게재년월 ; 2004년 1월호
부제목 ; 로프리스·멀티 데크·우주엘리베이터 실현, ‘눈앞에’

최근 초고속 고양정화라는 비약적인 승강기 기술발전과 아울러 승강기 산업계 발전사에서 빼놓을 수 없는 기종으로 공간절약형 승강기인 기계실 없는 엘리베이터(MRL)와 다층개념의 멀티 데크(Multi-Deck) 엘리베이터를 들 수 있다. 특히, 구동장치의 소형·경량화와 고효율화 및 제어장치의 소형화에 따른 결과물이랄 수 있는 기계실 없는 엘리베이터는 별도의 기계실이 필요하지 않음으로 해서 설치공간의 최소화 및 운행효율의 최적화는 물론 주거지역 등에서의 건축법상 고도제한 규정으로부터도 자유로우며, 건축 및 설비 공사비 절감과 공사기간 단축에도 효과적이다. 특히 건축설계사들의 건축물 디자인에 대한 제약을 없앨 수 있어 각광받고 있다.

공간절약형 승강기의 등장
■ 기계실 없는 엘리베이터 : 기계실 없는(Machine Room Less ; MRL) 엘리베이터란 별도의 기계실을 설치할 필요가 없는 공간절약형 승강기를 지칭한다. 일반적인 승강기는 구동모터를 건물 옥상의 기계실에 설치하지만 MRL은 구동모터를 승강기 본체에 장착한 상태로 구동된다. 고층건물에 MRL을 설치할 경우 옥상에 기계실이 사라져 한 개 층의 생활공간을 더 확보하는 효과가 있다. 특히 고도제한지역에 들어서는 신규건물의 경우 높이규제를 피하기 위해 MRL을 설치하는 경우가 늘고 있다. MRL은 구동모터가 승강기 본체에 붙기 때문에 진동·소음방지를 위해 높은 기술력이 필요하며 일반 승강기보다 설치비용이 다소 비싼 편이다. 현재 일본과 유럽시장에서는 기계실 없는 승강기의 비중이 높은 편이며, 최근에는 국내에서도 고급 아파트와 주상복합건물을 중심으로 그 수요가 점차 늘어나는 추세다.
지금과 같은 종류의 MRL의 효시는 바로 핀란드 코네(Kone)사의 Mono Space/Eco Space이다. 동기축 전동기(Synchronous Axial Motor)의 채용으로 잘 알려진 이 기종은 회전자가 디스크나 원형 도너츠처럼 편평하여 플랫 모터(Flat Motor)라고도 하는 이 전동기는 종래의 전동기에 비하여 회전축이 훨씬 짧고 부피가 작으며, 이전에는 로봇이나 생산자동화 등에 주로 사용되던 것으로서 표준 승강로에 그대로 설치가 가능하기 때문에 별도의 기계실이 필요 없으므로 공간을 많이 절약할 수 있고 무게는 종래의 전동기에 비하여 60% 이상 가벼우며 에너지는 절반 정도밖에 소모되지 않는다.
이 전동기를 채용한 무기어식 권상기를 ‘에코 디스크(Eco Disc)’라 하고, 이 권상기를 승강로에 설치하고 제어반은 최상층 전면 벽에 부착하는 방법을 ‘모노 스페이스(Mono Space)’, 권상기와 제어반을 최상층 승강로 벽에 설치하는 방법을 ‘에코 스페이스(Eco Space)’라고 부른다. 동종모델로 코네와 기술제휴를 하고 있는 도시바의 ‘스패셀(Spacel)’이 있으나 아직 국내에는 설치된 바가 없다.
코네에 자극을 받아 오티스가 개발한 ‘GeN2’도 눈여겨 볼 만 하다. 다른 회사제품과는 달리 기존의 원통형 와이어로프(round-type wire rope) 대신 두께 3mm, 폭 30mm의 평판형 벨트(flat-type belt)를 채용한 것이 이 기종의 큰 특징이다. 특히 플랫 벨트는 12개의 강선을 일렬로 펼쳐 놓고 폴리우레탄으로 융착하여 코팅한 구조이며, 수명은 20년 정도로서 종래의 와이어로프에 비하여 훨씬 길고 사용에 따른 벨트의 늘어남이 대단히 적으며, 윤활유를 공급할 필요가 없으므로 환경오염이 없다.
