압축공기에는 여러가지 이물질이 포함되어 있습니다. 이러한 압축공기가 최종 생산품과 접촉하는 경우 제품의 불량을 초래하여 추가적인 비용이 발생할 수 있습니다.따라서 압축공기의 품질은 매우 중요하므로 압축공기 시스템 선정 시 반드시 고려되어야합니다.

압축공기의 품질은 표와 같이 ISO 8573-1 에 규정되어 있습니다. 이물질고 정의되는 물질은 고체입자, 수분, 유분 3가지로 이를 제거하기 위해 드라이어 필터 등 추가적인 장비의 설치가 필요합니다.

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결과적으로 압축공기 시스템을 설계 할 경우 필요한 압축공기의 양, 압력 뿐만 아니라 요구되는 압축공기의 품질 또한 고려되어야 합니다. 특히 제약이나 식음료 같이 압축공기가 직접적으로 제품에 접촉하는 경우에는 치명적인 악영향을 미칠 수 있으므로 더욱 신중히 고려되어야 합니다.

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1. 압축공기내의 수분

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대기 중의 공기는 항상 수증기의 형태로 수분을 포함하고 있습니다. 이러한 수증기가 효과적으로 제거되지 않으면 여러가지의 문제가 발생 할 수 있습니다. 높은 유지비용, 수명단축, 공구 성능 저하, 불량률 증가, 제어 시스템 및 계기 장치의 오차, 부식으로 인한 배관의 수명 단축 그리고 설치비용의 증가 등이 그 예입니다.

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압축공기 내의 수분은 에프터쿨러, 응축수분리기(워터세퍼레이터) , 냉동식 드라이어와 흡착식 드라이어와 같은 장비를 이용하여 제거 할 수 있습니다.

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압축시 응축수가 발생하는 원리는 다음과 같습니다. 1bar의 공기를 흡입하여 7bar로 압축하는 압축기는 공기의 체적을 1/8로 줄여줍입니다. 이로 인하여 공기가 포함 할 수 있는 수증기의 양도 1/8로 줄어들게 되므로 수증기가 응축되어 수분으로 배출됩니다. 압축기에서 발생하는 응축수는 대부분 압축기 내부의 수분 분리기와 트랩을 통하여 제거되며, 제어 되는 비율은 수분 분리기와 트랩의 효율에 따라 달라집니다.

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2. 압축공기 내의 유분

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압축공기 내부의 유분은 장비의 종류, 크기, 사용년수, 노후 정도 등에 따라 달라집니다. 가장 큰 영향을 미치는 요인 중에 하나는 압축되는 과정의 오일 사용 유무 입니다.

급유식 압축기는 압축과정에서 오일이 혼입되기 때문에 토출된 압축공기에 오일이 함유되어 있습니다. 때문에 토출된 압축공기에 오일이 함유됩니다. 물론 기술이 발전하면서 오일 함유량이 줄어들고 있지만 완전한 오일이 섞이지 않은 압축공기를 얻기는 어렵습니다. 예를들어 급유식 스크류 압축기에 토출되는 20℃ 압축공기의 오일 함류량은 3㎎/㎥보다 적은 수준입니다. 이러한 오일도 여러 단계의 필터를 사용하여 줄일 수 있지만 완전히 제거하기는 어렵습니다. 따라서 오일이 큰영향을 미치는 사용처에서는 무급유식 압축기를 선정하는 것이 효과적입니다. 또한 필터의 사용은 차압을 발생시켜 에너지 비용을 증가시키므로 요구되는 품질에 맞추어 신중하게 선정되어야 합니다.

3. 압축공기 내의 미생물

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박테리아나 바이러스 같은 미생물의 크기는 매우 작습니다. 예를들어 일반적인 박테리아는 0.2~4㎛, 바이러스는 0.3~0.04㎛입니다. 하지만1㎛지름보다 작은 오염 물질이나 미생물은 압축기 흡입필터를 쉽게 통과하기 때문에 배관 시스템을 통하여 쉽게 확산되어 수분, 오일 잔여물과 파이프 침전물과 섞이게 됩니다. 이로인해 미생물이 성장하여 문제를 야기시킬 수 있으므로 각별한 주의가 필요합니다. 압축공기를 오염시키는 입자의 80%이상이 2㎛ 보다 작습니다. 따라서 압축기 흡입필터를 쉽게 통과 할 수 있으므로 압축기 후단에 추가적으로 필터를 설치함으로써 이러한 위험요소를 제거해야합니다. 또한 오염되지 않은 깨끗한 품질의 압축공기를 유지하기 우해서는 필터 후단에서도 세균 번식을 철저히 통제해햐합니다.

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압축공기 내부의 수분이 응축되는 경우에는 상황이 더 심각해 집니다. 미생물은 필터의 벽에도 서식 할 수 있으며 필터의 입출구에도 비슷하게 포진 할 수 있습니다. 살아있는 유기체로써 자유롭게 증식 할 수 있기 때문에 공기의 상대습도를 40%이하로 건조시켜 번식을 억제하는 것이 효과적입니다. 또한 옹리 및 다른 오염 물질도 미생물의 영향분으로써 번식을 돕기 때문에 필터를 사용하여 제거해야합니다.

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미생물을 제거하는 방법으로 향균필터를 설치하기도 합니다. 향균 필터는 반드시 증기 소독된 필터 하우징 안에 설치해야하며 소독은 고품질의 압축공기를 유지하기 위해 정기적으로 실시하여햐합니다.

