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真空ソリューション

圧縮空気システムで使用するインラインフィルタの選び方

Installing an Air Compressor How-To Compressed Air Wiki Filtering Air Treatment

インラインフィルタの選択は難しくありませんが、適切な問いかけを行い、フィルタを必要とする工程を理解していなければややこしくなる場合があります。説明を進める前に立ち止まって、フィルタの概念とフィルタが圧縮空気システム内で重要な役割を果たす理由を考えてみましょう。

フィルタが必要な理由

圧縮空気を乾燥させるフィルタの選択

コーヒー好きの人の場合は、最寄りのコーヒーバーに行くか人気のあるコーヒーメーカを使うのが簡単ですが、これだけで済ませたくはありません。たとえばドリップコーヒーメーカや焙煎したコーヒー豆を使いたくなります。このようなマシンでおいしいコーヒーを入れるために重要なことは、適切なフィルタを使用してコーヒー豆の粒やカスがカップに入らないようにすることです。一見重要には思えませんが、ペーパーフィルタは、おいしいコーヒーを入れるうえで重要な役割を果たします。

コーヒーメーカとは異なりますが、圧縮空気システムにもフィルタが必要です。過去の記事から分かるように、圧縮空気には、その空気を汚染し、エンドユーザー(圧縮空気を使用する機器)にとって害となる可能性のある粒子、エアロゾル、オイル蒸気(オイルインジェクション式ピストンおよびスクリュ内)が大量に含まれています。そこで正しいインラインフィルタを組み込めば、不要な粒子やエアロゾル、蒸気を取り除くことができます。必要なフィルタの数と種類は、お客様の用途や工程が必要とする空気の品質によって決まります。様々な種類のフィルタと正しいフィルタの選択に役立つ問いかけを見てみましょう。

必要な空気の清浄度の把握

空気がどの程度清浄でなければならないかを把握するには、圧縮空気を利用する用途と工程を特定して、評価する必要があります。圧縮空気を使用するすべての用途と工程で同じレベルのフィルタが必要なわけではありません。ですから、この情報は正しいフィルタ選択の第一歩です。空気駆動のために使用される圧縮空気は多くが1ミクロンまたは0.01ミクロンまでフィルタ可能な標準的な乾燥粒子フィルタで対応可能です。しかし、お客様の工程においてOSHAの認証とオイル蒸気の除去が必要な場合は、活性炭フィルタを使用する必要があります。汚染物質とは何で、それが圧縮空気システムにどのように影響するかを見てみましょう。圧縮空気システム内の汚染物質の発生源として、使用している周囲の空気とシステム(コンプレッサ)そのものがあります。圧縮空気に含まれる主要な汚染物質は、粒子、エアロゾル、蒸気の3つです。

粒子:圧縮空気システム内の粒子には、周囲の空気から入ってくる粉塵や花粉、パイプの腐食により剥離した金属粒子があります。用途や工程の感応度によっては粒子との接触で最終製品を傷めることがあり、生産の遅れや品質管理の問題の原因となります。お客様が不満を持つのは言うまでもありません。

エアロゾル:エアロゾルは、圧縮空気システム、特にオイルインジェクション式コンプレッサを使用したシステムに見られる小さな液滴からなります。エアロゾルは潤滑剤、ここではコンプレッサ内で使用されている潤滑油から生じ、適切に処理しなければ製品と人の両方に害となることがあります。

蒸気:圧縮空気システム内の蒸気は、潤滑油だけでなく、ガスに変化した他の液体からなります。こうした蒸気は、特殊な活性炭フィルタを使用してシステムから除去する必要があります。

上記の汚染物質の理解が進んだので、どんな種類のフィルタ方法が各種の汚染物質の除去に使われているかを見てみましょう。

乾燥粒子の除去

乾燥粒子フィルタにおいて圧縮空気からあらゆるサイズの固形粒子を除去するために使用されている主要なメカニズムは3つあります。

慣性衝突:慣性衝突は、圧縮空気流では重すぎで流れない粒子を繊維メディアで捕えるプロセスです。粒子が大きいほど分離は容易です。

遮り:より小さな粒子は空気流にのっていくことができますが、粒子の直径がフィルタメディアの目より大きい場合にはフィルタメディアで捕えられるため、小さな粒子よりも大きな粒子のほうが除去が容易です。

