容積式コンプレッサーの種類と用途：機能性とアプリケーションを探る

一般的な経験則では、容積式コンプレッサーはベースロード要件に最適とされています。では、どう動作するのでしょうか？ 容積式コンプレッサーは、1つまたは複数の圧縮室に空気を吸い込みます。1つまたは複数の可動部品の変位により各室の体積が減少すると、圧力が上昇します。

今日は、容積式圧縮を採用するさまざまなタイプのコンプレッサーを見ていきます。

ピストンコンプレッサー

ピストンコンプレッサーは、最も古く、最も一般的な産業用コンプレッサーです。単動・複動、オイル潤滑・オイルフリー、さまざまなシリンダー数と構成で利用可能です。

オイルフリーピストンコンプレッサーは、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）やカーボン製のピストンリングを使用します。あるいは、ラビリンスコンプレッサーのようにピストンとシリンダー壁を成形することもあります。大型機にはクロスヘッドとガジェオンピンのシール、クランクケースから圧縮室へのオイル移行を防ぐ通気付き中間部が装備されます。小型コンプレッサーでは、永久密封ベアリング付きクランクケースを採用することが多いです。

ロータリースクリューコンプレッサー

1930年代に開発されたツインスクリュー形式の回転変位コンプレッサーは、雄ローターと雌ローターの2つの主要部品を持ち、それらが逆方向に回転しながら、ハウジングとの間の体積を減少させます。各スクリュー要素には、その長さ、スクリューピッチ、吐出ポート形状に依存する固定の内蔵圧力比があります。最大効率を得るには、内蔵圧力比を必要作動圧力に適合させる必要があります。

最新のオイルフリースクリューコンプレッサーは、非対称スクリュープロファイルを採用し、内部リークを低減し、エネルギー効率を向上させています。外部ギアで反転回転するローターの位置を同期させます。ローター同士が接触しないため、圧縮室に潤滑は不要で、完全なオイルフリーエアを生成します。

液体注入式スクリューコンプレッサーは、圧縮室（多くの場合ベアリングも）で液体潤滑を使用します。液体がコンプレッサー要素の可動部を冷却・潤滑し、圧縮空気を冷却し、吸気側への逆流を減らします。今日では、優れた潤滑性とシール性からオイルが最も一般的です。その他には水などが使用されます。

トゥースコンプレッサー

トゥースコンプレッサーは、圧縮室内で逆方向に回転する2つのローターを持ちます。圧縮プロセスは吸入、圧縮、吐出の3フェーズで構成されます。吸入フェーズでは、ローターが吸入口を塞ぐまで空気が圧縮室に吸い込まれます。圧縮フェーズでは、ローターの回転により圧縮室が小さくなり、空気が圧縮されます。最終フェーズでは、吐出ポートが一方のローターによって塞がれている間、吸入口が開き、圧縮室の反対側に新しい空気が吸い込まれます。

スクロールコンプレッサー

スクロールコンプレッサーは通常、オイルフリーの軌道変位型コンプレッサーで、特定量の空気を連続的に減少する体積に圧縮します。圧縮要素は、ハウジングに固定されたステータースパイラルと、モーター駆動の偏心軌道スパイラルで構成されます。スパイラルは180°位相差で取り付けられ、徐々に体積が変化するエアポケットを形成し、スクロール要素にラジアル安定性を提供します。軌道スパイラルが動くと、空気が吸い込まれ、エアポケットの一つに捕捉され、中心に向かって移動しながら徐々に圧縮されます。

ベーンコンプレッサー

ほとんどのベーンコンプレッサーはオイル潤滑式で、多くの圧縮空気膨張モーターと同じ原理で動作します。ラジアルな可動ブレード形状のベーンを持つローターが、ステーターハウジングに偏心して取り付けられます。回転すると、遠心力でベーンがステーター壁に押し付けられます。ローターとステーターの距離が増える際に空気が吸い込まれ、異なるコンプレッサーポケットに捕捉され、回転とともに体積が減少し、ベーンが吐出ポートを通過すると排出されます。

ルーツブロワー

ルーツブロワーは、内部圧縮のないバルブレス変位コンプレッサーです。圧縮室が吐出ポートと接触すると、圧力側からハウジングに圧縮空気が逆流します。その後、圧縮室の体積が回転とともにさらに減少することで、さらなる圧縮が起こります。したがって、完全な逆圧力に対して圧縮が行われ、低効率と高騒音になります。ルーツブロワーは、真空ポンプや低圧用途の空気搬送によく使用されます。

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