冷却トンの意味を理解する

溶ける：氷の融解潜熱は 144 Btu/ポンドです。これは、溶けて水になる氷 1 ポンドあたり 144 Btu が吸収されることを意味します。 （スタッフ写真）。

サービス技術者は、モーター馬力 (hp) と大量の冷却能力を混同することがよくあります。 よくある誤解の 1 つは、1 トンの冷凍が 1 馬力に等しいということです。 この記述は、空調などの一部の高温用途にのみ当てはまります。 実際、中低温の冷凍用途では、1 馬力が 1 トンの冷凍に匹敵することはほとんどありません。

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1 トンの冷却は熱量ではなく熱伝達率です。 1 トンは、32°F で 2,000 ポンド (1 トン) の氷を 24 時間 (1 日) で溶かすときに吸収される熱に相当します。 これは、12,000 Btu/時または 12,000 Btuh に相当します。 Btu/hr と Btuh はしばしば同じ意味で使用され、同じ意味です。1 時間は 60 分であるため、12,000 Btuh は 200 Btu/分にも相当します。 以下の数式は、1 トンの冷却が 12,000 Btuh に相当することを証明しています。

(2,000 ポンドの氷) x (144 Btu/ポンド) ÷ (24 時間) = 12,000 Btuhso、1 トンの冷却 = 12,000 Btuh または 200 Btu/分

注: 氷の融解潜熱は 144 Btu/lb です。これは、溶けて水になる氷 1 ポンドあたり 144 Btu が吸収されることを意味します。

冷凍装置または空調装置の冷却能力が 1 トンである場合、装置は 12,000 Btuh の速度で熱を除去する必要があることを意味します。 ただし、30 分で 12,000 Btu を除去する装置の能力は 2 トンになります。 冷却装置が 4 時間で 12,000 Btu を除去する場合、その能力はわずか 1/4 トンです。 3 つのシナリオすべてで、12,000 Btu の熱エネルギーが除去されることに注目してください。 ただし、これらのシステムが 12,000 Btu を除去する時間率または速度によって、システムの容量がトン単位で決まります。

各タイプのシステムには、そのシステムの容量を決定する変数があります。

蒸発器圧力:エバポレーター内の圧力が高いということは、コンプレッサーのシリンダー容積もより高い圧力を受けていることを意味します。 これは、ダウンストロークごとにシリンダーがより高密度の蒸気を経験することを意味します。 圧縮機シリンダー内のこの高密度の蒸気により、圧縮機を通過する冷媒蒸気の質量流量が増加し、容量が増加します。

一定の容積 (コンプレッサーのシリンダー) をより高い圧力で満たすたびに、より多くの冷媒ガス分子が存在し、冷媒密度が高くなります。 コンプレッサーを通る冷媒の質量流量は、ピストンの変位とシリンダーを満たす冷媒の密度の積です。 質量流量の単位はポンド/分です。

質量流量 = (ピストン変位) x (冷媒密度)ポンド/分 = 立方フィート/分ポンド/立方フィート

体積効率:エバポレーターの圧力が増加すると圧縮比が減少し、その結果、コンプレッサーのシリンダーの体積効率が増加します。 高圧側システム圧力と低圧側システム圧力は両方とも、圧縮比と呼ばれる比率で表すことができます。 圧縮比は、絶対吐出圧力を絶対吸入圧力で割ったものとして定義されます。

圧縮比＝吐出絶対圧力÷吸入絶対圧力

ほとんどのサービス技術者は、システムに接続されていないときは、大気圧によってゲージに約 15 psi の圧力がかかっているにもかかわらず、サービス ゲージがゼロを示していることに気づいています。 これは、これらのゲージが大気圧でゼロを読み取るように校正されているためです。 したがって、ゼロゲージ圧力以上で真のまたは絶対的な吐出および吸入圧力を使用するには、技術者はゲージの読み取り値に 14.696 psi、つまり約 15 psi を追加する必要があります。

