® 자료제공 : (주)한국유체

1989년부터 세계적인 콤프레셔 전문 메이커인 미국의 퀸시 콤프레서사의 제품을 국내에 수입, 판매 및 A/S를 전담해 오던 (주)한국유체는 2002년 1월 파주에 생산공장을 준공하고 콤프레셔를 생산, 국내 시장에 공급하기 시작하였다.

그리고 압축공기 라인의 효율성 제고를 위한 공압분석 지원사업을 통하여 올바른 콤프레셔의 선정과 최적의 에어시스템의 구성을 통하여 고비용 에너지원인 압축공기의 오남용을 줄여 30% 이상의 에너지 절감을 실현하도록 분석사례집 `공압시스템 분석과 개선사례`를 발간하였다.

이달부터 연재로 소개하고자 하는 `공압시스템 분석과 개선사례`는 2002년부터 (주)한국유체의 기술자문을 맡고 있는 강원대학교 기계메카트로닉스 공학부 장인배 교수의 지원으로 작성된 분석보고서들 중 일부를 발췌하여 요약한 내용으로, (주)한국유체는 본 분석사업을 통하여 공압 시스템 에너지 효율을 얼마나 높일 수 있는가를 직접 보여주고 있다.
 
<편집자 주>

1. 개요

유제품 생산공장에서 운영중인 공압 콤프레셔 및 공압 시스템의 작동상태를 파악하여 성능 효율을 검증하기 위하여 2003년 3월 5일 오후 4시부터 2003년 3월 7일 오후 5시까지 약 49시간 동안 공압시스템 작동상태 변화추이를 모니터링하였다.

공압 시스템의 구성도와 측정을 수행한 계측기의 설치 위치는 <그림 1>과 같다.

공압 시스템은 Gardner Denver 스크루 콤프레셔 3대(150Hp 2대, 100Hp 1대)와 Atlas Copco 스크루 콤프레셔(100Hp 1대)로 구성되어 있다.

측정기간 동안에는 150Hp 콤프레셔 2대만이 운영되고 있었으며, 성수기에는 콤프레셔 전부가 운영된다고 설명을 들었다.

3대의 콤프레셔들은 통합 제어시스템으로 상호 연결되어 있지 못하여 공장 부하용량의 변화에 따라 일일이 수동으로 시스템을 기동 및 정지시켜야 하는 상태이다.

계측결과의 분석과정에서 한국유체가 보유한 SmartReader Plus 3 전류 계측기의 교정값이 변하여 정량적인 측정값에 약 2배의 오차가 발생하고 있음을 발견하였다.

그러나 전류 측정값의 변화 경향은 정상적으로 측정되고 있으므로 정량적인 분석은 불가능하지만 정성적인 분석은 유효하다.

압력 측정은 약 4루베(㎥) 용량의 리저버 탱크에서의 압력 ①, 주배관라인 시작단에서의 압력 ②, 시유 포장실 N-7-1 기기 인입압력(레귤레이터 통과 후) ③, 및 지관 끝단에서의 압력 ④ 등 총 4개의 위치에 대하여 수행하였다.

압력 측정위치들은 <그림 1>에 명기되어 있다.





2. 계측결과의 분석

<그림 2>에서는 주 리저버 탱크의 압력변화(적센서)와 150Hp 콤프레셔의 소비전력(청색선) 변화양상을 비교하여 보여주고 있다. 컴프레셔는 로딩/언로딩 방식으로 압력의 상한값은 94psi로 설정되어 있다.

따라서 리저버 탱크의 압력이 ①에서와 같이 94psi에 도달하게 되면 콤프레셔의 입구밸브가 완전히 닫히고 공회전을 하므로 콤프레셔의 소비전력은 ②에서와 같이 감소하게 된다.

전류 계측기의 교정값 오차에 기인하여 전류측정값이 실제보다 약 2배정도 크게 나오고 있음을 발견할 수 있다.

따라서 소비전류의 절대값은 그래프에 표시된 수치의 약 1/2로 간주하여야 한다. 그러나 소비전류의 변화양상은 정상적으로 표시되고 있다.

