産業用途向け空気圧縮機：工学原理、性能データ、および英国市場の動向

応用事例1：金属加工におけるファイバーレーザー切断（バーミンガム、ウェストミッドランズ）

バーミンガムの金属加工業界は、ヨーロッパで最も精密加工業者が密集している地域の一つであり、レーザー切断補助ガスとして使用される産業用空気圧縮機にとって、最も技術的に要求の厳しい環境となっています。軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムのファイバーレーザー切断には、材料の厚さと切断速度に応じて6～16バールの圧力で供給される、連続的でオイルフリーの乾燥した圧縮空気流が必要です。ノズルでの圧力の不安定性（ミリ秒単位の一時的な変動であっても）は、切断面に酸化による筋状の模様を引き起こし、ドロスの付着を増加させ、切断幅を許容範囲以上に広げてしまいます。±0.1バールの圧力制御を維持するVFDスクリューコンプレッサーと、圧力露点-40℃を達成する2段式乾燥機、および0.01μm定格の凝集フィルターを組み合わせることで、高出力（6kW～20kW）ファイバーレーザーシステムが定格切断スループットで再現性のあるエッジ品質で動作するために必要な空気品質グレードを実現します。

アプリケーションシナリオ2：自動車組立ラインにおける空気圧工具（コベントリーおよびサンダーランド）

コベントリーやサンダーランドにある主要な自動車製造工場を含む自動車組立工場では、1日3交代制で稼働する組立ライン全体で、数百台の空気圧式インパクトレンチ、ナットランナー、リベットツールが同時に使用されています。圧縮空気の総需要プロファイルは、複数のステーションが同時に作動する際のピーク流量の過渡現象と、組立サイクル間の比較的静かな間隔によって特徴付けられます。中央シーケンサーコントローラによって管理される複数のVFDロータリースクリューコンプレッサで構成される圧縮空気システムは、このプロファイルを最適に処理します。シーケンサーは、需要が高い期間に追加のコンプレッサ容量をオンラインにし、静かな間隔では個々のユニットをランプダウンして、リングメイン全体で安定したヘッダー圧力を維持します。使用地点での空気品質要件は、ISO 8573-1クラス1.4.2以上であり、これは、コンプレッサ吐出側ではなく、メイン分配ヘッダーの近くにインライン凝縮フィルターと冷媒乾燥装置を配置することで達成され、配管の腐食による再汚染を最小限に抑えます。

適用事例3：医薬品錠剤のコーティングおよびブリスター包装（チェシャー州およびハートフォードシャー州）

英国の製薬メーカーは、あらゆる産業分野の中で最も厳しい空気品質要件に直面しています。医薬品・医療製品規制庁（MHRA）は、製品接触用途にはオイルフリーの滅菌グレードの圧縮空気を義務付けています。オイルフリーのロータリースクリューコンプレッサーは、PTFE含浸ローターコーティングと水冷式インタークーラーを使用して圧縮要素が潤滑なしで動作するため、錠剤コーティングスプレーガン、ブリスター包装シールツール、バルク粉末搬送システムにとって技術的に適合する唯一のソリューションです。チェシャーの確立された製薬クラスターとハートフォードシャーのM25回廊沿いの施設では、通常、継続的な生産稼働時間を確保するために冗長構成のコンプレッサー（N+1またはN+2）を指定し、すべての配管は電解研磨ステンレス鋼で、各使用箇所にインラインHEPAフィルターが設置されています。

適用事例4：スチールショットブラストと表面処理（シェフィールドおよびロザラム）

シェフィールドの鉄鋼加工の伝統は、現在では航空宇宙、海洋、原子力発電分野向けの高付加価値エンジニアリング部品の製造に大きく転換されていますが、保護コーティングの密着に不可欠な研磨ブラスト、ショットピーニング、表面処理工程には、依然として圧縮空気を多用しています。これらの用途では、中程度の圧力で高い空気流量が求められます。大型ブラストルームでは、通常7～10バールの圧力で15立方メートル/分を超える流量が必要となるため、高出力のロータリースクリューコンプレッサーが唯一の有効な動力源となります。研磨粒子の環境下では、ローターの摩耗を加速させないために、自己洗浄機能付きパルスジェットフィルターエレメントを備えた堅牢な吸気フィルターが不可欠です。シェフィールドとロザラムの施設では、床面付近の局所的な粒子状物質が充満した領域を迂回するため、ブラストルームの屋根上から空気を吸い込むリモート吸気ダクトがよく使用されています。

