GoUseAir Service：岩田實驗室空壓站套裝服務方案

一般標準型式的空壓機系統是由 ｢空壓機 + 空氣桶 + 乾燥機 + 過濾器…等組合｣ 所構成 (請參考下面示意圖) 。

考量空壓機系統若採用分散式供氣系統 ( 關於 中央集中式供氣系統 與 分散式供氣系統 的優缺點與考量重點可以參考本網站早期文獻 ) 或者是空間極為有限的情境，日本岩田無油渦卷式空壓機與靜音型往復式空壓機則推出 ｢ 無油式空壓站 Air Hub ｣ 系列產品：空壓機內置乾燥機、內置空氣桶以及過濾排水裝置，大大節省佔地空間；五馬力 (含) 以下並可選配安裝腳輪，方便彈性移動使用。

一馬力內置乾燥機與內置空氣桶無油渦卷式空壓機 (噪音值45dB(A))

三馬力與五馬力機型運轉噪音最低41 dB(A)

五馬力內置乾燥機與內置空氣桶無油渦卷式空壓機

工業級無油式 “實驗室空壓站" 租用套裝服務

科研實驗室採用的高精密儀器設備越來越普遍，對於潔淨乾燥壓縮空氣的需求負荷越來越重。關鍵的四項選擇重點在於「空間節省」、「潔淨乾燥」、「工業級耐久運轉供氣」以及「靜音運轉」。未來服務工業 GoUseAir Service 長期租用服務新增內置乾燥機機型。

一馬力內置乾燥機套裝組合（單相110V)
SLP07EED + 50L不鏽鋼工檢桶 + 精密過濾器。

三馬力內置乾燥機套裝組合（三相220V)
SLP22EFD + 88L不鏽鋼工檢桶 + 精密過濾器。

五馬力內置乾燥機套裝組合（三相220V)
SLP37EFD + 155L不鏽鋼工檢桶 + 精密過濾器。

生醫製藥實驗室 GoUseAir Service 服務套裝組合為滿足符合「無菌壓縮空氣」的規範要求，未來服務工業則會增加提供一組全球業界第一家上市推出的「日本福原Fukuhara除菌過濾器」（除菌效果日本政府驗證LRV>8；除菌活性2.1～5.2）。

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安心 = 穩定耐久產品載具 + 專業技術快優服務

GoUseAir Service, 鬆綁預算對使用優質無油式空壓機系統的限制

日本岩田無油式空壓機 (特別是無油渦卷式空壓機與靜音型無油往復式空壓機) 廣受日本科研實驗室客戶信賴採用，尤其是內置冷凍式乾燥機的無油渦卷式空壓站更是最暢銷機種，在台灣也有越來越多的實驗室客戶因為其他工業行業客戶的引薦而逐漸採用；能夠如此受到青睞擔綱單機獨立供氣系統或中央供氣系統的主要原因包括：

  1. 多數實驗室採用1~5馬力機型，日本岩田無油渦卷式空壓機運轉噪音範圍為 41~49 分貝 (實驗室空壓機運轉噪音要求規範建議應該小於 55dB(A) )。
  2. 如果客戶採用1~5馬力內置乾燥機機種，則再搭配30~155L不銹鋼空氣桶，占地面積 則約0.5M2~0.6M2。
  3. 日本岩田無油渦卷式空壓機上市超過35年，是全球第一家商轉上市的品牌，也是全球銷售量第一名的品牌。

許多客戶是｢傾向使用品質較好的產品甚於較便宜的產品 ｣的，只是往往受限於機構或公司資源有限以及年度編列的預算限制，最後不得已採用自己也認為不是優質但是價格便宜的科研實驗室空壓機產品。有些甚至僅運轉使用一年多就悄然離世的空壓機，或者使用年份不超過2年就經常發生故障且維修的費用動輒是一整台空壓機新機的三成或四成的費用，但是由於受限於預算仍舊得修理繼續忍受。

最令在科研實驗室內執行任務的教授、科學家與研發工程師們詬病的是｢運轉噪音 ｣，不僅影響到進行科學研究成員的專注力，甚至造成同樓層或上下樓層鄰居機構的申訴抗議，不得已只能用紙箱或者請人製作木相關在裡面 (因為會造成散熱不良更加深影響空壓機穩定性與可靠度)。

何必煩惱與科學實驗低度相關但卻又重要的事情?

科研實驗室的科學家與研發工程師們通常有行政幕僚協助處理與科學研究較不相干的日常事務，但是通常也會需要協同處理儀器設備相關的事情，而空壓機系統與氣體產生氣系統就屬於與科研實驗室執行任務內容不像科學儀器如此直接，而且是成員們非專業項目，有問題總是很困擾，尤其是處理設備採購與機器維修保養的事務。

空壓機系統使用者實際上很難認知到他們需要的是｢符合實驗室需要的壓縮空氣產生的效用 ｣，而不是｢空壓機設備或乾燥過濾設備裝置 ｣；機器設備運轉就會產生磨耗，就需要維護保養更換耗材，隨著機器設備使用年份會越來越需要投入維修保養精神與經費，更需要承擔非預期故障的風險或情境。

科研實驗室要的是能夠發揮實驗過程效用所需要符合品質要求的壓縮空氣，絕對不是空壓機本身；任何無法發揮效果的投入絕對都是高成本；浪費高端人才處理實驗室本身科學研究非專業且非核心的事務更是無限浪費。

科研實驗室可以考慮鬆綁上述困擾或挑戰的方案，未來服務工業 GoUseAir Service 提供科研實驗室無憂無慮無負擔的 Clean Dry Air & Gas 系統 (CDA&G) 服務方案；相對應的同時，未來服務工業 GoOneAir Solution 完整解決方案，我們想要讓科研實驗室的各位 ｢安心輕鬆地使用好的產品與系統服務 ｣。

科研實驗室GoOneAir Solution解決方案

科研實驗室GoUseAir Service服務方案

EasyRentAir Program (ERA) : 應對短期專案用氣需求

易租服務方案是提供科研實驗室的非經常性科學研究項目所提出的服務，許多時候實驗室並不需要一直使用Clean Dry Air，這樣的研究專案可能由數週至數個月不等，但是往往使用不會超過一年，珍惜得之不易的研究資源與資金，我們提供EasyRentAir Program讓實驗室客戶最低實驗干擾的高品質壓縮空氣!

需要的時候由我們的專業技術業務人員了解需求狀況，並由技術服務工程師去勘查現場確保水氣電、空間與通風需求的介面並需求的備料，使用期間定期前往巡迴檢查服務；專案使用完畢則快速拆除復原場所。

GoUseAir Service : 滿足不想持有與管理設備的用氣需求

科研實驗室取得資金來之不易，因此資金應用方面會依據優先順序排序，甚至即使有較充沛的資金仍舊考量未來發展而聘用核心專業人員，更希望將非核心科學儀器或設備項目類似委外管理或者是類似物業管理模式。

未來服務工業 GoUseAir Service 服務方案係針對科研實驗室仍舊需要長期使用Clean Dry Air 或 Gas，但是不想一次做資本支出持有支援性Utility設備讓現金流量更好，甚至不想管理與維護保養機器設備而採用類似委外管理的模式，只想使用壓縮空氣或壓縮氣體。

採用 未來服務工業 GoUseAir Service 定期由我們專業的服務工程師執行免費巡迴檢查服務，並且可以採用支付固定租金而不額外支付維修保養費用的使用模式，或者是採取支付年度維護保養耗材的使用模式，並不持有機器設備而於需要的時候要求更換更新型的機器設備。

未來服務工業 遵循 循環台灣經濟 的產品服務化模式，提供客戶使用權取代所有權且提供彈性換機模式…等服務方案，提高科研實驗室營運彈性 (請參考下圖左頁)。

UtilityBuyOut Program : 鬆綁預算限制持有系統設備

科研實驗室或許沒有預算限制問題，只是不想冒風險而採用租購的模式，租購合約裡可以載明如果發生一些機器設備不穩定或者是故障問題，當約定解約條件成熟時可以要求退回機器設備。

而大多數情況是科研實驗室成員想要使用好的產品系統，但是機構或公司有每年的預算限制，這些年度預算可能可以買到一些種類的空壓機系統設備，但是成員卻不想後面需要處理品質問題或故障毛病問題，如此就可以採用 UtilityBuyOut Program (請參考上圖右頁) 來鬆綁年度預算帶來的限制問題，而不需要屈就於不符合自己較佳選擇的產品系統。

進一步瞭解未來服務工業 GoUse Air Service 與 GoOneAir Solution 的細節? 歡迎到我們的科研實驗室空壓機系統專業網站 http://www.oilfree-compressor.com.tw 逛逛! 或者聯繫我們科研實驗室的專人 黃先生 0937-847981 / simon.huang@nextut-service.com.tw / Line ID : nexen.machinery 諮詢!

