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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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…

體驗一

體驗二

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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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品質設計測試中心三次元量測儀採用的空壓機系統規劃

由於加工技術的日趨精密, 因此在生物醫學 (Biomedical) / 精密電子 (Electronics) / 航太科技 (Aero Technology) / 能源技術 (Energy & Power) / 精密加工 (Precision Process) …等行業都需要使用三次元量測儀器來設計以及量測擬產出的產品. 三次元量測功能的座標量測儀（Coordinate Measuring Machine, CMM）, 由於許多三次元量測儀器為了提升精準程度以;及加速量測的效率, 所以儀器設備內都會設計有空氣軸承 (Air Bearing; 請參考下圖) 與空氣軸承在三次元量測儀器的位置, 讓精度以及效率做更好的提升.

多數的三次元量測儀結構都採用精密花崗石做為平台，較好的機台會使用00級以上的花崗石。三軸的結構多數會採用花崗石，部分機型則採用鋁合金或鑄鐵，而更高階的機種會使用碳纖、陶瓷或其它複合材質。常見的外型結構為龍門式(或稱移動橋架式)，其他較常見的有單邊架橋式(或稱L橋架式)、雙邊架橋式、懸臂式等。精密花崗岩燕尾台導軌帶有獨特的 單孔槽預載空氣軸承，可在高速下進行精確的運動控制。

三次元量測儀區分為滾珠線性滑軌及氣浮滑軌兩種，滾珠線性滑軌之干涉與變形較大，較少使用於大型的機台；主流則為氣浮滑軌，原理式壓縮空氣在空氣軸承 (Air Bearing)和軌道間形成幾微米 ( um ) 低摩擦阻力的空氣層，亦即空氣軸承浮在軌道上，可輕易移動。

空氣軸承必須承載壓縮空氣, 而由於其精密度以及搭配的三次元量測儀器軌道間有壓縮空氣作為空氣層; 可以想見壓縮空氣品質必須維持一定的品質以上. 我們的經驗是符合ISO8573-1 Class 2.7.2. (含) 以上最好達到Class 2.5.2.則可以確保空氣軸承與軌道的精密程度不受影響以及不至於發生油垢或生鏽影響作動. 三次元量測儀器的壓縮空氣需求規格如下 :

  1. 無油無水 (氣), 且空壓機系統出口或者設備入口前安裝0.01um的精密過濾器.
  2. 操作壓力確保在5 kg/cm2G (含) 以上; 也就是說無油式空壓機選擇時, 選擇7~8 kg/cm2G較為合適.
  3. 實際風量需求依據機型不同, 約略在100~200L/min左右 (以岩田無油渦卷式空壓機來選型則為2馬力的SLP15EF機型~3馬力的SLP22EF機型).

三次元量測儀器在工廠或研發公司的品質設計測試中心以及實驗室有許多的應用, 包括 :

  1. 生物醫學 (Biomedical) : 人工關節, 義肢…
  2. 電子科技 (Electronics) : 電子儀器外觀設計與量測…
  3. 航太工業 (AeroSpace) : 發動機引擎葉輪, 擴散器…
  4. 能源動力 (Energy & Power) : 發電透平機的相關零件,
  5. 其他

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日系空壓機的節能設計理念_以岩田渦卷式與神鋼螺旋式無油空壓機為例

30馬力 (含) 以下無油式空壓機主要是以渦卷式/往復式空壓機為主, 而30~500馬力空壓機則主要是以螺旋式空壓機為主; 有油式空壓機也是類似. 而這個馬力數範圍內的有油式空壓機採用這些類型的數量則佔約整體有油式空壓機的90%以上, 無油式空壓機在數量上則至少也佔75%以上.

資料來源 : 工研院

從上圖我們可以看到工研院的研究指出, 18kW (25hp) 以渦卷式能效最佳, 而55kW (75hp) 至370kW (500hp) 則以螺旋式為較佳選擇; 我們從實務經驗也發現是這樣沒有錯. 主要原因是螺旋式機體的空氣壓力昇壓是依靠機殼與公母兩對轉子的嚙合, 讓容積從吸入口到排氣緣口越來越小所致; 這中間會有公母轉子間的間隙回漏以及機殼個別與公的轉子/母的轉子間的間隙回漏技術克服問題, 機殼與公母轉子越小, 受限於加工精密技術, 相對間隙會越大, 因此小功率的螺旋式空壓機能源效率會大大降低.

