Loading article…
圧縮空気とは、大気圧よりも高い圧力に保たれた空気のことです。車両のタイヤやショックアブソーバーに圧縮空気を使用することで、トラクションの向上や振動の低減が一般的に行われています。圧縮空気は、工業プロセスにおけるエネルギー伝達の重要な媒体であり、エアハンマー、ドリル、レンチなどの電動工具、塗料の噴霧、自動化のためのエアシリンダーの作動、そして車両の推進にも使用されます。圧縮空気によるブレーキは、大型鉄道列車の安全性と運行効率を向上させました。圧縮空気ブレーキは、大型高速道路車両にも採用されています。
圧縮空気は、水中ダイバーが呼吸ガスとして使用する。ダイバーはそれを高圧潜水シリンダーに入れて持ち運ぶか、エアラインまたはダイバー用アンビリカルを通して水面から低圧で供給される。[ 1 ]同様の仕組みは、消防士、鉱山救助隊員、危険な雰囲気の産業労働者が使用する呼吸装置にも使用されている。
ヨーロッパでは、産業用電力消費全体の10％が圧縮空気の製造に使われており、これは年間80テラワット時の消費量に相当する。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
動力伝達のためのパイプ式圧縮空気の工業的利用は19世紀半ばに開発されました。蒸気とは異なり、圧縮空気は凝縮による圧力低下なしに長距離パイプで送ることができました。圧縮空気の初期の主要な用途は、1861年にイタリアとフランスで行われたモン・スニ・トンネルの掘削でした。そこでは、600 kPa (87 psi) の圧縮空気プラントが空気圧ドリルに動力を供給し、それまでの手動掘削方法に比べて生産性を大幅に向上させました。圧縮空気ドリルは1870年代に米国の鉱山で使用されました。ジョージ・ウェスティングハウスは1869年から列車用の空気ブレーキを発明しました。これらのブレーキは鉄道運行の安全性を大幅に向上させました。 [ 5 ] 19世紀のパリでは、機械の動力源として、また照明用の発電機を稼働させるために、圧縮空気を都市に供給するパイプシステムが設置されました。初期の空気圧縮機は蒸気で駆動されていましたが、場所によっては、トロンプが落下する水の力から直接圧縮空気を得ることができました。[ 6 ]
呼吸用空気は、スキューバダイビングや自給式呼吸器（SCBA）のように高圧で貯蔵され、必要に応じて徐々に放出される場合や、消防士や産業労働者が使用する場合、あるいは水面供給式潜水のように要求に応じて連続的に生成される場合がある。呼吸用空気は、油やその他の汚染物質を含まないものでなければならない。例えば、通常の気圧では危険ではない微量の二酸化炭素でも、加圧空気を呼吸すると分圧が比例して高くなるため、致命的な影響を及ぼす可能性がある。呼吸用空気を目的とした空気圧縮機、フィルター、供給システムは、空気品質の要件が異なるため、一般的に空気圧工具やその他の目的には使用されない。[ 7 ]
橋梁やその他の構造物の基礎を建設する作業員は、ケーソンと呼ばれる加圧された密閉空間で作業することがあります。ケーソンは、加圧された空気で満たされることで、底部の開口部から水が入らないようになっています。17世紀にはすでに、潜水鐘の中で作業する作業員が息切れを起こし、窒息の危険にさらされ、鐘内に新鮮な空気を放出することで症状が緩和されることが知られていました。また、水面に戻ると圧力が解放されるため、作業員は痛みやその他の症状を経験しました。 1691年、ドニ・パパンは、水面から加圧された新鮮な空気を継続的に潜水鐘内に送り込むことで、潜水鐘内での作業時間を延長できると提案しました。19世紀までには、ケーソンは土木工事で日常的に使用されるようになりましたが、作業員は水面に戻ると深刻な、時には致命的な症状を経験しました。これはケーソン病または減圧症と呼ばれる症候群です。ブルックリン橋やイーズ橋などのプロジェクトでは多くの労働者がこの病気で亡くなり、危険な気泡が組織内に形成されるのを防ぐために労働者がゆっくりと減圧する必要があることが理解されたのは1890年代になってからのことだった。[ 8 ]
約20メートル（70フィート）より深い潜水時に使用されるような、中程度の高圧の空気は、神経系に麻酔作用を及ぼします。窒素酔いは潜水時の危険です。30メートル（100フィート）をはるかに超える潜水では、空気だけを使用するのは安全性が低く、ヘリウムを含む特別な呼吸混合ガスがよく使用されます。[ 9 ]
陸上用途では、SCBA、UEBSS（米国）、EBBS（EU）が、危険な環境下で緊急対応要員、産業労働者、軍人に呼吸可能な空気を提供します。これらの装置は圧縮空気ボンベを使用して着用者にきれいな空気を供給し、酸素欠乏または汚染された雰囲気での安全性を確保します。運用上の安全性と効率性を向上させるため、Kee Connections Buddy Breatherカップリング[ 10 ]により、緊急時にユーザーが空気を共有できます。このカップリングシステムにより、消防士や他のSCBAユーザーは呼吸器を接続し、必要に応じて救命のための空気サポートを提供できます。このような革新は、高リスク状況下での生存率とチームワークの向上に役立ちます。
産業界では圧縮空気は非常に広く使われているため、電気、天然ガス、水に次ぐ第4の公共サービスとみなされることが多い。しかし、圧縮空気は、供給されるエネルギー単位当たりで評価すると、他の3つの公共サービスよりも高価である。[ 11 ]
圧縮空気は、以下のような多くの用途に使用されます。
運転コストに関しては、圧縮空気が総エネルギーコストのかなりの部分を占めていることを考慮することが重要です。おおよそ、1 kW の電力を生成するには 8 kW の電力が必要です。[ 14 ] さらに、圧縮空気システムのライフサイクル (約 10 ～ 15 年) を考慮すると、総コストは次のように分類できます。
コンプレッサー室は、コンプレッサーから発生する廃熱を除去するための換気システムを備えて設計されなければならない。 [ 15 ]
大気圧の空気を圧縮すると、高圧空気が保持できる量よりもはるかに多くの水蒸気が含まれます。相対湿度は水の性質によって決まり、気圧の影響を受けません。[ 16 ]圧縮空気が冷えると、気化した水は液化水に変わります。[ 17 ] [ 18 ]
コンプレッサーから出る空気を冷却することで、配管に入る前にほとんどの水分が除去されます。アフタークーラー、貯蔵タンクなどは、圧縮空気を40 ℃（104 °F）まで冷却するのに役立ち、その時点で水の3分の2が液体になります。[ 19 ]
圧縮空気分配システムでは、過剰な水分の管理が必須です。システム設計者は、配管システムの低い部分に水分が蓄積しないように、配管に勾配が維持されていることを確認する必要があります。大規模なシステムでは、閉じ込められた水を吹き出すために、複数の箇所に排水弁を設置することができます。配管ヘッダーからのタップは、機器に供給する配管分岐に水分が持ち込まれないように、パイプの上部に配置することができます。[ 20 ]配管のサイズは、ピーク需要時に直管内の過剰な流速による配管システムでの過剰なエネルギー損失[ 21 ]、または配管継手での乱流による過剰なエネルギー損失[ 22 ]を回避するように選択されます。
ウィキメディア・コモンズにある圧縮空気関連のメディア