實驗室設備需要壓力5 bar (含) 以上且須持續供氣時該選擇何種空壓機?

實驗室空壓機依據產業行業會需要無油式空壓機或者是有油式空壓機,也有依據實驗室儀器設備是否需要持續運轉供氣會需要工業級空壓機或者是商用型空壓機,更重要的是需求的壓縮空氣壓力是否能夠滿足應對實驗室設備的要求。尤其是新藥實驗室特定設備 (例如 : 造粒機) 有時候會需要使要確保壓縮空氣品質無油無污染,而壓縮空氣操作壓力 (Working Pressure) 需求超過 5 kg/cm2G (6 bar) 且需要持續供氣時,往往涉及到實驗設備能否順暢運轉作動,更涉及實驗時程與成果是否受影響!

DIY或商用型無油式空壓機適用工況

每一種型式空壓機存在都有其適合的地方才會存在,新藥實驗室空壓機也是如此. 實驗室某些精密儀器與設備因為需求的操作壓力較低 ( ≦ 5 bar ) 或是使用供氣 ≦ 30分鐘。實驗室精密儀器設備這樣的需求工況則只需要使用 DIY型式 (隔膜式或稱搖擺式) 或者是商用型的無油式空壓機 (往復式;商用型機體結構請參考下圖) 就能夠滿足應對。

商用型無油式空壓機有其適用的條件 (使用壽命長短則必須要求廠商提供維護保養週期表來確認機體與整機壽命),通常可以多機體組合成更大輸出風量,但是使用條件與應用工況幾乎差不多像下列限制 :

  1. 壓力最好在5 kg/cm2G以下 ( 5 bar ):宣稱5.5 bar (80 psi) 為設計基礎的空壓機當然可以免強打到7.0 bar (100 psi),這僅限於短時間或瞬間可能可以達成,但是持續運轉可能無法超過一定分鐘數。主要原因是因為活塞 (上圖上方兩側如銅板的機構與讓像銅板的活塞上下活動的氣缸並無法承受較高的壓力。
  2. 持續運轉供氣 < 30分鐘以內:開啟電源使用30分鐘必須停機15~20分鐘休息,當過熱時 (機體溫度可能超過攝氏70℃) 必須立即關閉電源 (須留意避免燙傷)。

操作壓力 ≧ 5 bar & 持續不停運轉 ≧ 4 hrs 解決方案

以上條件工況下的無油式實驗室空壓機,通常需要採用結構設計較耐久可靠的工業級設計的空壓機;對於新藥實驗室而言,工業級雖然可以持續運轉,但是大多數的工業級空壓機噪音值往往高於55dB(A),而影響到實驗室科學家與研究工程師,實驗性動物以及實驗室前後左右鄰居的寧靜環境。

下列的條件對於新藥實驗室有一定的重要性 :

  1. 國際認證百分之百無油認證:確保壓縮空氣品質有多少保障,以免汙染物影響實驗結果;壓縮空氣不會產生化學潤滑油氣,讓密閉空調空間空氣品質受到影響。
  2. 超低運轉噪音須 < 55分貝:實驗性動物受到噪音干擾會變得焦躁讓體內分泌過量賀爾蒙影響實驗結果、科學家與研究助理受到干擾而分心甚至影響身心健康、鄰居受不了噪音干擾而申訴或檢舉造成營運困擾 (岩田無油渦卷式空壓機1~5馬力噪音值約41dB ~ 49dB)。
  3. 適合中央集中供氣給整個實驗室:工業級無油式空壓機通常不適合採用移動式的設計, 因為補氣速度快且供氣穩定可靠,非常適合新藥實驗室的中央集中供氣模式!
  4. 佔地空間相對小:從一馬力的 355x590x690mm 至 五馬力的 545x622x1058mm標準內置不銹鋼空氣桶,並可選配內置冷凍式乾燥機。

妥善率不能妥協外, 實驗室空壓機只有適合不適合

壓力較低、負荷較輕以及使用持續供氣時間較短的工況,選用商用型無油式空壓機是一種可行的選擇。

操作壓力需求最小 5 bar (含) 以上、負荷較重且使用持續不停運轉供氣超過4小時 (含) 以上,則選用工業級無油渦卷式空壓機則是非常適合的選擇。但是並非所有的無油渦卷式空壓機噪音都很低、也非壽命都很長、更非妥善率都很高!

需要安心輕鬆地使用岩田無油渦卷式空壓機系統則可以選用未來服務工業(股)公司的GoUseAir 以租代購服務方案!

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新藥實驗室如何安心輕鬆地使用好的無油式空壓機系統?

一套無油式空壓機如果使用10年, 使用這一套無油式空壓機的成本費用結構大約是 : 新機購置成本佔10%~20%, 營運費用 (電費) 約佔70%~80% 以及維護保養費用佔比約為7%~15% (通常有油式空壓機購置成本約佔10%, 維護保養費用約15%).

由於日常營運費用是每2個月收取電費, 因此多數人並不太能夠知覺到其對於一套空壓機整個使用的生命週期中其實花費相當多的費用; 甚至高達一套新機的5~7倍的金額. 如果一套實驗式空壓機的TCO (Total Cost of Ownership) 生命週期使用成本是100元, 營運費用是70~80元; 十年的期間每兩個月收費乙次, 所以總共收取60次, 每次是1.15元~1.33元, 感受因此不會那麼強烈而受到忽略!

小型空壓機最合適的空壓機種類

依據工研院機械所的研究發現, 25馬力 (含) 以下最適合且能效最高的空壓機種類是渦卷式空壓機; 目前空壓機由於新機購置成本的原因, 15馬力 (含) 以下多會採購往復式空壓機而較忽略未來的運轉電費, 而20馬力 (含) 以上則多會被促進採購螺旋式空壓機而忽略維修保養費用與未來運轉電費.

