데드 볼륨은 고정된 공동이나 배관이 유용한 피스톤 이동을 추가하지 않은 채 반복적으로 가압 및 배기될 때 공압 실린더의 에너지 효율에 영향을 줍니다. 해당 체적을 정량화하고, 압력 변화를 표준 공기 수요로 환산한 뒤, 승인된 사이클 수를 곱하고 유량계로 결과를 검증하십시오. 보편적인 30% 또는 50% 효율 페널티는 없습니다.
계산 경계가 중요합니다. 실린더 클리어런스, 포트 드릴링, 밸브와 실린더 사이의 튜브, 피팅, 연결된 밸브 유로는 모두 계산에 포함할 체적을 더할 수 있지만, 밸브 상태에 따라 전환 유로의 일부가 될 때만 해당합니다. 방향 제어 밸브 상류의 공급 헤더는 대개 가압 상태를 유지하므로 매 스트로크마다 다시 채워지는 것처럼 계산해서는 안 됩니다.
핵심 요점
- SMC가 공개한 예시는 사이클당 실린더 공기 13 L (ANR)와 전환 배관 0.56 L를 합산합니다.
- 물리적 체적, 표준 공기 소비량, 컴프레서 전력 소비량은 서로 다른 양입니다.
- 압력 감쇠만으로는 미지 체적이 아니라 누설을 측정하게 됩니다.
- 절감량은 승인된 생산 사이클당 표준 공기로 검증하십시오.
공압 실린더 회로에서 데드 볼륨으로 보는 것은 무엇인가요?
SMC는 실린더 공기 소비량에 실린더 내부와 실린더 및 전환 밸브 사이의 배관에서 사용되는 공기를 포함합니다. 계산 예시에서는 사이클당 실린더에 13 L (ANR), 배관에 0.56 L를 제시합니다(SMC 공기 실린더 모델 선정, 2026-07-22년 확인).
체적을 다음 세 가지로 구분해 사용하십시오.
- 클리어런스 체적은 피스톤이 기계적 끝 위치에 도달했을 때 남는 챔버 공간입니다. 엔드 캡 포켓, 쿠션 유로, 포트 드릴링, 피스톤과 엔드 캡 사이의 피할 수 없는 간극이 포함될 수 있습니다.
- 전환 배관 체적은 방향 제어 밸브가 전환될 때 압력이 변하는 연결 튜브, 호스, 피팅, 속도 조절기, 매니폴드 유로, 밸브 유로의 체적입니다.
- 스윕 체적은 유효 피스톤 면적에 스트로크를 곱한 값입니다. 피스톤이 움직일 때 변하며 기계적 변위를 만들어 냅니다.

모든 내부 공간을 ‘데드 볼륨’이라고 부르면 계산이 부정확해집니다. 압력을 유지하는 밸브 공급 갤러리는 매 사이클마다 다시 소비되지 않습니다. 밸브 배기 갤러리는 여러 포트가 함께 사용할 수 있습니다. 피스톤이 쿠션 구역에 들어갈 때 쿠션 포켓의 연결 상태가 달라질 수도 있습니다. 체적을 더하기 전에 실제 상태에 따른 유로를 추적하십시오.
데드 볼륨은 실린더의 기하학적 스트로크를 줄이지도 않습니다. 피스톤은 여전히 지정된 거리를 이동합니다. 페널티는 추가 공기 질량, 충전 및 배기 시간, 추가 이동을 만들지 않는 고정 체적에 저장되는 공압 에너지입니다.
단동 로드가 있는 실린더는 로드가 한쪽의 유효 면적과 챔버 체적을 줄이므로 비대칭입니다. 로드리스 실린더라고 해서 자동으로 대칭이거나 저체적이 되는 것은 아닙니다. 내부 밴드, 캐리지 유로, 엔드 캡 형상, 쿠션, 포트 배관은 설계에 따라 달라집니다. 선정한 모델의 도면 또는 측정 데이터를 사용하십시오.
