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1. 개요
Air compressor / 空氣壓縮機공기를 일정 압력 이상으로 압축하여 고압 탱크에 저장시키는 장치. 줄여서 공압기라고도 한다. 공압의 힘을 이용한다.
건설현장에서는 흔히 컴프레서(air compressors)의 일본식 발음인 '콤푸레샤'[5]라고 부르며 경력 있는 목수라면 필수적으로 갖고 다니는 장치이다. 얼마나 필수이냐면 이게 있느냐 없느냐에 따라 목수로서의 취급이 딴판이 될 정도. 하나만 갖고 있어도 목수의 일당이 좌지우지되며 여러대를 갖고 오면 일당이 매우 크게 뛴다. 건설현장 뿐만 아니라, 가구 제조 공장, 카센터, 유리제조업, 자전거 공방, 식품업체는 물론 심지어 놀이공원에까지 그야말로 산업전반에서 심심찮게 찾을 수 있으며, 치과에서는 필수로 사용하고, 군대에도 하나쯤 굴러다니고 있고[6] 미술쪽이나 프라모델을 도색할 때도 에어브러시 동력원으로 많이 사용된다. 왜 산업전반에서 사용되냐면 이 압축공기만큼 가성비가 좋은 동력전달원이 없기 때문이다. 전기를 쓰기에는 출력 및 툴의 크기가 제약[7]되므로 공기가 주로 사용된다.
일상에서 쉽게 접할수 있는데 자전거 공방이라면 필수로 있는 타이어에 공기를 체워주는 펌프도 이 에어 컴프레서로 압축한 공기를 쓰는 것이고, 등산하고 내려온 후 신발에 묻은 흙을 터는 에어건에도 공기압축기가 연결되어 있어서 사용하다 보면 근처의 커다란 밀폐된 상자에서 드르르르륵 하는 소리를 들을 수 있다.
1.1. 원리
공통적으로 판막을 쓰던 스크류를 쓰던, 공기가 들어가게만 하고 나가진 못하게 해서 탱크에 공기 분자를 계속 쑤셔넣는 원리라 보면 된다.기종별 도식 자연히 내부 기압이 높아서 연결되는 에어건 버튼을 누르면 바람이 뿜어져 나온다. 동작 및 압축방식을 기종에 따라 좀더 자세한 설명을 하자면,- 피스톤식[8]
대기중의 공기를 에어 필터를 통해 인렛(Inlet) 밸브로 흡입하여 피스톤이 내장 되어 있는 압축 실린더[9]에 전달하면 모터가 회전하면서 모터의 축과 압축 피스톤을 이어주는 크랭크축이 돌아가면서 크랭크축 위에 연결된 피스톤을 상하로 왕복운동을 시켜서 흡입 된 공기를 압축시킨다. 대표적으로 전기버스를 제외한 버스나 옛날 지하철에 사용되는 방식이다. - 스크류식
대기중의 공기를 에어 필터를 통해 인렛 밸브로 흡입한 다음, 두 개의 스크류가 내장 되어 있는 에어엔드에 전달하면 모터가 회전하면서 모터의 축과 에어엔드의 축간에 연결된 커플링을 통해서 에어엔드 내부의 스크류가 서로 맞물려 돌아가며 흡입 된 공기를 압축시킨다. - 터보(원심)식
고속으로 회전하는[10] 원심 임펠러에 의해 대기중의 공기가 에어 필터와 인렛 베인을 거쳐서 케이싱 내부로 흡입된 다음, 임펠러의 고속 회전으로 인한 원심력을 통해 매우 빠른 속도로 가속이 됨과 동시에 케이싱 바깥둘레에 내장 된 안내 깃에 의한 감속 작용을 통하여 에너지 보존 법칙의 원리를 이용해서 매우 빠른 속도의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하는 방식으로 압축공기를 생성해낸다. 보통은 압축 효율과 압축공기의 압력을 끌어올리기 위해서 2단 내지는 4단 정도의 다단 압축방식을 많이 사용한다. - 다이아프렘식
내부에 얇은 고무판이 있고 이것이 모터에 연결되어 위아래로 왕복한다. 소음이 적으며 주로 작은 차량용 압축기나 오일이 들어 가지 않는 압축기에 사용된다.
생산하는 회사나 기종에 따라서 냉동식 드라이어가 결합된 모델이나 오일이 들어가지 않는 오일프리 모델도 존재한다.