GoUseAir以租代購服務方案如何安心輕鬆使用?

未來服務工業提供實驗室空壓機客戶GoUseAir以租代購服務方案, 客戶在簽約的四年期間定期支付固定的租金, 租金內含維護保養與工資費用就可以不需要分心評估維護保養申請, 也不需要另外讓總務或工務人員產生負荷. 也就是說, 上述10%~20%的新機購置成本與7%~15%的維修保養費用都在租金保護傘所涵蓋. 如果我們也用租用十年來看, 使用GoUseAir以租代購的客戶不需要負擔資本支出資金成本 (利息), 不需要負擔維護保養耗材與零件部品費用, 也不需要負擔工資費用, 是一套空壓機使用生命週期成本費用的25%左右.

更重要的是, 四年合約期滿可以再選用能效更高或者是技術更新的一套實驗室空壓機; 租用期間可以主張一次的彈性換機選擇更增添營運彈性與財務彈性!

營運費用(電費)小型空壓機最省

一套TCO佔比最高的營運費用 (電費) 高達70%~80%, 依據經濟部能源局委託工研院編制的"壓縮空氣系統 能源查核及節約能源案例手冊"研究顯示渦卷式空壓機的能效較往復式空壓機高出23%~35%不等; 因此, 單從空壓機單機就能夠大大節省使用者較不容易產生成本費用意識的營運費用產生極大節約.

除了TCO成本費用, 還要考慮….

並不是所有的無油渦卷式空壓機都能夠做到噪音值50分貝以內; 實驗室空壓機通常會被建議55分貝以內. 也並非所有的無油渦卷式空壓機機體壽命都能夠達到30,000小時 (含) 以上, 更重要的是並不是所有的無油渦卷式空壓機都能夠穩定可靠地保持高妥善率….這些都是影響客戶能否安心輕鬆地使用好的實驗室空壓機系統的主要考慮因素! 歡迎參考上幾篇分享文章.

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現金流量與資產哪個應對多變的經營環境有利? GoUseAir服務方案的價值

近幾年由於新冠疫情的影響,當然有些生醫製藥行業因為和防疫與疫苗有關而獲得灌頂,但是大多數的企業經營上卻面臨了極端嚴峻的考驗;企業家直言,未來的經營環境將面臨地緣政治、流行病、技術、能源與金融環境的變數而變得更多變!能夠比氣長,讓自己企業能夠有更多底氣好好經營的關鍵在於 “彈性的現金流量!"

重資產投資與輕資產投資的營運彈性差異

假設有兩家相同行業的公司都經營工廠,每年營收5,000萬元,稅前息前毛利同樣都是500萬元 (假設公司所得稅20%)。

A公司籌資自有資金5,000萬元沒有貸款建廠與營運工廠,投資1,000萬買土地, 投資1,000萬建自己的廠房,投資1,000萬採購機器設備,手頭上剩餘資金則作為支付每個月營運資金100萬之用。

B公司籌資自有資金4,000萬元以及貸款1,000萬建廠與營運工廠,建廠租用相同坪數大小的土地廠房每個月支付10萬元, 租約20年;長期租用相同機器設備合約 (租金含維護保養費用) 8年96期每個月支付15萬元;銀行貸款每年利息30萬元,而剩餘的資金作為支付每個月營運資金100萬之用。

股東權益投資報酬率(ROE)

A公司股東權益報酬率 = 稅後淨利400萬元 / 股東權益5,000萬元 x 100% = 8.00%

B公司股東權益報酬率 = 稅後淨利370萬元 / 股東權益4,000萬元 x 100% = 9.25%

適切的財務槓桿有助於投資報酬率的提升。

現金流量(一年後)

A公司現金流量 = (資本5,000萬-土地1,000萬-廠房1,000萬-機器設備1,000萬) – 營運資金100萬/月 x 12個月 + 稅後息後淨利400萬 = 1,200萬

B公司現金流量 = 資本4,000萬-土地廠房租金10萬/ 月 x 12個月-機器設備租金15萬/月 x 12個月-營運資金100萬/月 x 12個月 + 稅後息後淨利370萬 = 2,870萬

新冠疫情影響近3年營收50%;稅前息前剩300萬/年

現金流量(疫情第一年; 假設營運資金需求皆降為70萬)

A公司現金流量 = 資金1,200萬-營運資金70萬 x 12個月 + 稅後息後淨利240萬 = 600萬

B公司現金流量 = 資金2,870萬-土地廠房租金10萬/ 月 x 12個月-機器設備租金15萬/月 x 12個月-營運資金70萬/月 x 12個月 + 稅後息後淨利210萬 = 1,940萬

現金流量(疫情第二年; 假設營運資金需求皆降為70萬)

A公司現金流量 = 資金600萬-營運資金70萬 x 12個月 + 稅後息後淨利240萬 = 0萬

B公司現金流量 = 資金1,940萬-土地廠房租金10萬/ 月 x 12個月-機器設備租金15萬/月 x 12個月-營運資金70萬/月 x 12個月 + 稅後息後淨利210萬 = 1,010萬

現金流量(疫情第三年; 假設營運資金需求皆降為70萬)

A公司現金流量 = 資金0萬-營運資金70萬 x 12個月 + 稅後息後淨利240萬 = -600萬

B公司現金流量 = 資金1,010萬-土地廠房租金10萬/ 月 x 12個月-機器設備租金15萬/月 x 12個月-營運資金70萬/月 x 12個月 + 稅後息後淨利210萬 = 80萬