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生醫製藥廠與新藥研發實驗室壓縮空氣品質的無菌策略

在製藥生產體系中，壓縮空氣作為關鍵Utility Engineering Media，其品質標準直接關聯藥品安全性和製程合規性，當然下列的空壓機系統無菌策略同樣適用於半導體實驗室或光電研發實驗室。經系統評估，現就相關技術要求說明如下。

壓縮空氣品質要求

根據生醫製藥行業通用規範，直接接觸藥品的生產環節（如：配液、分裝、灌封等）所需壓縮空氣須滿足：

  • 固態顆粒 ≤ 0.1μm（ISO 8573-1 Class 1級 潔淨度）。
  • 壓力露點 P.D.P ≤ -40℃ (ISO 8573-1 Class 2級 或 1級 標準）。
  • 含油量 ≤ 0.01mg/m³（ISO 8573-1 Class 1級 標準）。
  • 微生物菌落數 < 5 cfu/m³。

有油空氣壓縮機因採用潤滑油進行機械部件潤滑，存在油分 (特別是油氣 ) 會被帶至管路與現場的風險，難以穩定達到上述潔淨度要求，原則上不適用於直接接觸藥品的生產場景。

上述提到直接接觸是依據BRC & BCAS : 2013 年提出的食品飲料等級壓縮空氣實務指南將壓縮空氣在使用的場合是否會直接接觸以及是否具有的風險高低區分為：

  1. 直接接觸（ISO 8573-1 Class 2.2.1. 級標準）。
  2. 間接接觸但是具有高風險汙染（ISO 8573-1 Class 2.2.1. 級標準）。
  3. 間接接觸但是風險程度低（ISO 8573-1 Class 2.4.2. 級標準）。

實務上，生醫製藥廠或新藥研發實驗室會依據生產或開發的環境製程、區域是否有獨立分開以及人員在各區域之間流動的頻率，會去制訂不同製程區域或作業區域採用不同等級的壓縮空氣品質。例如：健康食品生產廠區或研發實驗室可能會依據 Class 2.4.2. 甚至採用有油式空壓機系統再加裝過濾裝置；而藥品工廠又區分為外用藥膏、食用膠能/藥錠或侵入注射的針劑/疫苗依據藥典或行業規範或技術經驗設定不同等級的壓縮空氣品質規範。

因此，有些像針劑或疫苗工廠或新藥實驗室就會直接在空壓機系統機房全機構採用最高等級要求的壓縮空氣品質，並且在需要更嚴謹的作業區域末端進入區域前安裝確保乾燥的小型低露點吸附式乾燥機或者安裝除菌過濾器。

而空壓機系統機房驗收時會以空壓機系統出口的取樣口為基準點，由第三方公正檢驗機構進行現場檢測，並取樣回其實驗室培養微生物確定動態取樣微生物含量的報告。

生醫製藥廠與研發實驗室除菌系統化

許多公司工廠或實驗室認為只要在空壓機系統機房出口安裝除菌過濾器或作業區域末端就可以確保無菌而避免生產過程或研發過程被汙染，而疏忽了其他環節；實際上，除菌是有系統化策略的，做好這幾個層次的除菌環節，也能夠更確保最終得到無菌的成果 ( 請參考下圖空壓機系統除菌策略 )。

1. 機房環境、環境溫度與通風

｢FAT TOM 胖湯姆原理｣指的是在下列這六種條件俱足的環境下，細菌與病毒會快速貲生，尤其是環境溫度、濕度與通風是否良好，在空壓機系統機房尤其重要，這六個條件是指 F ( Food )：有油式空壓機的潤滑油可以適切地提供細菌與病毒需要的能量、A (Acid)：環境或細菌病毒所處物質PH值、T (Time) 經過的時間長短、T (Temperature)：環境溫度介於5℃ ~ 60℃是細菌與病毒最容易孳生的溫度、O (Oxygen)：含氧量高低、M (Moisture)：活水性或稱相對濕度在85%~100%是細菌與病毒最容易孳生的。我們針對避免受FAT TOM原理中要素影響空壓機系統吸入空氣中含菌量的措施簡要說明：

  1. 環境通風：環境溫度越高則空氣中的相對濕度越高，通常我們會依據空壓機與發熱設備的發熱量焦耳多寡，設計新鮮空氣入口與熱空氣排出，可以適切地降低環境相對濕度與空壓機排放的熱氣提高機房環境溫度。須留意一個迷思：就算讓空壓機吹空調但是沒有通風，空壓機系統設備使用壽命與穩定性仍舊會受到不利影響。
  2. 環境溫度：環境溫度最好控制在35℃以下，環境溫度越高則空氣中的相對濕度越高，除了影響機器使用壽命與耗材壽命，更重要的是會影響環境相對濕度。
  3. 環境濕度：這項是細菌與病毒滋生最重要的影響因素，應盡量將空壓機系統設備放置在相對乾燥且通風的環境。

環境中大氣的細菌或病毒含量經過空壓機壓縮之後，單位壓縮空氣中細菌與病毒的含量會因為操作壓力被壓縮升壓程度上升6~8倍數量，也是一項需要特別留意的現象。

乾式壓縮或水潤滑壓縮空壓機?

由於有油式空壓機不論是往復式、渦卷式或螺旋式空壓機都不是我們認為適合應用在生醫製藥廠或新藥研發實驗室的方案，因此我們僅針對無油式空壓機來探討。

乾式壓縮機區分為往復式、渦卷式以及螺旋式空壓機，壓縮過程壓縮熱會高達150℃ ~ 250℃，其中無油渦卷式空壓機壓縮腔溫度約220℃~250℃ (請參考下列無油渦卷式使用手冊)，基本上是空壓機系統中的第一次最有效的高溫殺菌歷程。

水潤滑螺旋式空壓機十分強調等溫壓縮，大氣在機體腔體內被壓縮過程的溫度約攝氏45℃，整個過程正式處在FAT TOM原理中適合細菌滋生的溫度5℃ ~ 60℃中最容易滋生細菌病毒的中間帶溫度。

表面越光滑的空氣桶與管路越好

空氣桶與管路材質通常會採用不銹鋼材質，不銹鋼空氣桶內部也會進行需要的內拋光規格 (有些會要求內拋光) ，主要原因是表面越光滑越能避免細菌或病毒附著或產生生物膜，因此有些疫苗廠也會要求針對管路銲接的工法與銲接部位內視鏡檢查銲道，當然不銹鋼管進行禁油處理也是常見的規範要求。另外，如前面FAT TOM原理提到的相對濕度與水氣達到一定程度會產生讓微生物容易滋生的環境，因此空壓機、空氣桶、乾燥機與管路的冷凝水排放設計也十分重要!

攔阻固態顆粒與油份的過濾系統潔淨處理

環境中的除了相對濕度所隱含的水氣，因為工廠或汽機車排放的各種物質的粉塵顆粒與油氣都會存在空壓機吸入的大氣中，即使是無油式空壓機沒有潤滑油 (氣) 份，還是需要攔阻大氣中的粉塵顆粒與油份。

因此有必要依據生醫製藥廠製程或新藥研發實驗室需求，設計需要的管路過濾器、精密過濾器或活性碳過濾器，當然有必要時末端也會依據認證或者是實際需要安裝末端過濾器。

過濾器的品牌與種類相當多，我們會考慮的是處理效率能力、壓力損失、耐久程度以及是否具有國際確效認證；如果沒有國際確效認證則會依據工廠或實驗室品質需要一定期間進行確效檢測。

壓縮空氣除水分乾燥潔淨處理

一般針對壓縮空氣乾燥除水處裡會採用四類裝置與機器：

  1. 氣水分離器 (或稱 水滴過濾器)：通常安裝在空壓機出口或者進入乾燥機之前，主要是透過旋風分離的方式怯除顯形的冷凝水，多數宣稱的除水效率99% (CKD或SMC宣稱)，部分會宣稱99.999% 甚至說可以替代冷凍式乾燥機而號稱是不耗電乾燥機 (這種說法是很有問題的)。
  2. 冷凍式乾燥機：這是利用空調冷媒壓縮機系統的壓縮、冷凝、膨脹以及蒸發過程進行熱交換循環讓壓縮空氣中的水 (氣) 份因為溫度下降被凝結下來排出系統外部 (從自動排水器排出)；通常受環境溫度與入氣溫度影響效率，當然不同品牌的效率能力也有很大的差異 (部分中國或台灣品牌會偷多數客戶空壓機運轉負載多落在 50~75% 而以標稱的 80% 基礎設計乾燥機) 以及乾燥機選型影響出口壓縮空氣的壓力露點 (P.D.P)，正常而言P.D.P會落在 3℃ ~ 15℃之間。
  3. 膜管式乾燥器 (中空絲膜乾燥器) ：這是利用膜管分離不同分子的原理將水 (氣) 分子攔阻下來的方式 ，正常而言P.D.P會落在 5℃ ~ -20℃之間。曾經看過部分客戶利用膜管式乾燥器想要達到P.D.P. -40℃ (或者是大氣露點-65℃，雖然放大數倍處理量的規格或許可以達成，但是Purge掉的壓縮空氣極高甚至達到60~70%，並且造成露點與供氣流量壓力不穩定)。
  4. 吸附式乾燥機：此類乾燥機通常採用PSA技術，利用化學分子篩或氧化鋁… 材料等吸附水氣，透過再生程序將吸飽水氣的桶槽內化學分子篩或氧化鋁乾燥；有無熱式、外加熱式、熱回收式的機型，大型機型如果加裝露點節能對於降低不必要的再生吹洩風量節省有很大的效益，正常而言壓力露點P.D.P常見的落在 -25℃ ~ -70℃之間。