絶対圧力を参照する場合は、圧力の大きさを表すのに psia が使用され、ゲージ圧を参照する場合は、圧力の大きさを表すのに psig が使用されます。 圧縮比6対1は6:1と表され、簡単に言えば吐出圧力が吸入圧力の6倍であることを意味します。

体積効率が高いということは、ピストンのシリンダー容積のより多くが、再膨張したクリアランス容積ガスではなく、吸入ラインからの新しい冷媒で満たされていることを意味します。 体積効率が高くなるほど、ピストンのダウンストロークごとにシリンダーに導入される新しい冷媒の量が多くなり、クランクシャフトの各回転ごとにより多くの冷媒が循環することになります。 システムの容量と効率が向上します。 また、吸入圧力が高くなると、吐出ガスの再膨張が少なくなり、吸入圧力が高くなると吐出ガスの再膨張が少なくなり、吸入バルブが早く開くようになるためです。

吐出圧力:吐出圧力が低いほど、吸入圧力に到達するためにシリンダのクリアランス容積内で吐出ガスが再膨張することは少なくなります。 ピストンの変位のうちどの程度が新しい冷媒蒸気で満たされるかは、システムの圧力とバルブの設計によって異なります。 サービス技術者は、吐出圧力と吸入圧力がどの程度高くなるか低くなるかをある程度制御できます。 冷凍製品の温度に影響を与えることなく、吐出（凝縮）圧力を低く保ち、吸入（蒸発）圧力をできるだけ高く保つことができれば、圧縮比は低くなり、体積効率は高くなります。 これにより、圧縮機を流れる冷媒の質量流量が増加し、システムの容量が増加します。

コンプレッサーの過熱度:コンプレッサーに入る吸入ラインの温度とその時点での吸入圧力を取得し、それを飽和温度に変換することにより、この 2 つの差がコンプレッサーの過熱度になります。 コンプレッサーの過熱度が高くなるほど、より高温の冷媒ガスがコンプレッサーに流入します。 これにより、冷媒密度が低下し、コンプレッサーを通過する冷媒の質量流量が低下します。 サービス技術者は、コンプレッサーの過熱が過剰になっていないことを確認できます。

合計過熱度が 10°F 変化するごとに、容量は約 1% 変化します。 総過熱度が増加すると、容量が減少します。 この経験則はサービス目的のみに使用し、設計目的には使用しないでください。 コンプレッサーが認識するコンプレッサーの過熱度に影響を与えるその他の要因としては、吸入ラインの長さと断熱、吸入ラインがさらされる周囲温度または周囲の温度、および存在する液体/吸入ライン熱交換器があります。 コンプレッサーの理想的な戻りガス温度、またはコンプレッサーの用途で許容される最大戻りガス温度を確認するには、常にコンプレッサーのメーカーに相談してください。

過冷却:冷媒が蒸発器に入る前に過冷却されるほど、システムの冷却能力は高くなります。 この現象は、蒸発器に入る冷たい液体が蒸発器の圧力に関連する蒸発温度まで冷却するためにあまりフラッシュする必要がないために発生します。 点滅が少ないほど、蒸発器内の正味冷凍効果 (NRE) が大きくなります。 液体の過冷却が 1°F 変化するごとに、容量は約 0.5 パーセント変化します。 過冷却が増加すると、容量が増加します。 この経験則はサービス目的のみに使用し、設計目的には使用しないでください。

結論として、コンプレッサーへの冷媒戻りガスを可能な限り高密度に保つと、システム容量が増加します。 また、製品温度を犠牲にすることなく吸引圧力をできるだけ高く保ち、ヘッド圧力をできるだけ低く保つことも、システム容量の増加につながります。 また、蒸発器に流入する液体の過冷却が多くなるほど、システム容量が増加します。

John Tomczyk は、ミシガン州ビッグラピッズにあるフェリス州立大学の HVACR 名誉教授であり、Cengage Learning から出版された『Refrigeration & Air Conditioning Technology』の共著者です。 [email protected] までご連絡ください。