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スクリュコンプレッサ

Compressor Types Compressed Air Wiki Displacement Compressors Compressors

空気圧縮の2つの基本原理を既にご存知の方もいるでしょう。容積圧縮の原理はそのうちの1つです。容積式コンプレッサに分類されるコンプレッサには多くのタイプがあります。ロータリスクリュコンプレッサは、最もよく知られ、最も人気のあるタイプのコンプレッサです。

ロータリスクリュコンプレッサとは

ロータリスクリュコンプレッサのグラフィック

ロータリスクリュ型の回転式容積式コンプレッサの動作原理は、圧力が変動する条件下で流量が大きく、フローが安定した回転式コンプレッサが求められた1930年代に開発されました。ロータリスクリュエレメントのメイン部分はオスロータとメスロータです。これらが反対方向に回転するときにロータとハウジング間の容積が減少します。

各スクリュエレメントは一定の固有圧力比を持ち、圧力比は長さ、スクリュのピッチ、吐出ポートの形状によります。最高の効率性を得るには、固有圧力比を要求される運転圧力に適合させる必要があります。通常、スクリュコンプレッサにはバルブがなく、不均衡の原因となる機械力はかかりません。つまり、シャフトが高速で動作し、小さな外形寸法で大きな流量を得ることが可能なのです。入口と出口の差圧に左右される軸の作用力は、ベアリングによって対応する必要があります。

オイルフリースクリュコンプレッサー

オイルフリーロータリスクリュコンプレッサ

最初のロータリスクリュコンプレッサは、ロータの形状が対称で、圧縮室内に冷却液はなく、オイルフリーまたはドライスクリュコンプレッサと呼ばれていました。現代的で高速なオイルフリースクリュコンプレッサはスクリュの形状が非対称で、内部の漏れを削減することでエネルギー効率が大幅に向上しました。外部の歯車は、ほとんどの場合、反対方向に回転するロータの位置を同期するために使用されます。ロータは相互に接触せず、コンプレッサハウジングとも接触しないため、圧縮室内は潤滑油が不要です。


したがって、圧縮空気にはまったくオイルが混入しません。ロータとハウジングは、圧力側から入口への漏れが最小限になるように、極めて高い精度で製造されています。固有圧力比が限られているのは、入口と吐出口の間の温度差を制限しているからです。このため、オイルフリースクリュコンプレッサは、より高い圧力が得られるよう、しばしば多段と段間冷却が組み込まれています。

給油式スクリュコンプレッサ(水潤滑式含む)が動作する仕組み

給油式スクリュコンプレッサ(水潤滑式含む)スクリュコンプレッサ内部では、圧縮室内、そしてしばしば圧縮ベアリング内に液体が注入されます。その役割は、コンプレッサエレメント可動部品の冷却と潤滑、内部で圧縮される空気の冷却、入口に逆流する空気漏れの削減です。現在、潤滑とシーリングの特性に優れているオイルが液体として注入されるのが一般的ですが、水やポリマーのような液体も使用されます。圧力比を高くした給油式スクリュコンプレッサエレメントの製造が可能です。1段圧縮で通常は圧力最大14 bar、エネルギー効率は下がりますが17 barまでも十分対応可能です。

定速コンプレッサと可変速駆動コンプレッサ(VSD)の比較

この2種類の技術の基本的な違いは、その名前から分かります。定速コンプレッサは一定の速度で継続的に駆動し、その生産能力100%で運転中のとき、つまりモータが回っていて圧縮空気が製造されているときに、非常に効率的です。装置が無負荷で空気の製造が止まったときに定速コンプレッサは効率が低下し、容易に測定されます。モータは完全停止するまで回転し続けますがその間空気は生産されないので、エネルギーとコストが無駄になります。工場が複数シフト制の場合、あるいは1日のフロー需要が大きく変動する場合には非効率性と無駄を生みます。


可変速駆動(VSD)技術の動作原理は異なります。モータは、所定の工場/施設内で必要とされる空気の量に関連した適切な速度で回転します。つまり、空気のニーズや需要が増加すると、モータの速度も上がり、供給されるフロー/CFMが増加します。一方、需要が減少すると、モータの速度は自動的に落ち、必要なエネルギーだけを使用して適切なフローが提供されます。インバータ(VSD)エアコンプレッサは必要とされる需要に出力を一致させ、使用されている流量を感知してそれに従った速度調整が可能です。生産速度が遅い日、1日のうちの休止時、第2シフトや第3シフト時は、VSD技術は特に便利です。電気の無駄がないためコストを節約できます。


圧縮空気の使用はコストが高く、電気代が総所有コストの70%以上を占めることを考慮すれば、VSD技術を利用することで35~50%の節約が可能になります。コンプレッサのサイズに応じて削減額は年間1万円~100万円、あるいはそれ以上に上り、どのような施設でも理想的な投資となります。インバータ(VSD)エアコンプレッサは特別なものではなく、標準になりつつあります。多くのお客様は毎年エネルギーを節約し、その資金で他の資産に投資しています。

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