통상적으로 공기압축기의 부대시설은 공기압축기의 토출구를 시작해서 리시버탱크, 쿨러, 드라이어, 필터 등으로 이루어져 있고 기기를 사용하는 현장의 상황이나 제품에 맞게 배치가 된다. 공기압축기가 대기중의 공기를 압축시키는 과정을 거치다보니 자연스럽게 수분이 생길 수밖에 없고 수분에 민감한 제품일수록 부대시설에 쓰이게 될 제품들의 필요성이 커진다.
기계라고 하는 것 자체가 온도에 영향을 많이 받게 되는 만큼 공기압축기 역시 온도에 민감하다. 때문에 더운 여름철에 컴프레서 옆에 선풍기 혹은 그 외 냉방시설이 자리 잡고, 겨울철에는 배관에 열선을 감고 난로가 틀어져 있는 경우가 많다. 특히 수분이 발생하게 되는 공기압축기의 특성상 겨울에는 배관이나 기기의 내부에서 수분이 얼게 되는 경우가 발생하는 만큼 각별한 관리가 필요하다.
2. 장치
첫번째로는 공기압축기에서 압축된 공기를 저장하는 역할을 하는 리시버 탱크가 있다. 용량은 압축기의 용도 및 압력에 의해서 결정된다. 일반적으로 입형(세로)으로 제작 되는 것이 표준이지만 용도나 업체의 요구사항에 따라서 드물게 횡형(가로)으로도 제작되기도 한다. 리시버 탱크는 산업안전 보건법에 의거 반드시 산업안전 공단의 검사를 받아야만 한다.두번째로는 애프터 쿨러이다. 공기압축기에서 토출되는 압축 공기는 고온다습하기 때문에 그대로 현장에 나가게 될 시 제품이나 기기에 품질 저하와 수명 단축의 결과를 낳을 수 있다. 애프터 쿨러는 이런 고온 다습한 압축공기를 1차 냉각 시켜 일반 대기 온도 상태로 안정시켜주는 냉각 보조 장치다. 냉동식 에어드라이어가 높은 온도에 약하다는 특성상 에어드라이어 앞에 설치하여 냉각 된 압축공기가 입구로 들어갈 수 있도록 해주는 것이 좋다. 주의할 점은 쿨러 가동시 전면부의 위치한 팬이 돌아가게 되는데 긴 선같은 이물질이 빨려 들어가지 않게 조심해야 한다.
바퀴달아 끌고다닐 수 있는 소용량은 대게 애프터 쿨러까지만 있는 경우가 많다. 이 다음부터는 덩치가 마구 커지기 시작한다.
세번째로는 필터이다. 말 그대로 이물질을 걸러주는 역할을 하는 것이라는 개념으로 알고 있으면 된다. 공기압축기가 흡입하는 대기의 공기가 포함하고있는 수분, 먼지, 그외 각종 오염 물질들이 공기가 압축되는 과정에서 고온의 마찰열에 의해 산화 또는 탄화현상으로 고형물이 생성되어 다량의 오일 미스트가 발생하게되는데 이러한 압축 공기를 정화 시키기 위한 장치다.
네번째로는 에어 드라이어이다. 에어 드라이어는 흡착식 드라이어와 냉동식 드라이어로 나뉘어진다.
- 냉동식 드라이어: 어렵게 생각 할 필요 없이 압축 공기상에 존재하는 수분을 잡는 역할을 하는 기기이다. 흡착식도 이와 같은데 다만 냉동식의 방식은 공기중에 포함되어 있던 유수분이나 불순물을 수분이 생성되는 온도인 4℃로 노점을 맞추어 내부의 필터를 거쳐 제거시킨 뒤 다음 연동 기기로 보내는 역할을 한다.
- 흡착식 드라이어: 냉동식과의 큰 차이점을 보자면 우선 비용부터 많이 들어가며 화학적 건조제를 사용한다는 점이다. 그러나 냉동식에 비해서 수분을 잡는 능력이 뛰어나기 때문에 미세한 수분만으로도 제품에 치명적인 문제가 발생 할 수 있는 전자, 의료, 제약, 식품, 화학 공장에서는 필수적으로 사용 해야만 하는 장비이다.