拡散:拡散は、小さな粒子が圧縮空気流で流れる代わりに、表面上を不規則に動く際に起こります。この不規則な運動経路は粒子が他のガス粒子と衝突することが原因で起こり、ブラウン運動と呼ばれる現象です。粒子の運動範囲に制限はなく自由に動き回れるため、フィルタメディアによる捕捉と、圧縮空気流からの除去が極めて容易で、確率が高くなります。拡散では、大きな粒子よりも小さな粒子の分離が容易です。

これらの3つの力がフィルタの全体的な効率に寄与します。

エアロゾルと蒸気の除去

エアロゾルと蒸気の除去に使用するフィルタは2種類あります。結合型フィルタは液体と一部の粒子の除去に使用し、蒸気フィルタは吸着を利用して圧縮空気から蒸気を除去します。

結合:結合型フィルタはエアロゾルと粒子の除去に使用しますが、蒸気の除去には有効でありません。結合プロセスは、大きな滴を形成するために小さな液滴を集めることです。滴は大きさが増すにつれてフィルタからモイスチャドロップの中に落ち、その結果、圧縮空気流が清浄になり乾燥します。

吸着:吸着は、ガス化した潤滑油や蒸気の除去に使用する化学的プロセスです。このプロセスではメディア(吸着材)の表面に蒸気を吸着させます。一般的にフィルタのメディアには、表面積が広く、オイル蒸気の吸引力が高い活性炭が用いられています。時間の経過とともに活性炭の表面をオイル蒸気が覆うため、充満しきる前に交換することが不可欠です。そうしないと、オイルが突破して空気システムに入り込みます。また、活性炭フィルタの後にダストフィルタを使用することも必要です。小さな炭素粒子が発生して空気流に入るためです。

オイルのような潤滑油によって工程に支障が出る可能性

圧縮空気システム内でオイルが引き起こす可能性のある障害を評価するには、お客様の業界や圧縮空気を使用する機器の基本的要件を理解する必要があります。お客様の業界に厳しい衛生規範が存在するか、お使いの機器がオイルや蒸気への露出に弱い場合は、適切なフィルタを使用することが重要です。潤滑油の詳細を確認して、最終製品にどのような影響があるかを把握しましょう。

粒子と同様に、潤滑油がコンプレッサ自体からだけでなく、周囲の空気からも圧縮空気システム内に入る可能性があります。自動車排ガスのような施設稼働からもオイルエアロゾルなどの炭化水素が周囲の空気中に排出され、それによって空気の品質が低下し、機器の障害の原因となることがあります。オイルインジェクション式エアコンプレッサからも潤滑油が圧縮空気システム中に放出され、その結果運用コストとメンテナンスコストが増大します。エレクトロニクスや半導体などの業界では特に潤滑油汚染にさらされることが多く、製品の損失、納期遅れ、お客様の不満につながることがあります。

多くの場合、フィルタが不十分であれば、パイプが腐食して、圧損が増加するとともに、機器の損傷の原因となることがあり、コストが高くつく休止時間や予期しない修理コストにつながります。腐食は配管システム内で過剰な異物が発生する原因となり、それによってコンプレッサの動作が難しくなり、エネルギー消費が増加して、コンプレッサ部品が過剰に摩耗します。厳しい規則や純度クラスが求められている場合に、必要な結果を達成するには、適切なフィルタリングが鍵となります。

お客様の製品を圧縮空気システム内の不要なオイルから完全に保護するには、オイルフリーコンプレッサを使用する以外に方法はありません。この技術であれば汚染のリスクがなく、清浄で品質の高い圧縮空気を生成できます。

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