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현장에서 할 수 있는 에너지 절감 대책
 
이 기사는 일본 工業調査會 발간 [機械와 工具]지 2010년 8월호에서 전재한 것입니다
 
월간 기계기술기자 | 2011.02.21 | 2011년 2월호
 
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유엔평화대사인 왕가리 마타이 씨가 주목한 「MOTTAINAI(‛아깝다’라는 뜻의 일본어)」 사상은 일본문화의 저변에 흐르는 전통사상이다. 기업도 경영자에서부터 사원 한사람 한사람에 이르 기까지 「MOTTAINAI」 사상이 보급된다면 사내에서 에너지 절약을 자연 그대로 실시할 수 있다. 고효율 에너지설비 도입, 대수 제어, 에너지 전환, 집중감시 등의 에너지 절약 대책은 많은 기업에서 실시하고 있으며 사내에서 전개할 수 있는 사례도 많다. 그러나 자사 설비에 대한 제품 특유의 에너지 비용 최소화를 실현하려면 외부 정보에만 의존하는 데는 한계가 있다. 우선 자사 고유의 문제를 발굴하는 것이 중요하다.
  본고에서는 현장에서 할 수 있는 개선 테마의 발굴 및 가공기계의 에너지 절약 대책에 대해 기술한다.
1. 현장의 에너지절약 개선 테마 발굴
<표 1>에서는 가공현장에서 흔히 볼 수 있는 「MOTT -AINAI」사례를 나타낸다. 여기에 열거된 사례는 실제로 현장에서 흔히 발견된다. 자원 낭비 사용, 사용법 등 기본적으로 가정생활과 공통되는 내용이라고 말할 수 있다. 자신의 눈으로 직접 현장을 「본다」, 손으로 「만져본다」, 피부로 「느낀다」, 귀로 「듣는다」 등, 오감을 총 동원하여 찾으면 감춰진 이 같은 문제들을 얼마든지 발견할 수 있을 것이다.
  다음은 에너지절약 개선과 관련하여 테마 발굴방법 몇 가지를 검토하기로 한다.
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1.1 개선점에 따른 테마 발굴
  자기 직장의 에너지절약 관점을 개선점으로 조업·설비를 총망라해서 체크하여 테마를 발굴하는 방법이다. 개선 관점의 예로 사용되고 있는 항목과 그 내용을 <그림 1>과 <표 2>에 나타 낸다.
 
 1.2 순찰(patrol)에 의한 테마 발굴
  「MOTTAINAI」 사상으로 현장을 잘 관찰한다. 3현(現)주의(현장·현물·현상) 관점에 입각하여 일상관리로 눈을 돌린다. 에너지절약 순찰은 효과적인 테마 발굴 방법이다. 이때 「에너지절약을 주역」으로 「낭비가 있으면 가설을 세우고」 , 「에 너지절약 센서인 인간의 오감」을 이용해서 실시한다.
  일례를 들면 다음과 같다.
 ■ 압축공기, 증기, 흡입공기 등의 누출 소음을 귀로 듣는다. 조용히 작동하는 설비가 정지됐을 때(야간, 점심시간대 등)의 누출 순찰
 ■ 고온부 방열, 증기 누출, 기계의 낭비 동작, 조명 점등 등은 눈에 보인다.
 ■ 이상 가열, 이상 반응은 냄새로 알 수 있다.
 ■ 손으로 만져보면 온도·습도·풍속 등을 알 수 있다. 피부로 실온, 바람의 흐름을 알 수 있다.
 
