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はい、みなさんごきげんよう。お疲れ様です。ヲタクと技術とコーヒーとへようこそ。 パーソナリティのよへです。
この配信は、好きなことをただ好きと言いたい配信でございますが、今回は技術解説会となっております。
今回は、空圧機器のススメ第3弾としまして、圧縮空気と水分についてのお話をしていこうと思います。
はい、これ地味なんですけども、実際の設備では結構重要なお話になってくる。 まずですね、コンプレッサーというのは、体中の水分を吸って圧縮してエネルギーを作っていくというものになります。
空気中、湿気というのがあります。 その空気には水蒸気、水分が含まれています。
圧縮しますと、物理でやったと思いますけど、圧縮すると空気の温度が上がります。
KVイコールNRT、Kじゃない、PVだ。 PVイコールNRTという
空気と温度と圧力の式がございます。
これいわゆる圧縮してやると温度が上がる。 断熱圧縮というのがありますね。
この後ですね、空気圧縮したままですと使いにくいので、だんだん冷えていく。その熱が空中に入れていって、圧縮空気が冷えていくという状態になりますね。
この状態になりますと、水蒸気というのが凝縮して実際の水になります。
温度が下がったというのもありますし、水蒸気って体積がでかいので、水になったほうが体積が減るので、こっちのほうが安定しますよという話。
物理現象によって水蒸気から液体の水に変わっていくということになります。
この圧縮空気から出てくる水分、水ですね、これがドレンドです。
エアコンのほうにもドレンドありますね。水が出来上がるという。
そのためですね、コンプレッサーに付属しているエアタンクというのには水が溜まります。
圧縮エアを溜めているエアタンクがあるんですけども、この中に水が溜まるんですよ。
保全やっている方だと当たり前なんですけども、これ知らないメカ設計者が意外といたりします。
メンテナンスされていない設備ですと、タンクの中で水がチャポンチャポンしているんですけど、
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なんとこの音と言われることがありますね。
これね、水蒸気誰もしていない場合こうなるんですよ。
空気を溜めるためのタンクなのか、水を溜めるためのタンクなのかがよくわからないみたいなことになっている設備がたまにあります。
コンプレッサー周辺にあります。
そうなる前にドレンを排出しましょう。
自分があったことなんですけど、誰もメンテしていないんですね。
水抜きしていないコンプレッサーがありまして、まずはたまにしか使わないんですよね。
エアタンクの中に水がたっぷり残っている。
何かおかしいなと思って自分が触りに行ったら、タンクの半分くらいまで水が入っているような状態でございました。
もうびっくりしたね。
抜いたらバケツ一杯ぐらいの水が出てきて、しかもその水がただ汚いではないんですよ。
サビ色なんですよ。茶色い水がジャーっと出てくる。
エアタンクの内部ですね。かなり大きな水分を放置していたおかげで中がたっぷり錆びておりまして、
この錆びのおかげでまずエアタンクが壊れまして、エアタンクの最中のところに薬師弁みたいなのがあって、
その弁によってカプラーの接続口をつけたときにだけ空気が出ると、外したら空気が出てこないという安全弁がついていました。
それがぶっ壊れまして、そこからタビが出てくるとか、その周辺を見てみると内部が完全に錆びているという状態になっていました。
これはおかしいぞと思って、交換してもらいました。
管理が自分じゃなかったので、他の人で慣れていないので、その方にお願いして交換してもらいました。
水が溜まってくると工場配管の方にまで水が行くようになりまして、空気を送っているのか水を送っているのかわからない。
エアハイドロポンプみたいな感じで、ポケモンのハイドロポンプみたいな感じで、カメックスが水をブシャッと出すような感じで、
エアシリンジャーの中から、エアシリンジャーのロットのところから水がブシュッと出ながら稼働しているという設定を見たことがあります。
そうなったら通常は、ものすごい勢いで止めなきゃいけないんですけど、工場の生産を一旦止めてフルメンテしなきゃいけないんですが、
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生産数量が合わないということで、不良品を出しながらも子供に悪くても作り続けろという、
