空気圧縮機の吐出量はどのように計算するのか？理論吐出量、FAD、および実際の供給流量

はじめに

工業生産において、空気圧縮機の吐出量は、その性能評価および機器選定のための重要な指標です。しかし、機器の諸元を調べたり配管設計を行ったりする際には、理論吐出量、FAD、実際の供給流量といった異なる概念にしばしば遭遇します。これら三者の違いと計算原理を明確にしておくことは、生産における用気の安定性を確保するうえで極めて重要です。

一、理論排気量：理想的な状態における物理的限界

理論排気量とは、空気圧縮機が理想的な運転条件下において、単位時間当たりにその機械構造によって掃き取られる気体の体積を指す。これは、圧縮機の物理的構造および運転回転数のみによって決定されるものであり、ガス漏れや加熱、抵抗損失などは一切考慮しない。

計算の根拠：

• 往復動ピストン式コンプレッサにおいて、理論排気量はシリンダー径、ピストン行程、シリンダー数およびクランクシャフトの回転数に依存する。
• 回転式コンプレッサについては、ローターの型線の幾何学的寸法、ローターの長さおよび回転速度に依存する。

理論排気量は圧縮機の機械構造が持つ物理的限界を示すものですが、実際の運転においては各種の損失が存在するため、圧縮機はこの値に到達することは決してありません。

二、FAD：実際の能力を測る業界標準

FAD（Free Air Delivery、自由空気供給量）は、空圧機の実際の吐出能力を評価するための国際的に通用する標準指標です。これは、コンプレッサーが実際に送出する圧縮空気の体積を、コンプレッサーの吸気口における標準大気条件に換算した体積として示すものです。

FADの核心的な意味：

• 環境の差異を解消する：異なる標高および異なる温湿度条件下で測定された排気量を、標準吸気状態に統一して換算することで、各機器間の比較可能性を確保する。
• 体積効率の反映：FADと理論排気量との比が体積効率である。体積効率が高いほど、コンプレッサ内部のガス漏れや予熱損失が小さく、機械設計および製造水準が高いことを示す。

空気圧縮機の調達および検収に際して、FADは設備の性能が規格を満たしているかどうかを確認するための最も重要な指標であり、通常は機器の銘板に記載されている定格吐出量でもあります。

三、実際の供給量：エンドユーザーの実際の体験

実際の供給空気量とは、最終的に用気設備の端末に到達し、実際に生産工程に投入される圧縮空気の量を指します。たとえコンプレッサーのFADが完全に規格を満たしていなくても、末端での実際の供給空気量は不足する可能性があります。

実際の供給量に影響を与える主要な要因：

• 配管網の漏れ：配管の継手やバルブ、ホースなどの微小な漏れは、積み重なって膨大なガス量の損失を招きます。
• システム圧力損失：空気が配管内を流れる際に圧力損失が生じ、末端の圧力が設備の要求圧力を下回る場合、供給流量が不足しているのと同義である。
• 後処理設備の抵抗：乾燥機やフィルターなどの後処理設備が詰まったり圧力損失が大きくなりすぎると、ガス流量の通過が著しく制限されます。
• ガス使用の変動：端末設備の瞬時ピーク時のガス消費量がコンプレッサーの供給能力を上回ると、システム圧力が低下します。

四、選定および運転に関する推奨事項

これら3つの概念を理解したうえで、空気圧縮機システムの設計および機種選定に際しては、以下の論理に従う必要があります。

• まず、すべてのガス使用機器を正確に集計する実際のガス需要さらに、同時使用係数および将来の増設余力を考慮して、システム全体の需要ガス量を算出する。
• 次に、システム全体の需要気量に、予想される配管網の漏洩損失を加えて、選定する。ファッド当該総需要量以上を満たす圧縮機。
• 最後に、設備に注目する容積効率理論排気量に近いFAD搭載機種を選定することで、長期にわたる運転効率の向上を図ります。

理論排気量、FAD、および実際の供給流量を正確に区別することは、機器の過大選定によるエネルギーの無駄を回避するだけでなく、逆に過小選定による生産ラインの停止を防ぐためにも不可欠であり、圧縮空気システムの高効率運転を実現するための基盤となります。