圧縮空気システムにおける湿度測定

汎用性と信頼性の高いエネルギー源として、圧縮空気は現代の生産工程に欠かせないものとなっています。用途に応じて、圧縮空気システムにはさまざまな要件が求められます。一定の含水率または露点/圧力下露点を維持することは、どのようなプロセスにおいても、長期間トラブルのないシステム運転を保証するための基本的な前提条件です。

CS INSTRUMENTS GmbH & Co. KG は、特に圧縮空気とガス中の水分測定用に、多くの新しい利点を備えた圧力露点測定装置 DS 400を開発しました。

水はどのようにして圧縮空気に混入するのか？

圧縮空気は通常、周囲の空気を吸い込み、ピストンやスクリューコンプレッサーで圧縮し、多かれ少なかれ乾燥させて製造されます。その目的は、できるだけ少ない労力で、乾燥し、オイルフリーで低ダストな圧縮空気を製造することです。オイル残渣とダスト粒子は、複雑なフィルターシステムを使用して除去することができます。一方、水分は、理想的には負荷に依存しない制御で作動するドライヤー（冷凍式ドライヤー、メンブレン式ドライヤー、吸着式ドライヤーなど）を使用して低減する必要があります。

温度が高く体積が大きいほど、空気はより多くの水蒸気を結合することができる。逆に、圧縮空気は水蒸気を結合する能力が低い。コンプレッサーは、大気中の空気を元の体積の何分の一かに圧縮する。圧縮過程のある時点で、空気中の水分量が水蒸気を結合する能力を上回ります。空気は飽和状態になり、水の一部が凝縮水として析出する。さらに温度を下げると、さらに多くの水が凝縮する。つまり、コンプレッサーの出口における相対湿度は常に100％であり、出口空気中にも水滴が存在する。圧力下で失われる液体の量は相当なものになる。例えば、湿度60％、周囲温度20℃の30 kWコンプレッサーは、8時間で20リットルを圧縮空気ラインに排出します。大型コンプレッサーでは、この値は何倍にもなります。

含水率の影響

圧縮空気には、用途に応じてさまざまな要件が課されます。システム全体が長期的に円滑に機能するためには、一定の含水率を維持することが前提条件となります。ほとんどの圧縮空気ラインは、スチールまたは非亜鉛メッキスチール製です。腐食速度は相対湿度50%から急激に増加するため、いかなる場合でもこの値を超えてはなりません。亜鉛メッキを施していないラインの場合、高湿度になると時間とともに腐食が生じます。錆は時間とともに剥がれ落ち、タッピングポイントに移動します。その結果、例えばノズルの詰まり、制御エレメントの欠陥、生産停止時間が発生します。高価な修理と短いメンテナンス間隔は避けられません。

腐食の問題と上記の結果に加え、水分量は最終製品の品質に直接影響します。水分量が高すぎると、どのような問題が生じるのだろうか。実際によく起こる例をいくつか挙げてみよう：

  • 吸湿性のある製品（香辛料、砂糖など）が、空気輸送システムで輸送中にくっつく。
  • 塗装工程で気泡が発生する
  • ボアホールが粉塵によって塞がれる。
  • 冬、暖房のないホールでコントロールバルブが凍る

DIN ISO 8573-1に準拠した推奨圧縮空気品質

アプリケーション粒子残留水
KLμmKLDTP
呼吸用空気10.11-3-70 / -20 °C
スプレーガン10.12-40 °C
医療技術10.13-4-20 / +3 °C
計測・制御技術10.14+3 °C
食品と飲料の輸送213-20 °C
サンドブラストシステム--4-3+3 / -20 °C
一般工場空気354+3 °C
ブレイクオープンハンマー4155-4+7/3°C

乾燥機の種類と作業

過剰な湿度の問題に対処するため、様々なタイプのドライヤーが実際に使用されている。圧縮空気技術では、圧力露点が圧縮空気の乾燥度の尺度です。圧力露点は、圧縮空気に含まれる水分が凝縮して液体の水（飽和状態、相対湿度100%）になる温度です。圧力露点温度が低いほど、圧縮空気に含まれる水蒸気の量は少なくなります。

露点温度+2℃前後の冷凍式ドライヤー。

圧縮空気ドライヤーにはさまざまな種類があります。最も頻繁に使用されるのは、冷凍式ドライヤーまたは吸着式ドライヤーです。冷凍式ドライヤーは圧縮空気を約2～5℃まで冷却します。圧力下露点も2～5℃になります。余分な水蒸気は凝縮して沈殿します。その後、空気は室温まで加熱される。

ほとんどの場合、冷凍式圧縮エアドライヤは冷却温度表示のみで監視されています。定置式湿度モニターは、大規模システムまたは特に重要な用途にのみ設置されてきました。しかし、冷却温度を表示するだけでは十分ではありません。冷却温度に問題がないように見えても、以下のような欠陥があると圧力下露点が過大になる可能性があります：

