< 목 차 >
18. 콤프레셔 에너지절감 운전포인트
19. 리시버탱크에 의한 에너지 절약에 대하여
20. 에너지 절감 기계 콤프레셔에 대하여
21. 압축공기와 소요 동력(토출 압력과 동력의 관계)
22. 에너지 절약 진단 항목과 개선에 의한 장점　

1987년 Pressed Air System 전문업체로 출범한 (주)한국에어로는 무급유식 에어콤프레셔(Oil free Air Compressor) 및 급유식 에어콤프레셔(Oil injection Air Compressor), Air Cleaning System과 Energy Saving System, Drain Trap & 유수분리장치, Air Conditioning System 등을 생산하고 있으며, 기계설비공사, Over Haul Center 운영 등을 통해 국내 공기압축기 시장에서 주목받고 있다.
특히 2003년부터는 일본 Mitsui Seiki사와 한국 솔 에이전트 계약을 체결하고 무급유식 에어콤프레셔(Oil free Air Compressor)를 공급하여 좋은 반응을 얻고 있다.
이에 공기압축기 분야 20년 역사의 동사가 제공하는 "최고의 공기압축기 시스템과 관리" 자료를 이 업계 초보자 또는 입문자를 위해 기초부터 응용까지 연재하고자 한다.   <편집자 주>

18. 콤프레셔 에너지절감 운전 포인트

●  토출 압력을 낮출 수 없을까?
     압력을 1kg/㎠ 낮추면 약 8%의 동력 감소

●  배관 등으로부터의 공기 누출은 없는가?
     예를 들면 5mm 직경의 구멍은 7kg/㎠의 압력에서 1.5㎥/min의
     자유 공기를 새게 하여 그 공기를 압축하는데 필요한 전력은 약 10kW

●  배관, 필터의 압력 손실이 크지 않은가?
     1kg/㎠의 압력 손실로 약 8%의 동력 손실

●  흡입 저항이 크지 않은가?
     650mmAq의 흡입 저항에서 약 6%의 공기량 감소

●  콤프레셔실의 실온은 높지 않은가?
     20℃와 40℃에서는 10% 공기량의 손실

●  운전 시간에 낭비는 없는가?
     콤프레셔를 무부하에서 운전하면 약 65~70%의 전력을 손실
       적절한 공기 탱크의 설치
       대수 제어의 도입

●  효율 높은 콤프레셔로 변경할 수 없을까?
     신형기의 도입

●  부하의 변동이 커지지 않는가?
     회전수 제어(인버터기)의 도입



19. 리시버탱크에 의한 에너지절약에 대하여

      (에어 콤프레셔의 효율적인 운전방법)

에어 콤프레셔를 효율적으로 활용하려면 공기공급 시스템의 충분한 검토가 필요하다. 에너지절약의 관점에서 리시버 탱크는 압축공기를 저장에너지로서 보존할 수 있는 것이라고 간주할 수 있고, 대용량의 리시버 탱크는 유효한 에너지 절약의 대책이 된다.
예를 들면, 순간적으로 단시간에 공기를 소비하게 될 용도의 경우 대형 콤프레셔를 설치하지 말고, 소용량의 콤프레셔로 리시버 탱크에 저장하여 두는 편이 설비비, 운전경비의 양면에서 유리하게 된다.
리시버탱크의 충진, 토출시의 관계식은
t시간에 (QN-QU)xt㎥의 공기가 (P2-P1)압력을 상승(토출의 경우는 감소)시킴에 따라서



    여기에,
     V   :  리시버탱크 용적  ㎥
     QN  :  콤프레셔 용량  N㎥/min
     QU :  공기 소비량   N㎥/min
     P1  :  리시버탱크 충진(또는 토출) 전의 압력
                    kgf/㎠
     P2  :  리시버탱크 충진(또는 토출) 후의 압력
                    kgf/㎠
      t   :  충진 또는 토출의 시간                    min
     γ   :  표준상태에서의 공기 비중량 =  1.29kg/㎥
      R   :  공기의 가스정수  =  29.27m/°K
      T   :  공기온도 =  약 40℃ =  313°K

예)
  진행중의 공기 소비량        450ℓ/min × 3대
  진행중의 최저 필요압력      5kgf/㎠
  공기의 사용조건 1분30초 소비, 1분30초 정지

이 조건에 대한 콤프레셔의 기종과 리시버 탱크의 용적은 어느 정도인가?

1) 진행중의 공기 소비량은 1350ℓ/min으로 기종은 Z085A (1.1㎥/min)를 선정한다.
2) 공기의 사용조건에서 리시버 탱크의 용적을 산정한다.
   (콤프레셔의 공기량은 정격×0.9, 탱크의 압력은 6kgf/㎠로 계산)

3) 다음에 0.26㎥의 탱크에 6kgf/㎠에서 8.5kgf/㎠까지 충진하는데 필요한 시간은

4) 따라서, 1분 30초 진행의 정지중에 리시버 탱크의 압력을 6kgf/㎠에서 8.5kgf/㎠까지 충진 가능하다.
- 압축기형식 Z085A
- 압축 탱크 0.26㎥

리시버 탱크를 설치하는 목적
*급격한 소비량 변동시에도 공급능력을 일정하게 유지하여 준다.
*콤프레셔의 긴급 정지시에도 일정시간 공급압력을 유지시켜 준다.
*피스톤식 콤프레셔의 경우 맥동감소(순간순간의 정지감소)를 시켜준다.
*ON / OFF 제어 콤프레셔의 경우 ON / OFF 반복 빈도를 완화시켜 준다.

