KR101605111B1 - 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치 및 방법 - Google Patents

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배영석
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Abstract

부스터 펌프의 전력 절감 장치 및 방법이 개시된다. 현재 유량을 실시간 측정하는 유량 측정 모듈; 현재 수압을 실시간 측정하는 수압 측정 모듈; 상기 유량 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 유량과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 주 펌프와 보조 펌프로 구성되는 부스터 펌프(booster pump)의 수동력을 실시간 산출하는 수동력 산출 모듈; 상기 부스터 펌프에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력과 상기 모터 자체의 모터 효율을 곱하여 축동력을 각각 실시간 산출하는 축동력 산출 모듈; 상기 수동력 산출 모듈에서 산출된 수동력을 상기 축동력 산출 모듈에서 산출된 축동력으로 나누어 상기 부스터 펌프의 펌프 효율을 실시간 산출하는 펌프 효율 산출 모듈; 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하고, 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 모터 회전수를 증가시키며 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시키고, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 부스터 펌프 구동 모듈을 구성한다.

Description

전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF DRIVING BOOSTER PUMP FOR SAVING POWER}
본 발명은 부스터 펌프(booster pump)에 관한 것으로서, 구체적으로는 부스터 펌프 구동 장치에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
부스터 펌프(booster pump)는 고층 빌딩의 배관시에 건물 중간층에 설치하는 승압용 펌프이다. 부스터 펌프는 소화 설비의 연결 송수관 또는 소방차의 펌프 물을 높은 곳으로 송수하는 데 이용되며, 승압용 펌프 또는 증압용 펌프라고도 한다.
기존의 부스터 펌프는 이러한 높은 승압 또는 증압을 위해 높은 출력의 모터를 이용한다.
부스터 펌프는 주로 주 펌프(main pump)와 보조 펌프(subsidiary pump)를 같이 구동하도록 구성된다. 주 펌프를 먼저 구동하고 주 펌프에 의해 승압 압력이 부족한 경우에는 보조 펌프를 가동한다.
건물이나 소방차 등에서 필요한 유량이 있으면 미리 설정된 방식으로 높여야 할 압력을 설정한다.
이러한 설정 압력이 입력되면, 부스터 펌프는 설정 압력까지 압력을 승압하게 되며, 압력이 설정 압력을 넘어서면 물이 토출되며, 부스터 펌프에 의한 압력이 설정 압력보다 낮아지면 물이 나오지 않게 된다.
이에, 부스터 펌프에 의한 현재 압력을 설정 압력보다 높게 유지하도록 모터 회전수를 조절하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 기존의 부스터 펌프는 주 펌프를 최대한 가동시키고, 메인 펌프에 의해 모자라는 유량이나 압력은 보조 펌프를 추가 가동하는 방식을 이용한다. 그런데, 주 펌프를 최대한 가동시킬 경우 주 펌프의 전력 효율까지 높아지지는 않는다.
도 1은 부스터 펌프의 펌프 효율을 나타내는 그래프이다.
도 1에서 그래프의 가로축은 유량(m3/min)을 나타내고 세로축은 부스터 펌프의 전력 효율(%)을 나타낸다. 유량이 늘어날수록 전력 효율은 점점 상승하다가 최고점을 지나 다시 감소하는 특성을 나타낸다.
종래에는 주 펌프를 최대한 가동하고 모자란 유량을 보조 펌프의 승압을 통해 해결하는데, 주 펌프를 최대한 가동할 경우 전력 효율은 매우 낮아지게 되는 문제점이 있다.
그러나, 부스터 펌프의 종류, 배관의 유량이나 현재 압력 등에 따라 전력 효율이 달라지거나 변할 수 있는데, 이러한 최고 효율의 지점을 찾거나 알 수 있는 수단이 없는 실정이다.
부스터 펌프는 승압을 위해 상당한 전력의 소모를 요하는데, 이러한 부스터 펌프의 전력 효율이 최고가 되는 지점을 실시간으로 찾아 전력 소모를 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다. 어떤 부스터 펌프이든 부스터 펌프의 특성이 어떻게 변하든 적용 가능한 수단이 요구된다.
