空気比

空気比の定義と計算式

空気比（Air Ratio）とは、燃料を燃焼させる際に実際に供給した空気量（実際空気量）と、燃料を完全に燃焼させるために理論上必要となる最小限の空気量（理論空気量）との比率を示す数値である。一般的に記号「m」や「μ（ミュー）」で表される。

算出式は以下の通りとなる。

空気比 m ＝実際空気量 A ／理論空気量 A0

理論空気量通りに空気を供給した場合、空気比は1.0となる。理想的な燃焼状態であれば空気比1.0で完全燃焼するが、実際には燃料と酸素を瞬時に均一に混合させることは物理的に困難であるため、理論値よりも多めの空気を供給することで完全燃焼を促す。

空気比と熱効率の関係

ボイラなどの燃焼機器において、空気比の調整は熱効率を左右する重要管理項目である。空気比は高すぎても低すぎても効率低下の原因となる。

空気比が低い場合（m ＜ 1.0）、酸素供給量が不足している状態である。燃料が燃え切らずに不完全燃焼を起こし、一酸化炭素（CO）や黒煙（煤）が発生する。未燃焼の燃料が排ガスとして捨てられるため、大きなエネルギー損失となるほか、一酸化炭素中毒や、炉内に蓄積した未燃ガスによる爆発事故のリスクが生じる。

空気比が高い場合（m ＞ 1.0）、酸素供給量が過剰な状態である。完全燃焼は維持できるが、余分な空気を温めるために熱エネルギーが消費される。温められた過剰空気はそのまま排ガスとして煙突から放出されるため、排ガス熱損失（排ガス持ち出し熱量）が増大し、ボイラの熱効率は低下する。

燃料種別による適正空気比の目安

適正な空気比は、燃料の混ざりやすさによって異なる。気体燃料は空気と混合しやすいため低い空気比でも完全燃焼させやすいが、液体燃料や固体燃料は混合に時間を要するため、より高い空気比が必要となる。

都市ガス・LPG：1.05 ～ 1.2程度
A重油・灯油：1.1 ～ 1.3程度
石炭：1.2 ～ 1.4程度

近年ではバーナー性能の向上や、排ガス中の残存酸素濃度を測定してファンの回転数を制御するO2トリミング制御などの技術により、低空気比燃焼（限りなく1.0に近い運転）が可能となっている。

窒素酸化物（NOx）との関係

空気比の管理は、環境汚染物質である窒素酸化物（NOx）の排出抑制においても重要である。

燃焼用空気の約8割は窒素であるが、燃焼温度が高温になると空気中の窒素と酸素が反応してサーマルNOxが生成される。空気比を高くして過剰な酸素が存在する状態で燃焼させると、NOxの生成量が増加する傾向にある。そのため、省エネルギーだけでなく環境保全の観点からも、不完全燃焼を起こさない範囲で可能な限り低い空気比で運転することが求められる。

省エネ法における管理標準

エネルギーの使用の合理化等に関する法律（省エネ法）において、ボイラや工業炉の空気比は管理すべき項目として指定されている。

事業者は、排ガス中の酸素濃度などを定期的に計測・記録し、空気比が基準値（ボイラの種類や容量、燃料によって定められた目標値）以下に維持されるよう管理を行う義務がある。空気比の低減は、燃料使用量の削減に直結する有効な省エネ手法として位置づけられている。