KR102343985B1 - 보스 일체형 임펠러가 구비된 송풍 시스템 - Google Patents

Abstract

일정 지역에 구비되어 공조 시스템으로서 기능하는 송풍 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 송풍 시스템은 상기 일정 지역에 송풍을 수행하는 송풍기; 상기 송풍기에 공급되는 전력을 제어하는 인버터; 상기 인버터에 제어신호를 송신하는 제어부; 및 상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 하나에 구비되어 상기 일정 지역 및 상기 송풍기의 상태를 측정하는 센싱부;를 포함하고,
상기 센싱부는, 상기 송풍기의 모터측 및 임펠러측에 구비되고, 상기 모터 및 임펠러의 실제 RPM을 측정하는 RPM 측정부; 상기 임펠러측에 의하여 발생하는 풍량과 풍압을 측정하는 풍량/풍속 측정부; 상기 모터에 공급되는 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 운전 시 발생하는 진동을 측정하는 진동 측정부; 상기 송풍기의 케이싱으로부터 외부로 누설되는 경로의 저항을 측정하는 절연저항 센싱부; 상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 복수의 위치에서 상기 모터 및 임펠러 중 적어도 일부의 에지 영상과 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 측정부; 상기 일정 지역에 위치하는 사람 및 상기 일정 지역에서의 움직임을 감지하는 재실감지부; 및 상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 한 측에 구비되어 주변의 소리를 레코딩하는 소음 측정기;를 포함하고,
상기 제어부는 재실 감지부, RPM 측정부, 풍량/풍속 측정부 및 전류 측정부로부터 측정 데이터를 전달받아 상기 인버터를 제어한다.

Description

보스 일체형 임펠러가 구비된 송풍 시스템{Blower system with integrated boss impeller}

본 발명은 보스일체형 임펠러가 구성된 송풍기의 제어 및 모니터링 방법에 관한 것이다.

송풍기는 블레이드와 같은 임펠러가 구비되어 상기 임펠러의 회전에 의해 바람을 형성시키는 장치로서, 송풍기에는 임펠러를 회전시킬 때, 회전축을 보호시키기 위한 보스 등이 체결되어 있다.

이러한 보스의 구성이 포함된 송풍기(임펠러)의 종래기술로는 등록특허공보 제1351093호에 허브부와, 상기 허브부에서 방사형으로 뻗어나가는 복수개의 날개를 포함하는 날개부와, 상기 허브부에 마련된 방진보스를 포함하는 송풍팬에 있어서, 상기 방진보스는 모터의 회전축이 삽입되도록 중공이 형성된 제1보스부재와, 상기 제1보스부재를 외부에서 감싸도록 마련되고 외측으로 상기 허브부가 성형되는 제2보스부재와, 상기 모터의 회전에 의한 진동을 흡수하도록 상기 제1보스부재와 제2보스부재 사이에 마련되는 방진부재를 포함하고, 상기 제1,제2보스부재는 사출성형되고, 상기 방진보스는 상기 제1,제2보스부재를 인서트하여 사출성형되고, 상기 송풍팬은 상기 방진보스를 인서트하여 사출성형되고, 상기 제2보스부재는 상기 방진부재와 밀착하는 바디부와, 상기 바디부에서 방사 방향으로 연장된 후에 아래로 절곡되어 상기 바디부와의 사이에 홈을 형성하는 돌출부를 포함하고, 상기 허브부가 상기 제2보스부재의 홈의 내부에 채워진 것을 특징으로 하는 송풍팬이 등록공개되어 있다.

또 다른 종래기술로는 공개실용신안공보 20-1996-0037859호에 소, 중형선풍기의 임펠러에 있어 모터축에 끼워지는 임펠러의 축보스가 파손 방지되는 동시에 축삽입공이 마모되더라도 항시 긴축되는 고안되므로서 선풍기 수명증대 및 안전성이 보다 보장되도록 안출된 소, 중형선풍기용 임펠러의 축보스에 관한 것으로서, 깨지기 쉬운 경질체로 이루어진 임펠러의 날개와 날개보스부 및 보스지지부와는 달리 연질체로 이루어진 축보스를 별도 구비하여 상기한 보스지지부에 의해 지지되도록 구성하고, 이러한 축보스의 축삽입공 주변에 절결홈에 의해 각기 분리되는 압축편을 구비하도록 하는 한편 압축편 외부에 탄압스프링을 설치하여 모터축이 축삽입공으로 삽입되면 탄압스프링의 압력에 의해 압축편이 모터축을 긴축되게 잡도록 이루어지게 한 소, 중형선풍기용 임페러의 축보스가 공개되어 있다.