권상기에는 소형의 영구자석 모터와 디스크형의 브레이크를 채용하였으며, 도르래의 직경이 100mm 정도이므로 종래의 권상기에 비하여 크기가 70% 정도 감소되어 별도의 기계실이 없이 표준 승강로의 상부에 바로 설치할 수 있으므로 건축설계의 자유도가 크게 향상될 뿐만 아니라 효율도 20%정도 증가된다. 제어반은 ‘E-Pack’이라는 특수 재료로 성형하여 부피를 줄이고 절연성과 신뢰성을 향상시켜 승강로에 설치되며, 보수 및 검사의 편의를 위하여 최상층 출입구 근처에 비상 점검구(Emergency Inspection Panel)를 마련해놓고 있다.
GeN2 이외에 국내에 소개되거나 가까운 시일 내에 소개될 빅 메이커 제품으로는 쉰들러 그룹의 ‘300P-MRL’, 미쓰비시의 ‘엘레네사(Elenessa)’, 티센크루프의 ‘이볼루션(Evolution)’ 등이 있으며, 아직 우리에게 생소한 제품군으로는 쉰들러 그룹의 ‘쉰들러 유로리프트(SchindlerEurolift)’와 ‘쉰들러 스마트(SchindlerSmart MRL)’, 미쓰비시의 ‘엘레팍(Elepaq)’, 저팬 오티스의 ‘스펙레보(Specrevo)’, 히타치의 ‘레지던스 에이스와 어반 에이스(Residence Ace/Urban Ace)’, 후지텍의 ‘Eceed’, Nippon Elevator의 ‘Elles’ 등이 있다. 국내 제조사로는 현대엘리베이터가 개발한 ‘스페이스 세이버(Space Saver)’, 과거 동양에레베이터가 개발한 하부구동형 ‘MRL-1(하부구동형)’이 있다.
도표 11은 오티스, 쉰들러, 미쓰비시, 티센크루프, 코네의 MRL 기종에 대한 특징을 개략적으로 소개한 것이다.
■ 다층 엘리베이터 : 또 다른 공간 절약형 엘리베이터인 멀티 데크(Multi-Deck)는 승객의 운송효율을 높이고 승강기의 점유면적을 줄이기 위하여 2대 또는 3대의 카가 상하로 연결되어 동시에 운행하는 더블 데크(Double Deck) 또는 트리플 데크(Triple Deck) 엘리베이터의 설치가 증가할 것으로 예상됨에 따라 멀티 데크 엘리베이터를 설치하기 위해서는 건물 각 층간의 높이를 일정하게 하는 것이 대단히 중요하게 됐다. 멀티 데크 엘리베이터는 1931년 미국 뉴욕의 Cities Service Building에 최초로 설치됐다.

특수승강기, 로프리스와 우주 엘리베이터
■ 로프리스 엘리베이터 시스템 : 일본에서는 2025년경 500층 초고층 빌딩의 건축을 구상 중에 있다. 이러한 초고층 빌딩에는 기존의 로프식 엘리베이터 대신에 로프가 없는 엘리베이터(Ropeless Elevator) 시스템이 설치될 것으로 예상된다.
로프가 없는 엘리베이터 시스템이 개발되면 하나의 승강로에 여러 대의 카(One Shaft Multi-Car Elevator System)가 레일 위를 달리는 열차들처럼 일정 간격을 두고 연속적으로 운행할 수 있으므로 승강로가 차지하는 비중이 대폭 축소되고, 로프로 인한 제약이 없으므로 행정거리의 제한이 없으며, 주기적으로 로프를 교체해야 하는 불편이 없다. 더욱이 수직방향뿐만 아니라 수평방향으로도 운행이 가능하게 될 것으로 전망된다(▶참조 : 도표 12).
로프가 없는 엘리베이터 시스템에서 각 카들은 선형 동기전동기(Linear Synchronous Motors ; LSM)나 선형 유도전동기(Linear Induction Motors ; LIM)에 의하여 구동되며, 카의 대수는 승강로의 높이가 높을수록 많이 설치할 수 있게 된다.