最後防線：除菌過濾器

除菌過濾器通常安裝位置會是在空壓機系統機房出口的位置，其後則會設計壓縮空氣動態取樣檢測口；而許多場域也會在進入要求嚴苛無菌壓縮空氣的製程機器設備或科學儀器前安裝末端除菌過濾器。

除菌過濾器除了耐受操作壓力與處理流量的規格外，最重要的參數式除菌能力，重要指標包括：

  1. LRV (Log Reduction Value)：也就是從一次側進入的微生物數量經過除菌過濾器處理攔阻之後有多少微生物會在二次側被偵測到；例如：開發出世界第一款除菌過濾器的福原 (FUKUHARA) 除菌過濾器 LRV ≧ 8 表示一次側有 108的微生物數量進入後只有1個或0個的微生物會被偵測到，除菌能力達99.999999%。
  2. 抗菌活性值：依據日本JIS標準抗菌活性值必須大於2.0，福原FUKUHARA除菌過濾器經取樣檢測抗菌活性值落在2.1~5.2之間。

未來服務工業GoOneAir Solution

未來服務工業(股)公司正式取得｢日本福原株式會社｣ 除菌過濾產品系列台灣代理權，Fukuhara是全球抗菌空氣過濾器是業界首款上市的產品，該公司於1986年推出了業界首款抗菌過濾器，未來服務工業因此完善了GoOneAir Solution的拼圖。

我們針對想要專注的目標行業應用，一直存在著｢ Oil Free, Germ Free, Trouble Free ｣ 這樣空壓機系統的深層概念；因為：

  1. Oil Free (無油)：系統少了潤滑油系統，可以減少機器與系統的複雜保養、影響機器考靠度以及油水排放的環保問題；所以 Oil Free 可以更接近 Trouble Free。
  2. Germ Free (無菌)：空壓機系統中的壓縮空氣作好各層次的無菌策略 (請參考下圖)，最重點是可以避免藥廠製程汙染或實驗室操作過程實驗數據扭曲，並且增強科學家與研發工程師的健康防護；所以 Germ Free 可以更接近 Trouble Free。
  3. Trouble Free (無困擾)：Oil Free 以及 Germ Free 無油無菌能夠減少昂貴精密診療儀器與裝置的故障維修費用、提高儀器設備裝置妥善率、並且避免因為可能的汙染影響品質；所以 Oil Free, Germ Free 以達成 Trouble Free。

獲取更多關於日本岩田無油式空壓機與日本福原除菌過濾器在生醫製藥實驗室空壓機系統各種應用? 歡迎至 總代理未來服務工業 科研實驗室空壓機系統專業網站 http://www.oilfree-compressor.com.tw 搜尋!

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空壓機系統冷凝水產生的原因有哪些?冷凝水排放措施有哪些?

大氣被吸入空壓機系統因為空氣被壓縮，但是水氣中的水分子無法被壓縮，因此在壓縮空氣在經過壓縮過程就會讓水氣過飽和由氣態變成液態變成顯形的冷凝水 (請參考下圖)。

空壓機系統管路中如果存在冷凝水可能會產生下列危害：

  1. 如果是再有油式空壓機系統中有冷凝水，可能會造成需要潤滑油的電磁閥、氣動閥、氣壓缸或者CNC主軸氣封產生劣質化的油乳化現象，造成機器設備故障(如上方油乳化的油水排放)。
  2. 空氣中含有水氣在一定溫度下則讓細菌病毒更容易孳生，造成食品或藥物汙染，藥錠部分水解崩塊…等製程品質或運輸保存品質的不利影響；甚或在醫療或手術過程中，增加病患感染的機率而產生不利風險。
  3. 許多國際化企業的產品行銷至全球各地，產品必須經過封裝過程，如果水氣過高則可能再一些地方造成產品瑕疵或嚴重品質問題；例如：半導體晶片造成短路、監控鏡頭產生水氣影響影像顯示、瓦斯表顯示數據產生水霧看不清楚…。
  4. 其他：影響實驗過程的結果、造成三維列印品質不良、或其他如影響儀錶控制精準度…。

空壓機系統冷凝水的產生原因

空壓機系統中的冷凝水主要來自於壓縮空氣中的水分凝結，其產生的主要原因包括：

  1. 空氣中的水蒸氣含量
    • 環境空氣中含有水蒸氣，當空氣被壓縮時，相對濕度上升，超過飽和點時，多餘的水蒸氣會凝結成液態水。
    • 濕度高的環境（如台灣夏季）會導致冷凝水產生量增加。
  2. 壓縮過程中的溫度變化
    • 空壓機壓縮空氣時會產生高溫，壓縮後的空氣冷卻時，水蒸氣因溫度下降而凝結成水。
  3. 冷卻系統的影響
    • 若使用**後冷卻器（Aftercooler）**降低空氣溫度，會促使更多水氣凝結成冷凝水。
  4. 儲氣桶的冷卻作用
    • 儲氣桶（儲氣罐）在壓縮空氣儲存時，因與環境溫差產生冷卻效應，也會使水氣凝結成液態水。

空壓機系統冷凝水排放措施

冷凝水若未有效排放，會影響空氣品質，造成管路腐蝕、設備損壞，因此需採取以下措施：

  1. 使用自動排水器（Auto Drain）
    • 浮球式自動排水器：利用浮球機制排出冷凝水，適合儲氣桶與過濾器使用。
    • 電子定時排水器：可設定定時開啟排放冷凝水，適合用於空壓機、儲氣桶、冷凍式乾燥機。
    • 無損失排水器（Zero Loss Drain）：偵測冷凝水水位並自動排放，避免壓縮空氣損失，適合高效率空壓系統。
  2. 設置冷凝水收集與分離裝置
    • 冷凝水分離器：透過旋風分離、過濾等方式去除冷凝水，防止水分進入空壓管路。
    • 油水分離器（Oil-Water Separator）：過濾冷凝水中的油污，確保排放達到環保標準。
  3. 使用乾燥機降低冷凝水產生量
    • 冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）：將壓縮空氣冷卻至 3°C～5°C，使水氣凝結成水滴排出。
    • 吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）：利用吸附劑（如活性氧化鋁或矽膠）吸收空氣中的水分，適合需要低露點（-40°C 以下）應用。
  4. 定期檢查與手動排水
    • 定期檢查儲氣桶、管路、過濾器、乾燥機等排水裝置，確保排水功能正常。
    • 若系統中未安裝自動排水器，需安排人員手動排水，避免水分積累。

電子式自動排水器實際照片範例

源頭減少冷凝水量的根本

減少空氣中水氣含量

空壓機吸入周邊環境的大氣，然後經過壓縮之後會產生冷凝水，因此如果能夠從環境著手則可以從源頭減少冷凝水量：

  1. 避免空壓機放置的位置在高度潮濕的環境中，例如：許多從事布料染整的工廠將空壓機房放置在布料進入然染料水槽附近，除了增加吸入大氣高潮濕水氣的空氣之外，也讓機器設備受到化學染劑腐蝕的不利情況。
  2. 規劃有利通風的新鮮空氣入口與熱空氣排放出口，必要時設計排風扇或導風罩，通風的環境能夠降低環境空氣中的水氣。
  3. 避免將空壓機系統設備放置在環境溫度高的地方，因為環境溫度越高則相對濕度越高，並且容易增加壓縮熱的產生造成溫度過高機器跳脫或壽命縮短。

選擇並善用高品質乾燥/除水裝置

選擇適當的空壓機與乾燥機設備

  • 使用冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）
    • 冷卻壓縮空氣至 3～5°C，使水氣凝結後排出，可有效降低管路內的冷凝水。
    • 推薦品牌：日本 ORION 冷凍式乾燥機，具備高效能除水能力、節能設計與靜音運行。
  • 使用吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）（適用於超低露點應用）
    • 若應用需要極低露點（如 -40°C 以下），可使用 吸附式乾燥機 吸收壓縮空氣中的水分，進一步減少冷凝水。

設置合適的冷凝水分離與排放裝置

  • 加裝高效水氣分離器
    • 在儲氣桶出口或主要管路安裝旋風分離器（Cyclone Separator），透過離心力去除水滴，減少水氣進入後端設備。
  • 使用高效自動排水器（Auto Drain）
    • 安裝 浮球式排水器、電子定時排水器或無損失排水器（Zero Loss Drain），確保冷凝水能及時排出，而不浪費壓縮空氣。
  • 定期檢查與維護排水裝置
    • 確保儲氣桶、管路低點及過濾器的排水閥保持通暢，防止冷凝水積聚。

優化儲氣桶與管路設計

  • 使用適當容量的儲氣桶（Air Receiver Tank）
    • 足夠大的儲氣桶能降低壓縮空氣溫度，使水氣更容易凝結排出，減少後端管路內的冷凝水。
    • 建議儲氣桶設有排水閥，並定期手動或自動排水。
  • 優化管路設計，避免冷凝水滯留
    • 避免長距離水平管路，因為水氣容易在管壁內部累積，造成水擊或管路腐蝕。
    • 管路應設置適當的坡度（約 1-2%），並在低點處安裝排水閥，以便冷凝水流向排水點。

維護與定期檢查

  • 定期檢查與清潔過濾器、冷卻器與排水系統
    • 確保空壓機進氣過濾器、冷卻器、乾燥機、排水閥等運行正常，避免冷凝水堆積導致設備損壞。
  • 監測壓縮空氣露點（Dew Point Monitoring）
    • 透過露點監測儀（Dew Point Sensor）監測空氣中的水氣含量，確保乾燥機與排水系統運行正常，及早發現異常。
    • 如果對於水氣要求雖然較高但式僅需要控制在500 ~ 5,000ppm以內或者說是10 ~ 80mg/m3，則可以選用簡易的水蒸氣檢知器 (歡迎洽詢 日本Fukuhara台灣代理 未來服務工業 02-29002797)。

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氮氣產生器與零空氣產生器在化工實驗室與化學實驗室的應用

化工與化學實驗室的哪些檢測與實驗會需要使用到氮氣產生器? 主要是哪些科學儀器會需要用到氮氣? 化工與化學實驗室的哪些檢測與實驗會需要使用到零空氣產生器? 主要是哪些科學儀器會需要用到零空氣?

