多道精密過濾裝置真的能夠怯除空壓機系統的潤滑油油氣?

許多使用有油式空壓機的客戶會分享他們使用三道過濾來確保潤滑油氣跑到現場，筆者想要利用一些國際頂尖過濾器品牌的規格表以及實際現場的照片來說明，也同時來報告為何許多使用精密儀器的使用手冊中會依據 ISO 8573-1 定義需要的壓縮空氣品質等級，而精密儀器公司的人員也多會建議最好在預算許可條件下採用無油式空壓機。

來看看世界領導品牌過濾器的產品說明

Parker 是世界最大的工業過濾濾材與過濾器品牌之一，也是壓縮空氣系統業界認可最專業的過濾與乾燥專家；台灣如TSMC等半導體廠及光電大廠等公司指定採用以確保氣體過濾的品質；主要原因是其多數產品均經過國際第三機構認證證書取得，該公司在工業業界特定領域具有權威領導地位的可信度。

該公司經過驗證生產的各種過濾器會提供國際濾效認證證書，管路過濾器與精密過濾器則強調過濾器產品提供12個月的濾效保證。但是各位可以看看 該公司產品型錄中的資料中對於過濾潤滑油或空氣含油分的活性碳過濾器的 ACS 系列並沒有提供12個月的濾效保證而是告訴大家的是何時更換過濾器：當發現有油氣被偵測觀察到的時候。其實並不是該品牌寫錯了，而是因為因為在濾材材質可以確保穩定期間固態顆粒確實是可以確保被攔阻下來，但是關於石化潤滑油在空壓機高壓與高壓縮熱產生的壓縮空氣油氣是任何一家品牌過濾器都不敢保證一定時間內是可以完全被擄獲攔阻下來的。

過濾濾材的效果隨著使用的時間越長，濾材飽和程度會越來越高，濾效會逐漸降低。當然，過濾器品牌的技術還是最重要的因素；否則很難相信標示相同規格的過濾器，Parker可能幾萬元，中國產品或濾材來台組裝只要幾千元的原因在此。（筆者幾年前曾經解剖一組管路前置過濾器，所謂濾材是用類似紙巾材質取代了玻纖材質；當然玻纖等級, 孔目Mesh大小密度, 幾層與折疊方法也有差異而造成效果與成本各異）。

油氣跑到精密儀器會有何可能情況？

精密儀器如果有使用到壓縮空氣，那肯定會有入口+流道+電磁閥件+關鍵部品+出口, 任何一處遭受汙染難免影響精度，因此許多精密儀器都會制定類似下表的壓縮空氣品質建議!

我們嘗試透過客戶現場實際於有油式空壓機三道過濾後方的空壓管路與裝置照片分析提供客戶，請參考下列後續三張實際現場照片：

  1. 第一張圖：左側有油式空壓機系統的管路內壁有油膜或油垢積累; 我們經常在實驗室精密儀器看到許多噴嘴或者是精密主軸的機構利用壓縮空氣來達成功能性作動或保護清潔其他程序需要的部品零件，壓縮空氣中含有潤滑油氣會如同左側的空壓管內壁形成油膜或油垢，造成精密儀器的氣動閥, 氣壓缸或電磁閥故障. 影響表面粗度或油垢堵塞則影響精度或者使用壽命。
  2. 第二張圖：油氣跑出管路由令的接縫處，我們可以類推在實驗室中許多儀器的氣壓缸, Purge Air 或者是清潔用的噴槍, 在壓縮空氣完成任務時其實是藉由高速手機的空氣流道排出外部的；壓縮空氣含有油氣對於實驗室內長期研究發展的科學家與研究工程師並非好的情況，因為在密閉空調空間內的揚程也需要20~30分鐘才能夠沉澱下來。
  3. 第三張圖：壓縮空氣中含有油氣而且乾燥程度控制的不是很好，所以潤滑油氣與冷凝水結合而造成油乳化；有一些謬誤的說法，一些維護設備的工程師會告訴筆者壓縮空氣中有油氣剛好可以來潤滑氣動閥或氣壓缸。通常潤滑油經過管路到設備後，品質已經劣化甚至油乳化，不但無法達到潤滑的效果，反而造成氣動閥與氣壓缸的損傷。況且空壓機潤滑油材質也不一定適合氣動閥或氣壓缸，有些高端的閥類甚至設計的是自潤材質…。

多數空壓機品牌商或者是傳統服務商多會說服客戶三至四道精密過濾能夠完全怯除潤滑油氣，因為一定時間或者是每年需要花費在過濾裝置濾材的費用加上更換工資是一筆可觀的收入與利潤；當然有安裝過濾裝置固然也是好事，可是壓縮空氣品質等級的建置規劃涉及解決方案的設備載具建置成本 與 後續維護保養的服務成本，進行合適的壓縮空氣品質規範, 系統汙染風險, 新機建置成本與後續維護保養成本是需要進行謹慎評估的!

解決實驗室使用無油式空壓機系統預算有限的解決方案

實驗室的經營者與科學家們當然知道避免非控制因子的干擾是重要因素, 而未來服務工業 深知實驗室面臨抉擇無油式空壓機系統的困境在於 “實驗室預算費用受限"; 因此我們提出 “GoUseAir無油渦卷式空壓機系統長期租用服務方案" 讓這樣的兩難困境得到妥善解決, 除了滿足無油認證, 低運轉噪音與低佔地空間獲得解決之外, 未來對應實驗室研究項目與發展也提供 “彈性換機" 與 “由租轉購" 提高營運彈性的服務內容, 歡迎聯繫專人諮詢!

