대기를 압축하는 과정에서 대기 중에 포함된 수분과 먼지, 공해 물질 등 각종 불순물이 그대로 흡입되어 압축공기 중에 농축된 채 섞여 있기 때문에 그대로 쓰면 큰 피해를 입을 수 있습니다. 이런 오염물질은 압축공기 시스템의 각 요소에 중대한 해를 입힐 수 있는데 예를 들면 배관 부식, 밸브 고착, 계기 막힘, 각종 공압 기기의 오작동, 도장 불량 등 일일이 언급하기 어려울 만큼 많은 피해를 불러오고, 나아가 제품 불량, 생산 라인 중단, 품질 저하 등의 심각한 피해까지 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중에 수분이 스며 들어 불량품이 생기거나 자동화 라인이 수분으로 인해 작동을 멈추기도 하고, 도장 작업 때 수포가 형성되어 표면이 손상되기도 하며, 식음료 제조 시 식품 원료나 제품에 수분이 접촉하여 부패 및 제품불량을 초래하는 등 압축공기 중 수분으로 인한 피해 범위는 실로 막대하여 압축공기를 사용하는 거의 모든 공장에서는 에어드라이어의 설치가 필수적이라고 할 수 있습니다.

통상 압축공기는 대기압의 8배로 압축하는데 압축 후 체적은 8분의 1로 줄게 되지만 상대습도는 8배 늘어나면서 수분이 대량 발생합니다. 수분은 온도가 높아지거나 압력이 낮아지면 액체에서 기체로, 즉 수증기로 그 형태가 바뀝니다. 그러나 온도가 높거나 압력이 낮다고 해서 무한정 수증기로 변할 수 있는 것이 아니고 임의의 온도 및 압력 조건에서 단위 체적당 포함될 수 있는 수증기의 양이 자연의 법칙에 의해서 정해져 있고 이 값을 포화수증기량이라고 합니다. 현재 포함하고 있는 수증기량과 포화수증기량에 대한 백분율을 상대습도라고 하는데, 상대습도가 100%가 되면 더 이상 유입되는 수분은 수증기가 아니라 물로 변하게 되는데 대기 중에서 수증기와 함께 흡입된 공기가 압축되는 과정에서 체적은 줄게 되지만 수분량은 그대로 변함이 없기 때문에 상대습도가 증가하게 됩니다. 통상 압축공기는 대기압의 8배로 압축하여 사용되고 있는데 이 이야기는 압축 후 체적은 8분의 1로 줄게 되지만 수분의 농도는 8배 늘어난다는 것입니다. 아주 건조한 겨울이라고 해도 상대습도는 30% 정도이고, 보통의 경우 사람들이 쾌적함을 느끼는 상대습도는 40~60% 정도입니다. 상대습도가 60%인 경우, 이 공기를 압축하면 수분의 농도는 480%가 되는데 100%는 수증기로 존재하고, 나머지 380%는 응축수(수분)으로 변하는 것입니다.

압축공기를 냉각해서 그 중에 포함된 수증기를 응축시킴으로써 수증기를 근원적으로 제거하는 가장 간단한 방식을 냉동식 에어드라이어가 사용합니다. 일정한 압력에서 온도가 낮을수록 포화수증기량이 적어지는 원리를 이용하는 방식이 일반적으로 산업 현장에서 가장 널리 쓰이는 냉동식 에어드라이어입니다. 냉동식 에어드라이어에는 압축공기를 냉각하는 열교환기와 냉매를 순환시키는 냉동 컴프레서가 있는데, 이러한 일반 냉동식 에어드라이어는 압축공기 부하와 관계없이 냉동 컴프레서가 24시간 연속적으로 운전을 하고, 운전 시간 내내 전력을 소모하게 됩니다.

일정한 온도에서 얼고 녹는 상변화 물질을 적용하여 냉동 컴프레서의 운전을 온/오프 방식으로 제어하면서 운전하지 않는 동안은 에너지를 절감하는 제품입니다. PCM을 이용한 상변화식 에어드라이어는 영상의 특정한 온도에서 얼고 녹는 상변화 물질인 PCM을 열교환기 내에 충진하여 냉동 컴프레서에서 응축기를 지나 열교환기로 보내진 냉매가 PCM을 동결시키고 나면 냉동 컴프레서는 운전을 멈춥니다. 냉매가 순환하지 않아도 동결된 PCM이 압축공기를 연속적으로 냉각시켜 제습을 하게 되고 이 시간 동안 전력 소모가 없으므로 에너지를 고스란히 절감하게 됩니다. 압축공기가 연속적으로 유입이 되면 PCM은 점차 녹게 되게 되고, PCM이 완전히 녹으면 다시 냉동 컴프레서가 운전하며 PCM을 얼리는 과정이 반복됩니다.

