岩田無油式空壓機在支援LC-MS的氮氣產生器之應用

液相層析分析儀由於能夠進行偵測各種有機/無機化合物，液相層析法已經成為生醫、化學與研究實驗室常用的方法。液相層析法經常聽見的精密儀器種類包括：HPLC高效能液相層析法、IC離子層析法、CE毛細管電泳法….；這些儀器種類繁多且有些廠牌可以依據不同功能進行一定程序範圍內的組合各種後段偵測的質譜儀而成LC-MS、LC-MS/MS、三段四極柱質譜儀以及QToF….，如此能夠應對實驗室或檢測中心客戶的實驗或檢測需求。

Data Source : researchgate網站

支援LCMS精密儀器應用的氮氣產生器

液相層析質譜分析儀執行過程中通常需要惰性氣體擔當載氣 (Carrier Gas)，擔當載氣的氣體最佳的選擇是 Ar氬氣 或 He氦氣，但是兩者取得的難度、成本與儲運保存 (氦氣) 高，通常會選擇N2氮氣；透過相對較高純度的N2惰性氣體當作帶測物傳輸的載氣能夠避免存有其他非待檢測物質或本身有其他物質反應影響結果。

氮氣產生器純化產生氮氣的種類包含 : Membrane Separation 膜管式 (中空絲膜) 與 Pressure Swing Adsorption (PSA) 變壓吸附式 兩類，通常依據需要的氮氣氣體規格來選擇，由於內置空壓機系統的氮氣產生器結構較為複雜且涉及小型商用型空壓機系統設備的機構，且通常許多實驗室有設計空壓機系統，因此請容許我們以無內置空壓機系統的膜管式氮氣產生器的規格 (如下)作為研討的內容。

膜管式氮氣產生器

取得氮氣產生器的規範時需要特別留意的是 Purity 純度、Flow Rate 流量與 Working Pressure 操作壓力三者的要求；通常 純度 與 流量 需要參考擬選擇的氮氣產生器 (機) 的Performance Curve 來選定，以免單純參考單張規格表之後選擇到不適用的機型。例如 : 以上表Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器提供的規格表來看，可能會誤解為流量 32L/min 或 64L/min 且 純度達到 99% 的 7 bar 氮氣可以提供給相關儀器應用。

規格表中提到兩個不同機型流量最高可以調整到 35L/min 或 70L/min；提供給客戶明確的資訊應該是下列情報：

  1. 氮氣純度要達到99.5% (含) 以上，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為17.5L/min. 及 32.5L/min.。
  2. 氮氣純度95.0% (含) 以上，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為32L/min. 及 64L/min.。
  3. 氮氣純度落在95%~99.5% 之間者，氮氣流量則HF30N與HF60N兩個氮氣產生器機型個別約為17.5~32.0L/min. 及 32.0~64.0L/min.。

變壓吸附式氮氣產生器 (PSA)

PSA氮氣產生器利用碳分子篩或氧化鋁…等材料，從壓縮空氣中剝離出氧氣。碳分子篩吸附材料由多孔碳組成，孔徑可以精細控制。當壓縮空氣通過碳分子篩時，氧分子被吸附到孔隙中，而較大的氮分子可以進入排放氣。最終，碳分子篩材料將會被氧分子飽和，而氣體分離作用將不再發生。PSA氮氣產生器始終設計有兩個或多個吸附塔。一個塔正在主動分離產生氮氣體。而另一個塔則在再生過程，高純度氮氣通過它來將氧氣作為廢氣排出。

Chromalytic克洛瑪麗緹有兩個種類並各有流量 1 L/min. 與 2 L/min. 的 (U)HP1 與 (U)HP2 機型純度可以達到99.9995%的氮氣產收器，規格表如下。

其中帶U的機型則是確保 碳氫化合物含量 < 0.05ppm 的氮氣品質。

支援氮氣產生器的空壓機系統

提供特定氮氣產生器的壓縮空氣通常有一定的品質要求，一般會依據ISO 8573-1 Class X.X.X.的規格來規範壓縮空氣品質中的固態顆粒數量、水氣含量以及油氣含量；不論是膜管式氮氣產生器或者是變壓吸附式氮氣產生器，對於水氣與油氣的要求尤其特別需要注重，以免影響中空絲膜或者是碳分子篩的功效與壽命。

外置空壓機系統要求的壓縮空氣各種規範要求如下，搭配上面的HF30N與HF60N氮氣產生器的壓縮空氣輸入要求如下兩個表所示 (上表為搭配HF30N，下表為搭配HF60N)：

壓縮空氣品質要求至少達到ISO 8573-1 Class 1.5.1，能夠達到Class 1.3.1則是最佳的狀態 ；也就是說，固態顆粒大小 < 0.01µm、水氣含量壓力露點 7℃~-20℃、油氣含量要求 < 0.01mg/m3 以上。專業的空壓機系統廠商必須規劃能夠符合並滿足上述需求產出的壓縮空氣規範，以確保氮氣產生器系統能夠滿足高能效與壽命要求。

產出氮氣需要更高的操作壓力需求?