日系空壓機品牌因為專注成為全球領導品牌

日系空壓機品牌的戰略主要多是採用專注聚焦於特定領域爭取成為第一的模式; 例如 :

  1. 岩田無油渦卷式空壓機 : 世界最早開發上市, 銷售量與銷售額世界第一.
  2. 北越工業移動式空壓機 : Airman品牌為移動式空壓機世界第一, 全球市佔率超過60%.
  3. 神鋼螺旋式空壓機 : 世界最盛使用壽命的螺旋式空壓機, 乾式無油雙螺旋式空壓機亞洲第一品牌, 全球前三大品牌.
  4. 三國高壓往復式壓縮機 : 鋼鐵與石化行業高壓空壓機暨高壓氣體壓縮機世界前三大品牌.
  5. Mycom冷凍式冷媒壓縮機 : 世界船用冷凍冷媒壓縮機第一品牌.

….

或許與生產各式各樣空壓機品牌的總體營收比較起來不是世界最大, 但是為何日系空壓機品牌能夠締造許多領域的世界第一? 我們深入才發現, 因為專注在特定種類與特定領域的日系空壓機品牌, 因為十分了解客戶的需求以及能夠有更多的時間與資源投入更深化的技術開發, 所以能夠成為世界第一或者是特定領域的領導品牌.

我們嘗試用世界使用台數佔有率最高的功率範圍無油式空壓機 : 日本岩田無油渦卷式空壓機以及日本神鋼乾式無油螺旋式空壓機 來做說明, 闡述為何日系空壓機品牌在特定機型種類能夠成為高可靠度以及節能設計的空壓機.

日系空壓機可靠度與節能設計

空壓機的製造廠商區分成幾個層次, 不同層次的製造商技術能力截然不同, 因此決定能否在業界居於領導地位 :

  1. 組裝工廠 : 採購各種零件部品, 例如 : 採購空壓機機體, 馬達, 變頻器, 熱交換器, 過濾器, 鈑金, 管線…; 然後依據機體馬達協力廠商或者熱交換器廠商的建議匹配後, 組裝起來後販售. (多數中國與印度品牌)
  2. 西工加工組裝工廠 : 工廠有能力進行西工類 (油氣桶, 隔音罩以及鋼板類) 加工; 採購空壓機體與其餘零件部品由外部採購, 再組裝成為整機. (台灣與中國部份品牌)
  3. 設計加工組裝廠 : 具備機體自主加工能力 (例如 : 透過轉子研磨機廠商的指導可以採購其設備加工轉子與機殼) 但是不具備機體完全自主設計能力. (國產與中國部份品牌)
  4. 自主技術工廠 : 基礎材料研究與開發能力 (請參考下圖日本岩田無油渦卷式空壓機高分子密合材料), 機體自主設計開發能力, 精密加工工藝技術以及高度自動化組裝工廠. (多數世界級日系空壓機廠商與少數歐美領導品牌具備此等級)

基礎材料研究開發

岩田無油渦卷式機體密封芯條與機殼金屬材料

渦卷式機體動渦卷與定渦卷齧合精度控制在與頭髮粗細相當的間隙, 因此渦盤的金屬材料必須耐受乾式壓縮的高溫不變形; 動渦盤與定渦盤盤面的磨合仰賴密封芯條, 密封芯條的材質與設計為維持持續節能不回漏, 特殊專利設計與專利材料可以在磨合損耗的間隙透過自動伸展膨脹維持在最佳間隙. 同樣地, 即使是岩田無油往復式空壓機的活塞也是研究開發類似技術, 讓高分子密合材料製作的樹脂活塞能夠自動舒展來彌補活塞環與氣缸壁磨耗的間隙, 並設計雙段壓縮的設計讓能效大大提昇 (請參考下圖).

