エアコンプレッサシステムの設計と計画
産業用圧縮空気システムをゼロから設計することで、効率性、コスト削減、長期的な信頼性を最適化する独自の機会を得ることができます。この記事では、現在のニーズを満たし、将来のニーズに適応するシステムを設計する際の基本事項について説明します。
効率的な圧縮空気システムの計画
エアコンプレッサーシステムを設計する際には、多くのパラメータを考慮し、オペレータの要件、特定の圧縮空気用途を満たし、可能な限り低い運転コストを達成するために多くの決定を行う必要があります。設置は、将来の拡張が必要な場合に備えて設計する必要があります。
機械本体、ならびに計画と導入は、総ライフサイクルコストのほんの一部に過ぎないことに注意してください。後の運転コスト、特にエネルギー消費量は、総コストの大部分を占めます。このため、コンプレッサや配管システムから圧縮空気ドライヤやフィルタまで、メンテナンスが容易で効率的な技術に焦点を当てる必要があります。一方、使用すべき圧縮空気技術の種類は、圧縮空気を必要とする用途やプロセスによって決まります。
ステップ 1：現場条件を定義する
大規模な設置で効率的な配管とシステム性能を確保するには、分配ネットワークを容易に配線できる場所に圧縮空気プラントを設置することが最適です。理想的には、ポンプ、ファンなどの補助機器の近く、またはボイラールームの近くに設置する必要があります。このセットアップにより、サービスとメンテナンスがより迅速でアクセスしやすくなります。
選択した建物には、コンプレッサ設備の最も重いコンポーネント（通常は電気モータ）を取り扱えるリフト装置を備える必要があります。または、フォー クリフトトラックにアクセスすることもできます。また、将来の拡張のために追加のコンプレッサを設置するのに十分なフロアスペースが必要です。さらに、必要に応じて電気モーターなどを吊り上げるのに十分なクリアランス高（天井高）が必要です。
コンプレッサ ー、アフタークーラ 、エアレシーバ 、ドライヤ、およびその他のコンポーネントからの結露を管理するために、フロアドレンまたは同様の設備を設置する必要があります。床排水口は、自治体の条例に従って設置する必要があります。
ステップ 2：空気需要を算出する
お客様の製造設備で使用されている空気量と圧力を正確に把握することが、エアコンプレッサを選定するうえで最も重要となります。圧力と空気量は、圧縮空気システムについて議論するうえで一般的な用語となります。
- 圧力：特定の時点で特定の量の作業を実行するのに必要な力の量を指します。平方インチあたりのポンド（psi）またはbar（圧力のメートル法）で測定できます。
- フロー：コンプレッサーがタスクをどの程度の速さと効率で完了するかを、必要な期間に応じて決定します。場所によっては、1 分あたりの立方フィート（cfm）、1 秒あたりのリットル（l/s）、または 1 時間あたりの立方メートル（m³/h）で測定されます。
圧縮空気の総必要量を計算するには、すべての圧縮空気使用機器（ツール、機械、システム）とその圧力および流量要件をリストアップします。メーカのデータまたは推定値を使用します。可能であれば、類似施設と比較評価を行いましょう。
個々のニーズを合計した後、非連続運転を考慮するために「同時性係数」を適用します。漏れ、摩耗、将来の拡張に対する余裕を必ず含めてください。
ツールや用途によって、特定の流量と圧力レベルが必要です。ここでは、一般的な工具および産業用途の一般的なエア要件を示します。
| 用途 | 流量と圧力 (US) | 流量と圧力（メートル法） | エアツール | 流量と圧力 (US) | 流量と圧力（メートル法） |
|---|---|---|---|---|---|
| 家庭用 | 1–2 CFM 70–90 PSI |
0.47-0.94 L/ 秒 4.8-6.2 bar |
エアブラシ | 0.5–1.5 CFM 20–30 PSI |
0.24-0.71 L/ 秒 1.4-2.1 bar |
| スプレーガン | 4–8 CFM 30–50 PSI |
1.89-3.78 L/ 秒 2.1 - 3.4 bar |
ネイル ガン | 1–2 CFM 70–90 PSI |
0.47-0.94 L/ 秒 4.8-6.2 bar |
| サンドブラスト | 6–25 CFM 70–90 PSI |
2.83-11.8 L/ 秒 4.8-6.2 bar |
タイヤ空気充填システム | 2–3 CFM 100–150 PSI |
0.94-1.42 L/ 秒 6.9-10.3 bar |
| さまざまな電動ツール | 3–10 CFM 90–120 PSI |
1.42-4.72 L/ 秒 6.2-8.3 bar |
インパクト・レンチ | 3–5 CFM 90–100 PSI |
