공기 압축기의 효율적 운영 방법

최근 공기압축기는 여러 가지 용도에 이용되고 있으며, 특히 산업체에서

널리 보급되고 있다. 산업체에서는 각종 제어개통의 작동유체로서 또 푸로

세스에 직접 사용하기도 한다. 이와 같이 널리 사용되고 있는 공기압축기의

효율적인 운전은 산업체의 원가절감의 한 방편으로서 또는 에너지의 생산

에 따른 공해배출물의 감소방안으로서 필할 수 없는 선택수단이 되고 있다.

1. 공기압축기의 일반특성

1) 공기압축기의 종류 및 특성

공기 압축기는 압축방식에 따라 크게 세가지로 분류되며, 각각 기계의

특성상 장.단점을 지니고 있으므로, 현장 여건에 적합한 압축기를 사용

하는 것이 중요하다.

◦ 왕복동 압축기

- 실린더 안에 피스톤의 왕복운동으로 압축공기를 생성하며, 높은 압력

변화에 따른 유량의 변동이 작은 특징을 가지고 있다.

- 높은 공기압력을 생산할 수 있으나, 유량의 한계(3,300㎥/h)를 갖고

있어, 공기사용량이 많은 공정에는 부적합하며, 피스톤 운동의 특성상

공기의 흐름이 연속적이지 못하다.

◦ 스크류 압축기

- 왕복동 압축기의 피스톤 대신 암,수 로타가 맞물려 회전함으로써 압

축공기를 생성하며, 압력은 왕복동 압축기보다 작으나, 공기 유량이 많

다.

- 왕복동 압축기보다 많은 유량을 생산할 수 있으나, 기계적인 소음이

매우 크며 유량은 크기에 따라 20,000㎥/h정도 생산 가능하나, 그 이상

은 작동원리상 장비의 부피가 현실성 없게 커지는 단점이 있다.

◦ 터보 압축기

- 임펠라를 고속 회전시켜 공기의 속도를 높이고 디퓨저를 통해 속도

에너지를 압력에너지로 전환시킴으로써 압축공기를 생성하며 왕복동

압축기와 스크류 압축기의 단점을 보완한 형식이다.

- 유량을 압력변동 없이 조절할 수 있으며, 다른 종류의 압축기 보다

전력당(KW) 많은 유량을 생산할 수 있으나, 유량 대비 압축비가 높

을 때 발생하는 써지곡선(Surge Line)이 있어 이 영역에서는 회전체

(Impeller)가 공회전을 하게 되어, 유동의 흐름이 불규칙하게 되고, 결

국 제어가 안되는 불안정한 상태가 되므로 이 영역을 피해서 운전해야

하는 단점이 있다.

그림 COMPRESSOR 종류별 운전영역

오일 공급 스크류 압축기

왕복동 압축기

압축비

PRESSURE

RATIO

오일 방지 스크류 압축기축류 터보 압축기

공동영역원심구동 터보 압축기

유량 INLET VOLUME FLOW

표 COMPRESSOR 종류별 비교표

비교 왕복동식 스크류식 터보식

압

축

원

리

실린더내에 있는 피스톤의

압축작용(왕복용적형)

밀폐된 케이싱내의 암,수

로타가 맞물려 회전할 때

점진적 체적감소를 통한

압축(회전식 용적형)

임펠라를 고속 회전시켜 공

기의 속도를 높이고 디퓨저

를 통해 속도에너지를 압력

에너지로 전환시킴(원심식)

압축단수

2단 압축(20단까지 가능) 2단 압축(8단까지 가능) 3단 압축

공기량

일반적으로 120㎥/mim까지

생산할 수 있으며,그이상은

기계적인 효율, 진동이 문제

가 된다.

60㎥/mim이하인 경우

터보식보다 전력료가 저렴

50㎥/mim이상 한계 없이 제

작할 수 있다.

운전

특징

높은 압력 변화에 따른유량

의 변동이 작으며, 유량의 한

계가 있어 공기사용량이 많

은 공정에는 부적합

압력은 왕복동 압축기보다

작으나, 공기 유량이 크다

유량을 압력변동 없이 조절

할 수 있으며, 다른 종류의

압축기 보다 전력당 많은유

량을 생산할 수 있다.

용량

제어

현장 공기량의 소요에 따라

100,75,50,25,0%의 5단계부하

조절이 가능

100～0%또는 Modulration

방법으로 0～100%까지 무

단계적으로 흡입공기량을

조절할 수 있슴.

Surging 영역이 있으므로

100～70%정도 구간의 부하

운전이 가능하고 50%용량

요구시는 여분의압축공기를

방출

제어

방법

언로더 피스톤밸브를조작

흡입밸브를 개방상태로 하여

운전

흡입밸브가 없으므로언로더

역할을 하는 드로틀 밸브

로 흡입구의 압력이 일정하

게 유지되도록 비례적으로

교축하여 제어

(정압제어 불가능)

인렛 가이드 베인을 공기

사용량에 따라 연속적으로

흡입 용량을

조절.(정압제어)

Surging 없슴 없슴

70%부하운전점이 하한선

이므로 그이하 운전시대책

필요

효율전부하 : 높음

부분부하 :높음

전부하 : 높음

부분부하 : 높음

전부하 : 아주 높음

부분부하 : 아주 높음

비고 인버터 장착된 압축기 있슴

※부분부하(Partial Load)와 무부하(unload)개념 유의

2) 설치환경

공기압축기는 설치장소의 조건에 따라 운전효율 향상과 기계적 수명을

연장할 수있으므로 다음과 같은 장소에 설치해야 한다.

- 바닥이 평평하고 수평인 면일 것

- 기초 진동이 심한 장소에는 방진 매트(MAT)를 깔아줄 것

- 습기, 먼지가 적고 통풍이 잘된 곳일 것

- 점검 및 보수가 용이하도록 벽면과 최소한 30cm이상 띄울 것

- 빗물이나 유해가스가 침입하지 않는 곳

- 실내온도가 높게 되면 압축기의 효율이 저하하고 압축에 장해가 발

생할 우려가 있으므로 반드시 환풍기를 설치하는 것이 좋다.

