KR101327420B1 - 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 압축 공기를 제공하는 스크류 타입의 에어 컴프레셔부와, 상기 에어 컴프레셔부의 동작을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤부와, 상기 에어 컴프레셔부에 설치된 센서를 통해 에어 컴프레셔부를 모니터링하는 모니터링부 및 상기 컨트롤부의 제어 방식을 변경하여 에어 컴프레셔부의 에너지 소비를 절감하는 에너지 절감부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.

Description

인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법{SMART AIR COMPRESSOR SYSTEM HAVING INVERTER AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 인버터가 내장되고, 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있는 스크류 타입의 에어 컴프레서 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

국제적으로 에너지 가격의 상승은 개인 소비자들의 재정에도 막대한 부담을 줄 뿐만 아니라 국내 시장 전반에서도 점점 더 중요한 경쟁요소로 작용되고 있다. 따라서, 소모량이 많은 산업현장의 에너지 절약을 위한 기술 개발에 집중이 필요한실정이다. 최근에는 화석 연료의 고갈과 대기오염, 환경오염 등에 따른 폐해가 대두 되면서 자원의 절약과 환경보호의 목소리가 높아지고 있으며, 정부 차원에서도 녹색성장, 그린 도시를 지향하면서 이산화탄소 배출 억제가 정책적으로 지원되고 있다. 이와 같이, 세계적 에너지 절감 필요성이 대두되는 분위기에서 국제적 탄소 배출권 규제가 더욱 강화되어 2013년부터 온실가스 감축 의무국으로 대한민국이 지정되었다. 이러한 사회 환경과 분위기에서 에어젯(Airjet) 공장이나 스크류 컴프레셔를 사용하는 기업의 전기요금 중 약 30% 내지 80%가 컴프레셔의 운영을 위한 전력 사용량에 의하여 발생되므로 전력 사용량의 절감이 시급하며, 이와 같은 컴프레셔의 전력 사용량을 절감하기 위해 다양한 방법들이 제시되고 있다.

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

이중, 스크류 방식을 이용하는 컴프레서는 Y-△ 기동 방식, 압력제어 방식 및 다단속제어 방식에 의한 운전방법을 채택한다. Y-△ 방식으로 운전하는 스크류 컴프레서의 운전방법은 모터의 구동과 동시에 흡입밸브를 열어 공기를 흡입하여 압축공기를 생성하고, 생성된 압축공기는 리시브탱크에 공급하는 부하운전을 수행한다.

부하 운전으로 리시브탱크에 압력이 설정된 상한치를 초과하면 전기적인 제어신호로 흡입밸브가 닫히고 압축공기의 생성이 중지되며 모터의 공회전이 수행되는 무부하운전이 이루어진다. 이러한 압축공기를 생성하지 않는 무부하 운전은 부하운전에 비하여 약 40% 정도의 전력이 소비되므로 모터의 공회전 상태에서도 상당한 전기에너지의 소비가 발생한다.

또한, Y-△ 기동 방식으로 운전하는 스크류 컴프레서의 운전방법은 에어수요량이 대략 85% 초과의 작업장이나 설비를 운영하는 경우에는 유리하지만, 85% 이하의 에어수요량이 예상되는 경우에는 무부하 운전에 따른 전력소비에 단점이 있다.

PID(비례, 적분, 미분) 압력제어 방식은 현재 압축공기의 수요량을 PID 컨트롤러가 연산하여 압축공기를 생성하고, 최적의 회전수로 모터를 제어하기에 무부하 운전 시간을 최대한 감소시켜 모터의 재기동에 수반되는 상당한 기동전력의 손실을 방지함과 동시에 모터의 저속제어에 따른 전기에너지의 손실을 최소화할 수 있는 등의 장점이 있다. 하지만, PID 압력제어 방식은 에어 수요량에 따라 설정된 압축공기의 압력값을 감안하여 모터를 제어할 때, 특히 대형 모터가 적용된 컴프레서인 경우에는 특성상 상당한 비율의 저속으로 제어하기 어려운 문제가 있어 에어 수요량이 대략 50~80% 범위에서만 유용성이 확보되고, 나머지의 경우에는 상당한 에너지 손실과 더불어 기계적인 결함까지 유발할 수 있다. 더욱이 스크류 컴프레서에 설치되는 대형의 모터를 과도한 비율로 저속제어하면 대형 모터의 특성상 진동 및 공명현상이 발생하면서 모터뿐만 아니라 인접한 부품들에게 치명적인 결함을 유할 하여 완전 파손이나 망실에 이를 수 있기 때문에 모터의 저속제어에 따른 한계에 노출될 문제가 존재한다.