由於氮氣產生器產出的氮氣操作壓力有時候會有上限的限制，例如 上述 Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器的最高操作壓力輸出為 0.7MPa，這個時候就會有無法滿足科學儀器輸入氮氣壓力的問題；我們通常會在氮氣產生器系統後方規劃岩田氮氣增壓機EFBS系列來將氮氣在不消耗氣源情況下，將氮氣壓力提升至最高0.95MPa的狀態。如果需要更高的氮氣壓力則需要規畫其他機型的氮氣增壓機。

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岩田無油式空壓機系統在零空氣產生器Zero Air Generators的應用

零空氣產生器ZERO AIR含碳氫化合物多寡會依據不同的應用而有所不同，依據我國環保署出具的公報標準為碳氫化合物含量 < 1 ppm 在使用於GC-MS檢測C5~C10的非極性氣態有機物採樣袋採樣就算符合標準；但是目前市面上許多零空氣產生器則多設計為 < 0.1 ppm 為標準規範，甚至歐洲英國的Chromalytic Zero Air Generator則以 < 0.05 ppm 為標準規範。

零空氣產生器主要是通過對壓縮空氣中的總碳氫化合物進行催化裂解產生低於特定要求含量碳氫化合物的氣體產生器，應用於GC-FID、FPD、AES與NPD…等，與氫氣產生器產生的氫氣當作 GC 的 燃料用 (Fuel Gas) 不同，其主要產生的氣體主要當作 GC 氣相層析儀器燃燒時的輔助氣體 (Auxiliary Gas)。

零空氣 Zero Air 應用在GC-FID (火焰利用 離子偵測器) 時主要是利 H2 與 O2 中燃燒的火焰將樣品高壓電極電離而離子化 ，並在電場中形成帶電的離子流，輸送至訊號放大器偵測可以被燃燒的有機樣品待測物。FID系統結構請參考下圖圖示 (資料來源 : ScienceGate)。

零空氣產生器主要規格

以下規格表是許多零空氣產生器的規格表之一，可以提供各位前輩參考；我們將主要以解釋說明提供零空氣產生器氣源的無油式空壓機系統作為舖陳說明的資料。

一般零空氣產生器有區分為需要外部提供潔淨乾燥壓縮空氣 (Clean Dry Air) 的機型，以及內置空壓機系統的機型兩類；通常會依據客戶是否有移動需求來選擇是否採用內置空壓機系統的零空氣產生器，如果沒有需要經常性移動提供給不同地點的氣相層析分析儀使用，我們會建議採用沒有內置空壓機系統的零空氣產生器。

以下我們將提供各位前輩選用零空氣產生器時的幾個選項問題：

  1. 是否需要採用內置空壓機系統機型 ? 由於空壓機需要良好的環境與散熱，一般內置空壓機多採用商用型空壓機機型，後續使用穩定性以及維護保養的難度也必須考慮。
  2. 採用外部潔淨乾燥壓縮空氣源的空氣品質要求 ? 例如 : 上述規格表需求是ISO 8573-1 Class 1.5.1.。
  3. 供應的精密儀器設備需求的零空氣流量 (ml/min) 與 操作壓力 (MPa或KPa) 是多少 (通常採用實心管柱分離管會比中空常毛細管分離管設計的機型耗氣量高出數倍) ? 分析儀台數有多少台 ?
  4. 零空氣純度需求或要求是多少 % (碳氫化合物含量要求需要多少 p.p.m. 以下) ?

GC 氣相層析分析的系統樣貌

Zero Air 零空氣產生器在GC的應用可以參考下列解決方案示意圖。

ISO8573-1 Class 1.5.1空氣品質的系統配置

ISO8573-1 Class X.X.X是國際標準組織定義的空壓機系統壓縮空氣品質規範，以上述Class 1.5.1 提供如何配置空壓機系統乾燥過濾的參考；也就是說在固態顆粒部分需要配置過濾精度0.01µm的精密過濾器，以及採用取得國際無油認證的無油式空壓機，或者是後端採用活性碳過濾器 或者是 活性碳槽 吸附油氣。至於壓縮空氣的乾燥程度在進入零空氣產生器之前則需要乾燥至壓力露點P.D.P. 攝氏7℃ (含) 以下。

科研實驗室GoOneAir Solution

未來服務工業以22kW (含) 以下的空氣與氣體整體解決方案為主要服務範疇，產品供應範疇如下所列示。

科研實驗室GoUseAir Service

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岩田SLH系列_實驗室無油渦卷空壓機

日本岩田為滿足科研實驗室客戶空間與運轉靜音的需求，推出相對於標準帶桶型無油往復式更加靜音節能的SLH無油渦卷式空壓機系列 ( 請參考下列 SLH系列規格表)。運轉噪音值分別為 58 dB(A)、59 dB(A) 以及 68 dB(A)。

