ガス関連技術データ

使用単位

(1)窒素の使用量

液体窒素1kgはガスになると、0.8Nm3(0℃、1atm状態時)となります。このため、毎月Atonの液体窒素を使用している場合は、Ax1,000x0.8 = 800A Nm3/月の窒素ガスが使用されていることになります。右表に、液体窒素とガス窒素他の換算表を示します。

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(2)PPM表示

1ppmは、百万分の一を示します。このため、酸素濃度100ppmが必要な場合は、窒素純度は、99.99%になります。尚、一般的には酸素濃度を測定して窒素濃度を表示する場合が多く、この場合の窒素純度はアルゴンガスを含んだ濃度になります。

酸素濃度
【ppm】
窒素濃度
【%】
10 99,999
100 99,99
1,000 99,9
10,000 99

(3)ガス・気体の流量単位(体積流量)

ガス・気体は、圧力、温度により体積が変化する圧縮性の流体です。PSAやコンプレッサなどの装置の性能は温度により大きな影響を受けます。業界により、定義が異なる場合があります。このため、カタログなどに記載されている流量の条件には注意が必要です。

(以下の例示は相対値を示します)

用語 定義 例示 備考
基準状態
(normal condition)
温度 0 ℃ ,絶対圧 101.3 kPa(760mmHg)
相対湿度 0 %の気体の状態
1m3
[NTP]
JIS B0132:2005参考
標準状態
(standard condition)
温度 20 ℃ ,絶対圧 101.3 kPa(760mmHg)
相対湿度 0 %の気体の状態
1.073m3[STP] JIS B0132:2005参考
標準参考空気
(Atomosphere Normale de Reference)
温度20 ℃ ,大気圧0.1MPa (750mmHg)
相対湿度65%の空気
1.105m3[ANR] JIS B8393:2000
液体窒素(-196℃) ガス窒素
【kg】 【Lit.】 【Nm3 【Sm3
1.0 1.237 0.800 0.902
0.808 1.0 0.646 0.729
1.251 1.547 1.0 1.128
1.109 1.371 0.886 1.0
液体酸素(-183℃) ガス酸素
【kg】 【Lit.】 【Nm3 【Sm3
1.0 0.876 0.700 0.789
1.141 1.0 0.799 0.901
1.429 1.252 1.0 1.128
1.267 1.110 0.886 1.0
液体アルゴン(-186℃) ガスアルゴン
【kg】 【Lit.】 【Nm3 【Sm3
1.0 0.713 0.561 0.633
1.398 1.0 0.785 0.885
1.783 1.272 1.0 1.128
1.580 1.128 0.886 1.0
液化炭酸(-20℃) 炭酸ガス
【kg】 【Lit.】 【Nm3 【Sm3
1.0 0.969 0.506 0.571
1.032 1.0 0.526 0.593
1.977 1.919 1.0 1.128
1.752 1.701 0.886 1.0
液化水素(-253℃) ガス水素
【kg】 【Lit.】 【Nm3 【Sm3
1.0 14.100 11.140 12.560
0.071 1.0 0.790 0.891
0.090 1.267 1.0 1.128
0.080 1.122 0.886 1.0
Nm3: 0℃、1atm基準。
Sm3:35℃、1atm基準の商取引上用いられるガスの容積単位

(4)体積流量の換算( @ 大気圧=絶対圧101.3kPa=0.0MPa(g))

温度 ℃ 湿度 % 例示
20 0  1 m3 (NTP) = 1 m3 @0℃ = 1 Nm3 = 1 x (273.15+20)/273.15 = 1 x 1.0732 = 1.0732 m3 @ 20℃= 1.0732 m3 (STP)
20 0  1 m3 (STP) = 1 m3 @ 20℃= 1 x 273.15/(273.15+20) = 1 x 0.9318 = 0.9318 m3 @0℃ = 0.9318 Nm3 = 0.9318 m3 (NTP)
20 60  1 m3 @ 20℃= 1 x 273.15/(273.15+20) = 0.9318 m3 @ 0℃ = 0.9318 Nm3 → 0.9318 x (760-10.5)/760 Nm3-Dry = 0.9318 x 0.9862 Nm3-Dry = 0.9189 Nm3-Dry
35 80  1 m3 @ 35℃= 1 x 273.15/(273.15+35) = 0.8864 m3 @ 0℃ = 0.8864 Nm3 → 0.8864 x (760-33.8)/760 Nm3-Dry = 0.8864 x 0.9555 Nm3-Dry = 0.8470 Nm3-Dry