<그림 2>의 ②, ③, ④로 미루어 보아 도농 1공장은 매 12시~1시 사이에 1시간 동안 조업을 중단하므로 압축공기의 소모가 발생하지 않아 콤프레셔는 입구밸브를 닫고 공회전을 하게 된다. 리저버 탱크의 압력이 가장 낮은 ⑤의 경우 콤프레셔의 전력소비가 극대화되고 입구밸브가 닫히면 ⑥의 경우와 같이 소비전력이 극소화된다.

<그림 2>의 ②, ③, ④ 기간동안 콤프레셔는 입구밸브를 닫아 공기를 압축하지 않고 공회전만을 하지만 최대 전류소모의 70% 만큼의 전류를 소비하고 있음을 알 수 있다.

압축공기 수요가 증가함에 따라 콤프레셔가 최대로 기동함에도 불구하고 리저버 탱크의 압력이 떨어져 ⑦의 경우 78psi 까지 낮아짐을 확인할 수 있다.

이는 콤프레셔의 출력용량 부족에 기인한 현상인데, <그림 2>에 따르면 조업이 중단되는 ②, ③, ④ 기간을 제외하고는 항상 얼마 간의 출력용량 부족 현상이 계속 발생하고 있음을 알 수 있다.

콤프레셔의 출력용량 부족은 공압 시스템 전반에 걸쳐 압력 요동을 유발하여 제품생산의 균일성을 저해하는 주원인이 된다. 따라서 공압 요동에 따른 생산성 저하를 방지하기 위하여 일반적으로 라인 압력을 높게 설정하는데, 라인압력을 2psi(0.14㎏/㎠) 높이면 콤프레셔 소비전력이 1% 상승한다.

콤프레셔의 용량부족 현상이 발생하면 즉시 대기중인 콤프레셔를 기동하여야 하며, 용량이 남으면 이를 정지시킴으로써 압력요동을 최소화하면서도 소비전력을 극소화할 수 있다.

즉, 배관 내 압력요동이 감소하면 라인압력을 낮게 설정할 수 있고, 그에 따라서 소비전력도 절감이 된다.

공압 수요의 변화에 따라 즉각적으로 콤프레셔를 기동 및 정지시키기 위해서는 자동화된 콤프레셔 제어 시스템이 필요하며, 다수의 콤프레셔들에 대한 기동 및 정지를 통합적으로 관할할 수 있어야만 한다.

우선, 2대의 150Hp 콤프레셔들을 기저 부하용으로 사용하고, 2대의 100Hp 콤프레셔들을 공압 수요의 변화에 따라 즉각적으로 기동 및 정지시키는 첨두부하용으로 사용하며, 매 12~1시까지는 기저 부하용 콤프레셔들마저 정지시킬 수 있다면 공압 라인 내의 압력변화를 극소화시키면서도 소비전력을 최소화할 수 있어 라인 내 설정압력도 현재 94psi에서 약 80~82psi 까지 낮출 수 있어 약 6%의 소비전력 절감이 가능해진다.

그런데 설정압력을 낮추기 위해서는 리저버 탱크의 용량증설이 수반되어야 하며, 이에 대해서는 백업 콤프레셔의 필요성에 대한 논의에서 보다 자세한 설명을 수행할 예정이다.

통합 제어 시스템을 사용하여 매 12~1시까지 2시간/일 만큼 전체 콤프레셔 시스템을 정지시킬 수 있다면 추가로 약 5.8%(8.3%×0.7)의 소비전력의 절감이 가능해지므로, 최대 11.8%의 소비전력 절감이 가능해진다.

300Hp 규모의 콤프레셔 시스템을 연 8,000시간 운영한다면 연간 약 1억5천만원(80원/㎾)의 전기료가 소요되므로, 연 1,800만원 정도의 비용절감이 가능하다는 결론을 얻을 수 있다.

이 목적으로는 Quincy의 Compressed Air Automation(CAA) 시리즈가 적합하다. 최대 10대의 콤프레셔들을 하나의 통합 제어기가 관리하면서 공압수요의 변화에 따라 첨두부하용 콤프레서들을 즉각적으로 기동 및 정지시키며, 기저부하용 콤프레서 및 그에 연결된 드라이어 등을 시간 스케쥴에 따라 켜고 끌 수 있다.

또한 원격 모니터링하고 작동상태를 조절할 수 있다.

