エアコンプレッサの測定値（作業、出力、フロー）についての理解

気体混合物の体積の変化に関連する機械的作業は、熱力学エンジニアリングにおける最も重要なプロセスの 1 つです。 

コンプレッサの流量は、通常、質量流量計を使用して測定されます。直感的には、質量よりも体積の観点から気体の流量を理解することが容易です。気体の入口条件が変化すると容量が変化するため、気体の入口条件を指定する必要があるという欠点があると考えられます。ただし、コンプレッサの場合、出口質量流量は入口条件にも依存するため、流量が達成された入口条件を常に指定する必要があります。

システムの容積流量は、単位時間あたりに流れる流体の量の尺度です。これは、フローの断面積の積と平均流速として計算できます。容積流量のSI単位はm3/秒です

ただし、コンプレッサを購入する際は、通常、コンプレッサの容量をリットル / 秒（l/s）で表します。これは、コンプレッサの FAD または自由空気吐出量です。

フリーエア供給とは何ですか？フリーエアとは、コンプレッサの入口条件下、つまり周囲温度と圧力での空気を意味します。納品とは、コンプレッサの出口から出る空気のみが考慮されることを意味します。これは、入口と出口の間でコンプレッサから空気が漏れる可能性があるため、入口から入る空気とは異なります。コンプレッサの流量は通常、出口の質量流量計で測定されます。つまり、供給される空気のみが測定されます。その後、吸気条件を使用して「自由空気」に変換されます。

FAD は、異なるコンプレッサ間の比較、またはコンプレッサの容量とツールの消費量を一致させるために使用されることを意図しています。特に指定がない限り、コンプレッサまたはツールの FAD（仕様シートに記載）は、基準インレット条件（20°C、1 bar、0% RH）を維持しながら測定されています。コンプレッサエレメントのスイープボリュームに適合する空気質量は、空気密度によって変化するため、コンプレッサのアウトレット側で効果的に得られる流量が変化します。密度は空気の温度と圧力によって異なります。そのため、測定されたアウトレットの質量流量をインレットの空気密度で割ります。これにより、密度の影響が取り除かれます。

ただし、温度と圧力には二次的な影響があります。特に、部品間のギャップの大きさは温度に応じて変化し、多少の漏れを引き起こします。インレットでの圧力の変化は、過圧または過圧を引き起こし、結果としてアウトレット流量を変化させます。このため、一般的には（必ずしも）ISO1217:2009 規格で定義されている参照条件である同じ条件でコンプレッサを比較することが重要です。他のセクターや地域では、異なる基準条件を使用できます。

もう 1 つのよく使用される流量は、標準流量（Nl/s）で、基準は 0°C、1 atm、0% RH です。

2 つの流量率の関係は、 q_FAD = q_N × T_FAD / T_N × P_{N / P FAD}

（上記の簡略化された式では湿度は考慮されません）。

• qFAD は、実際の運転条件を反映し、コンプレッサから出る空気の圧力と温度を考慮します。
• qN は標準化された基準を提供し、さまざまなシステム間でコンプレッサの性能を比較しやすくします。

エンジニアや産業バイヤーはベンチマークとして qN を信頼していますが、実際のシステム設計と運用には qFAD が不可欠です。

FAD は体積流量であるように見えますが、体積の観点から表される質量流量と考えることができます。これは、固定条件では空気流の密度が一定であるため、質量流量は一定で既知であるためです。

以下の例は、自由空気供給 (FAD) を示しています。

• 10 bar (e) で動作するコンプレッサの場合、39l/s の FAD は何を意味しますか？
• 39 リットルのタンクに 10 bar (e) の圧力で充填するのにどのくらいの時間がかかりますか？

FAD は質量流量として見ることができます。10 bar (e) または 11 bar (a) での 39 リットルの空気の総質量は、周囲条件での 39 リットルの空気の質量の 11 倍に相当します。後者を質量単位と呼ぶことができます。タンクがすでに始動時に周囲空気で満たされていると仮定すると、タンク内にはすでに 1 つの「質量単位」があり、さらに 10 個しか必要ありません。コンプレッサは毎秒 1 単位の質量を供給しているため、この質量をタンクに供給するのに 10 秒かかります。

bar (a) と bar (e) の違いをここで説明します。

SER は、特定の圧力で 1 リットルの FAD を供給するために必要なエネルギー量として表される効率の尺度です。これにより、ジュール / リットル（J/l）の値が得られます。たとえば、100L/s を供給するために 35kW を消費する機械の SER は 350J/l です。

kW や馬力ではなく、流量と圧力で圧縮空気システムを指定することは、お客様のニーズに合わせて性能を調整する最善の方法です。コンプレッサのサイズは、単に kW 定格を考慮するよりも、お客様のビジネス要件に正確に適合する必要があります。

この記事では、機械的な作業、電力、およびフローに関連する専門用語が数多く取り上げられています。この情報を理解することは、用途に適した機器に投資する上で重要です。サイズが大きすぎる、または小さすぎる機器を購入すると、非効率性というリスクがあります。

考慮すべき重要なことは、特定の期間内に特定のジョブを完了するためにオブジェクトを移動する必要がある力の大きさです。前述のように、これはフローと圧力で表されます。リットル/秒（l/s）に加えて、フローは立方フィート/分（cfm）または立方メートル/時間（m3/時）で表されます。これらの測定値は、すべて速度に関するものです。

圧力は、上記のバールまたは平方インチあたりのポンド (psi) の両方で表示されます。重い物を動かす必要がある場合は、より多くの圧力が必要です。また、一日中空気を供給する必要があるかどうか、また用途に異なる要件があるかどうかも判断する必要があります。このコンテキストは、サイズを決定し、固定速度と可変速駆動 (VSD) マシンの間で選択する場合に役立ちます。エアコンプレッサの選定に関するガイドをご覧ください。