에어 드라이어 A부터 Z까지

• 압축 공기란 무엇이며 주로 어디에 사용되나요?

오늘날 압축공기는 모든 분야의 공장 및 산업 현장에서 주요 동력원으로 사용되고 있습니다.

일반적으로 전기가 모든 동력원이라고 생각하시겠지만, 알고 보면 압축 공기(공압)를 동력원으로 사용하는 곳도 많습니다. 이미 알고 계시겠지만, 우리 생활 속에는 익숙한 사례들이 많이 있습니다. 예를 들면 타이어를 교체하기 위해 볼트를 풀고 조이는 공구도 전기를 이용하는 전동 렌치가 아니라 압축공기를 동력으로 하는 공압 렌치입니다. 타이어에 공기를 주입할 때 쓰이는 공기도 바로 압축공기입니다. 뉴스에서 볼 수 있는 반도체 생산라인에서 작은 칩을 심는 자동화 장비, 천을 짜는 자동 직조기, 자동차를 조립하는 로봇 등에도 압축공기가 사용됩니다. 이제는 자동화라고 하면 곧 공압 시스템이라는 등식이 성립될 정도입니다. 압축 공기는 가구, 선박 등 대부분의 산업 제품을 제조하는 데 필요한 공정인 도장에도 사용됩니다. 또한 압축공기를 사용하는 산업은 전기 및 전자 제품, 기계, 화학, 정밀 가공, 심지어 식음료 제조 및 의료 장비와 같은 모든 산업을 포괄합니다.

• 압축 공기의 오염이 문제가 되는 이유는 무엇인가요?

대기를 압축하는 과정에서 공기 중에 포함된 수분, 먼지, 오염물질 등 각종 불순물이 공기 중으로 빨려 들어가 압축공기 내에 농축됩니다.

이러한 오염 물질은 배관 부식, 밸브 막힘, 기기 막힘, 각종 공압 장비의 오작동, 코팅 불량 등과 같은 압축 공기 시스템의 요소에 심각한 손상을 일으킬 수 있으며 결국 이러한 심각한 오염 물질은 제품 고장, 생산 라인 중단 및 품질 저하와 같은 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어 반도체 제조 공정에 물이 스며들면 불량품이 생산되거나 습기로 인해 자동화 라인이 작동을 멈추는 경우가 있습니다. 또한 코팅 작업 중 수포가 형성되면 자동화 라인의 표면이 손상됩니다. 압축 공기의 접촉 면적이 넓어지면 손상 및 제품 고장이 발생하고, 습기로 인한 손상 범위가 매우 넓어 압축 공기를 사용하는 거의 모든 공장에서는 에어드라이어 설치가 필수적입니다.

• 응축수가 생기는 이유는 무엇인가요?

일반적으로 압축 공기는 대기압의 8배로 압축됩니다.

압축 후 부피는 1/8로 줄어들지만 상대 습도는 8배 증가하여 많은 양의 물이 생성됩니다.
수분은 온도가 상승하거나 압력이 낮아지면 액체에서 기체, 즉 수증기로 모양이 바뀝니다. 그러나 온도가 높거나 압력이 낮으면 수증기로 무한정 변화할 수 없습니다. 어떤 온도와 압력 조건에서 단위 부피당 포함할 수 있는 수증기의 양은 자연 법칙에 의해 결정되며, 이 값을 포화 수증기량이라고 합니다. 현재 수증기와 포화 수증기의 비율을 상대 습도라고 합니다. 상대 습도가 100%일 때 유입되는 수증기는 수증기가 아닌 물로 바뀝니다. 대기 중 수증기와 함께 빨아들인 공기를 압축하는 과정에서 수분 함량은 변하지 않기 때문에 상대 습도가 증가합니다.
일반적으로 압축 공기는 대기압의 8배로 압축됩니다. 이 이야기는 압축 후 부피는 8분의 1로 줄어들지만 물의 농도는 8배 증가한다는 것을 알려줍니다. 매우 건조한 겨울에도 상대 습도는 약 30%이며, 보통의 경우 사람들이 쾌적하다고 느끼는 상대 습도는 약 40~60%입니다. 상대 습도가 60%일 때 이 공기를 압축하면 물의 농도는 480%가 되고, 100%는 수증기로 존재하며, 나머지 380%는 응축수(물)로 전환됩니다.

