유압식 엘리베이터 에너지 저감장치의 성능특성에 관한 연구

   1. 서론 특수용 엘리베이터는 화물용이 대다수를 차지하고 있 고 큰 부하가 가해지기 때문에 로프식보다 유압식 엘리 베이터를 주로 채용하고 있다. 그러나 유압식 엘리베이터의 유압시스템은 전량 독일, 이탈리아 등에서 직수입되어 사용되고 있다[1]. 핵심 파 트를 수입에 의존하기 때문에 유저의 에너지저감, 동력효 율향상 등에 대한 요구에도 즉각 대응이 어려운 실정이

   다. 엘리베이터에 관련된 국내 연구가 진행되고 있으나 부품에 관한 것이거나 부분적인 연구가 대부분이거나[1], 엘리베이터 도어 시스템[3,4]이나 제어 시스템[5, 6] 등에 관한 연구가 진행되어 왔다. 또한, 최근 대두되는 그린에너지 정책에 맞추어 효율 을 최적화하거나 에너지를 저감할 수 있는 시스템이 각 광을 받고 있으나 유압식 엘리베이터 분야에서 이와 같 은 시스템에 대한 시도는 거의 전무한 상태이다. 본 연구는 엘리베이터가 상승할 때 생성된 위치에너지

   능을 평가하기 위하여 실제 엘리베이터의 유압 시스템의 특성을 실시간으로 파악할 수 있도록 구성 한 것이다. 그림에서 중간 부분의 일점쇄선 사각형 부분이 본 연 구를 통하여 개발된 유압식 엘리베이터용 에너지 저감 유닛이며, 상승되어 있는 엘리베이터 카의 위치에너지가 유압 실린더 내 작동유의 압력에너지로 변환되어 에너지 저감 유닛의 입력(In) 포트로 작용하여 유압 모터를 구동 하고, 일을 한 작동유는 출력(Out) 포트를 통해 빠져나와 파워 유닛의 탱크로 귀환하게 된다.

   이터를 통하여 전기적 에너지로 전환되고 이 전기 에너 지는 축전지에 저장되게 되는데, 이의 출력량을 측정하기 위하여 Memory Oscilloscope를 이용하여 제너레이터 출 력단자의 발생 전압을 실시간 측정하고, 축전지로 충전되 는 전류량은 제너레이터 출력단자에 0.05Ω의 저항을 장 착하여 저항의 양 단자간의 전압을 측정하므로 써 흐르 는 전류량을 환산할 수 있도록 구성하였다. Oscilloscope 를 이용하여 측정한 제너레이터의 출력 데이터는 컴퓨터 를 이용하여 처리하도록 하였다. Fig. 4는

   [Fig. 5] Hydraulic conversion characteristics of the hydraulic motor 유압 모터의 회전수를 1000 rpm으로 일정하게 유지시

   [Fig. 6] Hydraulic characteristics of the energy saving unit 상승 행정에서 작동유의 유량과 제너레이터의 회전수 가 표시되지 않는 것은 상승 행정 중에는 작동유가 에너 지 저감 유닛을 통과하지 않기 때문이다. 상승 행정 중에 압력의 파형이 초기에 변동성이 크게 나타나고 있음을 알 수 있는데, 이는 상승 초기 저압의 조건에서 상승하기

   다. 또한 출력 전류는 약 25A 정도를 나타내고 있으며, 전류 또한 전압과 마찬가지로 일정한 범위 내에서 파형 을 가지며 나타난다. 4.4 부하에 따른 에너지 저감 유닛의 성능특성 Fig. 8은 엘리베이터 부하의 변동에 따른 에너지 저감 유닛의 압력 변동을 나타내고 있다. 엘리베이터 카의 하 중은 사용 조건에 따라서 달라질 수 있기 때문에 엘리베 이터 카의 하중의 변동에 따라 그 압력의 변동 특성을 확

   [Fig. 11] Output current characteristics according to elevator load(at 2000 rpm)

   4.5 회전수에 따른 에너지 저감 유닛의 성능 특성 Fig. 13은 제너레이터의 회전수 변화에 따른 에너지 저감 유닛의 압력 변동을 나타낸다. 엘리베이터 카의 부 하 조건이 16 kN에서 제너레이터의 회전수를 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm으로 변화를 주었으며, 이러한 조건 에서 엘리베이터 승강에 따른 압력 변동을 측정하였다. 제너레이터의 회전수가 증가할수록 하강 행정의 시간

   Fig. 14는 제너레이터의 회전수 변화에 따른 에너지 저감 유닛을 통과하는 작동유의 유량을 나타내고 있다. Fig. 13과 같은 조건에서 엘리베이터의 하강에 따른 작동 유의 유량 변동을 측정하였다. 제너레이터의 회전수가 증 가할수록 하강 행정의 시간이 짧아지고, 작동유의 유량은 증가하고 있음을 알 수 있다. 이는 하강 거리가 같은 상 황에서 에너지 저감 유닛을 통과하여 탱크로 돌아가는 작동유는 유압 실린더에 포함되어 있는 양으로 일정한 상태에서, 작동유의 유속이 빨라지면 통과 시간은 줄어들

   유닛의 효율을 나타내며, 엘리베이터 카의 속도가 증가할 수록 출력 파워가 상대적으로 증가하기 때문에 에너지 저감 유닛의 효율은 증가하고 있음을 알 수 있다. 회전수 에 따른 에너지 저감 유닛의 효율은 평균 약 13%∼54% 의 범위 내에 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구 를 통하여 개발된 유압식 엘리베이터용 에너지 저감 장 치의 최대 효율은 시험 범위 내에서 최대 약 54%로 나타 나고 있으며, 기존의 유압식 엘리베이터에서 하강 시 손 실되는 에너지의 약 54%를 회수할 수 있다고 보여 진다.

   치 에너지를 이용하여 엘리베이터가 하강할 때 전기 에 너지로 변환하여 배터리에 저장하고, 축전된 전기 에너지 를 엘리베이터의 재상승 시 전력의 일부로 보조하거나 관련 부품의 에너지원으로 사용하도록 하여 에너지 소비 량을 저감할 수 있는 하이브리드 방식 유압식 엘리베이 터용 에너지 저감장치의 성능특성을 파악하고자 한 것이 다. 정리하면 다음과 같다. 1) 엘리베이터 카의 부하가 증가할수록 입력 파워가 상대적으로 증가하기 때문에 에너지 저감 유닛의