通常科研實驗室因為座落於寸土寸金的育成中心 或者 科技園區內，空間利用率相當重要；日本岩田無油式空壓機採用兩類解決方案對應：

  1. SLP-D系列與CFP-D系列：岩田無油渦卷式與無油往復式空壓機採用靜音型，並於隔音罩內部內置空氣桶與內置乾燥機的空壓站概念設計，頂多是依據用氣工況多一個外置空氣桶及過濾裝置即可，是最節省空間的方案 (請參考上圖)。
  2. SLH系列與TFP系列：岩田無油渦卷式與無油往復式空壓機也有採用標準開放型，但是將機體馬達模組安放在相對較大容量的空氣桶 (無油渦卷式空壓機全系列採用70L容量空氣桶) 上，再依據需要配置水滴過濾器、乾燥機及過濾裝置即可，這是次佳的節省空間方案 (請參考下圖)。

岩田帶桶型SLH無油渦卷式與TFP無油往復式空壓機比較

我們採取同樣都是日本岩田品牌、同樣都是無油式空壓機而且同樣馬力數 (三馬力與五馬力兩個機型) 來做比較：

以下的說明我們將不重複上面比較圖表的內容，而是以兩者的特性差異再來進行說明，讓大家獲取更多的資訊情報，然後可以有更深一層的認識：

  1. 岩田TFP無油往復式空壓機機體為雙段壓縮設計 (請參考上面雙段壓縮與單段壓縮的示意圖)，拉近了與岩田SLH無油渦卷式空壓機單段壓縮的能效差距；也就是說兩者的能效差距不大。
  2. 兩者均具備機體壓縮腔體內密封耗材磨耗自動補償間隙，以確保持續節能的岩田獨有專利設計 (請參考下方兩圖 : 第一張為無油往復式，第二張為無油渦卷式)。
  3. 無油往復式空壓機壓力調降的時候風量會增加變大；而無油渦卷式空壓機壓力調降的時候風量只有微幅增大，但是能源消耗 (耗電) 會降低變少。

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實驗室空壓機系統產品服務化供應範圍與類型

壓縮空氣系統是十分耗能的產品系統，尤其有油式空壓機採用的工業化學潤滑油對於冷凝水油水排放汙染與釋放在作業環境大氣中的空氣汙染更是一項負面因素，不過市場上80% 以上多是有油式空壓機的市場。儘管有油式空壓機以及乾燥過濾品牌推廣者宣稱透過多到精密過濾能夠規劃成無油系統，但是如何時時監控確效、高昂的濾材消耗成本，甚至因為系統失效進入整個製程造成汙染的機會成本讓人無法承受卻也是不爭的事實 (影片係客戶端油乳化排出的冷凝油水，一不留意就可能進入製程或研究儀器設備容易造成精密裝置故障或儀器精度受影響)。

產品系統服務範疇

未來服務工業 (股) 公司在空壓機系統方面基於環保愛地球理念，並不提供有油式空壓機的相關業務與服務；也盡力推廣分散式空壓機系統配置，因此未來服務工業 (股) 公司只提供30馬力 (含) 以下無油式空壓機系統。

Easy Rent Air易租服務方案 與 GoUseAir長期租用服務方案主要產品系統服務供應範圍主要係以 空氣流量1,000L/min (含) 以下的正壓空氣 (含增壓) 、負壓空氣以及氮氣與零空氣氣體 機器設備為主，但是 Utility Buy Out 租購方案與直接買斷方案則最高可以到達40HP機型也涵蓋在內，包括：