<그림 3>에서는 각 위치별 공압의 변화 양상을 보여주고 있다. 그림에서 적색선은 리저버 탱크 내의 압력변화를 보여주고 있으며, 자주색 선은 녹색선에 가려져 확대된 그래프에서만 보이는데, 이는 주 배관 라인의 시작단에서의 압력변화를 나타내고 있다.

그리고 녹색선은 주배관에서 분기된 지관의 끝단에서의 압력변화를 나타내고 있는데, 측정이 시행된 지관의 경우 공기를 사용하지 않는 위치이므로 주배관의 경우와 거의 동일한 압력을 나타내고 있다.

마지막으로 청색선은 시유 포장실에 위치한 레귤레이터 후단의 N-7-1 기기 입구측 공기압력 변화 양상을 보여주고 있다.

<그림 2>에서 이미 서술하였듯이 현재 콤프레셔의 용량 부족으로 인하여 공기압이 심하게 변하고 있음을 ①, ②, ③의 리저버탱크, 주배관 및 지관의 압력변화 양상으로부터 확인할 수 있다.

①의 경우에는 리저버 탱크압력이 79psi, 주배관 압력은 71psi, 그리고 N-7-1 기기 유입압력은 62psi까지 떨어지고 있으며, ③의 경우에는 리저버 탱크 압력이 78psi, 주배관 압력은 70psi, 그리고 N-7-1 기기 유입압력은 59psi까지 떨어진다.

공기수요의 증가에 따른 압축공기 공급의 부족현상은 공압시스템 전체에 걸쳐 일어나고 있으며, 이는 제품생산의 균일성을 저해하는 요인으로 작용한다.

공압부족으로 인한 제품불량을 막기 위해 현재 시행하고 있는 대안은 리저버 탱크의 압력설정을 필요 이상으로 높여놓아 순간적인 유량부족시 발생하는 압력강하 현상에도 최소 필요압력 이하로 떨어지지 않도록 막는 것이다.

따라서 콤프레셔 설정압력을 94psi 정도로 설정해놓고 유지하고 있다. 그러나 현재 공장에서 필요로 하는 리저버 탱크 압력을 현재보다 최대 10~12psi 만큼 낮출 수 있다.

이는 최대 약 5~6%의 소비전력 절감이 가능함을 의미한다.

이를 위해서는 다수의 콤프레셔들을 통합하여 자동적으로 기동 및 정지시킬 수 있는 Compressed Air Automation 시스템의 도입이 필요하다. 그럼에도 불구하고 순간적인 소요유량의 변화에는 콤프레셔들이 즉각적으로 반응하여 기동/정지할 수 없으므로, 이를 방지하기 위해서는 리저버 탱크가 현재보다 증설되어야만 한다.

자동화 된 콤프레셔 통제 시스템이 콤프레셔를 켜기 위해서는 최장 약 15초의 시간이 소요된다. 따라서 이 기간 동안에는 리저버 탱크가 공기수요를 충당하여야 하며, 리저버 탱크의 소요용량은 최악의 경우를 상정하여 결정된다.

즉, 현재 작동중인 150Hp 콤프레셔 중 하나가 다운되었을 때 자동적으로 백업 콤프레셔가 기동되기까지 15초의 시간 동안 리저버 탱크가 소요 유량을 충당하도록 설계하는 것이다.

이를 통하여 콤프레셔의 다운 발생시에도 공장 내 모든 기기들은 제품의 불량을 전혀 발생치 않도록 하면서 백업 콤프레서를 기동할 수 있다.

리저버 탱크의 용량 산정을 위하여 다음과 같이 시스템을 가정하였다.

- 2대의 150Hp 콤프레셔 중 하나가 다운된 경우

- 15초 이내에 백업 콤프레셔 기동

- 리저버 탱크압력이 85psi에서 80psi로 떨어지는 기간 내에 백업 콤프레셔 기동

- 150Hp 콤프레셔 출력용량=750scfm

- 계산 1 : 15초 동안 소요유량 Vn=187.5ft3

- 계산 2 : 소요체적 V=PaVn/ΔP=14.2psi×187.5ft3/5psi

=532.5ft3§15㎥

따라서 15루베(㎥) 용량의 리저버 탱크가 필요하며, 이를 통하여 순각적인 유량부족 현상을 완전히 해소할 수 있을 뿐만 아니라 현재 기동중인 콤프레셔들 중 하나가 다운되더라도 즉시 백업 콤프레셔를 기동하여 공장의 기동중단에 따른 손실을 줄이고 제품품질 균일화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

본 측정 및 분석은 2대의 150Hp 콤프레셔만 작동하는 경우에 대해서 수행되었으므로 성수기의 유량부족이나 백업 시스템 부재에 따른 문제에 대해서는 정확한 판단을 할 수 없다.