85% ± 10% 입니다. 물론 에어드라이어가 설치된 현장마다 사용 조건이 천차만별이기 때문에 일률적인 계산은 힘듭니다. 하지만 2016년 출시 이후 지난 1년 간 국내에 설치된 PCM 드라이어 중 약 300여 대의 사례를 보면 평균적으로 85%를 상회하는 에너지 세이빙 효율을 보이고 있습니다.

실제적으로 1년 내내 80% 이상의 에너지 세이빙을 기록하고 있습니다. 아래 그래프에서 확인하다시피 우리 나라 사계절 평균 기온 조건에서 100% 유량으로 운전되어도 에너지 세이빙 효율은 65%가 넘습니다. 압축공기를 항상 100%로 사용하는 현장은 거의 없고, 아주 많이 쓰는 곳의 경우에도 최대순간유량은 80% 이상인 곳이 드물고, 누적평균유량은 정격유량의 40 ~ 50% 정도에도 미치지 못합니다.

실제 100마력 용량에 적합하게 설계된 에어드라이어라면 적정한 소비전력은 2.55kW 정도입니다.
1.5kW라면 해당 유량을 처리하기에는 역부족인 자격 미달 제품일 가능성이 농후하므로 자세히 확인하실 필요가 있습니다. 일반 냉동식 에어드라이어는 냉동 사이클의 냉각 열부하를 줄이기 위해 압축공기가 증발기로 유입되기 전에 먼저 차가운 출구 압축공기와 열교환을 하여 냉각이 되는 프리 쿨러(Pre-cooler)를 거치는 구조를 적용합니다. 이 프리 쿨러의 열교환 효율에 따라 에어드라이어의 냉동 컴프레서 용량이 결정되는데, 100마력급 냉동식 에어드라이어가 처리하는 총 열량이 약 35,800Btu/h 정도 되므로 프리 쿨러와 칠러의 열 분담율을 50 : 50으로 본다면, 냉동 사이클이 필요한 냉각 열량은 17,900Btu/h 수준이 되며, 이에 걸맞는 냉동 컴프레서의 정격 소비전력은 제조사, 사용 냉매, 압축기 타입 등에 따라 다르지만 일반적으로 2.5~3.5kW 정도에 분포합니다. 따라서 응축기 팬 소비전력을 감안하면 에어드라이어의 정격 소비전력이 2.5kW 이상인 제품이 정상이며, 만약 이에 훨씬 미치지 못하는 제품이라면 100마력급 압축공기 유량을 처리하지 못하는 냉동 사이클을 적용하고 있을 가능성이 매우 높습니다.

PCM을 적용한 에어드라이어의 개발과 제품의 상용화에 성공한 사례는 SPX FLOW Korea사가 세계 최초입니다. 미국과 유럽의 에어드라이어 메이커는 물론, 한국을 대표하는 S전자에서도 동일 기술을 응용한 상변화식 에어컨 개발을 위해 수많은 노력이 있었지만 기술적인 한계로 인해 안타깝게도 성공한 사례가 없습니다. 이런 꿈의 기술을 적용한 PCM 드라이어를 개발하여 20마력부터 3,000마력까지 전 용량에 걸쳐, 80~90% 이상 에너지를 절감하는 제품으로 상용화하여 공급하는 것은 세계적으로 저희가 처음입니다.

VSD 에어컴프레서는 에너지 세이빙 효율이 10~15%에 불과하지만, PCM 드라이어는 80~90% 이상 에너지 세이빙이 가능하니 효율에서는 비교가 되지 않습니다. 가변 속도 제어 타입인 VSD 방식은 오일 순환을 위해 최저 40%의 에너지 소비가 필수적이기 때문에 에너지 세이빙에 큰 한계가 있습니다. 반면, PCM 드라이어는 온/오프 제어 방식으로 냉동 컴프레서 운전 시에만 에너지가 소비되므로, 1시간 동안 실제 운전되는 시간은 총 5~10분 수준입니다. 운전하지 않는 나머지 시간은 고스란히 에너지를 절감하고 있습니다. 100마력 에어컴프레서의 소비전력량 75kW 중에서 세이빙되는 10kW는 10~15% 정도에 불과하지만 PCM 드라이어는 80~90% 이상 에너지를 절감합니다.