  그리고 휴일이나 야간 순찰에서는 「가동되지 않을 때 에너지를 소비하는 설비가 없는가?」를 관찰할 수 있다. 그 다음에는 「발굴한 낭비가 왜 발생하고 있는가?」를 조사·분석한다.
  그러한 근본적인 요인을 추구함으로써 본질적인 에너지 절약 대책을 도모할 수 있고 또 다른 설비와 연계하여 전개 및 응용도 할 수 있다.
  순찰하여 발굴한 낭비요소를 조사하고 불필요한 낭비라면 즉시 삭감할 수 있다. 그러나 그 중에는 필요한 낭비도 있는데그 부분을 어떻게 줄이느냐가 본래의 에너지절약 활동이다.
  필요한 낭비를 분석하다 보면 종전부터 습관적으로 일어난다 거나 설비가 기동할 때 발생하는 문제, 엄격한 품질관리 등의 이유가 많다.
  어떤 클레임에 대한 많은 대응책 중의 하나로, 「가공설비는 365일, 24시간 정지하지 않는다」라는 기준이 설정되어 수정되지 않고 있는 케이스가 있다(운전자도 안이한 생각으로 문제 의식을 갖지 않는다). 필요한 낭비를 에너지 절약 테마로 하면 큰 효과를 기대할 수 있다.
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1.3 시각화에 의한 테마 발굴(<그림 2>)
 「에너지 소비의 변화」를 한눈에 쉽게 알 수 있는 상태로 하면 에너지 과제가 무엇인지 알게 된다. 휴대용 전력계, 온도 계, 조도계, 미압(微壓)계 등에 의한 각 설비를 측정함으로써 정량화와 도표화를 통해 한눈에 의문점과 과제를 알 수 있어 여러 가지의 가설을 세울 수 있다. 「왜 야간에 많은 전력을 사용할까?」, 「정지되지 않은 기기는 없는가?」 이 같은 의문과 과제에 대한 조사가 테마 발굴로 이어진다. 시각화 대상(공장 전체→부문→공정라인→설비→기기)과 시간(월간→일간→시간 →분→초)을 세분화하면 문제 발견이 쉬워진다.
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1.4 관리지표에 의한 테마발굴(<그림 3>)
  공장의 에너지절약 관리지표는 원(原)단위이지만 측정설비를 충분히 갖추지 못한 현장에서는 독자적인 관리지표가 필요 하다. 기계가공 일례에서는 부하율을 지표로 일일관리 그래프로 과제를 발굴하고 대책을 세운다(<그림 4>). 부하율 계산식은 다음과 같다.
  부하율=연삭하고 있는 시간 / 설비 가동시간 = 가공 개수x ×1개 연삭시간 / 설비 가동시간 이하에서는 그 예를 나타낸다.
 ① 현상 : 어제에 비해 오늘은 부하시간율이 떨어졌다.
 ② 원인 : 가공 개수가 적어졌다.
 ③ 대책 : 가공량이 적을 때는 설비 기동시간을 늦춘다.
 
 1.5 설정조건 검토에 따른 테마 발굴
  품질, 설비, 조업 등에는 많은 표준이 제정되어 있지만 설정치에는 낭비가 포함되어 있는 경우도 많다. 제품·기계·환 경의 변화, 품질·설비·조업의 여유 등을 검토함으로써 에너지 절약으로 이어지는 일이 많다.
  사용 에너지압 상하한치, 온도 상하한치, 전압, 부하 상한, 속도 상하한치 등의 값에는 반드시 여유가 있다. 이것을 얼마나 작게 하느냐가 에너지 절약의 큰 포인트이다. 「증기압에 정말 0.8MPa가 필요할까?」, 「정말 속도를 더 이상 올릴 수 없을까?」, 「검사 실온으로 365일 25℃가 필요할까?」 등, 여러 가지의 현상을 의심하여 철저히 추급(追及)하다 보면 테마 발굴로 이어진다. 이 경우 「본래 여유는 있기 마련이다」라는 신념으로 추구하는 것이 중요하다. 업자에게 상담하여 여유 정도를 파악해서 시행하고 문제가 없으면 설정을 변경한다.
 