防爆:爆発防止用窒素ガスについて【限界酸素濃度】

燃焼が起こるのに必要な必須条件「燃焼の三要素」は、①可燃性物資、②酸素供給体(空気など)、③熱源(点火エネルギー)で、この三要素が同時に存在する場合に燃焼が起こります。又、燃焼の継続には、次々に分子が活性化されて継続的に酸化反応を続ける事により進行し、この連鎖反応を燃焼の三要素に加えて、燃焼の四要素と呼ぶ事があります。

可燃性物資の燃焼には、酸素がある濃度以上必要であり、その濃度は限界酸素濃度と呼ばれています。この酸素濃度は、可燃性物質の種類によって異なり、窒素ガスを添加して消化する場合は、酸素濃度を多くの場合10~12%以下にする必要があります。但し、水素、一酸化炭素、アセチレン等では、この限界酸素濃度が数パーセント以下になるので、可燃性ガスの種類、デッドスペース等の流れ(複雑な構造物等)の影響も考慮して、必要な窒素ガス流量を決定する事が必要です。

これらより、防爆防止用には、95%程度の窒素ガスが最低必要です。

可燃性ガス 限界酸素濃度
水素 5.0 %
一酸化炭素 5.6 %
メタン 12.1 %
エタン 11.0 %
プロパン 11.4 %
ブタン 12.1 %
エチレン 10.0 %
プロピレン 11.5 %
ベンゼン 11.2 %

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希釈:窒素ガスでの希釈に必要な量

容器内の可燃性ガス等を窒素ガスで希釈する場合の理論量/置換回数(容器空容積に対する倍数)を右上図に示します。この図は、完全混合槽列モデル(装置の混合特性を完全混合槽の直列結合で近似するもの)で、槽列を1槽で計算した理想的な置換を行う場合の置換回数を示しています。実際の場合には、デッドスペース等の流れ(複雑な構造物等)が影響します。

(1) 窒素ガスによる可燃性ガス等の置換

以下に理想的なケースの残存ガス濃度に対する理論置換回数(量、100%N2の線)を例として示します。

  • 10%以下 → 2.5 回以上
  • 1%以下 → 4.5 回以上 (空容積の4.5倍以上の窒素ガスを流す)

(2) 窒素ガスによる大気成分(酸素)の置換

色々な純度の窒素ガスで、大気成分(N2=78vol%)を置換する場合の置換回数と容器内の酸素等の
残留濃度比(右上図)と容器内が90%窒素に、95%窒素に各々到達する置換回数(右下図)を示します。

こちらも参照下さい!

例えば、大気成分の容器内を96%N2で置換する場合は、以下のようになります。
容器内の78%窒素が、90%窒素に置き換わるための理論置換回数:1.14回 (右下図参照)

(上図の容器内残留濃度比では、残存10%-O2/初期22%-O2=45%)

95%窒素に置き換わるための理論置換回数:2.94回 (右下図参照)

(上図の容器内残留濃度比では、残存5%-O2/初期22%-O2=23%)

窒素ガスによる可燃性ガス等の置換

窒素ガスによる大気成分(酸素)の置換

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湿度:空気中の水分量 (R.H. : Relative humidity 相対湿度)

大気中の空気をコンプレッサで圧縮した後に、例えばドライヤで10℃(加圧下)に冷却した時の空気の諸元は右記に示す両図より、次のようになります。

  • 30℃、相対湿度(R.H.)60%の空気中には、約2.5vol%の水分が含まれています。圧縮してドライヤ等で水分を除去しますと、空気流量は約2.5%減少します。
  • コンプレッサで0.6MPa-gに圧縮し、ドライヤ等で10℃まで冷やした時の大気圧下の露点は、約-14.5℃になります。
    (右図参照)
  • 相対湿度
  • 相対湿度

大気圧下露点・水分濃度はこちら!