카가 회전형 전동기의 고정자(Stator)의 역할을 하도록 설계된 형태를 ‘LIM-on-vehicle’ 이라고 하고, 레일(고정부)이 회전형 전동기의 고정자(Stator)의 역할을 하도록 설계된 형태를 ‘LIM-on-track’이라고 한다. 또한, 초고층 빌딩에서는 기존의 제어 케이블을 이용하기가 어려우므로 무선 또는 광을 이용할 것으로 예상되고 있다.
카 속도의 이상 증가 또는 자유낙하시의 대책으로서 발전 브레이크, 레일 협압식 제동기, 비상정지장치 등의 채용이 예상되며, 카로의 급전 방식은 소형 경량 축전지를 이용하거나 트롤리(Trolley) 전차 방식을 예상할 수 있다. 이러한 로프리스 엘리베이터의 소요 동력이 로프식보다 9~10배 소요되므로 전력 소모를 줄이기 위해서 회생 전력을 축적하여 상승시 재 이용하고 카를 경량화할 수 있는 특수한 재질의 개발이 요구된다. 빌딩 내를 3차원적으로 움직이는 리니어 스파이럴 엘리베이터 시스템도 구상할 수 있다.
■ 오디세이 시스템 : 오디세이 시스템(Odyssey System)은 초고층 운행구간을 몇 개의 구간으로 나누고(기존의 스카이 로비 개념) 각 구간마다 수직 운행 엘리베이터를 설치하고, 승객은 운전이 가능한 별도의 탑승실(Pod)에 탑승하여 대기하고 있다가 엘리베이터가 승강장에 도착하면 탑승실에 탑승한 채로 카 안으로 들어가서 연결 층(Sky lobby/Docking Station)으로 운행하는 방식이다. 연결 층에 도착하면 탑승실에 탑승한 채로 카 밖으로 나와서 그대로 수평으로 이동하여 다른 카 안으로 들어가서 계속 목적지까지 운행하게 된다.
수직 및 수평 운행 시스템을 결합한 통합 빌딩 시스템으로서 현재 적용 가능한 기술을 집대성한 최신 시스템이며, 동일한 승강로 면적에 여러 대의 카를 운행함으로써 초고층 빌딩의 수요에 효과적으로 대처하기 위한 수직교통 시스템이다(▶참조 : 도표 13).
■ 우주 엘리베이터 : 최근 엘리베이터의 개발이 끝없이 진행되고 있다. 그 일례로, 우주 왕복선을 대신 할 수 있는 획기적인 아이디어가 기획되어 우주궤도(보통 우주정거장이나 정지위성이 떠 있는 궤도)까지 올라 갈 수 있는 어마어마한 높이의 엘리베이터의 탑(케이블)을 건설하는 일명 우주 엘리베이터(Space Elevator) 프로젝트가 추진되고 있다. 이 프로젝트는 NASA로부터 의뢰 받아 미국 ‘하이리프트시스템사’가 추진하고 있다.
2004년 이후에 첫 번째 우주 엘리베이터 건설이 가능할 것으로 예상하고 있으며, 자금과 기술의 문제로 향후 20~50년 후 상용화도 가능할 것으로 기대된다.
이상으로 로프식 엘리베이터 외에 여러 가지의 특수구조 승강기가 많지만 신기술측면에 살펴보면, 신제품에 속하는 기계실없는 엘리베이터와 차세대 엘리베이터로 대별되며, 차세대 엘리베이터는 로프리스 엘리베이터와 멀티테크 엘리베이터, 우주 엘리베이터로 구분할 수 있다. 앞으로의 엘리베이터의 발달은 전력기기의 대용량화와 고속화, 엘리베이터 속도의 초고속화, 인공지능의 확대적용, 정보통신기술의 응용등 전기·전자·정보통신분야의 눈부신 발전에 따라 고성능, 고능률의 엘리베이터가 계속하여 개발될 것으로 전망된다.

에스컬레이터 신기술 동향
■ 경사부 고속 에스컬레이터 : 최근 에스컬레이터의 설치 현황은 지하철이 깊어지고, 역의 다층화 등에 따라 고양정 에스컬레이터가 많이 설치되고 있다. 이런 종류의 에스컬레이터에서는 승객이 정지한 상태에서 오랜 시간 서 있게되므로 목적 층에 좀 더 빨리 도착하려는 요구가 강하다. 이동시간을 단축하기 위해 고속화하는 것은 승강시의 안전이 문제가 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 에스컬레이터로 경사부 고속 에스컬레이터가 개발되고 있다.