이와 같은 체적이 타이밍에 미치는 영향은 별도의 실린더 응답 시간 및 데드 볼륨 분석을 참조하십시오. 이 글은 반복되는 표준 공기 소비량과 검증된 에너지 영향을 다루는 다른 경계를 사용합니다.
고정 데드 볼륨으로 추가되는 공기는 어떻게 계산하나요?
SMC의 공기 소비량 방정식은 스윕 실린더 챔버에 절대압 비율을 사용하고 전환 배관에는 게이지압 비율을 사용합니다. 0.5 MPa 예시에서 내경 6 mm, 길이 2 m인 배관은 완전한 실린더 사이클마다 약 0.56 L (ANR)를 추가합니다(SMC, 2026-07-22년 확인).
물리적 튜브 체적부터 계산하십시오.
는 튜브 내부 체적, 는 실제 내경, 은 길이입니다. 단위를 일관되게 유지하십시오. 두 치수가 모두 밀리미터라면 세제곱 밀리미터를 1,000으로 나누어 세제곱 센티미터를 구합니다.
고정 체적을 초기 절대압에서 최종 절대압까지 충전할 때 등온 선별 가정에서 추가되는 자유 공기 등가 체적은 다음과 같습니다.
는 연결된 물리적 체적, 와 는 최종 및 초기 절대압, 는 선정한 기준 압력입니다. 결과 옆에 기준 온도와 표준 체적 규약을 명시하십시오.
체적이 대기압에서 시작하면 분자는 게이지압과 같아집니다. 이는 전환 튜브 체적 항과 스윕 챔버 항이 다른 이유를 설명합니다. 튜브는 충전 전에 이미 공기를 포함하지만, 피스톤 이동은 새 챔버 체적을 만들므로 그 공간도 채워야 합니다.
각 고정 체적은 압력이 실제로 사이클을 이룰 때만 계산하십시오. 일반적인 5/2 회로에서 완전한 전진 및 복귀 사이클을 한 번 수행하면 캡 측 배관과 로드 측 배관은 보통 각각 한 번씩 충전됩니다. 센터 클로즈드, 압력 센터, 퀵 배기, 양압, 조기 차단 회로에서는 이 경계가 달라집니다.
공압 튜브 체적 계산기는 배관의 물리적 체적과 자유 공기 등가 체적을 계산할 수 있습니다. 공기 소비량 계산기는 스윕 실린더의 기준값을 제공합니다. 두 도구 모두 선정한 밸브의 내부 유로나 엔드 캡 클리어런스를 알 수 없으므로 문서화된 고정 체적은 별도로 더하십시오.
SMC 계산 예시가 실제 규모를 보여 줍니다
SMC가 공개한 사례는 내경 50 mm, 스트로크 600 mm인 실린더 10대, 압력 0.5 MPa, 분당 5사이클, 내경 6 mm 배관 2 m를 사용합니다. 실린더 사이클당 13 L와 배관 0.56 L를 계산하여 총 수요량 678 L/min을 제시합니다(SMC, 2026-07-22년 확인).
내경 6 mm, 길이 2 m인 배관 하나의 체적은 다음과 같습니다.
게이지압 0.5 MPa와 기준 압력 0.1 MPa를 적용하면 배관 하나의 추가 자유 공기 체적은 약 다음과 같습니다.
배관 두 개는 약 0.565 L가 되어 SMC가 반올림해 제시한 배관값 0.56 L와 일치합니다. 실린더 한 대의 완전한 사이클은 다음과 같습니다.
| 구성 요소 | 사이클당 표준 공기 체적 |
|---|---|
| 실린더 스윕 챔버 | 13.00 L (ANR) |
| 전환 배관 두 개 | 0.56 L (ANR) |
| 합계 | 13.56 L (ANR) |
배관이 차지하는 비율은 약 다음과 같습니다.
이 예시에서는 약 4.1%입니다. 이는 일반적인 데드 볼륨 비율이 아닙니다. 실린더가 작고 스트로크가 짧으며 튜브가 길고 내경이 크고 압력이 높으며 사이클 빈도가 높을수록 고정 체적 비율이 훨씬 커질 수 있습니다. 반대로 스트로크가 길고 보어가 큰 실린더는 절대적인 배관 소비량을 측정할 가치가 있더라도 배관 체적 비율은 작을 수 있습니다.
