蒸発器は冷凍システムの効率を決定します

サービス技術者は、蒸発器の温度が非常に低いのに、どうして冷凍システムの冷却空間の温度がこれほど高くなるのか疑問に思うことがよくあります。 サービス技術者が認識していないのは、蒸発器が蒸発 (相変化) 冷媒でどれだけ活性化されているか、または満たされているかによって、冷凍システムの冷却内容や効率が決まるということです。 蒸発器は非常に冷えている可能性がありますが、大量の過熱により不活性になり、熱吸収能力が失われます。

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次の例では、サービス技術者は、冷却空間の温度が高く、蒸発器の温度が非常に低いことを発見します。 蒸発器の過熱も非常に高く、システムの蒸発器が停止していることを意味します。

システムを分析するときはサービスチェックが推奨されるため、サービス技術者は、液体ハイサイドレシーバー、ピストンタイプを組み込んだ過充電の R-134a、密閉ドア、中温冷凍システムクーラーにゲージとサーミスターを取り付けます。コンプレッサー、および計測デバイスとしての TXV。 技術者は次の値を記録します。

蒸発器圧力が 3.94 インチ Hg と低いと、蒸発器温度は -20°F と低くなります。 どちらもコンプレッサーの冷媒不足が原因で発生します。 コンプレッサーはシリンダー内に冷媒を引き込もうとしていますが、それを満たすのに十分な冷媒がありません。 システムの低圧側全体が低圧と低温になります。 このシナリオでは、蒸発器の温度が非常に低く (-20°F)、冷蔵スペースの温度が非常に暖かい (46°F) ため、サービス技術者が混乱することがよくあります。

ほとんどの中温冷凍システムは、用途に応じて冷凍空間の温度を 35° ～ 37°F に維持しようとします。 ただし、サービス技術者は、蒸発器の過熱度を調べて、蒸発器が蒸発 (相変化) 冷媒でどの程度活性化されているか、または満たされているかを確認する必要があります。

蒸発器は充填不足により冷媒が不足するため、蒸発器の過熱度が高くなります。 このサービス シナリオでは、蒸発器の過熱度は 30°F です。これは、蒸発器に冷媒が不足しており、あまり活性化していないことを意味します (図 1 を参照)。 これにより、コンプレッサーの（合計）過熱度が高くなります。

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図1：豊富な過熱度を備えた不活性蒸発器。

215°F というコンプレッサーの吐出温度は通常のシステムに比べて高く、これは蒸発器とコンプレッサーが高い圧縮比とともに高い過熱度で動作していることが原因です。 充電不足の場合は、TXV が過熱を制御することを期待しないでください。TXV の入口で蒸気と液体の混合が発生する可能性があるためです。 蒸発器は冷媒が不足し、過熱度が高くなります。 その結果、コンプレッサーは圧縮ストロークごとに冷媒をさらに過熱します。

蒸発器圧力が低いため、圧縮比も上昇し、システムに通常よりも高い圧縮熱が発生します。 圧縮比が高いと、システムの体積効率が非常に低くなり、冷媒流量が低いと望ましくない非効率が発生します。 コンプレッサーは、吸入ラインから来るはるかに低い圧力の蒸気を凝縮圧力まで圧縮する必要があるため、より広い圧縮範囲とより高い圧縮比が必要になります。

より低い蒸発器圧力から凝縮圧力までのより広い圧縮範囲により、圧縮仕事が発生し、追加の圧縮熱が発生します。 この熱の増加は、215°F という高いコンプレッサー吐出温度によって確認できます。 ただし、体積効率が低くなり冷媒流量が低下するため、コンプレッサーの熱負荷は若干低くなります。 この低負荷により、吐出温度が過度に上昇するのを防ぎます。 より高い圧縮比とより高い過熱により吐出温度が高くなり、吐出ラインにはコンプレッサーに入る過熱、発生したモーター熱、および圧縮熱がすべて含まれることに注意してください。

吐出ライン上のコンプレッサーから約 3 インチの位置で測定した吐出温度の制限は 225°F です。 排出バルブの背面は通常、排出ラインより約 50° ～ 75°F 高温であり、そうすると約 275° ～ 300°F になります。 これにより、シリンダーの周りでオイルが蒸発して過度の摩耗が発生する可能性があり、350°F になるとオイルが故障し、すぐにコンプレッサーの過熱が発生します。 コンプレッサーの過熱は今日の現場で最も深刻な問題の 1 つであるため、コンプレッサーの寿命を延ばすために吐出温度を 225°F 以下に保つようにしてください。

コンプレッサーが高い過熱度の読み取り値から非常に高温の蒸気を検出すると、コンプレッサーに入るガスは極端に膨張し、密度が低くなります。 吸入圧力が低いため圧縮比が高くなり、体積効率が低下し、コンプレッサーがあまり冷媒を送り込まなくなります。 システム内のすべてのコンポーネントの冷媒が不足します。

システム内の冷媒が不足すると、レシーバーは凝縮器から十分な液体冷媒を取得できなくなり、液体ラインが枯渇し、状態が非常に厳しい場合には覗き窓に泡が発生する可能性もあります。 TXV は通常の圧力を認識せず、不足した液体ラインから液体や蒸気を通過させようとすることさえあります。 TXV も枯渇するため、蒸発器の過熱を制御することは期待できません。

凝縮器内の 100% 飽和液点は非常に低くなり、凝縮器の過冷却が低下します。 凝縮器は、液体に凝縮してレシーバーに供給するのに十分な量の冷媒蒸気を受け取りません。 凝縮器の過冷却は、システム内の冷媒充填量を示す良い指標です。

蒸発器と圧縮機では冷媒が不足しているため、凝縮器も冷媒が不足しています。 凝縮器を欠乏させると、熱を遮断するための冷媒があまり見られなくなるため、凝縮器への熱負荷が軽減されます。 コンプレッサーから排出される熱が少ないため、凝縮器の温度は低くなります。 この温度の低下により、飽和時の圧力と温度の関係により、凝縮器内の圧力が低下します。 凝縮温度と周囲温度との温度差が CTOA です。 冷媒の充填不足により、コンデンサーがコンプレッサーから受け取る熱が少なくなるにつれて、CTOA は減少します。

過熱度が高いと、吸入ラインからのコンプレッサー入口蒸気が極端に膨張し、密度が低下します。 コンプレッサーに流入する低密度蒸気は、コンプレッサーを通過する冷媒流量が低下することを意味し、コンプレッサーは低密度蒸気を圧縮するほど激しく働く必要がないため、消費電力が低くなります。 冷媒流量が少ないと、冷媒で冷却されたコンプレッサーが過熱する原因になります。

以下は、システムの冷媒が不足していることを示す 7 つの症状または明らかな兆候です。

また、蒸発器が吸収する熱量を決定するのは温度ではなく、英国熱量単位 (Btu) であることに注意してください。 温度は単に何かの熱量の尺度であり、その熱量ではありません。

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。