이와 같은 종래의 송풍기는 사용전력이 환경이나 상황에 관계없이 일정하기 때문에 불필요한 전력이 낭비되는 문제가 있었다.

본 발명은 사용 전력을 최소화할 수 있는 송풍기 시스템 및 그 제어방법을 제공한다.

일정 지역에 구비되어 공조 시스템으로서 기능하는 송풍 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 송풍 시스템은 상기 일정 지역에 송풍을 수행하는 송풍기; 상기 송풍기에 공급되는 전력을 제어하는 인버터; 상기 인버터에 제어신호를 송신하는 제어부; 및 상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 하나에 구비되어 상기 일정 지역 및 상기 송풍기의 상태를 측정하는 센싱부;를 포함하고,

상기 센싱부는, 상기 송풍기의 모터측 및 임펠러측에 구비되고, 상기 모터 및 임펠러의 실제 RPM을 측정하는 RPM 측정부; 상기 임펠러측에 의하여 발생하는 풍량과 풍압을 측정하는 풍량/풍속 측정부; 상기 모터에 공급되는 전류를 측정하는 전류 측정부; 상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 운전 시 발생하는 진동을 측정하는 진동 측정부; 상기 송풍기의 케이싱으로부터 외부로 누설되는 경로의 저항을 측정하는 절연저항 센싱부; 상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 복수의 위치에서 상기 모터 및 임펠러 중 적어도 일부의 에지 영상과 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 측정부; 상기 일정 지역에 위치하는 사람 및 상기 일정 지역에서의 움직임을 감지하는 재실감지부; 및 상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 한 측에 구비되어 주변의 소리를 레코딩하는 소음 측정부;를 포함하고,

상기 제어부는 재실 감지부, RPM 측정부, 풍량/풍속 측정부 및 전류 측정부로부터 측정 데이터를 전달받아 상기 인버터를 제어한다.

또한 상기 제어부는 상기 모터 측의 열화상 측정부로부터 설치 초기의 촬영 영상과 운전 중 촬영 영상을 전달받아 비교하여 위치의 변이 정도를 산출하여 방진 스프링의 상태를 판정할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 소음 측정부로부터 레코딩된 데이터를 전달받아 레퍼런스 데이터와 비교하여 구름베어링의 결함주파수 대역에 포함되고, 동시에 상기 열화상 측정부로부터 전달된 촬영 영상으로부터 상기 구름 베어링 주변의 열적 화상이 불균일한 경우 구름베어링이 손상된 상태로 판정할 수 있다.

또한 상기 제어부는 상기 송풍기의 정지 시 열화상 촬영 데이터와 상기 송풍기의 운전 중 열화상 촬영 데이터로부터 에지 데이터로부터 위치 변이량을 측정하고, 시간에 따른 상기 위치 변이량을 푸리에 변환을 통한 주파수 성분이 많을수록 축 정렬불량이 심각한 것으로 판정할 수 있다.

본 발명에 따른 보스 일체형 임펠러가 구비된 송풍 시스템 및 그 제어방법은 작업작의 상황 및 환경에 따라 전력을 유동적으로 조절함으로써 전력절감의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 송풍기를 나타내는 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제1 센싱부를 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제2 센싱부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 개선전(본 실시예에 따른 송풍 시스템 미적용 시) 사용 전력량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 개선후(본 실시예에 따른 송풍 시스템 적용 시) 사용 전력량을 나타내는 그래프이다.
도 7은 개선 전 후 일일 사용량을 비교하기 위한 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 송풍 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍 시스템을 나타내는 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 송풍기를 나타내는 개략도이다. 또한 도 3은 일 실시예에 따른 제1 센싱부를 나타내는 블록도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 제2 센싱부를 나타내는 블록도이다.

모니터링 서버(400)는 제어부(300)로부터 각종 제어상태, 환경 센싱값 및 상태 센싱값들을 전송받아 관리자가 확인하고 이를 기초로 제어부(300)에 각 구성부들에 대한 제어를 수행할 수 있는 유저 인터페이스를 제공한다. 제어부(300)로부터 전달되는 데이터로는 인버터(200)의 제어상태, 이를 통한 송풍기(100)의 제어상태 및 복수의 센싱부(250)들로부터의 센싱값들이 해당할 수 있다.