비율은 우선순위를 정하는 데 유용하지만 플랜트 수요를 결정하는 것은 절대 표준 공기 절감량입니다. 두 값을 모두 보고하십시오. 간헐적으로 작동하는 소형 액추에이터의 고정 체적 비율이 20%라도, 사이클이 많은 액추에이터 수백 대의 3% 비율보다 중요도가 낮을 수 있습니다.
기존 복동 실린더 공기 소비량 가이드는 전체 스윕 체적 계산을 다룹니다. 이 글을 사용해 그 총량 중 고정되어 반복적으로 전환되는 부분을 분리하십시오.
공기 절감률과 전력 절감률이 같은 비율이 아닌 이유
CAGI는 인위적 수요를 포함하기 전 기준으로 컴프레서 토출 압력이 2 psi 상승하면 필요한 마력이 약 1% 증가한다고 설명합니다. 100에서 110 psig로 바뀌는 예시에서는 압력과 수요가 함께 변하므로 종합 영향이 약 14%에 이릅니다(CAGI 압축 공기 시스템 설계, 2021).
이러한 시스템 의존성 때문에 한 실린더의 계산상 사이클당 공기가 4.1% 줄어도 전기 요금이 자동으로 4.1% 줄지는 않습니다. 결과는 다음 요소에도 좌우됩니다.
- 변경한 실린더가 플랜트 전체 표준 공기 수요에서 차지하는 비중
- 컴프레서 유형, 비동력, 언로딩 및 용량 조절 거동
- 리시버 저장 용량과 압력 제어 전략
- 누설 및 기타 비조절 수요
- 생산 속도, 유휴 시간, 공압 부하의 동시성
- 수요 감소가 컴프레서 순차 운전 방식을 바꾸는지, 아니면 언로드 시간만 늘리는지
먼저 연간 표준 공기 절감량을 계산하십시오.
은 승인된 사이클당 측정 또는 계산된 절감량이고, 는 연간 완전 승인 사이클 수입니다. 공정 변경으로 실제로 제거되는 경우에만 불합격 또는 진단 사이클을 제외하십시오. 그렇지 않으면 해당 사이클도 수요에 포함됩니다.
그런 다음 현장에서 측정한 장소별 에너지 원단위를 사용해 전력 절감량을 추정하십시오.
는 동일한 측정 경계에서 공급된 표준 세제곱미터 또는 표준 세제곱피트당 컴프레서 시스템 전력입니다. 동기화된 컴프레서 전력 및 공급 공기 데이터에서 구하십시오. 일반적인 전기 요금만으로는 실린더 체적을 에너지로 환산할 수 없습니다.
ISO/TR 22165:2018은 기능성과 경제적 효율을 고려하면서 공압 시스템 효율을 개선하도록 권고합니다(ISO/TR 22165, 2026-07-22년 확인). 따라서 힘, 응답, 쿠션, 안전, 유지보수성, 생산 품질은 공기 절감 변경 후 선택적으로 확인하는 항목이 아니라 합격 조건으로 유지되어야 합니다.
미지의 데드 볼륨은 어떻게 정확하게 측정하나요?
NIST의 PVTt 유량 표준은 압력, 온도, 시간, 상태방정식과 함께 알고 있는 수집 용기 체적을 사용합니다. NIST는 알고 있는 체적을 가압한 뒤 미지의 진공 체적에 연결하고 그 결과의 밀도 변화를 이용해 계산하는 별도의 체적 팽창 방법도 설명합니다(NIST 가스 유량 표준, 2026-07-22년 확인).
필요한 불확도에 맞춰 다음 세 가지 방법 중 하나를 사용하십시오.
- 기하학적 계산. 측정 치수로 튜브와 단순 드릴 유로의 체적을 계산하십시오. 엔드 캡과 밸브 공동에는 공급업체 CAD 또는 도면을 사용하십시오. 치수가 공칭값인지 측정값인지 기록하십시오.
