[논문]유압식 엘리베이터용 에너지 저감장치의 개발에 관한 연구

조인성

doi:10.5762/kais.2013.14.5.2106

유압식 엘리베이터용 에너지 저감장치의 개발에 관한 연구
A Study on the Development of an Energy Saving Unit for a Hydraulic Elevator 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.5, 2013년, pp.2106 - 2112

초록
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기존의 유압식 엘리베이터에서, 엘리베이터 카는 하강 제어 밸브에 의해 하강하며, 작동유의 유압 에너지는 하강행정 동안 손실 될 수밖에 없다. 본 연구에서는 하강행정 동안 손실되는 유압 에너지를 회수하기 위해서 유압식 엘리베이터용 하이브리드 형 에너지 저감 장치에 대해서 연구하였다. 회수된 에너지는 전기 에너지로 변환하여 저장하고, 저장된 에너지는 엘리베이터의 상승행정 동안에 보조 동력으로 사용하거나 다른 부품의 주동력으로 사용할 수 있다. 본 연구의 결과들은 에너지 저감 장치의 출력 특성이 안정적이고 양호하다는 것을 보여주고 있으며, 본 연구를 통하여 유압식 엘리베이터의 하강행정 동안 손실되는 에너지를 회수하는데 성공하였으며, 회수된 에너지를 재사용하는데 매우 유용하다는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In a traditional hydraulic elevator, elevator car is descended by down control valve, and the oil hydraulic energy must be lost during the descending stroke. In this paper, hybrid type energy saving unit for a hydraulic elevator is researched to save the hydraulic energy which is lost during the descending stroke. The energy is stored as converted electrical energy, and the saved energy is reused as the auxiliary power for the ascending stroke of elevator car or the main power of other parts. The results show that the output characteristics are stable and good and the research is successful and useful to reuse the saved energy during the descending stroke of elevator car.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목표는 엘리베이터가 상승할 때 생성된 위치에너지를 이용하여 엘리베이터가 하강할 때 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하고, 축전된 전기에너지를 엘리베이터의 재상승 시 전력의 일부로 보조하거나 관련 부품의 에너지원으로 사용하도록 하여 에너지 소비량을 저감할 수 있는 하이브리드 방식 유압식 엘리베이터용에너지 저감장치를 개발하고자 하였다.
본 연구의 목표는 엘리베이터가 상승할 때 생성된 위치에너지를 이용하여 엘리베이터가 하강할 때 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장하고, 축전된 전기에너지를 엘리베이터의 재상승시 전력의 일부로 보조하거나 관련 부품의 에너지원으로 사용하도록 하여 에너지 소비량을 저감할 수 있는 하이브리드 방식 유압식 엘리베이터용 에너지 저감장치를 개발하는 것이다.

