴프레서에 필요한 구체적인 수치의 에너지를 구해야 한다면 반드시 고려해주어야 하는 값이다.