氮氣產生器在化工/化學實驗室應用

氮氣產生器（Nitrogen Generator）在大專院校化學系的實驗室中，主要用於提供高純度氮氣作為載氣、保護氣或清洗氣，以支持多種分析儀器和實驗需求。以下是常見需要使用氮氣的實驗和相關科學儀器：

1. 需要使用氮氣產生器的實驗

  • 氣相層析法（Gas Chromatography, GC）實驗：
    • 氮氣常用作載氣，將樣品通過層析柱分離，特別是在成本敏感或氦氣供應有限的情況下。
    • 應用：有機化合物分析、農藥殘留檢測、環境樣品（如揮發性有機物 VOCs）分析。
  • 液相層析-質譜聯用（LC-MS）實驗：
    • 氮氣用於電噴霧離子化（ESI）或大氣壓化學電離（APCI）過程中，作為霧化氣或乾燥氣，幫助樣品離子化。
    • 應用：生物分子分析、藥物代謝研究、蛋白質鑑定。
  • 環境化學與大氣化學實驗：
    • 氮氣用作保護氣或稀釋氣，防止樣品氧化或用於校正儀器背景。
    • 應用：水質分析、大氣污染物檢測。
  • 材料科學與熱分析實驗：
    • 氮氣作為惰性氣體，用於提供非氧化環境，研究材料在高溫下的性質。
    • 應用：聚合物熱穩定性測試、奈米材料合成與表徵。
  • 樣品製備與儲存實驗：
    • 氮氣用於吹掃樣品，移除溶劑或防止氧化，特別是在有機合成或生物樣品處理中。
    • 應用：有機合成、生物化學實驗。

2. 主要需要氮氣的科學儀器

以下是化學研究實驗室中常見需要氮氣的儀器及其用途：

  1. 氣相層析儀（Gas Chromatography, GC）：
    • 用途：氮氣作為載氣，驅動樣品通過層析柱進行分離，特別適用於熱導檢測器（TCD）或火焰光度檢測器（FPD）。
    • 應用：有機化合物分離、環境樣品分析。
    • 原因：氮氣成本較氦氣低，且在某些分析中可提供足夠的性能。
  2. 液相層析-質譜聯用儀（LC-MS）：
    • 用途：氮氣作為霧化氣（Nebulizer Gas）或乾燥氣（Curtain Gas），用於電噴霧離子化或乾燥離子化後的樣品。
    • 應用：蛋白質分析、代謝物鑑定、藥物分析。
    • 原因：高純度氮氣確保離子化效率和質譜訊號穩定性。
  3. 總有機碳分析儀（Total Organic Carbon Analyzer, TOC）：
    • 用途：氮氣作為載氣，將樣品中的有機碳氧化後傳輸至檢測器。
    • 應用：水質分析、環境監測。
    • 原因：氮氣提供惰性環境，避免外界污染物干擾。
  4. 熱重分析儀（Thermogravimetric Analyzer, TGA）與差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimeter, DSC）：
    • 用途：氮氣作為載氣或保護氣，提供惰性環境，防止樣品在高溫下氧化。
    • 應用：材料熱穩定性測試、聚合物分解分析。
    • 原因：氮氣確保測量過程不受氧氣影響，保護樣品並提高數據準確性。
  5. 傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）：
    • 用途：氮氣用於吹掃光學系統，移除水汽和二氧化碳，或作為氣體分析的背景氣。
    • 應用：氣體成分分析、材料表面研究。
    • 原因：氮氣減少光譜背景干擾，提高信噪比。
  6. 核磁共振儀（NMR）：
    • 用途：氮氣用於冷卻超導磁體或作為樣品管的保護氣，防止樣品氧化。
    • 應用：有機化合物結構鑑定、生物分子研究。
    • 原因：高純度氮氣確保樣品穩定性和儀器運行安全。
  7. 元素分析儀（Elemental Analyzer）：
    • 用途：氮氣作為載氣，用於燃燒樣品並將生成氣體傳輸至檢測器，分析碳、氫、氮等元素含量。
    • 應用：有機物元素組成分析、土壤或食品分析。
    • 原因：氮氣提供穩定的惰性環境，減少背景干擾。

小結

不論是大專院校的化學系實驗室、專業的材料實驗室、分析檢測實驗室中，氮氣產生器主要支援的儀器包括氣相層析儀（GC）、液相層析-質譜聯用儀（LC-MS）、TOC分析儀、TGA/DSC、FTIR、NMR和元素分析儀。這些儀器廣泛應用於有機化學、環境化學、材料科學和生物化學等領域，氮氣的關鍵作用在於提供惰性環境、載氣或乾燥氣，確保分析的準確性和儀器性能。

氮氣產生器在化工/化學實驗室應用

零空氣產生器（Zero Air Generator）主要用於提供乾淨、無雜質的空氣，作為科學儀器分析過程中的載氣、燃燒氣或背景氣。在大專院校化學系的實驗中，零空氣產生器常見於以下實驗和科學儀器：

1. 需要使用零空氣產生器的實驗

  • 氣相層析法（Gas Chromatography, GC）實驗：
    • 氣相層析儀常用零空氣作為火焰離子化偵測器（FID）的燃燒氣，用於燃燒樣品生成離子訊號。零空氣確保背景訊號乾淨，避免雜質干擾分析結果。
    • 應用：有機化合物分析、環境樣品（如揮發性有機物 VOCs）檢測、食品化學分析等。
  • 環境化學與大氣化學實驗：
    • 分析大氣污染物（如臭氧、氮氧化物、VOCs）時，零空氣用於校正儀器背景或作為稀釋氣體，確保測量數據的準確性。
    • 應用：空氣品質監測、排放氣體分析。
  • 材料科學與表面分析實驗：
    • 在某些表面分析技術中，零空氣用於提供穩定的氣氛，防止樣品受到外界污染物影響。
    • 應用：奈米材料特性研究、催化劑反應分析。
  • 燃燒與熱分析實驗：
    • 熱重分析儀（TGA）或差示掃描量熱儀（DSC）可能需要零空氣作為載氣或反應氣體，特別是在氧化條件下的實驗。
    • 應用：材料 Nascondi

在化學研究實驗室中，零空氣產生器（Zero Air Generator）用於提供乾淨、無雜質的空氣，作為載氣、燃燒氣或背景氣，以確保分析結果的準確性。以下是常見需要使用零空氣的科學儀器及其應用：

  1. 氣相層析儀（Gas Chromatography, GC）：
    • 用途：零空氣通常作為火焰離子化偵測器（FID）的燃燒氣，與氫氣混合燃燒產生穩定的火焰，檢測有機化合物。
    • 應用：有機化合物分析、環境樣品（如揮發性有機物 VOCs）、食品化學、藥物分析。
    • 原因：零空氣確保無碳氫化合物或雜質干擾，提升偵測靈敏度和背景訊號穩定性。
  2. 氣相層析-質譜聯用儀（GC-MS）：
    • 用途：在某些GC-MS配置中，零空氣可用於輔助氣體或清洗氣體，特別是在需要高純度氣氛的分析中。
    • 應用：複雜有機物鑑定、環境污染物分析。
    • 原因：減少背景雜訊，確保質譜數據的精確性。
  3. 總有機碳分析儀（Total Organic Carbon Analyzer, TOC）：
    • 用途：零空氣作為載氣，將樣品中的有機碳氧化為二氧化碳進行檢測。
    • 應用：水質分析、環境監測、製藥工業。
    • 原因：零空氣避免外界有機物污染，確保測量結果的可靠性。
  4. 大氣監測儀器（如臭氧分析儀、氮氧化物分析儀）：
    • 用途：零空氣用於校正儀器背景或作為參考氣體，確保測量大氣污染物（如O₃、NOₓ）的準確性。
    • 應用：空氣品質監測、排放氣體分析。
    • 原因：提供無污染物基線，消除環境干擾。
  5. 熱重分析儀（Thermogravimetric Analyzer, TGA）與差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimeter, DSC）：
    • 用途：零空氣作為載氣或反應氣體，用於模擬氧化環境或測試材料在空氣中的熱穩定性。
    • 應用：材料科學、聚合物研究、催化劑特性分析。
    • 原因：確保氣氛純淨，避免雜質影響熱分析結果。
  6. 傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）：
    • 用途：在某些氣體分析配置中，零空氣用作背景氣體或清洗氣體，確保光譜數據不受外界污染物影響。
    • 應用：氣體成分分析、排放監測。
    • 原因：提供乾淨的背景光譜，增強分析靈敏度。