 

• 습기는 어떻게 제거할 수 있나요?

냉동식 에어드라이어는 압축 공기를 냉각하고 그 안에 포함된 수증기를 응축하여 수증기를 근본적으로 제거하는 가장 간단한 방법을 사용합니다.

특정 압력에서 온도가 낮을수록 포화 수증기의 양이 줄어드는 원리를 이용하는 방식은 업계에서 가장 널리 사용되는 냉동식 에어드라이어입니다. 냉동식 에어 드라이어에는 압축 공기를 냉각하는 열교환기와 냉매를 순환시키는 냉동 컴프레서가 있습니다. 이 유형의 냉동식 에어드라이어는 압축 공기 부하에 관계없이 24시간 동안 냉동 컴프레서를 지속적으로 작동합니다.압축 공

• PCM 에어 드라이어란 무엇인가요?

일정한 온도에서 얼었다 녹는 상변화 물질을 적용하여 냉동 컴프레서의 On/Off 동작을 제어하면서 에너지를 절감하는 제품입니다.

PCM 드라이어는 열교환기에서 특정 온도에서 얼었다 녹는 상변화 물질을 채택하고 있습니다. 냉동 컴프레서에서 응축기를 통해 열교환기로 보내진 냉매가 PCM을 얼리면 냉동 컴프레서의 작동이 중지됩니다. 냉매가 순환하지 않더라도 동결된 PCM이 압축공기를 지속적으로 냉각시켜 탈수시키는데, 이 시간 동안 전력 소모가 없어 에너지가 고르게 절약됩니다. 압축 공기가 지속적으로 유입되면 PCM이 서서히 녹습니다. PCM이 완전히 녹으면 냉동 컴프레서가 다시 작동하고 PCM을 동결하는 과정을 반복합니다.

• PCM 드라이어의 에너지 절약 효율은 어느 정도인가요?

85% ± 10%입니다.

물론 에어드라이어가 설치된 현장마다 운영 조건이 다르기 때문에 일률적으로 계산하기는 어렵습니다. 하지만 2016년 PCM 에어드라이어가 출시 이후 지난 1년간 국내에는 약 300여 대가 설치되어 평균 85% 이상의 에너지 절감 효율을 보이고 있습니다.

• 에너지 절약 효율이 85%라고 하면 과장된 수치처럼 보이나요?

PCM 에어드라이어의 실제 에너지 절감률은 연중 80% 이상으로 확인되었습니다.

아래 그래프와 같이 한국의 계절별 평균 기온 조건에서 100% 유량으로 운전해도 에너지 절감 효율이 65% 이상입니다. 항상 100% 압축 공기를 사용하는 현장은 거의 없으며, 사용량이 매우 많은 지역에서도 최대 순간 유량이 80%를 넘지 않고 누적 평균 유량이 정격 유량의 40~50% 미만인 경우가 많습니다.

• 100마력급 에어드라이어의 소비 전력을 비교해보면 타사 에어드라이어의 소비 전력은 Jemaco보다 높지만 소비 전력이 낮은 제품이 더 많습니다. 심지어 일부 에어드라이어의 전력 소비량은 1.5kW인 반면 PCM 드라이어는 약 2.6kW입니다. 동일한 정격 조건에서 높은 전력 소비 수치로 인해 PCM 에어드라이어가 비효율적이지 않나요?

에어드라이어가 100마력 용량으로 설계된 경우 적절한 전력 소비량은 약 2.55kW입니다.