한편, 부스터 펌프를 정지시키는 경우 상당한 전력에 의해 높은 승압으로 동작하다가 정지하기 때문에 모터 회전수를 순차적으로 내려 정지시키게 된다. 이때, 상당한 시간 동안 유량이 토출되고 불필요한 모터 회전 시간이 상당히 길어지게 되는 문제점이 있다. 그러므로, 이러한 불필요한 모터 회전 시간에 의한 전력 소모를 줄일 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치는, 현재 유량을 실시간 측정하는 유량 측정 모듈; 현재 수압을 실시간 측정하는 수압 측정 모듈; 상기 유량 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 유량과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 주 펌프와 보조 펌프로 구성되는 부스터 펌프(booster pump)의 수동력을 실시간 산출하는 수동력 산출 모듈; 상기 부스터 펌프에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력과 상기 모터 자체의 모터 효율을 곱하여 축동력을 각각 실시간 산출하는 축동력 산출 모듈; 상기 수동력 산출 모듈에서 산출된 수동력을 상기 축동력 산출 모듈에서 산출된 축동력으로 나누어 상기 부스터 펌프의 펌프 효율을 실시간 산출하는 펌프 효율 산출 모듈; 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하고, 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 모터 회전수를 증가시키며 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시키고, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 부스터 펌프 구동 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 부스터 펌프 구동 모듈은, 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 현재 수압을 증가시키며 상기 보조 펌프를 구동시키되, 상기 보조 펌프에 대하여 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 보조 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 유지시키도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 부스터 펌프 구동 모듈은, 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달하지 않은 경우, 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 펌프 효율과 무관하게 상기 주 펌프 또는 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 증가시키도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 부스터 펌프 구동 모듈은, 상기 부스터 펌프를 정지시키는 경우, 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 먼저 감소시키면서 상기 보조 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 보조 펌프를 턴오프(turn off)시키고, 상기 주 펌프의 모터 회전수를 감소시키면서 상기 주 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 주 펌프를 턴오프시키도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 방법은, 유량 측정 모듈이 주 펌프와 보조 펌프로 구성되는 부스터 펌프(booster pump)의 현재 유량을 실시간 측정하는 단계; 수압 측정 모듈이 상기 부스터 펌프의 현재 수압을 실시간 측정하는 단계; 수동력 산출 모듈이 상기 유량 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 유량과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 수동력을 실시간 산출하는 단계; 축동력 산출 모듈이 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력과 상기 모터 자체의 모터 효율을 곱하여 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 축동력을 실시간 산출하는 단계; 펌프 효율 산출 모듈이 상기 수동력 산출 모듈에서 산출된 수동력을 상기 축동력 산출 모듈에서 산출된 축동력으로 나누어 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 펌프 효율을 각각 실시간 산출하는 단계; 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하는 단계; 상기 대비 결과 상기 현재 수압이 상기 설정 수압보다 작은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시켜 모터 회전수를 증가시키되, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 대비 결과 상기 현재 수압이 상기 설정 수압보다 작은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시켜 모터 회전수를 증가시키되, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 단계는, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 증가시키되, 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 보조 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 유지키시도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하는 단계; 상기 대비 결과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달하지 않은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈은 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 펌프 효율과 무관하게 상기 주 펌프 및 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 증가시키는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 부스터 펌프를 정지시키는 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 보조 펌프의 주파수를 먼저 감소시키면서 상기 보조 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 보조 펌프를 턴오프(turn off)시키고, 상기 주 펌프의 주파수를 감소시키면서 상기 주 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 주 펌프를 턴오프시키는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상술한 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치 및 방법에 의하면, 주 펌프를 최대한 가동하지 않고 주 펌프의 전력 효율이 최고가 되는 지점에서 주 펌프의 동작을 유지시키고 나머지 필요한 유량에 대해서는 보조 펌프를 이용하여 승압하도록 구성됨으로써, 부스터 펌프의 전력 효율을 최대한 높여 전력 소모를 상당히 절감할 수 있는 효과가 있다.