小結

最常需要零空氣的儀器包括氣相層析儀（GC-FID）、GC-MS、TOC分析儀、大氣監測儀器、TGA/DSC等，這些儀器廣泛應用於環境化學、有機化學、材料科學等領域。零空氣的關鍵作用在於提供無雜質的氣體環境，確保儀器的高靈敏度和數據準確性。

岩田無油式空壓機如何支持氮氣與零空氣產生器

化工/化學實驗室使用氮氣產生器或零空氣產生器時，必須輸入潔淨乾燥的壓縮空氣，而且氮氣與零空氣通常需要持續供應數小時來支援精密科學儀器做檢測分析或者實驗之用；換言之，需要有滿足輸入氮氣產生器與零空氣產生器高潔淨乾燥品質的壓縮空氣氣源。

除了工業級能夠持續供氣以及持續節能的系統之外，由於科研實驗室有許多科學家與研發工程師，有些更有實驗動物的需要，高度靜音運轉且持續供氣則變成重要的要素。

潤滑油是實驗與檢測最大的干擾因素，取得國際無油認證是確效百分之百的源頭，當然整個過程汙染源非常多，也需要獲得適切的管控與確效；國際品質組織ISO8573-1式壓縮空氣品質最重要的規範標準，如何確保化學/化工實驗室免於油份與水氣的影響，讓實驗檢測結果獲得精確的結果，是實驗室教授、科學家與研發工程師必須考量的因素。

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日本岩田 ANEST IWATA 無油渦卷式空壓機適合需要長時間供氣的科研實驗室項目應用

科研實驗室常見的無油式空壓機種類

誠如前面幾篇實務分享內容所提到的，空壓機的壓縮機體型式種類相當多；以無油式空壓機來看，可以區分為家用DIY型的隔膜式 (或稱膜片式、搖擺式)、商用型的活塞式以及工業級的無油往復式與無油渦卷式空壓機。

科研實驗室最常見的是無油活塞式空壓機，這種類型的空壓機的馬達與機體通常是組合成一體式 (請參考下圖)，與工業級的無油往復式空壓機機體與馬達通常是分開的設計不同。

下圖兩台空壓機都是工業級的，馬達與機體是分開獨立的，通常透過讓馬達轉動時透過皮帶輪與皮帶傳動使機體跟著運轉；下圖的差異在於一般工業級無油往復式空壓機都是單段壓縮設計，而日本岩田TFP系列 (標準型) 與CFP系列 (靜音型) 機體是雙段壓縮且設計二段他力強制冷卻風扇設計。

商用型無油活塞式空壓機的設計並不適合持續供氣運轉，而是建議間歇性用氣的場合可以適用，通常是運轉負荷不能超過70%的工況，也就是說運轉30分鐘左右就需要停機休息15分鐘。主要的原因是因為其加工設計並不講究精度且活塞與汽缸設計採用簡易的型式 (請參考左邊工業級往復式活塞以及右邊的商用型活塞式活塞)，因此極為容易產生摩擦壓縮熱以及活塞氣缸間隙擴大而偏斜摩擦。

日本岩田無油渦卷式空壓機的基礎設計是以每年可以讓馬達啟動帶動機體運轉超過2,500小時為基準 (也就是說250個工作日的情況下，日本岩田無油渦卷式空壓機可以每日啟動超過10小時以上)，即使每年超過5,000小時也是可以的，但是就必須在規範的運轉時數下進行保養。

岩田無油渦卷式空壓機適用的實驗室場合

岩田滿足科研實驗室應用的優勢

日本岩田無油渦卷式空壓機 (或者說 日本岩田無油式空壓機) 對應科研實驗室主要在於滿足下列的需求規範：

  1. 壓縮空氣需要高潔淨的無油空氣品質。
  2. 空壓機運轉的噪音小於 55 dB(A) 以內。
  3. 空壓機需要能夠持續運轉且需要超過3小時以上的場合。
  4. 如果能夠佔地面積更小更好 (當然還是必須考慮維護保養空間與通風設計)。

岩田無油渦卷式空壓機適合的實驗室應用

在實驗室環境中，許多科學儀器和項目需要長時間提供潔淨乾燥空氣（Clean Dry Air, CDA）以確保實驗的精確性、設備的穩定運行以及避免污染。以下是一些常見需要長時間使用CDA的實驗室科學儀器和項目，結合相關背景和應用場景：

半導體製造與微電子研究
  • 相關儀器：光刻機（Photolithography Equipment）、化學氣相沉積（CVD）系統、物理氣相沉積（PVD）系統、乾式蝕刻機（Dry Etching Systems）、晶圓清洗設備…等。
  • 需求原因：
    • 半導體製程對環境要求極高，CDA用於無塵室環境的正壓維持、精密儀器的氣動控制，以及防止水分或微粒污染晶圓表面。
    • 壓力露點要求通常需要符合ISO 8573-1 Class 0或Class 1標準，以確保無油、無水、無塵的氣體供應。
  • 應用場景：
    • 晶圓製造中的氣動驅動、表面清洗、以及光學元件的保護。
    • 微電子實驗室中用於測試和封裝過程的氣體供應。
光電與面板製程
  • 相關儀器：液晶顯示器（LCD）或有機發光二極管（OLED）製造設備、薄膜沉積系統、雷射干涉儀…等。
  • 需求原因：
    • CDA用於防止薄膜沉積過程中水分或微粒的干擾，確保顯示面板的高品質和一致性。
    • 在雷射干涉儀等精密光學設備中，CDA用於吹掃光學元件，防止水汽或灰塵影響測量精度。
  • 應用場景：
    • 光電面板製程中的清洗、冷卻、以及氣動控制。
    • 光學實驗室中保護高精度鏡頭或傳感器。
生化與製藥實驗
  • 相關儀器：高效液相色譜（HPLC）、質譜儀（Mass Spectrometers）、氣相色譜（GC）、生物反應器（Bioreactors）…等。
  • 需求原因：
    • 質譜儀和色譜儀需要穩定的乾燥氣體作為載氣或吹掃氣體，以避免水分影響分析結果的準確性。
    • 生物反應器需要CDA來維持無菌環境，防止微生物污染。
    • CDA還用於藥物乾燥、包裝和儲存過程中的環境控制。
  • 應用場景：
    • 藥物研發中的成分分析。
    • 生物實驗室中的細胞培養和發酵過程。
奈米技術與材料科學
  • 相關儀器：原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、奈米壓印機（Nanoimprint Lithography）、分子束外延（MBE）系統…等。
  • 需求原因：
    • 奈米級實驗對環境的潔淨度要求極高，CDA用於吹掃樣品表面或設備內部，防止微粒或水汽干擾。
    • 在SEM等設備中，CDA用於維持真空環境或作為氣動控制的氣源。
  • 應用場景：
    • 奈米材料合成與表徵。

奈米結構的加工與測試。

環境與化學分析
  • 相關儀器：傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、環境監測氣體分析儀、揮發性有機化合物（VOC）分析儀。
  • 需求原因：
    • 這些儀器需要乾燥空氣作為背景氣體或吹掃氣體，以消除水汽對光譜或化學分析的干擾。
    • CDA確保長期運行的穩定性，特別是在連續監測應用中。
  • 應用場景：
    • 大氣污染物分析。
    • 化學實驗室中的氣體分離與純化。
高精度實驗室設備

相關儀器：雷射器（Lasers）、光學顯微鏡、精密天平。

需求原因：

雷射器需要CDA來冷卻或吹掃光學元件，防止水汽或灰塵影響光束質量。

精密天平需要穩定的無塵環境，CDA可用於維持實驗室內的正壓和潔淨度。

應用場景：

量子光學實驗。

高精度稱重和計量。

其他應用
  1. 氣體純化與回收：在需要高純度氣體（氮氣、氧氣等）的實驗中，CDA系統與現場氣體製造機結合，減少對氣瓶的依賴，確保長時間穩定供應。
  2. 實驗室無塵室環境控制：CDA廣泛用於無塵室的氣動系統、環境正壓維持，以及設備的清潔和驅動。
  3. 食品與飲料實驗：CDA用於食品包裝、乾燥和品質檢測，確保無菌和無污染環境。
  4. 無塵室研發設備的氣動閥與氣壓缸驅動氣源 (Plant Air)。
  5. 儀器控制氣源 (Instrument Air)。
  6. 其他需要長時間供氣的實驗項目或科學儀器；例如：comminutor or granulating machine (造粒機)、Mini Spray Dryer (噴霧乾燥器)、生物晶片模擬測驗驗證、Nitrogen Generator (氮氣產生機) 或 Zero Air Generator (零空氣產生器) …等氣體製造的輸入原料…等。

結論

需要長時間提供潔淨乾燥空氣的實驗室儀器和項目主要集中在半導體、光電、生化、奈米技術、環境分析和高精度實驗領域。這些應用對CDA的純度、露點和穩定性有嚴格要求，常用吸附式乾燥機、無油空壓機和高效過濾系統來滿足需求。根據具體應用，可選擇符合ISO 8573-1標準的CDA系統，並與現有空壓設備整合，以實現高效、長期的氣體供應。

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為什麼推薦無內置空壓站的氮氣產生器與零空氣產生器?