제안 방법

05Ω의 저항을 장착하여 저항의 양 단자간의 전압을 측정하므로 써 흐르는 전류량을 환산할 수 있도록 구성하였다. Oscilloscope를 이용하여 측정한 제너레이터의 출력 Data는 컴퓨터를 이용하여 처리하도록 하였다.
따라서 에너지 저감 유닛의 성능을 파악하기 위하여 에너지 저감 유닛의 입구 측 고압라인에 테스트 유닛을 장착하여 엘리베이터 카가 승강할 때 작동유의 특성(압력, 유량, 온도 등)을 파악할 수 있도록 세계적으로 유압 시스템 측정 장비로 유명한 Hydrotechnik 사의 Hydro Turbine을 사용하여 작동유의 흐르는 유량을 측정하였으며, 압력은 동사의 PR15 압력 센서를 사용하였고, 작동유의 온도를 측정하기 위하여 동사의 PT100 온도센서를 사용하였다. 또한, 알터네이터의 회전수는 Webtec 사의 비접촉 rpm meter를 사용하여 측정하였으며, 각각의 센서들로부터 나온 신호는 Webtec사의 다 채널 Portable Data Logger를 이용하여 각각의 Data 값 및 그래프를 확인하고 Computer를 이용하여 실시간 측정 및 확인이 가능하도록 구성하였다.
따라서 에너지 저감 유닛의 성능을 파악하기 위하여 에너지 저감 유닛의 입구 측 고압라인에 테스트 유닛을 장착하여 엘리베이터 카가 승강할 때 작동유의 특성(압력, 유량, 온도 등)을 파악할 수 있도록 세계적으로 유압 시스템 측정 장비로 유명한 Hydrotechnik 사의 Hydro Turbine을 사용하여 작동유의 흐르는 유량을 측정하였으며, 압력은 동사의 PR15 압력 센서를 사용하였고, 작동유의 온도를 측정하기 위하여 동사의 PT100 온도센서를 사용하였다. 또한, 알터네이터의 회전수는 Webtec 사의 비접촉 rpm meter를 사용하여 측정하였으며, 각각의 센서들로부터 나온 신호는 Webtec사의 다 채널 Portable Data Logger를 이용하여 각각의 Data 값 및 그래프를 확인하고 Computer를 이용하여 실시간 측정 및 확인이 가능하도록 구성하였다. 또한, 엘리베이터 카가 하강 행정 중에 에너지 저감 유닛으로 공급되어지는 에너지는 유압 모터를 거쳐 제너레이터를 통하여 전기적 에너지로 전환되고 이 전기 에너지는 축전지에 저장되게 되는데, 이의 출력량을 측정하기 위하여 Memory Oscilloscope를 이용하여 제너레이터 출력단자의 발생 전압을 실시간 측정하고, 축전지로 충전되는 전류량은 제너레이터 출력단자에 0.
또한, 엘리베이터 카가 하강 행정 중에 에너지 저감 유닛으로 공급되어지는 에너지는 유압 모터를 거쳐 제너레이터를 통하여 전기적 에너지로 전환되고 이 전기 에너지는 축전지에 저장되게 되는데, 이의 출력량을 측정하기 위하여 Memory Oscilloscope를 이용하여 제너레이터 출력단자의 발생 전압을 실시간 측정하고, 축전지로 충전되는 전류량은 제너레이터 출력단자에 0.05Ω의 저항을 장착하여 저항의 양 단자간의 전압을 측정하므로 써 흐르는 전류량을 환산할 수 있도록 구성하였다.
14는 제너레이터의 회전수 변화에 따른 에너지 저감 유닛에서 출력되는 Output Power를 나타내고 있다. 본 연구에서는 에너지 저감 유닛의 측정 장치에 유량 조절 밸브를 장착하여 제너레이터의 회전수를 조정할 수 있도록 하여 엘리베이터 카의 하강 행정에서의 속도를 조절할 수 있도록 하였으며, 제너레이터의 회전수는 rpm meter에 의해서 측정할 수 있도록 하였다.
13 제어밸브 유닛의 릴리프 밸브를 조정하여 압력을 조정할 수 있으며, 엘리베이터 카의 부하와 릴리프 밸브를 이용하여 유압 시스템의 압력 특성 및 내압 성능을 파악할 수 있다. 부하 변동에 따른 특성을 파악하기 위해 엘리베이터 검사에 사용하는 분동을 사용하여 20 kN, 28 kN, 36 kN으로 변화를 주었다.
3은 본 연구를 통하여 설계·개발하여 제작한 에너지 저감 유닛의 실물 전경을 보여주고 있다. 실물 사진에서 에너지 저감 유닛의 상부에는 테스트를 위하여 다양한 계측 시스템을 장착한 모습으로 에너지 저감 유닛의 다양한 특성들을 측정 및 평가할 수 있도록 구성하였다.
이때 엘리베이터 카가 하강하면서 유압실린더 내에서 탱크로 돌려보내는 유압 작동유를 에너지 저감 유닛을 거치도록 회로설계를 하여 에너지 저감 유닛에서 유압 작동유가 가지고 있는 에너지로 유압 모터를 회전시키고, 이를 이용하여 제너레이터를 회전시켜 전기 에너지를 발생시켜 축전지에 저장하여 재사용할 수 있도록 하여 손실되는 에너지를 회수하도록 구성하였다.
이러한 조건에서 엘리베이터 승강에 따른 압력 변동을 측정하였다. 엘리베이터 카의 하중이 증가할수록 상승 행정 중 발생되는 압력은 증가하고 있음을 알 수 있다.