3. 사용 용도와 특징
보통 혼자서 쓰이는 일은 없고, 에어브러쉬나 에어건, 네일건, 타카, 드릴, 샌더(!) 등 고압의 공기를 필요로 하는 애드온(에어공구)과 함께 쓰인다. 요즘이야 모두 대응되는 전동공구가 있지만, 전동공구는 결정적으로 전기, 그리고 콘센트를 잡아먹기 때문에 전기톱이나 열처리 공구 정도를 제외하고는 에어 공구를 사용하는 게 보통이다.[11]보통은 크기에 비례해 성능이 증대되는데, 성능은 모터의 성능을 따지는 것이 보통이다. 따라서 "2마력 짜리"라 하면 장착되어 있는 모터가 "2마력 짜리"라는 얘기. 탱크 용량, 최초 충압시간(Charging Time), 압력, 배기량, 토출량 등을 따지기도 하는데, 탱크 용량을 제외하고는 모터 성능에 영향을 받는 경우가 있다. 최초 충압시간은 짧을수록 좋으며 탱크용량이 넉넉하면 모터의 성능이 조금 쳐져도 미리 쌓아둔/사용중 채워질 공기저장용량으로 벌충을 해줄수 있기 때문에 어느정도 보완이 된다. 압력의 경우는 사용하는 공구에 최소한 맞아야 제대로 기능하며 나머지 조건들은 유지력에 관련된 스펙들이므로 클수록 좋지만 클수록 가격이 비싸지니 목적에 맞는 출력의 제품을 사용하는 게 좋다. 타협해서 살짝 낮은거면 이도저도 아닌 성능에 답답할수 있다.
최근에는 배터리를 이용한 무선제품도 많이 나오고 있다. 이런 제품들은 이동성에 중점을 둔 제품들이어서 작고 가벼운 크기에 비해 마력과 압력은 충분히 공구를 돌릴만큼 나오는게 대부분이지만 전동공구에 쓰이는 배터리같은 저전압 전원을 사용하고 탱크 사이즈가 컴팩트하기 때문에 대체로 연속사용을 위한 유지력이 좀 약하며, 편리한 관리를 위해 오일리스, 브러시리스같은 기술을 사용한 고가모터를 사용하기 때문에 체급에 비해 다소 가격이 비싸다는 단점이 있다.
미술용, 프라모델 도색의 경우 30W ~ 0.2마력 짜리 초소형으로도 성능은 충분하다. 1마력 정도면 9만원 정도 가격에 20kg쯤 되는데 이쯤 되면 건설현장 등 특수목적으로 넘어가는 경우가 많다. 에어타카 등 에어공구는 2.5마력 이상을 추천한다. 20마력쯤 되면 300만 원 정도 되고, 점점 올라가 산업용으로는 대형차 정도의 크기를 지닌 500마력짜리도 쓰인다.
4. 개조
물론 이 성능에 만족하지 않는 사람도 있는 법. 일부는 멀쩡한 국산 모터를 버리고 외제 모터로 바꾸거나[12] 모터 출력이 더 높은 모터+모터 축 풀리 직경이 더 큰 것으로 바꿔버리거나 배관을 최적화하는 등 마개조를 단행하기도 한다. 당연히 이렇게 개조하려면 전기 계통의 전문 지식이 반드시 필요하지만, 개조된 물품은 원래보다도 성능이 좋은 경우가 많은데, 경우에 따라선 실질적인 성능이 2배로 뛰기도 한다. 이렇게 성능이 2배 이상으로 뛰면 부르는 게 값이 되기도 한다. 물론 잘 아는 전문가들이나 이런 거지 어줍잖게 뜯어보다가는 고장나는 걸로 끝나면 다행이고 잘못하면 탱크가 폭발할 수 있다. 안전 장치야 다 되어 있긴 한데...모델링 용도로 쓰기 위해 중고 냉장고의 압축기를 떼어내어 각종 부품을 더해 재조립, 자작 공기압축기(속칭 냉콤)를 만드는 경우도 있다. 시중에 있는 저가형 공기압축기보다 조용하고 공기압도 높고 저렴하다고. 사실 냉장고의 모터 자체가 냉매를 압축/순환시키는 역할을 하기 때문에 곱게 떼어내기만 해도 그대로 공기압축기가 된다.
