Microsoft PowerPoint - Ⅳ．空気圧システムのCO2削減ポイント

コンプレッサの消費電力

国内総発電量の ５％ 一般工場の総電力量の ２０～２５％

コンプレッサ コンプレッサ

全国にて稼動中コンプレッサの消費電力を２０％

削減で きれば

国内総発電量の約１％の削減につながります

ユーザー様稼動中コンプレッサの消費電力を２０％

削減で きれば

工場総電力量の約４～５％の削減につながります

※参考：平成２９年度の日本の総発電量９,１３３.３億ｋＷｈ コンプレッサの使用電力量 約４５７億ｋＷｈ

製造設備・照明・空調など

コンプレッサの運転経費比率

経 費 別 金 額 ^経費比率 電気料金 圧縮機

換気扇 電気料金計

７ , ４８５ , ０００ 円 ４１９ , ０００ 円 ７ , ９０４ , ０００ 円

83.6%

保守費用 人件費 約 ５２０ , ０００ 円 ５４４ , ０００ 円

11.3%

（約 ５.８％）

本体償却費 ４８６ , ０００ 円 5.1%

年間総運転費用 ^９ , ４５４ , ０００ 円 100%

○

試算圧縮機条件

油冷式スクリュＵタイプ ７５ｋＷ 購入価格 ３,８００千円

換気扇容量 ３.７ｋＷ 年間稼動時間 ６,０００Ｈｒ 年間稼動日数 ３００日 電気料金 ￥１７/ｋＷｈ

○

保守費用

保守要員給料 ３５０,０００円/月 保守時間 ３０分/日

定期整備（メーカー基準にて施工）

○

減価償却

償却期間 ７年、定額法

（取得価格 ｘ ０.９ ｘ ０.１４２）

１１年間使用すると １億円の経費が掛かります

（会社負担経費含む）

定期整備費

アンロード

空気圧縮機の省エネ改善ポイント

１．吐出（運転）圧力の低圧化

＜メーカー出荷時の圧力設定で稼働してませんか？＞

０.６９ ⇒ ０.５９MPaに下げると約８％の低減（１段型）

a）クリーン化機器の圧損 b）配管サイズの適合性 c）生産設備機器の見直し d）圧縮機部品の保守

２．運転システムの構築

＜不測事態での突然圧空切れ防止＞

a）無駄な運転機の停止 b）中間負荷運転機見直し⇒インバータ機の検討 c）高効率台数制御盤の活用

３．高効率機の採用

a）１段⇒２段圧縮機の検討 b）高効率モータ搭載機の検討

４．消費空気量の削減

約７％の低減（２段型）

P G

空気圧縮機の省エネ改善に必要な検討・改善項目

∬∬

圧縮機 ^{クリーン化機器} 配管（供給ライン） 生産ライン

空気圧縮機の省エネ改善は、

経営計画（生産量）に連動し、併せて 工場全設備の見直しが必要です。

性能・運転システム 圧力損失 圧力損失・エアー漏れ（ここに限らず全体） 生産設備の把握

∬

設定（運転）圧力 アンロード特性

比動力費 部品劣化 単独ｏｒ自動 吸込み空気温度

現在の圧損 最大の圧損

（管理値）

フィルタ内エレメント 交換基準見直し

現在の圧損 配管サイズの適合性

エアー漏れ量

最低必要圧力 必要空気量 最新鋭設備との

省エネ比較

現状を正しく把握 記録

＜空気圧縮機の省エネ改善は、数値管理・数値目標が必要です＞

P G

（容積形圧縮機：低温なほど消費電力性能は向上）

空圧機器設備の現状（Ⅰ）

型 式

出力

（kW）

入 力

（kW）

設計圧力

（MPa）

現在圧力