重資產投資與GoUseAir長期租用保留現金流量

姑且不論B公司是否有撐過疫情或經營大環境其他挑戰而迎接市場回溫而存活下來的情況,可以確認的是重資產投資的A公司在第一年就面臨資金緊迫存活的挑戰;或許可以說就將部分廠房土地或機器設備賣掉,但是可能會影響營收;或者說土地廠房脫手的確不易,而機器設備出售則面臨景氣不佳脫手不易之外,也面臨舊設備折價的問題…。

GoUseAir長期租用增加營運彈性

面臨類似新冠疫情的情形,或者說業務緊縮的情況,採用GoUseAir長期租用服務方案的客戶可以要求大機換小機降低租金費用來彈性應對;當然日後渡過疫情或者是大環境挑戰 (例如 最近中國市場的衰落以及美國國債風險),也可以要求小機換回大機來應對日益增加的業務榮景。最重要的是,GoUseAir長期租用服務方案不需要一次投入較高的資本支出以及後續的維修保養費用,維持良好的現金流量營運彈性,通過類似新冠疫情的營運壓力測試!

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有油式空壓機的石化潤滑油跑到哪裡去了?

用過有油式空壓機的人都會被交代每天或者至少每週必須去看一下觀油鏡的油位,看看潤滑油是否太少了,以免機體燒毀或失去潤滑卡死。觀油鏡的種類不盡相同,例如:有的類似直尺狀刻劃上上下限油位 (例如下圖),有的則是圓形的油位視窗 (通常小型的空壓機會採用)。

觀油鏡 (油位計)

但是油到底跑到哪裡去了?否則潤滑油油位為甚麼會下降?下面我們舉三個最常見的可能原因, 然後做相關分析。

一、潤滑油隨著壓縮空氣跑到空氣管路及科學家工作現場

下表是油耗量 (排氣含油量 Oil Carryover) 相對較少的螺旋式空壓機使用手冊資料 (有油往復式的壓縮空氣含量通常是有油螺旋式的5~8倍不等),進行分析。

壓縮空氣排氣口含油量 01

使用手冊提到油細分離器(必須定期更換), 且隨著更換時間使用越久,排氣含油量會越高; 前期排其含油量約3ppm;也就是說,假設一台五馬力有油往復式空壓機排氣量425L/分鐘,一年運轉2,000小時 (12,000分鐘), 就會產氣量5,100,000L/年。約略計算最好的狀況只有15.3公升 (約將近機車4L的黑油4罐) 的潤滑油會跑到工作現場或積在管路當中。

排氣含油量 02

壓縮空氣排氣含工業化學潤滑油有何影響?

  1. 工業潤滑油氣隨著空氣管路跑到昂貴的精密儀器氣動閥或氣壓缸或噴嘴, 會釋放具有油氣的壓縮空氣至密閉空調空間影響科學家與研發工程師的實驗室環境;並且造成精密儀器堵塞影響精度。
  2. 工業潤滑油氣隨著空氣管路跑到機器設備,冷凝水混合到潤滑油會產生油乳化,如果跑到電磁閥或機器主軸軸承,容易造成設備故障。
  3. 管路中積累油垢,長期容易在管路中滋生細菌,對於空氣環境衛生與空氣品質是看不到的影響。(請見下圖靠近機器設備的冷凍式乾燥機熱交換器吸入側吸入機器設備周圍空氣積累了一堆油垢;該乾燥機已經經過清潔之後仍舊從鈑金縫不斷滲出潤滑油)。

二、工業化學潤滑油因空壓機內部跑油路的管路漏油

有油式空壓機因為必須處理潤滑油的運作,因此多了不少油管、電磁閥、油過濾耗材…這些零件部品、耗材或者管路的連結都需要接頭或者襯墊或者O型環,有接合面就會產生洩漏的可能性且賣得越便宜的空壓機越想省成本,因此省錢的作法越容易漏油!

有油式空壓機內部漏油

三、潤滑油與冷凝水結合成劣化的油乳化冷凝水被排放

排放油乳化冷凝水

有油式空壓機系統必須耗費許多人員無形的成本去關注運轉狀況,包括:油位是否正常?冷凝水中是否含有乳化的油?潤滑油與耗材是否要更換了?留意現場不要滑倒…。

多道過濾裝置可以完全擄獲攔阻潤滑油(氣)?

許多廠商會告訴客戶後面使用濾油的過濾器就能夠克服, 實際上會有兩個問題:

  1. 空壓管路及精密過濾器無法完全過濾掉油霧,且完全無法過濾油氣;活性碳過濾器雖然可以吸掉部分油氣,但是前期效果較佳,隨著濾材吸油的飽和程度效果會越來越差 (請參考下面影片)。
  2. 濾材越多,維護保養的成本越高;人員必須注意耗材是否要更換的關注度要越高。最後可能就不會去關注了,因為許多指派護理師或技師兼著管理空壓機,也的確為難了!

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安心:實驗室空壓機操作要簡單,安全與保護卻不能省!

協助新藥實驗室與IC高科技品質設計測試中心選用的無油式實驗是空壓機時必須考慮到許多重點,但是不論空壓機強調其特性再如何重要,都不能讓客戶操作使用起來過於複雜;而另一方面,卻也不能夠因為要讓操作使用簡單或降低產品成本就採用可靠度不高的控制方式!因此,前臺操作使用簡單,但是後臺有能力整合安全性與可靠度…等重要特性就需要靠相當的經驗與技術來達成。

未來服務工業總代理的日本岩田無油渦卷式空壓機系列,1馬力 至 5馬力選用微電腦控制器界面 (7.5馬力 至 40馬力採用設計簡易操作使用的液晶螢幕界面) 提供客戶簡單且可靠的操作!我們可以由實驗室較常採用的小馬力無油渦卷式空壓機1~5馬力機型來探討既要操作簡單、又要如何確保安全與保護已達成穩定可靠的設計!