성능/효과

따라서 엘리베이터의 상승 과정에서 생성된 유압 에너지가 손실로 이어질 수밖에 없게 된다. 그러나 본 연구의 에너지 저감 유닛을 통하여 손실 되는 유압 에너지를 회수하여 재사용할 수 있도록 하는데 성공하였으며, 결과에서 보여 지듯이 에너지 저감 장치의 출력 특성도 안정적이고, 양호한 결과를 도출할 수 있었다.
엘리베이터 카의 하중이 증가할수록 상승 행정 중 발생되는 압력은 증가하고 있음을 알 수 있다. 그러나 하강 행정 중의 압력의 변동은 상대적으로 그 변동성이 작음을 알 수 있으며, 엘리베이터 유압 시스템의 내압 성능은 약 10 MPa 이상의 압력에서도 무리 없이 작동하고 있음을 확인할 수 있었다.

후속연구

그러므로 본 연구의 에너지 저감 장치를 활용한다면 유압식 엘리베이터의 에너지 효율을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유압식 엘리베이터의 유압시스템이 고가인 이유는?	그러나 유압식 엘리베이터의 유압시스템은 1set당 가격이 로프식 엘리베이터보다 고가이며, 그 원인은 유압시스템이 전량 독일, 이탈리아 등에서 직수입되기 때문이다[1]. 핵심 파트를 수입에 의존하기 때문에 유저의 에너지 저감, 동력효율향상 등에 대한 요구에도 즉각 대응이 어려운 실정이다.
	특수용 엘리베이터는 2008년에 몇 대 정도 설치되었는가?	1970년대 후반 국내 엘리베이터 제조업이 시작된 이후, 산업의 발전에 맞추어 엘리베이터 관련 산업도 성장하였으며, 2009년에는 연간 26,097대의 엘리베이터를 설치하는 수준이다. 그 중에서 특수용 엘리베이터는 2008년 1,342대, 2009년 905대로써 매년 900~1,400대 정도가 신규 설치되었으며 화물용이 대다수를 차지하고 있고 큰 부하가 가해지기 때문에 로프식보다 유압식 엘리베이터를 주로 채용하고 있다.
	엘리베이터의 상승 과정에서 생성된 유압 에너지가 손실로 이어지는 이유는?	기존의 유압식 엘리베이터에서는 이미 상승행정에서 유압실린더에 공급되어져 있는 작동유를 제어밸브의 작동만으로 적절한 유량을 제어하면서 유압 탱크로 돌려보내면서 엘리베이터 카의 하강 속도를 제어하며 엘리베이터 카를 하강시킨다. 따라서 엘리베이터의 상승 과정에서 생성된 유압 에너지가 손실로 이어질 수밖에 없게 된다.

참고문헌 (6)

S. H. Jung, "Development of the Hydraulic Gear Pump for an Elevator", Journal of Korean Soc. of Mechanical Technology, Vol. 13, No. 4, pp. 117-124, 2011

상세보기
J. S. Lee, "Behavior Analysis of Elevator Door", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 8, No. 5, pp. 991-994, 2007
Y. H. Kim, "Development of Elevator Door System with Linear Induction Motor", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 12, No. 8, pp. 3617-3625, 2011 DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2011.12.8.3617

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K. D. Hwang, D. S. Kim and D. S. Lim, "Hydraulic System Control Using H Infinite Control Technique", Journal of Korean Soc. of Mechanical Technology, Vol. 11, No. 1, pp. 45-51, 2009
Y. H. Kim, "Study of Drive Control System for Ropeless Elevator", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 8, pp. 3634-3641, 2012 DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.8.3634

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D. H. Yang, K. Y. Kim, S. Heo, M. K. Kwak and J. H. Lee, "Development of a Solenoid Control Technique for the Suppression of Noise and Vibrations of the Brake System of Elevator Traction Machine", Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 22, No. 5, pp. 451-458, 2012 DOI: http://dx.doi.org/10.5050/KSNVE.2012.22.5.451

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동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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