  1. 日本岩田無油渦卷式空壓機系列–一馬力SLP07EE(D) 至 三十馬力SLPS-220E系列無油渦卷式空壓機 (流量範圍64L/min.~2,520L/min. @ Max. 8.0 bar)；其中又有標準型與內置乾燥機加值型兩系列 (噪音值 41dB(A) ~ 59 dB(A))。
  2. 日本岩田無油往復靜音型空壓機系列–半馬力CWP07、一馬力CFP07CF 至 十五馬力CFP110CF系列無油往復靜音型空壓機 (流量範圍70L/min.~1,140L/min. @ Max. 8.5 bar)；其中又有標準型與內置乾燥機加值型兩系列 (噪音值 52dB(A) ~ 62 dB(A))。
  3. 日本岩田無油往復式空壓機系列–1/4馬力TWP04與1/2馬力TWP07、一馬力TFP07B 至 十五馬力TFP110B系列無油往復靜音型空壓機 (流量範圍25L/min.~1,200L/min. @ Max. 10.0 bar) (噪音值 58 dB(A) ~ 82 dB(A))。
  4. 日本岩田無由式增壓機系列–包括：EFBS 標準型無油式增壓機 (1/2~1.0馬力；310L/min. ~ 430L/min. @ 8.0 ~ 9.5 bar) 、EFBS 標準型無油式增壓機 (2.0馬力；600L/min. @ 8.5 ~ 10.0 bar) 以及 CFBS靜音型無油式增壓機 (5.0~7.5馬力；1,080L/min. ~ 1,750L/min. @ 12.0 ~ 14.0 bar) 、CFBS靜音型無油式增壓機 (10馬力；2,000L/min. 18.0 ~ 20.0 bar) 、CFBS靜音型無油式增壓機 (15馬力；4,260L/min. 8.0 ~ 10.0 bar) 。
  5. 日本岩田無油式真空泵浦系列–包括：低真空的FIT無油往復式真空泵 (22L / 37L / 64L / 93 L/min. @ -87kPa ~ -92kPa 四款；噪音58dB(A)) 。乾式無油渦卷式真空泵系列包括：ISP 中度真空 (1~20Pa) 系列 60L ~ 1,200L /min.、DVSL中低度真空 (30~100Pa)系列 120L ~ 1,026L/min. 以及GVS低度真空 (500~750Pa) 系列 255L ~ 1,031L/min. (也非常歡迎諮詢高度真空排氣系統方案)。
  6. 英國Chromalytic克洛瑪麗緹氮氣產生器系列–包括：氮氣產生站HF30A (節能設計) 與 HF30P (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量17L ~ 32L/min. @ 7 bar) 以及 氮氣產生器HF30N (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量17L ~ 32L/min. @ 7 bar；CDA入氣需求 > 80L/min.) 與 HF60N (純度95.0% ~ 99.5%；氮氣流量34L ~ 64L/min. @ 7 bar；CDA入氣需求 > 160L/min.)。更高純度99.9995% 與 碳氫化合物 < 0.05ppm 氮氣產生器 (1L/min. 或 2L /min. @ 7 bar) 請洽詢 未來服務工業 人員 02-29002797 / 0937-847981 交流!
  7. 英國Chromalytic克洛瑪麗緹零級氣體產生器系列–包括：零級氣體產生器ZA4 (碳氫化合物 < 0.05ppm；氣體流量4L/min. @ 6 bar) 以及 零級氣體產生器ZA2 (碳氫化合物 < 0.05ppm；氣體流量2L/min. @ 6 bar) 。歡迎洽詢 未來服務工業 人員 02-29002797 / 0937-847981 交流!

科研實驗室One Air解決方案

未來服務工業Rental Air Service類型

EasyRentAir易租服務方案

GoUseAir長期租用服務方案(下圖左)

UtilityBuyOut租購服務方案(上圖右)

應用實績

EasyRentAir易租服務

GoUseAir長期租用服務方案

UtilityBuyOut租購服務方案

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岩田無油式空壓機 (站) 在科研實驗室應用

實驗室和工廠並不一定設有單獨的壓縮機房。如果是安裝在工作場所緊鄰處，就需要噪音極低的緊湊機型。日本岩田無油渦卷式空壓機SLP系列正是適合的解決方案，該系列空壓機最低運轉噪音可以達到41dB(A)，而且振動小。內置乾燥器的一馬力無油渦卷式空壓機採用緊湊型結構設計，可以直接安放在實驗室工作檯下面。裝有腳輪以及單相110V電源也可以在其他工作場所輕鬆使用。

需要潔淨乾燥壓縮空氣的場合多種多樣，內置膜管式乾燥器安裝在隔音主機隔音罩內部。並可以外置設計安裝精密過濾器與活性碳過濾氣來實現過濾精度為0.01µm且壓縮空氣含油量0.003mg/m3。

未來服務工業(股)公司規劃符合實驗室需求ISO 8573-1的壓縮空氣品質標準，應對較為嚴苛環境要求的科研實驗室應用。

日本岩田無油式空壓機平台有三個種類的產品方案 (請參考下圖岩田無油式空壓機產品方案平台)，包括：標準型無油往復式空壓機、靜音型無油往復式空壓機以及無油渦卷式空壓機三個種類。

其中靜音型無油往復式空壓機CFP-D系列與無油渦卷式空壓機SLP-D系列為能夠更接近使用現場，除了運轉噪音低減成為全球最低噪音的領導之外，內置乾燥機的機型更是考慮科研實驗室與科技廠辦空間需求的強度所設計出來的

四大特點對應科研實驗室需求

對於在科研實驗室工作的科學家、研究助理及工程師而言，健康愉快的作業環境對於人員以及實驗動物都有相當的影響也非常重要。無油氣逸散以及低運轉噪音的工作環境，是讓在實驗室工作的人員保持健康的心情與低汙染健康的條件；對於實驗動物方面來看，環境噪音超過53分貝以上是容易讓實驗動物不安與煩躁，體內化學賀爾蒙容易產生變化進而影響動物福利與實驗結果。

世界最低運轉噪音41dB(A)

ISO8573-1 Class 0 百分之百國際無油認證與節能大賞

特殊材料科學設計以及自動補償磨損間隙專利，讓日本岩田無油渦卷式空壓機 (下圖) 以及 無油往復式空壓機 (下下圖) 或得日本省能源大賞機器獎賞!

機體全球最長壽命

日本岩田無油渦卷式空壓機機體是全世界機體壽命最長中小型無油式空壓機機體，無油往復式空壓機也是世界領導的高長壽命機體!

