基本的な冷凍: システムの主要コンポーネント

技術者が冷凍システムの設置やトラブルシューティングを考える前に、そのシステムの主要コンポーネントを理解する必要があります。 このシリーズのパート 1 では熱伝達の基本について説明しましたが、この記事では標準的な冷凍システムを構成するさまざまなコンポーネントについて説明します。

冷凍システムの心臓部であるコンプレッサーは、システムの低圧側と高圧側の間にシステムに必要な圧力差を生み出す蒸気ポンプです。 さらに、冷媒の温度を使用可能なレベルまで上昇させます。 冷媒の温度は周囲の空気よりも高くなければなりません。そうしないと熱伝達が起こりません。 熱は常に高温の源から低温の源に流れるため、熱を遮断するには冷媒が屋外よりも高温でなければなりません。 そうして初めて熱伝達が起こります。

コンプレッサーは、十分な量の冷媒を送り出すことができ、使用される冷媒に対応できなければなりません。

計量装置は、蒸発器とも呼ばれるユニットクーラーへの冷媒の流れを制御し、冷媒の沸点の望ましい圧力を調整します。 冷媒の圧力を下げることができれば、より低い温度で沸騰させることができます。

沸点に達すると、新たな熱を吸収する準備が整います。 熱は、蒸発器を横切るファンから押し出される空気から発生します。 その空気が沸騰している冷媒よりも暖かく、それが冷却されたコイルと接触すると、冷媒への熱伝達が発生します。

コンプレッサーと同様に、計量装置も適切なサイズにする必要があり、使用する冷媒と互換性がある必要があります。 この装置の主な役割は、温度が低すぎる場合に吸入ラインを通って移動する可能性のある液体からコンプレッサーを保護するために、適切な過熱度を維持することです。

計量装置には主に 2 つのタイプがあります。サーモスタット式膨張弁 (TXV) と電子式膨張弁 (EEV) です。 機械式 TXV は信頼性が高くなりますが、EEV ははるかに正確で、圧力や温度の変化に応答します。 図 1 は、30°F からの効率を比較しています。 TXV を使用すると、10°F の過熱に達するまでに約 2 時間かかりますが、EEV が定常状態で動作すると、かかる時間は大幅に短縮されます。

図1

TXV VS. EEV: TXV (青線) と EEV (赤線) の効率を比較します。 (ヒートクラフト提供)

TXV を使用する場合、図 2 に詳細が示されている感知バルブの配置が重要です。 熱はパイプから感知バルブに伝達される必要があるため、しっかりとした接続が必要です。 パイプの役割は周囲の空気ではなくパイプの温度を感知することなので、十分に断熱する必要があります。 図 3 では、ライン内のオイルが蒸気の実際の温度を遮断する可能性があるため、正確な読み取り値を得るには、感知バルブが認識されるオイル ラインより上にある必要があります。 これらの数値はガイドとして使用できますが、バルブ メーカーのガイドラインを必ず確認して、適切な配置を決定してください。

図2

電球の配置: TXV を使用する場合、感知バルブの配置が重要です。 (ヒートクラフト提供)

図3

パイプ温度: TXV の仕事は、パイプの周囲の空気ではなく、パイプの温度を感知することです。 (ヒートクラフト提供)

EEV には、温度に基づいて抵抗値を変化させる、NTC と呼ばれる温度感知抵抗器という別個の感知デバイスがあります。 NTC は負の温度係数の略で、温度が上昇すると抵抗が低下することを意味します。 サーミスターは通常、特定の温度、通常は 77°F (または 25°C) で 10,000 オームに設定されます。 このタイプのセンサーはあらゆる測定ニーズに使用されるため、ほとんどのメーカーは 3 つのサーミスターを使用しています。 ただし、霜取りのために、膨張率の異なるバイメタル装置を使用するものもあります。 このデバイスは、温度に応じて回路をオンまたはオフにすることができます。

ほとんどのメーカーは 3 線式の容量性タイプの圧力トランスデューサーを使用しており、フレキシブルなダイヤフラムを使用して電圧出力を変化させます。 その出力に基づいて、電圧値を圧力値に変換します。 制御装置は、トランスデューサーの出力に基づいて圧力の違いを識別します。