2) 공기의 일반 특성

○공기의 부피는 절대온도에 비례하고 절대압에 반비례 한다

P1V1

T 1

=P2V2

T 2

V2=V1×T 2

T 1

×P1

P2

○ PVK = 일정 (K:비열비)

(P1VK1 = P2V

K2 )

P1V1

T 1

=P2V2

T 2

⇒T 2

T 1

=P2

P1

V2

V1

= ( V1

V2)K

( V1

V2)-1

= ( V1

V2)K-1

= ( P2

P1)

K-1K

P1VK1 =P2V

K2⇒

P2

P1

= ( V1

V2)K

⇒V1

V2

= ( P2

P1)

1K

T 2

T 1

= ( V1

V2)K-1

= ( P2

P1)

K-1K

※ 실외 압축기에서의 T 2

T 2=T 1+T 1

η [ ( P2

P1)

K-1K

-1] ※ η : 단열효율

○ 일량

W=⌠⌡

2

1PdV=⌠⌡

P1VK1

VK dV(∵P1VK1 =PVK)

=P1VK1⌠⌡

2

1V-KdV=P1V

K1

1-K+1

[V-K+1]2

1

=P1VK1

1-(K-1)

[V-(K-1)]2

1=P1VK1

1-(K-1) [ 1

VK-1 ]2

1

=P1VK1

1-(K-1) ( 1

VK-12

-1

VK-11

)=P1V

K1

1K-1 ( 1

VK- 11

-1

VK-12

)

=P1VK1

1K-1

1

VK- 11

(1- VK-11

VK-12

)=

P1V1

K-1 {1-( V1

V2)K-1

}

2. 공기압축기의 동력 및 구성

1) 압축기의 소요동력

공기압축기의 소요동력은 다음식으로 표시할 수 있다.

L =(a+1)kk-1

Ps․Qs6,120 { ( Pd

Ps )( k-1)(a+1)k

- 1}ø

η c․η t

L : 소요동력(kW)

Ps : 흡입공기의 압력(kg/㎡abs)

Pd : 토출공기의 압력(kg/㎡abs)

Qs : 흡입공기량(㎥/min)

a : 중간냉각기의 수

k : 공기의 단열지수

ηcd : 압축기의 전단 열효율(%)

ηt : 전달효율(%)

ø : 여율율(%)

위식에 따라 압축기는 압축공기의 토출압력 및 토출공기량과 비례관

계에 있으므로 이들 값을 줄이면 축동력이 감소함을 알 수 있다.

1) 압축기의 구동동력

Lm = Ls / ηr․ηm․

여기서, Ls : 압축기의 소요동력

ηr : 동력전단장치(벨트, 체인등)의 효율

ηm : 전동기의 효율

Lm : 구동원동기의 입력(kW)

공기압축기 효율측정방법에 대해 자세한 사항은 KS-6350, 6351을 참조

할 것

1) 압축기의 구성

산업체 생산 제품에 따라 압축기 시스템은 조금식 차이가 있으나 일반적

으로 다음과 같은 구조로 설치되어 있다.

그림 일반적인 공기압축기 시스템

① 후부냉각기(After Cooler)

압축기 후단부(Discharge)에서의 에어 온도는 최고 250℃정도까지 상

승하므로 탱크, 배관등 송출 도중에서의 방열량으로는 충분히 냉각이

될 수 없으므로 송출온도 그대로 사용할 경우 사용기기에서 패킹의

열화를 촉진하거나, 말단에서 냉각된 수분이 배출되어 사용기기에 나

쁜 영향을 미친다. 따라서 후부 냉각기를 설치하여 공기 온도를 낮추

고 수분도 어느정도 분리하여야 효과적이다.

② 공기압 탱크(Receiver Tank)

공기압 탱크는 공기의 압축성을 충분히 갖도록 함으로써 소비량의 변

동에 대응하여 압축기의 맥동을 제거하거나 탱크의 표면에서의 방열

을 이용하여 냉각 작용을 돕는 것도 가능하다. 또 저장된 공기를 정

전시 사용하는 것도 가능하다.

③ 에어필터(Air Filter)

압축된 공기에 포함된 먼지등 이물질은 공압기기 및 생산제품에 불

리한 영향을 끼치므로 이를 제거하기 위하여 공기필터를 설치한다.

④ 드레인 트랩

아프터쿨러 출구부분, 리시버탱크 하단부, 에어필터 하단부, 배관라인

도중에 부착하여 분리되는 수분이나 오일을 배출시키는 것으로 자동

적으로 일정량이 모이면 배출시키는 자동 배출기나, 타이머로 작동하

는 전자식(Auto Trap)이 있다.

⑤ 공기 건조기(Air Dryer)

후부냉각기나 탱크에서의 냉각으로는 수분제거가 불충분하므로 강제

적으로 수분을 제거하여 가압하(압축기내 발생압력) 노점을 하향시키

기 위해 에어 드라이어를 설치한다.

그림 공기압축기 시스템 제어 계통

2. 공기압축기의 소요동력 저감 방안

1) 흡입공기 온도 저감

공기 압축기에 흡입되는 공기는 온도가 낮을수록 전력절감 효과가 있다

. 이론 단열 공기동력은 토출 압력과 유량(체적 유량)에 비례하므로 흡입되

는 공기의 온도가 높을수록 체적(유량:Qs)이 증가하므로 소비동력도 증가

함을 알 수 있다.

소비전력과 흡입온도와의 관계를 그래프로 나타내면 흡입온도가 낮을

수록 소비동력도 저하됨을 알 수 있으며 이를 위해 실내온도가 높을 경

우 외기 흡입을 위해 흡입구를 실외로 빼내는 것이 좋다. 이 경우 빗

물 등에 의해 장해가 없도록 유의해야 하며 또한 충분한 굵기의 유도관

을 설치하여 흡입 압력이 낮아지지 않도록 주의를 해야 한다.

그림 흡입온도와 소비전력

70

75

80

85

90

95

100

40 35 30 25 20 15 10 5 0

개선후 흡입온도(℃)

소비

동력

(%)

A B C

A : 변경전 흡입온도 40℃기준B : 변경전 흡입온도 30℃기준C : 변경전 흡입온도 20℃기준

공식1 : 흡입온도 저하에 따른 전력 절감량의 산출방법

ε= ( 1-T 2

T 1

)×100

여기서 ε : 절전율(%)

T1 : 개선전 흡입공기 절대온도(0K)

T2 : 개선후 흡입공기 절대온도(0K)

[계산예] 실내평균온도 25℃인 공기압축기실에서 실내공기를 흡입하던 것을

덕트를 설치하여 외부공기를 흡입할 경우 개략적인 절감율은?

(단 외기 평균온도 : 15℃)

ε =(1-273+15273+25

)×100

= 3.3(%)

[산업체 실제 운전 현황]

터보 압축기는 외기 흡입을 많이 도입하고 있으나 스크류 압축기는 실

내에 설치된 배관으로 인하여 덕트 설치공간이 부족하여 외부공기를 흡

입하는 것이 불가능한 경우가 다반사이다. 이럴 경우 실내에 냉동기가

운전되고 있고 부하에 여유가 있다면 냉동기의 냉수를 이용하여 흡입공

기를 냉각하여 운전하는 것도 하나의 방법이다.

