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窒素:窒素および窒素が使用されている場所とは

Compressed Air Compressed Air Wiki Industrial Gases Nitrogen Basic Theory

私たちが呼吸する空気の大部分を窒素が占めていることをご存知でしょうか。人が生きるには酸素が必要ですが、空気は78%の窒素、わずか21%の酸素と少量の他の気体から構成されています。人間の体ではこの窒素を使いませんが、様々な産業用途で非常に役立っています。端的に言えば、すぐに使える窒素の供給源が無限にあるので、必要な純度を、窒素に関わる現在の年間コストのほんの一部で得ることができます。

窒素とは

窒素とは

最初に、窒素は不活性の気体です。無色無臭で、生命の維持には役立ちません。しかし、植物の成長には重要で、肥料の重要な添加物であり、用途はガーデニングにとどまりません。窒素の通常の形態は液体か気体です(固体窒素とすることも可能です)。液体窒素は冷媒として使用されており、医療研究において、食品と対象物の急速冷凍が可能な冷媒としてだけでなく、生殖技術でも使用されています。これを説明するために、ここでは主に気体の窒素について説明します。

反応しやすい酸素とは異なり、他の気体と接触したときに反応を起こさないことから、窒素の用途は多岐にわたります。化学的な組成により、窒素原子が分かれて他の物質と反応するには大きなエネルギーを必要とします。それに対して、酸素分子は容易に分解するため、反応性が高くなります。窒素ガスはその逆で、反応性のない環境を、必要な時に得ることができます。

窒素に反応性がないことは最重要の性質であり、気体窒素は緩慢な酸化と急速な酸化の両方を防ぐために利用されています。回路基板や他の小型部品の製造中に腐食の形で緩慢な酸化が生じるエレクトロニクス業界が典型的な使用例です。緩慢な酸化は、食品飲料業界でもよく起こります。この場合は、最終製品の持ちを良くするために空気を置き換えたり、空気を排出するために窒素が使用されています。急速な酸化の好例は爆発や火災であり、これが継続するには酸素が必要となります。窒素の助けを借りて容器から酸素を除去すると、このような事故が起こる可能性を低くすることができます。

窒素を利用する用途では、窒素ガスを得る主要な方法は3つあります。1つは現場で窒素タンクを賃借して窒素ガスを届けてもらうこと、2つ目は窒素ガスを高圧ボンベの中に入れて届けてもらうことです。3つ目は、圧縮空気を使用して自社で窒素を生成することです。窒素の購入や賃借の場合は、第三者サプライヤとの取引が必要になるため、不便で非効率、高コスト高になる場合があります。このような理由から、賃借を選択せず、特定の用途向けに量、純度、および圧力を制御する能力を持つ企業が自社での窒素生成を選択する事例が多くなっています。その他の利点には、価格が一定すること、搬送のコストや遅れがないこと、低温貯蔵設備に関連する危険がないこと、蒸発損または返却するボンベを完全に空にできないことに起因する無駄がないことなどがあります。

窒素発生システムには、メンブレン窒素生成システムと99.999%つまり10 PPM(パーツパーミリオン)以上の高純度を達成できるPSA(圧力スイング吸着式)窒素生成システムの2種類があります。こちらで詳細をご確認ください。

気体窒素の実用的用途

不活性ガスである窒素は、様々な業界で幅広く使用されています。気体窒素の代表的な産業用途のいくつかを以下に示します。

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