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コンプレッサ内に水がある理由

圧縮空気内の凝結

使用している圧縮空気システム内に水があることを訴えている人はいませんか? コンンプレッサから水が漏れていませんか? このようなことはよく起こりますが、無視したり、対処を怠ったりすると、圧縮空気システムに害が及び、最終製品の品質低下を招きかねません。コンプレッサの中に水が存在する理由と潜在的なリスクを避ける適切な処理方法について説明します。 

コンプレッサシステムから水が出てくる理由

水の凝縮は普通に起こることであり、空気を圧縮するときの副産物です。エアコンプレッサにより発生する水の量は、圧力だけでなく入口の条件、与えられた環境における周囲の空気の質に大きく依存します。簡単に言えば、温度、湿度、コンプレッサのサイズ、必要な圧力により、ユニットから出て、圧縮空気配管に入り込む可能性のある水分量が決まります。当然、低温の空気より高温で湿度の高い空気の方が含まれている湿気が多く、その結果コンプレッサから出てくる水は多くなります。たとえば、周囲温度24℃(75 F)、相対湿度75%で動作する55kW(75HP)のロータリスクリュエアコンプレッサでは、1日あたり280リットル(75ガロン)の水が発生します。以下に、圧縮空気システム内での湿気の除去プロセスを図で示します。 

水は、アフタークーラ凝縮水セパレータ冷凍式ドライヤ吸着式ドライヤといったアクセサリを使用して分離できます。7 bar(e)の過圧で動作するコンプレッサは、空気をその体積の8分の7に圧縮します。これにより、空気が含むことができる水蒸気も8分の7に減ります。大量の水が放出されます。たとえば、20℃、相対湿度60%の空気を吸入する100 kWのコンプレッサからは、8時間のシフト中に約85リットルの水が出ます。最終的に分離される水の量は、圧縮空気の用途によって変わります。さらに、これによってどのクーラとドライヤの組み合わせが適しているかが決まります。

これをさらに説明するために、周囲温度、流量(コンプレッサのサイズ)、入口圧力、入口温度、必要な圧縮下露点(PDP)などのパラメータが、乾燥プロセスと圧縮空気システム内の含水量にどのように影響するのかを見てみましょう。

選択パラメータ

流量またはコンプレッサのサイズ 高い流量(CFMまたはリットル/秒)が必要な用途では、システム内の含水量が多くなります。 周囲温度/水分含有量 周囲温度と湿度が高い環境でコンプレッサを運転すると、圧縮空気システム内で大量の水が発生することになります。 入口温度 ドライヤの入口温度が高い場合、圧縮空気の含水量が多くなるため、空気を処理し、水を凝縮させて除去するための、大型のドライヤが必要となります。 圧力 フロー、温度、湿度とは異なり、圧力は逆に作用します。圧力が高いほど、圧縮空気に含まれる水は少なくなり、乾燥が容易です。水を含んだスポンジを想像してみてください。スポンジを強く絞るほど含まれる水が少なくなるのと同じです。 圧力下露点(PDP) 圧力下露点は、圧縮空気の含水量測定に広く用いられています。PDPとは、空気または気体が水蒸気で飽和し、凝縮のプロセスが開始される、つまり液体の状態に変わり始める温度のことです。これは、気体がそれ以上水蒸気を保持できない状態とも説明できます。使用する圧縮空気の含水量を最小限に抑えるには、PDPレベルを下げる必要があります。PDP値が高いとシステム内の水蒸気量が多くなります。ドライヤのサイズにより、PDPと圧縮空気の凝縮レベルが決まります。

空気圧縮の様々な段階における選択パラメータ

水が圧縮空気システムに及ぼす害

圧縮空気中の湿気が多すぎると設備にダメージを与え、効果的な運転ができなくなる場合があります。圧縮空気内の凝縮水を処置しなければ、空気圧システム、エアモータ、バルブだけでなく、システムに接続されている部品や機械が損傷し、工程や最終製品の生産が不純物で汚染される可能性もあります。これを説明するため、湿気の悪影響を一覧にしました。

  • 配管システムと機器(CNC、他の製造機械)の腐食
  • 長時間のシャットダウンにつながる空気圧制御装置の損傷
  • 潤滑剤が洗い流されることによる製造機器の錆と摩耗の増加
  • 変色、品質低下、塗料の付着のリスクによる品質の問題
  • 寒冷な気候での運転では、凍結が起こって制御ラインが損傷することがある
  • エアコンプレッサのメンテナンスが過剰になり、機器の寿命が短くなる
さらに、圧縮空気に含まれる湿気には、プラントの空気、計器の空気、バルブ、シリンダだけでなく空気圧ツールも損傷させる作用があります。過剰で不要なメンテナンスコストと生産停止が起こらないようにするために、事前対応を行い、圧縮空気を清浄で乾燥した状態にし、どのような工程や用途にも適した状態に保つための手順を適切に実施することをお勧めします。

圧縮空気を乾燥させる方法

圧縮空気の適切な乾燥方法の選択は、工程と最終製品を損なわないための要件により大きく変わってきます。圧縮空気から湿気を除去する初期のステップの1つは、コンプレッサ内で行います。なぜなら、湿気の分離装置すなわちアフタークーラが、水蒸気の40~60%を除去できるからです。

アフタークーラから出た圧縮空気は水で飽和したままとなり、処置をしないとシステム全体に損傷が及ぶ可能性があります。エアレシーバを使用することで圧縮空気の含水量の低減に役立ちます。タンクの周囲温度はエアコンプレッサから出てくる高温の圧縮空気より温度がはるかに低いからです。タンクが濡れていると余分に湿気が集まり、腐食と過剰な摩耗を防ぐために毎日排水が必要になることに留意してください。

用途によりそれ以上の湿気の除去が必要となる場合は、外部ドライヤまたは内部(統合型)ドライヤが必要となります。望ましい露点に応じて、ドライヤの選択肢として冷凍式ドライヤ吸着式ドライヤの2つがあります。冷凍式ドライヤでは、空気を3℃(37°F)の温度まで冷却し、水蒸気を凝縮させて圧縮空気からその温度で除去します。冷凍式ドライヤの露点が十分でない場合は、吸着式ビードエアドライヤを使用して、望ましい結果を得る必要があります。吸着式ドライヤでは、露点を-40℃/°Fまで低下させることで、塗料の噴霧作業、印刷、その他の空気圧ツール用途に不可欠な完全乾燥した空気となります。