2) 흡입공기 압력조정

공기압축기에는 깨끗한 공기의 흡입을 위해 여과기(Filter)를 설치하며

이 여과기의 엘레멘트를 통하여 미세한 먼지가 제거되어 맑은 상태로 실

린더 내부로 흡입된다. 흡입여과기가 막히게 되면 흡입이 불량하게 되어

압축효율이 불량해지고 여과 불량으로 실린더에 장해가 발생할 수 있으

므로 엘레멘트를 자주 청소해 주어야 한다. 통상적으로 500시간 정도 운

전 후 청소를 하며 먼지가 많은 장소에서는 200시간 정도 운전후 청소를

하여야 한다. 청소방법은 압축공기로 엘레멘트 내부에서 불어주며 오염상

태가 다소 심한 경우에는 물로 세척후 공기로 불어준다. 수세인 경우에는

5회까지 가능하며 이 이상 초과한 경우나 오염이 심하여 청소 효과를 기

대하기 어려운 경우에는 신품으로 개체해야 한다. 다음 그림은 소비전력

과 흡입 압력과의 관계를 나타낸 것으로 소비전력은 흡입압력과 토출압

력의 압축비( Pd/Ps)에 비례하므로 흡입압력이 낮아질수록 압축비가 상승

하므로 소비전력도 상승됨을 알 수 있다

.그림 흡입압력과 소비전력과의 관계

111

110

109

108

107

106

105

104

103

102

101

100 -200 -400 -600 -800 -1000

흡입압력(mmAq)

소

비

전

력

(%)

1단압축 10kg/cm2a 로출압

1단압축 5kg/cm2a 로출압

1단압축 2kg/cm2a 로출압

P

∝ [ ( P2

P1)

( k- 1)k

-1]

공식 2 : 흡입압력 저하에 따른 전력 절감율의 산출방법

ε =

1 -{ ( P 2

P' 1)

( k- 1 )( a + 1)k

- 1 }

{ ( P 2

P 1)

( k- 1 )( a + 1)k

- 1 }

× 100

여기서 ε : 전력 절감율(%)

P1 : 개선전 흡입공기 절대압력(㎏/㎡․a → 104㎏/㎠․a)

P’1 : 개선후 흡입공기 절대압력(㎏/㎡․a → 104㎏/㎠․a)

P2 : 토출공기 절대압력(㎏/㎡․a → 104㎏/㎠․a)

a : 중간 냉각기의 수(이론단열 공기압축 a=0)

k : 공기의 단열지수(1.4)

[계산예] 흡입압력 -500mmAq일 때 이를 개선하여 -100mmAq로 하였다

면 개략적인 전력절감율은? (단 1단 압축일 경우이며 토출압력

4㎏/㎠․g)

ε =

1-{ ( 5

0.99 )0.41.4

- 1}

{ ( 50.95 )

0.41.4

- 1}

× 100 = 3.10(%)

3) 흡입공기 습도조정

흡입공기의 습도가 높으면 흡입 공기중에 실제공기가 차지하는 부피가

적어지므로 그만큼 압축후의 공기량은 적어진다. 따라서 흡입구를 옥외

에 설치할 경우 빗물의 비산이나 안개 등의 흡입되지 않도록 빗물 카바

를 설치하고 흡입공기가 가능하면 깨끗하고 건조한 저온의 공기가 되도

록 하는 것이 좋다.

그림 상대습도와 소비전력과의 관계

100

99

98

97

97

상대습도(%)

소

비

동

력

(%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

공식 3 : 상대습도에 따른 소비동력 절감율 산출방법

ε =

1 -

10,332- PW×10, 332760

×φ 1

10,332- PW×10, 332760

×φ 2

×100

여기서 PW : 해당온도에서의 증기압(mmHg)

φ1 : 개선전 상대습도(%)

φ2 : 개선후 상대습도(%)

[계산예] 온도가 30℃인 공기의 상대습도가 80%에서 60%로 낮추어졌을

때개략적인절감율은?(단 30℃에서의 증기압은 31.83mmHg)

ε=

1-

10,332-31.83×10,332760

×0.8

10,332-31.83×10,332760

×0.6

×100 = 0.86(%)

[산업체 실제 운전 현황]

계절별 온․습도가 다른 우리나라의 기후조건에서 상대습도를 일정하

게 유지하여 압축기 흡입측에 공급한다는 것은 현실적으로 어렵다. 그

러나 증기 다소비 업체중 컴프레샤룸에 증기가 누증되거나, 또는 응축

수조가 있는 경우에는 실내 상대 습도가 상당히 높다. 이러한 경우에는

실내습도를 낮추는 방안을 강구한다면 전력 절감이 가능하겠다.

4) 토출압력의 적정

공기의 압력은 압축공기 사용기기의 필요압력에 따라 결정되나 높은

압력으로의 압축은 전동기의 소용동력이 더 필요하므로 가능하면 낮추

어 사용하는 것이 좋다. 그림15는 토출압력과 소용동력과의 관계를 나

타낸 것이다. 보통 압축기의 압력을 1kg/㎠정도 낮추게 되면 6～8%의

축동력 감소효과가 기대된다.

그림 압축기 토출압력과 소비전력과의 관계

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

소비동력

(%)

토출압력(kg/cm2g)

1단압축

P2 = 7.0 (kg/cm2g) 기준

1단압축 P2 = 10 (kg/cm2g) 기준

2단압축 P2 = 10 (kg/cm2g) 기준

P1 = 1.0332 (kg/cm2A)

공식 4 : 토출압력을 낮추었을때의 절감율 산출방법

Lad ∝ { ( P 2

P 1)

( k- 1 )( a + 1)k

- 1} ε =Lad 1 - Lad 2

Lad 1

×100

여기서 Lad : 이론단열 공기동력(kW)

P1 : 대기압력(흡입압력)

P2 : 개선 전후의 토출절대압력

[계산예] 현 토출압력 7kg/㎠을 6kg/㎠로 낮추었다면 절감율은?

Lad1 ∝ { ( 81 )

0.41.4

- 1} = 0.8114 ,

Lad2 ∝ { ( 71 )

0.41.4

- 1} = 0.7436

ε =0.8114 - 0.7436

0.8114×100 = 8.36(%)

[산업체 실제 운전 현황]

일반적으로 토출압을 과하게 설정하여 운전하는 경우에는 토출압력을 낮

게 설정 하여 운전하면 되나 실제 산업체에서 토출압을 높혀서 사용하

는 경우 다음과 같은 경우가 대분분이므로 주의가 요한다.

◦ 생산업체의 실제 운전 현황에 따른 문제점

가. 사용처 마다 필요 공기압력이 다르나 부하 변동에 따른 압력강하

를 대비하여전체 공기 배관을 Loop 배관으로 형성한 경우 저압사

용 공압기기에도 고압의 공기가 공급됨.

나. 배관의 굴곡 개소가 많거나, 공기 배관 설비의 노후로 인한 누설

로 인하여 사용처에서의 압력이 설계치 이하로 저하되어 공급되는

경우.

다. 설계보다 과한 배관 분기로 인한 관말에서의 압력 강하의 경우.

위의 경우와 같은 경우에 토출압만 낮춘다면 생산설비에서 문제가 발

생될 수 있으므로 주의 깊은 검토가 요망된다.

◦각 현황에 따른 개선대책

가. 압축공기는 고가의 에너지이므로 각 사용처 필요압력별로 배관라인

을 구분 하여 그에 해당하는 압력의 압축공기를 공급한다. 단 압력

별로 Loop 배관은 유지 시킨다.