適用事例5：食品・飲料の瓶詰めおよび包装ライン（リーズおよびブリストル）

食品および飲料メーカーは、圧縮空気システムを機能的に異なる 2 つのゾーンで運用しています。1 つは空気圧コンベア、選別システム、ラベル貼付機を駆動するための非接触空気で、通常は ISO 8573-1 のクラス 1.4.2 で十分です。もう 1 つは、ボトルブロー、空気圧充填バルブ、PET 容器成形のための直接製品接触空気で、British Retail Consortium (BRC) および Food Safety System Certification (FSSC) 22000 フレームワークの両方でクラス 0 のオイルフリー空気が必須です。リーズの成長著しい食品加工部門とブリストルの確立された飲料製造クラスターの主要施設は、オイルフリーコンプレッサーの排出からの廃熱を使用して外部加熱エネルギーなしで乾燥剤ベッドを再生する圧縮熱 (HOC) 乾燥剤乾燥機を採用しています。この構成では、追加のエネルギー入力なしで -70°C の圧力露点が達成され、サイトのエネルギーバランスが大幅に改善されます。

背景と課題

シェフィールドに拠点を置く中規模の精密エンジニアリンググループで、英国の防衛および民間航空分野の主要請負業者に航空宇宙グレードのチタンおよびインコネル部品を供給している同社は、5軸CNC加工部門で重大なボトルネックを発見した。チタンのプロファイリング用にそれぞれ最大18バールのアシストガス圧を使用する3つの高出力ファイバーレーザー切断セルで、切断エッジの品質に許容できないばらつきが発生していた。同社のプロセスエンジニアは、この原因を、耐用年数が近づいている老朽化した往復動コンプレッサー設備によって引き起こされる圧縮空気主配管内の圧力変動によるものとした。3か月の評価期間中、切断されたチタンブランクの不良率は4.2%に達し、高価な合金にとって相当な材料費と再加工費が発生していた。

同グループのエンジニアリングディレクターは、エバーパワー社に対し、3つのレーザーセルすべてに同時に安定した16バールの出力を供給でき、最大合計需要が7.2 m³/分である圧縮空気プラントの代替品を求める要望を伝えました。このプラントは、同社の施設の利用可能な電力供給容量200 kVAに適合し、既存のコンプレッサー室の設置面積6m×4m内に収まる必要がありました。

エバーパワーソリューション＆導入

Ever Powerのアプリケーションエンジニアリングチームは、2日間のオンサイト監査を実施し、既存の圧縮空気分配リングメインにデータロギング機器を設置して、3つの生産シフトすべてにおける実際の需要プロファイルを特性評価しました。監査の結果、実際のピーク同時需要は6.8 m³/分で、推定値よりも低いことが判明し、80%の稼働時間における需要は3.0～4.5 m³/分でした。このプロファイルに基づき、Ever Powerはツインコンプレッサー構成を提案しました。これは、16 barの供給圧力に対応する特注の高圧ステージ仕様を備えた2台の90 kW VFDロータリースクリューユニットを、共有シーケンサーコントローラで制御し、部屋の設置面積内にコンパクトに並べて設置するものです。設置は計画されたシャットダウン週末に完了し、試運転、PED要件に準拠した圧力テスト、およびISO 1217性能検証が60時間の停止時間内に実施されました。新システムの稼働開始から4週間以内に、シェフィールド工場ではレーザー切断不良率が0.3%を記録しました。これは、システム導入前の基準値から90%以上削減されたことを意味します。また、プロセスエンジニアは、3種類の材料グレードすべてにおいて、切断面の品質が一貫していることを確認しました。