上圖 ( 電能來源去路分析圖 ) 是根據研究實驗發現，一台空壓機通電運轉輸入的電能80%會轉換成為熱能 ( 空壓機壓縮熱；活塞式空壓機壓縮機體內腔溫度會接近攝氏200℃左右 )，因此空壓機系統需要極佳的散熱環境，否則空壓機體或馬達很容易發生熱當，甚至機體馬達燒毀停擺。

氣體產生器內置空壓站必須滿足氮氣產生模組需要的壓縮空氣品質需求，因此必須採用膜管式乾燥器或者是微型PSA乾燥機，歐洲設計的或高緯度國家地區設計的內置空壓站提供的空氣乾燥程度來到海島氣候台灣使用，是否能夠扛得下來台灣的潮濕氣候與溫度? 據我們的經驗，前端的內置空壓站往往造成後端氣體產生器模組因為水氣太高造成使用壽命大大縮短，或者空壓站相關電磁閥線圈容易故障造成壓力不足。

除了內置空壓機從溫帶或亞熱帶設計不適應台灣海島型氣候產生的壓縮空氣品質問題與產品可靠度問題之外，我們也嘗試從另一個角度分析內置空壓站熱能的通風排放問題。

科研實驗室使用的氮氣產生器或零空氣產生器，因為每一家氣體產生器製造品牌都希望能夠放在實驗桌下方而不佔空間，因此多數高度都低於75cm，深度盡量不要超過65cm且寬度不要超過90cm；在 65 x 90 x 75 cm 這樣的空間內，要塞進去的零件部品包括：一組PSA安裝化學分子篩或氧化鋁的兩個槽體 又或者是 兩組膜管、機電控制元件與容量調節與調壓閥、15~20L氮氣桶與三組過濾器、一組空壓機體 (兩個活塞模組與一個馬達/馬達控制器) 、5~10L空氣桶與至少兩組過濾器、膜管式乾燥器 (如果沒有設計則氮氣系統入口乾燥程度較沒那麼乾燥，因此負荷會變成是氮氣膜管在承擔)、自動排水器、電磁閥、散熱風扇組多組以及管路接頭…。

如果還要訴求設計低運轉噪音的內置空壓站氮氣產生器或零空氣產生器，真正要做到冷空氣吸入並設計合理流道阻隔熱空氣與冷空氣，整個機組的設計可以預見地會面臨滿足設定的佔地空間材積、低振動噪音以及有效散熱設計的矛盾與衝突。

內置空壓站氣體產生器使用商用型活塞式空壓機體

上圖為內置空壓機系統氣體產生器使用的商用型無油活塞式空壓機體，各位實驗室前輩可以參考國內生產商用型空壓機品質較中上的品牌所宣告的資料，或審閱我們上一篇關於商用型空壓機的分析。

Chromalytic內置空壓站的氮氣產生器與零空氣產生器是全球其他品牌類似的氣體產生器的內置空壓機最耐久的之一，即使如此也必須在3年左右進行空壓機機體大保養，其他品牌的內置空壓機則通常壽命只有2~3年就必須更換機體或大保養；一台數十萬元的氮氣產生器因為內置的空壓機系統而無法使用時 (氮氣產生器或零空氣產生器本身則幾乎無轉動部品元件而不易故障)，往往令人無法接受。

因此，即使是世界氣體產生器內置空壓機最佳方案之一，我們仍舊較不推薦內置空壓機系統的氣體產生器；但是卻非常推薦Chromalytic無內置空壓機系統的標準型氮氣產生器與零空氣產生器 (請參考下圖Chromalytic氮氣產生器產品組合; 我們最推薦HF-30N / HF-60N 以及PSA技術的 (U)HP1 / (U)HP2)。

適合採用內置空壓站氮氣/零空氣產生器的場合

許多科研實驗室使用氮氣進行研究開發時，需要持續供應高純度氮氣或零空氣；例如：生醫製藥業的Mini Spray Dryer、精密儀器分析實驗室的LC-MS與石化環保的GC或TGA…使用這些精密儀器時往往會數個小時，因為氮氣用氣量較大所以捨棄氮氣/零空氣鋼瓶，而採用On-Site氮氣產生器 / 零空氣產生器 (Zero Air Generator)，這類應用需求我們不建議採用內置空壓機的氣體產生器。

適合使用內置空壓系統的氣體產生器應用場合，我們分析後建議：

多台不需要持續供應氮氣/零空氣的精密科學儀器；因為單台用氣流量不大且時間較短，但是仍舊需要斷續交替使用氮氣/零空氣。

上述這樣的應用場域並且在建置獨立外置空壓機系統有困難的狀況時，則或許可以考慮內置空壓機系統的氮氣產生器/零空氣產生器 ( Chromalytic HF-30A 與 HF-30A )。

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岩田工業級無油式空壓機與商用型無油式空壓機差異比較

科研實驗室的壓縮空氣用氣需求非常多樣化，我們一直強調｢除了穩定可靠的品質不可妥協外，空壓機沒有好或不好，只有適不適用的問題｣。空壓機的種類非常多，從機體壓縮腔體需不需要使用潤滑油，可以區分為有油式、無油式 (又區分為機體曲軸箱需要潤滑油的Oil-less型式與機體本身都不需要潤滑油的Oil-Free型式)；從空壓機機體壓縮空氣種類，可以區分為家用型DIY的隔膜式 (膜片式)、商用型的活塞式、工業級的渦卷式與往復式…。

適合有油式空壓機的實驗室

適合有油式空壓機的實驗室主要有 (下圖為機械潔淨裝配室，多數要求沒有這麼高)：

  1. 機械行業。
  2. 機電行業。
  3. 金屬加工行業。
  4. 交通運輸產品與設備行業。
  5. 其他研發不受油份汙染影響的產品或部品零件。

對於壓縮空氣品質的要求通常是要求一般過濾精度只要不超過1µm、空氣乾燥程度壓力露點不超過攝氏15℃、涉及機電或電氣線圈…則油份要求以不超過1mg/m3即可。

無油式空壓機種類與實驗室適合的應用

家用型無油隔膜式/膜片式空壓機 (DIY)

常見應用場域

  1. 學校輕負荷使用工藝教室或研究室場域。
  2. 木工DIY家用工作室。
  3. 水族箱氣泵。
  4. 手提式汽車輪胎打氣用 (放置於車上)。

適合的實驗室運轉工況需求

  1. 操作壓力需求：2~5 bar ( < 5 bar )。
  2. 壓縮空氣流量：0.5 ~ 30 L/min. ( 通常馬力數介於 1/8 hp ~ 1/2 hp )。
  3. 即使是雙機體模組也不適合持續運轉超過10分鐘，以及使用接近10分鐘但是中間停機休息降溫少於5分鐘 (這樣的頻率經常超過會導致機體馬達過熱導致馬達或隔膜機體燒毀)。

優點與缺點內容

  1. 優點：購買成本便宜、佔地空間小、運轉噪音新機時可以接受。
  2. 缺點：無法持續耐久供氣、排氣量衰減速度快、壽命短、維修服務通常以整台換掉為主。

商用型無油活塞式空壓機

商用型空壓機機體結構

商用型空壓機活塞

商用型馬達 (上上圖機體馬達 (中間部分) 採用鋁線繞組或純度銅線繞組)

常見應用場域

  1. 學校輕負荷使用實驗室或研究室。
  2. 小型牙醫診所。
  3. 活動假牙製作的牙體技術所。
  4. 其他如鹽霧實驗…。

適合的實驗室運轉工況需求

  1. 操作壓力需求：2~7 bar ( < 7 bar；通常是以 4 bar 或是 5 bar為設計基礎，但是經常勉強應用到 6 ~ 7 bar )。
  2. 壓縮空氣流量：20 ~ 200 L/min. ( 通常馬力數介於 1/4 hp ~ 2 hp；整機有時會設計雙機體模組，相當於 2~4 個活塞頭 )。
  3. 即使是雙機體模組也不適合持續運轉超過20分鐘，通常運轉30~40分鐘需要停機休息降溫10~20分鐘 (避免機體馬達過熱導致馬達或隔膜機體燒毀)。

優點與缺點內容

  1. 優點：購買成本便宜、佔地空間小、運轉噪音新機時可接受但是運轉半年後噪音開始出現。
  2. 缺點：無法持續耐久供氣、排氣量衰減速度快、壽命短、機體維修服務通常以整個馬達機體模組換掉為主。

工業級單段無油往復式空壓機 (氣冷式、一般多數為單段)

常見應用場域

  1. 品保檢驗室與三次元量床。
  2. 研究機構或高等教育實驗室/研究室。
  3. 獨棟或有隔絕噪音地下室的牙醫診所或牙體技術所 (即使是靜音型的噪音仍舊很大)。
  4. 儀錶控制用氣。
  5. 其他間歇性用氣且需要潔淨無油壓縮空氣的應用。