5. 사용시 주의할 점
어느 쪽이든 압축 도중엔 엄청 시끄러운 건 매한가지이므로[13] 밤중에는 가동하지 않는 것이 좋다. 그리고 가능하다면 압축기 하부에 충격흡수제나 매트 같은 것을 깔아주는 편이 좋은데, 압축 과정에서 바닥으로 진동이 많이 전달되므로 민원이 쇄도하기 딱 좋기 때문이다. 이외에도 윤활유와 공기 필터 등을 사용 전후에 반드시 체크해주는 것도 기계장치라면 당연히 해야 하는 것이다.또한 사용이 끝난 후에는 반드시 압축된 공기를 모두 빼줘야 고장 염려가 줄어드는데, 밑부분의 잠금장치가 바로 그 기능을 해준다. 공기를 빼는 도중에 나오는 물은 '응축수'라고 불리는데, 공기 압축 과정에서 생기는 것으로 응축수가 녹물로 자주 나올 수 있으므로 녹물을 처리하기 쉬운 베란다 같은 곳에서 빼주는 것이 좋다. 탱크 재질이 일반적인 철제탱크가 아니고 알루미늄이나 스테인레스라면 녹물이 생길 일은 잘 없지만 역시나 수분이 많이 차면 역류하기 때문에 수분은 자주 주기적으로 빼줘야 한다. 그리고 공기토출구로 오일이나 물이 나가는 것을 막기 위해 필터를 설치하고, 필터 상태를 정기적으로 점검하면 불의의 사고를 막을 수 있다.
그리고 지하나 밀폐된 환경에서 대용량 공기압축기를 계속 쓰다 질식사 사고가 일어날 확률이 크니. 컴프레서를 공기가 최대한 통하는 곳에 두거나 공업용 선풍기나 서큘레이터 팬 같은 공기 공급수단을 이용해야 한다.
마지막으로, 위에 언급한 것은 기존 제품을 관리할 때 적용되는 최소의 점검기준이다. 그러므로 개조한 물건일 때는 세심한 주의가 필요한 것은 당연한 일이다. 만일 점검하지 않고 계속 굴려먹을 때는 나 죽여주세요 하는 꼴. 실제로 대형의 경우 안전밸브 관련 개조나 탱크용량 개조 후 사고 발생으로 사망사고가 비일비재하다.
[1] 사진은 코핸즈 Handcom KC-300H 모델로, 무려 66kg이다. 이러한 소형 제품도 20kg은 기본이다.[2] 사진은 코핸즈 Apssen KC-U102 모델로, 무게는 무려 237kg이다. 농담이 아니라 진짜로 피부에 멍이 들 정도로 매우 강하다.[3] 사진은 콤프코리아의 CKDX2720 모델로, 대형모델 답게 무게는 3톤 300kg, 폭 3m, 높이 1.2m, 출력은 무려 200마력이다.[4] 미국의 중장비 회사인 잉가솔랜드(Ingersoll-Rand) 제품으로 이것은 등록하고 번호판을 달아야 하는 건설기계로 분류된다. 운전을 위해서는 학원에서 20시간씩 교육을 받아서 조종면허를 따야 한다. 일반 카고트럭에 적재하거나 공기압축기 프레임에 타이어를 달아서 트레일러로 만들어 사용한다.[5] compressor의 한국식 발음은 '컴프레서'이며 '콤푸레샤'는 일본식 발음('コンプレッサー')의 변형이 맞다.[6] 특히 정비중대에 가면 여러대 볼 수 있다.[7] 배선만 하고 끝나면 좋겠지만 그에 따라가는 차단기 설치, 변압기 용량 증가 필요, 부하 및 안전관리에... 그에 비해 압축공기는 상대적으로 증설도 쉽다. 압축공기 자체는 화재를 유발하지 않는 등 상대적으로 문제가 적기 때문.[8] 드르르르륵 하는 소음을 내는 공기압축기가 바로 이 방식.[9] 엔진 실린더와 같은 구조이다. 단 폭발행정 없이 압축 행정 이후 그대로 리시버 탱크로 보내버리는 것이 차이점.[10] 보통 수만~십수만 RPM의 속도로 회전한다.[11] 게다가 전동공구는 거의 다 매우 약한 마력을 가지고 있어서 문제가 되기도 한다.[12] 외제 모터는 주파수나 전압 등에서 국내 전력 사정에 맞지 않는 경우가 많으며, 이 경우 전원이 잘 끊긴다고 한다.[13] 실제로 피스톤식의 경우, 가동되는 소리를 들어보면 모터와 압축기 등이 돌면서 드르르르르르르 하는 소음을 내서 상당히 거슬린다. 거의 오토바이 엔진음 수준. 스크류식의 경우도 우웅~하는 소리가 상당히 크다.