（MPa）

吐出空気量

（m³/min）

比動力費

（kW/m³/min）

備 考

ABC75 ^（１号）

７５

０ ０

６９ 停止中 １２

３

DEF75 ^（２号）

７５

０ ０

６９ ０

６９ １２

３ 台数制御？

GHI100 ^（３号）

１００

０ ０

６９ ０

６９ １８

０

Max:42.6 ^{※耐圧証明書有無}

作成： 年 月 日 担当：

１．圧縮機

型 式 消費電力

（kW）

処理空気量

（m³/min）

現在差圧

（ΔP:MPa）

管理差圧

（ΔP:MPa）

備 考

冷凍式ドライヤ

JKL123

６

８ ４７

０ ０

０２

プレフィルタ

MNO456

＿

４５

０ ０

０５

ミストフィルタ

PQR789

＿

４５

０ ０

０６

※耐圧証明書有無

計

２．クリーン化機器

空圧機器設備の現状（Ⅱ）

３．配管（供給ライン）

４．生産ライン

レシーバタンク 容 量 （ m

） ： １

８

現在圧力（ MPa ）： ０

５６

メイン配管 配管径（ A ）： ８０ ＜３

＞

配管長（ m ）： 約１００ 最大空気流量と配管径は？（後述）

末端圧力(MPa) ａ（部品加工） ： ０

５０ ｂ（組み立て） ： ０

５０

（塗 装） ： ０

４９

圧縮機からの最大差圧 :C （塗装）⇒０

２０

設備機器名 最低必要圧力

（

）

必要空気量

（ m

/min ） 台数 空気量 計

（ m

/min ） 備 考

？

プレス ０

４９ ０

５ １５ ７

５

射出成型機 ０

４９ １

８ ５ ９

０ 最新鋭設備機器との比較 塗装ブース ０

４５ ０

９ ２ １

８

・・・・・ ・・・・ ・・・・ ・・ ・・・

高圧要求設備

０

７０ ０

７ １ ０

７

Min:0.49 Max:37.5

ブースターコンプレッサ

又は増圧弁にて昇圧して供給

∬∬

ABC75（1号） ∬ 12.3m^３/min

DEF75（2号）

12.3m^３/min

GHI100（3号）

18.0m^３/min 停止

０.６９ MPa

０.６９ MPa

容量：１.８ｍ^３ ０.５６MPa

塗装ライン ０.４９MPa Δ０.１３MPa

80A：約100ｍ

Δ ０.２０MPa

Max供給量 ４２.６ｍ³/min Max供給圧力 ０.６９ MPa

Max使用量 ３７.５ｍ³/min

Min保持圧 ０.４９MPa

部品加工 ０.５０MPa

組み立て ０.５０MPa

空圧機器設備の現状（Ⅲ）

６,０００Ｈｒ/年稼動、￥１７/ｋＷｈとして

＜上記状態（２・３号機がほぼフル稼働）での消費電力量 料金＞

１,１２９,０００ｋＷｈ/年間 ￥１９,１９３,０００/年間

P G

P G

M M

PG1 P S PG2

VPS

MV3

MV2

ＯＮ

ＯＦＦ

閉

油圧上昇

油回収器の油圧が ０．２ (MPa) 程度

以上に上昇

M M

PG1 P S PG2

VPS

MV3

MV2

ＯＮ

ＯＦＦ

閉

油圧上昇

油回収エレメント

油冷式スクリュ圧縮機概略系統図

0.69MPa

0.79MPa

0.1MPa過圧

新品：-3KPa(-20mmHg)

