KR100908022B1 - 스크류 컴프레서 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

현장의 작업환경이나 작업특성 및 여타 조건에 대처할 수 있고, 전기에너지의 절감효과를 극대화시키며, 스크류 컴프레서의 기능을 향상시킬 수 있는 스크류 컴프레서 제어방법과 그 제어장치가 제공된다. 스크류 컴프레서 제어장치는, 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 개폐되어 외부의 에어를 흡입 또는 차단하는 흡입밸브와, 인가된 전원으로 일정의 회전속도로 회전력을 발생하는 모터와, 모터의 회전력으로 흡입밸브를 통해 흡입된 에어를 압축하여 배출하는 압축기와, 압축기에서 압축된 에어에 포함된 유분을 분리한 후에 배출하는 유분분리기와, 흡입밸브, 모터, 압축기 및 유분분리기에 배관되어 에어를 이송하는 에어공급라인이 포함된 스크류 컴프레서; 및 스크류 컴프레서에 배관된 에어공급라인에 하나 이상으로 설치된 압력센서의 압력에 따라 스위칭되는 압력스위치와, 압력스위치의 스위칭으로 모터의 구동을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤박스; 압축된 에어를 저장하였다가 현장으로 공급하는 리시브탱크를 포함하여 스크류 컴프레서로부터 현장에서 요구하는 최적의 에어수요량을 공급할 수 있도록 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중에서 어느 하나의 방식으로 선택적으로 구동제어를 할 수 있다.

스크류, 컴프레서, 컨트롤박스, 인버터, 압축기, 압력스위치, 리시브탱크

Description

스크류 컴프레서 제어방법 및 그 장치 {Method for Controlling Screw Compressor and Apparatus thereof}

본 발명은 스크류 컴프레서의 구동을 제어하는 방법과 그 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어수요량에 따라 스크류 컴프레서의 부하운전과 무부하 운전을 자동 또는 수동으로 제어하는 방법과 장치에 관한 것이다.

일반적으로 컴프레서(Compressor: 압축기)는 기체나 액체를 압축시켜 압력과 속도를 높이는 기계적 장치이다. 컴프레서는 자동화기기를 구동시키는 에어실린더를 작동시키거나 모든 공압장치를 운영하기 위하여 공기를 압축하는 공기압축기와, 냉매를 압축하여 응축 액화시키는데 사용하는 냉동, 냉장, 냉방기용 압축기로 구분된다. 그리고 실린더와 피스톤의 왕복운동을 이용한 압축방식과, 스크류의 회전운동을 이용한 압축방식 등으로 나누어진다.

스크류 방식을 이용하는 컴프레서는 Y-Δ기동 방식, 압력제어 방식 및 다단속제어 방식에 의한 운전방법을 채택하고 있다.

Y-Δ기동 방식으로 운전하는 스크류 컴프레서의 운전방법은 모터의 구동과 동시에 흡입밸브를 열어 공기를 흡입하여 압축공기를 생성하고, 생성된 압축공기는 리시브탱크에 공급하는 부하운전이 수행된다. 그리고 부하 운전으로 리시브탱크에 압력이 설정된 상한치를 초과하면 전기적인 제어신호로 흡입밸브가 닫히고 압축공기의 생성이 중지되며 모터의 공회전이 수행되는 무부하운전이 이루어진다.

그러나 압축공기를 생성하지 않는 무부하 운전은 부하운전에 비하여 약 40% 정도의 전력이 소비된다. 따라서 모터의 공회전 상태에서도 상당한 전기에너지의 소비가 발생된다. 더욱이 부하운전과 무부하 운전은 모터의 기동을 위한 상당량의 전력소비가 수반된다. 또한, 무부하 운전으로 모터를 공회전시키는 것은 정지상태의 모터를 재구동시키기 위하여 전부하 전류의 약 6~7배 이상의 기동전류가 소비되는 것을 감안하여 공회전을 유지하는 것이다.

