空気圧縮機の実際の吐出量補正式

なぜ空気圧縮機の発生量を修正する必要があるのか

空気圧縮機の銘板に記載されている吐出量は、通常、標準状態（特定の温度・圧力・湿度）における体積流量を指します。しかし、設備が実際に設置・運転される環境では、大気条件が標準状態と異なることがしばしばあります。補正を行わずに公称値をそのままシステム設計の根拠として用いると、供給不足や機器の過大選定を招き、結果として生産効率の低下やエネルギー消費コストの増加につながるおそれがあります。

実際のガス生産量に影響を与える核心的な要因

気体状態方程式によれば、空気の体積は環境条件の変化に伴って変化する。空気圧縮機において、実際の吸入および吐出ガスの体積に影響を及ぼす主な要因には、次のようなものがある。

• 環境温度温度の上昇は空気密度の低下を招き、同じ容積において吸入される空気の質量が減少するため、実際の質量による発生量も低下します。
• 大気圧高高度地域では大気圧が低く、空気が薄いため、コンプレッサーの実際の容積流量はさほど変化しないものの、標準状態に換算した場合の発生量は著しく低下する。
• 相対湿度空気中に水蒸気が含まれると、その体積の一部を占める。湿度が高くなるほど、乾燥空気の分圧は低下し、実際の有効なガス発生量にも一定の影響が及ぶ。

実際のガス生産量補正式

標準状態における公称発ガス量を実際の運転条件下での発ガス量に換算するため、あるいは実測の発ガス量を標準状態に換算するためには、通常、理想気体状態方程式に基づく補正式が用いられる。基本的な補正式は次のとおりである。

Q_実際 = Q_標準 × (P_実際 / P_標準) × (T_標準 / T_実際) × F_湿度

式中の各パラメータの意味は以下のとおりです。

• Q_実際：実際の運転条件下でのガス発生量。
• Q_標準：標準状態における公称ガス発生量（銘板データ）。
• P_実際：実際の環境における絶対圧（現地の大気圧）。
• P_標準：標準大気圧（通常は 101.325 kPa）。
• T_実際：実際の環境の絶対温度（摂氏温度＋273.15、単位はK）。
• T_標準：標準状態における絶対温度（通常は…と取る） 20℃ + 273.15 = 293.15 K、または具体的な基準に基づいて取得する 0℃）。
• F_湿度：湿度補正係数（通常、要求の高くない粗い計算では無視できるが、高精度な要求がある場合には、水蒸気分圧に基づいて換算する必要がある）。

湿度補正係数の計算

環境の湿度が高く、計算精度に対する要求が厳密な場合には、必ず湿度補正係数を導入しなければなりません。乾燥空気の実際の分圧は、総大気圧から水蒸気分圧を差し引いた値に等しいです。湿度補正係数F_湿度近似的に表すと：

F_湿度 = 1 – (P_v / P_実際)

• P_v環境大気中の水蒸気分圧は、環境温度および相対湿度を用いて表から求めたり、経験式を用いて計算したりして求めることができる。

計算手順および工事上の留意点

実際の工学応用において、上記の式を用いる際には、以下の点に留意する必要があります。

• 統一単位：圧力の単位と温度の単位（熱力学温度Kを用いること）が、式の前後で一貫していることを確認してください。
• 吸気温度の値：式中の実際の温度は、空気圧縮機の値を用いるものとする。吸気口実際の作業環境温度であり、単なる室外環境温度ではありません。空気圧縮機が密閉された機械室に設置されている場合、吸気温度は通常、室外温度よりも高くなります。
• 設備余裕修正後の実際のガス発生量に基づいてシステムを選定する際は、配管網の漏洩やフィルターの圧力損失の増加、さらには設備の長期運転による性能低下に備え、適切な流量余裕を確保することを推奨します。