神鋼乾式螺旋式機體轉子與專利塗層

使用專利塗層與特殊鋼材質取代常見較不耐高溫與水氣的塗層與碳鋼, 並將塗層的厚度控制在50條以內, 比一般的100~130條精密; 運轉過程中, 專利塗層與特殊鋼結合不容易受到壓縮過程產生的高溫與水氣影響而剝落 (參考下列右圖), 與一般設計剝落產生的間隙不僅讓效率衰減超過15%以上, 更容易造成轉子鏽蝕損壞. 這就是為什麼日本神鋼乾式無油雙螺旋式空壓機的機體第一段壽命可以超過9年, 第二段機體壽命可以超過6年 (以年運轉8,000小時為基準) 的原因.

極簡整機設計降低各種損失

岩田無油渦卷式空壓機整機系統

神鋼乾式無油螺旋式空壓機整機設計

空氣管路與彎頭設計採用預鑄精密表面粗度與最小壓損的角度設計, 並且讓管徑以及長度壓損最小化設計; 減少不必要的長度與彎頭也自然提昇整機效率.

協同或自主設計不耗電部品能效降低耗電部品功率

以自主開發高效熱交換器與風扇扇葉以減少風扇功率

不耗電零件部品的設計優化以及高效率畫開發設計, 讓搭配的耗電零件部品採用相對可以達到一定水準功能的系統的功率降低, 達到持續節能的目標; 同樣地, 日本岩田無油渦卷式也是採用相同的技術, 讓節能極緻化 (請參考岩田無油渦卷式空壓機整機系統圖的設計) !

選用低損耗的零件部品並採用高效基準的匹配技術

日本岩田無油渦卷式空壓機採用三菱電器部品以及東芝高效能電機, 並且與廠商偕同開發各式過濾器與熱交換器尋求單一部品的高效化, 並且尋求機體與電機以及控制系統的優化!

日本神鋼採用安川電機與變頻器, 長期合作尋求與機體啟動, 運轉以及廷機過程的最佳可靠/節能曲線, 各種自主設計的控制邏輯以及低損耗部品, 用最穩定可靠以及最節能的單一部品, 加上匹配技術讓節能成為基因!

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高壓氧治療與百分之百無油壓縮空氣

人類或者寵物採用的高壓氧艙(Hyperbaric oxygen chamber) 設備需要100%無油的潔淨壓縮空氣供應，配合艙體容積的大小搭配合適的儲氣桶容量設計為中風、顏面神經失調、組織損傷、醫美或高壓氧植牙、甚至如同我們家人一般的寵物毛小孩或農場動物進行Hyperbaric Oxygen Theraphy治療。

高壓氧氣治療是將病患或者寵物置於高壓艙內，讓他們或它們以一般自然呼吸的方式呼吸1.2 到 2.5 或 3.0 個大氣壓 (ATA) 純氧氣的一種治療方式。

病患或寵物在高壓艙內的呼吸量是平常空氣中氧氣的8至15倍，吸入病患或寵物的純氧溶解於血漿中提昇了組織內的氧氣含量，相當於1/3紅血球攜帶氧氣的功能。

採用工業等級的無油渦卷式空壓機對應單人高壓氧艙、多人高壓氧艙以及寵物高壓氧艙的治療應用可以滿足中小型高壓氧艙的穩定操作; 因為高壓氧艙的治療過程無法容許有油污讓人體或寵物吸入、也不容許空壓機失誤停機或供氣不穩定造成治療過程不順暢。瞭解更多無油渦卷式空壓機系統在高壓氧艙應用，以及設計規劃高壓氧艙空壓機系統，歡迎聯繫咨商交流。

無油渦卷式空壓機就是岩田,可靠！

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為何食品飲料廠採用的有油式空壓機系統應與研發實驗室用氣獨立分開?

今日有機會參與食品飲料行業TQF的年會, 期間與許多業界先進交流切磋; 不少業界先進提到他們採用有油式空壓機系統而且使用食品級潤滑油. 他們家的研發實驗室精密科學儀器是從工廠的空壓機系統管路分接出來提供使用, 並且在空壓機房源頭就已經有使用過濾器與活性碳來做過濾.