그러므로 Y-Δ기동 방식으로 운전하는 스크류 컴프레서의 운전방법은 에어수요량이 대략 85% 초과의 작업장이나 설비를 운영하는 경우에는 유리하지만, 85% 이하의 에어수요량이 예상되는 경우에는 무부하 운전에 따른 전력소비가 큰 단점이 있었다.

또한, 스크류 컴프레서의 운전방법 중 다른 하나는 Y-Δ기동방식의 단점을 보완하기 위한 것으로, PID(비례, 적분, 미분) 압력제어 방식이 있다. 압력제어 방식은 현재 압축공기의 수요량을 PID 컨트롤러가 연산하여 압축공기를 생성하는 최적의 회전수로 모터를 제어하는 것이다. 따라서 무부하 운전 시간을 최대한 감소시켜 모터의 재기동에 수반되는 상당한 기동전력의 손실을 방지함과 동시에 모터 의 저속제어에 따른 전기에너지의 손실을 최소화할 수 있는 등의 장점이 있다.

그러나 PID 압력제어 방식은 에어수요량에 따라 설정된 압축공기의 압력값을 감안하여 모터를 제어할 때, 특히 대형 모터가 적용된 컴프레서인 경우에는 특성상 상당한 비율의 저속으로 제어하기 어려운 문제가 있어 에어수요량이 대략 50~80% 범위에서만 유용성이 확보되고, 나머지의 경우에는 상당한 에너지 손실과 더불어 기계적인 결함까지 유발하는 문제가 있었다. 더욱이 스크류 컴프레서에 설치되는 대형의 모터를 과도한 비율로 저속제어하면 대형 모터의 특성상 진동 및 공명현상이 발생하면서 모터뿐만 아니라 인접한 부품들에게 치명적인 결함을 유발하고, 이 상황이 심해지면 완전 파손이나 망실에 이를 수 있기 때문에 모터의 저속제어에 따른 한계가 노출된 문제가 있었다.

이와 같은 압력제어 방식과 달리 스크류 컴프레서의 운전방법 중 또 다른 하나는 다단속제어 방식이다. 이러한 다단속제어 방식은 압축공기의 생성이 배제된 무부하 운전 때의 모터 공회전 자체를 정지시켜 전력손실을 방지할 수 있도록 하는 방식이다.

그러나 다단속제어 방식은 무부하 운전 때에 모터의 구동 자체를 정지시키기 때문에 부하운전으로 모터를 재기동시키면 재기동을 위한 상당한 기동전력의 소요된다. 따라서 부하운전 대비 무부하 운전 비율이 높은 경우에만 재기동을 위한 전력소모를 감안하더라도 유용성이 확보되지만, 부하운전 대비 무부하운전시간이 짧은 경우에는 재기동 비율이 높고 전력소모량이 많다. 그러므로 실질적인 효용성이 낮아 에어 수요량이 대략 50% 미만의 사업장이나 설비에만 적용이 가능한 단점이 있었다.

본 발명은 상기 제어방식들이 갖는 제반 단점과 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 작업환경이나 작업장 및 설비의 특성에 따른 에어수요량을 감안하여 최적의 운전방법을 제시하여 실시간을 통해 컴프레서의 수동 또는 자동으로의 전환운전이 가능하고, 컴프레서 구동에 소요되는 전기에너지의 절감을 극대화할 수 있는 스크류 컴프레서 제어방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스크류 컴프레서 제어방법은, 스크류 컴프레서의 구동을 제어하는 컨트롤박스를 통해 에어수요량이 입력되면 컨트롤박스는 에어수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정하는 단계; 상기 제어방식이 설정되면 컨트롤박스는 모터를 구동시키는 인버터에 해당 제어방식을 할당하고 리시버탱크의 상한 공기압 및 하한 공기압을 설정하는 단계; 상기 컨트롤박스는 인버터에 연결된 운전방식선택스위치를 선택하여 해당하는 제어방식으로 컴프레서를 기동시키는 단계; 및 상기 컴프레서의 기동 중에 다른 운전방식선택스위치의 입력이 있는지 판단하는 단계를 포함하되, 상기 컨트롤박스는 상기 에어수요량이 85% 초과일 경우 Y-Δ 기동방식을 설정하고, 상기 에어수요량이 50~85% 범위일 경우 압력제어 방식을 설정하며, 상기 에어수요량이 50% 미만일 경우 다단속제어 방식을 설정하는 것을 특징으로 한다.