- 기준 체적 팽창. 보정된 기준 용기를 격리된 미지 체적에 연결하고 초기 및 최종 절대압과 온도를 기록한 뒤 열평형을 기다려 질량 보존식으로 계산하십시오.
- 사이클 정규화 유량 측정. 알고 있는 반복 사이클 수 동안 누적 표준 공기를 측정한 뒤 동일한 하중, 압력, 타이밍, 밸브 상태에서 구성을 비교하십시오. 이 방법은 전체 회로를 포착하지만 각 공동을 개별적으로 식별하지는 못합니다.
이상 기체 및 동일 온도 선별 가정에서, 초기 압력이 인 기준 체적을 초기 압력이 인 미지 체적에 연결하고 로 평형화하면 다음을 얻습니다.
는 미지 체적이고 은 보정된 기준 체적입니다. 모든 압력은 절대압이어야 합니다. 방어 가능한 측정을 위해 온도 항, 연결 체적, 누설, 센서 불확도, 압력에 따른 부품 변형, 충분한 안정화 시간을 포함하십시오. NIST의 상세 방법은 단순화한 등온 압력식 대신 밀도를 사용합니다(NIST SP 250-63).
압력 감쇠만으로는 미지 체적을 결정할 수 없습니다. 감쇠 곡선에는 누설 컨덕턴스, 체적, 절대압, 온도 변화, 시간이 함께 반영됩니다. 알려진 체적이나 누설 유량이 없으면 서로 다른 체적과 누설의 조합이 비슷한 곡선을 만들 수 있습니다. 시험 체적을 확정한 후 누설을 검출하거나 정량화하는 데 압력 감쇠를 사용하십시오.
체적을 측정한다는 이유만으로 조립된 생산용 실린더에 물을 채우지 마십시오. 제조업체가 절차를 승인하고 부품을 완전히 세척, 건조, 재윤활, 재시운전할 수 있는 경우에만 예외로 하십시오. 물은 그리스를 오염시키고 부식을 촉진하며 실을 손상시키고 안전하지 않은 잔류 상태를 남길 수 있습니다.
밸브가 실제로 전환하는 경계를 측정하십시오. 긴 임시 호스, 대형 격리 매니폴드, 시험 계기 공동을 포함한 벤치 시험은 생산 회로보다 많은 ‘데드 볼륨’을 보고할 수 있습니다. 반대로 설치된 피팅과 속도 조절기를 제외하면 실제 사이클 체적을 과소평가하게 됩니다.
어떤 데드 볼륨 변경을 우선해야 하나요?
Festo는 길거나 내경이 큰 배관을 반복적으로 충전하고 배기하는 것을 에너지 낭비로 보고 밸브를 액추에이터 가까이 배치할 것을 권장합니다. 또한 배관 내경이 작으면 가압과 배기가 제한될 수 있다고 경고하므로 튜브 크기는 여전히 성능 요구사항을 충족해야 합니다(Festo, 2026-07-22년 확인).
측정된 표준 공기 절감량과 검증된 기계 성능을 기준으로 변경 우선순위를 정하십시오.
| 변경 사항 | 영향을 받는 체적 또는 수요 | 합격 전 주요 확인 항목 |
|---|---|---|
| 방향 제어 밸브를 실린더 가까이 이동 | 전환 배관 체적을 줄임 | 환경, 배선, 서비스 접근성, 배기 및 안전 구역 |
| 불필요한 튜브 루프를 줄임 | 내경을 바꾸지 않고 배관 체적을 줄임 | 굽힘 반경, 움직임, 변형 방지, 유지보수 접근성 |
| 튜브 내경을 줄임 | 면적이 직경의 제곱에 비례하므로 체적을 크게 줄임 | 동적 압력 강하, 충전 시간, 배기 시간, 실린더 속도 |
| 컴팩트 피팅 또는 직접 장착 사용 | 연결 공동을 제거함 | 유량 계수, 방향, 교체 접근성, 진동 |
| 엔드 캡 또는 포트 공동을 줄임 | 실린더 클리어런스 체적을 줄임 | 쿠션 용량, 피스톤 클리어런스, 제조 가능성, 강도 |
| 검증된 작동 압력을 낮춤 | 고정 및 스윕 체적에서 추가 공기 질량을 줄임 | 힘, 이탈, 가속, 공정 하중, 공급 압력 저하 |
| 불필요한 사이클을 제거 | 사이클 전체의 수요를 제거함 | 생산 로직, 진단, 고장 복구 |
밸브 배치 가이드는 중앙 집중식과 분산식 구조의 선택을 다룹니다. 현장 밸브는 배관 체적을 줄일 수 있지만 세척수, 열, 진동, 접근하기 어려운 수동 오버라이드, 안전하지 않은 저장 에너지 경계에 새롭게 노출될 수 있습니다.