제어부(300)는 인버터(200)를 통하여 송풍기(100)를 제어하고, 인버터(200), 송풍기(100) 및 센싱부(250)로부터 데이터를 수집 또는 전달받아 이를 기초로 제어를 수행함과 동시에 이를 모니터링 서버(400)에 전달하는 기능을 수행한다. 또한 제어부(300)는 모니터링 서버(400)로부터 관리자의 지시 데이터를 전송받아 이에 따른 제어신호를 인버터(200), 송풍기(100) 및 센싱부(250)에 전달하거나 제어를 수행한다. 즉, 제어부(300)는 공기조화계통(HVAC)제어 장치에 연동제어를 구축하고, 인버터 제어, 전력분석, 전력저감제어를 수행한다. 제어에 필요한 입력신호는 재실, 불꽃, 분진 등에 대한 센싱값 즉, 재실 감지부, RPM 측정부, 풍량/풍속 측정부, 전류 측정부 등을 통하여 파악하는 작업장 환경에 따라 인버터를 제어하여 공급 전력을 최적화한다.

인버터(200)는 송풍기(100)에 구비된 교류 모터를 제어한다. 교류　모터는 회전속도, 모터의 극수,　주파수와의 사이에 다음의 관계식이 성립한다.

식 [1] ??????

(N：회전속도(rpm),　f：주파수(Hz),　P：모터의 극수,　s：모터의 미끄러짐)

인버터는 주파수를 바꾸어 모터의 회전속도를 바꾼다.

센싱부(250)는 복수의 센서들을 구비하여 작업장(50)의 환경, 상태를 비록하여 송풍기(100)의 제어에 따른 작동상황 등을 감지하여 데이터를 제어부(300)로 전송한다. 센싱부(250)에 대하여는 이 후 구체적으로 설명한다.

송풍기(100)는 작업장(50)에 구비되어 공조 시스템으로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 송풍기(100)는 내부공간이 형성되어 있는 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 내부에 장착되는 임펠러(120)와, 임펠러(120)의 회전중심으로서 케이싱(110)의 외부로 돌출되는 중심축에 회전구동력을 부여하는 모터(140)로 이루어진다.

임펠러(120)에는 보스(150)가 일체가 되도록 결합된다. 모터(140)의 구동축은 임펠러(120)의 중심축과는 연결장치(160)에 의해 서로 연결되어 있어 모터(140)의 구동력이 임펠러(120)에 전달된다. 연결장치(160)는 임펠러(120)의 중심축과 모터(140)의 구동축에 체결되어 모터(140)의 구동력이 임펠러(120)에 전달되도록 한다. 임펠러(120)에는 보스(150)가 일체로 형성되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 센싱부(250)는 제1 센싱부(260)와 제2 센싱부(270)를 포함한다.

일반적으로는 관리자가 직접 임펠러측 및 모터측의 진동 속도값 (mm/s rms)을 측정하고, 임펠러측 및 모터측의 밸런스를 육안으로 확인하며, 온도값 측정 데이터를 비교하고, 베어링 이상소음 및 상태를 확인하는 과정을 통하여 이러한 체크 사항들을 확인함으로써 이상유무를 판단하게 되며, 이러한 과정은 관리자의 숙련도가 필요하다.

본 실시예에 따른 송풍 시스템은 이러한 작업장의 상태와 송풍기의 작동 상태 및 이상유무들을 다양한 센싱부(250)를 이용하여 수집한 데이터를 활용하여 자동으로 판정하게 된다.

제1 센싱부(260)는 RPM 측정부(261), 풍량/풍압 측정부(263), 전류 측정부(265), 진동 측정부(267) 및 절연저항 센싱부(269)를 포함한다.

RPM 측정부(261)는 모터측 및 임펠러측에 구비되어 센싱하며, 모터 및 임펠러의 실제 RPM을 측정한다.

풍량/풍압 측정부(263)은 임펠러측에서 센싱하여 임펠러에 의하여 발생하는 풍량과 풍압을 측정한다.

전류 측정부(265)는 모터측에서 해당 모터에 공급되는 전류를 측정하여 제어부로 전송한다.

진동 측정부(367)는 모터 및 임펠러측에 구비되어 회전에 따라 발생하거나 불평형, 축 불일치 및 방진 스프링 상태 등에 의하여 발생하는 진동을 측정하게 된다. 진동 측정 및 분석은 송풍기 운전 중 진동 측정을 통해 수행되며, 이를 통하여 밸런싱 상태, 얼라이먼트, 베어링, 고유 진동수 분석을 할 수 있다.