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여기서, 상기 Y-Δ기동 방식은, a-1) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하는 단계; a-2) 상기 인버터의 기동으로 모터에 전원이 인가되어 모터를 구동하는 단계; a-3) 상기 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시키고 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계; a-4) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계; a-5) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계; a-6) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계; a-7) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및 a-8) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압력제어 방식은, b-1) 에어수요량을 감안하여 컨트롤박스에 기준 압력치를 설정하는 단계; b-2) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하고 기준 압력치를 인식하는 단계; b-3) 상기 기준 압력치에 부합하는 모터의 회전속도를 조절하는 단계; b-4) 상기 조절된 회전속도로 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시켜 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계; b-5) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계; b-6) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계; b-7) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계; b-8) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및 b-9) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 다단속제어 방식은, c-1) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하는 단계; c-2) 상기 인버터의 기동으로 모터에 전원이 인가되어 모터를 구동하는 단계; c-3) 상기 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시키고 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계; c-4) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계; c-5) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계; c-6) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계; c-7) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및 c-8) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스크류 컴프레서 제어장치는, 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 개폐되어 외부의 에어를 흡입 또는 차단하는 흡입밸브와, 인가된 전원으로 일정의 회전속도로 회전력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 회전력으로 흡입밸브를 통해 흡입된 에어를 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 에어에 포함된 유분을 분리한 후에 배출하는 유분분리기와, 상기 흡입밸브, 모터, 압축기 및 유분분리기에 배관되어 에어를 이송하는 에어공급라인이 포함된 스크류 컴프레서; 상기 스크류 컴프레서에 배관된 에어공급라인에 하나 이상으로 설치된 압력센서의 압력에 따라 스위칭되는 압력스위치와, 상기 압력스위치의 스위칭으로 모터의 구동을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤박스; 및 상기 에어공급라인을 통해 유입된 압축된 에어를 저장하였다가 현장으로 공급하는 리시브탱크를 포함하되, 상기 컨트롤박스는 에어수요량이 85% 초과일 경우 Y-Δ 기동방식을 설정하고, 상기 에어수요량이 50~85% 범위일 경우 압력제어 방식을 설정하며, 상기 에어수요량이 50% 미만일 경우 다단속제어 방식을 설정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 인버터를 통해 Y-Δ기동 방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나로 모터의 구동을 제어하기 위하여 모터에 복수의 접점이 연결된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 해결수단에 의하여, 스크류 컴프레서로부터 현장에서 요구하는 최적의 에어수요량을 공급할 수 있도록 Y-Δ기동 방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중에서 어느 하나의 방식으로 선택적으로 구동제어를 할 수 있으므로 현장의 작업환경이나 작업특성 및 여타 조건에 대처할 수 있고, 전기에너지의 절감효과를 극대화시키며, 스크류 컴프레서의 기능을 향상시킬 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크류 컴프레서의 구동을 제어하는 전체적인 구성을 나타낸 블록도이다.

먼저, 본 발명의 스크류 컴프레서를 제어하는 장치는 통상적으로 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중에서 어느 하나의 방식으로 운전되도록 하는 방식과는 달리 다양한 운전방식 중에서 장점들만을 결합하여 스크류 컴프레서를 제어할 수 있도록 하는 것이다. 더욱이 현장에서 요구하는 에어수요량에 따라 운전방식을 선택적으로 적용할 수 있도록 한 것이다.

스크류 컴프레서(10)는 외부로부터 에어(air: 공기)를 흡입한 후에 모터(13) 에 연결된 스크류가 내장된 압축기를 이용하여 압축된 공기를 배출하는 것이고, 컨트롤박스(20)는 스크류 컴프레서(10)의 운전을 제어하는 것이며, 리시브탱크(30)는 압축된 공기를 저장하였다가 현장의 설비로 배출하는 것이다.