이와 같은 압력제어 방식과 달리 스크류 컴프레서의 운전방법 중 또 다른 하나는 다단속제어 방식이 있는데 이는 압축공기의 생성이 배제된 무부하 운전 때의 모터 공회전 자체를 정지시켜 전력손실을 방지할 수 있는 방식이다. 다단속 제어방식은 무부하 운전 때에 모터의 구동 자체를 정지시키기 때문에 부하운전으로 모터를 재기동시키면 재기동을 위한 상당한 기동전력이 소요되므로 부하운전 대비 무부하 운전 비율이 높은 경우에만 재기동을 위한 전력소모를 감안하더라도 유용성이 확보된다. 하지만, 부하운전 대비 무부하 운전시간이 짧은 경우에는 재기동 비율이 높고 전력소모량이 많으므로 실질적인 효용성이 낮아 에어 수요량이 대략 50% 미만의 사업장이나 설비에만 적용이 가능한 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 두 가지 제어방식인 압력제어방식과 다단속 제어방식을 실제 환경에서 적합한 제어방법을 선택하여 제어하도록 하므로 에어 수요량의 변화에 따른 능동적 제어방법 선택으로 에너지 효율을 극대화할 수 있는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.

또한, 국내 산업현장 시스템에서 일반적으로 사용되는 에어 컴프레셔 시스템을 수치화 계량화하여 배관에서의 손실로 인한 에너지 낭비를 줄이고, 에어 컴프레셔의 불필요한 가동을 실시간 모니터링(monitoring)을 통하여 가동시 전력손실의 최소화와 장비의 내구성을 증대시킬 수 있는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 압축 공기를 제공하는 스크류 타입의 에어 컴프레셔부와, 상기 에어 컴프레셔부의 동작을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤부와, 상기 에어 컴프레셔부에 설치된 센서를 통해 에어 컴프레셔부를 모니터링하는 모니터링부 및 상기 컨트롤부의 제어 방식을 변경하여 에어 컴프레셔부의 에너지 소비를 절감하는 에너지 절감부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템을 제공한다.

상기 에어 컴프레셔부는 공기 속의 이물질을 여과하는 에어필터와, 컴프레샤의 용량을 단속하는 용량 조절 밸브와, 공기를 압축하는 스크류 유니트와, 스크류 유니트를 구동시키는 메인 모터와, 압축된 공기를 저장하기 위한 압축공기 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에어 컴프레셔부는 공기압축시의 기밀유지를 위한 오일을 제공하는 오일 라인과, 공기와 오일을 분리하는 분리기와, 압축된 공기의 공급 경로인 공기라인 및 공기압축시 발생하는 열에 대비하기 위한 냉각 유니트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 컨트롤부는 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 하나의 방식으로 에어 컴프레셔를 기동시키는 기동 모듈과, 직입 기동시 소프트 스타트/스탑(SOFT START/STOP)을 수행하여 모터의 동작을 제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모니터링부는 에어 컴프레서부에 설치된 다수의 센서와, 상기 센서와 연결된 PLC와, 상기 PLC를 통해 상기 센서의 출력 데이터를 입력받아 에어 컴프레셔부의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보를 계량하고, 이를 수치화는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서는 에어 컴프레셔부의 용량 조절 벨브에 설치되어 압력을 검출하는 압력센서와, 유량을 검출하는 유량센서, 그리고 모터에 연결되어 회전속도를 검출하는 속도계와, 소비전력을 검출하는 전력계와, 온도를 검출하는 온도센서와, 에어리크를 검출하는 에어리크센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법에 있어서, 스크류 타입의 에어 컴프레셔부를 기동 시키는 단계와, 에어 컴프레셔부의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보가 수집되고, 이 결과가 수치화되어 저장되고, 화면상에 실시간으로 모니터링 하는 단계와, 모니터링 결과를 이용하여 에어 컴프레셔부의 기동 방식을 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 한 방식으로 변경하는 단계 및 인버터의 동작 유무를 체크한 결과 인버터의 동작에 이상이 발생한 경우에는 동작 이상을 모니터링부를 통해 외부에 알리고 Y-Δ 기동방식으로 에어 컴프레셔부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법을 제공한다.