エバポレーターの出口にあるクランクケース圧力調整器 (CPR) バルブは、除霜サイクル後の冷凍庫など、高負荷条件での起動時のコンプレッサーの過負荷を防止します。 温度が上昇すると圧力も上昇し、コンプレッサーにさらなるストレスがかかる可能性があります。 始動時には慣性を克服する必要があり、ローターは再び回転を開始する必要があります。 この装置は、圧力を所定の高さにのみ到達させ、始動を容易にします。

同じ場所に配置された蒸発器圧力調整器 (EPR) バルブは、蒸発器の圧力が所定の値または設定を下回らないように設計されています。 蒸発器の負荷が減少しても、一貫した蒸発温度がバルブ設定で維持されます。 EPR バルブは通常、複数のシステムが接続されているラック システムに使用されます。

その名前が示すように、吸引アキュムレータは吸引ポートからの冷媒を蓄積し、システムの安全性を高めます。 安全策として、冷媒はコンプレッサーに送られる前に沸騰して蒸発できる容器に入ります。 一部のオイルも冷媒と一緒に移動するため、アキュムレーターの底部の低圧領域がオイルを小さな穴に引き込み、コンプレッサーに戻し、そこで可動部品を潤滑します。

低温用途の場合、すべての冷媒を蒸気に変えることはより困難であるため、ボイルアウト吸引アキュムレータが必要です。 冷媒を温め、沸騰を助けるために追加の冷却ラインがあります。

フィルタードライヤーは、配管システムの液体および吸引セクションにあります。 その機能は、冷媒と冷凍機油のみが通過するように、湿気を引き付けて隔離することです。 修理やコンポーネントの交換のために冷凍システムを開けるときは、常にフィルタードライヤーを交換して、清潔で乾燥した漏れのない密閉システムを維持する必要があります。

オイルセパレーターを使用すると、コンプレッサーのクランクケースに取り付けられた制御装置を使用して、オイルがリザーバーからコンプレッサーに戻されます。 区切り文字には 4 つの基本的なタイプがあります。

凝縮コイル内では、冷媒は高温のガスから中温の液体、つまり過冷却された液体に凝縮することができます。

熱伝達が行われるためには、コンプレッサーが排出ガスの温度を使用可能なレベルまで上昇させる必要があります。 屋外の周囲条件がどれほど寒くても、これは一貫していなければなりません。 これは、快適さと温度の変化に基づいた空調とは顕著な違いです。 冷凍では、ヘッド圧力を使用可能な温度にすることがより困難になるため、ヘッド圧力制御バルブを使用して人工的に膨張させる必要があります。 最も簡単な方法は、コイル全体に空気を送り込む役割を持つファンを循環させることです。

もう 1 つの方法は、シングル ヘッドまたはデュアル ヘッドの圧力制御バルブを使用することです。 冷媒の通常の流れは、凝縮コイルの圧縮機入口から凝縮コイルの出口からレシーバーに流れ、計量装置に至り、その後循環して蒸発器コイルと圧縮機の入口に戻り、冷却器が閉じられます。システム上でループします。

温度が十分に低い場合、これらのバルブは凝縮器出口から出てくる冷媒の一部を抑えるように設計されています。 液体冷媒が凝縮コイル内で堆積し始め、圧力が上昇することがあります。 同時に、コンプレッサーからレシーバーまでヘッド圧力制御を通る経路が存在し、レシーバー内の圧力が上昇します。 圧力が十分に高くなると、ヘッド圧力制御バルブにより液体の一部がレシーバーに流れ落ち、計量装置で使用できる液体の量が調整されます。 シングル バルブとデュアル バルブは同じことを行いますが、デュアル バルブはもう少し微調整でき、柔軟性が追加されます。

過冷却された液体容器が液体​​を受け取り、十分な冷媒が確保されます。 システムのニーズは季節によって異なり、夏には冬よりも多くの冷媒が必要になります。

二次熱交換器にはブレージングプレートとチューブインチューブの 2 種類があります。 これらにより、システムの高圧側の凝縮器から出る液体冷媒と、システムの低圧側の蒸発器から出る冷媒蒸気との間の熱伝達が可能になります。

液体ラインのソレノイドバルブは、システムのポンプダウンを支援します。 設定温度に達すると、コイルへの電力が遮断され、プランジャーがバルブを閉じて冷媒の流れを遮断します。

この 3 部構成のシリーズの最終章では、これらのコンポーネントが誤動作した場合に何が起こるかを見ていきます。 技術者が問題の根本原因をできるだけ早く特定できるように、トラブルシューティングの手順が提供されます。