스크류 컴프레서(10)에 구성된 흡입밸브(11)는 전기적인 신호에 의하여 개폐되는 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 외부의 에어를 흡입 또는 차단하는 것이다. 흡입밸브(11)는 에어공급라인(15)의 전단에 구비되어 있다. 모터(13)는 인가된 3상의 RST 전원으로 일정의 회전속도로 회전력을 발생하는 것이다. 스크류 컴프레서(10)의 용량이나 크기 또는 작동방식이나 회전속도 등에 따라 적용되는 모터(13)는 달라질 것이다.

압축기(12)는 모터(13)의 회전력으로 흡입밸브(11)를 통해 흡입된 에어를 스크류의 회전으로 압축하여 배출하는 것이다. 유분분리기(14)는 압축기(12)에서 압축된 에어에 포함된 유분을 분리한 후에 배출하는 것이다. 에어공급라인(15)은 흡입밸브(11), 모터(13), 압축기(12) 및 유분분리기(14) 등에 배관되어 에어를 흡입, 이송 및 배출하는 것이다. 에어공급라인(15)은 스크류 컴프레서(10)의 해당하는 구성요소 사이의 압력에 따라 직경이나 재질 또는 형상이 달라질 것이다.

컨트롤박스(20)는 스크류 컴프레서(10)의 구동을 제어하기 위하여 스크류 컴프레서(10)에 배관된 에어공급라인(15)에 하나 이상의 압력센서 등이 설치된다. 특히 압축기(12)에 유분분리기(14) 사이를 포함하여 필요 구간별로 복수의 압력센서가 장착된다. 그리고 압력센서에는 압력스위치(21)가 연결되어 있어 압력센서에서 감지한 압력에 따라 압력스위치(21)가 스위칭된다. 또한, 압력스위치(21)의 스 위칭으로 모터(13)의 구동을 제어하는 인버터(22)가 구성되어 있다. 인버터(22)는 압력스위치(21)의 스위칭신호로 모터(13)를 기동시키거나 정지 또는 속도조절을 하는 것이다.

리시브탱크(30)는 에어공급라인(15)을 통해 유입된 압축된 에어를 저장하였다가 현장에 설치된 각종 장치나 설비 등으로 공급하는 것이다. 리시브탱크(30)는 스크류 컴프레서(10)에 따라 용량이 달라지거나 작업환경 등에 따라 용량이 달라질 것이다.

도 2는 컨트롤박스의 일부 구성을 나타낸 전기배선도이다. 컨트롤박스(20)에는 배선용 차단기(MCCB)를 거쳐 RST 3상의 전원이 인가된다. 배선용 차단기(MCCB)를 거쳐 컨트롤박스(20) 내에 장착된 인버터(22)에는 모터(13)의 작동을 위한 접점(MI, MB)이 직병렬로 연결되어 있다. 그리고 인버터(22)를 통해 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나로 모터(13)의 구동을 제어하기 위하여 모터(13)에 복수의 접점(M, M-Δ, M-Y)이 연결되어 있다.

도 3은 인버터에 연결된 스위치를 나타낸 구성도이다. 인버터(22)에는 RST 3상의 전원이 입력되어 모터(13)의 구동을 위하여 출력되는 UVW가 구비되어 있다. 인버터(22)에는 리셋용 스위치, 운전지령(PID) 및 다단속도 입력을 위한 스위치가 포함되고, 직류전원의 입력과 아날로그 출력을 위한 배선이 구비되어 있다. 그리고 경보를 위한 알람선과 출력선이 구비되어 있다.

본 발명의 스크류 컴프레서를 제어하는 장치는 모터(13)에 의하여 생성된 압축공기를 유분분리기(14)를 거쳐 리시브탱크(30)에 저장한다. 리시브탱크(30) 또 는 압축공기를 공급하는 에어공급라인(15)에는 다양한 압축공기에 대한 설정치를 가진 복수의 압력센서가 장착되고, 각각의 압력센서는 해당하는 압력스위치(21)와 연결되어 있다. 그리고 복수의 압력스위치(21)로부터 전달된 감지신호에 따라 모터(13)의 구동을 제어하는 인버터(22)가 구비된다. 인버터(22)는 컨트롤박스(20)에 연결되고, 컨트롤박스(20)는 작업자의 운전조작에 필요한 각종의 조작스위치가 포함되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 스크류 컴프레서 제어장치에 관한 제어방법을 도 4의 흐름도와, 도 5 내지 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다.