그러나, 만약 성수기에 모든 콤프레셔들을 기동하면서 콤프레셔들 중 하나라도 다운이 된다면 공장 전체의 조업 차질이 발생할 것은 명확하다.

따라서 백업용 콤프레셔의 도입이 매우 시급한 실정이며, 최소한 성수기 전에 시행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

이 목적에는 150Hp 급 콤프레서가 용량상으로는 적당하지만 기존 콤프레셔들의 노후화와 콤프레tu 작동효율 등을 고려한다면 300Hp 용량의 Quincy Power$ync 모델도 매우 적극적으로 고려할 가치가 있다.

Quincy Power$ync는 4개의 리프트 밸브가 장착된 용량 가변형 콤프레셔로 즉각적인 공압 수요변화에도 반응이 가능하여 당 공장과 같이 공압수요의 변화폭이 크고 빠르게 변화하는 공장에서 전력소모를 극소화할 수 있으며, 동급 최대의 유량이 보장되므로, 현 공압 시스템의 소요유량을 추가적인 마력증대 없이도 수용할 수 있을 것으로 판단된다.

<그림 3>의 ④의 경우에는 공장 조업의 일시적인 중단으로 인하여 공압 수요가 줄어 공압 시스템의 원래 설정값과 시스템 요소의 운영상태 등을 파악할 수 있다. ④의 확대된 그림에 따르면 리저버 탱크의 설정압력은 약 93.5psi 이고 필터 및 드라이어를 통과한 후의 압력은 약 91.5psi 임을 알 수 있다.

그런데 소요유량이 증가하면 ①의 확대된 그림 좌측단에서와 같이 리저버 탱크의 압력은 87psi, 그리고 필터 및 드라이어를 통과한 후의 주배관압력은 81psi로 떨어지게 된다.

리저버 탱크의 압력강하는 전술한 바와 같이 콤프레셔의 용량부족에 따른 것이나 차압이 2psi에서 6psi로 증가한 것은 드라이어와 필터의 용량 한계에 의한 것이다.

드라이어와 필터의 통과에 따른 차압은 약 3~5psi 정도가 적절한데, 이 공장의 경우에는 전첵적으로 약 6~8psi가 발생하므로, 드라이어와 필터의 용량 한계에 도달한 것이다.

따라서 성수기에 추가로 콤프레셔를 사용한다면 즉시 드라이어와 필터의 용량부족에 의한 차압증대가 발생하며, 곧장 전력손실 증가를 초래한다.

<그림 3>의 확대된 그래프들을 살펴보면 주 배관 시작 위치에서의 압력변화도인 자주색 선과 지관 끝 부분에서의 압력변화를 표시하는 녹색선은 공압 수요가 거의 없는 경우나 공압수요가 최대인 경우 모두 거의 두 그래프상에 압력차이가 거의 발생하지 않고 있음을 알 수 있다.

이는 배관의 건전성을 평가하는 지표인데, 양자 간의 차이가 없음은 관로의 직경과 유지상태가 현재 공압을 전송함에 있어 아무런 문제를 일으키지 않고 있음을 나타내는 것이다.

따라서 향후 상당량의 공압수요 증가에 대해서도 현재의 배관라인을 그대로 사용할 수 있다.

<그림 3>의 ④의 확대된 그림에 따르면 N-7-1 기기로 유입되는 공압 라인의 레귤레이터 설정값은 67psi이다.

그런데 일단 기기가 작동하면 공기압력은 ⑤에서와 같이 72~65psi 까지 약 7psi의 압력요동이 발생한다.