더 큰 수요원을 확인하기 전에 배관 체적부터 최적화하지 마십시오. 누설, 과도하게 큰 보어, 과잉 압력, 불필요한 스트로크, 유휴 가압, 블로오프, 중복 동작은 고정 체적 페널티를 초과할 수 있습니다. 보어 크기 및 운전 비용 분석을 사용하면 배관 체적이 아니라 실린더 형상이 소비량을 결정하는지 판단할 수 있습니다.
첫 번째 대상으로 가장 큰 비율을 선택할 필요는 없습니다. 각 후보를 연간 표준 공기 절감량, 구현 위험, 검증된 생산 영향으로 순위를 정하십시오. 이송 실린더의 물리적 체적이 더 크더라도 스트로크가 짧고 사이클이 많은 클램프에 현장 밸브를 먼저 적용하는 것이 타당할 수 있습니다.
변경 전후 검증 절차
SMC의 계산 예시는 실린더 10대에 대해 총 678 L/min을 산출하지만, 해당 가이드는 온도 저하, 누설, 중간 장비를 고려한 컴프레서 여유도 여전히 요구합니다. 따라서 계산한 실린더 및 배관 체적은 기준값이고, 최종 합격에는 선정한 기계 경계에서 측정한 수요가 필요합니다(SMC, 2026-07-22년 확인).
하나의 통제된 변경 전후에 동일한 절차를 사용하십시오.
- 경계를 정의하십시오. 측정에 포함할 실린더 분기, 밸브 아일랜드, 기계 또는 컴프레서 시스템을 명시하십시오.
- 구성을 기록하십시오. 실린더 모델, 보어, 로드, 스트로크, 밸브 모델, 피팅 계열, 튜브 내경과 길이, 레귤레이터 설정, 제어 상태를 기재하십시오.
- 공정을 안정화하십시오. 동일한 제품, 페이로드, 사이클 프로그램, 온도, 공급 조건, 합격 출력 기준을 사용하십시오.
- 누적 표준 공기를 측정하십시오. 총량을 완전 승인 사이클 수로 나누십시오. 기계가 정상 가압 대기 상태일 때의 유휴 유량도 기록하십시오.
- 동적 압력을 기록하십시오. 스트로크 중 유량과 힘이 가장 큰 구간에서 밸브 입구 압력과 두 실린더 포트의 압력을 측정하십시오.
- 타이밍과 품질을 확인하십시오. 명령에서 동작까지의 지연, 스트로크 시간, 쿠션, 충격, 반복성, 불량률, 필요한 힘을 확인하십시오.
- 변수 하나만 변경하십시오. 데드 볼륨 절감 효과를 분리하는 것이 목적이라면 동일한 비교에서 튜브를 줄이고 압력을 낮추고 누설을 수리하며 제어 로직을 바꾸지 마십시오.
- 충분한 사이클을 반복하십시오. 개별 실행값과 평균 또는 중앙값, 관찰된 분산을 보고하십시오. 유량계 분해능과 불확도를 결과와 함께 기록하십시오.
합격 지표는 다음과 같습니다.
는 승인된 사이클당 표준 공기 체적입니다. 는 정의된 경계에서 누적된 표준 공기이고, 는 해당 승인 사이클 수입니다. 값이 낮아도 힘, 타이밍, 안전, 제품 품질이 계속 합격하는 경우에만 유효합니다.