나. 일반적으로 공기압축기 토출구에서 최종단 사용처 배관라인까지의

설계 압력 강하는 0.2kg/cm2이내이므로, 배관 굴곡 개소를 줄이고

누설 부위를 차단하여 압력강하를 줄임으로써 토출 압력을 낮춘다.

일반적으로 산업체 공기압축기 시스템에서 발생하는 누기율은 20%

이상이므로 이 문제를 해결한다면 용량, 압력등 여러면에서의 문제

점을 해결할 수 있으나 현실적으로 누기율을 줄이는 데는 다소 시간

이 걸린다.

다. 관말에 압력강하를 방지할 수 있는 용량의 Receiver Tank를 설치

한다.

*.현장 실재 압축기의 토출압력 및 부하율과 소비동력과의 관계 예

○ 컴프레샤의 사양

토출압력(kg/㎠G) 7

토출량(㎥/min) 40

용량조정(%) 0, 50, 100 3단계(흡입변 개방방식)

전동기 3.3kW, 300kW

○ 토출압력과 전동기동력(kW)

압력(kg/㎠G)

부하(%)7 6 5 4 3

100

50

226

156

216

150

205

144

190

134

166

120

○ 부하(풍량)과 전동기 동력(kW)

부 하(%) 0 50 100

토 출 량(㎥/min) 0 20 40

입 력(kW) 44 132 220

사용압력이 7kg/c㎡(부하율 : 100%)일 때 동력이 226kW이었던 것이

1kg/c㎡ 감소하여 6kg/c㎡가 되면 216kW로 떨어진다. 즉, 사용압력을

1kg/c㎡ 감소시켜면 소요동력을 약 4%정도 절감시킬 수 있다. 또 부하

율에 따라서 동력의 변화가 큼을 알 수 있다.

5) 압축공기의 누설방지

제어용이나 작업용으로 사용되는 각종기계나 전동 드라이버 등에서는

에어밸브나 실린더 등의 노후 팩킹이 좋지 않아 누설이 되는 경우가 많

다. 이때 정확한 공기의 누설을 측정하면 누설에 의한 낭비전력을 계산

할 수 있다.

공식 5 : 압축공기의 누설시 전력손실 계산식

Lad =k

k-1

P 1․Q․C

6,120 { ( P 2

P 1)

( k- 1 )k

- 1 }× 1μ(kW)

여기서 Q : 불출공기량(N㎥/min)

C : 유량계수

μ : 압축기 효율(%)

P1 : 흡입압력(대기압력)(kg/㎡․a)

P2 : 누설압력(kg/㎡․a)

[계산예] 현 토출압력 7kg/㎠의 압축배관에 직경 2mm의 찌그러진 구명이

생겼을 때 누설되는 공기에 의해 손실되는 전력의 개략치는?

(유량계수C=0.5 ,압 축기효율 60%임, 구멍 직경이 2mm이고,

유량계수(C)=1일 때, 0.3㎥/min)

Lad =

1.41.4-1

1×10 4×0.3×0.56,120 { ( 8

1 )( 1.4-1)

1.4

- 1}× 10.6

= 1.16(kW)

누설구경 대비 손실전력 6㎏/㎠ 기준

구경(mm) 구멍면적(㎟) 누설량(N㎥/h) 환산동력(kW)1 0.79 3.4 0.282 3.14 14.5 0.73 7.06 32.0 1.85 19.63 90.0 7.4

* 압축공기 누설율 측정방법

누설율(%)=t₁

t₁+t₂×100(%)

6) 고효율 압축기의 운전율 증대

각기기의 운전효율을 측정하여 가능한 고효율기기의 가동시간율을 증

대하고 효율이 낮은 기기를 예비기로 활용한다

그리고 동시 가동시에는 고효율기기를 베이스 기기로 저효율기기를 부

하 조정용으로 활용한다

가동년도와 비교하여 성능이 극히 저조한 기기는 over-haul를 실시토

록하고 그래도 성능복구가 않될시는 개체를 검토한다

7) 배관 손실의 저감

컴퓨레샤의 토출압력을 P1(kg/c㎡), 배관의 압력손실을 △P(kg/c㎡)로

한다면 사용처의 압력 P2는 P2 = P1 -△P(kg/c㎡)로 된다. 공기 사용처

에는 사용압력이 결정 되어 있으므로 △P가 클 경우 토출압력 P1을 높

게 할 필요가 있어 소요동력의 증가가 초래된다.

공기압 배관 1m당의 압력손실은

△P = 40.40 ×λ(T + 273 )Q 2

(P + 1.033)d 5 (kg/㎠))

여기서, P : 공기의 압력(kg/c㎡)

T : 공기의 온도(℃)

λ : 관마찰계수

d : 관내경(mm)

Q : 유량(Nℓ/min) 로 표시되어진다.

그러므로 앞에서 언급했다시피 △P가 감소하면 소비동력이 절감되므로

불필요한 밸브 및 배관 굴곡개소를 줄이고 충분한 굵기의 배관을 설치하

여 △P를 줄여야 겠다.

그리고 배관의 loop화 및 압력손실이 1kg/c㎡이상일시 배관경의 증대도

검토되어야 겠다

8) 공기 사용처의 합리화

① 사용압력의 저감운전

표에서도 알 수 있듯이 사용압력을 저감하면 확실히 동력은 감소하고

앞에서 서술한 누설량은 P1-P2에 비례하므로 P2가 대기압인 경우는 사

용압력(게이지압)의 평방근에 비례하여 누설량이 감소한다.

② 냉각용, 퍼즈용 공기를 핀방식으로 전환

단순히 냉각과 Purge(분사 및 오물제거)를 목적으로 하는 용도(즉, 소정

의 풍량만 얻으면 좋은 경우)에 대해서는 공기분사 방식을 핀방식으로

전환하는 것이 좋다. 예로서 저압스프레이 설비인 경우, 스프레이 압력

이 0.5kg/c㎡G 정도의 것은 핀으로 전환이 가능하다.

일반방식에 의한 압축공기는 1N㎥/min당 5～6kW의 동력을 요구하지

만 핀방식에서는 0.2～0.4kW박에 소요되지 않는다.(500～1,000mmAq,

100～500㎥/min인 경우)

③ 연속사용을 간헐사용화

노즐에서 공기를 분사하여 사용하고 있는 설비에는 밸브의 개폐를 전

자화하고 원격 조작 또는 설비와 연동하여 노즐 폐시간을 길게하여 압

축공기의 낭비를 없게 하고, 또 연속적으로 분사하고 있는 것은 간헐적

으로 분사할 수 있는지를 검토하여 실시한다.

9) Air Receiver Tank

Air Receiver Tank는 시스템내 맥동 감소, 응축수제거, 냉각, 압축공기

저장 여러 가지 기능을 갖고 있는데, 순간적으로 많은 압축공기가 사용

될 때 일정 범위의 시스템 압력을 유지할 수 있다. 또 자동운전이나

압축기의 부하/무부하 운전 횟수를 감소시켜 모타와 관련 부품의 수명

을 연장시킬 수 있다.