GoUseAir長期租用服務方案主要係為了讓客戶安心輕鬆地使用好的產品系統服務, 我們針對無油渦卷式空壓機提供新藥實驗室與IC設計測試中心長期租用服務, 提高客戶應對營運彈性!

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空壓機系統是實驗室減少干擾因子的重要考量嗎?

我們從學校就知道需要透過相關分析函數 Y = fx (X1, X2, X3….) 並排除或控制外部因素 (例如: 壓縮空氣中的含油量, 含水氣量, 固態顆粒數量或者微生物數量…等) 減少各種干擾因子, 並且盡量確保干擾因子的條件下, 讓實驗可以得到相對穩定數量來分析因為變數的變化對於實驗結果的影響函數為何? 因此排除干擾因子是實驗十分重要的工程, 或者我們可以說是讓實驗結果得到更具體證據的先決條件!

空壓機系統產生的壓縮空氣可以應用在各種實驗過程發揮功能性 (包括 : 發酵, 霧化, 均質化, 驅動氣動閥或氣壓缸…) 以及作為實驗精密儀器的動力源; 空壓機與乾燥機係轉動設備, 運轉過程也會產生噪音, 也因此有一個值得深入探索的問題 : 空壓機系統是減少實驗干擾必須考慮的因子嗎? 有哪些與空壓機系統相關的因子必須加以控制或考慮?

壓縮空氣品質是實驗干擾因子?

國際標準組織針對壓縮空氣品質制定了ISO8573-1來定義各種壓縮空氣品質的等級, 壓縮空氣中三種物質的含量多寡來區分成 Class X.X.X. 使規劃空壓機系統時有所依據 : 包括 不同直徑大小的固態顆粒, 水氣量 (含水霧與水氣) 以及 含油量 (油霧與油氣).

一些製程完全不需要乾燥過濾也不在乎壓縮空氣品質多寡, 要的只是操作壓力與壓縮空氣流量; 例如 : 自來水廠曝氣池底的汙泥壓縮固化, 汙泥壓縮過程需要利用壓縮空氣去除泥水以縮小體積增加壓縮阻抗與速度.

有些則需要極高品質的壓縮空氣品質, 例如 : 生醫製藥工廠, 半導體光電科技工廠, 新藥實驗室及IC設計品質設計測試中心需要的壓縮空氣; 其中, 生醫製藥工廠與一些新藥實驗室除了上述三種定義壓縮空氣品質的物質含量多寡之外, 也加入了單位壓縮空氣的微生物含量.

生醫製藥實驗室需要的壓縮空氣品質高低並沒有一定規範, 通常等級會較PIC/S GMP廠要求低一些, 但是仍舊十分在意下列影響 :

一, 對於實驗過程是否產生干擾? 包括對實驗儀器設備精度, 材料或試劑本身變化以及實驗動物的心理因素引發的變數.

二, 對於昂貴的實驗精密儀器或是未來可能的製程設備是否產生影響? 過高的水氣造成儀器設備電磁閥故障或製程品質良率, 油垢對於量測設備的精度影響…等.

潤滑油氣或油垢對實驗過程或實驗精密儀器設備有干擾?

沒有任何一家品牌廠商敢提出保證說他們家處理潤滑油油氣的活性碳過濾器在多少時間內都可以確保含油量低於多少! 原因是有太多變數會讓吸附油霧與油氣的濾材飽和而失效 :

  1. 每種空壓家種類與相同種類每家品牌空壓機的排氣潤滑油含油量 (Oil Carryover) 是一樣的; 例如 : 以有油螺旋式空壓機而言, 日本神鋼含油量低於2ppm, 其他歐美日品牌含油量3ppm, 國產或大陸地區有些則可能是5ppm以上. 再舉例 : 有油螺旋式空壓機含油量大多數在 3~5 ppm 區間, 有油往復式或有油渦卷式空壓機則大多高於15ppm以上. 對於環境中的含水氣量多寡冬天與夏天也不同, 每位客戶的環境也不同, 因此很難保證水氣是否會被吸附佔據了濾材效果.

有油式空壓機需要透過石化潤滑油作為壓縮腔體降溫, 間隙密封與減少摩擦的功能; 因為這樣, 所以許多加工間隙可以放寬, 許多材料可以不需要那麼耐熱抗磨, 相對研發技術層次也就比無油式空壓機容易一些. 但是有油式空壓機保養不當或者是設備本身的設計, 可能會造成機體油垢結痂 (如上圖) 或者是運轉工況導致機體溫度過低而與冷凝水混合形成油乳化 (如下圖).

有油式空壓機使用的石化潤滑油區分為基礎油與添加物來形成適合各種黏度與閃點的潤滑油脂; 但是基本的成分大多如下表. 這些化學物質經過高溫的壓縮熱氣化或者溫度不夠造成油乳化都會產生質變, 壓縮空氣如果使用在實驗過程與材料接觸會增加實驗干擾的變數, 很值得商榷! 在新藥實驗室或IC半導體光電實驗室可能與其他 Chemistry 或 電子化學原料產生反應而導致實驗誤差或失敗!

