空気圧縮機ユニットの効率計算式

空気圧縮機ユニットの効率計算の考え方

空気圧縮機ユニットの効率は通常、単一の数値ではなく、入力電力、実際の吐出量、吐出圧力、吸気状態および圧縮過程によって総合的に決定される。工学的には一般的に用いられる比出力、機組総効率、等エントロピー効率と容積効率評価を行う。

一、比出力の計算式

比出力は、同種の機組間で類似の運転条件下におけるエネルギー消費の比較に用いられ、その値が低いほど、単位排気量当たりのエネルギー消費が小さいことを示すことが多い。

公式：SP = P_in / Q

• SP：比出力
• P_in：機組入力電力
• Q：実際の排気量

計算に際しては、同一の測定口径を用い、圧力、温度、標高および負荷状態を記録することで、異なる運転条件下での直接比較を回避しなければならない。

二、機組総効率の式

機組の総効率とは、ガスが得る有効出力と機組の入力電力との比として理解される。

公式：η_unit = P_gas / P_in × 100%

• η_unit：機組総効率
• P_gas：ガスの有効圧縮功率
• P_in：機組の入力電力

詳細な熱的パラメータが欠如している場合、現場ではしばしば比出力が代替指標として用いられ、横断的な比較が行われる。

三、等エントロピー効率の式

気体の状態パラメータが得られる場合には、等エントロピー圧縮理論に基づく理論的出力によって、圧縮過程の近似度を評価することができる。

公式：η_s = P_s / P_shaft × 100%

評価範囲にモータ、駆動系および制御システムを含める場合は、次のように記述できます。

公式：η_unit_s = P_s / P_in × 100%

• P_s：等エントロピー圧縮における理論的出力
• P_shaft：コンプレッサ軸動力
• P_in：機組の入力電力

四、等エントロピー圧縮理論上の出力

理想気体の場合、等エントロピー圧縮における理論的出力は次のように推定できる。

P_s = q_m × c_p × T1 × [(p2 / p1)^((k-1)/k) – 1]

• q_m：気体の質量流量
• c_p：気体の定圧比熱容
• T1：吸気温度
• p1：吸気絶対圧力
• p2：排気絶対圧力
• k：気体の断熱指数

この式は理想化された推定に適用されるものであり、実際の計算では気体の性質、湿度、冷却方式、圧力損失および測定不確かさを考慮して補正を行う必要がある。

五、容積効率の式

容積効率は、実際の吐出量と理論上の吐出量との差を示す指標であり、漏れ、余隙、吸気抵抗などの問題を分析する際に用いられる。

公式：η_v = Q実際 / Q理論 × 100%

• Q_実際：実際の排気量
• Q_理論：理論排気量

六、数式を使用する際の注意事項

• 圧力の計算には、ゲージ圧のみを使用するのではなく、絶対圧を用いるものとする。
• 排気量は、吸入状態、標準状態、または定格運転条件下のいずれであるかを明示しなければならない。
• 入力電力は、モーターの入力電力、軸出力および機組全体の入力電力に区分するものとする。
• 標高、環境温度および湿度の違いは、空気密度と圧縮功に影響を及ぼす。
• 省エネルギー効果を評価する際は、負荷率、運転時間およびシステムの圧力損失を総合的に分析する必要があります。