특히, 특히 최고 전력 효율이 되는 지점을 현재 유량이나 현재 압력 등을 통해 부스터 펌프 동작중에 실시간으로 계산하여 찾아내고 적용함으로써, 부스터 펌프의 종류나 정격 전압, 최대 전력 등이 달라지더라도 어떠한 부스터 펌프에도 적용 가능하고, 부스터 펌프의 특성이 시간이 지남에 따라 변하거나 부스터 펌프의 성능 변화가 발생하더라도 이에 무관하게 언제든지 전력 소모를 최대한 줄일 수 있게 되는 장점이 있다.
한편, 부스터 펌프를 정지시키는 경우에는 부스터 펌프의 유량이 토출되지 않는 경우에는 곧바로 부스터 펌프를 턴오프(turn)시킴으로써, 부스터 펌프의 불필요한 무효 운전 구간 내지는 공회전 구간을 줄여 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 부스터 펌프의 펌프 효율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치의 블록 구성도이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 현재 수압, 축동력, 펌프 효율을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 수압, 축동력, 펌프 효율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 장치(이하, '부스터 펌프 구동 장치'라 함)(100)는 유량 측정 모듈(110), 수압 측정 모듈(120), 수동력 산출 모듈(130), 축동력 산출 모듈(140) 및 부스터 펌프 구동 모듈(150)을 포함하도록 구성될 수 있다.
부스터 펌프 구동 장치(100)는 전력 소모를 줄이기 위한 구성으로서, 부스터 펌프(10)의 종류나 모델 또는 시간이 지남에 따른 부스터 펌프(10)의 성능 변화나 일시적인 성능 변화에도 불구하고 언제나 정확한 적용이 가능한 절력 절감 장치이다.
부스터 펌프 구동 장치(100)는 주 펌프(11)의 최대 전력 효율 지점에서 주 펌프(11)의 구동 상태를 유지시키고, 나머지 필요한 유량에 대해서는 보조 펌프(12)를 추가 구동시키도록 구성된다.
부스터 펌프 구동 장치(100)는 부스터 펌프(10)를 정지시키는 경우 배관의 유량이 검출되지 않는 무효 운전 구간이 시작되면 곧바로 보조 펌프(12)와 주 펌프(11)를 턴오프(turn off)시키도록 구성된다. 이에, 무효 운전 구간의 전력 낭비를 방지할 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
유량 측정 모듈(110)은 부스터 펌프(10)에 의해 승압되어 출력되는 배관의 현재 유량을 실시간 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 유량 측정 모듈(110)은 펌프 배관 내부에 설치되어 현재 유량을 측정하는 유량 센서로 구성될 수 있다.
수압 측정 모듈(120)은 부스터 펌프(10)에 의한 배관의 현재 수압을 실시간 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 수압 측정 모듈(120)은 펌프 배관 내에 설치되어 현재 수압을 측정하기 위한 구성으로 수압 센서 로 구성될 수 있다.
수동력 산출 모듈(130)은 유량 측정 모듈(110)에서 실시간 측정된 현재 유량과 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 부스터 펌프(10)의 수동력을 산출하도록 구성될 수 있다. 다음 수학식 1은 수동력을 산출하는 수식이다. 여기서, 수동력 산출 모듈(130)은 하기 수학식 1에 따른 제어 프로그램에 따라 동작하는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구성될 수 있다.
Figure 112015048643331-pat00001
상수 0.163은 부스터 펌프(10)나 배관 구조 등의 특성에 의해 달라질 수 있다.
여기서, 수동력 산출 모듈(130)은 주 펌프(11)와 보조 펌프(12) 각각에 대하여 수동력을 산출하도록 구성될 수 있다.
축동력 산출 모듈(140)은 부스터 펌프(10)에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력(kW)과 모터 자체의 모터 효율(%)을 곱하여 축동력을 실시간 산출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 축동력 산출 모듈(140)은 하기 수학식 2에 따른 제어 프로그램에 따라 동작하는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구성될 수 있다.