20. 에너지 절감 기계 콤프레셔에 대하여

▣ AUCS 전력 절감 언로더

이 장치는 콤프레셔가 운전중에 사용자측에서 공기를 소비하지 않는, 이른바 언로딩 상태에 들어가면 콤프레셔 흡입구를 폐쇄함과 동시에 오일챔버 내의 공기압을 대기중으로 방출시키는 것에 의해 고압측의 배압을 가볍게 하는 것으로 전동기의 부하를 경감시켜 소비전력의 절약을 꾀한다.
일반적으로 콤프레셔의 공기 사용방법은 항상 능력의 100%의 공기를 사용하는 경우는 매우 낮고, 공기의 사용량은 끊임없이 변화하는 것이 보통이다. 그러나 종전의 콤프레셔는 공기를 전혀 소비하지 않는 경우에도 60~70%의 동력을 소비했다.
이점은 공기를 사용하지 않는 경우에도 콤프레셔의 고압측에는 항상 배압이 걸려 있어 전동기에 부하로 작용하기 때문이다.
Z스크류 콤프레셔에는 종전의 흡입 조절 밸브에 의한 언로더 뿐 아니라, 콤프레셔의 가벼운 부하시에는 오일챔버 내의 압축공기를 필요에 따라 대기로 방출시킴으로써 동력의 경감을 꾀하는 AUCS 장치를 내장한 것이 있다.
이에 따라, 언로딩시의 소비 전력은 모든 부하시의 약 30%까지 절약할 수 있다.
공기의 사용조건에 맞춰 AUCS를 작동시켜 경제적인 에너지 절감 운전을 실현하는 것이 가능하다.

▣ ZV방식 인버터 제어

*콤프레셔로 보는 전력 절감 실천편
근년, 설비투자를 할 때의 큰 흐름은 초기비용의 비교에서 유지비용의 비교로 포인트를 옮겨 수년 단위의 TOTAL COAST로는 어느 기종이 가장 경비절감으로 이어지는지를 확인하려하는 움직임이 일고 있다.
MITSUI SEIKI社가 개발한 「인버터 제어」 콤프레셔는 인버터가 탑재되어 있지 않은 종래의 기기와 비교해도 유지비용에서 크게 앞서 있고, 이 격차가 수년 지나면 초기비용의 격차를 없애고 거꾸로 세월이 흐를수록 인버터 제어 쪽이 낫다는 계산이 나온다. 인버터를 채용함으로써 공기량이 적은 때는 회전수가 떨어져 토출량이 줄고, 큰 모터임에도 불구하고 공기량의 변동에 따라 작은 동력으로 충분한 셈이다.
즉, 사용량에 따라 에너지 절감을 할 수 있는 스타일을 확립한 것이 「인버터 제어」인 것이다.
인버터가 일반에게 이용되고 있는 예로는, 대부분의 에어컨이 인버터 제어로 되어 있어 가정에서 인원이 많은 때와 적은 때 바람의 세기가 달라진다. 이전의 에어컨은 인원이 많은 때나 적은 때나 같은 양의 바람이 불었다.
즉 필요에 따른 바람의 조정이 가능해진 것이다. 콤프레셔도 에어컨과 마찬가지로 사용량에 따라 자동적으로 조정할 수 있게 되었다. 콤프레셔에는 정격 운전상태라는 것이 있는데, 이것은 어느 일정압력을 가한 경우에 어느 정도의 공기량을 소비하는가 하는 기본 성능이라고 말할 수 있는 것이다.
설비기기를 포함한 공장 전체의 최대 사용 공기량에서 콤프레셔의 전력량이 정해지는데, 실제현장에서는 공기량이 많은 날이나 적은 날이 있다.
종래 타입의 모터에서는 일정한 회전을 하기 때문에 공기량이 변동되어 적어지는 경우에도 모터의 동력은 같은 정도 사용하여 공기량을 소비하는 것이 실정이었다.
그래서 흡입 조정 등 다양한 에너지 절감 기능을 채용하여 에너지 절감 기기의 인정 등을 받아, 에너지 절감 타입의 콤프레셔가 개발된 것이다. 더 나아가, 공기량이 적은 경우는 작은 모터로 돌아가고 있는 것과 같이 하면 사용량이 적은 때 큰 모터를 돌리지 않아도 되어 에너지를 절감하게 된다.
이처럼 성능면에서 큰 개량이 미츠이정기공업이 채용한 「인버터 제어」에 의해 실현된 것이다.

- DATA
인버터 제어는 30~95% 부근의 중간 부하에서 예민하고 확실하게 전력비를 삭감시킨다.
토출 압력은 0.49~0.88MPa(5.0~9.0kg/㎠)의 범위라면 0.01MPa(0.1kg/㎠)의 폭에서 임의로 설정할 수 있다(디지털식 입력).

■ 절약전력 사례

운전시간 6,000h/연, 전기요금 20￥/kwh 토출 공기량 64%(10h 운전 실측치)
에어드라이어, 냉각팬 동력을 포함하지 않음
*15kw 종래 기기 대비 에너지 절감전력 4.5kwh   
*15kw 에너지절감전력비 약 54만円
*22kw 종래 기기 대비 에너지 절감전력 5.2kwh   
*22kw 에너지절감전력비 약 62만円

■ 정비비 절감예

운전시간 6,000h/연
저속 메인터넌스 효과, 울트라 슈퍼 Z오일 사용, 커플링 접속(beltless)
*15kw 정비비 절감액 약 8만円
*22kw 정비비 절감액 약 10만円인버터

< 다음 호에 계속 >

자료제공 : 한국에어로(주)