이는 공압 실린더의 순간적인 작동에 따른 공압 요동 현상으로 레귤레이터 후단에 리저버 요소가 없기 때문에 발생하는 현상으로, 다수의 기기들에서 동시다발적으로 발생하는 이러한 공압요동 현상은 주 배관 압력에 전사되어 극심한 압력 요동 현상을 유발하게 된다.

이를 방지하기 위해서는 일반적으로 <그림 4>에서와 같이 레귤레이터 후방에 오리피스와 소형 리저버 요소를 설치하여 공압 실린더에 필요한 유량은 리저버가 공급하고 평균 소요유량만큼만 오리피스 요소가 서서히 공급하므로 주 배관라인에 급격한 수요변화에 따른 압력 요동현상이 전사되는 것을 막아야 한다.

니들 밸브는 공압 실린더의 소요 평균유량에 해당하는 만큼만 개방하며 소형 리저버 탱크가 공압 실린더가 필요로 하는 순산적인 소요유량을 공급하도록 시스템을 개선한다면, 공압 실린더의 순간적인 공압 수요는 리저버 탱크가 담당한다.

니들 밸브가 리저버 탱크가 필요로 하는 유량을 서서히 충진시켜 주므로, 주 배관라인에는 항상 일정한 공압 수요 만을 요구하여, 주 배관라인과 레귤레이터 후단 등의 공압변동을 극소화시켜 준다.

그림에 따르면 약 7psi의 압력 요동을 2psi 이하로 줄여주므로 궁극적으로는 주배관 및 리저버 탱크의 압력을 낮출 수 있도록 해준다.

본 계측 결과를 토대로 유추해 보면 추천된 모든 개선안을 수용한다면 주배관 압력은 75psi 이하 그리고 리저버 탱크 압력은 80psi 내외로 유지할 수 있다.

3. 문제점 분석과 대응방안

측정결과를 토대로 하여 현재 공압 시스템이 처한 상황을 분석하였고 그에 대한 대응방안들을 논의하였다. 이에 이번에 제시하는 해결방안은 사안의 중요도와 선후관계가 매우 중요하다. 따라서 제시순서에 따라서 공압 시스템을 개선할 경우 효율 향상과 소비전력 절감 및 공압시스템의 신뢰도 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

그러나 제시하는 방안들은 반드시 그 순서에 의거하여 시스템을 개선하여야만 하며, 순서를 따르지 않은 개선은 원치 않는 문제를 유발하거나 기대한 만큼의 효율향상을 달성할 수 없다.

또한 이 결과는 약식으로 계측된 데이터에 근거하고 있으므로, 시스템의 정비 및 개선시 예상되는 효율향상이나 예상비용 절감액 등을 정량적으로 제시하지는 못한다.

이를 위해서는 보다 정밀한 시스템 진단이 필요하다.

대응방안은 첫째 기존의 공압시스템을 유지하면서 시스템의 손실을 최소화할 수 있는 방안에 대하여 살펴보아야 한다. 이는 매우 시급하고 중요한 사안이다.

두 번째로는 공압 시스템의 운영상의 개선안을 살펴본다. 공압요동의 방지를 통한 시스템 압력강하를 통해서도 전력손실 절감이 상당부분 가능하다. 세 번째로는 현재 한계용량에 도달한 드라이어와 필터에 대해 살펴본다.

네 번째로는 공압 시스템의 용량부족을 해결할 수 있는 방안에 대해 논의한다. 마지막으로는 PL 법에 대한 대응방안으로 식품 등급의 콤프레셔 오일 사용에 대해 살펴본다.

다섯 번째 사안을 제외한 앞의 네가지 항목은 순서에 맞춰 개선할 경우 최대한의 전력손실 절감과 공압 시스템 개선이 가능하다.

① 콤프레셔 자동 운전 시스템의 도입

현재의 공압 시스템은 압축공기 수요의 시간대별 변화에 대한 대응방안이 갖추어져 있지 않아 용량의 과부족 현상을 겪고 있다. 따라서 수요부족을 방지하기 위한 소극적인 대응책으로 설정압력을 높게 유지하여 원치않는 전력 손실이 발생하고 있으며, 공압수요 감소에도 시스템을 정지시키지 못하는 상황이다.

다수의 콤프레셔들을 하나의 통합된 제어 시스템이 관할하면서 공압 수요의 변화에 대응하여 콤프레셔들을 자동적으로 기동 및 정지시킨다면 압축공기 수요에 대하여 항상 최적의 공급상태를 유지할 수 있다.

