圧縮空気の処理

エネルギー媒体である空気は、世界中でほぼ無制限に入手できますが、その質はどこでも同じというわけではありません。異なる気候帯では、交通、産業、農業、その他の影響による汚染物質の排出量が異なるため、空気には大きな違いがあります。圧縮空気の処理の際には、この点を適宜考慮しなければなりません。適切な圧縮空気処理を行うことで、機械の故障や停止状態を大幅に減らすことができます。清潔で乾燥した圧縮空気が必要なのは、機械だけではありません。プロセス媒体としての圧縮空気は、技術的な条件を満たし、それに合わせて調整されなければなりません。このため、圧縮空気の品質は、それぞれの要件に基づいています。

圧縮空気処理の各種プロセス

ISO 8573-1は、圧縮空気1立方メートルあたりの汚染物質の許容量を規定しています。固体粒子、水、油が3つの主要な汚染物質として挙げられています。

3つのコードは、ISO 8573-1に基づいて、それぞれの品質クラスを示しています。

そのため、圧縮空気の処理には様々なプロセスが絡んできます。特に注意しなければならないのは、細菌やバクテリアによる汚染です。しかし、DIN ISO規格8573-1では、細菌や微生物の制限値は定義されていません。

ISO 8573.1に準拠した圧縮空気の品質に関する詳しい情報は、ください ... こちらをご覧

粒子

圧縮空気を生成する際には、周囲の空気を吸引してコンプレッサーで圧縮します。そのため、圧縮された空気の中には、埃や湿気、油分、エアロゾル、微生物などの成分が多く含まれています。

適切なフィルターを使用することで、適切な粒子濃度を徐々に得ることができます。

圧力露点

水は、圧縮空気中のあらゆる種類の汚染の中で最も問題となるものです。水は、腐食という形でダメージを与えるだけでなく、ユーザーに害を与えたり、製品やプロセスを汚染する可能性のある微生物の成長を促進します。

必要な露点は、適切なドライヤーを使って生成することができます。

オイル総濃度

大気中にはガス状のオイルが含まれている（オイルベーパー）。典型的な汚染物質の値は0.05mg/m³から0.5mg/m³である。しかし、都市部や工業団地では、この値は高くなる可能性があります。

残留油分濃度は適切な手順で低減し、監視することができます。

無菌

圧縮空気システムには大量の微生物の汚染があり、温かく湿度の高い圧縮空気システムは増殖に最適な環境です。

しかし、細菌や微生物は、無菌フィルターや触媒式テクノロジーなどの圧縮空気の処理技術を用いて、圧縮空気から恒久的に除去することもできます。

空気中の汚染

花粉、細菌、粒子、繊維、エアロゾル、さらには鉛やカドミウムなどの重金属などは、肉眼ではほとんど識別できないものです。周囲の空気中に存在する汚染物質は、圧縮ガスシステムの機能、製品の品質、さらには消費者の健康を損なう可能性があります。

コンプレッサーは、吸気された周囲の空気を必要な圧力レベルまで圧縮します。周囲の空気を圧縮し、汚染物質も一緒に圧縮されます。対応する処理技術がなければ、汚染物質は容易に圧縮ガスシステムに侵入し、関係する生産工程によっては最終製品に混入してしまいます。つまり、圧縮空気の処理は工程の安全性の問題でもあるのです。

圧縮空気のろ過

圧縮空気フィルターの分野では、さまざまな用語が使われています。これらの名称の中には、メーカー固有のものもあれば、単に言葉の一部になっているものや、専門用語もあります。ここでは、よく使われる用語をいくつかご紹介します。

ウォータセパレーター・サイクロン式セパレター

ウォーターセパレーターは、一般的な意味でのフィルターではなく、その名が示すように分離器です。圧縮空気中の低速の流体の通り道を妨害し、重力と遠心力で水を分離します。

言い換えれば、ウォーターセパレーターはシステムから大量の液体を取り除き、後段のドライヤーなどの負荷を軽減するものです。この液体はドレンとして知られており、適切に処理しなければなりません（ドレン処理技術）。

ウェット式フィルター／コアレッサ式フィルター

最も広く普及しているコアレッサ式フィルターは、最適な結果を得るために様々なろ過技術を組み合わせています。これらのフィルターには、異なる特性の材料と適切な製造工程（プリーツ加工、巻き取り加工など）を持つ不織布フィルター材料がよく使用されます。各メーカーは、1つのハウジング内で、粒子だけでなく、流体や油滴、エアロゾルの分離も試みています。以下の図は、この仕組みを表しています。

表面ろ過

不織布フィルター材の繊維間の長さよりも大きい粒子は、繊維の間に直接捕捉され、言い換えれば、ふるいのようなものです。主にこれが表面で起こることから、表面ろ過という言葉がよく使われます。

深層ろ過

深層ろ過、いわゆる衝突分離の場合、固体粒子やエアロゾルは、フィルターベッドに入ります。そこで多くの微細な繊維と衝突し、運動エネルギーを失ってどんどん遅くなり、最後には繊維に付着します。

ブラウン運動

最も小さなエアロゾルは、ブラウン運動によって繊維に衝突し、繊維の外壁に沿って圧縮空気の流れ方向に移動します。支流の部分でより大きな滴を形成し、容器の底部に流れ込み、圧縮空気のドレンとして排出する必要があります。

