空壓機系統冷凝水產生的原因
空壓機系統中的冷凝水主要來自於壓縮空氣中的水氣凝結，其產生的主要原因包括：
- 空氣中的水蒸氣含量 (相對濕度高低)
o 環境空氣中含有水蒸氣，當空氣被壓縮時，相對濕度上升，超過飽和點時，多餘的水蒸氣會凝結成液態水 (請參考下圖)。
o 濕度高的環境（例如：台灣夏季）會導致冷凝水產生量增加；例如：靠近海邊的區域5公里以內就會比靠近內陸相對濕度高。 - 壓縮過程中的溫度變化
o 空壓機壓縮空氣時會產生高溫，壓縮後的空氣冷卻時，水蒸氣因溫度下降而凝結成水。 - 冷卻系統的影響
o 若空壓機本身設計使用後冷卻器（Aftercooler）或者是在空壓機出口外置冷卻器可以降低空氣溫度，會促使更多水氣凝結成冷凝水。 - 空氣桶的冷卻作用
o 空氣桶（儲氣罐）在壓縮空氣儲存時，因與環境溫差產生冷卻效應，也會使水氣凝結成液態水。同時當壓縮空氣進入空氣桶內時，由於圓柱桶身更有利於強度增強，所以會使進入的壓縮空氣繞著內壁圓周流動產生旋風，離心力也會將水滴甩落至桶身底部。
上圖顯示八份空氣被壓縮體積縮小至一份，但是因為水是液體無法被壓縮，當壓縮空氣的相對濕度超過100% Rh時就會進入過飽和狀態，隱形水氣就會因為過飽和而成為顯形冷凝水。舉例如下：相對濕度80%的大氣被空壓機吸入經過壓縮成為8 bar的壓縮空氣時，相對濕度會變成 80% * 8 = 640%，也就是說會有600%的水蒸氣會轉換成為顯形冷凝水。
如何減少空壓機系統冷凝水的產生？
減少空壓機系統冷凝水的產生，主要可以透過 降低壓縮空氣的水分含量 和 提高冷凝水的排放效率 來達成，以下是幾種有效的方法：
- 選擇適當的進氣環境
• 降低進氣空氣的濕度 (環境溫度可以透過通風與進排氣設計，盡量讓空壓機房環境溫度控制在攝氏30℃ (含) 以下)
o 避免將空壓機進氣口設置在高濕度區域（例如：靠近冷卻水塔、鍋爐機房或戶外潮濕環境）。
o 若環境濕度過高，可考慮在增強通風設計或者進氣口加裝預處理過濾裝置或除濕機，以降低空氣含水量。
• 避免進氣口溫度過低或過高
o 低溫空氣進入壓縮機後容易在冷卻過程中形成冷凝水。
o 高溫空氣則會增加壓縮後的水氣含量，因此應保持適當的進氣溫度。
- 選擇適當的空壓機與乾燥機設備
• 選擇適合的空壓機類型
o 無油渦卷式空壓機（如日本岩田） 產生的壓縮空氣較乾燥，相較於活塞式與螺旋式空壓機，冷凝水較少。
• 使用冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）
o 冷卻壓縮空氣至 3～5°C，使水氣凝結後排出，可有效降低管路內的冷凝水。
o 推薦品牌：日本 ORION 冷凍式乾燥機，具備高效能除水能力、節能設計與靜音運行。
• 使用吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）（適用於超低露點應用）
o 若應用需要極低露點（如 -40°C 以下），可使用 吸附式乾燥機 吸收壓縮空氣中的水分，進一步減少冷凝水。
許多乾燥機的廠商為降低成本，會以客戶最常運轉的負荷比例落在系統滿載的60%~80%去設計乾燥機處理能力；如此，冷媒壓縮機的BTU以及熱交換器的銅管數量就可以減少，如果再選用銅管純度較低的材質以及表面處理無強化耐磨損設計，往往會造成銅管磨損破孔冷媒洩漏或者是壓縮空氣冷凍效果降低。
日系冷凍式乾燥機多會在熱交換器銅管鍍鎳以增加強度，並且部分品牌有專利的不銹鋼熱交換器外殼與流道設計以增加熱交換效果，如此可以在100%滿載達成條件下，選用耗電較少的冷媒壓縮機 (請參考下圖實際照片)。
- 設置合適的冷凝水分離與排放裝置 (請參考後面更詳細的"排水措施")
• 加裝高效氣水分離器
o 在儲氣桶出口或主要管路安裝旋風分離器（Cyclone Separator），透過離心力去除水滴，減少水氣進入後端設備。