따라서 콤프레셔와 공압 라인 상의 압력을 최소한으로 낮게 유지할 수 있고 이는 전력비용 절감에 직결된다. 이는 ②번 항목과 병행하여 해결할 사안이다.

통합 제어 시스템이 압축공기 수요가 줄어들면(매 12~1시) 자동으로 시스템을 정지시키므로, 입구밸브 모듈레이션시 공회전으로 낭비하던 최대 출력대비 70%의 전력수요를 절감할 수 있다. 이를 통해 약 5.8%의 전력비용 절감이 가능할 것으로 추정된다.

- (2시간/24시간)×0.7=0.58 → 5.8%

통합 제어 시스템이 대기중인 콤프레셔를 기동하기 위해서는 최대 약 15초의 시간이 필요하다. 이 기간동안은 리저버 탱크에 저장된 압축공기로 압축공기 수요를 충당해야 하므로 리저버 탱크의 용량 증설은 통합 제어 시스템의 도입시 필수적으로 병행되어야 하는 사항이다. 소요 용량은 약 15m3이다.

통합 제어 시스템은 콤프레셔 다운시에도 자동으로 백업 콤프레셔들을 기동할 수 있다. 이러한 목적으로는 Air Science Engineering 사에서 제공하는 CAA-6-2 모델이 적합하다. 이 모델은 최대 6대의 시스템을 자동으로 운영하면서, 기저부하용 콤프레셔의 타임 스케줄링, 첨두부하용 콤프레셔들의 기동/정지 등을 자동으로 수행한다. 통합제어 시스템의 설치방안은 <그림 5>에 도시되어 있다.

② 공압의 요동 방지책 마련과 설정압력 조절

공압 실린더와 같이 순간적으로 압축공기를 소비하는 기긱들은 배관 내 압력을 심하게 요동시키며, 이는 레귤레이터를 역류하며 주배관 압력에도 영향을 끼치게 된다.

이를 방지하기 위해서는 주 배관상에 리저버 탱크를 설치하는 것이 바람직하며, 가장 손쉬운 방법은 ①에서 제시한 개선작업시 리저버 탱크의 위치를 <그림 5>에서와 같이 드라이어 및 필터 후단에 위치시키는 것이다.

이에 따라서, 주 배관의 용량이 크게 증대되며 미약한 공압 요동성분들은 이 리저버의 용량에 의해 모두 흡수된다.

모듈화 된 각 기기들에는 레귤레이터가 부착되어 있다. 그런데, 공급되는 공압이 요동치는 경우, 안정적인 시스템의 작동을 위해 대부분의 경우 필요 이상으로 유입 압력을 높게 설정해 놓는다.

그런데 만약 <그림 4>에서와 같이 레귤레이터 후단에 오리피스 요소와 소용량 리저버 탱크를 설치해 놓으면 외부에서 유입되는 공압의 요동에 무관하게 안정적인 기기 작동을 보장받을 수 있으며, 또한 자체적으로 발생하는 공압의 요동도 흡수되어 외부로 공압 요동을 방출하지도 않는다.

따라서 공급압력을 필요최소한으로 설정 가능하여 결과적으로는 전체 시스템의 압력을 낮출 수 있다.

①에서 제시한 개선작업과 더불어서 최대 약 12psi의 리저버 압력강하가 가능할 것으로 판단되며, 이는 최대 6%의 전력수요 절감을 가능케 한다.

③ 드라이어와 필터의 용량한계

현재 공압 시스템에서 드라이어와 필터는 300Hp 만 작동하여도 용량의 한계에 도달하여 약 6~8psi의 차압을 발생시키고 있다. 일반적으로 드라이어와 필터에 의해 발생하는 차압은 3~5psi 이내로 유지하는 것이 적절하므로 현재로서도 용량의 한계에 도달한 것으로 판단된다.

드라이어와 필터에 의한 차압으로 약 1~2%의 전력손실이 발생하고 있으며, 모든 콤프레셔를 다 구동하는 성수기에는 이 차압이 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 궁극적인 손실비용과 신규 증설비용 사이의 손익에 대한 판단이 필요하다.