에어 수요량이 입력되면 에어 수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정하여 에어 컴프레셔부를 기동하는 것을 특징으로 한다.

에어 컴프레셔의 직입 기동시 인버터를 통한 소프트 스타트 기동 및 소프트 스탑 기동을 실시하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하여 본 발명은 두 가지 제어방식인 압력제어방식과 다단속 제어방식을 실제 환경에서 적합한 제어방법을 선택하여 제어하도록 하므로 에어 수요량의 변화에 따른 능동적 제어방법 선택으로 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 국내 산업현장 시스템에서 일반적으로 사용되는 에어 컴프레셔 시스템을 수치화 계량화하여 배관에서의 손실로 인한 에너지 낭비를 줄이고, 에어 컴프레셔의 불필요한 가동을 실시간 모니터링(monitoring)을 통하여 가동시 전력손실의 최소화와 장비의 내구성을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 블록 개념도.
도 2는 일 실시예에 따른 에어 컴프레셔부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 모니터링부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 컴퓨레서 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 블록 개념도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 에어 컴프레셔부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 일 실시예에 따른 모니터링부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 일 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템은 압축 공기를 제공하는 스크류 타입의 에어 컴프레셔부(100)와, 에어 컴프레셔부(100)의 동작을 제어하는 인버터(210)가 포함된 컨트롤부(200)와, 에어 컴프레셔부(100)에 설치된 센서를 통해 에어 컴프레셔부(100)를 모니터링하는 모니터링부(300)와, 컨트롤부(200)의 제어 방식을 변경하여 에어 컴프레셔부(100)의 에너지 소비를 절감하는 에너지 절감부(400)를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 모니터링부(300)를 통해 장비의 전력 사용 현황, 장비 가동 현황, 압력/유량 현황, 스페어 파트, 에어 사용량 현황을 실시간 일간, 월간 및 반기간 수치화 계량화하여 이를 모니터링함으로 인해 에너지, 시간 그리고, 맨 파워를 절감할 수 있다.

또한, 인버터가 내장된 외제 장비들의 경우 장비의 고장이 발생할 경우 즉각적인 대처가 어렵고 수리비가 많이 발생하였지만, 본 실시예에서는 에너지 절감부를 통해 기동 방식의 변경으로 장비적인 관리가 가능하고, 모듈이 고장나더라도 볼륨(Volume) 제어(RPM)을 통해 인버터가 사용가능하게 할 수 있다.

하기에서는 이와 같은 특징을 갖는 본 실시예의 구성요소들에 관해 구체적으로 설명한다.

먼저, 에어 컴프레셔부(100)로는 앞서 언급한 바와 같이 스크류 타입의 컴프레셔를 사용한다. 물론 이에 한정되지않고 다양한 구성과 구조의 에어 컴프레셔부를 사용할 수 있다. 이 경우 하기에서 설명하는 에어 컴프레셔부의 구성이 변경될 수도 있다.

에어 컴프레셔부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 공기 속의 이물질을 여과하는 에어필터(110)와, 컴프레샤의 용량을 단속하는 용량 조절 밸브(10)와, 공기를 압축하는 스크류 유니트(130)와, 스크류 유니트를 구동시키는 메인 모터(120)와, 압축된 공기를 저장하기 위한 압축공기 저장탱크(180)를 구비한다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이 공기압축시의 기밀유지를 위한 오일을 제공하는 오일 라인(150)과, 공기와 오일을 분리하는 분리기(140)와, 압축된 공기의 공급 경로인 공기라인(160), 공기압축시 발생하는 열에 대비하기 위한 냉각 유니트(170)를 구비한다.

