日本岩田實驗室空壓機 Lab Air

核心摘要

在現代醫療與實驗室環境中，高品質的壓縮空氣是確保病人安全與研究精準度的關鍵。日本岩田 (Anest Iwata) 無油渦卷式空壓機系統，結合 ISO 8573-1 Class 0 認證，提供 100% 無油、極致靜音且高能源效率的解決方案。搭配 Parker Hannifin 過濾技術與 Tandem 備援機制，成為高壓氧艙、手術室及質子中心的首選系統。

一、醫療與生醫實驗環境對壓縮空氣的關鍵要求

醫療院所的CDA以及生醫實驗室研究級用氣不同於一般工業用氣，其標準極為嚴苛：

• 潔淨度標準： 必須嚴格符合 ISO 8573-1 Class 0 國際認證，確保空氣中完全不含油分。
• 物理特性： 需具備高度乾燥、無固態顆粒、有的應用場域並必須嚴格控制微生物與菌落數 (CFU)。
• 穩定性與備援： 醫療供氣不容許任何中斷，系統必須具備 Tandem (並聯/備援) 運轉機制。
• 低噪音環境： 為了維護病患休養品質及醫護人員的工作環境，設備必須具備低振動、低分貝運行的特性。

二、解決方案：日本岩田 (Anest Iwata) 無油渦卷式空壓機系統 (30hp 以下)

針對中小型系統及多模組化需求，日本岩田提供了領先業界的 One Air Solution。

1.技術優勢

• 高效率節能： 較傳統無油往復式空壓機提升 20% 以上的能源效率，有效降低醫療院所的營運成本（OPEX）。
• 多模組化設計： 採用多模組並聯運作，可根據實際用氣量自動切換運轉數量，並在維修時提供相互備援。
• 市場實績： 在台灣、日本、泰國及美國醫療體系市佔率領先，擁有眾多醫學中心與質子中心實績，避免成為新技術的試驗品（白老鼠）。

2.醫療院所重點應用領域

• 臨床治療： 稀釋氧氣輸送、藥物霧化治療。
• 手術工具： 驅動骨刀、氣動鑽頭等精密手術器械。
• 專科診間： 牙科診間用氣、高壓氧艙治療系統（HBOT）。
• 尖端醫療： 質子中心設施、醫科大學研究室。

醫療院所多模組無油渦卷式空壓機

三、解決方案：實驗室高純度氮氣產生機系統決方案

針對生技實驗室與研究機構，結合岩田無油技術的氮氣解決方案可確保分析結果的精確度。

• 應用場景： 液質聯用儀 (LC-MS)、樣品吹掃、細胞培養箱、低溫冷凍保存。
• 核心組件： 整合國際領導品牌 派克漢尼汾 (Parker Hannifin) 的乾燥過濾系統，確保氮氣純度與系統穩定性。

四、未來服務工業的專業價值：全方位安全保障

未來服務工業」憑藉深耕醫療工程的專業經驗，為醫療院所量身打造安全用氣體系：

1. Tandem 備援機制： 針對空壓機系統建立完善的冗餘設計 (Redundancy)，即使單一模組檢修，系統仍能維持 100% 供氣，確保高壓氧艙與手術室運行安全。
2. 國際認證組件： 關鍵乾燥與過濾系統採用 Parker Hannifin 方案，嚴格控管空氣品質與固態顆粒。
3. 全生命週期服務： 從規劃、安裝到後續維護，確保醫療院所能獲得持續、穩定的技術支持。

無油渦卷式空壓機應用實績

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專業洞察：破除壓縮空氣系統的淨化迷思

在科研實驗室與高品質精釀製程中，壓縮空氣常被視為「第四大公用設施」。許多業者雖宣稱使用「無油系統」，但在專業稽核下發現，其核心仍為需添加潤滑油的「油潤滑空壓機」，僅靠後端過濾裝置攔截油分。