↓

-14KPa(-105mmHg)で約10%浪費

約８％のロス

交換基準見直し

圧縮機の仕事量（動力）は油回収エレメントの一次側圧力！

温度調整弁

オイルクーラ 冷却

潤滑 シール 吸込フィルタ

モータ 本体

圧力調整弁

吸気調整弁

オイルフィルタ

潤滑油

保圧逆止弁

※含油量（３７kW）

０.００２CC/m^３x ６.５５m^３/minx ６０ x ３,０００Hr/年≒２,４００CC/年

※含油量

22P

圧縮機の吸込空気量と末端消費空気量を容量調整装置にてコントロールし圧力を一定範囲内に保つ

圧縮機のアンロード特性（機構）を認識しましょう

制 御 方 式 制 御 方 法 適 用 機 種

①オンオフ式（圧力開閉） 100%全負荷運転と停止状態を繰り返す モータ発停頻度から小型機限定

②吸込み絞り式 容量調整弁を無段階に開閉し吸込空気量を調整

＜吸込側は真空＞ （＋パージ運転＋自動発停） 油冷式スクリュ圧縮機の主流

③ロード/アンロード式 容量調整弁を全開/全閉にて吸込空気量を調整

（＋パージ運転＋自動発停）

a）オイルフリースクリュ圧縮機 レシプロ・ターボ（一部）

b）油冷式スクリュ圧縮機（一部）

④スライド弁式 ケーシングの一部をスライドさせ、圧縮に有効な

スクリュローターの長さを調整し空気量を調整 油冷式スクリュ圧縮機の大型機

⑤回転数制御式（インバータ） 吐出圧力を一定に保ち、モータの回転速度を制御

し容量調整を行う （＋自動発停） スクリュ全般

空気圧縮機の消費電力低減を考えるうえで、全負荷時消費電力性能以上に重要なのは、

中間負荷時、消費空気量に従って圧縮機が容量制御された時の消費電力性能です。

a）油冷式

b）ドライオイルフリー

圧縮機のアンロード特性（機構）と動力曲線

０ ５０ １００

使用空気量（％）

消費電力比（％）

１００

５０

④スライド弁

③a）ロード/アンロード

入 力

（カタログ表示なし）

入力 ＝ 軸動力 ÷ モータ効率

③b）油冷式ロード/アンロード

＋パージ運転 ＋自動発停

②吸込み絞り

⑤a）回転数制御（油冷式IPMモータ）

⑤b）回転数制御（ドライオイルフリー）

85

定速機（標準機）と回転数制御機（インバータ）の消費電力差

前項のグラフ通り、「吸込み絞り式」と「回転数制御式」では、使用空気量７０％時に約２４％の 比動力費（軸動力ベース）の差異が有り、下記の条件で試算すると・・・

【平均使用空気量：７０％、年間稼動時間：６,０００Ｈｒ、電気料金：￥１７/kWh】

①吸込み絞り式 ＜軸動力(出力)：７５kW、モータ効率：９５.０％＞

②回転数制御式＜軸動力(出力)：７５kW、総 合 効 率：９０.０％＞

（モータ効率＋インバータロス）

①（７５ kW ÷ ０ . ９５） ｘ ０ . ９１ ｘ ６ , ０００Ｈｒ

４３１ , ０５３ kWh/ 年間

②（７５ kW ÷ ０ . ９０） ｘ ０ . ７０ ｘ ６ , ０００Ｈｒ

３５０ , ０００ kWh/ 年間

① – ② ＝

８１ , ０５３ kWh ｘ ￥１７

※ドライオイルフリースクリュの場合、

定速機自身のアンロード特性が優れておりインバータによる省エネ効果は少ない！

（定速機：３７５,０００ｋＷｈ/年間、 インバータ：３６５,０００ｋＷｈ/年間）

１０,０００ｋＷｈ/年間 ￥１７０,０００/年間 の削減

（全負荷時入力） ｘ 消費電力比 ｘ 運転時間

【油冷式スクリュアンロードタイプ（％）：７０＋（３０ ｘ 負荷率）】＝

【吸込み絞り式】

（50Hz：トップランナーモータ搭載）

（約▲４１,５００t-CO2）

台数制御運転システム（イメージ）

先 発 先 停 方 式 先発先停方式 ＋ インバータ

台数制御運転システムの構築による省エネ効果

１日の工場稼働状態を見ると、時間帯により必ずといって良い位にエアー消費量の変動があり、

日（週）毎にもエアー消費量が違ってきます。

複数台数で単独運転をしてる場合、運転機の中に効率の悪い「中間負荷運転」が必ず生じるので、

単独運転と台数制御運転した場合での省エネ効果を検証します。