微電腦控制器界面啟停壓力設定與平日操作相當簡單,平日基本上是以 ON / OFF 兩個按鍵即可;當應對會耗用壓縮空氣的設備需求壓力與空壓機原設定的啟停壓力有需要調整時,可依據下列方式即可調整空壓機系統的啟停壓力 (啟動壓力與停機壓力)。

任何空壓機系統日常操作有一個十分簡單的原則 “謹守不要讓未經過乾燥的壓縮空氣流到使用現場"為核心;開機時先開乾燥機運轉三分鐘讓冷媒壓縮機暖機發生效能後,再開啟空壓機運轉,關機實則先關空壓機再關閉乾燥機即可。

安全與保護不能因為要操作簡單而被忽略掉

內置不銹鋼空氣桶

我們經常在實驗室機構發現廠商提供未經勞動部工檢合格的空氣桶,該類空氣桶往往沒有設計安全閥或者是安全閥使用不合吹洩量的規格降低成本;岩田無油渦卷式空壓機內置不銹鋼空氣桶在桶子上安裝符合JIS標準的安全閥,確保空壓機系統壓力超過安全標準值時自動吹洩降壓!

標準安裝積熱電驛與溫度感測器

當電流異常過電流或者運轉排氣溫度異常時,微電腦控制器接收到超過標準值的訊號時,除了電器部品本身會跳脫,微電腦控制器也會即時停機跳脫或顯示警告訊號!確保空壓機不會受損或者造成不可挽回的工安事故,確保人身安全與財產保全。

安裝壓力感測器而不使用壓力開關

傳統壓力開關使用上有幾個問題:當啟停壓力需要重新調整時,使用者調整有難度或者必須呼叫廠商到場調整(如果廠商服務無法快速到達或無法回應就產生麻煩);壓力開關係採用活塞彈簧結構,品質良窳會影響啟停壓力作動反應的精準度或者靈敏度,因此價值較高的無油渦卷式或者是螺旋式空壓機多採用壓力感測器而不會使用壓力開關,以避免壓力開關容易異常造成壓力持續不正常上升的風險。

採用微電腦控制器顯示壓力與各種數據

壓力、使用時數與各種顯示數值均透過感測器在微電腦控制器顯示,而不使用傳統機械式壓力錶(若不得已採用傳統壓力錶,較在乎品質的品牌又多會以不銹鋼充油式壓力錶,因為品質質量較穩定)。

微電腦控制可選配遠端控制或停電自動啟動

有時候實驗室會要求於辦公室或較方便的地方啟廷空壓機系統而需要遠端控制啟停,這個部分也可以透過選配加裝控制模組基板與微電烤控制器做連結,即可達到相關需求的滿足。

常見節省成本犧牲安全/可靠的空壓機控制界面

將應該確保安全性或提昇可靠度作保護的裝置不設計安裝,並採用下列常見的經濟型做法來降低成本。

埋入式或充油式壓力錶

應用在空壓機本身的壓力接入口螺牙是在壓力錶背面的正中央接入 (上圖是相同型式的壓力錶示意)。

機械式計時器

啟停旋鈕開關

許多空壓機採用上面簡易經濟型的控制介面,除了沒有辦法對空壓機整體作整合而僅能個別項目控制之外,由於從中國或印度地方型廠商到區域型品牌廠商都有類似的設計,因此品質與可靠度也參差不齊,單純靠品牌空壓機廠商的設計理念與品質思維而定!

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安心 : 空壓機設計選用機體、馬達、電氣部品不過載(Overload)超限使用

由於國際趨勢在採購行為導出的競爭產品組合M型化,許多歐美第一線國際品牌會採用兩個系列:高階型與經濟型兩個系列。日本品牌多數會採用高階型,以與中國或印度極經濟型產品區隔。台灣國產產品則略高階於中國或印度產品,但是由於深受中國空壓機產品的低價威脅,過去十年為了大陸市場競爭並且應對中國品牌侵蝕台灣市場,設計上仍舊會有過載運轉(Overload)的情形。

我們可以從歐美同樣30馬力的產品來說明如何設計出高階型與經濟型:

  1. 機體大小不同:高階型機體容積大不少、經濟型則採用增速齒輪增加轉速來帶動小很多的機體。
  2. 電機與電氣部品不同:高階型可能採用西門子IE4品牌馬達、經濟型可能採用大陸河北電機IE2/IE3馬達。
  3. 經濟型容易設計過載運轉(Overload):例如 安全係數在銘牌標稱1.25,實際使用到34.5馬力,造成安全係數實際不到10% (9.8%)。
  4. 中國或國產馬達或變頻器等電氣部品可能過載運轉使用的更嚴重:例如上述30馬力空壓機,馬達可能會用到36馬力,安全係數只有到5.4%。

主要原因都是因為經濟型是採用價格競爭導向,如果低價競爭還要能夠有賺錢,那麼就只能使用比歐美經濟型更低階的金龍馬達或再更低階段清江馬達貼牌成自己的空壓機品牌銘牌,降低成本才行。

我們舉一個30馬力有油式變頻螺旋式空壓機電氣部品實際案例來看看,空壓機的變頻器為了節省成本,選擇較低框號的變頻器(澄清:本案例問題不在變頻器,而是空壓機廠選型較小一個框號的產品);並解除變頻器設定安全係數超過SF1.1時自動跳脫保護的機制,結果造成變頻器超過工作負荷高溫起火⋯⋯。

馬達與部品零件過載運轉有何風險?

