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논문 상세정보

공작기계 냉각시스템의 에너지 절감 알고리즘

Energy Saving Algorithms for Cooling Systems in Machine Tools

Abstract

Machine tools usually consume more energy in cooling systems than in spindle motors. This is largely because circulation pumps in the cooling systems are continuously powered to measure the temperature of spindle motors. In this paper, energy saving algorithms are proposed, which modify this behavior of the circulation pumps in such a way that the circulation pumps run only when it is likely that the information on the temperature is critical to bang-bang control of compressors in cooling systems. A mathematical model is established that explains heat transfer phenomena near the spindle motors. The power consumptions are measured for individual components in a machine tool, and the parameters that appear in the mathematical model are estimated. Computer simulations are performed with the estimated parameters, and the results are compared with the experimental ones. It turns out that a large amount of energy can be saved by using the proposed method.

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에너지 절감 기술
산업기계의 에너지 절감 기술을 확보하는 것이 필요한 이유는 무엇인가?
에너지 가격의 상승은 제조 원가 상승의 직접적 원인으로 작용하므로 국내 제조업의 가격경쟁력을 유지하기 위하여

2에 나타낸 바와 같이 국내 산업용 에너지 가격이 2000년도 이후 상승하고 있고 앞으로도 상승세가 지속될 것으로 전망된다.4 에너지 가격의 상승은 제조 원가 상승의 직접적 원인으로 작용하므로 국내 제조업의 가격경쟁력을 유지하기 위하여 산업기계의 에너지 절감 기술을 확보하는 것이 필요하다.

머시닝센터
머시닝센터의 에너지 소비 효율을 향상시키기 위해 제시되고 있는 방안에는 무엇이 있는가?
하드웨어 자체의 에너지 효율을 향상시키는 방안과,6 소프트웨어적으로 에너지 관리 시스템을 도입하는 방안

3에 나타낸 Mori Seiki사의 머시닝센터 소비에너지 분석자료에 의하면,5 냉각 관련 장치의 에너지 소비수준이 약 54%로 절삭에 소비되는 10% 수준보다 높은 것으로 나타나, 냉각 관련 주변장치의 에너지 소비 수준을 낮출 필요가 있음을 알 수 있다. 하드웨어 자체의 에너지 효율을 향상시키는 방안과,6 소프트웨어적으로 에너지 관리 시스템을 도입하는 방안이5,7-9 머시닝센터의 에너지 소비 효율을 향상시키기 위한 방안으로 제시되고 있다.

머시닝센터 냉각시스템
머시닝센터 냉각시스템의 소비에너지를 절감할 수 있는 알고리즘 중 작업 대기 시 냉각수의 온도를 사용하는 알고리즘의 장단점은 무엇인가?
주축의 온도를 측정하기 위해 냉각이 필요 없을 때에도 순환펌프를 주기적으로 작동시켜야 하는 단점이 있지만, 냉각시스템의 설계를 변경하지 않아 기존 머시닝센터를 소프트웨어적으로만 변경하여 사용할 수 있게 하는 장점이 있다.

기존 냉각시스템 내 순환펌프가 냉각을 위한 목적 외에 온도 측정을 위해 지속적으로 동작하여 낭비하는 에너지를 절감할 수 있도록 알고리즘이 구성되었다. 제시된 알고리즘 중 작업 대기 시 냉각수의 온도를 사용하는 알고리즘은 주축의 온도를 측정하기 위해 냉각이 필요 없을 때에도 순환펌프를 주기적으로 작동시켜야 하는 단점이 있지만, 냉각시스템의 설계를 변경하지 않아 기존 머시닝센터를 소프트웨어적으로만 변경하여 사용할 수 있게 하는 장점이 있다.

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참고문헌 (12)

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