圧縮空気漏れ対策の省エネ効果は？

配管の末端を閉鎖してからコンプレッサーの運転を開始し、規定圧力に達したら停止します（図1のAB）。停止時から漏れにより圧力が減少します（図1のBC）。

このとき、使用圧力の上限P1と下限P2になった時点の時間差t1およびt2を計測します。

コンプレッサーの吐出流量に対する漏れ量の比率Lp〔％〕は次の式で求められます。

1. 漏れ率の式の説明

漏れの率がなぜ、［1］の式で得られるのか、説明します。

配管全体の体積（内容積）をV〔m3〕とすると、その中の空気量は、圧力P1〔MPa〕（ゲージ圧力でなく、絶対圧力。以下同じ）のときは、大気圧P0換算で

同様に圧力P2のときは、大気圧P0換算で

（注1）P1からP2への圧力の差が小さいため、温度は変わらないとしています。
　BからCの部分で、圧力P1から圧力P2に下がるまでt2〔min〕の時間がかかっている。
　空気の漏れの速さをQ〔m3 / min〕とすると次のようになる。

次にAからBの部分で考える。この過程では圧縮空気が配管系に送り込まれる一方、配管系から上記の空気の漏れQが生じている。

圧力P2から圧力P1に上昇する間の配管系統内の空気の大気圧換算量の増加は

である。

これは、時間t1〔min〕の間に、コンプレッサーの吐出流量Qc〔m3 / min〕から漏れ量Q〔m3 / min〕を減じたものであるから、

すなわち、

［3］の左辺、右辺を［2］の左辺、右辺でそれぞれ割ると

一方、

は前記の漏れ率Lp / 100であるので［4］は

となり、この式から［1］の式が導かれる。

2. 漏れの低減による省エネ効果

1. で漏れ率がわかったところで、それをゼロにしたらどれほどのメリットになるか計算します。

〔前提条件〕

• コンプレッサーは55kWのスクリューコンプレッサーでインバータ回転数制御機。
• 稼動時間は　年間6,000時間
• 1. で計測～計算されたコンプレッサーエアーの漏れ率を8％とします。漏れを無くする改善を行った後、漏れ率が0％になるものとします。
• 平均負荷率：通常、圧縮空気の消費量は1日のなかでも変動します。それに対応するコンプレッサーの負荷の平均を70％とします。
• 消費量が変動する中で、部分負荷のときのコンプレッサーの消費電力は機種により異なります。それを図2に示します。
• モーターの効率を94.5％、インバータの効率を95％とすると総合効率は、
  0.945 × 0.95 = 0.90で90％になります。

〔計算〕

• 現状の平均負荷率が70％のときは図2 から消費電力は60％になります。
• 現状の漏れの8％は1. の計算から図2の横軸の100％に対する8％です。
  したがって、漏れが0になり消費する空気量が減ったときの平均負荷率は 70 - 8 = 62％となります。

このとき、図2から消費電力は53％となります。

• 消費電力量の減少は
  55kW ÷ 0.90（総合効率） × （60－53）％ × 6,000h / 年 = 25,700kWh / 年
• 電気料金の削減額は、基本料金込みの総合単価を20円 / kWhとすれば、
  25,700kWh / 年 × 20円 / kWh = 514,000円 / 年

【参考文献】
（1）松隈正樹．空気圧縮機．（財)省エネルギーセンター，2005, P.107
（2）省エネルギー．1980，vol.32, no.8，p.99.
（3）省エネルギー．2014，vol.66, no.3，p.31.

回答者

エネルギー管理士　本橋　孝久

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