ppmとmg/Nm³の基本的な定義を理解する
圧縮空気システムにおいて、残留油分濃度はガスの純度を評価するための重要な指標です。正確な単位換算を行うには、まずこれら二つの単位がそれぞれ具体的にどのような物理的意味を持つのかを明確にする必要があります。
- ppm（百万分の一）残油含有量の測定において、ppmは通常質量比（ppm w/w）を指し、すなわちmg/kgである。 kg）。これは、1キログラムの圧縮空気に含まれる油分が何ミリグラムであるかを示すものです。
- mg/Nm³（ミリグラム毎標準立方メートル）：これは質量体積濃度の単位で、標準状態（通常は0℃、絶対圧力101.325kPa）において、空気1標準立方メートルあたりに含まれる油の質量をミリグラムで表します。
核となる換算式と導出
質量比（mg/ kg）質量体積濃度（mg/Nm³）に換算するには、標準状態における空気の密度を媒介として用いる必要があります。
標準状態において（0℃、1気圧において、乾燥空気の密度は約1.293 kg /立方メートル（標準状態）。これは、1標準立方メートルの空気の質量が1.293キログラムであることを意味する。
定義によれば、1 ppm は 1 mg/ に等しい。 kg。したがって、1標準立方メートルの空気中に残油濃度が1 ppmである場合、含油量は次のとおりである：
1 mg/ kg × 1.293 kg = 1.293 mg
これにより、標準状態における基礎的な換算式が得られる：
1 ppm（mg/ kg）≈ 1.293 mg/Nm³
逆に、mg/Nm³ の値が既知の場合、それを 1.293 で除すことで ppm の値が得られます。
温度および圧力が換算結果に与える影響
上記の換算式は標準状態に基づいています 0℃）。しかし、実際の工業応用においては、圧縮空気の状態パラメータがしばしば変化し、これが空気の密度に直接影響を及ぼし、換算係数を変化させることになる。
- 温度変化：気体は加熱されると膨張し、密度が低下する。例えば、20℃の標準基準温度において、乾燥空気の密度は約 1.205 kg /Nm³。このとき、1 ppm は約 1.205 mg/Nm³ に相当する。
- 圧力の変化質量比（ppm）の場合、油と空気の質量が同じ比率で圧縮されるため、圧力の変化によってその値は変わりません。一方、mg/Nm³ については、Nm³ が標準状態における体積に換算された値であるため、実際の運転条件における体積濃度は圧力の変化に伴って変動します。ただし、mg/Nm³ 自体は標準化されているため、実際の圧力の影響を受けません。
したがって、正確な換算を行う際には、採用する標準状態の温度が0℃であるか20℃であるかを必ず確認し、それに応じた空気の密度値を選定しなければなりません。
実際の利用における注意事項
圧縮空気に関する規格や機器の技術仕様を確認する際には、次の点にご注意ください。
- ppmの種類を確認する：指定されたppmが質量比（mg/ kg）。体積比（ppmv）で表す場合は、オイルミストの分子量または密度を把握する必要があり、換算の手順は全く異なります。なお、実務上では残留油を体積比で評価することはあまり行われません。
- 統一標準状態：「標準状態」の定義は、国や業界の規格によって異なる場合があります（例：0℃または20℃）。データを比較する際には、計算誤差を避けるため、基準温度を必ず統一してください。
- 液体の水と油の影響：上記の換算は乾燥空気を前提としています。圧縮空気に大量の液状水や油滴が含まれる場合、実際の気体密度は変化し、このとき乾燥空気の密度計算式をそのまま適用すると偏差が生じます。