空気圧縮機および圧縮空気システムに水が発生する理由とは？その原因、影響および対策方法

一、圧縮空気システムにおける水分の発生原因

自然界の空気には多量の水蒸気が含まれています。空気を空気圧縮機で吸入し圧縮すると、体積が大幅に縮小するため、単位体積あたりの水蒸気の濃度は急激に高まります。圧縮過程では空気の温度が著しく上昇しますが、高温・高圧の空気が後段の冷却器や貯気タンク、配管ネットワークへと流れ込むにつれて、次第に温度が低下していきます。そして、その温度が当該圧力における露点温度を下回ると、過飽和状態となった水蒸気が凝縮して液状の水、すなわちいわゆる凝縮水となります。

二、水分が圧縮空気システムに与える危害

• 配管および設備の腐食：液状の水が配管内の金属と接触すると、酸化による錆の発生が極めて容易に起こります。錆の生成物は、バルブや細い配管を詰まらせるだけでなく、設備の老朽化を促進し、使用寿命を短くします。
• 空気圧工具の動作に影響を及ぼす：水分は空気圧工具内部の潤滑油を洗い流し、機械部品の摩耗の進行や固着、効率の低下を招き、保守・修理コストの増加につながります。
• 汚染の最終製品：塗装、食品加工、医薬品製造、電子部品生産などの各業界において、圧縮空気に水分が含まれていると、製品表面に欠陥が生じたり、品質が劣化したり、歩留まりが低下したりする原因となります。
• システムの消費電力を増加させる：配管内の滞留水は気流抵抗を増大させ、システムの圧力損失を高めます。その結果、空気圧縮機は設定圧力を維持するためにより多くの電力を消費することになります。

三、科学的な対処と予防方法

圧縮空気システムにおける水分を効果的に制御するためには、設備の構成と日常の保守の両面から取り組む必要があります。

• 気水分離器の設置：空気圧縮機の出口または貯気タンクの前端にガス・水分離器を設置し、遠心力またはバッフルによって空気中に含まれる大粒径の液滴の大部分を捕集・排出します。
• 冷凍式乾燥機を使用する：冷凍式ドライヤーは、冷凍システムにより圧縮空気を低い露点温度まで冷却し、大量の水蒸気を凝結させて排水することで、多くの一般的な産業用途に適しています。
• 吸着式乾燥機を採用する：露点が極めて低い精密産業においては、吸着式ドライヤーの導入が必要です。専用の乾燥剤を用いて空気中の水分を吸着し、高度な除水性能を実現します。
• 凝縮水の定期的な排出：ガス貯蔵タンク、フィルターおよびドライヤーの底部に設置された自動排水装置が正常に作動することを確認してください。手動式排水バルブを使用する場合は、定期的な排水を厳格に実施する体制を整え、過剰な凝縮水が気流によって再び配管網へと持ち込まれるのを防止してください。
• 吸気環境の最適化：できるだけ、空気圧縮機の吸気口を風通しが良く、温度が低く、乾燥した場所に設置し、発生源から吸入空気の絶対湿度を低減してください。