① Receiver Tank 용량 선정 방법

V ≥PA

P U-PL

×VC×T…

여기서, V : 배관 용량 + Receiver Tank 용량(㎥)

PA : 대기압(1.0332kg/㎠)

PU : 상한압력(kg/㎠)

PL : 하한압력(kg/㎠)

VC : 사용공기량(min : max compressor 토출공기량)

T : 허용압력 하강시간(min : Holding Time)

위 식를 보면 Receiver Tank 용량을 결정하는 데 있어서 가장 중요

한 변수는 T(Holding Time)임을 알 수 있다. 왜냐하면 나머지

변수는 공정 및 공기압 시스템에 관련하여 이미 정해져 있기 때문이

다

[예제] 운전중인 공기압축기 trip시 stand-by용 압축기가 공정에 지장

을 주지 않고 부하 운전이 가능하는데 필요한 Receiver Tank 용

량은?

단, PU=7.5kg/㎠, PL=6.5kg/㎠, V=43.5㎥(기존Tank 용량=40.3㎥,

배관내 체적=3.2㎥), VC=8,500N㎥/h, stand-by용 압축기 기동방식

: 직입기동방식

Holding Time =P U-PL

PA

×VVC

=8.5332-7.5332

1.0332×

43.5×3,6008,500

= 17.9(초)

모타를 직입기동하는 stand-by용 압축기가 기동하여 부하운전을 하

는데 소요되는 시간이 일반적으로 20～25초가 소요되므로 Holding

Time이 17.9초인 경우 공기압 시스템내 압력강하를 초래하여 문제를

야기시킬 수 있으므로 Receiver Tank 용량을 키워야함을 알 수 있다.

Holding Time을 30초로 할 경우 Receiver Tank 용량은 다음과 같다.

Receiver Tank 용량 =PA×VC×T

P U-PL

-배관내체적

=1.0332×8,500×30

(8.5332-7.5332)×3,600-3.2

= 70㎥

그러므로 기존 Receiver Tank용량이 40.3㎥이므로 29.7㎥만큼의

Receiver Tank를 증설하여야 한다.

② 압축기 동력별 일반적 Receiver Tank 용량

표 압축기 동력별 탱크 용량

압축기 동력 Receiver Tank 용량

30 ～ 50Hp 0.5 ～ 1㎥

50 ～ 100Hp 1 ～ 3㎥

100 ～ 200Hp 2 ～ 5㎥

200 ～ 300Hp 3 ～ 10㎥

300 ～ 500Hp 5 ～ 20㎥

단, 왕복동식 압축기는 압축시 맥동이 발생되므로, 보다 큰 용량을

써야한다.

9) 합리적 용량조절 운전 방법

1) 단일기의 경우

(1) 단속운전

Unload율 100%(무부하상태)올 운전하고 있는 경우에는 압축기 자체

를 정지시킨다. 즉 부하에 대응한 단속운전을 행한다. 무부하시의

소비동력은 스크류형인 경우는 정격동력의 약50%이고 왕복동식인

경우는 약20%로 상당히 크므로 단속운전을 하여 불필요한 손실을

줄여야 한다.

(2) 효율적 용량조정

그림 공기압축기의 성능곡선

관로저항R1

R2

P1P2토출량

L1

L2

축동력

Q2Q1 토출량

P1

L2

L1

토

출

압

․

축

동

력

ac

b

○ 용량조정의 원리

공기압축기의 성능곡선의 예를 표시한 것이다. 토출측 배관의 저항

이 R₁이고, 토출압P₁으로 운전하고 있다고 한다면 운전점은 a점이

고, 토출량은 Q₁,축동력은 L₁으로 된다. 만약 사용 공기량이 증가

할 경우 관내 압력의 저하로 관로저항은 R₁에서 R₂로 감소하여

운전점은 a점에서 변화하여 b점으로 되므로 토출압이 강하한다. 압축

기에서는 토출압을 일정범위로 운전하는 것이 원칙이기 때문에 그

토출압 저하를 압력조정변 또는 압력스위치로 검출하여 흡기변에 신

호를 보내 흡기변의 개도를 늘린다. 그때 압력곡선은 P₁에서 P₂로

변화하여 전환점 C점이 되고 압력은 종래의 P₁토출양은 Q₂축동력

은 L2로 된다. 즉, 사용공기량의 변화를 토출압력으로 검출하고, 토출

압력을 일정하게 유지시키는 것에 유의하여 부하(사용공기량)에 대처

조정한다.

○ 용량조정 방법

용량조정방법에는 연속식과 단계식 등이 있지만 압축기의 기종에

따라서 결정되어 진다.

2) 복수기의 경우

병렬운전을 하고 있는 경우에는 사용 공기량의 변동이 클 때 대수제어

를 하는 것이 효율적이다.

(1) 일반적 대수제어

대수제어에는 운전대수제어와 용량(부하)조정이 있다. 이 경우의 고

찰방법은 다음과 같다.

ⓐ 시동순서․정지순서

그림-23에서 시동순서는 1→2→3→4, 정지순서는 4→3→2→1이다.

ⓑ 용량조정

각 기기는 자체의 언로다에 의해 운전된다. 즉, 각기는 저마다의

압력조정변을 갖고 그 설정압에 의해 각 기의 용량조정을 행한다.

용량조정은 통상 0%, 50%, 100% 등의 단계로 나눌수 있다.

ⓒ 시동신호

그림-23에서 1호기, 2호기가 운전하고 있다고 할때 그 부하가

100%(언로드율0%)로 될 경우 3호기가 시동 운전상태로 되고 1,2,3

호기 모두가 부하 100%로 될 경우 4호기가 시동하게 된다.

ⓓ 정지신호

4대가 운전하고 있다고 할때 전기(全機)의 부하가 50%일 경우 우

선 4호기가 정지하고 다음에 운전중 3機의 부하가 모두 50%에 이

르면 3호기도 정지한다. 이 방법으로는 전기 가 거의 같은 부하율

로 운전하는 것이 된다. 즉, 정지할 때는 전기가 50%부하로 되지

않으면 안되기 때문이다. 이와 같은 부분부하 운전을 많이 실시하

게 되면 에너지절약 측면에서 운전효율이 나빠진다.

그림 일반적 대수제어

제어반

1

호

2

호

3

호

4

호

언

로

드

신

호

운전신호

기동반

진동기

압축기

압력조정

변 토출배관

(2) 효율적 대수제어

압축기는 100%부하일때가 최고 효율이 된다. 다수의 압축기가 부분부

하 운전하고 있는 것은 전력을 낭비하고 있는 것이 된다. 효율적 대수

제어로는 운전하고 있는 기는 전부 100%부하로 운전하는 것을 원칙으

로 하고 1대만을 변동부하에 대처하기 위해 용량조정을 행한다. 그림

-24, 25은 이 예를 표시한 것이다.