우선, 스크류 컴프레서(10)의 구동을 제어하는 컨트롤박스(20)를 통해 에어수요량이 입력되면(S1), 컨트롤박스(20)는 에어수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정한다(S2). 상기 단계(S2)에서 제어방식이 설정되면 컨트롤박스(20)는 모터(13)를 구동시키는 인버터(22)에 해당 제어방식을 할당하고(S3), 리시버탱크(30)의 상한 공기압 및 하한 공기압을 설정한다(S4). 컨트롤박스(20)는 인버터(22)에 연결된 운전방식선택스위치를 선택하고(S5), 해당하는 제어방식으로 스크류 컴프레서(10)를 기동시킨다(S6). 스크류 컴프레서(10)의 기동 중에 다른 운전방식선택스위치의 입력이 있는지 판단한다(S7).

스크류 컴프레서(10)의 운전을 위한 운전방식에 대한 세부적인 작동을 다음에서 설명한다.

컨트롤박스(20)는 에어수요량이 85%를 초과할 경우에 Y-Δ기동 방식을 설정 하고, 에어수요량이 50~85% 범위일 경우에 압력제어 방식을 설정하며, 에어수요량이 50% 미만일 경우에 다단속제어 방식을 설정하여 스크류 컴프레서(10)의 운전을 제어한다.

상기 스크류 컴프레서(10)로부터 에어수요량이 85%를 초과한 경우에는 Y-Δ 기동방식으로 운전되는데 이는 도 5의 흐름도와 같다. 즉 컨트롤박스(20)에 구비된 시작버튼을 온시켜(S10) 인버터(22)를 기동시킨다(S11). 인버터(22)의 기동으로 모터(13)에 전원이 인가되어(S12) 모터(13)를 구동시킨다(S13). 그리고 모터(13)의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시켜 흡입밸브(11)를 개방시켜 에어를 흡입한다(S14). 모터(13)의 구동으로 압축기(12)가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인(15)을 통해 리시브탱크(30)에 에어를 공급하는 부하운전을 수행한다(15). 부하운전 중에 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치(21)를 작동시켜 인버터(22)에 정지신호를 송출한다(S17). 정지신호에 의해 인버터(22)가 모터(13)를 공회전시키고(S18), 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브(11)를 닫는다(S19). 따라서 모터(13)의 공회전으로 무부하운전이 수행되고(S20), 리시브탱크(30)의 압축공기를 현장으로 방출시킨다(S21). 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치(21)를 작동시켜 모터(13)를 재구동시킨다(S22).

이와 같이 Y-Δ기동 방식에 의한 스크류 컴프레서의 운전방법은 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압이 상한 설정치에 도달하면 압축공기를 생성하지 않는 무부하운전이 수행되어 모터(13)와 압축기(12) 사이에는 공회전이 이루어진다. 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압이 하한 설정치에 도달하면 압축공기를 생성하는 부하운전이 수행되어 모터(13)와 압축기(12) 사이에는 실질적인 구동이 이루어진다.

따라서 Y-Δ기동 방식은 컨트롤박스(20)의 시작버튼의 입력으로 인버터(22)가 동작하면서 모터(13)를 구동시키고, 흡입밸브(11)를 개방하여 압축공기가 생성되는 부하운전과, 압축공기의 생성 도중에 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압이 상한 설정치이면 인버터(22)의 지령에 따라 모터(13)는 공회전되고, 흡입밸브(11)는 닫히며, 리시버탱크(30) 내부에 압축된 에어는 방출되는 무부하운전이 이루어진다. 이후 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 하한 설정치이면 다시 모터(13)를 정상 구동시켜 반복 동작이 수행된다. Y-Δ기동 방식은 압축공기를 생성하지 않는 무부하운전 때에 모터의 공회전이 이루어져 상당량의 전력소비가 예상된다.