作りのジレンマ状態ですね。一回止めてメンテナンスしなきゃいけないんですけど、そんなことをやっている時間がないということで、
メンテナンス製品を作り続けるという工場に行って、絶句した記憶だけはあります。大変でしたね。
ちょっと違う話にしようと思います。
そういった水が溜まっていくというものなんですけども、対策していないわけではないんですね。
その対策というのが一つ、エアドライヤーですね。空気を乾燥させるという意味でエアドライヤー。
これの代表的なものが冷凍式エアドライヤーです。圧縮空気をタンクの中で自然冷却するんですけども、
その前に一回冷凍されるような温度にまで冷却します。
意図的に結露させると、結露させてやればものすごい水分が抜けますね。
そこで水を分離して下流へ送り出す。
冷凍されるぐらいまで温度を下げてから常温まで温度を上げてやれば、かなり乾燥した空気、ドライエアーというのが作れます。
エアドライヤー、ここでちょっと似たような単語として、エアドライヤーに似ている単語として、ヘアドライヤーというのがあります。
髪の毛を乾かすドライヤーです。
これ一文字違いなんですけど、やってることは真逆なんです。
エアドライヤー、冷凍式エアドライヤー、空気の温度を下げて水蒸気を分離してやる。
ヘアドライヤー、髪の毛を乾かす方は空気の温度を上げて、髪の毛から水分を奪い取る。
ちょっと似てるんですけど、考え方は逆、やりたいことは逆になっています。
はい、余談でございます。
空気がどれくらい乾燥しているかを見る指標の一つに露点というのがあります。
湿度みたいなのもあるんですけど、湿度って実は温度によってガンガン上下していくんですけど、
この露点というのは逆に温度のところを見ている。
空気をどんどん冷やしていった場合に結露が始まるっていう温度のことを露点と言います。
水分が多ければちょっと冷やしただけでも結露が始まるんですね。
例えば夏場のエアコンみたいなのですね。
ガンガン結露してしまう。
ですけど逆に冬場の空気とかですと、ちょっと冷やしただけで30℃から25℃になっても結露は始まる。
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ですけど外の気温が10℃とか5℃とかそこまで冷やしてやると窓のところが結露するみたいな。
そんなものがあります。
この辺が露点ですね。
基本的には露点が低いほど乾燥した空気になります。
冬の窓のところもそうですね。
基本は寒いというか温度が低いほど乾燥した空気。
露点が高いと湿度の高い空気になっています。
なので冷凍式エアドライヤーでやっても露点っていうのはあまり下げきれないので、
ある程度の温度まで冷凍温度よりも露点が低くすることはできないんですね。
ですのでそれよりももっと低くしたいよっていう場合ですと、
冷凍式以外のエアドライヤーっていうのもあります。
例えば吸着式。
それから中空芯膜を利用した膜式ドライヤーとか。
あとはシリカゲリみたいなのも使っています。
用途によって使い分けています。
ここからがちょっと不思議な現象があるんですけども、
ちゃんとエアドライヤーを通していて乾燥空気を供給していると、
出てきたエアもちゃんと乾燥している。
露点も十分低いっていうものですけども、
エアヒンダ内部で結露するっていう現象が起きます。
これは保全やっている方多分ご存知だと思いますけど、
結露するんですね。
特に問題になりやすいのが、
小さいエアヒンダ、
それからエアーチャック、エアオペレートバルブみたいなやつ。
とにかく小さいものは結露しやすい。
そんな経験則があるかもしれません。
圧縮空気っていうのが、
シリンダ内部で膨張しますと、
カチャカチャ動いた時に膨張するんです。
圧縮と膨張を繰り返すんですけど、
膨張した時に温度が下がります。
その条件によっては、
露点を下回って水分が発生するんですね。
その水分、雲みたいなものですね。
それが発生した時、小型のシリンダですと、
シリンダ要石とチューブの要石っていうのが相対的にあるんですけど、
チューブがすごい長い場合だと、
シリンダに対してチューブが太い場合、
こうなると、
湿った空気っていうのが、
シリンダからは出るんですけど、
チューブの中に留まります。
だから完全に入れ替わらないんですよ。
1回入った空気がビタビタに来るだけであって、
待機中に逃げない。
こうなってしまうと、