一般空壓機基礎油佔成品油的95%以上，精製深度深的基礎油，基礎油大部分是聚合物或高分子有機化合物。合成油的種類很多，用作壓縮機油的合成油主要有合成烴（聚α-烯烴）、有機酯（雙酯）、聚亞烷基二醇、氟硅油和磷酸酯等，當然還有其他含量較少的其他石化或化學添加劑。

含水氣量對實驗結果或品質或精密儀器有影響?

通常在PIC/S GMP藥廠多會要求壓縮空氣乾燥程度達到小於壓力露點-40度C, 更嚴苛的半導體廠則會要求到-70度C的程度; 主要原因是許多產品除了影響製程品質良率之外, 也擔心在潔淨室環境沒有問題, 但是進入儲存或運輸的過程就因為溫度變化在包裝內引起返潮而造成產品不良的問題.

實驗室則依據各種類別對於壓力露點要求有所不同, 如果實驗室單一機器設備則可能會較連續自動化實驗線要求低一些, 因為自動化程度越高越擔心交叉汙染! 有些實驗室反而需要將壓縮空氣加濕到一定濕度才行, 有些則相當嚴苛要求壓縮空氣乾燥程度; 例如, 發酵槽可能就擔心胖湯姆定理 FAT TOM 所引發的細菌或病毒汙染而要求較高的乾燥程度與較嚴苛的含油量! 這個部分除了無塵室等級, 藥典規範之外, 就需要依據設備廠商與使用者實務經驗提出要求規範!

water drops on glass

固態顆粒對於實驗室是否有干擾或影響?

固態顆粒通常對於實驗室的影響在於損害昂貴的實驗精密儀器; 舉例而言, 固態顆粒在高壓的壓縮空氣中被帶動以及高流速於空氣管路中輸送, 一定數量的撞擊與摩擦可能造成精密儀器精度的影響, 又或者是氣動閥累積垢而造成作動不良…

由於空氣中含有粉塵或者是金屬微粒等固態顆粒, 空壓機或乾燥機等設備本身或許會因為運轉讓設備內管鐵屑或其他物質剝落, 空氣桶與空壓管路或閥件也會有類似可能又或者是並非採用不銹鋼要求的材質而生鏽產生鐵屑, 往往會損傷實驗室機器設備!

運轉噪音是實驗室應控制的干擾因子?

運轉噪音涉及的影響層面我們在前面幾篇有作一定程度的分享, 受影響的包括 : 實驗室科學家與研究人員, 鄰近實驗室的企業或住戶 以及 實驗動物! 可以參考我們在上一篇 空壓機運轉噪音對實驗動物與新藥實驗有哪些影響? 的分析與分享!

岩田10馬力雙模組無油渦卷式空壓機開前蓋運轉聲音!

我們拜訪不少實驗室, 也發現許多生技製藥實驗室或高科技產品實驗室採用的空壓機系統單純只有一台空壓機及一組黑鐵的空氣桶; 這其中有許多令我們想要不厭其煩提醒的, 主要原因是廠商的專業程度又或者是採用價格戰術爭取業主採用所造成, 我們想要提醒 生技製藥實驗室與高科技實驗室 的是 :

  1. 相同馬力數有油式空壓機絕對比無油式空壓機便宜一半以上.
  2. 相同馬力數商用型空壓機絕對比工業級空壓機便宜好幾倍.
  3. 黑鐵桶絕對比不銹鋼空氣桶便宜好幾倍.
  4. 同樣是不銹鋼空氣桶, 沒有工檢證明的空氣桶絕對比有工檢合格空氣桶便宜一半以上.
  5. 安裝過濾器是絕對必要的, 大陸進口的過濾器絕對比國際認證的過濾器便宜好幾倍.
  6. …

很值得一提的是, 不論是工業區立體化的高科技廠房, 或者是新藥實驗室或高科技實驗室都座落於寸土寸金的都會區或鄰近的城市; 以台北市南港區為例, 購買的話每坪都會超過新台幣60萬元以上, 以新北市汐止區租用的話可能每坪每月也需要花費700元以上. 充分利用空間減少佔地空間是十分重要的考量, 因此不單只是考慮空壓機系統設備的成本或費用高低, 隱形的費用 (佔地空間的費用, 噪音困擾, 無油認證以及維護保養費用…等) 有時候會高於設備的購置成本!

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實驗室空壓機同時滿足無油、低振動噪音及低佔地空間需求有何種對策?

全球人口數量將近16億人, 多數國家的人口也都由各個地方往城市流動, 因此機器設備運轉的各種情況讓不少人感到相當苦惱; 我們為什麼積極推出次世代無油渦卷式空壓機SLP Prime系列？超靜音41dB與44dB的推出究竟想要解決哪些人的苦惱？內置乾燥機與內置不銹鋼空氣桶無油國際認證的空氣品質是打算解決哪些行業的哪些困擾？

工廠被迫離住宅區越來越近而對機器運轉噪音感到苦惱？

人口越來越稠密，當許多工廠歇業或遷廠之後，住宅區因為需求慢慢建築在既存的工廠；附近許多工廠因為住宅區在原先工廠區域內建設讓工廠越來越接近住宅區域，居民的生活環境如何不受機器設備運轉噪音影響變成是重要的議題。不管工廠是先到這個區域設點的與否，敦親睦鄰是必須考慮的課題！近年台灣推動工業區立體化，形成密閉的大樓變成廠辦或商辦混合區域，加上鄰近住宅區，趨勢越來越明顯，低噪音、低振動、低佔地空間成為空壓機系統重要關鍵。

最近新北市地區有幾位客戶來電尋求協助，主要原因是幾十年前工廠蓋在板橋或中永和地區營運起來並沒有太大問題；但是一些鄰近的工廠歇業或者將工廠搬到桃園地區之後，建設公司變更地目蓋起了一棟又一棟的集合式住宅大樓，鄰居管委會對於空壓機或生產設備的運轉噪音多次申訴抗議，甚至驚動環保局來量測與溝通協調要求改善! 當然我們也可以遷廠，但是想到這麼多員工都是住在雙北地區，也只能夠將新的項目往外縣市較偏遠的地區設廠，既有工廠仍舊必須保障既有員工的就業與人才吸納!

