圧縮空気とは

知っていてもいなくても、誕生日パーティの風船や車と自転車のタイヤの空気など、圧縮空気は私たちの生活のあらゆる面に関わっています。このページを表示しているスマートフォン、タブレット、コンピュータの製造にもおそらく圧縮空気が使用されています。

もうお分かりでしょうが、圧縮空気の主な成分は空気です。空気は混合気体です。つまり、多くの気体で構成されています。主な気体は窒素（78％）と酸素（21％）で、それぞれ特定の運動エネルギーを持つ異なる空気分子から成ります。

空気の温度は、これらの分子の平均運動エネルギーに正比例します。これは、空気の温度が上昇すると、平均運動エネルギーが大きくなることを意味します。（空気分子がより速く動きます）。温度は、運動エネルギーが小さいとき低下します。

空気を圧縮すると分子が速く動くようになり、温度が上昇します。この現象は「圧縮熱」と呼ばれています。空気を圧縮すると、空気は文字どおり狭い空間に強制的に入れられ、結果的に分子同士の距離は近くなります。このときに放出されるエネルギーは、空気を狭い空間に強制的に入れるために必要なエネルギーと同じです。言い換えると、蓄積されたエネルギーが将来使用可能になります。

風船の例を考えてみましょう。風船を膨らませると、空気の体積は強制的に小さくなります。風船内の圧縮空気に閉じ込められたエネルギーは、風船を膨らませるために必要なエネルギーと等しいものです。風船の結び目をほどいて空気を放出すると、このエネルギーが放散され、風船は飛び去ります。これは容積式コンプレッサの主な動作原理でもあります。

圧縮空気は、エネルギーを蓄積して伝達するための優れた方法です。バッテリや蒸気のような他の手段と比較して、柔軟性と汎用性があり、比較的安全です。バッテリはかさばり、充電の寿命が限られています。一方、蒸気はコスト効率が良くなく、非常に高温になるため使いやすくもありません。ただし、圧縮空気を電気と比較すると、電気の方がコスト効率に優れています。これが本当ならば、なぜ圧縮空気が使用されるのでしょうか。