適合的實驗室運轉工況需求

  1. 操作壓力需求：7 ~ 12 bar ( < 12 bar；通常是以 8 bar 或是 10 bar為設計基礎)。
  2. 壓縮空氣流量：50 ~ 1,500 L/min. ( 通常馬力數介於 1/2 hp ~ 15 hp )。
  3. 適合間歇性用氣，可搭配較大空氣桶增加停機待機時間 ( 長期持續運轉容易使活塞壓縮環或活塞環磨損間隙快速變大，排氣量衰減)。

優點與缺點內容

  1. 優點：購買成本中等、壽命中等、使用壽命較長、通常帶桶佔地空間較小、壓力下降風量可以增加。
  2. 缺點：運轉噪音大、維修保養項目繁多、壓縮比較高而能源效率較低。

工業級雙段無油往復式空壓機 (以岩田為例)

工業級空壓機機體結構 (岩田雙段式空壓機機體)

工業級與商用型空壓機活塞比較

常見應用場域

  1. 品保檢驗室與三次元量床。
  2. 國家實驗室、高等教育實驗室/研究室以及高科技實驗室。
  3. 位於廠辦的牙體技術所或離鄰居超過20米以上距離的牙醫診所。
  4. 儀錶控制用氣。
  5. 其他需要潔淨無油壓縮空氣的應用。

凹eji4適合的實驗室運轉工況需求

  1. 操作壓力需求：8.5 ~ 10 bar ( < 10 bar；通常是以 8.5 bar 或是 10 bar為設計基礎)。
  2. 壓縮空氣流量：235 ~ 1,200 L/min. ( 雙段馬力數通常介於 3 hp ~ 15 hp )。
  3. 適合長期持續供氣運轉，建議搭配外置空氣桶 ( 岩田雙段無油往復式空壓機專利樹脂活塞可自動補償磨損間隙，排氣量持續維持)。

優點與缺點內容

  1. 優點：使用壽命長、噪音相對較低( 雙段靜音型56~63dB )、可內置乾燥機與內置空氣桶佔地空間小、壓力下降風量可以增加、雙段壓縮比低而使得能源效率 (請參考上圖單段與雙段往復式壓縮效率) 僅次於無油渦卷式空壓機、可以設計成中壓型空壓機 ( 12 bar ~ 16 bar 輸出壓力)。
  2. 缺點：維修保養項目較多、購買成本較高。

工業級無油渦卷式空壓機

常見應用場域

  1. 國家實驗室、中科院與工研院、生醫製藥育成中心、IC育成中心、大專院校高等教育實驗室/研究室以及高科技實驗室。
  2. 牙醫診所與牙體技術所。
  3. 高科技廠辦儀錶控制用氣。
  4. 生醫製藥工廠與疫苗工廠。
  5. 半導體工廠實驗室與光電科技實驗室。
  6. 其他需要潔淨無油壓縮空氣的應用。

適合的實驗室運轉工況需求

  1. 操作壓力需求：5 ~ 10 bar ( < 10 bar；通常是以 8 bar 或 10 bar為設計基礎)。
  2. 壓縮空氣流量：64 ~ 2,680 L/min. ( 雙段馬力數通常介於 1 hp ~ 30 hp )。
  3. 適合長期持續供氣運轉，建議搭配外置空氣桶 ( 岩田無油渦卷式空壓機密封芯條具備耐高溫耐磨自動補償磨損間隙特質，持續節能)。
  4. 岩田取得ISO8573-1 Class 0 百分之百無油國際認證以及日本PM賞最佳節能泛用機械。

優點與缺點內容

  1. 優點：使用壽命長 ( 全球壽命最長的渦卷機體 )、噪音最低 ( 全球最靜音 41~59dB )、可內置乾燥機與內置空氣桶佔地空間小、能源效率最高 ( 請參考下圖 )、維護保養項目最少。
  2. 缺點：購買成本最高。

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日本岩田 ANEST IWATA 無油渦卷式空壓機CDA系統適合的實驗室應用類型

無油渦卷式空壓機（Oil-Free Scroll Air Compressor）因其低噪音 (全球最低運轉噪音41dB)、低震動 (<45dB)、潔淨無油 (0級無油國際認證)、節能 (日本泛用機械節能PM賞)等特點，非常適合對壓縮空氣品質要求高的科研實驗室。以下是幾種特別適合採用無油渦卷式空壓機的科研實驗室類型：

分析儀器實驗室（Analytical Instrument Labs）

適用設備與應用

✅ 質譜儀（LC-MS、GC-MS、ICP-MS）
✅ 氣相層析儀（GC）、液相層析儀（HPLC）
✅ X射線光電子能譜儀（XPS）、拉曼光譜儀（Raman）
✅ 原子吸收光譜儀（AAS）、紅外光譜儀（FTIR）

需求特點

✅ 高純度空氣 – 這類設備對空氣品質要求極高，任何油霧或水分都可能影響分析數據準確性。
✅ 穩定低震動 – 質譜儀和光學儀器對震動敏感，渦卷式壓縮機運行平穩，不影響測試結果。
✅ 低噪音 – 適合放置於實驗室內，不干擾研究人員工作。

生物與醫學研究實驗室(Biomedical & Life Science Labs)

主要應用： 細胞培養、組織培養、無菌操作、氣體供應（如CO₂培養箱）、生物3D列印、微流體設備等。

適用設備與應用

✅ 細胞培養（CO₂培養箱）
✅ 微生物培養、PCR、DNA測序
✅ 生物3D列印、微流體研究
✅ 實驗動物供氣（IVC系統）

需求特點

✅ 無污染 – 無油設計避免污染細胞培養環境，確保試驗純淨度。
✅ 穩定供氣 – 避免壓力波動影響微流體實驗或培養箱內環境。
✅ 低維護成本 – 無油系統減少過濾器更換頻率，降低實驗室運行成本。

電子與半導體實驗室(Electronics & Semiconductor Labs)

主要設備： 半導體製程設備（光刻、濺鍍、CVD、PVD）、電子顯微鏡（SEM、TEM）、X射線檢測儀（XRD）、雷射光譜分析儀等。

適用設備與應用

✅ 半導體製程（光刻、濺鍍、CVD、PVD）
✅ 電子顯微鏡（SEM、TEM）
✅ X射線檢測儀（XRD）、電漿蝕刻（RIE）

需求特點

✅ 無微粒污染 – 渦卷式壓縮機不會產生油霧或微粒，確保無塵室等級環境。
✅ 高穩定性 – 半導體製程要求穩定的氣體流量與壓力，無波動影響製程。
✅ 低噪音低震動 – 避免影響電子顯微鏡或精密測量設備的結果。

光學與雷射實驗室（Optics & Laser Labs）

主要設備： 光學干涉儀、雷射切割機、光譜儀、光學雷達（LIDAR）、奈米光學實驗設備。

適用設備與應用

✅ 雷射切割、雷射光譜分析
✅ 光學干涉儀、光學雷達（LIDAR）
✅ 精密雷射測距、奈米級光學研究

需求特點

✅ 低震動 – 光學實驗對震動極為敏感，渦卷式壓縮機比活塞式或螺旋式更穩定。
✅ 高純度空氣 – 避免油霧或水氣影響光學透鏡與雷射設備。
✅ 靜音運作 – 適合安裝於精密光學實驗室內，降低環境噪音干擾。

食品與製藥實驗室（Food & Pharmaceutical Labs）

主要應用： 無菌包裝測試、氣相層析檢測、發酵技術、生物製劑開發、藥品檢測等。

適用設備與應用

✅ GMP藥品檢測、生物製藥
✅ 食品檢測（農藥殘留、重金屬分析）
✅ 無菌製程、真空包裝測試

需求特點

✅ 符合GMP/ISO標準 – 無油空壓機符合製藥與食品產業的嚴格標準。
✅ 無污染風險 – 避免壓縮空氣中的油污影響藥品或食品的安全性。
✅ 持續穩定供氣 – 適合無菌環境，確保長時間運行不受污染影響。

環境與能源技術實驗室（Environmental & Energy Labs）

主要應用： 氣體分析、碳捕集與儲存（CCS）、燃料電池研究、再生能源技術、空氣品質監測等。

適用設備與應用

✅ 空氣品質監測、碳捕集與儲存（CCS）
✅ 燃料電池研究（氫能技術）
✅ 再生能源技術（太陽能、風能儲能系統）

需求特點

✅ 無油潔淨空氣 – 保障環境監測與能源測試數據的準確性。
✅ 低維護需求 – 渦卷式空壓機運行穩定，減少維護工作量。
✅ 節能高效 – 相較於螺旋式或活塞式空壓機，能耗更低，適合長期研究專案。

為什麼選擇日本岩田無油渦卷式空壓機？

無油渦卷式空壓機特別適合精密科學研究、無菌實驗、高純度氣體需求的實驗室。為什麼上述這些實驗室特別適合選用岩田無油渦卷式空壓機系統? 我們分析採用客戶的原因歸納如下 :
✔ 潔淨無油，確保分析數據準確性：避免油霧影響離子化過程或污染樣品。
✔ 氣壓穩定，減少儀器基線漂移：穩定供氣可提高檢測靈敏度。
✔ 低噪音低震動，適合放置在實驗室內。

