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흡입공기 온도에 의한 용적형 공기 압축기 성능 변화
Effect of the Suction Air Temperature on the Performance of a Positive Displacement Air Compressor 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.21 no.2, 2017년, pp.89 - 94  

장지성 (부경대학교 기계시스템공학과) ,  한승훈 (부경대학교 일반대학원 기계시스템공학과) ,  지상원 (건설기계부품연구원 친환경기술본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pneumatic systems are widely applied in various industry because it have a many advantage(low cost, high safety, etc.). Air compressors supply the working fluid to the pneumatic systems and consume a lot of electrical energy at the manufacturing site. The one of the suggested idea is to reduce the e...

주제어

#Air Compressor   #Discharge Flow-rate   #Suction Temperature   #Compressed Air Energy  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 용적형 공기압축기를 대상으로 흡입 공기 온도를 달리하여 토출 유량, 토출 공기 동력을 시뮬레이션하고 이를 통해 흡입 공기의 온도 변화가 공기 압축기의 성능에 미치는 영향을 검토하고자 한다.
  • 본 논문에서는 흡입 공기의 온도를 낮추어 공기 압축기의 소비 에너지를 절감 하고자 하는 아이디어의 타당성을 검토하였다. 이를 위해 용적형 공기 압축기를 대상으로 흡입 공기의 온도를 달리하여 토출 질량유량, 누설 질량유량, 토출 공기 온도, 요구되는 로터 회전체의 입력토크 및 공기 동력 등에 관한 시뮬레이션을 수행하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 압축기 토출 측에 체결된 밸브가 대기와 연결되어 있다고 가정하였고, 이때 밸브를 통과하는 질량유량 G[kg/s]는 아음속영역에서는 식 (9)로, 음속영역에서는 식 (10)과 같이 각각 나타낼 수 있다.
  • 흡입 체적효율 ηv1도 압축비 및 로터 회전 속도에 대한 함수이나 압축비가 일정하며 로터 회전 속도가 정상 상태라고 가정하면 상수로 취급 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 공기 압축기가 가지고 있는 소비 에너지 관련 문제점은 무엇인가? 그럼에도 불구하고 공기를 압축할 때 발생되는 열은 대부분 버려지고 있어 공기 압축기의 효율은 여전히 낮은 수준에 머물러 있다. 이를 개선하기 위해 흡입 온도를 낮추어 토출유량을 증가시키는 방법으로 공기 압축기의 소비 에너지를 절감하고자 하는 아이디어가 제시되어 있다.
흡입 공기의 온도를 낮추어 공기 압축기의 소비 에너지를 절감 하고자 하는 아이디어의 타당성은 왜 떨어지는가? 이를 위해 용적형 공기 압축기를 대상으로 흡입 공기의 온도를 달리하여 토출 질량유량, 누설 질량유량, 토출 공기 온도, 요구되는 로터 회전체의 입력토크 및 공기 동력 등에 관한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 통해, 흡입온도가 5 K씩 감소하면 토출 질량유량과 누설 질량유량은 각각 약 1.9%, 1.8%씩 증가하며 토출 공기 온도는 약 1.7%씩 낮아지는 것으로 계산되었다. 이에 반해 공기 동력은 약 0.04% 증가하는데 그치는 것으로 나타났는데 이는 흡입 온도가 낮아지면 질량유량은 증가하나 압축공기의 비엔탈피 증가량은 오히려 감소하기 때문으로 판단된다. 따라서 전기에너지를 추가로 투입하여 열교환기 등으로 흡입온도를 인위적으로 낮추는 경우에는 흡입온도 감소에 따른 공기 압축기의 소비 에너지 절감 효과가 크지 않을 것으로 판단된다. 한편, 낮아진 흡입 공기 온도에 의해 토출 공기 온도가 과도하게 저하되면 후부 냉각기 및 건조기를 통과하는 압축 공기의 온도가 비정상적으로 낮아질 수 있고, 이로 인해 공기압 공급라인의 압력 저하가 발생될 수도 있으므로 이에 유의하여야 할 것으로 판단된다.
공기압축기의 효율을 증가시키는 다양한 시도의 성공 사례로 무엇이 있는가? 2) 우리나라의 산업구조가 일본과 유사하다는 점과 급속히 확대된 국내 자동화기기 보급현황을 고려한다면 국내 제조현장에서 공기압축기가 소비하는 전기에너지는 상기의 비율보다 상당히 클 것으로 예상된다. 이처럼 많은 에너지를 소비하고 있는 공기압축기의 효율을 증가시키기 위한 다양한 시도들이 행하여지고 있으며, 인버터 부착으로 기존 부하-무부하 운전방식을 대체하여 최대 약 20~30%의 에너지 절감을 이루어낸 것이 대표적 성공 사례라 할 수 있겠다.3)
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참고문헌 (9)

  1. M. Masaki, 2005, "Air Compressor", Energy Saving Center, Tokyo, pp. 31-33. 

  2. T. Takahashi, 1996, "Energy Saving for Pneumatic Systems", Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society, Vol. 27, No. 3, pp. 362-365. 

  3. YuJin Machinery Ltd., 2014, "Development of Oil Free Screw Inverter Compressor", Small and Medium Business Administration, Research Report, Korea. 

  4. J. JUN, 2014, "Flexible Air Cooling Device for Air Compressor", Korea Patent 1013608600000. 

  5. SimulationX R3.6, 2015, "Pneumatics Library Manual", ITI Gmbh, Germany, pp. 165-169. 

  6. LMS Amesim R14, 2015, "Two-phase Flow Libray Manual", Siemens Industry Software Ltd., Germany, pp. 97-102. 

  7. ISO/TC 131, 2003, "ISO 8778 Pneumatic Fluid Power - Standard Reference Atmosphere", International Organization for Standardization. 

  8. J. Jang, 2015, "The effect of parameter changes on the properties of an air spring", Journal of the Korean Society for Power System Engineering, Vol. 17, No. 1, pp. 64-68. 

  9. ISO/TC 131, 1996, "Displacement Compressors- Acceptance Tests", International Organization for Standardization. 

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