다음으로, 상기 스크류 컴프레서(10)로부터 에어수요량이 50~85% 범위인 경우에는 압력제어 방식으로 운전되는데 이는 도 6의 흐름도와 같다. 즉 에어수요량을 감안하여 컨트롤박스(20)에 기준 압력치를 설정한다(S30). 컨트롤박스(20)에 구비된 시작버튼을 온시키고(S31), 인버터(22)를 기동하고 기준 압력치를 인식한다(S32). 그리고 인식된 기준 압력치에 부합하는 모터(13)의 회전속도를 조절한다(S33). 상기 조절된 회전속도로 모터(13)를 구동시키고(S34), 솔레노이드밸브를 온시켜 흡입밸브(11)를 개방시켜 에어를 흡입한다(S35). 모터(13)의 구동으로 압 축기(12)가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인(15)을 통해 리시브탱크(30)에 에어를 공급하는 부하운전을 수행한다(S36). 부하운전 중에 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면(S37), 압력스위치(21)를 작동시켜 인버터(22)에 정지신호를 송출한다(S38). 상기 정지신호에 의해 인버터(22)가 모터(13)를 공회전시키고(S39), 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브(11)를 닫는다(S40). 따라서 모터(13)의 공회전으로 무부하운전이 수행되고(S41), 리시브탱크(30)의 압축공기를 현장으로 방출한다(S42). 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치(21)를 작동시켜 모터(13)를 재구동시킨다(S43).

이와 같이 압력제어 방식에 의한 스크류 컴프레서의 운전방법은 에어수요량을 감안하여 일정한 값의 기준 압력치를 설정한 다음에 그 기준압력에 부합되는 모터의 회전수를 제어한다.

따라서 압력제어 방식은 시작버튼이 조작되어 인버터(22)가 동작하면 모터(13)의 구동이 이루어진다. 이때 인버터(22)는 미리 설정된 압력설정치를 인식한 다음에 그 압력설정치에 부합되는 회전수로 모터를 구동시킨다. 그리고 흡입밸브(11)가 개방되어 압축공기의 생성이 이루어지는 부하운전이 수행된다. 부하운전으로 압축공기의 생성 중에 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 상한 설정치이면 인버터(22)의 지령에 따라 모터(13)는 공회전되고, 흡입밸브(11)는 닫히며, 리시브탱크(30) 내부에 압축된 공기를 방출하는 무부하운전이 수행된다. 이후 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 하한 설정치이면 다시 모터(13)를 정상 구 동시켜 반복 동작이 수행된다. 압력제어 방식은 생성하려는 공기압력을 사전에 설정한 다음에 그 압력설정치에 부합되는 회전속도로 모터(13)가 구동되도록 하여 무부하 운전 시간을 줄일 수 있지만, 높은 회전감속비를 인가하기 어려운 모터의 특성에 의하여 전기에너지의 절감하는 효과의 한계를 지닌다.

또한, 상기 스크류 컴프레서(10)로부터 에어수요량이 50% 미만인 경우에는 다단속제어 방식으로 운전되는데 이는 도 7의 흐름도와 같다. 즉 컨트롤박스(20)에 구비된 시작버튼을 온시켜(S50) 인버터(22)를 기동시킨다(S51). 인버터(22)의 기동으로 모터(13)에 전원이 인가되면(S52), 모터(13)가 구동된다(S53). 모터(13)의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시키고 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입한다(S54). 모터(13)의 구동으로 압축기(12)가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인(15)을 통해 리시브탱크(30)에 에어를 공급하는 부하운전을 수행한다(S55). 부하운전 중에 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면(S56), 압력스위치(21)를 작동시켜 인버터(22)에 정지신호를 송출한다(S57). 정지신호에 의해 인버터(22)가 모터(13)를 정지시키고(S58), 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브(11)를 닫는다(S59). 따라서 모터(13)의 공회전으로 무부하운전이 수행되고(S60), 리시브탱크(30)의 압축공기를 현장의 설비로 방출시킨다(S61). 그리고 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인(15)의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치(21)를 작동시켜 모터(13)를 재구동시킨다(S62).