多段式ろ過

ろ過後の結果を改善するために、複数の粒子用のフィルターを連続して使用することができます。コアレッサフィルターは、常に微粒子用のフィルターの上流に設置しなければなりません。この方法は、要求される品質になるよう段階的にろ過することから、多段式ろ過と呼ばれています。ベコテクノロジーズでは、3段階のフィルターをご提供しています。

	オイルエアロゾル			-	粒子
ろ過率	オイルエアロゾル含有量	入口濃度	出口濃度	-	粒子分離	粒子径	ISO 8573-1 による等級
コースフィルター C	84,00 %	30 mg/m³	<=5 mg/m³	-	99,00 %	2,0 -5,0 µm	4. - 4.
ファインフィルター F	99,50 %	10 mg/m³	0,05 mg/m³	-	99,83 %	0,5 -2,0 µm	2. - 2.
スーパーファインフィルター S	99,95 %	10 mg/m³	0,005 mg/m³	-	99,98 %	0,1 -0,5 µm	1. - 2.*

* 1.1等級を達成するためには、フィルターだけではべーパー状のオイルを補足することができないため、一般的に活性炭フィルターとダストフィルターを追加する必要があります。

コアレッサ式フィルターと残留油分

圧縮空気用フィルターには、「コアッレッサフィルター」と呼ばれるものがあります。その名の通り、このようなフィルターでは、小さな液滴がより大きな液滴に「合体」します。これにより、フィルターの分離能力が向上します。

例えば、べーパー状のオイルは、合体が起こらないような「小さな」形で存在しています。このべーパー状のオイルはフィルターを自由に流れます。ISO 8573-1では、液体、エアロゾル、べーパーなど、すべてのオイル成分を考慮しています。コアレッサ式フィルターだけでは品質等級1は達成できません。

適切な方法は、吸着または触媒処理です。オイルフリー圧縮空気を見る...

圧縮空気用フィルターの詳細については、こちらをご覧ください...

圧縮空気中の湿度

空気中に含まれる水蒸気の割合を表す用語として、湿度があります。周囲の温度が同じであっても、空気中の湿度は変化します（砂漠気候、熱帯気候）。ある一定の温度では、空気中に含まれる水分量は限られています。そのため最大湿度、絶対湿度、相対湿度という区別があります。

圧力下露点とは、対応する圧力下の立方メートルに含まれている水蒸気が飽和で100％になる温度を表します。その後、圧縮空気がこの温度以下に冷えると、ドレン水が発生します。露点は温度の値で表されますが、実際の空気の温度とは一致しません。例えば、温度が35℃の圧縮空気の露点は-40℃になります。

圧縮空気中の残留湿度が品質基準となる用途では、圧力下露点が重要なパラメータとなります。

圧縮空気中の残留湿度が高すぎると、例えば、気泡の封入などの塗装品質に悪影響を及ぼします。
粉体、香辛料、塩、砂糖など、水を吸収する吸湿性の高い製品は、製造工程でくっついてしまいます。
保護されていない寒い環境では、例えば、圧縮空気中の湿度がコントロールバルブの凍結や空気圧機器の腐食を引き起こします。

圧縮空気の除湿手順

多くのユーザーは、圧縮空気システムを使用することでどれほどの水が発生するかを認識していません。湿度の高い大気中の大量の空気がコンプレッサーで圧縮され、水蒸気で100％飽和した圧縮空気としてコンプレッサーを出て圧縮ガスシステムに入ります。圧縮空気は圧縮空気タンクに貯蔵された後、配管網を移動するので、水蒸気は冷却されて液体の水に凝縮され、エアロゾルやウォーターミストも形成されます。水分離器を設置することで圧縮空気中の液体の水を減らし、合体フィルターで水中のエアロゾルを減らすことができますが、ろ過だけでは水を減らすのに十分ではありません。水分離器のみを設置した場合、ISO 8573-1に準拠した最良の分類は水のクラス6です。

ドライヤーは水蒸気を減らすために使用されます。選定基準は、圧力下露点、流量、用途、要求されるクラスに応じた圧縮空気の品質、システムの経済性と関連コストです。

手順	冷凍式ドライヤー	メンブレンドライヤー	吸着式ドライヤー
圧力下露点	圧力下露点は+3〜+10°C	圧力下露点は+10～-40 °C	圧力下露点は-20～-70 °C
流量	約20～17,600m³/h	約20～2,250 L/min	約10～100,000m³/h
動作原理	コンプレッサーと熱交換器による凝縮の原理を使用。	湿気はパージエアをによって周囲へ排出。	湿気が吸着剤に吸着。
備考	周囲温度が氷点下になる場所には適していません。	霜の危険がある圧縮空気の分配にも使用できます。	非常に広い範囲の圧力下露点と大容量の流量。

冷凍式ドライヤーは通常、適切な水分の除去とドレンの排出がされた圧縮空気システムのために、始めの段階で使用されます。メンブレンドライヤーは多くの場合、アプリケーションの近く、つまり末端の近くに設置されます。メンブレンドライヤーは、冷凍式ドライヤーを補完するために使用されることが多く、少量の流量に対応し、いわゆる最終に用いるドライヤーとして使用されます。吸着式ドライヤーは、圧縮空気システムの最初の地点またはアプリケーションの近くで使用され、非常に大規模な流量に適しています。