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4. 필터

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최근에는 오일을 효과적으로 제거하기 위한 방법으로 유리 섬유 재질의 필터를 주로 사용합니다. 일반적으로 압축공기가 함유하고 있는 오일의 양은 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 또한 여과 효율은 오일 농축 정도와 수분양에도 영향을 받습니다. 따라서 필터를 거친 후 공기 내에 잔류하는 오일의 양을 정확하게 측정하는 것은 어렵습니다, 하지만 필터 제조사에서 제공하는 데이터는 대부분 압축공기의 온도가 20℃ 일 때를 기준으로 합니다. 이 조건은 공냉식 압축기의 흡입 및 냉각 온도가 10℃ 일 경우 생산되는 압축공기의 온도입니다. 따라서 필터 제조사에서 제시하는 필터 엘리먼트의 교체주기는 압축공기의 온도를 보정하여 재적용 되어야 합니다.

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최적의 필터 효율을 얻기 위해서는 먼저 공기의 수분이 제거 되어야합니다. 오일, 활성화 탄소 그리고 살균 처리된 필터라도 공기 내에 수분이 함유되어 있으면여과 효율이 저하됩니다. 하지만 필터의 설계조건은 이러한 수분을 반영하지 않습니다. 또한 필터 수명은 공기 온도에 의해서도 많은 영향을 받습니다. 온도가 오르면 유증기 양도 기하급수적으로 증가하여 필터의 수명을 단축시킵니다.

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유리섬유 필터는 액체 또는 에어로졸 형태의 유분만을 제거 할 수 있기 때문에 유증기는 활성 탄소를 이용한 필터를 사용하여 제거해야합니다. 활성탄소필터는 압축공기 내의 탄소 입자를 흡착하는 방식으로 자기 무게의 10~20%의 유분을 흡수 할 수 있습니다. 활성 탄소로 코딩된 필터는 매우 작은양의탄소파우더를 포함하고 있기 때문에 필터의 수명이 제한됩니다. 따라서 활성 탄소로 코팅된 필터의 허용 압축공기 온도는 20℃이하로 제한됩니다. 이와 반대로 활성탄소비드타입의 필터는 다량의 호라성화 탄소를 함유하고 있습니다. 따라서 범용적이며 필터의 수명 또한 코팅 필터대비 깁니다. 활성탄소 필터를 적용할 경우에는 압력 강하가 최소화 되도록 선정되어야합니다. 또한 증기형태의 유분만 제거 할 수 있기 때문에 다른 필터와 효과적으로 조합하여 설치해야합니다.

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유리섬유 필터는 압축공기 내 유분 함유량을 대략 0.01㎎/㎥까지 제거 할 수 있습니다. 무급유식 압축기는 압축공기 내에 오일이 포함되지 않기 때문에 별도의 오일필터를 설치하지 않아도 됩니다. 따라서 오일 필터에서 발생하는 압력강하가 없으므로 에너지 효율을 향상 시킬 수 있습니다.

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마지막으로 필터의 효과를 극대화하기 위해 여과된 압축공기의 사용처에 최대한 근접하게 설치하는 것이 좋습니다. 또한 차압으로 인해 불필요한 에너지 소비를 방지하기 위해 정기적인 점검과 교체가 필요합니다.

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5. 에프터쿨러

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압축공기는 압축되면서 온도가 약 70~200℃ 까지 상승합니다 이렇게 압축시에 발생되는 열을 식혀주기 위해 사용되는 쿨러를 에프터쿨러라고 하며 다단 압축시의 에너지 효율을 높여주는 역할을 합니다. 또한 에프터쿨러는 뜨거운 공기를 냉각시켜 응축수의 형태로 수분을 제거하기도 합니다. 냉각 매체에 따라 수냉식/공냉식 으로 나뉘며, 일반적으로 자동 드레인 방식의 수분 분리기가 같이 장착되어 있습니다.

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6. 유수분리기

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유분이 응축수에도 함유되어 배출 될 수 있으므로 하수구나 자연으로 직접 버려서는 안됩니다. 최근 환경에 대한 중요성이 부각됨에 따라서 환경적 유해 폐기물 처리와 관련된 법률이 지속적으로 나오고 있습니다. 하지만 별도의 응축수 처리 및 배출은 복잡하고 비용이 많이 들기 때문에 비교적 비용이 적게 드는 해결 책으로 유수 분리기가 사용됩니다.

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7. 의료용 공기

알반적인 공기 사용처와 달리 의료용 공기는 환자를 위해 사용되기 때문에 고품질의 압축공기를 요구합니다. 일반 대기 상태의공기는 의료용으로 바로 사용되기에는 적합하지 않기 때문에 여러단계의 여과를 거칩니다. 따라서 의료용 공기를 얻기 위해서 먼저 필터를 사용하여 수분과 고형물 그리고 오일과 같은 오염 물질을 제거해야합니다. 그후 흡착식 드라이어를 통하여 PDP 40℃까지 수분을 제거합니다. 흡착식 드라이어를 거친 압축공기는 이중 기능의 추가 여과단계를 거치게 됩니다. 이 때 사용되는 활성탄소는 오일 증기의 탄화수소 와 냄새를 낮추면 과밀도의 산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 촉매 역활을 합니다. 또한 산화유황과 질소 산화물을 제거하기도합니다. 마지막 간계에서는 입자 필터를 사용하여 드라이어나 필터에서 발생할 수 있는 고형 입자를 제거 합니다.

의료용 공기에 대한 요구사하은 각 나라마다 다르므로 현지법률이나 규정을 준수하여 설계해햐합니다.

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