이와 같이 다단속제어 방식에 의한 스크류 컴프레서의 운전방법은 압력스위 치(21)로부터 측정된 공기압력이 상한 설정치에 도달하면 압축공기를 생성하지 않는 무부하운전이 수행되어 모터(13)의 동작을 정지시키고, 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 하한 설정치에 도달하면 압축공기를 생성하지 않는 부하운전이 수행되어 모터(13)를 재구동시켜 반복 동작이 수행된다.

따라서 다단속제어 방식은 시작버튼에 입력으로 인버터(22)가 동작되어 모터(13)가 구동되고, 흡입밸브(11)의 개방으로 압축공기를 생성하는 부하운전이 수행된다. 그리고 부하운전으로 압축공기가 생성되는 도중에 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 상한 설정치인 경우에 인버터(22)의 지령에 따라 모터(13)는 정지되고, 흡입밸브(11)는 닫히며, 동시에 리시브탱크(30) 내부의 압축공기는 현장의 설비로 배출되는 무부하운전이 수행된다. 이후 압력스위치(21)로부터 측정된 공기압력이 하한 설정치인 경우에 다시 재기동되어 반복적인 동작이 이루어진다. 이러한 다단속제어 방식은 압축공기를 생성하지 않는 무부하 운전 때에는 모터(13)의 작동을 정지시키므로, 모터의 정지로 인하여 전기에너지의 손실은 없지만, 측정된 공기압력이 하한 설정치인 경우에 모터(13)를 재기동시켜야 하므로 다소 전기에너지의 손실이 존재한다.

이와 같이 본 발명의 스크류 컴프레서를 제어하기 위하여 하나의 스크류 컴프레서로 제어를 위한 전기 및 전자회로가 개별적으로 구성된 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식을 선택적으로 설정할 수 있다. 상기 운전방식에 의하여 에어수요량이 예를 들어, 85%를 초과하거나, 50~85% 범위이거나 또는 50% 미만인 경우에 각각의 에어수요량에 적합한 운전방식을 자동 또는 수동으로 선택하 여 운전이 가능할 것이다. 그러므로 수시로 변할 수 있는 현장의 작업특성이나 환경 등에도 하나의 스크류 컴프레서 시스템에서 즉각적이고 최적의 운전방식이 적용될 수 있어 스크류 컴프레서의 운전에 따라 전기에너지의 절감효과를 극대화시킬 수 있다.

더욱이 스크류 컴프레서의 에어수요량은 현장 작업장의 특성과 환경 및 작업자의 에어 사용형태 등에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

따라서 본 발명의 스크류 컴프레서의 제어방법은 하나의 운전방식으로는 정해진 스크류 컴프레서를 사용하여 예측 가능한 수요를 충족시키지 못하는 단점을 해소할 수 있도록 선택이 가능한 다양한 운전방식을 제시한 것이다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크류 컴프레서의 구동을 제어하는 전체 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 컨트롤박스의 일부 구성을 나타낸 전기배선도이다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터에 연결된 스위치를 나타낸 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스크류 컴프레서를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스크류 컴프레서를 Y-Δ 기동방식으로 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6은 본 발명에 따른 스크류 컴프레서를 압력제어 방식으로 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 7은 본 발명에 따른 스크류 컴프레서를 다단속제어 방식으로 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (7)

1. 스크류 컴프레서의 구동을 제어하는 컨트롤박스를 통해 에어수요량이 입력되면 컨트롤박스는 에어수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정하는 단계;

   상기 제어방식이 설정되면 컨트롤박스는 모터를 구동시키는 인버터에 해당 제어방식을 할당하고 리시버탱크의 상한 공기압 및 하한 공기압을 설정하는 단계;