與許多先進相互討論交流的過程, 我們感到很開心的是大多數食品飲料工廠即使沒有採用無油式空壓機系統, 也都能夠採用較高成本的食品級潤滑油盡量確保工廠生產的食品安全; 上面的交流中, 我們也嘗試提出一些可以再深入探討的議題 :

  1. 按FDA的規範, 食品飲料工廠採用食品級潤滑油在食品安全部分是可以被接受的, 但是仍舊必須滿足每m3含量不得高於10ppm的規範.
  2. 按照國際食品飲料行業英國BCAS或德國VDMA甚至美國FDA/USDA的壓縮空氣指南規範; 壓縮空氣品質直接接觸或間接接觸應符合ISO8573-1 Class 1.2.1 或 2.2.1; 而間接接觸低風險製程則應符合Class. 2.4.2.的壓縮空氣品質等級. 這樣的壓縮空氣品質等級指的是末端製程現場, 所以空壓機房系統出口的壓縮空氣品質符合不代表末端製程的壓縮空氣品質符合.
  3. 食品飲料工廠採用有油式空壓機系統以及食品級潤滑油雖然可以符合ISO 22000以及HACCP22000的認證規範, 但是研發實驗室的問題不在於食安, 而是在於昂貴的精密科學儀器使用的壓縮空氣如果有油或有水, 油汙可能造成精密儀器堵塞, 水氣可能造成精密儀器生鏽或故障, 甚至兩者都有極高可能造成精密儀器的經度受到影響.

過濾器無法完全擄獲捕捉油霧與油氣

過濾器的濾材除了有真實的濾效需要確認的考量之外 (最好選用有國際認證的過濾器), 濾材始終會有飽和的時間點 (十分難掌握), 尤其在捕捉油霧與油氣部分, 許多國際國濾器大廠沒有人敢保證一定時間具有標稱的濾效. 因為濾材隨著時間會越來越接近飽和, 濾效會逐漸衰減; 而且過濾的過程環境與空壓機的油耗量是極大的變數, 十分難以掌控. 事實上, 幾乎不可能說沒有油氣經由管路跑到末端製程的! 下面照片是有油式空壓機系統與吳油是空壓機系統的管路內部油垢情況.

這些不論是一般工業用潤滑油或食品級潤滑油油氣在空壓管內的累積, 對於食品飲料工廠的末端製程, 並不影響食品安全規範的要求; 但是如果油氣積累在精密科學儀器的內部可能造成堵塞, 水氣則可能造成電磁閥短路故障以及部品生鏽, 並且讓精密科學儀器的測量精度與取得的數據產生不利影響!

日本食品飲料工廠將研發實驗室與工廠用氣分開

無油式空壓機的購置成本的確高於有油式空壓機, 有油式空壓機的成本費用發生主要在於後續的維修保養費用, 尤其是採用食品級潤滑油的成本高出一般工業潤滑油不少. 但是始終有超過60% (台灣則超過80%) 的食品飲料工廠採用有油式空壓機, 大部分則也採用食品級潤滑油!

但是再用氣量較少的研發實驗室, 考慮到避免昂貴的精密科學儀器受到油氣堵塞與影響實驗數據精度, 大多數會與工廠用氣分開, 採用無油式空壓機; 主要原因包括 :

  1. 保護精密科學儀器 : 避免損壞與影響數據精度.
  2. 保護科學家與研發工程師 (空氣品質) : 實驗室通常是密閉空調空間, 用氣過程釋放的壓縮空氣會產生揚程 (一般約30分鐘才會沉澱落地); 除了可能影響無塵室等級空氣品質規範, 更重要的是影響科學家與研發工程師們的身心健康!
  3. 保護科學家與研發工程師 (噪音值) : 寧靜的實驗室環境是必要的, 除了讓研究員能夠專注以及獲得寧靜的心情, 也可以避免鄰居的申訴與抗議!
  4. 工廠與實驗室使用的壓縮空氣品質等級不同 : 在有工廠的企業, 我們通常會將壓縮空氣區分為PA (Plant Air) 與 IA (Instrument Air); 兩者因為IA是提供給精密儀器使用的壓縮空氣, 所以其必須無油與無水, 固態顆粒也必須控制在可接受範圍的數量. 如果PA的用氣量大出不少 (例如: 食品飲料工廠產線), 則兩者區分單獨提供IA等級的壓縮空氣給研發實驗室可以有效地同時達成節省成本以及保護資產的目的!