1.5kW인 경우 100마력 에어 컴프레서의 유량을 처리할 수 있는 자격을 갖추지 못한 제품일 가능성이 높습니다. 일반적인 냉동식 에어드라이어는 냉동 사이클의 냉각 열 부하를 줄이기 위해 압축 공기가 증발기로 유입되기 전에 배출구에서 압축 공기와의 열 교환으로 냉각되는 프리쿨러를 통과하는 구조를 채택하고 있습니다.
에어드라이어의 냉각 용량은 프리쿨러의 열 교환 효율에 따라 결정됩니다. 100마력 냉동식 에어드라이어의 열량은 약 35,800Btu/h이며, 프리쿨러와 칠러의 열 분배 비율은 50:50입니다. 냉동 사이클에 필요한 냉각열은 17,900Btu/h이며, 냉동 컴프레서의 정격 소비전력은 제조사, 사용 냉매, 컴프레서 종류에 따라 다르지만 일반적으로 2.5~3.5kW 범위에서 분포되어 있습니다. 따라서 콘덴서 팬의 소비전력을 고려할 때 에어 드라이어의 정격 소비전력은 2.5kW 이상이 정상이며, 이보다 훨씬 적은 제품이라면 100마력의 압축공기 유량을 감당하지 못하는 냉동 사이클이 적용될 가능성이 매우 높습니다.

• 다른 에어드라이어 제조사나 에어컨과 같은 유사 제품 제조사에 PCM을 적용한 사례가 있나요?

Jemaco는 세계 최초로 PCM을 적용한 에어드라이어의 개발 및 상용화에 성공했습니다.

국내 대표 S전자뿐만 아니라 미국, 유럽의 에어드라이어 제조사에서도 동일한 기술을 적용한 상변화형 에어컨을 개발하기 위해 많은 노력을 기울여 왔습니다. 하지만 기술적 한계로 인해 성공한 사례는 아직 없습니다. 이 꿈의 기술을 이용해 PCM 에어드라이어를 개발했고, 20마력부터 3,000마력까지 전체 용량에 걸쳐 80~90%의 에너지를 절감하는 제품으로 상용화한 것은 Jemaco가 세계 최초입니다.

• 에어 컴프레서에 비해 에어드라이어의 에너지 절약 효율이 낮지 않나요?

VSD 에어 컴프레서는 에너지 절약 효율이 10~15%에 불과하지만 PCM 드라이어는 80~90% 이상 에너지를 절약할 수 있어 효율이 비교할 수 없을 정도로 뛰어납니다.

가변 속도 제어 방식의 VSD 시스템은 오일 순환을 위해 최소 40% 이상의 에너지 소비가 필요하기 때문에 에너지 절감에 큰 제약이 있습니다. 반면, PCM 드라이어는 온/오프 제어 방식으로 냉동 컴프레서가 작동할 때만 에너지를 소비하기 때문에 1시간 동안의 실제 작동 시간은 총 5~10분 정도입니다. "끄기" 기간 동안 에너지 절약이 이루어집니다. 100마력 VSD 에어 컴프레서의 에너지 절감률은 10~15%(약 10kW)에 불과하지만 PCM 드라이어는 80~90%의 에너지를 더 절약합니다.

• 에너지 절약 제품으로 인버터 기술을 사용하는 제품이 많이 있습니다. 차이점은 무엇인가요?

인버터 방식은 부하가 걸리지 않아도 냉동 컴프레서의 윤활유 순환을 위해 최소 속도(약 40%)로 운전해야 하기 때문에 결국 일정량의 에너지가 소모될 수밖에 없습니다.