이를 통해 모터(120)의 가동과 함께 에어필터(110) 및 용량조절밸브(10)를 거쳐 흡입된 공기는 스크류 유니트(130)에서 압축된다. 압축된 공기는 분리기(140)에서 오일과 구분되며, 공기라인(160)을 거쳐 압축공기 저장탱크(180)로 보내져 저장된 후, 적정 용량이 유지된다. 분리기(140)에서는 스크류 유니트(130)의 공기압축시 오일을 제공하여 스크류 내의 유막을 형성시켜준다.

본 실시예에서는 상술한 스크류 타입의 에어 컴프레셔부의 동작제어를 위해 인버터(210)를 구비하는 컨트롤부(200)가 마련된다.

컨트롤부(200)는 규정용량의 유지와 에너지 소비 절감등을 위해 메인 모터(120)와 용량 조절 밸브(10) 등을 제어한다.

컨트롤부(200)는 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 하나의 방식으로 에어 컴프레셔를 기동시키는 기동 모듈(미도시)과, 직입 기동시 소프트 스타트/스탑(SOFT START/STOP)을 수행하여 모터(120)의 동작을 제어하는 인버터(210)를 구비한다. 컨트롤부는 도시되지 않았지만, 다양한 형태의 회로 구성 및 키 입력 판넬 등이 추가될 수 있다. 본 실시예의 컨트롤부는 상이과 같은 구조를 통해 인버터의 고장시 적시에 Y-Δ 기동이 가능케 함으로서, 장비적인 관리가 가능하다. 또한, 모듈 즉, 압력 제어 키판등이 고장나더라도 RPM 조절을 통해 인버터 사용이 가능하다.

본 실시예에서는 에어 컴프레셔 전용 인버터를 통해 직입 기동시 소프트 스타스 기동과 소프트 스탑 기동을 통해 정격 전류 100% 이내에서 기동이 가능할 수 있다. 이는 Y-Δ 기동의 경우 정격전류의 5 내지 7배의 기동 전류가 필요하였기 때문에 이로 인한 전력 낭비와 짧은 직입 기동을 위해 정격전류보다 높은 전류에 맞는 기동 회로가 필요하였다. 하지만, 본 실시예에서는 인버터를 통해 이와 같은 문제를 해소할 수 있다. 또한, 직입 기동시 모터 스트레스로 인해 모터의 수명 저하가 발생하였지만, 소프트 스탑과 소프트 스타트 기동을 통해 모터를 보호할 수 있어 모터의 수명 연장이 가능하게 되었다.

본 실시예에서는 모니터링부(300)를 통해 에어 컴프레셔의 불필요한 가동을 실시간 모니터링 하여 가동시 전력 손실의 최소화와 장비의 내구성을 증대시킬 수 있다.

모니터링부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 에어 컴프레서부(100)에 설치된 다수의 센서(310)와, 센서(310)와 연결된 PLC(320)와, 상기 PLC(320)를 통해 상기 센서(310)의 출력 데이터를 입력받아 에어 컴프레셔부(100)의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보를 계량하고, 이를 수치화는 프로세서(330)를 포함한다.

또한, 네트워크로 연결된 원격지의 서버(340)로 상기 수치화한 정보를 실시간으로 전송하는 네트워크 인터페이스(미도시)를 더 구비할 수도 있다. 물론, 상기 수치화된 결과를 표시하는 별도의 디스플레이부(미도시)를 더 구비할 수도 있다.

상기 센서(310)는 에어 컴프레셔부(100)의 용량 조절 벨브(10)에 설치되어 압력을 검출하는 압력센서(311)와, 유량을 검출하는 유량센서(312), 그리고 모터(120)에 연결되어 회전속도를 검출하는 속도계(313)와 소비전력을 검출하는 전력계(314), 그리고 온도를 검출하는 온도센서(315)와, 에어리크를 검출하는 에어리크센서(316)를 포함한다. 물론 상기 모터의 회전 속도와 소비 전력은 인버터를 통해 검출될 수 있다.