保護公司最重要的資產 : 研發工程師與科學儀器

日本食品飲料行業會將工廠用氣與研發實驗室用氣獨立區分的主要原因是因為想要保護研發工程師與精密科學儀器, 在日本或歐美研發實驗室幾乎大多會採用無油式空壓機系統, 甚少採用多重過濾的方式來建置, 因為後續的維護成本與壓縮空氣品質的不確定性相對高出不少, 影響研發實驗室的精密科學儀器反而得不償失!

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日本研發實驗室第一品牌岩田無油渦卷式空壓機有哪些獨特價值?

研發實驗室的空間通常是獨立於工廠或者是位在工廠辦公大樓的精華地段, 而科學家, 研究員, 研發工程師, 研究助理通常是一群需要高度專注的族群; 長年為機構或企業未來五年到三十年的發展努力, 也因此經常以實驗室為家! 寧靜以及優質空氣品質的環境對於這群菁英身心健康與工作效率有著重要性影響!

未來服務工業引進日本研發實驗室空壓機第一品牌進入台灣, 因為其下列獨特的價值, 而深獲日本研發實驗室青睞與採用, 讓我們來看看岩田無油渦卷式空壓機有哪些獨特價值?

百分之百無油國際認證證書取得

新藥實驗室或者是高科技實驗室採用許多高精密儀器來進行各種實驗數據的測試與取得, 壓縮空氣中必須確保無油以免讓精密儀器由於油氣或油垢堵塞而失效或者失去應有的精度; 無水(氣), 無粉塵顆粒乃至於無微生物在在都是為了確保實驗結果變數的控制. 如何確認空壓機是無油的, 通常可以在空壓機系統建置完成的時候委託第三方進行系統確認無油, 而空壓機如果已經由第三方國際認證, 提出認證證書那也是一種可以被接受的方式; 岩田無油渦卷式空壓機獲得TUV第三方國際百分之百無油的認證證書取得, 讓第三方幫我們驗證無油!

世界最低噪音的工業級無油式空壓機

寧靜的低運轉噪音是密閉空調空間的研發實驗室十分需要的條件, 我們在台元科技園區解決不少因為實驗式空壓機運轉噪音過高, 引起鄰居抗議申訴的案件; 當然, 既然連鄰居都受到影響, 自己的研發實驗室同仁更是不勝其擾! 被第一次的空壓機啟動聲音嚇到, 就會一直分心留意下一次空壓機啟動的聲音以避免再次被驚嚇到….

IC設計測試中心空壓機系統_隔音罩打開噪音仍舊十分低 (雙模組10馬力無油渦卷式空壓機)

直立式設計佔地空間小

實驗室通常有許多重要的精密科學儀器, 小小的研發實驗室空間需要有效的擺放進去各種儀器設備, 而且必須考慮後續可能還有其他研發專案的儀器空間; 岩田內建不銹鋼空氣桶以及可以選配露點攝氏5~15度C的乾燥機(器). 如果需要更低的壓力露點空氣品質, 我們也可以協助規劃設計低露點膜管式乾燥器或者是吸附式乾燥機來達成需求!

多模組設計節省電費與維護保養費用

需要多少風量就啟動多少模組, 不需要的時候停機最省電; 均等磨潤設計確保每個模組運轉時間差異小於一小時, 延長服務保養跨距, 大大節省服務保養費用!

世界壽命最長的渦卷式機體

日本岩田是世界第一台商轉的無油渦卷式空壓機, 上市至今已經超過30年, 累積超過60萬台, 每年銷售超過4萬台; 機體壽命至少30,000小時較市面上同業15,000~20,000小時高出50%至一倍的機體壽命. 更換機體之後, 整機仍舊可以繼續使用, 是研發實驗室職涯耐久可靠的高品質空壓機!