축동력은 다음의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112015048643331-pat00002
여기서, 입력은, 제어반의 인버터(inverter)로부터 수신되도록 구성될 수 있다. 그리고 모터 효율은 모터 자체의 고유값으로서 모터의 출고후 시험성적서의 값을 그대로 이용할 수 있다.
펌프 효율 산출 모듈(150)은 수동력 산출 모듈(130)에서 산출된 수동력을 축동력 산출 모듈(140)에서 산출된 축동력으로 나누어 부스터 펌프(10)의 펌프 효율을 실시간 산출하도록 구성될 수 있다.
다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015090349386-pat00003
여기서, 펌프 효율 산출 모듈(150)은 위 수학식 3에 따른 제어 프로그램에 따라 동작하는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구성될 수 있다.
부스터 펌프 구동 모듈(150)은 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하도록 구성될 수 있다. 미리 설정된 설정 수압이란 필요로 하는 유량에 따라 결정되는 압력으로서, 많은 유량이 필요하면 설정 수압을 높여 설정하고 적은 유량이 필요하면 설정 수압을 낮춰 설정한다.
부스터 펌프 구동 모듈(150)은 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 모터 회전수를 증가시켜 구동한다. 이때, 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)를 순차 구동시킨다. 즉, 주 펌프(11)를 먼저 구동시키고 유량이 모자라면 보조 펌프(120)를 구동시킨다. 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 부스터 펌프(10)를 미리 준비된 제어 프로그램에 따라 구동 제어하는 마이크로프로세서(microprocessor)로 구성될 수 있다.
여기서, 보조 펌프(12)를 구동시키게 되는 경우, 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 주 펌프(11)를 무조건 최대한 구동시키지 않고 펌프 효율 산출 모듈(140)에서 실시간 산출된 주 펌프(11)의 펌프 효율이 최대인 시점에서 주 펌프(11)의 모터 회전수를 유지시키도록 구성될 수 있다. 최대한 구동하면 오히려 펌프 효율이 더 낮아질 수 있기 때문이다. 물론, 보조 펌프(12)를 구동하지 않아도 될 경우에는 필요한 유량을 충족할 정도로 주 펌프(11)를 구동하면 된다.
부스터 펌프 구동 모듈(150)은 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 현재 수압을 필요한 만큼 증가시키며 보조 펌프(22)를 구동시킨다. 여기서, 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 보조 펌프(22)의 펌프 효율이 최대인 지점이 되면, 그 지점에서 보조 펌프(22)의 모터 회전수를 유지시키도록 구성된다. 즉, 더 이상 보조 펌프(22)를 승압하지 않고 보조 펌프(22)의 펌프 효율을 최대한 유지시킨다.
만약, 보조 펌프(22)의 전력 효율이 최대가 될 때까지 구동하고도 설정 수압 내지는 필요한 유량에 도달하지 못한 경우에는, 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 주 펌프(11) 또는 보조 펌프(12)의 모터 회전수를 증가시키도록 구성될 수 있다. 이때에는 최대 펌프 효율보다는 다소 낮아질 수 있지만, 설정 수압에 도달하기 위해서는 모터 회전수를 더 증가시킬 수밖에 없다.
한편, 부스터 펌프(10)를 정지시킬 때에는 보조 펌프(12)를 먼저 정지시키고 주 펌프(11)를 정지시킨다. 여기서, 보조 펌프(12)나 주 펌프(11)의 모터 회전수 즉, 주파수를 한 단계씩 감소시키면서 정지시킨다. 그러므로, 사실상 유량이 토출되지 않으면서도 모터가 계속 동작하는 무효 운전 구간이 발생하는데, 이러한 무효 운전 구간이 되면, 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 보조 펌프(12)나 주 펌프(11)를 즉시 턴오프(turn off)시키도록 구성된다.
부스터 펌프 구동 모듈(150)은 유량 측정 모듈(110)에서 실시간 측정되는 유량이 0이 되면 곧바로 부스터 펌프(10)를 턴오프시키도록 구성된다.
도 3a는 종래 기술에 따른 현재 수압, 축동력, 펌프 효율을 나타내는 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 현재 수압, 축동력, 펌프 효율을 나타내는 그래프이다.