인버터 타입은 무부하 시에도 냉동 컴프레서 윤활유 순환을 위해 최소한의 속도(약 40%)로 운전시켜야 하기 때문에 결국은 일정한 에너지를 소모할 수 밖에 없습니다. 쉽게 말하면 신호대기 중에도 계속 엔진이 공회전하며 연료를 소모하는 가솔린 자동차가 인버터 타입 에어드라이어라면, PCM 드라이어는 신호 대기 시간이 길어지면 시동이 꺼지는 전기 자동차와 같습니다. 하지만 자동차의 경우 신호대기 시 공회전하는 시간이 전체 주행 시간에 비해 적지만 (이 소량의 에너지 낭비조차 절약하기 위해 엔진이 꺼지는 ECO mode를 가진 가솔린자동차가 있습니다.) 에어드라이어는 용량 대비 평균 압축공기 사용량과 사계절 평균 열부하(입구공기온도 및 주위온도)를 동시에 고려하면 공회전하는 평균 시간이 무려 85%나 된다는데 있습니다. 그 이유는 실제 운전 조건이라 할 수 있는 우리나라의 연평균 기온이 15℃가 안될 뿐만 아니라 실제로 에어드라이어의 사용 조건을 조사해 보면 평균 압축공기 사용량이 최대 용량에 비해 훨씬 작은 경우가 많았습니다. 더구나 일년 중 열부하가 가장 많은 조건에서도 안정적인 제습이 가능해야하므로 에어드라이어의 용량을 결정하는 설계 조건인 주위 온도와 드라이어로 유입되는 압축공기 온도 조건을 여름 조건인 38℃를 기준으로 에어드라이어를 설계하였기 때문에 일년 평균으로 본다면 냉각 능력의 여유가 있는 시기는 매우 많습니다. 이런 점들이 PCM 드라이어가 85%의 에너지 절감이 가능한 이유입니다. 그렇기 때문에 드라이어 입구 온도 50℃를 설계 조건으로 설정한 ‘고온용 에어드라이어’는 에너지 낭비가 더 심합니다. 이와 달리 에어컴프레서는 주위 온도에 따른 전력 소비량의 차이가 극히 미미하기 때문에 에너지 절감을 위해 인버터 에어컴프레서를 적용해도 절감율이 10~15% 밖에 되지 않아 절감 효과는 극히 제한적입니다.

약 2.6년입니다. 100마력용 에어드라이어를 사례로 들어 보겠습니다. PCM425 모델의 소비전력은 약 2.6kW입니다. PCM의 평균 에너지 세이빙 효율인 85%를 적용하고, 자동차 부품 제조사와 같은 3교대 현장에서 1일 24시간씩 300일 가동하고, 전기요금이 110원이라고 가정하는 경우 연간 절감되는 전력비용은 약 175만원입니다. (2.6 x 0.85 x 24 x 300 x 110 = 1,750,320) 100마력용 PCM 드라이어의 소비자가격이 462만원이므로 이를 연간 절감 전력비용으로 나누어 계산해 보면 약 2.6년이면 투자비용이 회수됩니다. (4,620,000/1,750,320 = 2.6)

약 2.8개월입니다. 100마력용 에어드라이어를 사례로 들어 보겠습니다. PCM425 모델의 소비전력은 약 2.6kW입니다. PCM의 평균 에너지 세이빙 효율인 85%를 적용하고, 자동차 부품 제조사와 같은 3교대 현장에서 1일 24시간씩 300일 가동하고, 전기요금이 110원이라고 가정하는 경우 연간 절감되는 전력비용은 약 175만원입니다. (2.6 x 0.85 x 24 x 300 x 110 = 1,750,320) 당사의 100마력용 일반 냉동식 드라이어의 소비자가격은 420만원이고, PCM 드라이어는 462만원으로 PCM 드라이어를 선택하는 경우 차액 42만원만큼 더 투자가 필요합니다. 이는 연간 절감 전력비용으로 나누어 계산해 보면 약 2.8개월이면 회수되는 금액입니다. (420,000 / 1,750,320 x 12 = 2.8)

에너지 절감은 기본이고, 유분 제거 효율 최대 99.8%까지 제공하는 Oil Free 제품입니다. 시중에는 에어드라이어가 제공해야 할 기본적인 성능인 안정적인 노점과 제습 성능조차 무시하고 유명무실하게 설치만 되어 있는 타사 제품이 많습니다. PCM 드라이어는 4±2°C의 노점은 물론 제습 성능 또한 완벽하게 제공합니다. 게다가 드라이어 내부에 Cold Coalescing 필터를 내장하여 압축공기 중의 유분까지 효과적으로 제거합니다. 세퍼레이터 후단에서 나오는 냉각된 공기에는 액체 상태의 유분이 상당량 존재하는데 곧바로 Cold Coalescing 필터를 거치며 제거됩니다. 드라이어 후단에 유분 제거 필터를 설치하면 드라이어 출구 공기의 온도가 아무래도 높기 때문에 유증기 상태로 존재하는 유분이 많고 이를 제거하기 어렵습니다.