ⓐ 압력스위치를 토출배관에 부착, 사용공기의 압력변동을 직접 검지한

다.

ⓑ 시동․정지 순서

제일오래 정지하고 있는 것을 최초로 시동하고, 제일 길게 운전하고

있는것을 최초로 정지시켜 운전시간과 정지시간의 평균화를 유지한다.

ⓒ 시동신호

압력스위치의 설정치(압력저하)에 따라 ⓑ의 순서로 시동하고(압력상

승)에 따라 ⓑ의 순서로 정지한다.

그림 효율적 대수제어

제

어

반

1호 2호 3호 4호

운전신호

기동반

진동기

압축기

토출배관

용량조정신호

그림 운전 패턴의 예

50100

50100 100 100

100 100

50

506030

1호기 운전

2호기 운전

3호기 운전

전부하

1 시간

정지예정기가 부분부하를 담당하고

타기는 전부하(100%) 운전한다.

ⓓ 용량조정

정지예정기가 부분부하를 분담하고 타압축기는 전부하 운전한다.

3) 토출압력 정밀제어

대수제어로는 제어반의 기능관계상 압축기의 운전정지와 단계적 용량

조정(0,50,100%의 3단계 정도) 밖에 행할 수 없다. 따라서 단계적으로 교

체하므로 토출압력이 변동한다. 토출압력 정밀제어는 앞에 서술한 효율적

대수제어에 추가적으로 공기배관의 압력을 세밀히 검출하고, 각기의 용량

조정을 흡입변 조임 등에 따라 연속적으로 실시하고 압력변동폭을 작게하

는 것이다. 즉, (그림-25)에 있어서 부분부하운전을 행하고 있는 압축기의

부하를 단계적으로 하지않고 연속적으로 조정한다. 공기압축기의 병렬제

어에 있어서 방법별 비교는 표-8 과 같다.

표 공기압축기의 병렬제어

방 법

대수제어 부하(풍량)제어압 력

변동폭

전력

절약

효과방 법 신호원 방 법 신호원

수동제어 수동에따른운전․정지 없음각기에따른언로드부터

각기단독으로행함

각기에 있는

압력조정변,

압력 스위치

에따른다

대 소

간접부하

검출순위

기동

기동 :부하가 증가하는것에

지정한순위로기동

정지 :부하가 감안하는 것

에 기동의 순위와 역

순위로정지

각기 언로

드율에 따

른다

각기에따른언로드부터

각기단독으로행함

감기에 있는

압력 조정변,

압력 스위치

에따른다

중 중

직접부하

검출

로타리

순위기동

기동 :부하가증가하는것으로

정지시간이 긴 것부터

순서기동

정지 :부하가 감소하는 것으

로정지시간이긴것부

터 순서기동

토출측 공

동 배관 압

력 스위치

에따른다.

정지예정기(운전시간이

최고 길은것)만 언로드

부터 부하조정, 타기는

부하100%운전

정지예정기는

자체의

압력 조정변,

압력 스위치

에따른다

중 소

토출압력

정밀제어상동 상동

기본적으로직접부하검

출 로타리 순위기동과

같지만대수제어와연동

하고 있기 때문 압력,

변동폭이작다

토출측 공동

배관압력 스

위치에 따른

다

소 최대

마. 적용실시예

그림에 나타낸 것과 같이 종래의 운전은 11대 콤퓨레샤가 배치되어 A

그룹은 간접부하검출․순위기동, B, C그룹은 수동운전했다.

이것을 계통통합하여 B, C그룹은 수동운전으로 베이스로드를 담당시키

고 A그룹은 토출압력정밀제어로 실시한 결과 개조에 의한 효과는 아래

표에 나타났다. 대략적인 투자회수기간은 1년 정도일 것으로 판단되었다.

표 개조에 의한 효과

토출압력(평균치)[kg/㎠․G] 압력변동율[kg/㎠․G] 전력절감량(kWh/년)

종 래 6.8 종 래 0.61,304

개조후 6.2 개조후 0.2

그림 공기압 시스템의 개조예

A공장

B공장

C공장

D공장

C그룹 75kW×3대 B그룹 100kW×2대

개조후

종 래

밸브1, 2개공개

밸브1 폐

밸브2 개

A그룹 220kW×6대

밸브1

밸브2

3. 압축공기의 합리적 제습 방안

압축 공기내의 수분은 배관 라인내에는 부식 및 Scale을 발생시키고, 각

종 공압기기에는 오동작을 유발시켜 효율을 저하시킨다. 뿐만아니라 제품

의 질에 있어서도 좋지 않은 영향을 미치고 있다. 이에 압축기내의 수분을

제거하고자 여러 종류의 제습기가 개발되어 사용되어지고 있다. 이에 수분

생성의 원리 및 각각의 제습기 종류별 특성을 이해하여 에너지를 절감하

여야 겠다

.

① 수분 생성의 원리

공기는 자연 법칙상 온도가 높을 수록 압력은 낮을 수록 더 많은 수분

을 내포하게 된다. 즉, 압축공기의 온도를 낮추고, 압력은 높일수록 수

분 함유량이 적어진다는 것이다.

예를 들면 흡입전에는 대기의 상대습도가 낮다 하더라도 흡입후 압축

시 압력의 상승으로 흡입된 대기의 상대습도는 높아지게 된다. 통상

7kg/㎠의 공기압축기에서 흡입된 8㎥의 공기는 압축 후 1㎥로 줄어 들

게 된다. 그러나 대기압하 8㎥중에 포함된 수분의 양과 압축 후 체적이

줄어든 1㎥중의 수분의 양은 절대치에 있어서 변화가 없다. 따라서 압

축 후 상대습도는 공기압축기가 단열 압축을 한다고 가정했을 때 압축

전보다 8배 증가하게 된다. 만약 흡입전 공기의 상대습도가 30%라고

가정한다면 압축 후에는 240%가 된다. 그러나 상대습도란 100%가 최

대이며 그 이상의 수분은 수증기로 존재하지 못하므로 물로 응축하게

되며, 바로 이 140%의 수분이 응축수의 생성 원인이 된다. 그러나 실

제로는 압축기내의 변화가 단열 압축이 아니고 또한 압축으로 인한 공

기 온도의 상승으로 인해 140%의 수분이 응축수가 되지는 않지만 압

축기내에 인터쿨러를 설치하여 압축공기의 온도를 낮추는 이유중의 하

나가 위와 같은 원리에 의해서이다.

② 이슬점(Dew Point)

이슬점은 어떤 온도 및 압력조건에서 공기내 수분이 응축되기 시작하

는 온도로서 제습기 선정시에 중요한 요소가 된다. 이슬점은 대기압 상

태에서 응축이 시작되는 대기압하 이슬점(Atmospheric Dew Point)과

어떤 압력하에서 응축이 시작되는 압력하 이슬점(Presure Dew Point)

이 있으며, 공기압 시스템에서는 압력하 이슬점을 기준으로 제습기를

선정해야 한다. 왜냐하면 어떤 압력 조건에서 대기압 상태가 되면 체

적이 팽창하여 이슬점은 더 낮아지나 시스템 내에서는 그 압력 조건에

서 운전이 되기 때문이다. 그러므로 제습기 선정의 가장 간단한 방법

은 노출된 배관라인의 최저온도에서의 압력하 이슬점보다 조금 낮게

선정하면 공기압 시스템 내에는 수분이 발생되지 않는다.