여기에서 에어 컴프레셔부(100)의 상태를 출력할 수 있는 상태접점으로 가동 및 정지 접점과, 모터 과부하(OL) 접점과, 과온(HT) 접점이 추가될 수 있고, 상기 에어리크 센서(316)는 구체적으로 DanFoss 사의 MBD3000을 사용할 수 있다.

PLC(320)는 센서와 연결되고, 연결 상태 및 센서의 입출력 상태를 표시하고, 센서와의 연결 설정을 가변할 수 있다.

여기에서 PLC(320)는 센서와의 연결을 모듈화하고, 컴프레셔부(100)별로 채널화하여 추가 및 제거가 자유롭게 구성될 수 있다. 이를 통해 컴프레셔 증설과 추가에 따른 센서의 추가 연결이 자유로울 수 있다.

이와 같이, PLC를 통해 센서의 출력 데이터를 입력받아 실시간으로 계량화, 수치화하여 원격지의 서버로 전송하여 가동중인 각각의 컴프레셔를 실시간으로 모니터링 할 수 있다.

프로세서(330)는 PLC에 의한 센서 출력에 따라, 컴프레셔부의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보를 계량하고, 이를 수치화한다. 또한, 네트워크로 연결된 원격지의 서버(340)로 상기 수치화한 정보를 실시간으로 전송할 수 있다.

이를 위해 상기 프로세서(330)는 도시되지 않았지만, 유, 무선 인터넷 또는 이동통신망, 지역 네트워크를 통해 통신할 수 있는 네트워크 인터페이스와, 상기 프로세서의 처리 데이터를 저장하고, 컴프레셔 시스템의 오일, 에어 필터, S/P 필터 등과 같은 소모품의 명칭, 교환일 등과 같은 소모품 정보와 상기 소모품의 교환 시기 정보를 저장하며, 관리자 이름, ID, 비밀번호, 전화번호 등과 같은 관리자 등록 정보 등을 저장하는 메모리와, 상기 메모리의 소모품 교환 시기 정보에 따라 상기 소모품 정보의 교환일 정보로부터 소모품의 교환 시기를 카운트하여 상기 프로세서로 상기 카운트 정보를 출력하는 타이머를 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 모니터링부를 통해 기존의 에어 컴퓨레셔에서 동작시 에어 리크(Air Leak)가 발생하더라도 지속적인 작동으로 인해 추가 에너지 소모가 발생하였으나 에어리크 발생시 경고를 통해 에너지 소모를 줄일 수 있다. 또한, 스크류타입의 에어 컴프레셔의 작동 상황을 알 수 있는 전력사용 현황, 장비 가동 현황, 압력/풍랑 현황, 에어 리크 현황 등에 대한 정보를 디스플레이하여 에너지 소모 현황에 대한 분석이 가능하고, 운전 상황에 대한 통계 작성 및 이의 디스플레이가 가능하다.

즉, 에어 컴프레셔의 전력사용현황(Kwh)을 통한 전기요금 예측, 장비 가동현황(L/UL), 압력/풍량 현황, 회전수(RPM), 에어 리크 현황을 포함한 데이터들이 시간대별, 일별, 주간대별, 월별로 디스플레이 됨으로 인하여 생산현황에 따른 장비 가동률을 수치화, 계량화하여 생산을 보다 효율적으로 유지 관리할 수가 있도록 데이터를 제공해줄 수 있다.

또한, 운전 장비의 전력사용 현황, 장비가동 현황, 압력/유량 현황, 스페어 파트, 에어 사용량 현황을 실시간 일간/월간/반기간 수치화, 계량화한 모니터링을 통하여 에너지, 시간 그리고 맨파워를 절약할 수 있다. 즉, 장비를 주기적으로 모니터링하여 시간대별/일별 에어 사용 현황과 장비의 가동 현황을 파악함으로 에너지 절감 극대화 실현이 가능하다. 실시간 장비를 모니터링 함으로 해당 장비의 고장 또는 이상유무를 적시(Just in time)에 파악, 점검을 통하여 시간 루스(Time Loss) 최적화(optimization)실현이 가능하다. 실시간 모니터링으로 관리 인력의 최소화할 수 있다.