쉽게 말해 신호대기 모드에서 엔진이 공회전하면서 연료를 소모하는 가솔린 자동차가 인버터식 에어드라이어라면, PCM 드라이어는 장시간 신호대기 시 시동이 꺼지는 전기차와 같습니다. 그러나 자동차의 경우 신호 대기 중 공회전 시간이 총 주행 시간보다 적습니다. (가솔린 차량의 경우 시동을 꺼서 에너지 낭비를 조금이라도 줄일 수 있는 에코 모드가 있습니다.) 에어드라이어의 경우 용량 대비 평균 압축 공기 사용량과 계절별 평균 열 부하(흡입 공기 온도 및 주변 온도)를 고려하면 평균 공회전 시간은 85% 수준입니다.
그 이유는 실제 가동 조건이라고 할 수 있는 한국의 연평균 기온이 15℃ 미만이기 때문입니다. 실제로 에어드라이어의 사용 상태를 살펴보면 평균 압축 공기 사용량이 최대 용량보다 훨씬 적습니다. 또한 연중 가장 많은 열부하 조건에서도 안정적인 탈수가 가능해야 하므로 에어드라이어의 용량을 결정하기 위한 설계 조건으로 여름철 38°C를 기준으로 설계해야 합니다. 따라서 연평균을 보면 냉각 용량이 여유가 있는 경우가 많습니다. 이것이 바로 PCM 드라이어가 85%의 에너지를 절약할 수 있는 이유입니다. 이 때문에 드라이어 입구 온도를 50℃로 설계 조건으로 설정한 '고온 에어드라이어'는 더 많은 에너지를 낭비하고 있습니다.
반면, 주변 온도에 따른 공기 압축기의 전력 소비량 차이는 매우 작습니다. 따라서 에너지 절약을 위해 인버터 공기 압축기를 사용하더라도 절감률은 10 ~ 15 %에 불과합니다.

• 비순환식 냉동식 에어드라이어를 PCM 드라이어로 교체할 경우 투자 회수 기간은 어떻게 되나요?

약 2.6년입니다.

다음은 100마력 공기 압축기용 에어드라이어의 예입니다. 100마력용 PCM 드라이어의 전력 소비량은 약 2.6kW입니다. PCM의 평균 에너지 절감 효율이 85%이고, 자동차 부품 제조업체와 같은 3교대 공장에서 300일 풀가동하고 전기요금이 110원이라고 가정하면 연간 전기 절감 비용은 1,750,000원입니다. (2.6×0.85×24×300×110 = 1,750,320)
100마력 에어 컴프레서용 PCM 드라이어의 가격은 약 4,620,000원이므로 이를 연간 절감 비용으로 나누면 투자 회수까지 약 2.6년이 걸립니다. (4,620,000/1,750,320 = 2.6)

• 신규 설치 또는 증설 시 PCM 드라이어와 비순환식 냉동식 에어 드라이어의 투자 회수 기간은 어떻게 되나요?

약 2.8개월입니다.

다음은 100마력 공기 압축기용 에어 드라이어의 예입니다. 100마력 공기 컴프레서용 PCM 드라이어의 전력 소비량은 약 2.6kW입니다. PCM의 평균 에너지 절감 효율이 85%이고, 자동차 부품 제조업체와 같은 3교대 공장에서 300일 풀가동하고 전기요금이 110원이라고 가정하면 연간 전기료 절감 비용은 1,750,000원입니다. (2.6×0.85×24×300×110 = 1,750,320)
100마력 비순환식 냉동식 에어 드라이어의 가격은 약 4,200,000원, PCM 드라이어의 가격은 4,620,000원이므로 PCM 드라이어를 선택하면 차액인 420,000원을 투자해야 합니다. 이는 2.8개월의 투자 회수 비용을 연간 절감액으로 나눈 값입니다. (420,000 / 1,750,320 x 12 = 2.8)

• 대형 PCM 드라이어의 가격이 비싼 이유는 무엇인가요?

최대 99.8%의 기름 제거 효율을 제공하는 에너지 절약형 오일 프리 제품입니다.

에어 드라이어가 제공해야 하는 기본 성능인 안정적인 노점 및 탈수 성능조차 무시한 제품들이 시중에 많이 나와 있습니다. PCM 드라이어는 4±2°C의 이슬점과 완벽한 탈수 성능을 제공합니다. 또한 드라이어에는 저온 응집 필터가 내장되어 있어 압축 공기에서 오일을 효과적으로 제거합니다. 세퍼레이터 후면에서 나오는 냉각된 공기에는 상당한 양의 액체 오일이 포함되어 있으며, 이 오일은 콜드 코알레싱 필터를 통해 제거됩니다.
드라이어 하류에 오일 제거 필터를 설치하면 드라이어 배출구의 공기 온도가 높아 증기 상태의 오일이 많이 존재하기 때문에 제거가 어렵습니다.