【油冷式スクリュ圧縮機制御モデル図】

消費電力比（％）

５００ ４００ ３００ ２００ １００

０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００

使用空気量（％）

（インバータ機）

①単独運転

②先発先停方式

③先発先停方式

＋インバータ ２

３ １

＝ 条 件 ＝

７５ｋＷ ｘ ５台、モータ効率：９３％、年間稼動時間：６ , ０００Ｈｒ（２０Ｈｒ / 日 x ３００日 / 年）

吐出圧力：０ . ６９ MPa 、電気料金：￥１７ / ｋＷｈ、エアー消費量変動：下記グラフ

エアー消費量（％）

１００

８０

６０

４０

２０

０

（61.5m³/min）

０：００ ２：００ ４：００ ６：００ ８：００ １０：００ １２：００ １４：００ １６：００ １８：００ ２０：００ ２２：００ ２４：００

エアー消費量変動の把握には、外部専門家（圧縮機メーカー等）の参画も必要です！

停止

起動

【エアー消費量：14,391,000m³/年間】

検 証 結 果 （Ⅰ）

［計算例］ 単独運転時、負荷率：５０％⇒ ２Ｈｒ

＜ （７５.０ｋＷ ÷ ０.９３ ｘ ５台） ｘ ０.８５〔消費電力比〕 ｘ ２Ｈｒ ≒ ６８５.１ｋＷｈ ＞

０ １,５００ ２,０００ ２,５００万

消費電力量（kWh/年間）

全圧縮機を１００％運転した場合（参考）

①単独運転

②先発先停止方式

③先発先停止方式＋インバータ

（２,４１９,４００kWh）

（２,１６４,２００kWh）

（１,６７３,１００kWh）

（１,５８３,１００kWh）

＜￥３６,７９１,４００＞

＜￥２８,４４２,７００＞

＜￥２６,９１２,７００＞

▲４９１,１００ｋＷｈ（▲２２.７％）

▲￥８,３４８,７００

▲５８１,１００ｋＷｈ（▲２６.９％）

▲￥９,８７８,７００

XXXX！

＜￥４１,１２９,０００＞

（約▲２５１,４４０t-CO2）

（約▲２９７,５２０t-CO2）

検 証 結 果 （Ⅱ）

省エネ レベル

消費電力量

（kWh/年間）

使用電気料金

（¥/年間）

比動力費

（kW/m³/min）

電気料金単価

（¥/m³/min）

①単独運転 １ ^２,１６４,２００ ３６,７９１,４００ ９.０ ２.５６

②先発先停止方式 ２ ^１,６７３,１００ ２８,４４２,７００ ７.０ １.９８

③先発先停止方式

＋インバータ

＜推奨＞

３ ^{１,５８３,１００ ２６,９１２,７００ ６.６ １.８７}

④設定圧力見直し

（▲０.１０MPa） ４ ^１,４５６,５００ ２４,７６０,５００ ６.１ １.７２

⑤エアー漏れ手直し ５ w,www,www xx,xxx,xxx y.y z.zz

１）台数制御運転システム： a ）運転時間の均一化・発停頻度の緩和が図れる「先発先停方式」

b）効率の悪い中間負荷運転を無くす「１００％ロック機構」付き c ）インバータ機を有効活用する制御機能付き を選定しましょう。

☆不測事態（運転機の突然停止）に備え、予備機の設置をお勧めします。

空気配管抵抗資料 （Ⅰ）

配管径 自由

空気量 m³/min

25A 1B

40A 1¹/₂B

50A 2B

65A 2¹/₂B

80A 3B

100A 4B

150A 6B

200A 8B

3 0.80

4 1.37 0.13

5 0.20 0.06

6 0.28 0.09 0.02

7 0.37 0.12 0.03

8 0.47 0.15 0.04

9 0.19 0.05

10 0.23 0.06

12 0.33 0.09 0.03

20 0.84 0.23 0.08 0.03

30 0.48 0.17 0.06

50 1.23 0.44 0.14 0.02

100 1.57 0.51 0.07 0.02

150 1.09 0.14 0.03

公 称 管 径

【空気配管抵抗損失早見表】 （単位：kgf/cm²）

１）初圧０.６９MPa（７ｋｇｆ/cm²）の自由空気量を直管で１００ｍ通過させた時の圧力降下値です。