實驗室/研究機構對無油、振動噪音與佔地空間更在意

潤滑油具有許多化學成分，經過壓縮熱高溫氣化的油霧或油氣會影響生技製藥與半導體實驗室的研究結果，因為過程中這些成分讓研究實驗增加更多不確定性因素與變數，機器振動的傳導則可能影響到量測儀器的精準程度。實驗室或研究機構的機器運轉噪音除了影響到科學家與研究人員的專注度與身心健康，同時也影響到實驗動物的心理狀態，更加不能不在意！而如此多的實驗設備如何選擇耐久且佔地空間小的設備，也是重點之一！

牙科與診所對無油、低噪音與低佔地空間有強烈需求

牙醫診所、專業診所與牙體技術所在地點的空間往往寸土寸金，能夠讓醫療人員與病患在診間確保寧靜，並且能夠降低佔地空機的需求，對於牙科診所與牙體技術所是考慮的重要因素!

SLP Prime系列次世代無油渦卷式空壓機的規格

ISO8573-1 Class 0 國際百分之百無油認證的壓縮空氣品質，次世代無油渦卷式空壓機內置冷凍式乾燥機與不銹鋼空氣桶，提供2馬力與3馬力實際排氣量 170LPM與255LPM @ 8 bar 的穩定氣源，運轉噪音個別為 41dB與44dB 全球壓倒性超靜音的空壓機設備。

我們想要解決振動、噪音與佔地空間問題

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空壓機運轉噪音對實驗動物與新藥實驗產生哪些影響?

通常為吸引專業人才, 研發實驗室多位於商辦大樓或者是廠辦大樓之中, 因此考慮選用空壓機系統時除了要無油避免汙染實驗室環境, 規劃中央供氣系統也希望空壓機耐久可靠; 當然另外一項重要因素往往考慮到人 : 實驗室內工作的人, 辦公室工作的人 以及 隔壁鄰居的人, 希望空壓機運轉聲音小一點, 讓環境更寧靜且不會被鄰居申訴抗議!

實驗室動物更需要在意運轉噪音的影響

赫爾辛基宣言則針對動物福祉也提出正式的條文, 而台灣法令上也針對實驗動物的房舍與環境立法 (實驗動物照護及使用委員會或小組設置及管理辦法); 並由政府機關參考國際法令或指引提出實驗動物照護及使用指引. 以上之宣言或立法或指引主要是針對動物保護與動物福祉為出發點, 而P1~P4實驗室則是以防範細菌病毒傳播防護為目的. 另外則有許多組研究團體發現, 實驗動物如果沒有獲得較佳的環境, 則在進行實驗時會增加許多干擾因素, 導致實驗結果大打折扣.

我們則針對生技製藥實驗室空壓機運轉噪音, 以歸納法對於實驗室經營管理有何影響的角度來探討. 誠如一開始就提到的, 對於人的影響部分包括 : 科學家或研究助理們的研究環境寧靜專注影響, 鄰近住戶或企業的申訴抗議影響正常營運是經常被留意到的, 這個部分就不再贅述. 對於實驗動物部分, 我們則提出幾個層面的報告–

一, 關於實驗室噪音的參考標準

  1. 最寬鬆的是關於一般工作場所職工安全健康的規範 : 建議 < 85dB 且 持續時間 < 8小時 (WHO與台灣職業安全衛生法令文獻).
  2. 涉及到國內學者研究維護實驗動物福祉的噪音標準建議是 : < 65dB (例如 : 前台大獸醫系教授 AAALAC國際評審委員 洪昭竹博士的文獻指出).
  3. 國際上指南或者是實驗室設計建置的噪音標準建議是 : < 55dB (CL等級實驗室建置指引文獻).

二, 關於為何需要建立噪音標準的原因

  1. 相關法令遵從部分–職業安全衛生與實驗動護照護 (保護工作人員以及實驗動物福祉) ; 因為會對工作人員與實驗動物的身心造成損傷.
  2. 提升動物福祉部分–關於實驗動物倫理, 國際要求做到5F與4R的標準, 其中5F中有一條是關於 “免除恐懼與壓力“, 讓實驗動物被犧牲做出貢獻的過程, 能夠保持悠閒與舒適的心理狀態.
  3. 消弭實驗影響部分–許多研究實驗動物心理的學者研究發現, 實驗動物在面臨環境產生的噪音時, 會產生躁動與焦慮的情形, 體內化學賀爾蒙會產生變化, 時間越長累積的越多而造成實驗動物的身心傷害之外, 也會增加實驗的變數而影響實驗結果. 因此, 保持低噪音是讓實驗動物維持穩定與放鬆的條件之一.

