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圧縮空気は産業環境における第 4 のユーティリティと呼ばれることがよくありますが、その汚染レベルは依然としてシステムの信頼性において最も見落とされている変数の 1 つです。固形破片、水のキャリーオーバー、およびオイルエアロゾルは、空気圧コンポーネントの寿命、製品の品質、および計器の精度に直接影響を与えます。国際的なベンチマーク 圧縮空気の純度クラス ISO 8573-1 で定義されているものは、大気の質を指定、測定、検証するための定量化可能なフレームワークを提供します。この記事では、ブランドの偏見や一般的な推奨事項を排除して、微粒子クラス 1 のしきい値、油汚染物質の制限、多段階ろ過のコンプライアンス、および工業用検証プロトコルに焦点を当てて、各純度クラスについて技術的に詳しく説明します。
ISO 8573-1:2010 改訂版を理解することは、濾過システムを指定したり、リスク評価を実行したり、既存の空気調整装置を監査したりするエンジニアにとって重要です。この規格では、固体微粒子、水 (液体および蒸気)、油 (エアロゾル、液体、蒸気) の 3 つの主要な汚染物質グループに個別のクラス番号を割り当てることで、曖昧さを排除しています。このガイドを終えると、純度クラスの指定を解釈し、 固体粒子の除去 戦略を策定し、世界的なベスト プラクティスに沿った検証ルーチンを実装します。
ISO 8573-1 では、大気の質を 3 つの独立した汚染物質カテゴリに分類しています。各カテゴリーには独自の純度クラススケールがあります (クラス 0 からクラス X、クラス 0 は通常、機器メーカーによって定義される最も厳しい要件を表します)。次の表は、クラス 1 ～ 4 の一般的なしきい値制限をまとめたもので、ほとんどの工業用途および高純度用途をカバーしています。
| 純度クラス | 固体微粒子 (粒子/m3) | 圧力露点（水） | 総油量 (mg/m3) |
|---|---|---|---|
| クラス1 | ≤ 100,000 (0.1-0.5μm) ≤ 1,000 (0.5-1.0μm) ≤ 10 (1.0-5.0μm) | ≤ -70°C | ≤ 0.01 |
| クラス2 | ≤ 1,000,000 (0.1-0.5μm) ≤ 10,000 (0.5-1.0μm) ≤ 100 (1.0-5.0μm) | ≤ -40℃ | ≤ 0.1 |
| クラス3 | ≤0.5µm には定義された制限なし ≤ 100,000 (0.5-1.0μm) ≤ 1,000 (1.0-5.0μm) | -20℃以下 | ≤ 1.0 |
| クラス4 | ≤0.5µm には定義された制限なし & 0.5-1.0µm ≤ 10,000 (1.0-5.0μm) | 3℃以下 | ≤ 5.0 |
油のクラスには、液体油、油エアロゾル、油蒸気の 3 つの状態が含まれることに注意することが重要です。クラス 1 に準拠するには、総オイル濃度 (蒸気を含む) が 0.01 mg/m3 を超えてはなりません。水のクラスは、下位のクラスでは蒸気および液体の水の濃度 (mg/m3 単位) を示す圧力露点 (PDP) によって決まりますが、高純度仕様では PDP が支配的です。固体粒子の分類では 3 つの個別のサイズ範囲が使用され、正確な検証にはマルチチャネル粒子計数が必要です。
微粒子クラス 1 は、最も参照されているものの、よく誤解されている要件です。 ISO 8573-1:2010 によると、固体粒子のクラス 1 では、サイズ 0.1 ～ 0.5 μm の粒子の濃度が 1 立方メートルあたり 100,000 個の粒子を超えてはいけないと義務付けられています。粒子 0.5 ～ 1.0 μm ≤ 1,000 粒子/m3;粒子 1.0 ～ 5.0 µm ≤ 10 粒子/m3。特に、5 μm を超える粒子はクラス 1 では許可されません。これは、規格では効果的な事前ろ過により粒子が除去されると想定されているためです。
これらの厳しいレベルを達成するには、定格 0.01 µm (または効率 99.9999%) の従来のコアレッシング フィルターが必要ですが、単独では十分ではありません。の 油汚染物質の閾値 石油エアロゾルは粉塵粒子と結合し、サイズ分布を変化させる可能性があるため、粒子除去と粒子除去は相互に依存しています。実証済みのアプローチには次のものが含まれます。