   상기 컨트롤박스는 인버터에 연결된 운전방식선택스위치를 선택하여 해당하는 제어방식으로 컴프레서를 기동시키는 단계; 및

   상기 컴프레서의 기동 중에 다른 운전방식선택스위치의 입력이 있는지 판단하는 단계

   를 포함하되,

   상기 컨트롤박스는 상기 에어수요량이 85% 초과일 경우 Y-Δ 기동방식을 설정하고, 상기 에어수요량이 50~85% 범위일 경우 압력제어 방식을 설정하며, 상기 에어수요량이 50% 미만일 경우 다단속제어 방식을 설정하는 것을 특징으로 하는 스크류 컴프레서 제어방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 Y-Δ 기동방식은,

   a-1) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하는 단계;

   a-2) 상기 인버터의 기동으로 모터에 전원이 인가되어 모터를 구동하는 단계;

   a-3) 상기 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시키고 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계;

   a-4) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계;

   a-5) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계;

   a-6) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계;

   a-7) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및

   a-8) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계

   를 포함하는 스크류 컴프레서 제어방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 압력제어 방식은,

   b-1) 에어수요량을 감안하여 컨트롤박스에 기준 압력치를 설정하는 단계;

   b-2) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하고 기준 압력치를 인식하는 단계;

   b-3) 상기 기준 압력치에 부합하는 모터의 회전속도를 조절하는 단계;

   b-4) 상기 조절된 회전속도로 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시켜 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계;

   b-5) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계;

   b-6) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계;

   b-7) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계;

   b-8) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및

   b-9) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계

   를 포함하는 스크류 컴프레서 제어방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 다단속제어 방식은,

   c-1) 상기 컨트롤박스에 구비된 시작버튼을 온시켜 인버터를 기동하는 단계;

   c-2) 상기 인버터의 기동으로 모터에 전원이 인가되어 모터를 구동하는 단계;

   c-3) 상기 모터의 구동과 동시에 솔레노이드밸브를 온시키고 흡입밸브를 개방시켜 에어를 흡입하는 단계;

   c-4) 상기 모터의 구동으로 압축기가 작동되어 흡입된 공기를 압축한 후에 에어공급라인을 통해 리시브탱크에 에어를 공급하는 부하운전을 수행하는 단계;

   c-5) 상기 부하운전 중에 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 상한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 인버터에 정지신호를 송출하는 단계;

   c-6) 상기 정지신호에 의해 인버터가 모터를 공회전시킴과 동시에 솔레노이드밸브를 오프시켜 흡입밸브를 닫는 단계;

   c-7) 상기 모터의 공회전으로 무부하운전이 수행되고 리시브탱크의 압축공기를 현장으로 방출하는 단계; 및

   c-8) 상기 무부하운전이 수행되는 동안 에어공급라인의 압력을 센서가 감지하여 하한 설정치를 검출하면 압력스위치를 작동시켜 모터를 구동시키는 단계

   를 포함하는 스크류 컴프레서 제어방법.
6. 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 개폐되어 외부의 에어를 흡입 또는 차단하는 흡입밸브와, 인가된 전원으로 일정의 회전속도로 회전력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 회전력으로 흡입밸브를 통해 흡입된 에어를 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 에어에 포함된 유분을 분리한 후에 배출하는 유분분리기와, 상기 흡입밸브, 모터, 압축기 및 유분분리기에 배관되어 에어를 이송하는 에어공급라인이 포함된 스크류 컴프레서;

   상기 스크류 컴프레서에 배관된 에어공급라인에 하나 이상으로 설치된 압력센서의 압력에 따라 스위칭되는 압력스위치와, 상기 압력스위치의 스위칭으로 모터의 구동을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤박스; 및

   상기 에어공급라인을 통해 유입된 압축된 에어를 저장하였다가 현장으로 공급하는 리시브탱크

   를 포함하되,

   상기 컨트롤박스는 에어수요량이 85% 초과일 경우 Y-Δ 기동방식을 설정하고, 상기 에어수요량이 50~85% 범위일 경우 압력제어 방식을 설정하며, 상기 에어수요량이 50% 미만일 경우 다단속제어 방식을 설정하는 것을 특징으로 하는 스크류 컴프레서 제어장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 인버터를 통해 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나로 모터의 구동을 제어하기 위하여 모터에 복수의 접점이 연결된 것을 특징으로 하는 스크류 컴프레서 제어장치.

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