• 하지만 너무 비싼 것 같은데요.

오일 제거 효율이 최대 70%인 시스템을 설치하기 위해 드라이어와 별도로 필터를 구입하여 설치하는 총 비용과 대형 PCM 드라이어 1대를 구입하는 비용을 비교해 보시기 바랍니다.

압축 공기에 대한 오일 제거가 우려되는 현장에서는 에어드라이어와 오일 제거 필터를 후단에 설치합니다. 이를 위해서는 드라이어와 필터를 연결하기 위한 배관이 필요하므로 추가 비용과 공간이 필요합니다. 차압으로 인한 운영 비용 손실도 배제할 수 없습니다. 그러나 제품 내부에 콜드 코알레싱 필터가 내장된 대형 PCM 드라이어가 있다면 이러한 모든 번거로움이 해결되고 비용만 비교해도 훨씬 더 유리할 것입니다.

• 콜드 코알레싱이 필요한 이유는 무엇인가요?

전기, 전자, 반도체, 페인트 등 오일 프리가 요구되는 산업은 물론 고품질을 추구하는 모든 산업에서 완벽한 오일 제거에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

그러나 고가의 무급유 컴프레서 비용을 지불해야 하는 경우, 저렴한 비용으로 오일 공급 컴프레서의 압축 공기 무급유 수준에 가까운 완전한 탈수를 가능하게 하는 콜드 코알레싱을 권장합니다.

• PCM과 PCM PLUS의 차이점은 무엇인가요?

PCM 드라이어가 표준 드라이어라면 PCM PLUS는 필터 일체형 고온 일체형 드라이어라고 할 수 있습니다.

PCM PLUS의 정격 유입 공기 온도는 50°C, 주변 공기 온도는 35°C로 최대 60°C의 유입 공기 온도를 지원하면서도 PCM 시리즈가 제공하는 최대 99%의 높은 에너지 효율을 유지할 수 있습니다. 사전 및 사후 필터가 드라이어에 내장되어 있어 제품 설치, 유지 관리 및 수리가 간편합니다.

• PCM PLUS는 올인원 타입인데 애프터쿨러가 없는 이유는 무엇인가요?

적절한 드라이어를 사용하는 경우 건조기 전면에 애프터 쿨러가 필요하지 않습니다.

일반적으로 제품이 에어드라이어로의 유입 공기 온도 조건과 유입 공기의 유량을 만족하는 경우 드라이어 자체에서 충분한 냉각 및 탈수 기능을 제공하므로 에어 컴프레서 뒤와 에어드라이어 앞에 애프터 쿨러를 설치할 필요가 없습니다. 잘못된 상식은 고객의 소중한 돈을 낭비하는 것입니다. 고온 제품도 마찬가지입니다. 에어드라이어가 보장하는 조건 범위 내에서 애프터 쿨러를 설치하지 않고도 탈수 성능을 제공해야 합니다. 그러나 일부 저렴하고 성능이 떨어지는 에어드라이어는 전면부의 애프터 쿨러를 탈수해야만 드라이어에서 잔류 수분을 제거할 수 있습니다. 따라서 쿨러 후에 설치하는 것이 일반적입니다. 30HP 이상의 공기 압축기는 일반적으로 스크류 타입이며 일반적으로 애프터쿨러가 내장되어 있습니다. 고온 토출 공기는 30마력 미만의 소형 왕복식 공기 압축기에서만 발생하며, 고온 드라이어는 애프터 쿨러가 없는 미국의 30마력 미만의 소형 왕복식 공기 압축기를 위해 원래 개발되었습니다. 국내 시장에서는 스크류 컴프레서에 애프터쿨러가 내장된 고온용 에어 드라이어를 설치하는 경우가 많아 애프터쿨러를 중복 설치하는 경우가 많습니다. 이는 다른 나라에서는 찾아보기 힘든 잘못된 관행으로 인해 제대로 된 성능을 발휘하지 못하는 에어드라이어 제품에 대한 불신 때문입니다. PCM PLUS는 고온의 작업 환경에서도 안정적인 노점 및 탈수 성능을 제공하는 에어드라이어입니다.