誠如上面的客戶現場實際影片所呈現的, 最大的風險當然是工安問題_火災; 其次, 不管增加轉速驅動空壓機小機體或者是馬達或電氣過載使用, 都會縮短使用壽命. 最後, 由於過載使用, 所以會產生何時故障停擺的不確定性, 對客戶實驗室的生命財產與鄰居企業住家的延伸風險成相當程度的影響!

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多道精密過濾裝置真的能夠怯除空壓機系統的潤滑油油氣?

許多使用有油式空壓機的客戶會分享他們使用三道過濾來確保潤滑油氣跑到現場,筆者想要利用一些國際頂尖過濾器品牌的規格表以及實際現場的照片來說明,也同時來報告為何許多使用精密儀器的使用手冊中會依據 ISO 8573-1 定義需要的壓縮空氣品質等級,而精密儀器公司的人員也多會建議最好在預算許可條件下採用無油式空壓機。

來看看世界領導品牌過濾器的產品說明

Parker 是世界最大的工業過濾濾材與過濾器品牌之一,也是壓縮空氣系統業界認可最專業的過濾與乾燥專家;台灣如TSMC等半導體廠及光電大廠等公司指定採用以確保氣體過濾的品質;主要原因是其多數產品均經過國際第三機構認證證書取得,該公司在工業業界特定領域具有權威領導地位的可信度。

該公司經過驗證生產的各種過濾器會提供國際濾效認證證書,管路過濾器與精密過濾器則強調過濾器產品提供12個月的濾效保證。但是各位可以看看 該公司產品型錄中的資料中對於過濾潤滑油或空氣含油分的活性碳過濾器的 ACS 系列並沒有提供12個月的濾效保證而是告訴大家的是何時更換過濾器:當發現有油氣被偵測觀察到的時候。其實並不是該品牌寫錯了,而是因為因為在濾材材質可以確保穩定期間固態顆粒確實是可以確保被攔阻下來,但是關於石化潤滑油在空壓機高壓與高壓縮熱產生的壓縮空氣油氣是任何一家品牌過濾器都不敢保證一定時間內是可以完全被擄獲攔阻下來的。

過濾濾材的效果隨著使用的時間越長,濾材飽和程度會越來越高,濾效會逐漸降低。當然,過濾器品牌的技術還是最重要的因素;否則很難相信標示相同規格的過濾器,Parker可能幾萬元,中國產品或濾材來台組裝只要幾千元的原因在此。(筆者幾年前曾經解剖一組管路前置過濾器,所謂濾材是用類似紙巾材質取代了玻纖材質;當然玻纖等級, 孔目Mesh大小密度, 幾層與折疊方法也有差異而造成效果與成本各異)。

油氣跑到精密儀器會有何可能情況?

精密儀器如果有使用到壓縮空氣,那肯定會有入口+流道+電磁閥件+關鍵部品+出口, 任何一處遭受汙染難免影響精度,因此許多精密儀器都會制定類似下表的壓縮空氣品質建議!

我們嘗試透過客戶現場實際於有油式空壓機三道過濾後方的空壓管路與裝置照片分析提供客戶,請參考下列後續三張實際現場照片

  1. 第一張圖左側有油式空壓機系統的管路內壁有油膜或油垢積累; 我們經常在實驗室精密儀器看到許多噴嘴或者是精密主軸的機構利用壓縮空氣來達成功能性作動或保護清潔其他程序需要的部品零件,壓縮空氣中含有潤滑油氣會如同左側的空壓管內壁形成油膜或油垢,造成精密儀器的氣動閥, 氣壓缸或電磁閥故障. 影響表面粗度或油垢堵塞則影響精度或者使用壽命。
  2. 第二張圖油氣跑出管路由令的接縫處,我們可以類推在實驗室中許多儀器的氣壓缸, Purge Air 或者是清潔用的噴槍, 在壓縮空氣完成任務時其實是藉由高速手機的空氣流道排出外部的;壓縮空氣含有油氣對於實驗室內長期研究發展的科學家與研究工程師並非好的情況,因為在密閉空調空間內的揚程也需要20~30分鐘才能夠沉澱下來。
  3. 第三張圖壓縮空氣中含有油氣而且乾燥程度控制的不是很好,所以潤滑油氣與冷凝水結合而造成油乳化;有一些謬誤的說法,一些維護設備的工程師會告訴筆者壓縮空氣中有油氣剛好可以來潤滑氣動閥或氣壓缸。通常潤滑油經過管路到設備後,品質已經劣化甚至油乳化,不但無法達到潤滑的效果,反而造成氣動閥與氣壓缸的損傷。況且空壓機潤滑油材質也不一定適合氣動閥或氣壓缸,有些高端的閥類甚至設計的是自潤材質…。

多數空壓機品牌商或者是傳統服務商多會說服客戶三至四道精密過濾能夠完全怯除潤滑油氣,因為一定時間或者是每年需要花費在過濾裝置濾材的費用加上更換工資是一筆可觀的收入與利潤;當然有安裝過濾裝置固然也是好事,可是壓縮空氣品質等級的建置規劃涉及解決方案的設備載具建置成本 與 後續維護保養的服務成本,進行合適的壓縮空氣品質規範, 系統汙染風險, 新機建置成本與後續維護保養成本是需要進行謹慎評估的!

解決實驗室使用無油式空壓機系統預算有限的解決方案

實驗室的經營者與科學家們當然知道避免非控制因子的干擾是重要因素, 而未來服務工業 深知實驗室面臨抉擇無油式空壓機系統的困境在於 “實驗室預算費用受限"; 因此我們提出 “GoUseAir無油渦卷式空壓機系統長期租用服務方案" 讓這樣的兩難困境得到妥善解決, 除了滿足無油認證, 低運轉噪音低佔地空間獲得解決之外, 未來對應實驗室研究項目與發展也提供 “彈性換機" 與 “由租轉購" 提高營運彈性的服務內容, 歡迎聯繫專人諮詢!