医薬品包装ラインからの実際の検証データは、活性炭ステージを備えた 3 段階濾過システムを改修した後、0.1 ～ 0.5 μm の粒子数が 450,000 粒子/m3 からちょうど 12,000 粒子/m3 に減少し、クラス 1 を快適に満たしたことを示しました。しかし、圧縮空気乾燥機が -70°C の PDP を維持できなかったため、同じ設置は当初失敗し、水と水との相互作用が浮き彫りになりました。粒子クラス。
ISO 8573-1 では、総油含有量を液体油、油エアロゾル、油蒸気の合計と定義しています。クラス 1 の場合、合計濃度は 0.01 mg/m3 以下でなければなりません。従来の合体フィルターは液体とエアロゾル油を 0.01 mg/m3 まで効率的に除去しますが、油蒸気を減らすことはできないため、これは非常に困難です。油蒸気は気体のように振る舞うため、活性炭による吸着または触媒による変換が必要です。
2022 年に「オイルフリー」と表示された 150 の圧縮空気システムを対象とした業界横断的な監査では、蒸気の測定時にクラス 1 の総オイル レベルを達成したのは 23% のみでした。主な障害点は、オイルフリー コンプレッサー (無潤滑タイプなど) ではオイルがすべて除去されるという思い込みでした。周囲空気には、エンジンの排気ガス、産業排出物、さらには揮発性有機化合物からの炭化水素蒸気が含まれており、これらは圧縮中に濃縮されます。したがって、オイルフリーのスクリューまたは遠心コンプレッサーであっても、クラス 1 オイル クラスに達するには下流で蒸気を除去する必要があります。
油蒸気を効果的に除去するには、床の深さと接触時間に注意した活性炭フィルターが必要です。床深さ 50 mm、面速度 0.3 m/s の一般的なカーボン塔では、蒸気が 0.003 mg/m3 未満に減少しますが、飽和は急速に発生します (通常 800 ～ 1000 運転時間)。継続的にクラス 1 に準拠するために、自動切り替えシステムまたは触媒酸化システムを備えたデュアル カーボン タワーが配備されています。業界のルール: ISO 8573-5 試験方法 (溶媒抽出および赤外線分析) を使用して、四半期ごとに油蒸気を監視します。
ISO 8573-1 純度クラスを達成および維持するには、多段階の濾過アーキテクチャが必要です。単一のフィルター要素では、サブミクロンの微粒子、液体の水、微細なエアロゾル、炭化水素蒸気を同時に除去することはできません。以下の表は、ろ過段階を対象となる汚染物質と典型的な ISO クラスの結果にマッピングします。
| ろ過ステージ | 汚染物質のターゲット | 期待される粒子除去量 | ISOクラスへの貢献 |
|---|---|---|---|
| 一次粒子 (5 ～ 40 μm) | サビ、パイプスケール、バルクダスト | 5 μm を超える粒子を 95% 以上 | 下流の目詰まりを防ぎます。クラス 3 ～ 4 の微粒子をサポート |
| 合体（0.01μm） | オイルエアロゾル、サブミクロンの微粒子、液体の水ミスト | 0.1μmで99.9999% | 粒子状クラス 1 および油エアロゾル クラス 1 に対応 (エアロゾル部分) |
| 冷蔵式または乾燥剤式乾燥機 | 水蒸気・圧力露点 | 該当なし | 水のクラスを設定: PDP クラス 1 の場合は -70 °C、クラス 2 の場合は -40 °C |
| 活性炭・触媒 | 油蒸気、炭化水素 | VOC を吸着し、微粒子を保持しない | 総油分を ≤0.003 mg/m3 まで削減 (クラス 1 以上) |
多段階濾過のコンプライアンスには、コンポーネントの正しい順序付けも必要です。よくある間違いは、凝集フィルターの前に乾燥剤乾燥機を配置することです。乾燥機ベッドがオイルエアロゾルで汚染され、その寿命が大幅に短くなります。検証済みの順序は次のとおりです: アフタークーラー → 湿分分離器 → 凝集フィルター (0.01 µm) → 乾燥剤ドライヤー (低 PDP に必要な場合) → 炭素吸着装置 (油蒸気除去が必要な場合)。各移行部は、再飛来を防ぐために耐食性材料 (クラス 1 システムにはステンレス鋼を推奨) で配管する必要があります。
産業検証の観点から見ると、食品グレードの包装施設では、四半期ごとにフィルターの完全性テストを行う認証済みの多段階システムを導入した結果、製品の不良品が 67% 減少しました。このシステムは、ISO 8573-1 クラス 1:2:1 (微粒子:水:油) 向けに設計されました。この特定の組み合わせは、電子機器の組み立て、医薬品のブリスター包装、精密機器の分野で広く採用されています。