이뿐만 아니라 로딩/언로딩을 지속적으로 반복하여 공기(air)를 생성하지 않아도 언로딩시 모타가 계속 구동하게 되므로 전력손실이 크게 발생하였는데 표준압력제어에 의한 저속운전으로 필요한 공기량 제어로 저속 운전시 소요되는 동력만큼 전력 소모 감소가 가능하다. 또한, 설계 용량 대비 실운전 용량이 적게 발생되는데 언로딩(UnLoading)시(air 생성하지 않을시) 가동시간을 없앰으로 인하여 불필요한 전력손실을 줄일 수 있다.

에너지 절감부(400)는 상술한 모니터링부의 결과를 이용하여 컨트롤부(400)의 제어 방식을 변경하여 에어 컴프레셔부의 에너지 소비를 절감한다.

에너지 절감부는 모니터링부의 결과를 입력받는 입력부와, 입력된 결과에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 한 방식의 구동 명령을 컨트롤부(200)에 제공하는 절감 모듈을 구비한다.

물론 상기 절감 모듈이 인버터부에 접속되어 모터의 구동이 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 방식으로 구동하도록 할 수 있다.

본 실시예에서는 에어 수요량이 85% 이상일때는 Y-Δ 기동방식으로 기동하고, 에어 수요량이 50 ~ 85% 일때는 PID 컨트롤에 의한 압력 제어 방식으로 기동하고, 에어 수요량이 50% 이하일때는 다단속 제어 운전을 실시한다.

이를 통해 기존의 Y-Δ 기동방식만을 사용할 경우와 대비하여 최소 20 내지 50%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 저속 운전을 유도하여 약 5~10dB정도의 소음 감소 효과가 있다. 일반적인 사용 조건에서 압력이 7~8kg/cm²으로 설정하는데 불필요한 추가 압력생성을 통한 전기 루스(Loss)가 발생하지만 라인 압력 저감 제어에 따라 에너지 절감이 가능하다. 즉, 부하/무부하 방식대비 약 0.8~1 bar 낮게 사용을 통한 약 5~7% 절감이 가능하다.

이와 같은 컴프레서의 인터터 운전은 무부하 운전 시간이 긴 현장과 부하/무부하 전환이 빈번한 현장 그리고 공장 수전 용량이 적은 현장 등에 사용이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 컴퓨레서 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

하기에서는 도 5를 참조하여 상술한 구성의 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법을 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이 먼저, 컨트롤부(200)를 통해 스크류 타입의 에어 컴프레셔부(100)를 동작(기동)시킨다(S110).

이때, 컨트롤부(200)에 의해 에어 수요량이 입력되면 에어 수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정한다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 에어 수요량에 따라 가변된다. 즉, 에어 수요량이 85% 이상일때는 Y-Δ 기동방식으로 기동하고, 에어 수요량이 50 ~ 85% 일때는 PID 컨트롤에 의한 압력 제어 방식으로 기동하고, 에어 수요량이 50% 이하일때는 다단속 제어 운전을 실시한다.

여기서, 컨트롤부(200)는 에어 컴프레셔의 직입 기동시 인버터를 통한 소프트 스타트 기동 및 소프트 스탑 기동을 실시한다.

이어서, 모니터링부(300)에 의해 기동된 에어 컴프레셔부(100)에 설치된 센서를 통해 에어 컴프레셔부(100)의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보가 수집되고, 이 결과가 수치화되어 저장되고, 화면상에 실시간으로 모니터링 된다(S120).

이어서, 에너지 절감부(400)는 모니터링 결과를 이용하여 에어 컴프레셔부(100)의 기동 방식을 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 한 방식으로 변경한다. 이를 통해 에어리크 및 에어 컴프레셔부의 불필요한 가동을 실시간으로 확인 및 조치하고, 시스템의 이상 유무가 적시에 파악 및 점검되며, 에어의 필요량에 따라 상기 컴프레셔부(100)가 효율적으로 운용되도록 할 수 있다(S130).

본 실시예에서는 실시간으로 인버터의 동작 유무를 체크한다. 체크 결과 인버터의 동작에 이상이 발생한 경우에는 동작 이상을 모니터링부를 통해 외부에 알리고 Y-Δ 기동방식으로 컴프레셔부를 구동시킨다.