GoUseAir長期租用服務方案主要係為了讓客戶安心輕鬆地使用好的產品系統服務, 我們針對無油渦卷式空壓機提供新藥實驗室與IC設計測試中心長期租用服務, 提高客戶應對營運彈性!

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空壓機系統是實驗室減少干擾因子的重要考量嗎?

我們從學校就知道需要透過相關分析函數 Y = fx (X1, X2, X3….) 並排除或控制外部因素 (例如: 壓縮空氣中的含油量, 含水氣量, 固態顆粒數量或者微生物數量…等) 減少各種干擾因子, 並且盡量確保干擾因子的條件下, 讓實驗可以得到相對穩定數量來分析因為變數的變化對於實驗結果的影響函數為何? 因此排除干擾因子是實驗十分重要的工程, 或者我們可以說是讓實驗結果得到更具體證據的先決條件!

空壓機系統產生的壓縮空氣可以應用在各種實驗過程發揮功能性 (包括 : 發酵, 霧化, 均質化, 驅動氣動閥或氣壓缸…) 以及作為實驗精密儀器的動力源; 空壓機與乾燥機係轉動設備, 運轉過程也會產生噪音, 也因此有一個值得深入探索的問題 : 空壓機系統是減少實驗干擾必須考慮的因子嗎? 有哪些與空壓機系統相關的因子必須加以控制或考慮?

壓縮空氣品質是實驗干擾因子?

國際標準組織針對壓縮空氣品質制定了ISO8573-1來定義各種壓縮空氣品質的等級, 壓縮空氣中三種物質的含量多寡來區分成 Class X.X.X. 使規劃空壓機系統時有所依據 : 包括 不同直徑大小的固態顆粒, 水氣量 (含水霧與水氣) 以及 含油量 (油霧與油氣).

一些製程完全不需要乾燥過濾也不在乎壓縮空氣品質多寡, 要的只是操作壓力與壓縮空氣流量; 例如 : 自來水廠曝氣池底的汙泥壓縮固化, 汙泥壓縮過程需要利用壓縮空氣去除泥水以縮小體積增加壓縮阻抗與速度.

有些則需要極高品質的壓縮空氣品質, 例如 : 生醫製藥工廠, 半導體光電科技工廠, 新藥實驗室及IC設計品質設計測試中心需要的壓縮空氣; 其中, 生醫製藥工廠與一些新藥實驗室除了上述三種定義壓縮空氣品質的物質含量多寡之外, 也加入了單位壓縮空氣的微生物含量.

生醫製藥實驗室需要的壓縮空氣品質高低並沒有一定規範, 通常等級會較PIC/S GMP廠要求低一些, 但是仍舊十分在意下列影響 :

一, 對於實驗過程是否產生干擾? 包括對實驗儀器設備精度, 材料或試劑本身變化以及實驗動物的心理因素引發的變數.

二, 對於昂貴的實驗精密儀器或是未來可能的製程設備是否產生影響? 過高的水氣造成儀器設備電磁閥故障或製程品質良率, 油垢對於量測設備的精度影響…等.

潤滑油氣或油垢對實驗過程或實驗精密儀器設備有干擾?

沒有任何一家品牌廠商敢提出保證說他們家處理潤滑油油氣的活性碳過濾器在多少時間內都可以確保含油量低於多少! 原因是有太多變數會讓吸附油霧與油氣的濾材飽和而失效 :

  1. 每種空壓家種類與相同種類每家品牌空壓機的排氣潤滑油含油量 (Oil Carryover) 是一樣的; 例如 : 以有油螺旋式空壓機而言, 日本神鋼含油量低於2ppm, 其他歐美日品牌含油量3ppm, 國產或大陸地區有些則可能是5ppm以上. 再舉例 : 有油螺旋式空壓機含油量大多數在 3~5 ppm 區間, 有油往復式或有油渦卷式空壓機則大多高於15ppm以上. 對於環境中的含水氣量多寡冬天與夏天也不同, 每位客戶的環境也不同, 因此很難保證水氣是否會被吸附佔據了濾材效果.

有油式空壓機需要透過石化潤滑油作為壓縮腔體降溫, 間隙密封與減少摩擦的功能; 因為這樣, 所以許多加工間隙可以放寬, 許多材料可以不需要那麼耐熱抗磨, 相對研發技術層次也就比無油式空壓機容易一些. 但是有油式空壓機保養不當或者是設備本身的設計, 可能會造成機體油垢結痂 (如上圖) 或者是運轉工況導致機體溫度過低而與冷凝水混合形成油乳化 (如下圖).

有油式空壓機使用的石化潤滑油區分為基礎油與添加物來形成適合各種黏度與閃點的潤滑油脂; 但是基本的成分大多如下表. 這些化學物質經過高溫的壓縮熱氣化或者溫度不夠造成油乳化都會產生質變, 壓縮空氣如果使用在實驗過程與材料接觸會增加實驗干擾的變數, 很值得商榷! 在新藥實驗室或IC半導體光電實驗室可能與其他 Chemistry 或 電子化學原料產生反應而導致實驗誤差或失敗!

一般空壓機基礎油佔成品油的95%以上,精製深度深的基礎油,基礎油大部分是聚合物或高分子有機化合物。合成油的種類很多,用作壓縮機油的合成油主要有合成烴(聚α-烯烴)、有機酯(雙酯)、聚亞烷基二醇、氟硅油磷酸酯等,當然還有其他含量較少的其他石化或化學添加劑。

含水氣量對實驗結果或品質或精密儀器有影響?