國內研究的重要機構清華大學針對實驗動物的房舍環境進行長期監測, 以確保實驗室動物環境噪音盡量保持在50~60dB之內; 而多數實驗室也會針對實驗動物的房舍與環境進行監測, 當然台灣農委會等相關機構也會定期與不定期抽查, 甚至提供為實驗動物發聲的檢舉申訴管道. 未來服務工業提供的日本實驗室渦卷式空壓機運轉噪音值 (距離發音源1.5米量測) 最低噪音值41dB, 而標準型則在45dB~53dB之間, 主要的設計基礎仍就是圍繞著為實驗室科學家與研究助理工作環境防護, 以及符合實驗動物福祉/降低影響實驗結果變數 而設計~

五馬力國際無油認證渦卷式空壓機運轉噪音

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解析有油式空壓機系統與環境關聯性_SDGs永續發展目標

聯合國針對生物生存環境保護，呼籲並且推動落實SDGs永續發展目標已經多年；最近台灣立法開徵碳稅以及金管會要求上市上櫃公司2025年必須出具ESG報告書，SDGs與ESG已經由一種概念逐漸發展出現可應用技術，更因為社會氛圍與經濟效益開始浮現，才有立法法令的鼓勵與限制。

SDGs也好，ESG也罷，在空壓機系統領域回歸到本質就是希望 “節能 與 減碳"，基本上都是屬於"減法"，透過源頭減量Reduce來降低資源浪費減少碳足跡, 透過源頭設計就能夠節能減少排碳。本篇分享就以"減少"為基礎，探討有油式空壓機系統與環境關聯。

上圖是一張有油螺旋式空壓機內部的流程圖，筆者將涉及潤滑油相關的零件部品用紅色的字呈現出來; 當然也有部分沒有說明的，例如：為了增加油路流程、共用台Common Bed與隔音罩的尺寸必須放大才能安裝在機器內、控制器的機板也必須增加油路控制的元件…；又例如 : 有油渦卷式空壓機雖然沒有較大的油氣筒安裝油細分離器降低潤滑油氣跑出空壓機外進入空氣管路內，但是減少了油細分離器卻增加了油氣汙染環境。

有油式空壓機 (往復式、渦卷式或螺旋式) 都可能因為上述流程圖中的管路接頭襯墊或O型環老化造成漏油汙染環境 (下圖)；當然也可能因為油氣逸散出管路流程瀰漫整個空壓機內部與隔音罩泡棉經年累月的積累，造成接觸電器產生火災的工安事故，也容易造成工作現場人員滑倒的工傷事件 (下下圖)。

環境污染式有油式空壓機較被關注的議題，在日本或者是歐洲針對有油式空壓機產生的冷凝油水，強制要求排放必須經過處理，因此有了油水分離器的產品誕生，必須定期更換濾材；濾材更換後也和潤滑油一樣，必須委託政府核准的油品廢棄物處理業者處理, 政府並會要求登錄帳本進行各項回收處理流程勾稽。當然下圖所列式的各種耗材，除了有油式數量多出不少外，未來也逐漸會在全球各地如同上述流程被列管。

不可諱言, 排除馬達超載運轉之外，相同型式的有油式空壓機的確比無油式空壓機排氣量高出5~8%不等；不過額外產生的零件部品、耗材、以及人員必須時時留意管理油位與環境與作業空間污染卻是大大超過多出的排氣量！

GoUseAir無油渦卷式空壓機系統長期租用服務方案

讓客戶安心輕鬆地使用好的產品系統服務 是 未來服務工業 的企業使命, 透過這樣推廣無油渦卷式空壓機系統, 我們也希望透過SDGs與ESG的經濟效益過程, 同時也為永續發展目標盡一份心力!

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實驗室與品質設計驗證中心的空壓機系統需求有哪些種類?

實驗室空壓機系統配置模式

實驗室空壓機系統常見的應用場合有三類 :

  1. 實驗室中央供氣 : 將所有氣源集中於公用設施 Utility 機房, 然後透過建置於整個實驗室的壓縮空氣管路提供給各種設備使用.
  2. 個別科學儀器供氣 : 獨立的小型空壓機系統 (具有儲氣桶並且經過乾燥過濾) 在特定區域提供特定科學精密儀器使用; 例如 : 氣象層析及LC-MS分析, 固態顆粒量測及形狀分析, 流變儀…等.
  3. 特殊氣體產生器供氣 : 提供氮氣產生機或者是氧氣產生機…等特殊氣體分離純化過程的前端氣源供應.

採用哪一種壓縮空氣氣源供應方式其實見仁見智, 有的設備可能不是固定於某一單位或場所, 而是依據需要的單位會移動; 這種時候通常會採用第二類的供氣模式, 採用搭配獨立小型空壓機系統的模式. 有些則是採用搭配模式, 因為大多數會固定地點使用, 少數會需要移動使用, 因此搭配第一類到第三類供氣方式來滿足實驗室的使用彈性.

應對實驗室空壓機系統的機型種類

應對中央集中供氣的無油空壓機系統適用的配置方式一般會考慮URS (User Requirement Specification) 整體用氣需求來進行規劃; 取得所有耗氣設備與耗氣裝置的需求位置, 需求量, 壓縮空氣品質要求以及設備裝置作動的耗氣工況(Cycle Loading) 來分析基礎負載與變動負載. 藉此規劃選型空壓機實際排氣量, 壓力與儲氣桶容量大小; 當然再依據壓縮空氣品質規劃乾燥過濾裝置的種類與位置配置.

