コンプレッサー、ファン、ブロワー – 基本的な理解

コンプレッサー、ファン、ブロワーは様々な産業で広く使用されています。これらの機器は複雑なプロセスに非常に適しており、特定の用途には欠かせないものとなっています。これらは以下のように簡潔に定義されます。

• コンプレッサー:コンプレッサーとは、高圧を発生させることで気体または液体の体積を減らす機械です。コンプレッサーは、通常は気体である物質を圧縮する機械とも言えます。
• ファン:ファンは、流体または空気を移動させるために使用される機械です。電気を介してモーターが駆動し、シャフトに取り付けられたブレードを回転させます。
• 送風機:ブロワーは、適度な圧力で空気を移動させる機械です。簡単に言うと、ブロワーは空気やガスを吹き出すために使用されます。

上記3つの機器の基本的な違いは、空気／ガスの移動方法とシステム圧力の誘起方法です。コンプレッサー、ファン、ブロワーは、ASME（米国機械学会）によって、吐出圧力と吸入圧力の比で定義されています。ファンの比は1.11以下、ブロワーは1.11～1.20、コンプレッサーは1.20以上となります。

コンプレッサーの種類

コンプレッサーの種類は主に次の 2 つに分類できます。ポジティブ・ディスプレイスメントとダイナミック

容積式コンプレッサーにも 2 つのタイプがあります。回転式と往復式

• ロータリーコンプレッサーの種類には、ローブ、スクリュー、液リング、スクロール、ベーンがあります。
• 往復動型コンプレッサーの種類には、ダイヤフラム式、複動式、単動式があります。

ダイナミック コンプレッサーは、遠心式と軸流式に分類できます。

これらを詳しく理解してみましょう。

容積式コンプレッサーチャンバー内に一定量の空気を吸入し、その後チャンバーの容積を減少させることで空気を圧縮するシステムです。その名の通り、チャンバーの容積を減少させる部品を移動させることで空気／ガスを圧縮します。一方、ダイナミックコンプレッサー流体の速度が変化し、運動エネルギーが生じて圧力が生じます。

レシプロコンプレッサーはピストン式で、吐出圧力が高く、処理空気量が少なく、コンプレッサーの回転速度が低いのが特徴です。中圧・高圧、大流量のガスに適しています。一方、ロータリーコンプレッサーは低圧・中圧、大流量に適しています。これらのコンプレッサーにはピストンとクランクシャフトがなく、代わりにスクリュー、ベーン、スクロールなどが使用されています。そのため、搭載されている部品に基づいてさらに分類することができます。

ロータリーコンプレッサーの種類

• スクロール：この装置では、2つの螺旋またはスクロールを用いて空気を圧縮します。1つのスクロールは固定されており、動きません。もう1つのスクロールは円運動します。空気はスクロールの螺旋部分に閉じ込められ、その中央で圧縮されます。これらの装置はオイルフリー設計であることが多く、メンテナンスの手間もほとんどかかりません。
• ベーン：インペラ内で前後に移動するベーンで構成されており、この往復運動によって圧縮が起こります。これにより蒸気は小さな容積の区画に押し込まれ、高圧・高温の蒸気に変換されます。
• ローブ：密閉されたケーシング内で回転する2つのローブで構成されています。これらのローブは互いに90度ずつずれています。ローターが回転すると、空気がシリンダーケーシングの入口側から吸い込まれ、システム圧力に逆らって出口側から押し出されます。圧縮空気はその後、吐出ラインへと送られます。
• スクリュー式：2つの互いに噛み合うスクリューがスクリューとコンプレッサーケーシングの間に空気を閉じ込め、圧縮することで高圧の空気を吐出弁から送り出します。スクリュー式コンプレッサーは、低圧空気圧の用途に適しており、効率性に優れています。往復動型コンプレッサーと比較して、このタイプのコンプレッサーでは圧縮空気が連続的に供給され、運転音も静かです。
• スクロール：スクロール型コンプレッサーは、原動機によって駆動されるスクロールを備えています。スクロールの外縁が空気を捕らえ、回転すると空気は外側から内側へと移動し、面積が減少することで圧縮されます。圧縮された空気は、スクロールの中央空間を通って吐出エアラインへと送られます。
• 液環：インペラ内部で往復運動する羽根で構成されており、この往復運動によって圧縮が起こります。これにより蒸気は小さな容積の区画に押し込まれ、高圧・高温の蒸気に変換されます。
• このタイプのコンプレッサーでは、円筒形のケーシング内にベーンが組み込まれています。モーターが回転すると、ガスが圧縮されます。次に、主に水などの液体が装置内に供給され、遠心加速によってベーンを貫通する液体リングが形成され、圧縮室が形成されます。このコンプレッサーは、粉塵や液体を含むあらゆるガスや蒸気を圧縮することができます。