通常在PIC/S GMP藥廠多會要求壓縮空氣乾燥程度達到小於壓力露點-40度C, 更嚴苛的半導體廠則會要求到-70度C的程度; 主要原因是許多產品除了影響製程品質良率之外, 也擔心在潔淨室環境沒有問題, 但是進入儲存或運輸的過程就因為溫度變化在包裝內引起返潮而造成產品不良的問題.

實驗室則依據各種類別對於壓力露點要求有所不同, 如果實驗室單一機器設備則可能會較連續自動化實驗線要求低一些, 因為自動化程度越高越擔心交叉汙染! 有些實驗室反而需要將壓縮空氣加濕到一定濕度才行, 有些則相當嚴苛要求壓縮空氣乾燥程度; 例如, 發酵槽可能就擔心胖湯姆定理 FAT TOM 所引發的細菌或病毒汙染而要求較高的乾燥程度與較嚴苛的含油量! 這個部分除了無塵室等級, 藥典規範之外, 就需要依據設備廠商與使用者實務經驗提出要求規範!

water drops on glass

固態顆粒對於實驗室是否有干擾或影響?

固態顆粒通常對於實驗室的影響在於損害昂貴的實驗精密儀器; 舉例而言, 固態顆粒在高壓的壓縮空氣中被帶動以及高流速於空氣管路中輸送, 一定數量的撞擊與摩擦可能造成精密儀器精度的影響, 又或者是氣動閥累積垢而造成作動不良…

由於空氣中含有粉塵或者是金屬微粒等固態顆粒, 空壓機或乾燥機等設備本身或許會因為運轉讓設備內管鐵屑或其他物質剝落, 空氣桶與空壓管路或閥件也會有類似可能又或者是並非採用不銹鋼要求的材質而生鏽產生鐵屑, 往往會損傷實驗室機器設備!

運轉噪音是實驗室應控制的干擾因子?

運轉噪音涉及的影響層面我們在前面幾篇有作一定程度的分享, 受影響的包括 : 實驗室科學家與研究人員, 鄰近實驗室的企業或住戶 以及 實驗動物! 可以參考我們在上一篇 空壓機運轉噪音對實驗動物與新藥實驗有哪些影響? 的分析與分享!

岩田10馬力雙模組無油渦卷式空壓機開前蓋運轉聲音!

我們拜訪不少實驗室, 也發現許多生技製藥實驗室或高科技產品實驗室採用的空壓機系統單純只有一台空壓機及一組黑鐵的空氣桶; 這其中有許多令我們想要不厭其煩提醒的, 主要原因是廠商的專業程度又或者是採用價格戰術爭取業主採用所造成, 我們想要提醒 生技製藥實驗室與高科技實驗室 的是 :

  1. 相同馬力數有油式空壓機絕對比無油式空壓機便宜一半以上.
  2. 相同馬力數商用型空壓機絕對比工業級空壓機便宜好幾倍.
  3. 黑鐵桶絕對比不銹鋼空氣桶便宜好幾倍.
  4. 同樣是不銹鋼空氣桶, 沒有工檢證明的空氣桶絕對比有工檢合格空氣桶便宜一半以上.
  5. 安裝過濾器是絕對必要的, 大陸進口的過濾器絕對比國際認證的過濾器便宜好幾倍.

很值得一提的是, 不論是工業區立體化的高科技廠房, 或者是新藥實驗室或高科技實驗室都座落於寸土寸金的都會區或鄰近的城市; 以台北市南港區為例, 購買的話每坪都會超過新台幣60萬元以上, 以新北市汐止區租用的話可能每坪每月也需要花費700元以上. 充分利用空間減少佔地空間是十分重要的考量, 因此不單只是考慮空壓機系統設備的成本或費用高低, 隱形的費用 (佔地空間的費用, 噪音困擾, 無油認證以及維護保養費用…等) 有時候會高於設備的購置成本!

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實驗室空壓機同時滿足無油、低振動噪音及低佔地空間需求有何種對策?

全球人口數量將近16億人, 多數國家的人口也都由各個地方往城市流動, 因此機器設備運轉的各種情況讓不少人感到相當苦惱; 我們為什麼積極推出次世代無油渦卷式空壓機SLP Prime系列?超靜音41dB與44dB的推出究竟想要解決哪些人的苦惱?內置乾燥機與內置不銹鋼空氣桶無油國際認證的空氣品質是打算解決哪些行業的哪些困擾?

工廠被迫離住宅區越來越近而對機器運轉噪音感到苦惱?

人口越來越稠密,當許多工廠歇業或遷廠之後,住宅區因為需求慢慢建築在既存的工廠;附近許多工廠因為住宅區在原先工廠區域內建設讓工廠越來越接近住宅區域,居民的生活環境如何不受機器設備運轉噪音影響變成是重要的議題。不管工廠是先到這個區域設點的與否,敦親睦鄰是必須考慮的課題!近年台灣推動工業區立體化,形成密閉的大樓變成廠辦或商辦混合區域,加上鄰近住宅區,趨勢越來越明顯,低噪音、低振動、低佔地空間成為空壓機系統重要關鍵。

最近新北市地區有幾位客戶來電尋求協助,主要原因是幾十年前工廠蓋在板橋或中永和地區營運起來並沒有太大問題;但是一些鄰近的工廠歇業或者將工廠搬到桃園地區之後,建設公司變更地目蓋起了一棟又一棟的集合式住宅大樓,鄰居管委會對於空壓機或生產設備的運轉噪音多次申訴抗議,甚至驚動環保局來量測與溝通協調要求改善! 當然我們也可以遷廠,但是想到這麼多員工都是住在雙北地區,也只能夠將新的項目往外縣市較偏遠的地區設廠,既有工廠仍舊必須保障既有員工的就業與人才吸納!