유분 제거 효율이 기껏해야 70% 대에 그치는 시스템을 설치하기 위해서 드라이어 따로 필터 따로 구매하고 설치하는 총 비용과 PCM 드라이어 대형 1대 구매하는 비용을 직접 비교해 보시기 바랍니다. 압축공기 중의 유분 제거에 신경을 쓰는 현장에서는 에어 드라이어와 함께 후단에 유분 제거용 필터를 추가로 설치합니다. 이를 위해 드라이어와 필터를 연결하는 배관이 필요하고 설치에는 추가적으로 비용과 공간이 소요됩니다. 차압으로 인한 운영비 손실도 빼 놓을 수 없습니다. 하지만 제품 내부에 Cold Coalescing 필터를 내장한 대형 PCM 드라이어 한 대면 이와 같은 모든 번거로움이 해결되고 단순히 비용적으로만 비교해도 훨씬 이익입니다.

Oil Free가 요구되는 전기, 전자, 반도체, 도장 등의 산업뿐 아니라 고품질을 추구하는 다른 모든 산업분야에서도 완벽한 유분 제거를 위한 요구가 점점 늘어나고 있습니다. 그렇지만 비용이 엄청나게 높은 Oil Free 컴프레서를 구입하기에 부담이 되는 경우에는 적은 비용으로 완벽한 제습과 함께 급유식 컴프레서의 압축공기를 Oil Free 수준에 가깝게 처리할 수 있는 Cold Coalescing을 추천해 드립니다.

PCM이 표준형 드라이어라면 PCM PLUS는 필터 내장 고온 일체형 드라이어라고 한 마디로 설명할 수 있습니다. PCM PLUS는 정격조건 기준을 입구공기온도 50°C, 주위공기온도 35°C로 하여, 최대 60°C의 입구공기 처리가 가능하면서도 기존의 PCM 시리즈가 제공하는 99%까지의 높은 에너지 효율을 그대로 보여주는 제품입니다. 전단과 후단 필터를 드라이어에 내장하여 제품의 설치와 유지, 보수까지 한결 간편하게 제작되었습니다.

제대로 된 드라이어를 쓰신다면 드라이어 전단에 애프터 쿨러는 필요하지 않습니다. 일반적으로 에어드라이어로 유입되는 입구공기온도 조건과 사용 유량을 충족하는 제대로 된 제품이라면 드라이어 자체적으로 충분한 냉각 및 제습 기능을 발휘하기 때문에 에어컴프레서 후단, 에어드라이어 전단에 애프터 쿨러를 추가적으로 설치할 필요가 없습니다. 잘못된 상식으로 인해 많은 고객들의 소중한 비용이 낭비되고 있습니다. 고온용 제품도 마찬가지입니다. 에어드라이어가 보증하는 사용조건 범위 내라면 애프터 쿨러 설치 없이도 제습 성능을 제공해야 합니다만, 일부 저렴하고 성능 미달의 에어드라이어는 전단에서 애프터 쿨러가 압축공기 제습을 해야만 드라이어에서 잔존 수분 처리가 겨우 가능할 정도이기 때문에 애프터 쿨러 설치를 당연시하는 경우가 만연합니다. 30마력 이상의 에어컴프레서는 스크류 타입이 일반적이고 통상 애프터 쿨러가 내장되어 있습니다. 고온의 토출공기는 30마력 미만의 소형 왕복동식에만 있는 현상이며, 고온용 드라이어는 원래 미국에서 애프터 쿨러가 내장되지 않은 30마력 미만 소형 왕복동식을 위해 개발되었는데 우리 나라는 애프터 쿨러가 이미 내장된 대형 스크류 컴프레서에도 애프터 쿨러가 내장된 고온용 드라이어를 장착해서 애프터 쿨러를 2중으로 설치합니다. 이는 외국에서는 볼 수 없는 몹시 잘못된 관행으로 성능을 제대로 발휘하지 못하는 에어드라이어 제품에 대한 불신에서 기인된 것입니다. PCM PLUS는 고온의 작업 환경에서도 안정적인 노점과 제습 성능을 제공하는 제대로 된 에어드라이어입니다.