實驗室或品質設計測試中心的中央供氣系統的空壓機通常落於無油渦卷式空壓機的3~30馬力 (255L/min. ~ 2,520L/min.) 左右; 即使最終研發測試後的產品量產時採用有油式空壓機系統, 為了確保精密儀器不受到油汙 (油氣) 汙染或堵塞影響精度與壽命, 我們還是會建議在減少影響變因的考慮下, 採用經過國際100%無油認證的無油式空壓機以及相關的乾燥過濾設備裝置.

對應單一科學精密儀器的獨立無油式空壓機系統, 則可以採用內置乾燥機 (或膜管乾燥器) 的無油渦卷式空壓機, 最常使用的是以1~5馬力無油渦卷式空壓機為主; 岩田無油渦卷式空壓機標配內置鋁壓鑄 (一馬力) 或不銹鋼 (二至五馬力) 空氣桶, 並且可以選配內置乾燥器 (一馬力) 或 乾燥機 (二至五馬力) 以大幅節省空間與配管, 並且安裝角輪以隨時可以移動使用. 尤其一馬力電壓為單相110V, 十分適合對應單一科學精密儀器的獨立供氣使用! 因為十分靠近科學家以及實驗室研發工程師, 噪音值落在45dB (1馬力與2馬力) 至 49dB (3馬力與5馬力), 讓實驗室專家們可以專注於科研工作不受干擾.

GoUseAir無油渦卷式空壓機系統長期租用服務方案

未來服務工業(股)公司 是一家推廣循環經濟的產品服務化商業模式, 增進台灣SDGs永續發展目標積極參與的角色; 以租代購並且讓客戶安心輕鬆地使用好的產品是業務核心目標! 針對新藥實驗室以及IC設計光電科技品質設計驗證中心, 更由於研發專案項目推陳出新, 空壓機系統對應不同的精密科學儀器與研發系統往往會有增減, GoUseAir服務模式讓實驗室客戶可以彈性應對各種變化球!

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未來服務工業無油渦卷式空壓機應用

為何空壓機需要通風環境增加可靠度?

許多實驗室或品質設計測試中心空壓機系統的設備會被放置在陽光曝曬甚至被雨水潑淋的陽台, 或者是塞在最難利用的樓梯下方儲藏室之中; 事實上, 空壓機系統設備被覺察到重要的時刻往往是在整個作業區斷氣的時候, 因為大家肯定都以關注在主要試驗測試精密設備, 而自然只要有氣可以用就好成為一般想法.

影響空壓機運轉能效 (每度電產生最多的合宜氣量) 以及 穩定可靠的設備妥善率 深受空壓機機房的環境 (或空壓機與乾燥機被放置的地方) 影響; 因為 環境溫度 將讓運轉能效以及設備妥善率備受挑戰!

環境溫度影響空壓機運轉效能 (節電否)

環境溫度每上升攝氏3度C, 空壓機的實際風量會減少1%, 也就是說每度電能夠產生有用的壓縮空氣風量會減少1%. 原因在於環境溫度越高, 空氣中的相對濕度越高, 因此在1 atm 條件下吸入一定量的大氣, 壓縮之後相對產生較多的冷凝水, 產生較少的壓縮空氣! 例如參考下表, 大氣露點溫度攝氏50度C時每立方米空氣水分含量約82.257克, 而攝氏30度C 時為30.078克. 環境溫度越高, 被水氣佔滿的相對比例 (相對濕度) 越高, 大氣中純空氣量會越少.

環境通風與環境溫度影響空壓機妥善率

從下圖的曲線來解讀, 我們可以輕易地了解環境溫度越高則風量越低, 主要原因就是像我們上面所分享的, 環境溫度越高會讓相對濕度越高, 然後讓空壓機吸入大氣之後, 有一部分以相對較多的冷凝水呈現, 其餘一部分則因為被氣態的水氣占據一定比重而以相對較少的壓縮空氣呈現.

我們特別要強調通風不良也會讓環境溫度上升; 同樣地, 溫度每上升攝氏3度C也會讓空壓機的能效下降1%. 主要原因是空壓機吸入環境溫度的大氣, 經過壓縮過程產生壓縮熱會被排放出來; 如果是氣冷的空壓機則是大部分熱氣經過氣冷冷卻器排出, 水冷則有電氣盤或冷卻風扇的熱氣排出, 如果沒有適當通風或熱排設計, 釋放到機房環境的熱風又會被吸入空壓機中, 造成空壓機排氣溫度持續上升, 形成內熱循環, 最耗達到空壓機的溫度上限而跳機!

舉例, 通常螺旋式空壓機排氣溫度為環境溫度+攝氏15度C~17度C; 倘若未能適切通風, 當初始環境溫度攝氏30度C, 空壓機經過壓縮熱與冷卻過程排氣溫度以攝氏(30+15=45)度C排出, 與初始環境溫度攝氏30度C接觸後假設上升至攝氏32度C….然後排氣溫度會變成攝氏47度C….最後跳機.

吸入的大氣溫度上升過高, 會造成電氣箱電氣部品與其他橡膠止漏…等零件耗材壽命縮短; 且經常會產生非預期故障停擺的情況, 影響整個單位的作業生產力或停止作業…

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珍愛我們的故鄉(SDGs永續發展目標系列_八里)

體驗工業級空壓機難得的靜音

新藥實驗室或高科技品質設計測試中心往往座落於高科技廠辦或者是商辦大樓內, 密閉空調空間需要潔淨壓縮空氣品質之外, 低噪音是避免自家公司科學家與工程師受到影響而專注力分心, 也避免鄰居受不了噪音干擾申訴抗議!