도 3a의 (a)에서 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 주파수를 서서히 증가시켜 설정 수압에 도달하도록 부스터 펌프(10)를 구동하게 된다. 동일한 주파수에서 유량이 늘어날수록 설정 수압이 줄어드는 경향을 나타낸다.
도 3a의 (b)에서는 유량 대비 축동력을 나타내는데, 유량이 늘어날수록 축동력을 증가시키도록 구성된다.
그리고 도 3a의 (a), (b), (c)에는 여러 개의 궤적이 도시되어 있는데, 모터의 회전수 즉, 주파수에 따라 서로 다른 궤적이 도시되어 있다. 주파수를 높일수록 높은 궤적 라인(trajectory line)을 나타낸다. 즉, 도 3a의 (a)에서는 압력이 더 높은 궤적 라인으로 나타나고, 도 3b의 (b)에서는 축동력이 더 높은 궤적 라인으로 나타난다.
도 3a의 (a)에서 배관 내의 압력이 낮아지게 되는 경우 주파수를 계속 증가시켜 현재 수압을 설정 수압에 맞추게 된다.
그런데, 도 3a의 (c)에서 보듯이 펌프 효율은 유량이 늘어남에 따라 최고 효율 지점을 지나 이후에는 더 낮아짐을 알 수 있다.
종래 기술에 따른 펌프 효율을 계산해보면 다음과 같다.
먼저 도 3a의 (a)에서 설정 수압이 70인 경우, 수량이 늘어남에 따라 주파수를 46 Hz에서 60 Hz까지 점차 상승시켜 궤적이 설정 수압에 도달하도록 구동한다.
580의 유량이 필요하다고 할 때, 빨간 세로선에 의해 주 펌프(11)를 통해 385만큼의 유량을 토출시키고 보조 펌프(12)를 통해 195만큼의 유량을 토출시킨다고 가정할 수 있다.
주 펌프(11)의 펌프 효율은 수학식 1 내지 수학식 3에 의해 (0.163*70*0.385)/7.4에 의해 59.3%되고 보조 펌프의 효율은 (0.163*70*0.195)/3.9로서 57%가 된다.
그리고 도 3a의 (b)에서 주 펌프(11)의 축동력은 7.4(kW), 보조 펌프(12)의 축동력은 3.9(kW)가 되어 그 합인 부스터 펌프(10)의 축동력은 11.3(kW)가 된다.
반면, 도 3b에서는 580의 유량이 필요하다고 할 때, 도 3b의 (c)에서 펌프 효율이 최고가 되는 유량 290에서 주 펌프(11)를 유지시키게 된다. 그러면 나머지 필요 유량인 290을 보조 펌프(12)를 통해 토출시킨다.
주 펌프(11)와 보조 펌프(12)의 펌프 효율은 (0.163*0.29*70)/5.4로서 61.27%가 된다. 축동력 역시 도 3b의 (b)에서 보듯이 각각 5.4(kW)되어 그 합인 10.8(kW)가 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 종래에 비하여 축동력이 절감되며 그 펌프 효율 역시 훨씬 높게 나타남을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 유량 측정 모듈(110)이 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)로 구성되는 부스터 펌프(booster pump)(10)의 현재 유량을 실시간 측정한다(S101).
다음으로, 수압 측정 모듈(120)이 부스터 펌프(10)의 현재 수압을 실시간 측정한다(S102).
다음으로, 수동력 산출 모듈(130)이 유량 측정 모듈(110)에서 실시간 측정된 현재 유량과 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)의 수동력을 실시간 산출한다(S103).
다음으로, 축동력 산출 모듈(140)이 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력과 모터 자체의 모터 효율을 곱하여 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)의 축동력을 실시간 산출한다(S104).
다음으로, 펌프 효율 산출 모듈이 수동력 산출 모듈(130)에서 산출된 수동력을 축동력 산출 모듈(140)에서 산출된 축동력으로 나누어 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)의 펌프 효율을 각각 실시간 산출한다(S105).
다음으로, 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비한다(S106).