• 往復コンプレッサー

• 単動式コンプレッサー:ピストンは空気に対して一方向にのみ作用します。空気はピストンの上部でのみ圧縮されます。
• 複動式コンプレッサー:ピストンの両側にそれぞれ2組の吸入バルブと吐出バルブがあり、ピストンの両側で空気を圧縮します。

• ダイナミックコンプレッサー

  容積型コンプレッサとダイナミックコンプレッサの主な違いは、容積型コンプレッサは一定流量で作動するのに対し、遠心型や軸流型などのダイナミックコンプレッサは一定圧力で作動し、その性能は入口温度の変化などの外部条件の影響を受けることです。軸流コンプレッサでは、ガスまたは流体が回転軸と平行、つまり軸方向に流れます。これは、ガスを連続的に加圧できる回転コンプレッサです。軸流コンプレッサのブレードは、互いに比較的近くにあります。遠心コンプレッサでは、流体はインペラの中心から入り、ガイドブレードによって周辺を通って外側に移動し、速度を低下させて圧力を高めます。ターボコンプレッサとも呼ばれます。これらは効率的で信頼性の高いコンプレッサです。ただし、圧縮比は軸流コンプレッサよりも低くなります。また、API（米国石油協会）617規格に準拠している場合は、遠心コンプレッサの方が信頼性が高くなります。

  ファンの種類

  ファンには、デザインに応じて主に次の種類があります。

• 遠心ファン：
• このタイプのファンでは、気流の方向が変わります。傾斜、放射状、前向き湾曲、後向き湾曲など、様々な形状があります。これらのファンは、高温、高圧下における低～中速のブレード先端速度に適しています。汚染度の高い気流にも効果的に使用できます。
• 軸流ファン:このタイプのファンでは、気流の方向は変わりません。ファンには、バナキシャルファン、チューブ軸流ファン、プロペラファンがあります。遠心ファンよりも圧力が低くなります。プロペラ型ファンは、低圧で高流量を実現できます。チューブ軸流ファンは、低圧/中圧で高流量を実現できます。ベーン型軸流ファンは、入口または出口にガイドベーンを備え、高圧で中流量を実現できます。
• そのため、コンプレッサー、ファン、ブロワーは、都市計画、製造業、石油・ガス、鉱業、農業など、様々な産業分野において、その用途は単純から複雑まで多岐にわたります。プロセスに必要な空気流量と必要な出口圧力は、ファンの種類とサイズを決定する重要な要素です。ファンの筐体とダクトの設計も、ファンの効率を左右します。
  

  ブロワー

  ブロワーは、備え付けられたインペラを通過する空気またはガスの速度を増加させる装置またはデバイスです。主に、排気、吸引、冷却、換気、搬送などに必要な空気/ガスの流れに使用されます。ブロワーは、産業界では遠心ファンとも呼ばれています。ブロワーでは、入口圧力は低く、出口圧力は高くなります。ブレードの運動エネルギーによって、出口の空気圧力が上昇します。ブロワーは主に、ファンよりも圧力が高くコンプレッサーよりも圧力が低い、中程度の圧力が求められる産業で使用されます。

  ブロワーの種類:ブロワーは、遠心式ブロワーと容積式ブロワーに分類されます。ファンと同様に、ブロワーも後曲型、前曲型、ラジアル型など様々な形状のブレードを使用します。ブロワーは主に電動モーターで駆動されます。単段式または多段式があり、高速インペラーを用いて空気やその他のガスに速度を与えます。

  容積式ブロワーはPDPポンプに似ており、流体を圧縮することで圧力を高めます。プロセスにおいて高圧が求められる場合、このタイプのブロワーは遠心式ブロワーよりも好まれます。

  コンプレッサー、ファン、ブロワーの用途

  コンプレッサー、ファン、ブロワーは主に、ガス圧縮、水処理曝気、空気換気、材料処理、空気乾燥などのプロセスに使用されます。圧縮空気の用途は、航空宇宙、自動車、化学製造、電子機器、食品・飲料、一般製造、ガラス製造、病院/医療、鉱業、医薬品、プラスチック、発電、木材製品など、さまざまな分野で広く使用されています。

  エアコンプレッサーの主な利点は、水処理産業での使用にあります。廃水処理は、有機廃棄物だけでなく、数百万ものバクテリアを分解する必要がある複雑なプロセスです。

  工業用ファンは化学、医療、自動車、農業、鉱業食品加工、建設業など、様々な業界で活用されており、それぞれのプロセスに産業用ファンを活用できます。主に冷却・乾燥用途で使用されています。

  遠心送風機は、粉塵制御、燃焼用空気供給、冷却、乾燥システム、空気搬送システムを備えた流動床曝気装置などの用途に日常的に使用されています。容積式送風機は、空気輸送、下水曝気、フィルター洗浄、ガス増強、および石油化学産業におけるあらゆる種類のガスの移動によく使用されます。

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