實驗室/研究機構對無油、振動噪音與佔地空間更在意

潤滑油具有許多化學成分,經過壓縮熱高溫氣化的油霧或油氣會影響生技製藥與半導體實驗室的研究結果,因為過程中這些成分讓研究實驗增加更多不確定性因素與變數,機器振動的傳導則可能影響到量測儀器的精準程度。實驗室或研究機構的機器運轉噪音除了影響到科學家與研究人員的專注度與身心健康,同時也影響到實驗動物的心理狀態,更加不能不在意!而如此多的實驗設備如何選擇耐久且佔地空間小的設備,也是重點之一!

牙科與診所對無油、低噪音與低佔地空間有強烈需求

牙醫診所、專業診所與牙體技術所在地點的空間往往寸土寸金,能夠讓醫療人員與病患在診間確保寧靜,並且能夠降低佔地空機的需求,對於牙科診所與牙體技術所是考慮的重要因素!

SLP Prime系列次世代無油渦卷式空壓機的規格

ISO8573-1 Class 0 國際百分之百無油認證的壓縮空氣品質,次世代無油渦卷式空壓機內置冷凍式乾燥機與不銹鋼空氣桶,提供2馬力與3馬力實際排氣量 170LPM與255LPM @ 8 bar 的穩定氣源,運轉噪音個別為 41dB與44dB 全球壓倒性超靜音的空壓機設備。

我們想要解決振動噪音與佔地空間問題

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空壓機運轉噪音對實驗動物與新藥實驗產生哪些影響?

通常為吸引專業人才, 研發實驗室多位於商辦大樓或者是廠辦大樓之中, 因此考慮選用空壓機系統時除了要無油避免汙染實驗室環境, 規劃中央供氣系統也希望空壓機耐久可靠; 當然另外一項重要因素往往考慮到人 : 實驗室內工作的人, 辦公室工作的人 以及 隔壁鄰居的人, 希望空壓機運轉聲音小一點, 讓環境更寧靜且不會被鄰居申訴抗議!

實驗室動物更需要在意運轉噪音的影響

赫爾辛基宣言則針對動物福祉也提出正式的條文, 而台灣法令上也針對實驗動物的房舍與環境立法 (實驗動物照護及使用委員會或小組設置及管理辦法); 並由政府機關參考國際法令或指引提出實驗動物照護及使用指引. 以上之宣言或立法或指引主要是針對動物保護與動物福祉為出發點, 而P1~P4實驗室則是以防範細菌病毒傳播防護為目的. 另外則有許多組研究團體發現, 實驗動物如果沒有獲得較佳的環境, 則在進行實驗時會增加許多干擾因素, 導致實驗結果大打折扣.

我們則針對生技製藥實驗室空壓機運轉噪音, 以歸納法對於實驗室經營管理有何影響的角度來探討. 誠如一開始就提到的, 對於人的影響部分包括 : 科學家或研究助理們的研究環境寧靜專注影響, 鄰近住戶或企業的申訴抗議影響正常營運是經常被留意到的, 這個部分就不再贅述. 對於實驗動物部分, 我們則提出幾個層面的報告–

一, 關於實驗室噪音的參考標準

  1. 最寬鬆的是關於一般工作場所職工安全健康的規範 : 建議 < 85dB 且 持續時間 < 8小時 (WHO與台灣職業安全衛生法令文獻).
  2. 涉及到國內學者研究維護實驗動物福祉的噪音標準建議是 : < 65dB (例如 : 前台大獸醫系教授 AAALAC國際評審委員 洪昭竹博士的文獻指出).
  3. 國際上指南或者是實驗室設計建置的噪音標準建議是 : < 55dB (CL等級實驗室建置指引文獻).

二, 關於為何需要建立噪音標準的原因

  1. 相關法令遵從部分–職業安全衛生與實驗動護照護 (保護工作人員以及實驗動物福祉) ; 因為會對工作人員與實驗動物的身心造成損傷.
  2. 提升動物福祉部分–關於實驗動物倫理, 國際要求做到5F與4R的標準, 其中5F中有一條是關於 “免除恐懼與壓力“, 讓實驗動物被犧牲做出貢獻的過程, 能夠保持悠閒與舒適的心理狀態.
  3. 消弭實驗影響部分–許多研究實驗動物心理的學者研究發現, 實驗動物在面臨環境產生的噪音時, 會產生躁動與焦慮的情形, 體內化學賀爾蒙會產生變化, 時間越長累積的越多而造成實驗動物的身心傷害之外, 也會增加實驗的變數而影響實驗結果. 因此, 保持低噪音是讓實驗動物維持穩定與放鬆的條件之一.

國內研究的重要機構清華大學針對實驗動物的房舍環境進行長期監測, 以確保實驗室動物環境噪音盡量保持在50~60dB之內; 而多數實驗室也會針對實驗動物的房舍與環境進行監測, 當然台灣農委會等相關機構也會定期與不定期抽查, 甚至提供為實驗動物發聲的檢舉申訴管道. 未來服務工業提供的日本實驗室渦卷式空壓機運轉噪音值 (距離發音源1.5米量測) 最低噪音值41dB, 而標準型則在45dB~53dB之間, 主要的設計基礎仍就是圍繞著為實驗室科學家與研究助理工作環境防護, 以及符合實驗動物福祉/降低影響實驗結果變數 而設計~

五馬力國際無油認證渦卷式空壓機運轉噪音

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