④ 신규 콤프레셔 도입의 필요성

현재 공압 콤프레셔 시스템은 2대의 150Hp 콤프레셔와 2대의 100Hp 콤프레셔로 운영되고 있다.
측정시점에는 2대의 150Hp 콤프레셔 만을 운영하고 있었으며, 용량부족 현상이 발생하는 상황이었다.

성수기에는 모든 콤프레셔들을 다 구동한다고 사전설명을 들었으므로, 전체 시스템이 현재로서도 용량부족 상태이며, 특히 백업 콤프레셔 시스템이 없다는 점이 큰 위험요소로 판단된다.

콤프레셔의 고장발생시 수리를 위해서는 최소한 1주일~1개월의 시간이 소요되며, 공장의 부분조업을 피하기 어렵다. 따라서 백업 콤프레셔 시스템의 운영이 필수적이며, 일반적으로는 노후화된 콤프레셔를 수리하여 백업용으로 사용하고 신규 콤프레셔를 도입하여 운영하는 것이 효율적이다.

현재 이 공장은 비수기에 약 350마력의 공압 수요가 필요한 것으로 판단되며, 성수기에는 500마력 이상이 소요될 것으로 예측된다. 따라서 신규 콤프레셔를 도입한다면 150~300Hp 정도의 용량이 적합하며, 일반적으로 마력수가 높을수록 전력효율은 높다.

신규 콤프레셔를 도입하여 기저 부하용으로 사용하기 위해서는 150Hp 용량인 QSI-750이 적합하며 첨두 부하용으로 사용하기에는 QSI-750 PowerSync 모델이 적합하다.

특히 PowerSync 모델은 4개의 리프트 밸브가 장착되어 공압수요의 변화에 즉시 대응하므로, 이 공장과 같이 공압수요가 자주 크게 변화하는 시스템에 적합한 모델이다.

만약 기존의 콤프레셔들의 노후화가 심한 상태라면 오히려 300Hp 용량인 QSI-1500 PowerSync 모델을 도입하는 것이 매우 유리하다. 공압의 기본수요 변화에 따라 100Hp나 150Hp 콤프레셔들을 기저 부하용으로 운영하고 QSI-1500 PowerSync를 첨두 부하용으로 사용한다면 QSI-750의 경우보다 전력소비가 절감될 것이다.

앞서의 논의를 통하여 현재 공압 시스템에 대하여 <그림 5>와 같이 개선된 시스템을 제안한다. 자동화된 제어 시스템이 공압 수요에 즉각적으로 반응하여 전력소비를 극소화하며, 백업 시스템을 구동하고 시간 스케줄링에 따라 기저 부하여 콤프레셔와 드라이어를 포함한 모든 시스템을 기동 및 정지시킬 수 있다.

⑤ 식품등급 오일의 사용과 PL법

현재 제조물 배상 책임법(PL법)이 발효되어 산업계 전반이 그 대응방안에 고심하고 있는 상황이다. 이는 콤프레셔에서도 예외가 아니며, 매우 심각한 문제를 유발할 수도 있다.

압축공기의 생성시 밀봉성의 유지를 위해 오일을 사용하는 방식은 매우 일반적이며 효과적인 방법이므로 대부분의 압축기에서 채용하고 있다. 그런데 압축 후 기름을 분리하는 공정에서 미량의 오일이 공기에 섞여 외부로 유출된다. 이를 오일의 Crossover 라고 부르며, 보통 3ppm 내외이다.

따라서 콤프레셔 오일은 미량이 항상 유출되고 있으며, 따라서 식음료 업종에서는 식품등급의 오일을 사용하여야만 한다.

이미 동종업계 중 N사에서는 식음료 등급 오일로 교체하여 사용중이다.

현재 당사에서는 Dexron Ⅱ 오일을 사용하고 있다. 그런데 이 오일은 자동차 미션오일을 주로 사용하는 것으로 식품안전성이 보장되지 않는다.

콤프레셔 오일을 식음료 등급 오일로 교체하여 사용하는 것이 매우 중요하며, 이 목적으로는 Quinsyn F 오일이 적합하다. Quinsyn F 오일은 미국 농무성에서 식품등급으로 사용허가된 제품으로 FDA 승인을 획득한 제품이다.