立式設計節省每坪數十萬元空間

岩田無油式空壓機在科研實驗室應用

科學器皿乾燥與清潔

無塵室實驗機器設備氣動閥或氣壓缸驅動

冷卻實驗設備生物晶片 (CDA接觸晶片)

高科技試量產實驗產線

整合生醫製藥實驗室氮氣系統On-Site供氣

流變儀、分光鏡或細微性測量儀等分析儀器用壓縮空氣

無油壓縮空氣也用於光譜分析法。採用日本岩田的無油式空氣壓縮機 (站) ，可以為分析儀器傳動電機的空氣軸承提供了極高品質的潔淨乾燥壓縮空氣。

實驗室氣相色譜GC分析用壓縮空氣

實驗室氣體發生器用壓縮空氣

科研實驗室中有許多氣體的需求，一般會採用氣體鋼瓶來應對，但是如果用氣量需求較大且擔心人員進出頻率汙染實驗室場所，則會規畫設計On-Site氮氣產生系統 或者是 零空氣產生器…等來支持作業。包括 : LC-MS/MS 或是 GC-MS…等精密分析儀器都需要高純度的氮氣或者是零空氣提供給相關儀器使用，潔淨乾燥的壓縮空氣源變成是必要的Utility!

生技製藥實驗室中壓縮空氣的其他應用領域

其他應用包括：自動進樣器、血液測試、CO2、DSC、COT分析、劑量、ELSD檢測器、LCMS、食品分析、細微性測量、流變儀、光譜分析：AA、NMR、FT-IR…等等。

真空爐用壓縮空氣

科研實驗室使用特殊加熱爐來製造假體。真空爐用於快速而溫和地乾燥對溫度敏感的材料。對於這種嚴苛要求的應用，日本岩田無油渦卷式真空泵浦可提供最適宜的空氣源。

光學防震桌

小馬力的TWP與CWP微型無油式空壓機可以提供靜音且可靠的壓縮空氣源，讓各種放置精密儀器確保平衡穩定的光學防震桌正常運作。

三次元量測儀

大學研究室或實驗室應用

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採用無油式空壓站還是壓縮空氣鋼瓶?

許多科研實驗室以及生醫製藥產線設備使用壓縮空氣的流量一開始並沒有多到有集中供氣的空壓機系統機房，而這樣的潔淨乾燥壓縮空氣流量需求往往會選用空氣鋼瓶來應對；例如：有些生醫製藥設備僅需要100~200L/小時提供做為頂住氣壓缸使之靜止不作動的功用，因此可能會採用每支1,500~2,000元新台幣的40L的壓縮空氣鋼瓶。

選擇這樣的空氣鋼瓶方案往往會面臨幾個情況：

  1. 每個月需要幾次鋼瓶更換的頻率；許多高潔淨無塵室的廠房或實驗室往往擔心環境汙染的問題。
  2. 由於鋼瓶補充的時效性往往沒有很及時，也容易造成需要多備用鋼瓶，否則也很容易造成應用現場因為斷氣或者壓力不足而停止進度。
  3. 頻繁更換鋼瓶也表示使用壓縮空氣氣源的需求量帶動成本增加，而到了評估是否建置On-Site CDA 潔淨乾燥空壓機系統的疑問。

評估壓縮空氣的需求規範

實驗室建置前評估

通常在科研實驗室前會針對整個主要核心實驗流程與可能實驗操作決定精密儀器與設備種類數量，並且依據流程與空間需求進行實驗室空間與動線配置；而針對需求的儀器與設備是否需要壓縮空氣以及需要的壓縮空氣品質、流量、操作壓力、使用工況進行紀錄確認，於是會整理出乙份 URS (User Requirement Specification) 壓縮空氣需求清單 (範例)：

分析出上述的資料後可以發現壓縮空氣需求的操作壓力類別與壓縮空氣品質類別，接下來就可以再依據區域決定：

  1. 採用集中供氣配置、分散供氣配置或者混合型配置 (請參考上圖)。
  2. 不同需求壓力差異是否超過總需求%很多 (例如 : > 25%)，是否採用低壓化的集中供氣配置再區域局部增壓，或者建置高低壓系統 (請參考上圖下半部)。
  3. 壓縮空氣品質需求差異如果很大，可以採取局部提升壓縮空氣品質的解決方案(請參考下圖; 資料來源 Parker 公司)。

實驗室建置後更換方案

如果一開始就選用壓縮空氣鋼瓶的方案，除非是該區域有新增耗氣設備，否則應該用氣量屬於不大的情境，應該可以直接評估繼續採用鋼瓶較經濟且可以接受成本以外的因素；又或者是採用On-Site的潔淨乾燥空壓機系統建置。

由於空壓機系統需要吸入冷空氣，但是會排放冷凝水，因此通常我們不會考慮將空壓機系統建置在潔淨區域內；而如果能夠進一步滿足盡量不佔實驗室緊迫的空間，岩田無油渦卷式空壓機與靜音無油往復式空壓機 內置乾燥機 (器) 的空壓站機型是極佳的選擇方案。