여기서, 대비 결과 현재 수압이 설정 수압보다 작은 경우(S107), 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 주 펌프(11)와 보조 펌프(12)를 순차 구동시켜 모터 회전수를 증가시키되, 보조 펌프(12)를 구동시키게 되는 경우 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프(11)의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 주 펌프(11)의 모터 회전수를 유지시킨다(S108). 이때, 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 보조 펌프(12)의 모터 회전수를 증가시키되, 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 보조 펌프(12)의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 보조 펌프(12)의 모터 회전수를 유지키시도록 구성될 수 있다.
다음으로, 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비한다(S109).
여기서, 대비 결과 수압 측정 모듈(120)에서 실시간 측정된 현재 수압이 설정 수압에 도달하지 않은 경우(S110), 부스터 펌프 구동 모듈(150)은 현재 수압이 설정 수압에 도달할 때까지 펌프 효율과 무관하게 주 펌프(11) 및 보조 펌프(12)의 모터 회전수를 증가시킨다(S111).
다음으로, 부스터 펌프(10)를 정지시키는 경우(S112), 부스터 펌프 구동 모듈(150)이 보조 펌프(12)의 주파수를 먼저 감소시키면서 보조 펌프(12)의 유량이 0으로 측정되는 시점에 보조 펌프(12)를 턴오프(turn off)시키고, 주 펌프의 주파수를 감소시키면서 주 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 주 펌프를 턴오프시킨다(S113).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 유량 측정 모듈
120: 수압 측정 모듈
130: 수동력 산출 모듈
140: 축동력 산출 모듈
150: 부스터 펌프 구동 모듈

Claims (8)

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  5. 유량 측정 모듈이 주 펌프와 보조 펌프로 구성되는 부스터 펌프(booster pump)의 현재 유량을 실시간 측정하는 단계;
    수압 측정 모듈이 상기 부스터 펌프의 현재 수압을 실시간 측정하는 단계;
    수동력 산출 모듈이 상기 유량 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 유량과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압을 각각 곱하여 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 수동력을 실시간 산출하는 단계;
    축동력 산출 모듈이 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프에 구비된 모터(motor)의 실시간 입력 전력과 상기 모터 자체의 모터 효율을 곱하여 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 축동력을 실시간 산출하는 단계;
    펌프 효율 산출 모듈이 상기 수동력 산출 모듈에서 산출된 수동력을 상기 축동력 산출 모듈에서 산출된 축동력으로 나누어 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프의 펌프 효율을 각각 실시간 산출하는 단계;
    부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하는 단계;
    상기 대비 결과 상기 현재 수압이 상기 설정 수압보다 작은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시켜 모터 회전수를 증가시키되, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 단계;
    상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압과 미리 설정된 설정 수압을 대비하는 단계;
    상기 대비 결과 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달하지 않은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈은 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 펌프 효율과 무관하게 상기 주 펌프 및 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 증가시키는 단계
    상기 부스터 펌프를 정지시키는 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 보조 펌프의 주파수를 먼저 감소시키면서 상기 보조 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 보조 펌프를 턴오프(turn off)시키고, 상기 주 펌프의 주파수를 감소시키면서 상기 주 펌프의 유량이 0으로 측정되는 시점에 상기 주 펌프를 턴오프시키는 단계를 포함하고,
    상기 대비 결과 상기 현재 수압이 상기 설정 수압보다 작은 경우, 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 주 펌프와 상기 보조 펌프를 순차 구동시켜 모터 회전수를 증가시키되, 상기 보조 펌프를 구동시키게 되는 경우 상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 주 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 주 펌프의 모터 회전수를 유지시키는 단계는,
    상기 부스터 펌프 구동 모듈이 상기 수압 측정 모듈에서 실시간 측정된 현재 수압이 상기 설정 수압에 도달할 때까지 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 증가시키되, 상기 펌프 효율 산출 모듈에서 실시간 산출된 보조 펌프의 펌프 효율이 최대인 시점에서는 상기 보조 펌프의 모터 회전수를 유지키시도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 절감을 위한 부스터 펌프 구동 방법.
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