절연저항 센싱부(269)는 송풍기의 케이싱에서 외부로 새는 전류의 이동 경로의 저항을 측정한다. 절연저항은 전류가　도체에서　절연물을 통하여 다른　충전부나　기기의 케이스 등에서 새는 경로의　저항이다. 충전부분에 물기가 있으면 보통보다 대단히 낮은 저항이 되며 새는 전류가 많게 된다. 절연 저항이 저하하면　감전이나　과열에 의한 화재 및 쇼크 등의 사고가 뒤따를 수 있다.

제2 센싱부(270)는 열화상 측정부(271), 재실감지부(273), 소음 측정부(277) 및 분진측정부(275)를 포함한다.

열화상 측정부(271)는 모터측 및 임펠러측에서 복수개 구비되어 특정 위치에서의 촬영 대상의 에지 영상를 포함하는 열화상을 촬영한다. 촬영된 이미지는 제어부에 전송되어 영상처리를 통하여 해당 부분에 대한 온도 데이터로 전환된다.

즉, 열화상 측정부(271)는 모터측 이미지를 촬영하여 화상처리를 통하여 고온의 발생 여부를 체크하고 이를 통하여 화염 등이 발생했는지의 여부를 체크할 수 있으며, 베어링 외피 온도 등을 측정하기 위하여 베어링의 위치에 구비되어 해당 열 화상을 촬영할 수 있다. 예를 들면, 베어링 외피 온도는 주위온도를 기준으로 일정 온도차 이상 나는 경우 불량으로 판정하고 반대의 경우 양호한 상태로 판정을 한다.

재실감지부(273)는 도 1의 작업장 내에 작업자의 유무 또는 이동을 감지한다. 또한 분진측정부(275)는 공기 속에 부유하는 먼지(분진)의 농도를 측정한다. 소음측정부(277)는 작업실 내 또는 송풍기 측에 구비되어 주변 소리를 레코딩한다.

송풍기(100)의 진동진단과 관련된 체크사항은 임펠러, 풀리 및 모터의 불평형, 모터 풀리와 팬측 풀리의 직진도를 의미하는 축 정렬불량, 샤프트, 모터 커버, 베어링 및 하우징의 마멸, 구조적 문제로 인한 공진, 변속 과정에서 발생될 수 있는 위험속도, 방진스프링 파손 및 탄성이 저하되었을 때 생기는 진동 발생 원인, 윤활 불량이다.

예를 들면, 방진스프링 상태를 점검하기 위하여, 모터 측을 촬영하는 열화상 측정부, 예를 들면 열화상 카메라를 통하여 획득한 영상으로부터 제어부의 영상처리를 통하여 모터의 설치 초기 상태를 기준으로 운전 시의 영상을 비교하여 위치의 변이 정도를 산출한다. 열화상 카메라가 촬영한 영상 중 에지 이미지의 비교를 통하여 위치 변이 정도를 산출한다.

또한 제어부는 구름베어링 소음 측정부로부터 레코딩된 데이터를 전달받아 레퍼런스 데이터와 비교하여 구름베어링의 결함주파수 대역에 포함되고, 동시에 상기 열화상 측정부로부터 전달된 촬영 영상으로부터 상기 구름 베어링 주변의 열적 화상이 불균일한 경우 구름베어링이 손상된 상태로 판정할 수 있다. 이 때 판정의 정도는 결함주파수 대역에 따른 구분법으로 구분할 수 있다.

구름 베어링의 손상 상태는 알려진 바와 같이 결함주파수 메커니즘에 따라 4단계로 구분될 수 있다. 방진스프링 마멸상태구분에 대해 설명하면 다음과 같다. 방진스프링의 형체가 초기 상태에 준하며 복원력의 변화가 없을 때, 방진스프링 및 기초부분의 형체에 응력 변화로 인해 일정부분 처짐이 일정치 않을 때, 방진스프링의 탄성저하로 인해 전체적으로 처짐이 일정치 않을 때, 방진스프링의 소음이 심하고, 외관상 스프링이 파손되어있으며 기초가 부실하여 보강작업이 필요하다고 판단될 때 등으로 구분될 수 있다.