兩大常見誤區：

非接觸誤區： 認為壓縮空氣僅驅動氣動閥、不直接接觸產品。然而，系統排氣後的微量油霧常隨環境擴散或透過意外洩漏污染檢測樣本與生產設備，造成不可逆的品質偏離。

過濾萬能論： 認為只要加裝精密過濾器就能達到無油等級。事實上，過濾器存在飽和失效風險，且無法過濾氣態烴（Oil Vapor）。

深度解析：有油式空壓機系統的五大潛在風險

基於食品安全管理體系（如 ISO 22000, FSSC 22000），有油式系統存在以下關鍵脆弱點：

有油式空壓機對食品安全五大風險

一, 食品回收的風險

二, 作業停線的風險

三, 食品安全規範申請的風險

四, 配管汙染的風險

五, 油水處理的風險

關於 H1 等級食品級潤滑油的科學現實

雖然 H1 等級潤滑油 被核准用於偶發性食品接觸，但根據美國 FDA 21 CFR 178.3570 規範，其含量不得超過 10ppm。

核心問題在於「監測機制」的缺失：

• 動態漂移： 目前大多數食安認證並未強制要求企業「定期定量檢測」壓縮空氣中的含油量是否低於 10ppm。
• 累積效應： 對於精細的科研檢測或長時間發酵的精釀啤酒，微量累積的油分可能干擾實驗數據或影響啤酒泡沫穩定性（Head Retention）。

結論： 為了根除法規歧異與國際通路稽核的不確定性，領先的食品品牌與實驗室已採取**「源頭阻斷」**策略——直接採用 ISO 8573-1 Class 0 認證的無油式空壓機。

解決方案：日本岩田ANEST IWATA無油渦卷式技術

針對精密實驗與精釀工藝，我們提供結合「極致潔淨」與「極靜音」的流體方案：

• 無油渦卷式空壓機： 核心腔體完全無油，從源頭保證空氣 100% 潔淨。低震動、低噪音特性，完美契合研究機構與中小型精釀工坊。
• 氮氣產生機 (PSA/Membrane)： 結合無油空氣源，生產高純度氮氣。用於啤酒充氮排氧、實驗室氣相層析儀 (GC) 載氣，確保產品不氧化、實驗不偏差。

耗材優化比較： 無油系統省去了更換油濾、油精分離器及廢油處理的循環成本，將維護重點簡化為空氣濾芯與皮帶，大幅降低長期營運總成本 (TCO)。

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在科研與檢測環境中，壓縮空氣的能效與純淨度是影響營運成本與實驗準確性的關鍵。傳統觀念認為「變頻即節能」，但根據**工業技術研究院（ITRI）**的研究與實際數據模擬，在特定馬力區間內，多模組無油渦卷式空壓機展現了更優異的能效表現。

例如：螺旋式空壓機以一組公轉子 (Male Rotor) 與一組母轉子 (Female Rotor) 透過嚙合及齒型讓吸入的大氣容積產生變化而升壓，公母轉子尺寸太小時因為加工技術無法達到更小的配合公差精度，因此效率會大幅衰減，依據工研院的研究報告顯示，下列是各種馬力 (功率) 較適合的空壓機機構型式能效會最佳！

一、機構型式與功率的「最佳適配區」

空壓機的效率並非恆定，而是深受其「壓縮機構」與「額定功率」的影響。根據工研院報告，不同馬力（Power）對應的能效最佳化（Specific Energy）如下圖：

關鍵發現：

18kW (約 25hp) 以下： 渦卷式 (Scroll) 為效率最佳機型，尤其在 3hp~10hp 區間表現最為卓越。

25hp~75hp： 旋齒式 (Tooth) 具備相對優勢。

50hp~500hp： 螺旋式 (Screw) 為主流高效選擇。

500hp 以上： 離心式 (Centrifugal) 具備最高能效。

關於往復式： 因每單位風量（CMM）能耗高達 8.8 ~ 13.06kWh，在節能評比中通常不予列入，僅適用於極高壓之特殊需求。

二、容調控制與變頻控制的節能盲區

許多研究機構在使用螺旋式空壓機時，常依賴變頻（VFD）或容調控制，但數據顯示這些方式在「部分負載」下仍有明顯損耗：

1. 容調控制 (Modulation)： 即使需求風量降至 40%，耗電量仍高達滿載的 78%，極不經濟。
2. 加卸載控制 (Load/Unload)： 在 40% 風量需求下，耗能約為滿載的 58%。
3. 變頻控制 (VFD)： * 高負載損耗： 當負載超過 85% 時，變頻器本身的功耗（約 5%~8%）會導致總能耗反而超過定頻機。
   • 低頻限制： 低於 40% 頻率運轉時，馬達散熱效率下降且能耗比惡化，無法無限制向下調節。