  • 冷凍式ドライヤーの凝縮水が排出されていない（凝縮水ドレンに欠陥があるか、汚れている）。
  • 冷凍式ドライヤーの圧縮空気バイパス（熱交換パイプの摩耗、腐食など）、バイパスラインの圧縮空気バイパス

冷凍式ドライヤーの故障は、必然的に圧縮空気ラインの凝縮水による大きな問題につながる。凝縮水がバッグラインに溜まり、自力で排出されない場合は、（すでに述べた問題に加えて）特に問題となる。バッグライン内の凝縮水は、かなりの労力をかけて取り除くか、非常に大量の圧縮空気を使用して乾燥させ洗い流すしかない。

その結果、冷凍式ドライヤーに目立った問題が発生することなく、非常に低い消費量で露点値が上昇することがよくあります。長期的には、圧縮空気管理者にとって、露点値の上昇や極端な場合には凝縮水がどこから来るのかを突き止めることは非常に困難です。

典型的な露点-30 ...用の吸着式ドライヤー。-40° Ctd.

吸着式ドライヤーの動作は、2つの質量間の引力の原理に基づいています。水蒸気は乾燥剤の表面に結合（吸着）されます。効果的な吸着式ドライヤーは、圧縮空気を圧力下露点-40℃以下まで乾燥させることができます。

再生吸着式ドライヤーは、吸着剤で満たされた2つの容器で構成されています。異なるプロセスでは、一方の容器が冷間または温間で再生され、他方の容器が運転空気を乾燥させます。プロセスや運転条件にもよるが、吸着剤は3～5年のサイクルで交換する必要がある。

特定の運転条件により、吸着剤の寿命が短くなります：

  • 圧縮空気の過剰消費による圧縮空気側の過負荷
  • 凝縮水の予備分離が不十分
  • 油性の空気
  • 個々のタンクの再生時間が長すぎる

露点測定用DS 400セットによるプロセスの信頼性確保

タッチスクリーンと印刷機能を備えた3.5インチ・グラフィック・ディスプレイを備えた世界でもユニークな製品。各リレーにアラーム遅延時間を設定できます。これにより、実際に超過したリミット値のみが長時間表示されます。アラームを確認することもできます。DS 400露点セットは、DS 400ペーパーレスレコーダーとFA 510露点センサーで構成され、16/50/350 barまでの圧縮空気およびガスの圧力露点を測定するのに適した測定チャンバーを備えています。16 bar以上の圧力には、高圧測定チャンバーをご使用ください。

露点センサーの中心は、CS INSTRUMENTS GmbH & Co KGの世界的に実績のある湿度センサーです。高速かつ正確な測定を実現するためには、測定ガスが湿度センサーを連続的に流れることが必要です。このため、キャピラリディビジョンを介して、一定の圧力で規定の体積流を吹き出します。圧縮空気ライン用の標準化されたプラグインニップルにより、測定チャンバーは大きな設置工事なしにタッピングポイントに接続できます。

標準的なペーパーレス記録計との大きな違いは、DS 400の試運転時および測定データ評価時のシンプルさに反映されています。

ズーム機能と印刷ボタンを備えた3.5インチのタッチスクリーン・グラフィックディスプレイによる直感的な操作は、この価格クラスでは他に類を見ません。ズーム機能付きグラフィックディスプレイにより、乾燥プロセスや露点曲線が一目でわかり、データロガーに保存されます。これにより、ユーザーはPCがなくても、保存された測定データを現場でいつでも見ることができます。これにより、乾燥挙動を素早く簡単に分析することができます。

印刷ボタンを使用すると、現在の画面を画像ファイルとして内蔵SDカードまたはUSBメモリに保存し、追加のソフトウェアを使用せずにPCで印刷することができます。現場で測定値や測定曲線を記録するのに最適です。カラー測定曲線は、画像ファイルとして電子メールで送信したり、サービスレポートに統合することができます。

内蔵データロガーにより、測定データを数年間保存できます。測定データは、便利なCSソフトベーシックでUSBスティックまたはイーサネット経由で分析できます。

  • 3.5インチグラフィックディスプレイ、タッチスクリーンによる直感的操作
  • 正確な測定値分析のためのズーム機能
  • カラー測定値カーブ（名前付き
  • 露点距離を計算する数学的計算機能（凝縮水モニター、凝縮水スイッチ）
  • 印刷ボタン: 任意の測定表示を画像ファイルとしてUSBメモリに直接保存し、ソフトウェアなしで電子メールで送信可能
  • 限界値を超えた場合の2つのアラーム接点
  • 2つのアラーム接点のアラーム遅延時間を自由に調整可能（確認機能付き
  • 最大4つのセンサー入力：露点、圧力、温度、消費センサー、電力計、あらゆる外部センサーを接続可能：Pt 100/ 1000、0/4...20 mA、0-1/10 V、Modbus、パルス
  • 内蔵データロガー 2GB
  • USB, Ethernetインターフェース, RS 485 / Modbus
  • ウェブサーバー