岩田無油式空壓站機型 ( 壓力露點P.D.P. < 15℃ )：

無油渦卷式空壓機 (空壓站型) 包括 : SLP07EED (一馬力)、SLP22EFD (三馬力)。

無油渦卷式空壓機 (空壓站型) 包括 : CFP07C-8.5D (一馬力)、CFP22CF-8.5D (三馬力)。

壓縮空氣鋼瓶與On-Site無油式空壓站

如果每個月採用的壓縮空氣鋼瓶數量計算每支鋼瓶單價得到當月採購成本 (更仔細一點也應該評估等待補充的機會成本以及更換鋼瓶的內部成本) 後，可以直接與建置On-Site無油式空壓站比較；未來服務工業 針對 On-Site無油式空壓機建置 提供兩種方案：GoUseAir長期租用服務方案 以及 直接買斷服務方案。

GoUseAir租用服務方案

未來服務工業針對科研實驗室空壓機系統與氮氣產生機系統 提供 GoUseAir以租代購服務方案，GoUseAir長期租用服務的月租金費率涵蓋維護保養費用，也就是說使用者僅需每季支付租金，後續的巡檢保養與耗材更換都不需要再額外付費。

因此，評估的時候只需要將特定期間內採用鋼瓶方案的成本費用以及GoUseAir以租代購服務方案租金費用就能夠知道經濟面的差異；當然，由於日本岩田無油式空壓站十分穩定可靠，使用者不用擔心人員經常進出造成潔淨區域的汙染。

買斷服務模式

未來服務工業當然也提供一般銷售與售後服務模式，如果單純考慮經濟成本面的因素，企業通常考慮的投資回收年限為≦5年；當然，有些成本是屬於隱形的機會成本，例如 : 汙染或者是氣源供應等待的停止作業成本。

類似的方法也可以應用在 On-Site 氮氣產生器系統建置與氮氣鋼瓶的方案上的評估；唯一要考慮的是搭配的壓縮空氣品質要求的程度，因為會受到採用的氮氣產生器方案入口CDA的壓力要求與空氣品質規範而需要做評估。未來服務工業同樣提供英國Chromalytic氮氣產生器方案，包括 : 內置無油式空壓機系統的氮氣產生站 (請參考下圖)。

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日本岩田微型無油式空壓機_科研實驗室應用

空壓機一般是否被稱為微型會依據不同類型的機型而有不同的定義，對於螺旋式空壓機而言，十馬力 (含) 以下稱為微型螺旋式空壓機；而對於渦卷式空壓機或往復式空壓機則是以一馬力 (含) 以下稱為微型空壓機。

科研實驗室依據機構特性的不同，也會有不同功率大小的馬力數空壓機需求，以理化科學、生醫製藥、食品科學或者IC光電等高科技領域來看，高等教育機構實驗室採用的空壓機與國家級研究機構、大型育成中心或類似工研院等來的小很多；例如：台清交大學或成功、中央、陽明、北醫…等大學實驗室通常的需求是一馬力 (含) 以下空壓機為主，當然有時候也會需要到三馬力或五馬力的空壓機，只是壓縮空氣品質要求規範不同而有不同的系統配置。

各種空壓機種類有個別的優缺點，是否合適端視科研實驗室的要求而對應；例如：無油往復式空壓機雖然運轉噪音相對大 (請參考下列相同品牌岩田且馬力數相同的不同種類空壓機噪音比較圖)，但是當需求的操作壓力調降的時候，風量則會增加 (請參考下下圖)。

岩田微型無油往復式空壓機

日本岩田針對許多應用，特別是科研實驗室，推出一馬力 (含) 以下無油往復式空壓機；其中有運轉噪音極佳的靜音型系列 CWP-04C (1/2馬力) 以及CFP07B-8,5(D) (1馬力，有無內置乾燥器以及內置乾燥器兩型)。而預算較經濟但是運轉噪音相對較高一點的無油往復式空壓機則有 TWP02 (1/4馬力)、TWP04 (1/2馬力) 以及 TFP07 (1馬力) 三型，皆能夠使用單相110V的電源運轉。當然如果1馬力需要三相220V電壓，也可以特別聲明訂購。

其中CFP可以內置乾燥器達到較低的壓縮空氣壓力露點，或者是外置冷凍式乾燥機或者只需要水滴過濾器 (氣水分離器) 也可以依據需要配置。

岩田微型無油渦卷式空壓機

日本岩田是世界第一家推出上市的無油渦卷式空壓機品牌，迄今上市商轉已經超過35年，且全球銷售量第一累積達到700,000台的紀錄，目前年銷售量40,000台的水準。是目前全球最靜音，也是機體壽命最長的品牌。

為滿足更多需要靜音要求的應用場域，日本岩田也推出Prime SLP系列 ( 2馬力 41dB(A) 以及 3馬力 44dB(A) 機型)，以滿足客戶需求。

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AI在科研實驗室空壓機系統能協助做哪些事情?