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光學防震桌用無油渦卷式空壓機系統：實驗室淨化與降噪完整方案

前言

本文探討精密實驗室中光學防震桌對壓縮空氣的關鍵要求。透過採用日本岩田無油渦卷式空壓機，能有效解決震動干擾、高分貝噪音及水分殘留導致的設備損壞，提供符合 ISO 等級的潔淨乾燥空氣 (CDA)。

實驗室特殊用途的光學防震桌通常使用在需要控制精準水平以及避免因為環境或使用所造成影響實驗室設備精度的風險；為了有效防止因為震動造成量測上的影響，防震桌桌面多採用提升表面強度高載重力吸震的蜂槽式結構其中氣浮式防震4組或6組設計有Damper阻尼的支撐架則採用氣體感應器 (或稱活塞式震動隔離器) 來平衡確保固有頻率在1.0~2.5Hz內以維持水平與消弭上下震動。

氣浮式光學防震桌的壓縮空氣需求

一般使用氣浮式光學防震桌需求規範如下：

需求項目光學防震桌標準規範推薦解決方案 (SLP系列)
操作壓力5.0 ~ 6.0 bar4.0 ~ 8.0 bar (可彈性調整)
風量需求34L/min ~ 170L/min1hp ~ 2hp 機型對應
噪音控制需極靜音環境世界最低 41dB(A) ~ 49dB(A)
空氣品質需無水、無油、無塵內置乾燥機與多重過濾系統

日本岩田無油式空壓機適合光學防震桌的機型如下 (內置空氣桶與內置乾燥機) :

案例分析：管路冷凝水對精密儀器的潛在威脅

許多客戶會詢問為什麼不能用一般空壓機？因為一般空壓機的震動會干擾防震桌的固有頻率（1.0~2.5Hz），且含水空氣會造成電磁閥損壞。也經常會被問到日本岩田無油渦卷式的獨特性與優勢是什麼？我們通常會依據事實陳述渦卷的壓縮行程平穩，無活塞撞擊聲，且 100% 無油設計可確保精密光學元件不被油霧污染。

我們想要不厭其煩的交流, 我們仍舊發現有許多客戶的空壓機系統並沒有過濾器與乾燥機, 筆者到不少客戶的高科技廠房或實驗室執行汰舊換新空壓機系統，許多客戶的協力廠商或許是沒有提案 (因為沒有考慮到客戶的製程設備會受到影響，而這些科學儀器或設備單價遠遠比空壓機系統還要高出不少)，也或許是客戶提出的需求沒有這些潔淨乾燥裝置，當我們將設備的公快插頭取下時，管路回流的冷凝水立即噴了出來：可以想見客戶的設備電磁閥與有精度的部品應該受到相當程度的損傷….我們可以從光學防針桌的安裝手冊看出設備是有控制氣源的電磁閥與吸震的部品，這些也是我們需要加以留意壓縮空氣品質，確保設備儀器的壽命與功能可以持續確效！

集中供氣 vs 分散供氣的策略分析

集中中央供氣模式是指研發實驗室依據各種區域設備的耗氣需求進行調查與分析之後，選定一個位置放置所有設備需求的空壓機系統 (空壓機+儲氣桶+乾燥過濾排水裝置)，並且透過空氣管路的設計提供給所有實驗室科學儀器或功能使用。我們經常看到坊間的空壓機是針對精密儀器一對一配套提供，這樣的方式有一個優點就是可以隨著科學儀器一起搬移，但是缺點就是需要更多的空間與水電配置來搭配。中央供氣的集中式設計，能夠依據實驗室各種科學儀器由中央機房提供最常使用的壓縮空氣品質，而在末端依據各種科學儀器的空氣品質需求彈性搭配小型乾燥過濾裝置，達到節約與省電的目的。由於實驗室通常空間規模較小而且寸土寸金，因此我們通常也考慮到寧靜環境的要求，會建議採用中央集中供氣模式，配置模式通常如下 :

解決方案：日本岩田 SLP系列的優勢

日本岩田除了耐久可靠之外，寧靜低噪音也是重點，SLP-Prime系列無油渦卷式空壓機2馬力與3馬力的噪音值世界最低達到41dB(A)與44dB(A)的境界 (SLP系列運轉噪音則落在45dB~49dB；更重要的是標配內置空氣桶也可以選配內置乾燥機，大大節省空間。

最後，我們想要與科研實驗室的前輩們交流下列問題：

Q1：光學防震桌一定要用無油空壓機嗎？

Q2：實驗室應選擇中央供氣還是分散供氣？

Q3：如何避免壓縮空氣產生冷凝水噴出的問題？

歡迎與我們的專人聯繫，共同交流研討，為實驗室找出更適合自己實驗室的無油渦卷式空壓機CDA系統。

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