 1.6 기능 추구와 원리원칙에 따른 테마 발굴
  기계·기구에는 각각의 목적과 본래 기능이 있고 자연현상도 포함한 원리원칙이 있다. 작업자를 위한 공조인가? 아니면 제품·기계를 위한 공조인가에 따라 공조의 기능과 대응도 달라진다. 세정·가공 공정에서 사용되고 있는 압축공기에 의한 에어 블로의 원리원칙 예(<그림 5>, <그림 6>)와 현재 상황을 비교하면 테마를 발굴할 수 있다.
 ■ 분무각도→14°(적정 분무범위)
 ■ 적정한 단면적비→3:1(적정 압손)
 ■ 블로 시간→5초 이하(평면 대상)
 ■ 대상물과 노즐 선단과의 적정 거리→노즐 내경의 50배 이내(고속류 영역에서의 블로)
 ■ 노즐 내 필요 압력→0.2MPa(0.2MPa 이상의 압력은 낭비이다) 원리원칙상으로는 이론식 구축, 실험, 측정, 시행 등을 수반하는 일이 많다.
2. 가공현장의 에너지 절약 대책
일반적인 가공공정은 기계가공(거친가공, 정밀가공)과 세정(세정, 물기빼기, 건조) 공정으로 크게 나눌 수 있다. <그림 7>에서는 기계가공의 에너지 흐름을 나타내는데 대부분이 전기에너지로, 직접 가공설비에서 사용되고 압축기에서 압축공기 제조, 공조용(가스식 냉난방도 있다) 및 공조조명 등에 사용 되고 있다. <표 3>에서는 기계가공 관련 에너지 절약 대책 아이템을 나타낸다.
  전자동, 자동, 수동 등의 가공설비 내에서는 주축 모터, 유압펌프 및 유온(油溫) 조절설비, 쿨런트 펌프, 집진 팬, 칩반송 등에 전기가 사용되고 있다.
  한편 세정 공정에서는 온수 히터(전기 또는 증기), 펌프 및배기팬, 물기빼기용 에어, 건조용 히터(전기 또는 증기) 및 순환팬, 반송 모터 등에 사용되고 있다. 그 외에도 핸드 에어건, 디버링 장치, 반송설비 등에서 에너지가 사용되고 있다.
  NC 선반에 사용되는 에너지 비율 예를 <그림 8>에서 나타 내는데, 연삭하지 않을 때 장시간 운전하고 있는 유압펌프, 유온조절 장치, 집진기(미스트 콜렉터), 저압 쿨런트 등의 에너지 소비비율이 높고 연삭에 필요한 에너지는 12% 정도이다.
  <그림 9>에서 나타내는 바와 같이 설비도입 에너지에 대해 사용자측은 과잉 투입 등의 낭비, 조업·관리손실, 설비 고유의 손실 및 유효 에너지로 구분할 수 있다.
  「유효 에너지 이외에는 모두 낭비이다(사례에서는 88%)」라고 생각함으로써 낭비의 크기를 인식할 수 있고 사고범위를 확대하면 많은 에너지절약 테마를 발굴할 수 있다. <표 4>에서는 NC 선반의 에너지절약에 관한 사례를 나타낸다.
3. 가공기계의 과제와 향후 대응
기계 가공기는 에너지절약 면에서도 드라이/세미드라이 가공, 각종 인버터/타이머 기동 정지화, 에너지절약 대응 시스템화, 동기화 등이 실시되고 있다. 한편 생산성 향상 및 마이크론 가공 수준의 고정밀화 등에 수반하는 에너지 소비량도 확실히 증가하고 있다. 이 같은 점들을 토대로 다음과 같은 사항들이 과제라고 생각한다.
  <표 4> 가공현장에서 볼 수 있는 「MOTTAINAI」 사례 NC 선반은 다양한 업계에서 사용되고 있는데 에너지 면에서 보면 많은 낭비요소를 발견할 수 있다.
  대표적인 낭비와 에너지 절약 아이템 사례를 소개한다.
 
 ■ 범용성이기 때문에 개별 사용에는 적합하지 않고 고압 쿨런트를 다량 분사하는 것처럼 여유로 인한 낭비 발생
 ■ 개별 최적화를 위해 개별 압축기 설치 및 저부하 조업 등으로써 공장 전체의 최적화에 따른 낭비 발생
 ■ 고정밀도 안정적인 가공을 추구한 나머지 유온조절기, 공조기 등이 야간과 휴일에도 연속 운전하여 낭비 발생
 ■ 전자동화에 따른 메이커 주체의 설정 및 관리로 현장개 선의욕이 줄어든다.
 
 이 같은 과제에 대해 메이커측 에너지절약 가공기 개발, 사용자측 에너지절약 조업/관리/설비 개선 그리고 메이커와 사용자측의 협동으로 개발·개선해 갈 필요가 있다.

 
TAG :  가공현장  에너지  에너지졀약
 
 
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