圧縮空気システムは、狭義には、空気源設備、空気源浄化設備、および関連する配管で構成されます。広義には、空気圧補助機器、空気圧アクチュエータ、空気圧制御機器、真空機器などもすべて圧縮空気システムに分類されます。通常、空気圧縮機ステーションの設備は、狭義の圧縮空気システムに該当します。以下の図は、典型的な圧縮空気システムのフローチャートを示しています。
空気源装置（空気圧縮機）は、大気を吸い込み、自然状態の空気を高圧の圧縮空気に圧縮し、浄化装置を通して圧縮空気中の水分、油分、その他の不純物を除去します。
自然界の空気は、酸素、窒素、二酸化炭素など様々な気体の混合物で構成されており、水蒸気もその一つです。一定量の水蒸気を含む空気を湿潤空気、水蒸気を含まない空気を乾燥空気と呼びます。私たちの周りの空気は湿潤空気であるため、空気圧縮機の作動媒体は当然ながら湿潤空気です。
湿潤空気中の水蒸気含有量は比較的小さいものの、その含有量は湿潤空気の物理的性質に大きな影響を与える。圧縮空気浄化システムにおいて、圧縮空気の乾燥は主要な工程の一つである。
特定の温度と圧力条件下では、湿った空気中の水蒸気量（すなわち水蒸気密度）には限界があります。ある温度において、含まれる水蒸気量が最大量に達したとき、その湿った空気を飽和空気と呼びます。最大量に達していない湿った空気を不飽和空気と呼びます。
不飽和空気が飽和空気になる瞬間、湿った空気中に液体の水滴が凝結します。これを「凝結」と呼びます。凝結はよく見られる現象です。例えば、夏は空気の湿度が高いため、水道管の表面に水滴ができやすくなります。冬の朝には、住人の窓ガラスに水滴が現れます。これらはすべて、一定圧力下で湿った空気が冷却されることによって生じる現象です。
前述のように、水蒸気分圧を一定に保った場合（つまり、絶対的な水分量を一定に保った場合）、不飽和空気が飽和状態に達する温度を露点と呼びます。温度が露点温度まで下がると、「凝結」が起こります。
湿った空気の露点は、気温だけでなく、空気中の水分量にも関係します。水分量が多いほど露点は高くなり、水分量が少ないほど露点は低くなります。
露点温度は、圧縮機工学において重要な役割を果たします。例えば、空気圧縮機の出口温度が低すぎると、油ガス混合気体が低温のため凝縮し、潤滑油に水分が混入して潤滑効果が低下します。したがって、空気圧縮機の出口温度は、対応する分圧における露点温度を下回らないように設計する必要があります。
大気圧露点とは、大気圧下における露点温度のことである。同様に、圧力露点とは、圧力下の空気の露点温度を指す。
圧力露点と標準圧力露点の対応関係は、圧縮比に関係している。同じ圧力露点の場合、圧縮比が大きいほど、対応する標準圧力露点は低くなる。
空気圧縮機から排出される圧縮空気は汚れています。主な汚染物質は、水（液体の水滴、水ミスト、気体の水蒸気）、残留潤滑油ミスト（ミスト状の油滴、油蒸気）、固体不純物（錆泥、金属粉、ゴム粉、タール粒子、フィルター材、シール材の微粉末など）、有害な化学不純物、その他の不純物です。
劣化した潤滑油はゴム、プラスチック、シール材を劣化させ、バルブの故障や製品の汚染を引き起こします。湿気や埃は金属部品やパイプの錆や腐食を引き起こし、可動部品の固着や摩耗、空気圧部品の故障や空気漏れを引き起こします。湿気や埃は、絞り穴やフィルタースクリーンを詰まらせることもあります。氷によってパイプラインが凍結したり、ひび割れたりすることもあります。
空気の質が悪いと、空気圧システムの信頼性と耐用年数が大幅に低下し、その結果生じる損失は、空気源処理装置のコストとメンテナンスコストを大幅に上回ることが多いため、空気源処理システムを正しく選定することが絶対に必要です。
圧縮空気中の水分の主な発生源は何ですか？
圧縮空気中の水分の主な発生源は、空気圧縮機が空気とともに吸い込む水蒸気です。湿った空気が空気圧縮機に入ると、圧縮過程で大量の水蒸気が液体の水に変化し、その結果、空気圧縮機の出口における圧縮空気の相対湿度が大幅に低下します。
例えば、システム圧力が0.7MPaで吸入空気の相対湿度が80%の場合、空気圧縮機から出力される圧縮空気は圧力飽和状態にあるものの、圧縮前の大気圧状態に戻すと相対湿度はわずか6～10%になります。つまり、圧縮空気中の水分含有量は大幅に減少しているということです。しかし、ガス配管やガス機器内の温度が徐々に低下すると、圧縮空気中に大量の液体の水が凝縮し続けます。
圧縮空気中の油分汚染はどのようにして発生するのですか？
圧縮空気中の油汚染の主な原因は、空気圧縮機の潤滑油、周囲の空気中の油蒸気および浮遊油滴、そしてシステム内の空気圧部品の潤滑油である。
遠心式およびダイヤフラム式空気圧縮機を除き、現在使用されているほぼすべての空気圧縮機（各種オイルフリー潤滑式空気圧縮機を含む）は、多かれ少なかれ汚れた油（油滴、油ミスト、油蒸気、炭素の分裂）をガスパイプラインに混入させる。
空気圧縮機の圧縮室の高温により、オイルの約5～6％が蒸発、分解、酸化し、炭素やワニス状の膜として空気圧縮機のパイプの内壁に堆積し、軽い成分は蒸気や微粒子の形で浮遊し、圧縮空気によってシステム内に運ばれます。
要するに、運転中に潤滑剤を必要としないシステムの場合、圧縮空気中に混合されるすべての油や潤滑剤は、油汚染物質とみなされます。運転中に潤滑剤を添加する必要があるシステムの場合、圧縮空気中に含まれるすべての防錆塗料やコンプレッサーオイルは、油汚染不純物とみなされます。
固体不純物はどのようにして圧縮空気に混入するのか？
圧縮空気中の固体不純物の主な発生源は以下のとおりです。
①周囲の大気には、様々な粒径の不純物が混ざっています。たとえ空気圧縮機の吸込口にエアフィルターが装備されていても、通常、5μm以下の「エアロゾル」不純物は吸入空気とともに空気圧縮機内に入り込み、圧縮過程中に油や水と混ざって排気管に排出されます。
②空気圧縮機が作動すると、各部品間の摩擦や衝突、シールの劣化や脱落、高温での潤滑油の炭化や分解により、金属粒子、ゴム粉塵、炭素質分解物などの固体粒子がガスパイプラインに持ち込まれる。
投稿日時：2023年4月18日