[계산예] 흡입온도 30℃, 7kg/㎠로 압축후 제습기로 5℃까지 냉각제습

시 제거되는 수분량은?

• 30℃의 포화절대습도 : 30.3g/㎥

• 7kg/㎠압축공기 5℃를 대기압으로 환산한 온도(대기압하 노점온도) :

-20℃

• -20℃의 포화절대습도 : 1.607g/㎥

• 제거수분량 : 30.3g/㎥-1.607g/㎥= 29.233g

그림 대기압하 노점 환산표

표 대기압하 각 노점에서의 수분량

단위 : g-수분/㎥-노점의공기

노점(℃) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

90 420.1 433.6 448.5 464.3 480.8 496.3 514.3 532.0 550.3 569.7

80 290.8 301.7 313.3 325.3 337.2 349.9 362.5 375.9 389.7 404.9

70 197.0 204.9 213.3 222.1 231.1 240.2 249.6 259.4 269.7 280.0

60 129.8 135.6 141.5 146.6 153.9 160.5 167.3 174.2 181.6 189.0

50 82.9 86.9 90.9 95.2 99.6 104.2 108.9 114.0 119.1 124.4

40 51.0 53.6 56.4 59.2 62.2 65.3 68.5 71.8 75.3 78.9

30 30.3 32.0 33.8 35.6 37.5 39.5 41.6 43.8 46.1 48.5

20 17.3 118.3 19.4 20.6 21.8 23.0 24.3 25.7 27.2 28.7

10 9.40 10.0 10.6 11.3 12.1 12.8 13.6 14.5 15.4 16.3

0 4.85 5.19 5.56 9.95 6.14 6.80 7.26 7.75 8.27 8.12

-0 4.85 4.52 4.22 3.95 3.66 3.40 3.14 2.94 2.73 2.24

-10 2.35 2.18 2.02 1.87 1.73 1.60 1.48 1.36 1.26 1.16

-20 1.067 0.982 0.903 0.928 0.761 0.698 0.640 0.586 0.536 0.490

-30 0.448 0.409 0.373 0.340 0.309 0.281 0.255 0.232 0.210 0.190

-40 0.172 0.156 0.141 0.127 0.144 0.103 0.093 0.083 0.075 0.067

-50 0.060 0.054 0.049 0.043 0.038 0.034 0.030 0.027 0.024 0.021

-60 0.019 0.017 0.015 0.013 0.011 0.0099 0.0087 0.0076 0.0067 0.0058

-70 0.0051

③ 제습기 종류별 특징

공기로부터 수분을 제거하는 데는 비용이 소요되며, 공기를 더 많이

건조시키기 위해서는 더 많은 비용이 소요된다. 필요한 것보다 너무 큰

용량을 선정하면 비용을 낭비하게 되므로 에어 드라이어의 용량은 공

기압 시스템의 용도에 맞게 선정하여 실질적으로 운전비용이 절감되도

록 하는 것이 필요하다.

표 제습기 타입별 장단점 비교표

구분

압력하

노점

온도

Purge

율원리 및 장/단점

냉동식

드라이어4℃ -

압축공기를 냉동기로 냉각해서 수분을 응축하여 수분을 제거한

다. 설치/유지비용이 저렴하나 노점온도가 높아 정밀 또는 도장

공정에는 사용하기 어렵다.

흡

착

식

제

습

기

Purge형

(Heaterless)-40℃ 12

압축공기속의 수분을 알루미나겔과 같은 흡착제의 미세한 구멍에

모세관현상을 통해 수분을 흡착 제거하는 방식이며 흡착제 재사

용을 위한 건조시 생산한 건조공기를 이용하는 방식이므로 많은

퍼지에어가 소모되어 에너지 낭비가 심하다. 구조가 간단하고 고

장이 적으며, 수분제거율이 뛰어나다.

Heater형 -40℃ 8

Heaterless 타입과 제습방식은 동일하나 흡착제 건조방식이 전기

또는 스팀히터를 이용하므로 고장율과 제습제 손상이 많고 전기

에너지 소모도 많고 또한 쿨링시에 건조공기를 퍼지에어로 사용

하므로 압축공기 소모도 있다.

Non

Purge,

Heater형

-10℃ -

Heaterless 타입과 제습방식은 동일하나 흡착제 건조용 열원을

공기압축과정에서 발생되는 폐열을 이용하므로 전기에너지를 대

폭 절약할 수 있다. 그러나 흡착제가 고가이며, 노점온도가 높아

서 초정밀 공정에는 적합하지 않다.

Blower형 -40℃ 5Heater형과 같은 제습원리를 가지고 있으나 히팅시에 건조공기

를 퍼지에어로 사용하는 대신 블로워를 사용함으로써 퍼지에어를

줄여 에너지를 절감하는 에너지 절약형 제습기.

복합형 제습기 -60℃ 3.5

냉동식 제습기와 흡착식 제습기를 조합해서 구성되어 있으며, 전

단에 냉동식 제습기에서 수분을 90%이상 제거한후 후단에서 흡

착식 제습기로 완전 건조하는 방식이다. 초기 투자비용이 다소

소요되나, 수분 제거율이 뛰어나고 흡착식 제습기를 소형화할수

있기 때문에 유지비용이 기존의 흡착식보다 적게 든다.

※ 일반적으로 퍼지율은 위와 같지만 설정 퍼지압력에 따라 퍼지량이 달라지므로 진단

시에 반드시 설계 퍼지율을 확인해야 한다.

1) 제습 히팅 열원 변경

제습기 재생을 위한 히팅-열원으로 전기를 사용시 다른저가의 에너지

원을 사용

예로써 인근에 스팀열원이 있을시 1차로 스팀으로 가열을 하고 2차로

전기를 사용하는 방안강구

2) 제습기 재생 히팅용 공기사용 합리

일반적으로 히팅용 공기를 고가의 고압 건조 공기를 감압( 일반적으로

7kg/㎠을 1kg/㎠로)하여 사용하고 있어 에너지 낭비가 심함

히팅용 공기는 제습된 건조공기가 필요히 않고 또한 약 1kg/㎠의 압

력이 필요하므로 Roots-Blower를 활용 히팅용 공기를 공급하여 에너지

낭비를 방지하며

(히팅후 냉각용 공기는 제습된공기 사용 )

