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圧縮空気とは

Compressed Air Compressed Air Wiki Basic Theory

圧縮空気は、風船の中や自転車のタイヤを膨らませる空気など、私たちの周囲のいたるところにあります。この記事では、圧縮空気の概要と圧縮空気を作る方法について説明します。空気全般の詳細については、こちらの記事を参考にしてください。

圧縮空気とは

「圧縮空気とは」のイントロダクション

知っていてもいなくても、誕生日パーティの風船や車と自転車のタイヤの空気など、圧縮空気は私たちの生活のあらゆる面に関わっています。このページを表示しているスマートフォン、タブレット、コンピュータの製造にもおそらく圧縮空気が使用されています。


もうお分かりでしょうが、圧縮空気の主な成分は空気です。空気は混合気体です。つまり、多くの気体で構成されています。主な気体は窒素(78%)と酸素(21%)で、それぞれ特定の運動エネルギーを持つ異なる空気分子から成ります。


空気の温度は、これらの分子の平均運動エネルギーに正比例します。これは、空気の温度が上昇すると、平均運動エネルギーが大きくなることを意味します。(空気分子がより速く動きます)。温度は、運動エネルギーが小さいとき低下します。


空気を圧縮すると分子が速く動くようになり、温度が上昇します。この現象は「圧縮熱」と呼ばれています。空気を圧縮すると、空気は文字どおり狭い空間に強制的に入れられ、結果的に分子同士の距離は近くなります。このときに放出されるエネルギーは、空気を狭い空間に強制的に入れるために必要なエネルギーと同じです。言い換えると、蓄積されたエネルギーが将来使用可能になります。


風船の例を考えてみましょう。風船を膨らませると、空気の体積は強制的に小さくなります。風船内の圧縮空気に閉じ込められたエネルギーは、風船を膨らませるために必要なエネルギーと等しいものです。風船の結び目をほどいて空気を放出すると、このエネルギーが放散され、風船は飛び去ります。これは容積式コンプレッサの主な動作原理でもあります。


圧縮空気は、エネルギーを蓄積して伝達するための優れた方法です。バッテリや蒸気のような他の手段と比較して、柔軟性と汎用性があり、比較的安全です。バッテリはかさばり、充電の寿命が限られています。一方、蒸気はコスト効率が良くなく、非常に高温になるため使いやすくもありません。ただし、圧縮空気を電気と比較すると、電気の方がコスト効率に優れています。これが本当ならば、なぜ圧縮空気が使用されるのでしょうか。

圧縮空気を使用する理由

電気ではなく圧縮空気を使用する最も重要な理由の1つは安全性です。装置に過負荷がかかる用途では、電気装置に安全性の危険があります。感電や火災は資産の破損や人員のけがを発生させるおそれがあります。圧縮空気と空気圧ツールは、濡れた床や湿度の高いエリアなど、様々な状況で使用できます。


第2の理由は、圧縮空気は柔軟性が高いという点です。鉱山や建築現場のような離れた場所で簡単に使用できます。エアツールは温度上昇がなく、スピードとトルクを変えられるという利点があります。さく岩機のようなインパクトタイプ機器を考えてみましょう。特に離れた場所で、同等の力を電気でつくり出すことはほとんど不可能です。


さらに、圧縮空気を利用したツールは軽量です。製造時に軽量な素材を使い、人間工学に配慮することも可能なため、軽量化したツールを使用して作業員の疲労を軽減し、空気のコストと労働コストのバランスを取ることができます。


最後にコストの問題があります。圧縮空気のコストは、同等の電気コストの7~8倍にも上ります。ただし、圧縮空気用に設計された装置の方が低コストです。設計が簡素なので、使用される部品の数も少ないのです。そのうえ空気圧ツールは一般に頑丈で、生産環境で長く使用できます。


圧縮空気は水道、電気、ガスに次ぐ4番目のユーティリティと見なされていることを知っていますか。もちろん私たちは皆、最初の3つを日常生活で使用しています。しかし圧縮空気はどこででも使用できるため、中小の企業や大企業でも第4のユーティリティと見なされています。


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