前一陣子參加SEMI高科技廠房設施論，其中一位半導體廠務處長的Speaker提到自己問了ChatGPT關於AI能夠幫忙高科技廠房廠務系統做哪些事情，一時興起我也問了ChatGPT 下列這個問題：AI能夠為我們的壓縮空氣系統做哪些事情？以下是它給我們的回答，其實方向上還真的是蠻專業的…。

我們來看看ChatGPT的原文回答：

AI can play a crucial role in optimizing and managing compressed air systems in high-tech factories where precision, reliability, and energy efficiency are of utmost importance. These advanced facilities often have stringent requirements, making AI-powered solutions even more relevant. Here’s how AI can be applied to enhance the performance of compressed air systems in high-tech factories:

  1. Energy Efficiency (能源效率管理) :
    • Demand Forecasting (需求預測) : AI can analyze historical data and real-time usage patterns to predict when compressed air will be needed, optimizing energy consumption during peak and off-peak periods.
    • Pressure Control (操作壓力控制) : AI-driven control systems can adjust compressor operations dynamically to maintain precise pressure levels, reducing energy waste and wear on equipment.
    • Variable Speed Drive Optimization (變頻驅動最適化) : AI can optimize the speed of compressors with variable speed drives to match demand, resulting in energy savings.
    • Leak Detection (洩漏偵測) : AI-powered sensors can continuously monitor the system for air leaks and pinpoint their location, minimizing energy wastage.
  2. Predictive Maintenance (預知保養) :
    • Anomaly Detection (異常偵測) : AI can identify unusual behavior in the compressor system data, allowing maintenance teams to address potential issues before they lead to downtime.
    • Component Wear Prediction (部品磨耗預測) : Machine learning can predict when specific components, like valves or filters, are likely to fail, enabling proactive replacements and reducing downtime.
  3. Remote Monitoring and Control (遠端監控) :
    • Remote Operations (遠端操作) : AI can enable remote monitoring and control of the compressed air system, allowing operators to make real-time adjustments, troubleshoot issues, and optimize performance from anywhere.
    • Mobile Alerts (移動通知) : AI can send alerts and notifications to maintenance teams or operators when critical events or anomalies occur, minimizing downtime and disruptions.
  4. Optimized System Design (最適化系統設計) :
    • System Simulation (系統模擬) : AI-based simulations can assist in designing and optimizing compressed air systems for maximum efficiency, reliability, and scalability.
    • Redundancy Planning (備援計劃) : AI can help determine the optimal level of redundancy within the system to ensure uninterrupted operations while minimizing energy consumption.
  5. Data Analytics (資料分析) :
    • Historical Data Analysis (歷史資料分析) : AI can analyze historical data to uncover trends and patterns that can inform future system improvements and optimizations.
    • Real-time Analytics (即時分析) : AI can provide real-time insights into system performance, allowing for quick decision-making and adjustments.
  6. Energy Cost Reduction (能源成本低減) :
    • Energy Cost Forecasting (能源成本預測) : AI can predict energy cost fluctuations and optimize compressor operations to reduce energy expenses during peak pricing periods.
  7. Sustainability (永續性) :
    • Carbon Footprint Reduction (碳足跡低減) : AI can assist in minimizing the carbon footprint of compressed air systems by optimizing energy usage and reducing waste.
  8. Compliance and Reporting(規範符合與報告) :
    • Regulatory Compliance (法遵或規範符合) : AI can ensure that the compressed air system complies with environmental and safety regulations by continuously monitoring and reporting on performance.
  9. User Training and Assistance (使用者訓練與協助) :
    • AI-driven Training (AI或者說AR/VR驅動的訓練模式): AI-powered training tools can help operators and maintenance personnel better understand the intricacies of compressed air systems and how to optimize them for high-tech manufacturing processes.

Implementing AI in a high-tech factory’s compressed air system necessitates data acquisition through sensors, robust data integration, advanced machine learning models, and an intuitive user interface for operators and maintenance staff. Regular updates and adjustments to the AI algorithms based on evolving operational conditions are essential to maintain optimal system performance.

各位 前輩覺得ChatGPT的回答是否令人滿意？

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IC與光電實驗室空壓機系統解決方案_無油渦卷式

日本岩田無油渦卷式空壓機提供1馬力單模組至40馬力多模組無油渦卷式空壓機，主要應用在半導體科技廠辦、電子科技廠辦、生技製藥廠辦、高科技實驗室以及新藥實驗室…等領域 (食品飲料行業以及噴塗表面處理行業也非常適合採用)。

岩田無油渦卷式空壓機在各類型科技廠辦空壓機系統深獲採用，尤其在無油渦卷式空壓機更是世界銷售數量與銷售額第一名的品牌，深獲科技廠辦中小型無油式空壓機採用的主要原因是：