• PCM이란 무엇인가요? PCM의 원재료가 무엇인지, 유해한지 아닌지 궁금합니다.

PCM은 상변화 물질의 일반적인 명칭으로, 무해한 유기 화합물입니다.

일정한 온도에서 상이 변하는 물질의 일반적인 이름입니다. 일반적으로 물을 들 수가 있습니다. (대기압 0°C~100°C에서 얼음↔물↔수증기로 상변화가 일어날 때 잠열이 방출되거나 흡수됩니다.)
PCM은 극한 환경에 노출된 우주인을 보호하기 위한 충전재로 개발되어 현재는 주로 아이스팩, 핫팩 등에 사용되는 매우 친숙한 소재이며 녹는점과 잠열량에 따라 여러 가지 종류로 분류됩니다.
압축 공기를 냉각 및 응축하고 배수 배출을 최적화하도록 설계된 PCM은 인체에 무해한 PCM 드라이어에 적용됩니다. (하지만 먹어서는 안 됩니다)

• PCM의 수명은 얼마나 되며, 객관적으로 증명할 수 있나요?

PCM의 수명은 반영구적입니다.

일반적으로 제조사가 제품의 수명을 언급할 때, 제품의 수명은 시간이 지남에 따라 마모되거나 성능이 저하되는 부품의 수명에 따라 제품의 수명이 달라집니다. 그러나 PCM은 완전히 밀폐된 열교환기 내부에서 단순한 물리적 작용으로 동결과 용융을 반복하는 물질로 실질적으로 구동되는 부품이 아니며, PCM의 상태에 따라 잠열을 방출하거나 흡수하기 때문에 건조기의 수명을 결정짓는 요인이 되지 않습니다. 물이 얼고 녹기를 수천 번 반복해도 물의 성질 변화에 대해 걱정하지 않아도 되는 이유와 같습니다.
단, PCM의 온도를 120°C까지 급격히 높이거나 외부 환경에 장시간 노출(뚜껑을 열고 밀봉하지 않고 장시간 보관하는 경우)할 경우 PCM의 특성 및 잠열량이 변경될 수 있습니다. 하지만 PCM은 단열재로 외부 환경과 차단된 열교환기 내 완전히 밀폐된 공간에 채워져 상변화 효과만을 이용하기 때문에 수명이 반영구적입니다.

• PCM이 얼면 물처럼 부피가 커져서 얼었다가 터지나요?

PCM은 냉동 시 부피가 줄어들기 때문에 동결 및 파열 위험이 없습니다.

물은 지구상에서 얼었을 때 부피가 증가하는 유일한 물질입니다. 우리는 일상 생활에서 물과 매우 친숙하기 때문에 일반적으로 얼면 부피가 커진다는 것은 상식입니다. 얼음의 부피가 증가하는 것은 물 분자 사이의 수소 결합 때문입니다. 물 분자의 수소 결합률은 15% 미만입니다. 얼면 수소 결합이 완전히(100%) 이루어지면서 규칙적인 얼음 결정이 만들어지고 결정 사이의 공극 부피가 증가합니다. 그러나 PCM은 일반적인 물리적 특성과 함께 냉동 시 부피가 증가하지 않기 때문에 동결 현상으로부터 자유롭습니다.

• 열교환기 내부에서 PCM이 누출될 가능성은 없나요?

당사의 모든 열교환기는 헬륨 누출 테스트 후 제품에 적용되므로 안심하셔도 됩니다.

에어드라이어에 사용되는 열교환기는 헬륨 누출 테스트를 가장 신뢰성 있게 통과한 제품만을 드라이어에 적용하고 있으며, 10년 이상 해외에 수출하고 있습니다. Jemaco는 드라이어 제조사로서 30년 노하우를 축적하고 모든 열교환기를 철저하게 검사한다는 자부심을 가지고 있습니다.