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冷却:水冷式コンプレッサと空冷式コンプレッサの比較

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

コンピュータの場合と同様に、コンプレッサには複数の冷却方法があります。最初に選択するのは、空冷式と水冷式どちらのコンプレッサにするかということです。水冷式を選択した場合、水冷却には3種類の方法があります。このような様々な選択肢を確認し、圧縮空気システムにどの冷却方法を使用すべきか考えてみましょう。

コンプレッサ設備の様々な水冷却方法

コンプレッサ設備の冷却

コンプレッサのインタークーラとアフタークーラ内で冷却される圧縮空気が増加するほど、コンプレッサのエネルギー効率が高まり、凝縮される水蒸気が増加します。水冷式コンプレッサ設備は、コンプレッサ室の換気システムをほとんど必要としません。冷却水は、という形で、電動モータで使用されるエネルギーの約90%を貯蔵しています。コンプレッサの水冷却システムは、3つの主な原則のいずれかに基づいています。

  • 水を循環させない開放系システム(外部の給水源と接続) 
  • 水を循環させる開放系システム(クーリングタワー) 
  • 水を循環させる閉鎖系システム(外部の熱交換器/ラジエータを含む)

水を循環させない開放系システム

水を循環させない開放系システムでは、水は水道管、湖、河川水、井戸など、外部の給水源から供給されます。この水はコンプレッサを通過した後に排水されます。システムはサーモスタットによって制御され、適切な空気温度が維持され、水の消費量が管理されている必要があります。

一般的に、開放系システムは、設置が簡単で設置のコストが安いのですが、冷却水を水道管から取る場合は特に、運転のコストが高くなります。通常、湖や河川の水は無料ですが、冷却システムが詰まるリスクを抑えるために、フィルタを使用して水を浄化する必要があります。そのうえ、水に石灰が多く含まれていると、クーラ内部にボイラースケールができ、徐々に冷却性能が低下します。塩水の場合も同様です。ただし、システムが適切に設計され、それに応じて寸法が決定されている場合には塩水を使用できます。

水を循環させる開放系システム

水を循環させる開放系システムでは、コンプレッサから出た冷却水は開放クーリングタワー内で繰り返し冷却されます。クーリングタワーでの水冷却は、水を下に向けてチャンバ内にまくときに周囲の空気を吹き抜けさせます。この結果、水の一部は気化し、残りの水は周囲温度の2℃下まで冷却されます(温度と相対湿度によって異なります)。水を循環させる開放系システムは、主として利用可能な外部の給水源が限られている場合に使用されます。このシステムには、周囲の空気によって水が次第に汚染されるという欠点があります。このシステムでは気化が発生するため、外部の水を使用して水を継続的に増やす必要があります。溶解塩は高温の金属表面に沈着し、クーリングタワーの熱伝導能力を低下させます。水中の藻類が成長しないように、水を定期的に分析して化学物質で処理する必要があります。冬季にコンプレッサを運転しないときは、クーリングタワーを排水するか、水を加熱して凍結を防止する必要があります。

水を循環させる閉鎖系システム

閉鎖冷却システムでは、同じ水がコンプレッサと外部の熱交換器の間で絶えず循環します。この熱交換器は、外部の水回路か周囲の空気によって冷却されます。水の冷却に別の水回路を使用する場合は、フラットプレート式熱交換器が使用されます。周囲の空気で水を冷却する場合は、パイプと冷却フィンで構成された冷却マトリックスが使用されます。1個以上のファンが周囲の空気を強制的に循環させ、パイプ内とフィンを通過させます。この方法は、使用できる冷却水が限られている場合に適しています。

解放回路や閉鎖回路の冷却容量はほとんど変化しません。コンプレッサの水はクーラントよりも5℃高い温度まで冷却されるためです。周囲の空気を使って冷却水を冷やす場合は、さらに不凍剤(グリコールなど)が必要です。閉鎖冷却水システムは、軟水の純粋で満たします。

グリコールを追加する場合は、コンプレッサシステムの水フローを計算し直す必要があります。グリコールのタイプと濃度は水の熱容量と粘性に影響します。最初に充填する前に、システム全体を徹底的に洗浄することも重要です。適切な閉鎖水システムを設置すると、監視する必要がほとんどなく、メンテナンスは低コストです。設備に使用可能な冷却水が腐食する可能性がある場合は、インコネルのような耐蝕性の素材のクーラを設計する必要があります。

空冷式コンプレッサ

最近は、コンプレッサパッケージのほとんどで空冷仕様のものも販売されています。空冷式では、エアコンプレッサパッケージ内の換気が強制的に行われ、その中に電動モータで消費されるエネルギーのほぼ100%が含まれています。

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