3) 제습기 CYCLE TIME 조정

제습기의 리버싱타임을 일정 시간에서 제습된공기의 노점에 따라 운전

토록하여 재생시간을 줄여 에너지 절감을 도모한다

가장 많이 쓰이고있는 흡착식 제습기의 경우 4시간 제습을 실시하고

재생을 위하여 2시간 가열 2시간 냉각을 실시 하고 있다

이는 하절기 흡입공기의 습도가 높은점을 기준으로 되어있으나 가을

및 동절기는 습도가 낮으므로 재습시간을 길게하여도 무방하나 무조건

일정시간이 지나면 바꾸어 운전을 실하고 있어재생의 여력을 활용히 못

하고있다

< 진단 사례 >

◇ Air Dryer 현황

구 분 현 황 비 고

A동

Dryer

냉동식 용량 : 15RT × 1기

흡착식

용량 : 3,100Nm3/h × 1기

흡착제 : Alu(알루미나겔) 970kg × 2

형식 : 가열식

송풍기 : 7.5kW

퍼지공기량 : 60Nm3/h

히터 외장식

(21kW×2)

◦흡착식 Dryer 운전현황

- 재생 시 전기 Heater 입력 전력 : 25.5kWh/2h

- 송풍기 부하 : 5.0kW(가열시에만 사용)

- Purge 공기량 : 처리 공기량의 5～8% 소비

※ 흡착제 Alumina의 수분 흡착량 : 0.2～0.3kg/kg-Alu

< 공기압축기 계통도 >

냉동식

Dryer200HP 100HP

#1

100HP

#2

100HP

#3

100HP

C/F

수냉식 Cooler

R/T

5㎥

흡착식 Dryer

C/F #1,2호 공급

AL동 공급

Trap

Trap

Tra

p

Close

◇ 개선대책

흡착식 제습기 전에는 After-Cooler와 냉동식 제습기가 설치되어 있어

대부분의 제습를 담당하고 있다. 건구온도 15℃와 상대습도 60%일 때

절대습도는 6.5(g/kg-공기)로 대기압에서의 노점온도는 약 11.5℃이며,

5kg/cm2g로 압축 시 노점온도는 약 41℃가된다. 이를 냉동식 제습기에

서 공기온도를 6℃로 냉동 건조할 경우 이것은 6℃의 가압 노점을 대기

압에서 약 -18℃의 노점으로 변화시키는 경우와 동일하다. 이와 같이 낮

은 노점을 갖는 공기는 절대습도가 1(g/kg-공기)이하로 매우 건조함.

그러므로, Timer에 의한 일정시간이 경과한 후 재생하는 방법에서 공

기노점관리 방법 채택(Dewpoint Controller 활용)으로 흡착식 Dryer의

재생 방법 개선이 필요하다. 흡착식 제습기의 제습시간을 연장하여 재생

주기를 조절하므로써 재생에 소요되는 에너지를 감소할 수 있다.

그리고, 제습한 압축공기의 노점을 측정하여 제습시간과 재생주기를

조절하는 Dewpoint Demand Control를 도입하여 에너지를 절감하도록

한다.

- Dewpoint Demand Control

압축공기의 Dewpoint Demand Control은 제습공기의 노점(Dewpoint)

을 측정하여 노점이 낮을 때에는 제습기의 Tower 교체를 보류하고 재

생 Tower는 증압된 상태에서 Purge 없이 대기하므로써 대기시간동안

에너지가 소비되지 않으며, 계절적으로 대기습도가 적은 동절기에 효과

가 크게 나타난다.

특히 본공장과 같이 2단 제습을 시행하는 경우 제습시간을 계절적으

로 조절 설정하거나, Dewpoint Demand Controller를 설치하여 운용할

경우 많은 에너지 절감이 가능하다.

다만, 흡착제의 성능은 설치 경과년수에 의하여 급격히 저하되는 특성

이 있으므로 관리에 각별한 주의가 필요하며 성능이 지나치게 저하되었

을 때에는 즉시 교체하여 압축공기의 손실이 발생되지 않도록 해야한다.

◇ 기대효과 계산

흡착식 제습기의 재생방법을 개선시 전력절감 기대효과는 다음과 같

다.

◦계산기준

- 압축공기 생산량 : 53.9Nm3/min

- 흡입공기 온도 : 22℃

- 흡입공기 상대습도 : 60%

- 흡입공기 절대습도 : 6.5g/kg-Air

- 흡입공기 비중 : 1.293kg/Nm3

◦압축공기 중 수분량

= 53.9Nm3/min × 1.293kg/Nm3 × 6.5g/kg-Air

= 453g/min

◦냉동식 제습기의 수분제거 후 수분량

*앞서 설명한 바와 같이 냉동식 제습기에서는 절대습도가 1(g/kg-

공기)이하로 제습 가능하나 본 계산에서는 제거율을 80%로 계산.

= 453g/min - ( 453g/min × 0.80 )

= 90.6g/min (= 0.0906kg/min)

◦ 흡착가능 수분량

* 이론상 수분 흡착량은 0.2～0.3kg/kg-Alu이나 0.2 적용.

= 970kg × 0.2kg/kg-Alu

= 194kg수분/Tower

◦ 제습 가능시간

= 194kg ÷ 0.0906kg/min

= 2,141.3min/tower (35.7시간)

* 재생효율 및 흡착효율을 고려하여 50%로 하면 약17시간

사용가능

◦개선 전 흡착식 dryer 재생시의 소비전력

- 기존방식 Cycle

․ 제습시간 4시간 × 3회/일 × 2Tower

․ Heating시간 2시간 × 3회/일 × 2Tower

․ Cooling시간 2시간 × 3회/일 × 2Tower

- Heating시 소비전력

․Heater 소비전력

= Heater 소비전력 × 재생횟수 × Tower수

= 25.5kWh/2h × 3회/일 × 2Tower

= 153.0 kWh/일

․송풍기 소비전력

= 5.0 kW × 2시간 × 3회/일 × 2Tower

= 60.0 kWh/일 - Cooling시 소비전력(Purge 소비전력)

․퍼지량

= Purge량(Nm3/hr) × 2hr × 3회/일 × 2기 ×

측정원단위(kW/m3)

= 60(Nm3/hr) × 2hr × 3회/일 × 2기 × 0.09(kW/m3)

= 64.8 kWh/일

- 재생시의 소비전력 계

= 153.0 + 112.2 + 60.0 + 64.8

= 390 kWh/일

◦개선 후 절감 전력량

* Alu의 제습 가능시간이 17, 23시간/tower이므로, 안전율을 고려

하고도 현재 4시간 제습에서 12시간 제습으로 service time을 연

장시킬 수 있으므로 재생에 소요되는 Heating 및 Cooling시간이

3회/일에서 1회/일로 감소하고 소비전력은 2/3가 절감될 수 있다.

- 개선방식 Cycle

․ 제습시간 12시간 × 1회/일 × 2Tower

․ Heating시간 2시간 × 1회/일 × 2Tower

․ Cooling시간 2시간 × 1회/일 × 2Tower

- 절감전력

= 개선 전 소비전력(kWh/일) × 절감율

= 390 × 2/3 = 260 kWh/일

4) AIR-TRAP 관리