공압 실린더 데드 볼륨 FAQ
SMC의 0.5 MPa 예시는 사이클당 전환 배관에 0.56 L (ANR), 실린더 챔버에 13 L를 배정합니다. 배관 비율 4.1%는 명시된 보어 50 mm, 스트로크 600 mm, 배관 2 m, 압력 조건에만 해당합니다(SMC, 2026-07-22년 확인).
클리어런스 체적과 데드 볼륨의 차이는 무엇인가요?
클리어런스 체적은 기계적 끝 위치에서 남는 챔버 공간입니다. 데드 볼륨은 피스톤 이동을 추가하지 않은 채 가압 및 배기되는 연결 포트, 피팅, 튜브, 컨트롤러, 매니폴드, 밸브 유로까지 포함할 수 있는 더 넓은 애플리케이션 용어입니다. 어느 값을 인용하든 회로 경계를 명시하십시오.
데드 볼륨이 공압 실린더 힘을 줄이나요?
정상 압력 상태에서는 직접적으로 줄이지 않습니다. 실린더 힘은 유효 피스톤 면적에 작용하는 압력 차에서 기계적 저항을 뺀 값에 따릅니다. 추가 고정 체적은 압력 상승을 지연시키고 공기 소비량을 늘리며 더 많은 공압 에너지를 저장할 수 있습니다. 제한된 유로는 동적 압력 손실을 일으켜 움직이는 동안 힘을 줄일 수도 있습니다.
압력 감쇠 시험으로 실린더 데드 볼륨을 측정할 수 있나요?
그 자체로는 측정할 수 없습니다. 압력 감쇠에는 누설, 체적, 온도, 시간이 함께 반영됩니다. 미지 체적을 계산하려면 측정한 형상, 보정된 기준 체적 팽창 시험, 또는 압력 및 온도 데이터와 함께 알려진 질량 유량 방법을 사용하십시오. 연결된 시험 체적을 알고 난 뒤에야 압력 감쇠가 누설 측정에 유용해집니다.
밸브를 실린더에 장착하면 항상 에너지가 절감되나요?
대개 전환 튜브 체적의 일부를 제거하지만 전체 결과는 사이클 빈도, 압력, 밸브 유로, 파일럿 수요, 배기 배관, 기존 튜브 길이에 따라 달라집니다. 설치는 유량, 타이밍, 환경, 전기, 서비스 접근성, 저장 에너지, 기계 안전 요구사항도 충족해야 합니다.
데드 볼륨 에너지 절감량은 어떻게 보고해야 하나요?
승인된 사이클당 계산 및 측정 표준 공기 절감량, 연간 승인 사이클 수, 유휴 유량, 압력, 구성, 측정 불확도를 보고하십시오. 장소별 컴프레서 시스템 에너지 원단위를 사용해 공기 절감량을 전력으로 환산하십시오. 전체 계산 및 측정 경계를 정의하지 않은 채 보편적인 비율이나 연간 비용을 보고하지 마십시오.
출처 및 기술 참고 자료
- SMC, 공기 실린더 모델 선정, 실린더 및 배관 공기 소비량 예시; 2026-07-22년 확인.
- SMC, Best Pneumatics 공기 소비량 및 필요 공기량, 실린더 및 배관 공식; 2026-07-22년 확인.
- Festo, 압축 공기 비용 절감 및 에너지 소비 감소, 데드 볼륨과 배관 크기 선정의 절충; 2026-07-22년 확인.
- ISO/TR 22165:2018, 공압 시스템 에너지 효율 지침; 2026-07-22년 확인.
- CAGI, 압축 공기 시스템 설계, 시스템 압력, 수요, 컴프레서 동력의 관계; 2021.
- NIST, 가스 유량 표준, PVTt 및 압력 상승률 측정 원리; 2026-07-22년 확인.
- NIST 특별 간행물 250-63, 기준 체적 팽창 방법; 2026-07-22년 확인.