• 使用高效自動排水器（Auto Drain）
o 安裝 浮球式排水器、電子定時排水器或無損失排水器（Zero Loss Drain），確保冷凝水能及時排出，而不浪費壓縮空氣。
• 定期檢查與維護排水裝置
o 確保儲氣桶、管路低點及過濾器的排水閥保持通暢，防止冷凝水積聚。
- 優化空氣桶與管路設計
• 使用適當容量的儲氣桶（Air Receiver Tank）
o 足夠大的儲氣桶能降低壓縮空氣溫度，使水氣更容易凝結排出，減少後端管路內的冷凝水。
o 建議儲氣桶設有排水閥，並定期手動或自動排水。
• 優化管路設計，避免冷凝水滯留
o 避免長距離水平管路，因為水氣容易在管壁內部累積，造成水擊或管路腐蝕。
o 管路應設置適當的坡度（約 1/2-2%），並在低點處安裝排水閥，以便冷凝水流向排水點 (如下圖)。
- 維護與定期檢查
• 定期檢查與清潔過濾器、冷卻器與排水系統
o 確保空壓機進氣過濾器、冷卻器、乾燥機、排水閥等運行正常，避免冷凝水堆積導致設備損壞。
• 監測壓縮空氣露點（Dew Point Monitoring）(例如 : 半導體或製藥廠多需要監控)
o 透過露點監測儀（Dew Point Sensor）監測空氣中的水氣含量，確保乾燥機與排水系統運行正常，及早發現異常。
我們採用示意圖來計算冷凝水可能產生的克數 (或者是 c.c.數)，藉此由系統模擬反推系統設備規劃是否能夠達到規範要求的輸出規格 (例如：許多行業工廠或作業區的產品要求水氣含量 < 5ppm 以下)。
空壓機系統冷凝水排放措施
冷凝水若未有效排放，會影響空氣品質，造成管路腐蝕、設備損壞，因此需採取以下措施：
- 使用自動排水器（Auto Drain）
o 浮球式自動排水器：利用浮球機制排出冷凝水，適合儲氣桶與過濾器使用。
o 電子定時排水器：可設定定時開啟排放冷凝水，適合用於空壓機、儲氣桶、冷凍式乾燥機。
o 無損失排水器（Zero Loss Drain）：偵測冷凝水水位並自動排放，避免壓縮空氣損失，適合高效率空壓系統。 - 設置冷凝水收集與分離裝置
o 冷凝水分離器：透過旋風分離、過濾等方式去除冷凝水，防止水分進入空壓管路。
o 油水分離器（Oil-Water Separator）：過濾冷凝水中的油污，確保排放達到環保標準。 - 使用乾燥機降低冷凝水產生量
o 冷凍式乾燥機（Refrigerated Dryer）：將壓縮空氣冷卻至 3°C～5°C，使水氣凝結成水滴排出。
o 吸附式乾燥機（Desiccant Dryer）：利用吸附劑（如活性氧化鋁或矽膠）吸收空氣中的水分，適合需要低露點（-40°C 以下）應用。 - 定期檢查與手動排水
o 定期檢查儲氣桶、管路、過濾器、乾燥機等排水裝置，確保排水功能正常。
o 若系統中未安裝自動排水器，需安排人員手動排水，避免水分積累。
結論與建議
｢物質不滅定理｣在空壓機系統是紮紮實實存在的定律，不可能不將水蒸氣透過通風排出去達到跟有做好通風的低水蒸氣量的結果，也不可能採用80%設計基礎的冷凍式乾燥機與100%壓縮空氣流量處理設計基礎的冷凍式乾燥機達成一樣的冷凍乾燥效果，｢物質不滅定理｣會在設備與系統的成本預算也紮紮實實呈現!
減少空壓機系統冷凝水的產生，需要 從源頭控制水氣含量、使用適當的乾燥與排水設備、優化管路設計並定期維護。綜合採用冷凍式乾燥機、高效水氣分離、適當的儲氣桶與自動排水系統，可有效減少冷凝水，確保壓縮空氣品質，提高系統運行穩定性。
獲取更多空壓機系統乾燥過濾淨化的相關情報? 歡迎到 未來服務工業 牙科空壓機系統專業網站 http://www.scroll-compressor.com.tw 搜尋!
聯繫 未來服務工業 專人 0913-336177 李韋賢先生 / neillee@nextut-service.com.tw 諮詢交流。
牙科空壓機 