大気成分の水への溶解量 (溶解度)

水に対する大気成分(窒素ガス、酸素ガス、二酸化炭素ガス)の溶解量を下図に示します。これらのガスは比較的難溶性のガスで、溶解量は一般にヘンリーの法則が成立します。

p = E m: p=液と平衡にある気相中の溶質ガス分圧、E=ヘンリー定数:温度の関数、m=液相中の溶質ガスのモル分率

このため、空気成分をPSA等で濃縮したガスを水と接触させると、分圧が高くなった分だけ溶解量が増加します。
分圧の違いによる水への溶解量の影響例(酸素ガス)を、こちらに示します!

  • 大気下での大気成分の水への溶解度
    (N2:78.03%, O2:20.99%, CO2:0.03%)
    大気下での大気成分の水への溶解度
  • 窒素ガスの水への溶解量
    (圧力、温度依存性)
    窒素ガスの水への溶解量

騒 音

騒音の大きさは、周波数特性を踏まえ音圧レベルを補正した騒音レベル(計量法第71条の条件に合格した騒音計で測定して得られた測定値で、騒音計の周波数補正回路A特性で測定)を用います。騒音レベルの単位は、デシベル (dB)です。

(1) 距離減衰

騒音規制法により、特定施設(圧縮機他)を設置した場合は、基準を遵守する必要があり、且つ、設置の際には事前に市町村長への届出が必要です。基準値は都道府県条例により定められます。例を下表に示します。

点音源と線音源(無限長)の距離による騒音の減衰状況の比較を右図に示します。

点音源の距離による音の減衰量⊿Lの求め方は、以下の通りです。

  • ⊿L=20log10・r2/r1(dB)
  • r1=騒音の測定点と音源の距離(m)
  • r2=騒音値を求める点と音源の距離(m)

点音源の場合は、距離が2倍、4倍、10倍になれば、それぞれ6dB、12dB、20dB減衰します。

一方、線音源の場合は、距離減衰しにくくなり、文献によると、(音源の長さ)/πの距離までは無限長音源のように減衰し、それ以遠では点音源のように減衰するとされています。

例えば、線音源が31.4mの長さがある場合は、音源からの距離が31.4mまでは、左図の線音源に沿って減衰し、それ以後は点音源の減衰に近づいていくようです。

距離減衰

工業地域(第4種区域)の騒音規制基準の例
時間の区分 (午前5/6時~午前7/8時)
(午後6/7/8時~午後9/10/11時)
昼間
(午前7/8時~午後6/7/8時)
夜間
(午後9/10/11時~翌日午前5/6時)
環境省/規制基準 60~70デシベル 65~70デシベル 55~65デシベル
大阪府 65デシベル 70デシベル 60デシベル
兵庫県 70デシベル 70デシベル 60デシベル
東京都 60デシベル 70デシベル 55デシベル

上記の基準は最新のものをご確認下さい。

(2) 対象音の騒音レベルの推定

対象物の騒音の測定値から、対象物が無い場合の騒音値(暗騒音)を引いた値(指示値差)により、対象物の騒音レベルを右図より、推定できます。

例) 圧縮機を運転中の騒音測定値
68 dB
圧縮機が無い場合の騒音測定値
65 dB (暗騒音)
指示値差
3 dB
補正値
-3.0  (右図より)
圧縮機単独の騒音レベル
65 dB (68-3)

上記より、以下の事が言えます。

  • レベル差が、10dB以下の時は、右図より、対象音の騒音レベルを推定できます。
  • 対象音と暗騒音のレベル差が、10dBを超える場合は、暗騒音の影響はほとんどありません
    (0.45dB以下)。

右図は、以下の計算式によります。

騒音測定値

騒音レベルの計算式

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