三、日本岩田 (ANEST IWATA) 多模組無油渦卷式：理想的線性節能

為了突破單一機體的能效限制，日本岩田 SLP 系列 多模組無油渦卷式空壓機採用「多模組控制技術」，透過多組 5hp或10hp 的小型高效主機交替運轉，達成接近理想線性的能耗曲線。

實測對比 (以 20hp 為基準)

假設年度壓縮空氣總需求量為 1.8 x 10⁸ Liters，依據國際認可的部分負載 IPLV (Integrated Part Load Value) 權重計算：

多模組無油渦卷與變頻螺旋式空壓機節能比較

結論： 變頻螺旋式在 20hp 以下因機構天生效率較低，加上變頻器損耗，其年度電費明顯高於多模組渦卷式。當模組數量越多，切割部分負載的能力越細膩，節能效果越接近 1:1 的理想狀態。

四、為什麼 40hp 是技術分水嶺？

實證顯示，多模組無油渦卷式空壓機在 50hp (含) 以上 的能效優勢會逐漸被變頻無油旋齒式或無油螺旋式追平甚至超越。這也是為何日本岩田（ANEST IWATA）專注於將無油渦卷技術開發至 40hp 以內的原因——確保在該功率區間內提供全球領先的絕對能效與 100% 無油（Class 0）的純淨空氣。

五、實驗室的最佳選擇：空壓機與氮氣機一體化

對於需要高純度氮氣的檢測中心（如 LC-MS, GC, ICP-MS），採用日本岩田無油渦卷空壓機驅動氮氣產生機具備以下優勢：

1. 極低噪音： 適合安裝於實驗室內部或鄰近辦公區。
2. 冗餘備援： 多模組設計，單一模組保養時其餘模組照常運作，實驗不中斷。
3. Class 0 無油認證： 確保氮氣膜層或分子篩不受油氣污染，延長氮氣機壽命。

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一、重新定義空壓機系統的總體持有成本 (TCO)

在實驗室與研究機構的生命週期評估中，空壓機系統的 Total Cost of Ownership (TCO) 呈現出兩個關鍵的事實 (Facts)：

「部分負載 (Partial Load)」是效能黑洞： 科研設備用氣並非持續 100% 運轉。傳統空壓機在低負載時的能效極低，這也是為何 整合性部分負載價值 (IPLV) 成為衡量實驗室空壓機優劣的核心指標。

成本結構失衡： 根據工研院（ITRI）與國際研究數據顯示，空壓機 10 年生命週期中，運轉電費佔比高達 70%~80% 以上，遠超初始購置與後續維護費用。

2.為什麼「多模組控制」優於「變頻驅動」？

針對 0~100% 的動態用氣需求，日本岩田 (Anest Iwata) 採用的 Multi-Step Control (多階啟停控制) 技術在研發與檢測環境中展現出絕對優勢：

供氣範圍： 支援 0~1,280 L/min (@8 bar) 的寬幅供應，確保實驗精密需求。

真正的零功耗待機： 變頻式空壓機（Inverter）受限於馬達散熱與機體回漏，通常最低頻僅能降至 30% 負載，此時耗電仍高達 50%。

模組化彈性： 以岩田 20HP 多模組無油渦卷機為例（內含四組 5HP 模組），系統會精確計算用氣需求，僅啟動必要的模組數量。不需要時，模組直接進入 Standby 零耗電狀態，節能表現優於變頻螺旋式。

IPLV 部分負載整合效率

能源局變頻空壓機整合效率公式

因為運轉電費佔整個空壓機系統TCO比重很高，而部分負載又是運轉電費中占有極高比例；如何讓空壓機系統在部分負載時達到最佳能效就成為對使用者非常有利的技術。

工研院研究:各種馬力空壓機能源成本費用

據工研院另一個報告指出：國產100馬力微油定頻螺旋式空壓機生命週期中, 所有的成本費用為 1) 購置成本約新台幣76萬元, 2) 維護成本約75萬元 3) 運轉電費約1,935萬元 (上述圖表每年運轉電費為203.4萬元, 10年則為2,034萬)。

多模組無油渦卷式空壓機應對上面的實務需求具有相當程度的契合度；以日本岩田多模組無油渦卷式空壓機20馬力為例 (請參考下圖)，總共有四組5馬力的馬達機體模組，每一個模組都具有獨立電器元件配盤，再由控制器統一指揮調度應對現場用氣需求。這樣的風量供應範圍是 0~1,280L/min @ 8 bar (變頻螺旋式空壓機則通常是33%~100%供氣範圍。