경사부 고속 에스컬레이터는 승강구의 이동속도에 비해 경사부에서의 이동속도를 상대적으로 1.5배 빠르게 한 에스컬레이터이다. 경사부 고속 에스컬레이터가 실현되면 승강시의 안전성 확보와 이동시간의 단축이라는 상반된 문제를 해결할 수 있다. 또한, 경사부에서 통상속도 주행, 승강구에서 저속주행의 방법으로 하면 노약자에게도 편안하고, 승하차가 쉬운 에스컬레이터의 실현도 가능하게 된다.
도표 14는 개발된 경사부고속 에스컬레이터의 구조를 나타낸 것이다. 기본설계는 미쓰비시의 모률러형 에스컬레이터이지만 스텝 사이를 굴절링크라 부르는 굴절점에서 2개로 구부러지게 하는 것이 가능하도록 링크로 연결되어 있다. 따라서 이 굴절링크를 롤러와 레일과 물리게 되는 일정의 캠기구를 사용해서 굽힘과 펴지는 것에 의해 스탭간 폭을 변화시켜 스텝의 변속이 이루어진다.
또한 도표 14는 경사부의 스텝의 배열형태를 표준형 에스컬레이터와 변속비 1.5의 경사부 고속 에스컬레이터를 비교한 것이다. 두 개의 경우 모두 스텝 안길이는 410mm, 경사각도는 30°로 하고 있다. 경사부에 있어 인접 스텝의 상대위치 관계는 변속비에 의해 결정되고, 속도변화가 없는(변속비 1.0) 표준형 에스컬레이터에서는 스텝 간격의 변화 없이 경사부에서의 단차는 2,044mm로 된다.
이에 비해 변속비 1.5의 경사부고속 에스컬레이터에서는 승강구와 경사부 사이에서 스텝 간격이 1.5배가 되기 때문에 단차는 306mm가 된다. 또한, 스텝간의 개구부 거리를 띄우기 위해 라이저의 형상, 즉, 인접스텝의 상대위치의 변화로 어떤 경로를 천천히 하도록 할 수 있는가에 대한 것이지만, 스텝 간격의 변화가 없는 표준형 에스컬레이터에서는 원호 형태로 되는 것에 비해, 스텝 간격이 변화하는 경사부 고속 에스컬레이터에서는 설계가 보다 자유롭다.
■ 차세대 에스컬레이터 : 스텝과 스커트가드 사이에 운동화 끈이나 치맛자락 등이 끼이는 등 빈번한 사고를 원천적으로 방지할 수 있는 새로운 개념의 차세대 글로벌형 에스컬레이터가 개발되고 있다. 오티스가 개발하고 있는 NextStep은 이미 소개된 오티스의 기계실 없는 엘리베이터 ‘GeN2’의 플랫밸트 기술이 접목된 신제품으로 컴팩트한 머신과 톱니바퀴식 밸트 드라이브(Cog Belt Drive)를 사용하여 독특한 디자인과 함께 에스컬레이터 기술과 안전성을 높인 것이다.
보통 에스컬레이터 사고유형 중 대부분이 스텝과 스커트가드 간의 틈새에 신발끈 내지 옷, 그 밖에 사물이 끼임으로 발생하는 경우다. 그러나 도표 15와 같은 NextStep 에스컬레이터의 ‘스텝 가드’는 고정된 기존 스커트가드부와는 별도 분리된 원판형의 사이드 스커트 디스크가 스커트 가드의 브릿지(Bridge)를 따라 스텝과 함께 통합 연동되기 때문에 틈새 자체가 거의 생기지 않아서 기본적으로 끼임과 같은 사고는 발생할 수가 없는 구조로 되어 있어 안전성 확보에 효과적이다. 또한 NextStep은 스텝을 움직이게 하는 새로운 구동방식으로 기존의 광범위한 급유와 유지보수를 요하는 스프로킷 스텝체인 대신 벨트 드라이브에 의해 구동되는 알루미늄 스텝링크를 사용한다.
이 스텝링크는 자체가 밀봉되어 있으며, 자동으로 급유되는 베어링을 사용함으로써 환경친화적이며, 전통적 에스컬레이터에 비해 유지보수도 훨씬 쉬워졌다.■