1.42-2.36 L/ 秒 6.2-6.9 bar |
| HVAC システム | 6–12 CFM 80–100 PSI |
2.83-5.66 L/ 秒 5.5-6.9 bar |
エアラチェット | 3–5 CFM 90–100 PSI |
1.42-2.36 L/ 秒 6.2-6.9 bar |
| エアコンディショナー | 3–5 CFM 60–80 PSI |
1.42-2.36 L/ 秒 4.1 - 5.5 bar |
ハンマードリル | 3–6 CFM 90–120 PSI |
1.42-2.83 L/ 秒 6.2-8.3 bar |
| 自動車組立 | 8–15 CFM 90–120 PSI |
3.78-7.08 L/ 秒 6.2-8.3 bar |
塗装スプレー | 6–7 CFM 30–50 PSI |
2.83-3.30 L/ 秒 2.1 - 3.4 bar |
| 食品および飲料の包装 | 4–10 CFM 70–90 PSI |
1.89-4.72 L/ 秒 4.8-6.2 bar |
グラインダー | 5–8 CFM 90–120 PSI |
2.36-3.78 L/ 秒 6.2-8.3 bar |
複雑な環境での圧縮空気性能の最適化
圧縮空気に依存する複数の用途やツールがある複雑な環境では、圧縮空気システム専用のルームが最適な性能とエネルギー効率を確保します。さまざまな需要にわたって空気の供給量をバランスよく調整することで、圧力損失を防ぎ、無駄を削減し、リアルタイムで使用パターンの変化に適応します。
ステップ 3：コンプレッサーのサイズ
適切なコンプレッサーを選ぶには、まず必要な空気流量を理解することから始まります。流量は CFM 単位で測定され、機器が効率的に動作するために必要な空気量を示します。ツールや機械ごとに必要な空気量が異なる場合があるため、特定の用途に合ったコンプレッサーを選択することが重要です。
次に、必要な動作圧力（単位：PSI）を考慮します。空圧工具やスプレー塗装などの作業では、効果的に作業するためにさまざまな圧力レベルが必要になることがよくあります。フィルター、ドライヤー、長い配管が原因で発生する可能性のある圧力損失を考慮してください。
また、アプリケーション全体を見ることも重要です。一部の用途では、より高い空気品質またはより一貫した圧力が必要になる場合があります。最後に、馬力またはキロワットで測定したコンプレッサーの出力を考慮します。電力は重要ですが、既に定義した空気流量と圧力のニーズをサポートし、それ自体で選択を推進するものではありません。
ステップ 4：アクセサリーと制御装置を選択する
適切な機器の構成は、お客様の用途に完全に依存します。機密性の高いプロセスを保護するためにオイルフリーコンプレッサーが必要な作業もあれば、給油式モデルを使用する作業もあります。
固定速度コンプレッサと可変速駆動 (VSD) コンプレッサーの選択は、空気需要の安定性や変動など、いくつかの要因によって異なります。VSD コンプレッサーは通常、需要が変動する用途でより効率的ですが、固定速度ユニットは一定の負荷での運転に適している場合があります。さらに、必要な空気純度レベルが、エアフィルタと乾燥システムの選択の指針となります。
高効率なエアドライヤー、高性能フィルター、統合されたシステム構成は、システム全体の信頼性を向上させ、メンテナンスを削減し、省スペース化を実現できます。特に、圧力と流量の要件に合わせて設計された場合に効果的です。
コンプレッサー制御システムを使用することで、ダウンタイム（稼働停止）を回避することもできます。中央制御システムは複数のコンプレッサーを管理でき、 ユニット間で 稼働時間のバランスを取って摩耗を減らし、メンテナンス作業を効率化します。また、故障や停止したユニットを自動的に代替することで、安定した圧力供給と途切れない生産を確保します。
プロのヒント：ライフサイクル全体のコストを最小限に抑える
購入コストを下げることは大きなことのように思えるかもしれませんが、長期的にはコストが増加する可能性があります。特にコンプレッサーがより効率的で保守が容易な場合は、初期費用を少し増やすことが多くの場合、利益をもたらします。
エネルギー使用量はコンプレッサーの総ライフサイクルコストの最大 80% を占める可能性があるため、エネルギー消費量を削減することが重要です。
そのため、エネルギーを節約するように設計された技術と機器を選択することが重要です。可変速駆動 (VSD) コンプレッサーから熱回収システムまで、最初から適切なコンポーネントを選択することで、運用コストを削減し、環境フットプリントを削減できます。
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