1回霧状になった、雲のようになった、
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水分が発生した空気っていうのが、
シリンダの中を出たり入ったりするだけで、
バルブ側からどんどん新しい空気が供給されていって、
どんどんその中で水分が溜まっていく。
そんな状態になることがあります。
これを何回も何回も長期間繰り返していくと、
少しずつ少しずつ蓄積していく。
最終的にはシリンダの先端から水がプシュっと出てしまう。
こういうのがあります。
この問題ですね、先ほど言った通り、
長期間繰り返すと出るので、
設備立ち上げ直後とか立ち上げから1ヶ月とかだと、
出ないんですよ。
発生しない。
設計者が設備に張り付いているような最初の何ヶ月かとかは、
正常に動く。
そこから工場で使っていくうちに、
水がプシュっと出てくる。
このチャックそんな安いもんじゃないけど、
もう全然ダメってことで交換していくみたいなことで、
保全の費用が随分上がっていくみたいなことがあります。
水が入ると何が起きるのかっていうと、
シリンダ内部っていうのは、
潤滑とか汗入れのためにグリスが使われているんですね。
グリスは油なので、
水が混ざるとその性能が落ちるんですよ。
潤滑状態が悪化する。
あと水と金属、
腐食するんですよ。
錆びるんですよ。
こういったことで、
エア漏れだとか動作不良とか、
こういうものにつながって、
最終的にはエアシリンダを交換するしかないみたいなことになりますね。
これの対策っていうのが一応あります。
詳細は、
SMCとか小金井CKDっていうエアシリンダメーカーさんの
ホームページに行くと書いてあります。
論文だとか資料とかもあるんで、
ぜひそれを見てください。
自分がやっている対策をお伝えしますと、
まず一つは供給エアをちゃんと乾燥させること。
もう前回お話したような、
なんでしょう、
エア機器のタンクに水がチャポンチャポンに入った状態で運用するのはやめろと。
ちゃんと乾燥エアを供給しましょうっていうのが第一大前提です。
それからですね、
次がモイスチャーコントロールチューブみたいな専用製品を利用する。
そんなものがあります。
これモイスチャーコントロールチューブってすげえ特殊なチューブでして、
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空気は通さないけど水蒸気だけ、水分だけ溶かしますよっていうようなチューブがあります。
すごいですね。
これもうなんかよくはわかりません。
次のやつ、最後のもう一個が自分がよく使うやつです。
湿った排気をとにかくシリンダ金棒から積極的に外へ出す。
そんなものです。
通常は排気って電磁弁のところでやるので、
エアシリンダーからずいぶん離れたところ、チューブ経由して離れたところから排気をするんですけども、
ここでは入れ替えたいんで、
エアシリンダーのすぐそばで排気してやる。
やり方は急速排気口ですね。
急速排気口ってすぐそばで排気中にプシュッとエアを出してやる。
こんなような排気ペンがあるんですね。
こういったものを使ってシリンダーから出た空気を長いチューブ側に戻さずに、
シリンダーの近くから大気へ排出してやる。
そうすると湿った空気がすぐ出て、次のサイクルで新しい乾燥空気に入れ替わる。
そんなことがやりやすいんです。
ただ、排気方法を変えてしまうと、
まずは、気体がよくわからないところでプシュッと出てくるので、
それの影響がないか。
それから、空気が出てしまうので圧力が抜けるんですね。
その時にシリンダーの速度性能に影響すると。
これをちゃんと考えておかないと。
なんでもつければいいというわけではないんですけども、
鉄路対策の方が重要ですよとか、
あとは、小さいシリンダーだと小ストロークだと、
動作速度が本当に誤差ですよという話だったら、
動作速度を気にしないよってあればやっておけばいい。
あと、配管も、実はもっと細い配管になりたくて、
話だったらどんどん口やればいい。
そんなようなところを見ながら決める必要があります。
はい。
単純に見えるようなエアシリンダーなんですけども、
熱力学のところとかですね。
水蒸気とか。
結構いろんなノウハウ、それから認定。
いろんな知識が必要なところになっております。
はい。
こんなところで空圧機器をぜひ活用していただければなと思っております。
はい。今回はこの辺でございます。
お相手はYOHEIでした。
バイバイ。