상술한 바와 같이 컴프레셔부의 제어 방식이 입력된 이후, 컴프레셔부의 기동 현황에 따라 표준 압력 제어 등에 따라 다른 제어 방식으로 가변 적용됨으로 인해 에어의 필요량에 따라 컴프레셔의 효율적인 운용이 가능하게 된다. 또한 실시간으로 필요 압력의 에어만을 생산하도록 생산량에 따라 가동 조건을 변경할 수 있어서 최적의 운전조건으로 운영하므로 생산효율을 극대화할 수 있다. 에어리크와 같은 상황들을 실시간으로 모니터링 하여 불필요한 가동을 확인하여 조치하는 것이 가능하게 되어 에너지 절감의 극대화를 실현할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 모니터링시 시스템의 이상을 검출하거나 상기 타이머에 의해 상기 컴프레셔부의 소모품의 교환 주기가 도래하면, 관리자에게 이를 알려 줌으로 인해 즉각적인 이상 해결 및 최소 상주 인력으로 시스템의 유지 관리가 가능하게 되어 인건비 및 운영 관리비 등을 대폭적으로 절감할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 에어 컴프레셔부
200 : 컨트롤부
210 : 인버터
300 : 모니터링부
400 : 에너지 절감부

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7. 공기 속의 이물질을 여과하는 에어필터와, 컴프레샤의 용량을 단속하는 용량 조절 밸브와, 공기를 압축하는 스크류 유니트와, 스크류 유니트를 구동시키는 메인 모터와, 압축된 공기를 저장하기 위한 압축공기 저장탱크를 포함하여 압축 공기를 제공하는 스크류 타입의 에어 컴프레셔부와, Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 하나의 방식으로 에어 컴프레셔를 기동시키는 기동 모듈과, 직입 기동시 소프트 스타트 기동과 소프트 스탑 기동을 수행하여 모터의 동작을 제어하는 인버터를 포함하여 상기 에어 컴프레셔부의 동작을 제어하는 인버터가 포함된 컨트롤부와, 에어 컴프레셔부의 용량 조절 벨브에 설치되어 압력을 검출하는 압력센서와, 유량을 검출하는 유량센서, 그리고 모터에 연결되어 회전속도를 검출하는 속도계와, 소비전력을 검출하는 전력계와, 온도를 검출하는 온도센서와, 에어리크를 검출하는 에어리크센서를 구비하는 다수의 센서와, 상기 센서와 연결된 PLC와, 상기 PLC를 통해 상기 센서의 출력 데이터를 입력받아 에어 컴프레셔부의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보를 계량하고, 이를 수치화는 프로세서를 포함하여 에어 컴프레셔부를 모니터링하는 모니터링부 및 상기 컨트롤부의 제어 방식을 변경하여 에어 컴프레셔부의 에너지 소비를 절감하는 에너지 절감부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법에 있어서,
   스크류 타입의 에어 컴프레셔부를 기동 시키는 단계;
   에어 컴프레셔부의 압력, 온도, 유량, 회전속도, 소비전력, 에어리크 정보가 수집되고, 이 결과가 수치화되어 저장되고, 화면상에 실시간으로 모니터링 하는 단계;
   모니터링 결과를 이용하여 에어 컴프레셔부의 기동 방식을 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식, 다단속제어 방식 중 어느 한 방식으로 변경하는 단계; 및
   인버터의 동작 유무를 체크한 결과 인버터의 동작에 이상이 발생한 경우에는 동작 이상을 모니터링부를 통해 외부에 알리고 Y-Δ 기동방식으로 에어 컴프레셔부를 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법.
8. 제7항에 있어서,
   에어 수요량이 입력되면 에어 수요량에 따라 Y-Δ 기동방식, 압력제어 방식 또는 다단속제어 방식 중 어느 하나의 제어방식을 설정하여 에어 컴프레셔부를 기동하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   에어 컴프레셔의 직입 기동시 인버터를 통한 소프트 스타트 기동 및 소프트 스탑 기동을 실시하는 것을 특징으로 하는 인버터가 내장된 에어 컴프레셔 시스템의 제어 방법.

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