另一方面, 許多實驗室或品質設計驗證測試中心需要長時間持續使用壓縮空氣, 因此面臨兩難情境 :

  1. 工業級可以滿足全天候或長時間負荷運轉, 但是噪音卻相當驚人; 即使是靜音型, 噪音也往往達到68分貝或甚至70分貝以上.
  2. 商用型少數品牌機型可以滿足運轉低噪音值50分貝以下, 但是卻無法滿足全天候或長時間負荷運轉.

同時滿足工業級與低噪音的GoUseAir長期租用服務方案

未來服務工業針對這樣的需求提供客戶 無油渦卷式空壓機系統 的解決方案; 有鑑於公司的政策是讓客戶安心輕鬆地使用好的產品與系統服務方案, 也同時提出符合SDGs永續發展目標趨勢的循環經濟產品服務化的GoUseAir長期租用服務方案!

體驗客戶現場實際運轉的噪音(五馬力與三馬力)

我們提供三個使用五馬力無油渦卷式空壓機在商辦大樓辦公室內實際使用運轉的影片給業界前輩體驗, 各位可以注意我們的影音幾乎是貼著空壓機錄影的…

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空壓機系統壓力低壓化節能策略_SDGs永續發展目標

空壓機的耗電量約佔有整個工廠的20~40%不等，因此空壓機的節能顯得更加重要。如何將該耗能量降低至最小化，並控制在需求內的最低限度，便是空壓機節能的重點。在節能方案中，降低空壓機的控制壓力（低壓化）則是一項非常有效的節能方法，目前也被眾多廠家採用。然而另一方面，由於採取了低壓化措施，反而導致工廠內部設備和機械產生局部壓力不足的現象，而必須對該局部供給最適增壓後的空氣。

對於輸出壓力降低所造成之效率提昇而言，以下表所示之理論上計算出之數據而言。在常見之 7.0kg/cm2G 輸出壓力下，降低輸出壓力至 6.0kg/cm2G，效率約可提昇7.6～9.1%，此一數據較經驗上每降低1.0kg/cm2之輸出壓力可提昇效率4～8%相當。 由此可知空氣壓縮機輸出壓力的降低的確有助於效率上的提昇與能源上的節約。

空壓機系統低壓化有何效果?

且讓我們先來瞭解一下經常在製程設備上用的氣動閥, 氣壓缸, 吹掃或者霧化…等, 低於 5.0 bar 以下的需求約略85%左右; 也就是說, 只有15%左右才會需要到6.0 bar以上的壓縮空氣壓力需求.

空壓機廠商在設計的時候是以能夠滿足最大多數的需求工況來考量, 因此市面上的空壓機最常見的都設計以7.0 bar為主; 也就是說, 我們如果有合宜的方案來降低系統壓力就能夠滿足85%的需求, 每降低系統壓力1.0 bar就能夠減少平均8%的電力消耗. 空壓機系統壓力降低時, 對於舒緩佔有壓縮空氣消耗25%的管路洩漏假性需求也有極大的助益! 就讓我們來看看目前一般的空壓機系統壓力設計 (下圖左), 通常為了少數較高壓力的需求而將系統壓力設定為7.0 bar.

空壓機系統低壓化之後會產生三種效果–

  1. 減少空壓機的耗電量 : 空壓機操作壓力越低, 耗功越低.
  2. 減少空氣消耗量 : 壓力降低之後, 排氣的速率與流量會降低, 可以有效減少空氣消耗量.
  3. 降低空壓機負載 : 由於空壓機的負載降低, 空壓機的損耗跟著也會降低, 對於零件耗材的使用壽命有延長的效果.

既有系統實施空壓機系統低壓化的跨越障礙

當想要實施空壓機系統低壓化的時候，有幾個重點必須加以考慮; 而這幾個重點也是規畫執行時必須跨越的障礙–

  1. 肯定低壓化帶來節能效果的同時，也產生因壓力不足而導致生產效率下降的現象。
  2. 因壓力不足機器設備無法正常運轉。
  3. 為彌補壓力不足而進行增壓，卻又擔心不當的增壓帶來更多的耗能。
  4. 壓力越低流速越快，因此乾燥機與過濾器的處理量必須變大 (選型需要放大)。

空壓機系統低壓化的解決方案有哪些?

從需求面反推, 我們可以嘗試將系統壓力向下調整 (也就是空壓機系統低壓化), 然後再局部需要較高壓力的地方使用增壓的裝置, 目前常見的有兩種方案可以作為工具, 其中以第一種是最常見的工具方案 :

  1. 增壓缸 : 這個是在許多工廠或應用場合最常見的方式, 其主要訴求是不需要耗電; 但是最大的兩個約點是耗氣以及噪音.
  2. 增壓機 : 此種方案是採用電動機驅動增壓機體, 類似雙段壓縮的設計, 將空壓機系統壓力吸入機體後, 將壓縮空氣壓力往上昇高; 最大的優點是不浪費消耗壓縮空氣以及噪音相對低, 缺點當然是需要有馬達帶動以及新機成本較高.