新近開發之產品為因應日本噪音防制法以及密閉空調空間的運轉噪音控制，噪音值最低到達41dB (A) 的水準，深獲科研實驗室與小型生產線的喜愛。

岩田渦卷穩定耐久與持續節能的關鍵

穩定耐久_(1)材料技術與極簡機體設計

穩定耐久_(2)極簡整機設計

穩定耐久_(3)多模組設計

穩定耐久_(4)自動化生產技術

持續節能

持續節能_(1)複合材料密封技術

持續節能_(2)高分子樹脂密合技術延伸

持續節能_(3)多模組多段啟停節能控制

所有部品與零件整體設計均不過載使用

日本岩田無油式空壓機除了機體自製研發之外，同時採用長期協同設計驗證的日本Toshiba東芝電機、三菱電氣部品…等關鍵部品零件；在現在大多數品牌設計為降低成本，許多關鍵部品 (例如 : 馬達或變頻器) 多會過載設計使用，造成穩定性有問題。同樣地，為了降低成本也會採用未經長期驗證的公版加工零件與三線馬達部品… 等影響持續節能與穩定性可靠度的部品零件，這也是為甚麼日本岩田無油渦卷式空壓機深獲全球用戶信賴成為世界第一品牌的原因！

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科研實驗室空壓機系統低壓化

空壓機系統壓力的現況分析

事實上科研實驗室需求的壓縮空氣通常是用來清潔或乾燥實驗室玻璃器皿 (壓力需求約2.5~3.5 bar)、驅動設備的氣壓缸或氣動閥 (壓力需求約4.5~5.5 bar)、藥丸或小分子藥物混合需求的造粒機…等潔淨空氣 (壓力需求約6.0~6.5 bar)、LC-MS/MS或GC…等質譜分析儀器前端製造氮氣或零空氣的氣體產生氣 (壓力需求約7.0~8.0 bar)…等。其實70%壓力的需求多會落在 3.0~6.0 bar 之間，而許多科研實驗室規劃空壓機系統壓力的設定多依據需求的操作壓力最高的儀器設備來選型，也因此科研實驗室許多空壓機的標準操作壓力設定在7.0~10.0 bar之間。

空壓機每提高操作壓力1 bar，能效會降低7~9%不等；往復式空壓機會以減少風量方式呈現，而迴轉式空壓機則會以提高耗電或減少風量兩種方式呈現。以上面的不同壓力的用氣需求來看，日本岩田的研究發現多數機構呈現下列壓力用氣需求的情況：

需要使用到6.0 bar以上操作壓力的比重僅約佔15%，而如果科研實驗室空壓機採用集中供氣配置，則空壓機系統壓力多設定在7.0~9.0 bar，較需求壓力高所產生的能源浪費假設以8.0 bar核算，系統高壓產生的電費浪費約 (8.0-3.0) * 40% * 7% + (8.0-5.0) * 45% * 8% + (8.0-7.0) * 15% * 9% = 14% + 10.8% + 1.4% = 26%左右；以上姑且不論空氣管路或接頭洩漏會因為壓力越高洩漏量越大的效應。

實踐空壓機系統低壓化的解決方案

集中供氣配置則採局部增壓方式

也就是將中央供氣配置的整體系統壓力設定5.5~6.0 bar左右，針對需要高於6.0 bar操作壓力的儀器設備，利用無油式增壓機來提供科研試驗室較高壓的氣源；我們提供的局部增壓解決方案可以下載下列資料參考。

日本岩田無油式增壓機型錄下載

如此方案約可節能25% (含) 以上因為低壓化提高能源效率的效果。

分散式配置供氣

如果目前整棟科研中心是採用集中供氣的系統配置，實際上也能夠利用上圖提到的方式逐步採用分散式配置系統；但是空壓機kW (馬力數) 本身太小也有效率過低的問題，也能夠採用高低壓分系統方式，將鄰近的區域壓力需求差不多的整合成一個群組提供氣源。

結論

由於台灣的空壓機系統導入多數是模仿或依循美軍或美國系統，因此多採用集中供氣配置模式，因為美國地大物博且當時認為空壓機是耗能的設備，空壓機kW功率越大效能越好，而空壓管路不耗電，所以採用大功率集中供氣系統模式。

但是隨著實務研究與空壓機系統相關技術的進步，並發現系統壓力與管路洩漏 (平均佔空壓機耗能的25%) 成為不必要的浪費；而且集中供氣的空壓管路經過許多不需要壓縮氣源的地方，除了增加管線工程費用，也增加了洩漏與壓降損失的機會。

小區域集中供氣或者系統低壓化搭配局部增壓成為日本節能的領先手法，也因此日本神鋼推出的螺旋式空壓機能夠在壓力低減之後增加風量，日本岩田無油往復式空壓機也具有這樣的特質。小區域化集中供氣與分散式配置則附帶結合部門自主管理及時減量、成本中心與彈性快速復原或專案改善快速修改…等優勢，正在逐步發酵中! 空壓機系統低壓化是節能減碳的利器，歡迎各位前輩下載應用!

CDA系統壓力低壓化搭配局部增壓節能策略下載

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