Compressor의 종류 총정리

플랜트, 발전소, 반도체 공정, HVAC 설비 등 다양한 산업 현장에서 Compressor(압축기)는 핵심 설비입니다. 가스를 원하는 압력까지 압축하여 이송하거나 저장하는 역할을 수행하며, 공정 안정성과 직결되는 장치입니다.

 

이번 글에서는 Compressor의 종류를 작동 원리 기준으로 체계적으로 정리하고, 각 타입의 특징과 적용 사례, 설계 시 고려사항까지 근거 기반으로 설명드리겠습니다.

 

이번 시간에는 기체를 이송하는 목적으로 사용되는 컴프레서에 대해서 알아보겠습니다.

 

1. Compressor란 무엇인가?

Compressor는 기체의 체적을 줄여 압력을 상승시키는 기계입니다.

열역학적으로는 기체에 외부에서 일을 가하여 내부에너지를 증가시키고, 그 결과 압력과 온도가 상승합니다. 일반적으로 **이상기체 상태방정식(PV=nRT)**과 단열/등온 압축 이론을 기반으로 설계가 이루어집니다.

 

 

2. Compressor의 대분류

Compressor는 크게 두 가지로 구분됩니다.

1. 용적식(Positive Displacement) Compressor
2. 동력식(Dynamic, Turbo) Compressor

이 구분은 국제 표준 및 산업 교재(예: API Standard)에서도 동일하게 적용되는 기본 분류 체계입니다.

 

 

3. 용적식 Compressor (Positive Displacement)

용적식은 일정 체적을 가진 공간에 가스를 가둔 뒤, 체적을 줄여 압력을 상승시키는 방식입니다.

✔ 특징

• 고압 구현에 유리
• 소유량, 고압 조건에 적합
• 맥동(Pulsation) 발생 가능

3-1. 왕복동 압축기 (Reciprocating Compressor)

피스톤의 왕복 운동을 통해 가스를 압축하는 방식입니다.

 

특징

• 매우 높은 압력 구현 가능 (수십~수백 bar 이상)
• 천연가스, 수소, 공정가스 분야에 적합
• 밸브, 패킹, 피스톤 링 등 유지보수 요소 많음

장점

• 고압 운전 안정적
• 효율 우수

단점

• 진동 및 소음 큼
• 유지보수 비용 높음

플랜트에서 수소 리사이클 라인이나 고압 충전 설비에 자주 사용됩니다.

 

3-2. 스크류 압축기 (Screw Compressor)

두 개의 로터가 맞물려 회전하면서 가스를 압축합니다.

 

특징

• 연속 흐름
• 맥동 거의 없음
• 중압 영역에 적합

장점

• 구조 단순
• 유지보수 상대적으로 용이
• 산업용 공기 압축기에서 가장 보편적

단점

• 고압 영역은 비경제적

공장 Utility Air 시스템에서 가장 흔히 사용됩니다.

 

3-3. 베인, 로터리, 다이어프램 타입

• 베인형(Rotary Vane): 소형 장비에 적합
• 다이어프램형(Diaphragm): 고순도, 독성가스 (반도체, 특수가스)
• 로브형(Roots Blower): 저압, 대유량

특히 다이어프램 타입은 가스와 윤활유가 접촉하지 않아 고순도 공정에 적합합니다.

 

 

4. 동력식 Compressor (Dynamic, Turbo)

동력식은 회전 임펠러를 이용하여 가스에 속도를 부여하고, 이를 압력에너지로 변환하는 방식입니다.

 

✔ 특징

• 대유량에 적합
• 연속 운전
• 상대적으로 고속 회전

4-1. 원심 압축기 (Centrifugal Compressor)

가스를 방사 방향으로 가속하여 압력을 상승시킵니다.

 

특징

• 중·대유량
• 중압 영역
• 정유/석유화학 플랜트 핵심 설비

장점

• 진동 적음
• 유지보수 비교적 용이
• 연속 대유량 운전에 적합

단점

• Surge 영역 존재
• 소유량 운전 시 불안정

대형 공정가스 압축, LNG 설비, 발전소 등에 사용됩니다.

 

4-2. 축류 압축기 (Axial Compressor)

가스를 축 방향으로 흐르게 하면서 압력을 단계적으로 상승시킵니다.

 

특징

• 초대형 유량
• 압력 상승은 단계적
• 항공기 엔진, 대형 가스터빈 적용

대표적으로 항공기 엔진에는 축류 압축기가 사용되며, 가스터빈 발전기에서도 핵심 역할을 합니다.

 

 

5. 선정 기준 – 어떤 Compressor를 선택해야 하는가?

플랜트 설계 시 다음 요소를 종합적으로 고려합니다.

 

① 유량 (Flow Rate)

• 대유량 → 원심, 축류
• 소유량 → 왕복동

② 압력비 (Pressure Ratio)

• 고압 → 왕복동
• 중압 → 스크류, 원심

③ 가스 특성

• 독성/고순도 → 다이어프램
• 습분 포함 → 재질 및 씰링 고려

④ 운전 안정성

• Surge Margin 확보
• Minimum Flow Line 설정
• Anti-surge Control 적용

특히 원심 압축기는 Surge 현상 방지가 매우 중요합니다.

 

 

6. 용적식 vs 동력식 비교

구분	용적식	동력식
유량	소~중	중~대
압력	고압 가능	중압 중심
맥동	존재	거의 없음
유지보수	비교적 많음	비교적 적음
적용 분야	수소, 특수가스	정유, 발전

 

 

 

7. Compressor는 공정의 심장입니다

Compressor는 단순한 회전기계가 아니라, 공정 압력과 에너지 밸런스를 결정하는 핵심 설비입니다.

• 고압·소유량 → 왕복동
• 중압·연속운전 → 스크류
• 대유량·플랜트 핵심 설비 → 원심
• 초대형 유량 → 축류

설계 시에는 유량, 압력비, 가스 특성, 운전 안정성, 유지보수 전략을 모두 고려해야 합니다.

 

압축기 선정은 초기 CAPEX뿐 아니라 장기 OPEX와 공정 안정성에 직결되므로, 단순 비교가 아닌 열역학적·기계적·운전적 관점의 통합 판단이 필요합니다.