検証は、あらゆる純度主張の基礎です。 ISO 8573 は、サンプリング技術、測定方法、および試験装置を指定する一連の部分 (ISO 8573-2 から ISO 8573-9) を提供します。固体微粒子の工業用空気検証には、ISO 21501-4 に準拠して校正された等速性プローブとレーザー粒子計数器が必要です。水蒸気は、圧力露点計 (冷却ミラーまたは静電容量センサー) によって測定されます。総油含有量については、ISO 8573-2 法 (液体油の重量測定) と ISO 8573-5 (蒸気の溶媒抽出 IR) を組み合わせる必要があります。
実際の検証計画には以下を含める必要があります。
実際のケース: 自動車塗装工場が四半期ごとに検証を実施したところ、凝集要素の劣化により、粒子クラスが 11 か月後に 1 から 3 に変動したことが判明しました。傾向データを使用して、交換間隔をカレンダーベースから差圧トリガーに最適化し、クラス 1 微粒子コンプライアンスを維持しながらエレメントの寿命を 22% 延長しました。
次の SVG 図は、粒子、水、および油のクラス 1 または 2 を満たすように設計された一般的な圧縮空気浄化トレインを示しています。各段階で、対象の汚染物質が段階的に除去されます。再蒸発や再同伴を防ぐには、順序と成分の間隔が重要です。
標準的な既製フィルタースキッドは存在しますが、特定の ISO 8573-1 純度クラスを達成するには、変動する周囲条件、流れの力学、およびスペースの制約により、多くの場合カスタムエンジニアリングが必要になります。多くの産業ユーザーは、OEM/ODM 専門家と提携して、必要なクラス (クリーンルーム空気供給用のクラス 1:1:1 など) に合わせた濾過システムを設計しています。工場から直接調達することで中間的な仕様の不一致が排除され、フィルターの性能曲線や検証データに直接アクセスできるようになります。カスタマイズには次のものが含まれます。
工場直接アプローチにより、検証チェーンも簡素化されます。顧客は出荷前にフィルター段階ごとに ISO 8573-1 テスト証明書を要求できるため、現場での試運転での予期せぬ事態が軽減されます。レーザー切断や半導体製造などの業界では、微量の油蒸気でもレンズの曇りやウェーハの欠陥が発生するため、カスタムの多段階ソリューションはオプションではなく、必須です。インダストリー 4.0 統合への傾向は、最新のカスタム フィルターに予知保全用の IO-Link センサーが含まれており、粒子数の傾向と露点データを SCADA システムに直接供給することを意味します。
2010 年の改訂では、より厳格な粒子計数要件が導入され、以前の 2 つの代わりに 3 つの異なるサイズ チャネルが指定されました。また、油蒸気の測定方法を最新の分析技術と調整しました。水クラスの場合、圧力露点値は、冷凍および乾燥剤乾燥機の能力と調和するように調整されました。
はい、粒子のクラスは水のクラスとは独立しています。ただし、システム内の液体の水はフィルター媒体の膨張や微生物の増殖を引き起こし、追加の粒子を放出する可能性があり、粒子数がクラス 1 の制限を超える可能性があります。信頼性の高い微粒子クラス 1 を得るには、二次汚染を避けるために空気流を乾燥した状態 (少なくともクラス 4 水) に保ちます。
重要なアプリケーション (製薬、電子機器、食品) については、四半期ごとの検証が推奨されます。一般的な産業用途の場合は、年に 2 回の検証で十分です。フィルターの交換、乾燥機のサービス、またはコンプレッサーのメンテナンス後は、完全な検証を実行する必要があります。過去のデータに変動が見られる場合、リスクベースのアプローチにより頻度が増加します。
クラス 1 総油 (エアロゾル蒸気液体) ≤ 0.01 mg/m3。蒸気のみに関する個別の制限はありません。しかし、合体フィルターはエアロゾルを約 100% まで減少させるため、 0.001 mg/m3、蒸気の残りの量は ≤ 0.009 mg/m3 です。実際には、高品質の炭素吸着剤は総油量 0.003 mg/m3 未満を排出します。
空気の質が指定されている使用時点でテストすることを推奨します。複数の分岐がある大規模システムの場合は、代表的な最悪の点 (長いパイプの実行後、処理から最も遠い) をテストする必要があります。規格では、ステージのパフォーマンスを検証するために、各濾過または乾燥コンポーネントの後にテストすることも推奨しています。
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