PCM은 상(相)변화 물질-Phase Change Material을 부르는 공통적인 명칭으로 인체에 무해한 유기화합물입니다. 일정한 온도에서 상(相)이 변하는 물질의 통칭이며, 대표적으로 물을 들 수 있겠습니다.(대기압 아래 0℃와 100℃에서 얼음↔물↔수증기 상태로 상변화 발생 시 잠열이 방출되거나 흡수됩니다.) PCM은 극한 환경에 노출되는 우주인을 보호하기 위해 우주복 안에 충진하는 물질로 개발되었고 지금은 주로 아이스박스의 얼음팩이나 찜질팩 등에 축냉, 축열재로 사용되는 아주 친숙한 물질이며, 녹는 온도와 잠열량에 따라 수많은 종류가 있습니다. PCM 드라이어에는 압축공기를 냉각, 응축하고 드레인 배출을 최적화할 수 있도록 설계된 PCM을 적용하였고 인체에 무해합니다. (그렇다고 시식하시는 것은 곤란합니다.)

PCM의 수명은 반영구적입니다. 일반적으로 제품 제조사가 고객에게 해당 제품의 수명을 언급할 때 시간의 경과에 따라 닳거나 기능(성능)이 감소하는 부품의 수명에 의해 제품의 사용기한이 좌우되므로 제품 내에서 작동하는 구동부의 수명에 근거하여 설명을 하는 경우가 많습니다. 그러나 PCM은 완전히 밀폐된 열교환기 내부에서 단순한 물리적 작용으로 얼고 녹는 것을 반복하는 물질이기 때문에 실질적으로 구동되는 부품이 아니고, PCM의 상태가 액체와 고체를 오가면서 잠열을 방출하거나 흡수할 뿐 성질이 변하지 않아 드라이어의 수명을 결정하는 요소가 아닙니다. 물이 얼고 녹는 현상을 수백, 수천 번 반복해도 성질 변화를 걱정하지 않는 이유와 같습니다. 하지만, PCM 자체로 짧은 시간 내에 온도가 120℃ 이상까지 급격히 올라가거나 장시간 외부 환경에 노출될 경우(밀폐시키지 않고 뚜껑을 열고 장시간 보관한 경우), PCM의 성질이나 잠열 성능이 변할 수는 있으나 PCM 드라이어의 경우 보온재로 외부 환경과 차단된 열교환기 내 완전히 밀폐된 공간에 충진하여 단순히 상변화 효과만 이용하기 때문에 PCM 수명은 반영구적입니다.

PCM은 얼었을 때 부피가 감소되므로 동파 현상에서 오히려 자유롭습니다. 지구 상의 물질 중 얼었을 때 부피가 증가하는 것은 물 밖에 없습니다. 우리가 물을 일상생활에서 워낙 흔히 접하기 때문에 일반적으로 얼게 되면 부피가 늘어나는 것이 상식처럼 느껴지게 되었습니다. 얼음의 부피가 증가하는 원인은 물 분자 사이의 수소 결합 때문입니다. 물 분자는 수소결합율이 15% 덜 이뤄져 있는데, 얼게 되면 수소 결합이 완전히(100%) 이뤄지면서 규칙적인 얼음 결정을 만들게 되고 이 결정 사이에 빈 공간이 많아져 부피가 증가하게 됩니다. 하지만, PCM은 일반적인 물리적 특성을 따라 얼었을 때 부피가 늘어나지 않기 때문에 동파 현상에서 자유로울 수 있게 되었습니다.

모든 열교환기는 헬륨 Leak Test를 거친 후 제품에 적용되므로 안심하셔도 좋습니다. 저희가 에어드라이어에 사용하고 있는 열교환기 전량은, 가장 신뢰성이 높은 헬륨 Leak Test를 실시하여 양품만 드라이어에 적용하고 있으며 10년 이상 열교환기 단품으로 해외 수출까지 하고 있습니다. 열교환기 하자 보증기간을 업계 최고 수준인 5년으로 선언하고 있는 이유는 드라이어 제조사로서 30여 년 간 축적된 노하우가 접목되어 있고 모든 열교환기를 완벽하게 품질 검사하고 있다는 자부심의 표현입니다.