✔ 高效節能 – 變頻控制可根據需求調整氣量，降低能耗。

✔ 維護簡單 – 無需更換有油式空壓機的潤滑油品, 油過濾器濾芯與油細分離器…，降低維護成本。

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日本岩田 ANEST IWATA 無油渦卷式空壓機CDA與氮氣在實驗室樣品製備過程的應用與要求規範

實驗室樣品製備是指在進行化學、生物、物理或其他科學分析前，將樣品處理至適合檢測或實驗的狀態的過程。其目的是確保樣品具有一致性、代表性，並去除可能干擾分析的雜質或基質。主要步驟可能包括：

  1. 採集與儲存：從來源取得樣品並妥善保存，避免污染或降解。
  2. 均質化：將樣品均勻化（如研磨、攪拌），確保分析結果具代表性。
  3. 分離與提取：使用溶劑提取、過濾、離心等方式分離目標成分。
  4. 濃縮或稀釋：根據分析需求調整樣品濃度。
  5. 化學處理：如添加試劑、改變pH值或衍生化，以提高檢測靈敏度。
  6. 清理：去除干擾物，如通過固相萃取或液液萃取。
  7. 格式化：將樣品轉換成適合儀器分析的形式（如液體、固體或氣體）。

樣品製備的具體方法取決於樣品類型（如土壤、水、生物組織）、分析目標（如痕量金屬、蛋白質）以及使用的儀器（如質譜、色譜）。良好的樣品製備能提高分析的準確性、重現性和靈敏度，是實驗成功的關鍵步驟。

在實驗室樣品製備中，潔淨乾燥壓縮空氣和氮氣是常用的氣體，廣泛應用於各種分析技術（如FTIR、HPLC、GC、TGA等）的樣品處理流程。它們在樣品乾燥、清潔、惰性環境保護和設備操作等方面發揮重要作用。但因其性質與用途不同，應用場景與要求規範也有所區別。以下是它們的應用與規範概述：

潔淨乾燥壓縮空氣CDA在樣品製備的應用與規範

應用

  1. 樣品乾燥與清潔：
    1. 壓縮空氣用於吹掃樣品表面，去除灰塵或水分，常用於材料科學或顯微鏡樣品製備。
  2. 氣動設備驅動：
    1. 實驗室中氣動泵、閥門或機械臂常使用壓縮空氣作為動力源。
  3. 氣流輔助：
    1. 在某些樣品分離或過濾過程中，壓縮空氣用於提供正壓，加速液體通過濾膜。
  4. 分析儀器氣源：
    1. 某些原子吸收光譜（AAS）或火焰光度計使用壓縮空氣作為燃燒輔助氣體。

規範要求

  1. 潔淨度要求：
    1. 壓縮空氣需無油、無水、無塵，特別是在樣品清潔或精密儀器應用中。
    1. 通常需配備過濾系統（包括油水分離器、微粒過濾器）以達到ISO 8573-1標準（例如：油霧含油 (氣) 量 Class 1潔淨度）。
  2. 壓力與流量：
    1. 壓縮空氣壓力一般為0.4-0.8 MPa，具體根據設備需求調節。
    1. 流量需穩定，避免脈衝式氣流影響樣品處理精度。
  3. 乾燥度：
    1. 壓縮空氣需經冷凍乾燥或吸附乾燥處理，露點通常要求低於露點-40°C，以防止水分影響樣品或設備。
  4. 安全規範：
    1. 壓縮空氣系統需定期檢查壓力容器、管路及安全閥，防止超壓或洩漏。
    1. 操作時避免高壓氣流直接對人，防止氣壓傷害。
    1. 壓縮機應放置在通風良好、遠離易燃物的區域。
  5. 設備維護：
    1. 定期更換過濾器，清理壓縮機內部積塵。
    1. 檢查空氣壓縮機的各項定期維護保養，確保無油壓縮機的正常運行。

氮氣在樣品製備中的應用與規範

應用

  1. 惰性氣氛保護：
    1. 氮氣作為惰性氣體，常用於防止樣品氧化或降解。例如，在有機物提取、液相色譜（HPLC）或氣相色譜（GC）樣品製備中，氮氣可吹掃樣品以去除溶劑或保護敏感化合物。
  2. 溶劑蒸發與濃縮：
    1. 氮吹儀使用氮氣流快速蒸發溶劑，濃縮樣品，廣泛應用於環境、食品、藥物分析。
  3. 質譜與色譜載氣：
    1. 高純氮氣作為載氣或輔助氣體，用於液質聯用（LC-MS）或氣質聯用（GC-MS）。
  4. 樣品乾燥：
    1. 氮氣可用於乾燥樣品，特別是對水分敏感的物質，避免空氣中氧氣或水汽的影響。

規範要求

  1. 純度要求：
    1. 根據應用，氮氣純度要求不同：
      1. 一般惰性保護：≥99.9%；
      1. 色譜或質譜載氣：≥99.999%（超高純氮，需去除氧氣、水分、烴類等雜質）。
    1. 應使用氣體純化裝置（如分子篩、活性炭過濾器）確保氣體質量。
  2. 壓力控制：
    1. 氮氣通常以高壓鋼瓶供應，壓力需通過減壓閥控制在實驗所需範圍（例如0.1-0.5 MPa）。
    1. 氮吹儀應用中，氣流速度需精確調節，避免樣品飛濺。
  3. 安全規範：
    1. 氮氣鋼瓶需固定存放，避免傾倒；儲存環境應通風良好，避免高溫。
    1. 氮氣高濃度可能導致窒息，實驗室需配備氧氣濃度監測設備。
    1. 操作時避免氮氣直接接觸皮膚，防止低溫凍傷。
  4. 設備維護：
    1. 定期檢查氣體管路、閥門和接頭，防止洩漏。
    1. 使用專用氮氣管路，避免與其他氣體混用。

壓縮空氣CDA與氮氣N2的比較與選擇

特性/要求氮氣壓縮空氣
主要性質惰性、無氧含氧、活性
典型應用保護、濃縮、載氣清潔、驅動、燃燒
純度要求高（98.0%-99.999%）潔淨（無油無水）
成本較高（需鋼瓶或製氮機）較低（空壓機產生）
安全風險窒息、低溫氣壓傷害、噪音

應用功能比較

氣體應用功能適用場景優勢
氮氣樣品乾燥、惰性環境、氣態樣品製備、吹掃清潔、噴霧乾燥敏感樣品（有機物、金屬、生物樣品）、高精度分析（FTIR、GC）、手套箱操作惰性，保護樣品免受氧化或吸濕，適合高靈敏度應用
壓縮空氣樣品清潔、有限乾燥、氣動設備操作、氣流輔助製備非敏感樣品（無機材料、穩定聚合物）、常規清潔、氣動設備成本低，易獲取，適合常規應用

規範要求比較

氣體純度乾燥度壓力流量潔淨度氣源
氮氣98.0~99.999%（5N）露點≦-40°C2-7 bar0.5-10 L/min無油無塵，<0.01 mg/m3氮氣產生器/高純度氣瓶
壓縮空氣ISO8573-1
Class 1.2.1
Class 1.4.1		露點≦-40°C4-7 bar1-20 L/min無油無塵，<0.01 mg/m3無油壓縮機/乾燥空氣瓶

選擇原則：

  • 需要惰性環境或高純氣體時，優先選擇氮氣（如色譜、質譜、敏感樣品處理）。
  • 需要清潔、乾燥氣流或動力源時，使用壓縮空氣（如樣品清潔、氣動設備）。
  • 根據實驗室預算與設備條件，選擇現場製氣（氮氣發生器/空壓機）或外購氣瓶。

相關標準與建議

  1. 國際標準：
    1. ISO 8573-1：壓縮空氣純度等級標準。
    1. ISO 14644-1：潔淨室環境中氣體潔淨度要求。
    1. ASTM D5453：氮氣在樣品製備中的應用規範。
  2. 實驗室規範：
    1. 遵循GLP（良好實驗室規範）要求，確保氣體質量可追溯。
    1. 記錄氣體使用量、純度與壓力，確保實驗可重複性。
  3. 建議：1) 配備氣體監控系統（純度、壓力、流量）。2) 與氣體供應商合作，確保氣體質量穩定。3) 定期培訓實驗室人員，確保安全操作。

結論與建議

  • 氮氣在實驗室樣品製備中用於乾燥、惰性環境保護、氣態樣品製備、吹掃清潔和噴霧乾燥，適用於敏感樣品和高精度分析，要求高純度（98%~99.999%）、低露點（≦-40°C）和潔淨無塵（<0.01 µm）。
  • 壓縮空氣用於樣品清潔、有限乾燥、氣動設備操作和氣流輔助製備，適用於非敏感樣品和常規應用，要求無油（≦0.01 mg/m3）、乾燥（露點≦-40°C）和潔淨無塵（<0.01 µm）。
  • 氮氣因其惰性更適合保護敏感樣品，壓縮空氣則因成本低而適用於簡單操作。選擇氣體時需根據樣品性質、分析要求和設備規格參考實驗室標準。

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