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。これらの装置は複雑なプロセスに非常に適しており、特定の用途においては不可欠なものとなっています。簡単に言うと、以下のように定義されます。

• コンプレッサー：コンプレッサーとは、高圧をかけることで気体や液体の体積を減少させる機械です。言い換えれば、コンプレッサーは通常は気体である物質を圧縮する装置です。
• ファン:ファンとは、流体や空気を移動させるために使用される機械です。モーターが電気を動力源として回転し、シャフトに取り付けられた羽根を動かすことで作動します。
• 送風機：送風機とは、適度な圧力で空気を移動させる機械のことです。言い換えれば、送風機は空気やガスを吹き出すために使用されます。

上記3つの装置の基本的な違いは、空気やガスを移動または伝達し、システム圧力を発生させる方法にあります。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として定義されています。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以上です。

コンプレッサーの種類

コンプレッサーの種類は、主に2つに分類できます。正変位と動的

容積式圧縮機は、さらに2種類に分類されます。回転式および往復式

• ロータリーコンプレッサーの種類には、ローブ式、スクリュー式、液封式、スクロール式、ベーン式がある。
• 往復動式圧縮機の種類には、ダイヤフラム式、複動式、単動式がある。

動的圧縮機は、遠心式と軸流式に分類できる。

これらを詳しく理解していきましょう。

容積式圧縮機チャンバー内に一定量の空気を注入し、その後チャンバーの容積を減少させて空気を圧縮するシステムを使用する。名前が示すように、チャンバーの容積を減少させるコンポーネントの変位があり、それによって空気/ガスが圧縮される。一方、ダイナミックコンプレッサー流体の速度が変化すると、運動エネルギーが発生し、それが圧力を生み出す。

往復動式コンプレッサーは、吐出圧力が高く、処理する空気量が少なく、コンプレッサーの回転速度が遅い場合にピストンを使用します。中～高圧の圧力比とガス量に適しています。一方、ロータリー式コンプレッサーは、低～中圧で大容量に適しています。これらのコンプレッサーにはピストンやクランクシャフトはありません。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

• スクロール式圧縮機：この装置では、2つの螺旋状の巻き取り部（スクロール）を用いて空気を圧縮します。一方の巻き取り部は固定されており、もう一方の巻き取り部は円を描くように回転します。空気は巻き取り部の内部に閉じ込められ、巻き取り部の中心で圧縮されます。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少なくて済みます。
• 羽根：これは、インペラ内部で前後に動く羽根で構成されており、この回転運動によって圧縮が生じます。これにより、蒸気は小さな体積の区画に押し込まれ、高圧・高温の蒸気へと変化します。
• ローター：これは、密閉されたケーシング内で回転する2つのローターで構成されています。これらのローターは互いに90度の角度で配置されています。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。圧縮された空気は、その後、供給ラインに送られます。
• スクリュー式コンプレッサー：このコンプレッサーは、互いに噛み合う2本のスクリューを備えており、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ることで圧縮し、吐出弁から高圧で空気を供給します。スクリュー式コンプレッサーは、低圧の空気供給に適しており、効率的です。往復動式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は圧縮空気の供給が連続的で、運転音も静かです。
• スクロール式コンプレッサー：スクロール式コンプレッサーは、原動機によって駆動されるスクロールを備えています。スクロールの外縁部が空気を閉じ込め、回転するにつれて空気は外側から内側へと移動し、面積の減少によって圧縮されます。圧縮された空気は、スクロールの中央部を通って送気管へと送られます。
• 液環式：これは、インペラ内部で羽根が内外に動く構造になっており、この動きによって圧縮が生じます。これにより蒸気が小さな体積の区画に押し込まれ、高圧・高温の蒸気へと変化します。
• 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部に羽根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、遠心力によって羽根の間を液体の輪が流れ、それが圧縮室を形成します。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。

• 往復動圧縮機

• 単動式コンプレッサー：この装置は、空気を一方向にのみ作用させるピストンを備えています。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、吸入弁と吐出弁がそれぞれ2組ずつ備えられています。ピストンの両側は空気の圧縮に利用されます。

• ダイナミックコンプレッサー

  容積式コンプレッサーと動的コンプレッサーの主な違いは、容積式コンプレッサーは一定流量で動作するのに対し、遠心式や軸流式などの動的コンプレッサーは一定圧力で動作し、その性能は入口温度の変化などの外部条件によって影響を受けることです。軸流式コンプレッサーでは、ガスまたは流体は回転軸に平行、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式コンプレッサーです。軸流式コンプレッサーのブレードは互いに比較的近い位置にあります。遠心式コンプレッサーでは、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外周を外側に移動するため、速度が低下し、圧力が上昇します。これはターボコンプレッサーとも呼ばれます。これらは効率的で信頼性の高いコンプレッサーです。ただし、圧縮比は軸流式コンプレッサーよりも低くなります。また、API (米国石油協会) 617 規格に従うと、遠心式コンプレッサーの方が信頼性が高くなります。

  ファンの種類

  ファンはデザインによって、主に以下の種類に分類されます。

• 遠心ファン：
• このタイプのファンでは、気流の方向が変化します。傾斜型、放射型、前向き湾曲型、後向き湾曲型など、様々な形状があります。これらのファンは、高温環境や、高圧下での低速から中速の羽根先端速度に適しています。また、高度に汚染された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、空気の流れの方向は変わりません。軸流ファン、管軸ファン、プロペラファンなどがあります。遠心ファンよりも低い圧力で動作します。プロペラファンは、低圧で高流量を実現できます。管軸ファンは、低～中圧で高流量に対応できます。軸流ファンは、入口または出口にガイドベーンを備え、高圧で中流量に対応できます。
• そのため、コンプレッサー、ファン、ブロワーは、その用途が単純なものから複雑なものまで多岐にわたり、自治体、製造業、石油・ガス産業、鉱業、農業など、幅広い産業分野で広く利用されています。プロセスに必要な空気流量と必要な吐出圧力は、ファンの種類とサイズを選択する上で重要な要素となります。ファンの筐体とダクトの設計も、ファンの効率的な動作を左右します。
  

  ブロワー

  ブロワーとは、インペラを備えた装置を通して空気やガスを流す際に、その速度を増加させる装置または機器です。主に、排気、吸引、冷却、換気、搬送などに必要な空気や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、中程度の圧力を必要とする産業で使用されます。

  送風機の種類：送風機は、遠心式送風機と容積式送風機に分類できます。ファンと同様に、送風機は後方湾曲型、前方湾曲型、放射状型など、さまざまな形状のブレードを使用します。駆動方式は主に電動モーターです。単段式または多段式があり、高速回転するインペラ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、流体を圧縮して圧力を上昇させる点で、容積式ポンプ（PDPポンプ）に似ています。高圧が必要なプロセスでは、遠心式ブロワーよりも容積式ブロワーの方が好まれます。

  コンプレッサー、ファン、ブロワーの応用例

  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、換気、マテリアルハンドリング、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、製薬、プラスチック、発電、木材製品など、さまざまな分野で幅広く使用されています。

  空気圧縮機の主な利点の一つは、水処理業界での利用です。廃水処理は複雑なプロセスであり、数百万もの細菌と有機廃棄物を分解する必要があります。

  工業用ファンは、化学、医療、自動車、農業、鉱業工業用ファンは、食品加工業や建設業など、それぞれの工程で活用されています。主に冷却や乾燥といった用途で使用されています。

  遠心式送風機は、粉塵抑制、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層式曝気装置など、様々な用途で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、ガス昇圧、石油化学産業におけるあらゆる種類のガスの移送などに広く用いられています。

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