또한 제어부는 임펠러, 풀리 및 모터의 불평형, 모터 풀리와 팬측 풀리의 직진도를 의미하는 축 정렬불량을 판정할 수 있다. 송풍기가 정지하였을 때 열화상 촬영 데이터와 운전 중 열화상 촬영 데이터로부터 영상처리를 통하여 획득한 에지 디텍팅 데이터로부터 위치 변이량을 측정한다. 이로부터 정렬불량의 정도를 판정한다. 즉, 변이량을 시간에 대한 그래프로 표현하였을 때 변이량의 푸리에 변환을 통한 주파수 성분이 많을수록 축 정렬불량이 심각한 것으로 판정한다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 일 실시예에 따른 송풍 시스템의 적용 전(개선 전)과 적용 후(개선 후)의 사용 전력량을 비교한다. 도 5는 개선전(본 실시예에 따른 송풍 시스템 미적용 시) 사용 전력량을 나타내는 그래프이고, 도 6은 개선후(본 실시예에 따른 송풍 시스템 적용 시) 사용 전력량을 나타내는 그래프이며, 도 7은 개선 전 후 일일 사용량을 비교하기 위한 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이 개선 전, 즉 본 실시예에 따른 송풍 시스템이 적용되지 않은 일반 송풍 시스템의 경우 가동시간 12시간 42분에 사용전력량은 25.8KWH이었다. 직입기동 운전방법으로 시간당 사용량 2.08KWH를 나타냈다.

이에 비하여 도 6을 참조하여 설명하면, 개선 후, 즉 본 실시예에 따른 송풍 시스템을 적용한 경우 가동시간 335시간 35분에 사용전력량 39.0KWH 이었다. 이 때 인버터 운전주파수는 12.1Hz이었으며, 시간당 사용량 0.115KWH을 나타내었다.

도 7을 참조하여 설명하면, 개선 전 후 일일 사용량은 각각 25.8kWH와 4.5KWH로 효과면에서의 차이가 명확하였다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.

100: 송풍기
200: 인버터
250: 센싱부
260: 제1 센싱부
261: RPM 측정부
263: 풍량/풍압 측정부
265: 전류 측정부
267: 진동 측정부
269: 절연저항 센싱부
270: 제2 센싱부
271: 열화상 측정부
273: 재실감지부
275: 분진 측정부
300: 제어부

Claims (4)

1. 일정 지역에 구비되어 공조 시스템으로서 기능하는 송풍 시스템에 있어서,
   상기 일정 지역에 송풍을 수행하는 송풍기;
   상기 송풍기에 공급되는 전력을 제어하는 인버터;
   상기 인버터에 제어신호를 송신하는 제어부; 및
   상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 하나에 구비되어 상기 일정 지역 및 상기 송풍기의 상태를 측정하는 센싱부;를 포함하고,
   상기 센싱부는,
   상기 송풍기의 모터측 및 임펠러측에 구비되고, 상기 모터 및 임펠러의 실제 RPM을 측정하는 RPM 측정부;
   상기 임펠러측에 의하여 발생하는 풍량과 풍압을 측정하는 풍량/풍속 측정부;
   상기 모터에 공급되는 전류를 측정하는 전류 측정부;
   상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 운전 시 발생하는 진동을 측정하는 진동 측정부;
   상기 송풍기의 케이싱으로부터 외부로 누설되는 경로의 저항을 측정하는 절연저항 센싱부;
   상기 모터 및 임펠러 측에 구비되어 복수의 위치에서 상기 모터 및 임펠러 중 적어도 일부의 에지 영상과 열화상 이미지를 촬영하는 열화상 측정부;
   상기 일정 지역에 위치하는 사람 및 상기 일정 지역에서의 움직임을 감지하는 재실감지부; 및
   상기 일정 지역 및 상기 송풍기 중 어느 한 측에 구비되어 주변의 소리를 레코딩하는 소음 측정부;를 포함하고,
   상기 제어부는 재실 감지부, RPM 측정부, 풍량/풍속 측정부 및 전류 측정부로부터 측정 데이터를 전달받아 상기 인버터를 제어하고,
   상기 제어부는 상기 모터 측의 열화상 측정부로부터 설치 초기의 촬영 영상과 운전 중 촬영 영상을 전달받아 비교하여 위치의 변이 정도를 산출하여 방진 스프링의 상태를 판정하며,
   상기 제어부는, 상기 소음 측정부로부터 레코딩된 데이터를 전달받아 레퍼런스 데이터와 비교하여 구름베어링의 결함주파수 대역에 포함되고, 동시에 상기 열화상 측정부로부터 전달된 촬영 영상으로부터 상기 구름 베어링 주변의 열적 화상이 불균일한 경우 구름베어링이 손상된 상태로 판정하고,
   상기 제어부는 상기 송풍기의 정지 시 열화상 촬영 데이터와 상기 송풍기의 운전 중 열화상 촬영 데이터로부터 에지 데이터로부터 위치 변이량을 측정하고, 시간에 따른 상기 위치 변이량을 푸리에 변환을 통한 주파수 성분이 많을수록 축 정렬불량이 심각한 것으로 판정하는 송풍 시스템.
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