単機で圧縮空気の消費量を測定する方法

圧縮空気の消費量を測定することの重要性

工業生産において、圧縮空気は第四の動力源と呼ばれ、工場の総エネルギー消費に占める割合は大きい。個々の空気圧縮機や個別の空気使用設備における圧縮空気の消費量を正確に計測することは、企業がエネルギー監査や原価計算、省エネ改修を実施するうえで不可欠な基盤である。高精度なデータモニタリングにより、管理者は配管網の漏れや設備の空運転といった問題を早期に把握し、システムの運用を最適化して全体のエネルギー消費を低減できる。

一般的な圧縮空気流量の測定方法

圧縮空気の物理特性に着目し、工業分野で一般的に用いられる流量計測機器には、主に次のような種類があります。

• 孔板流量計流体の絞り原理に基づき、孔板の前後で生じる圧力差を測定することで流量を算出する。この手法は技術的に成熟しており構造も簡易であるが、直管部の長さに関する要件が厳しく、また圧力損失が比較的大きい。
• ボルテックス流量計カルマン渦の原理を利用し、気体が阻流体を通過する際に交互に分離する渦が生成され、その渦の周波数を検出することで流速および流量を求める方式です。その利点として、広いレンジ比、小さな圧力損失、高い精度が挙げられ、現在最も広く用いられている測定手法の一つです。
• 熱式質量流量計熱拡散の原理を用い、気体の流れによって運ばれる熱量を測定することで質量流量を算出します。この方式では温度補正や圧力補正を必要とせず、直接的に質量流量を計測できるため、低圧で管径の小さな圧縮空気の計測に非常に適しており、圧力損失も極めて小さく抑えられます。

測定機器の選定原則

適切な計測手法を選定する際には、複数の実際の運転条件に関する要因を総合的に考慮する必要があります。

• 管径と流量範囲配管の実際の寸法および予想流量に応じて、測定レンジが適合する機器を選定し、過大な計測範囲での運転や測定精度の低下を回避してください。
• ガスの品質：圧縮空気に水分や油分、あるいは不純物が多く含まれる場合は、ノイズ耐性が高く目詰まりしにくい流量計を選定するか、測定系の前端に高性能フィルターを設置してください。
• 精度および圧力損失の要求事項：エネルギー消費の抑制が極めて重要な用途では、圧損の小さな熱式質量流量計または渦街流量計を優先してご検討ください。

設置および日常点検・保守の注意事項

どのような測定手法を用いる場合でも、適切な設置と定期的な保守点検が、データの精度を確保するための前提条件です。

• 設置位置：曲がり管や弁など、気流の乱れを生じやすい箇所からできるだけ離れた場所を選定し、流量計の前後に十分な直管部を確保して、気流の安定を図ることが必要です。
• パイプライン処理：設置前に配管内部の溶接スラグや錆などの異物を除去し、流量計の内部センサの損傷や圧力導入管の閉塞を防いでください。
• 定期的な校正と排出定期的にフィルターおよび配管の低部に溜まった凝縮水を抜き取り、ガスを乾燥させること。また、機器の仕様に従って、定期的にゼロ点調整および精度検査を実施すること。

データモニタリングとシステム最適化

単機ごとの圧縮空気使用量の計測を終えた後は、そのデータを企業のエネルギー管理システムに連携させる必要があります。空気圧縮機の製気量と末端での消費量を比較することで、配管ネットワークの漏洩率を算出できます。同時に、生産シフトに応じた消費ピーク・オフピークの変動を分析することにより、より合理的な空気圧縮機の起動・停止方針や周波数制御への改造計画の策定が可能となり、圧縮空気システムのきめ細かな管理と省エネルギー・低消費化を真に実現することができます。