２）管径のAはｍｍ、Bはインチを意味します。 ＜圧力降下値は長さに比例します＞

３）配管内空気温度２０℃、配管用炭素鋼管（SGP）の場合とする。

エアー配管の圧力損失計算式

Δ Ｐ ＝ ０ . ３９ x Ｕ x x ｌ x １０

ｄ

ｒＶ

２ｇ

Δ

Ｐ：直管における圧力降下（ＭＰａ）

Ｕ：摩擦係数・・・下表 ｌ ：管の長さ（ｍ）

ｄ ：管の内径（ｍ）

ｒ ：流体の密度（Ｋｇ / ｍ

）

空気の場合：１ . ２９３１（大気圧、０℃時）

ｒ ＝ １ . ２９３１ x x ｔ：流体の温度（℃）

ｐ：流体の絶対圧力（ＭＰａ）

Ｖ：流体の平均速度（ｍ / ｓｅｃ）

Ｖ ＝ Ｑ ＝

ｑ ：大気圧換算空気流量（ｍ

/ ｍｉｎ）

Ｑ ：圧力ｐにおける空気流量（ｍ

/ ｍｉｎ）

Ａ ：配管の断面積（ｍ

）

ｇ ：重量加速度（９.８１ｍ/ｓｅｃ

）

２７３ ２７３ ＋ ｔ

ｐ ０ . １０１３

Ｑ Ａ x ６０

０.１０１３ ｘ ｑ ｐ

管径ｄ（ｃｍ） 2.76 5.29 8.07 10.53 13.08 15.52 18.01 20.47 22.94

呼び径（Ａ） 25 50 80 100 125 150 175 200 225 Ｕ

※配管用炭素鋼管（ＳＧＰ）の場合

空気配管抵抗資料 （Ⅱ）

部品劣化による無駄な電気代

一見、順調に稼動しているように見える圧縮機ですが、実は無駄が潜んでます！

吸込みフィルターエレメント 目詰り吸込圧力

KPa （mmHg）

吐出空気量

m^３/min

消費電力

kW

比動力費

kW/m³/min

無駄な電気代

¥（月間）

–３ （–２３）新品 １２.３ ８０.６ ６.５５ —

–６ （–４５） １１.９ ７９.８ ６.７１ １６,７３５

–９ （–６８）交換 １１.４ ７８.８ ６.９１ ３７,６５４ –１５ （–１１３） １０.７ ７７.６ ７.２５ ７３,２１７

【７５ｋＷ実機によるテストデータ】

目詰まり侵攻により吐出空気量・消費電力とも低下しますが、比動力費は上昇します。

油 回 収 エ レ メ ン ト 「油冷式スクリュ圧縮機の場合」

エレメント圧損

MPa

消費電力

kW

無駄な電力

kW

無駄な電気代

￥ （月間）

０.０２ 新品 ８０.６ — — ０.０７ ８３.４ ２.８ ２３,８００ ０.０９ 交換 ８４.７ ４.１ ３４,８５０ ０.１２ ８６.３ ５.７ ４８,４５０ ０.１７ ９２.８ １２.２ １０３,７００

【７５kW実機によるテストデータ】

１ヶ月稼動：500Hr 電気料金：¥17/kWh

P G

賢い圧縮機 他

１）ライン圧力制御 ^{０.５９ＭＰa}

Ａ号機

Ｂ号機：ライン圧制御機

最大圧損 ０.０９ＭＰａ

現在圧損 ０.０５ＭＰａ

Ａ号機：クリーン化機器の最大圧損を見込んで ０.６８ＭＰａ以上で運転

Ｂ号機：クリーン化機器の現在圧損分のみで ０.６４ＭＰａで運転が可能です

測定データに基づいて、現状把握から具体的な改善方法までトータルにサポート

各実施業者毎に測定方法は異なりますが、

貴社状況を踏まえ、それぞれご相談下さい。

２）ＩｏＴクラウドサービス

３）省エネ診断システム

メーカー・タイプを問わず 全ての圧縮機に対応します

消費

時 刻 空気量 ^{年間電力費}

（㎡/min） № １号機 № ２号機 № ３号機 № ４号機 （￥）

１９：１０ ５７．０ ５８ ７９ ６１ ０ 339,293

１９：２０ ５５．６ ５７ ７６ ６０ ０ 337,075

１９：３０ ５５．０ ５７ ７５ ５９ ０ 336,084

１９：４０ ５５．３ ５７ ７６ ５９ ０ 336,706

： ： ： ： ： ： ：

現 状 運 転 （データ測定結果）

各機負荷率 ％ 年間電力費

№ １号機 № ２号機 № ３号機 № ４号機 （￥）

１００ ０ ０ ９８ 266,606

１００ ０ ０ ９３ 262,878

１００ ０ ０ ９１ 261,402

１００ ０ ０ ９２ 262,267

： ： ： ： ：

自 動 運 転 時 （省エネシミュレーション結果）

各機負荷率 ％