我們以較高需求壓力6.5 bar以及需求風量400L/min為例, 壓力從4.0 bar要提升到6.5 bar時, 增壓缸必須消耗浪費掉580L/min而增壓機則不會浪費消耗掉壓縮空氣.

我們來看看兩種方案實際消耗壓縮器元的比較影片.

另外, 我們再來比較兩種方案的噪音困擾大小.

在採取任何方案之前, 我們必須先提醒; 末端壓力不足也很有可能是系統壓降過大造成的, 因此必須也同步瞭解整個空壓機系統管線配置與壓降情形.

考慮採用無油式增壓機的時機

  1. 應對採取空壓機系統低壓化策略, 局部需要較高於系統壓力的製程採用局部增壓方式.
  2. 目前採用許多增壓過程需要浪費壓縮空氣的增壓缸時 (請參考下圖).

為了達成系統全面低壓化但是克服局部較高壓需求的工況，於是日本岩田空壓機開發了可以局部增壓而將能耗抑制到最小的 “ESTIBO 無油式增壓機”。無油式增壓機相關資料, 可以參考本網站 無油式增壓機 章節!

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看看我們在Youtube關於日本岩田無油式增壓機的演示!

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往復式空壓機理論與實際排氣量為何差異不小? 風量衰退為何最明顯?

往復式的發展超過兩百年以上，街道上腳踏車店輪胎用的打氣唧筒就是手動往復式空壓機的一種；但是各位產業先進如果仔細閱讀市面上相同馬力數hp的往復式空壓機型錄，就會發現風量有的標示 “活塞變位量 (理論風量)"，有的則標示 “實際風量"。但是實際風量又必須稍加留意，有的是標示達到操作壓力 4kg/cm2G (4 bar 或 0.4 MPa) 或 5kg/cm2G (5 bar 或 0.5 MPa)，有的則是標示 7kg/cm2G (7 bar 或 0.7 MPa) 或者 8 kg/cm2G (8 bar 或 0.8 MPa)。這是因為每一家的設計基礎不同所以會以當初設計操作壓力工況為基準來標稱，有的以活塞變位量 (理論風量) 來標稱則容易隱藏容積效率高低。

假設空壓機型式相同、馬力數hp一樣、操作壓力一樣、而也都採用實際風量；但是為何有的卻能夠高出其他空壓機風量不少? 基本上，工業級的空壓機缸徑較大且轉速較低，商用型空壓機為達到一定相當的風量則必須加快轉速 (壽命容易縮短)；又或者是同樣是工業級或商用型, 但是風量卻差不多時，則有極大可能是過載運轉犧牲馬達的穩定性或者使用較大馬力數的馬達卻標稱相同馬力數來增加轉速所致。

活塞變位量 (理論風量) 與 實際風量為何差異極大?

首先，讓我們來看看往復式空壓機的運轉作動原理 (請參考下圖)，往復式空壓機是利用馬達帶動往復式機體的曲軸皮帶輪，然後利用曲軸帶動連桿活塞組，與氣缸組形成氣密，讓容積空間縮小昇高壓力達到需要的壓縮空氣。

活塞變位量 (理論風量) 指 活塞上下作動時，活塞與氣缸壁以及活塞與氣缸蓋可以完全密合沒有間隙；在這樣的衝程下，計算出理想容積可以壓縮出來的壓縮空氣流量與操作壓力，推算吸入一大氣壓的風量所得。實際上，除了完全密封無間隙是無法達成的之外，馬達傳動效率損失、曲軸與連桿的傳動效率損失以及活塞與氣缸壁的干涉都是無法達成百分之百理論風量的原因，通常實際風量會因為容積間隙的因素，容積效率落在活塞變位量的50% (商用型往復式) 至 60% (工業型往復式) 之間。

商用型往復式空壓機為何衰退特別明顯?

工業型往復式空壓機未達到能夠每年啟動運轉超過2,000小時以上，各種機體加工部品必須精密加工, 降低活塞與氣缸組合的間隙公差，另外延長機體摩擦發熱係數，才能夠達到設計壽命；其機構的設計分為單段設計 (請參考下圖一) 以及高效率長壽命的雙段設計 (請參考下下圖，日本岩田往復式空壓機即是採用此種高於單段能效10%以上的設計)。

單段往復式空壓機機體機構
雙段往復式空壓機的機構

各位可以發現，工業級往復式的空壓機除了加工精度之外，各種零件部品的設計選擇都十分強壯堅固，例如下列左圖的工業級活塞連桿組與右圖的商用型活塞連桿組就可以看出其中差異。

商用型往復式空壓機的機體機構如下圖，因為設計基礎是年運轉500小時以內，所以其加工為節省成本係以鋁壓鑄成形以及快速以傳統銑床粗略加工；另外，機構也多以鋁壓鑄一體成型的連桿取代組合式強壯堅固型連桿組。這也是為何數位化時代，商用型無油往復式空壓機只能使用2～3年的原因！

所有空壓機的設計輸入都有應對的工況, 智能自動化數位化的時代已經來臨，實驗室與品質設計測試中心採用許多精密儀器與設備；支援數位化精密儀器設備的空壓機系統自然受到影響，傳統應對單一儀器設備的做法雖然單機價格預算較低，但是一台精密儀器一套空壓機的作法往往需要多套空壓機系統佔用空間與累積總預算驚人，更重要的是與工業級無油式空壓機總馬力數耗電比較起來經過分析一定會令人詫異!!

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