3.數據實證：如何將維護跨距延長至 2 倍以上？

多模組技術的核心在於**「均等磨潤控制 (Equal Run-time Control)」**。透過控制器調度，確保各模組運轉時數平均分攤，而非單一機組過勞。

計算實例：20HP 螺旋式 vs. 岩田多模組渦卷式

假設實驗室年產氣需求時間為 4,000 小時，依據 IPLV 權重分佈如下：

• 25% 負載 (權重 1%)
• 50% 負載 (權重 42%)
• 75% 負載 (權重 45%)
• 100% 負載 (權重 12%)

維護週期對比：

1. 單模組螺旋式： 總運轉時數 > 4,000 小時 (含空載空轉時間)。
2. 岩田多模組渦卷式（ 20HP / 4模組 ）：
   • 計算式：4,000 x [ (1% x 1/4) + (42% x 2/4) + (45% x 3/4) + (12% x 4/4) ]
   • 結果：1,831 小時。

多模組技術讓「整機運行時間」轉化為「模組分攤時間」。同樣是 4,000 小時的製程時間，單一模組僅累積 1,831 小時的磨損。這不僅延長了維護跨距，更大幅降低了停機風險與 TCO。

減少備機降低停線風險

Multi-Step Control Model(多階啟停控制)

各種控制方式風量與耗能比較

多模組無油渦卷式空壓機除了節能之外，因為一個模組即使在保養其他模組也能夠持續運轉，降低停機的風險。而且由於多模組無油渦卷式空壓機透過均等磨潤的控制技術讓運轉時數以馬達啟動運轉累計計算，而且是所有模組都達到相同運轉時數的時候 (請參考下圖實際照片; C1為第一個模組運轉時數127小時, C2為第二個模組運轉時數也是127小時; 整機運轉時間為10,000小時-9,873提醒保養剩餘小時=127小時)，在大多數空壓機系統多落在40%~75%部分負載的工況下，能夠延長機體壽命與保養時間跨距。

客戶端實際案例分享

不論從維護保養費用角度或者是節省電費角度，多模組無油渦卷式空氣壓縮機應該都是Total Cost of Ownership的較佳方案!

4.針對科研與檢測中心的價值總結

高可靠度： 單一模組維護時，其餘模組正常供氣，實驗不中斷。

潔淨無油： Class 0 等級壓縮空氣，守護精密分析儀器（如 GC-MS, LC-MS）。

極致安靜： 適合安裝於實驗室內部，提供優質的研究環境。

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translated by 未來服務工業

藉此悼念十五年前因為管路爆開 (同業客戶配管協力廠商管接吃牙不夠; 使用不銹鋼管太短, 配管廠商為節省用料造成管路車牙螺紋不足) 去世的乾燥機廠同業!

#1 不要對著人使用壓縮空氣 超過0.2MPa (一般稱2公斤）就可能造成皮膚或身體傷害。經常發現客戶的不自覺動作，拿氣槍清潔衣物或身體髒東西。

#2 不要使用壓縮空氣作清潔 吹起的顆粒或物質可能噴進眼睛或傷到他人。如必要，最好戴臉部全罩式護鏡及塑膠式防護護具。（筆者小舅舅年輕時用噴槍清工作母機現場工作檯，被彈起的鐵屑噴進眼睛，開刀數次一輩子弱視。）

#3 使用時戴耳塞或耳罩 避免聽力傷害。

#4 更換或連接管件，確認管內無殘壓 未關機、未關斷、管內有殘壓時，切勿更換管件、管子或各種相關零件部品。

#5 使用正確及符合安規設計的接頭管件。

#6 勿使用不符安規、破損或老化龜裂的管子。

#7 使用管子末端器具須確保拿穩或有固定裝置 避免管子甩動傷人，或擊壞物件。

#8 禁止壓縮空氣用於呼吸或侵入人體。

#9 安全閥口徑應大於或等於空氣桶入口口徑，且符合安規。(可要求廠商提供計算書與測試報告)

#10 空氣桶應該符合且取得國家標準認證。(可要求廠商提供工檢證明及計算書)

#11 適切地設置關斷閥，確保零件更換，管路破損可以立即關斷。（原文#8與#11整併，因此少一條指南）。

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