液状冷媒の移動
冷媒移動とは、コンプレッサー停止時にコンプレッサーのクランクケース内に液状冷媒が蓄積する現象を指します。コンプレッサー内部の温度が蒸発器内部の温度よりも低い限り、コンプレッサーと蒸発器間の圧力差によって冷媒はより低温の場所へと移動します。この現象は、寒い冬の時期に最も発生しやすいです。しかし、エアコンやヒートポンプの場合、凝縮器がコンプレッサーから遠い位置にあるため、温度が高くても冷媒移動が発生する可能性があります。
システムが停止した場合、数時間以内に電源が投入されないと、圧力差がない場合でも、クランクケース内の冷却油が冷媒に引き寄せられるため、移行現象が発生する可能性があります。
過剰な液状冷媒がコンプレッサーのクランクケース内に侵入すると、コンプレッサーの起動時に深刻な液圧ショックが発生し、バルブディスクの破裂、ピストンの損傷、ベアリングの故障、ベアリングの浸食（冷媒がベアリングから冷却油を洗い流す）など、さまざまなコンプレッサーの故障につながります。
冷媒液のオーバーフロー
膨張弁が作動しない場合、または蒸発器ファンが故障したりエアフィルターで詰まったりすると、液状冷媒が蒸発器内で溢れ出し、蒸気ではなく液体として吸入管を通って圧縮機に入ります。運転中に溢れ出した液状冷媒が冷却油を希釈し、圧縮機の可動部品の摩耗を引き起こします。また、油圧の低下により油圧安全装置が作動し、クランクケースからオイルが漏れ出します。このような場合、機械を停止すると冷媒の移動現象が急速に発生し、再始動時に液状ショックを引き起こす可能性があります。
リキッドハンマー
液圧衝撃が発生すると、コンプレッサーから金属の打撃音が聞こえ、コンプレッサーが激しく振動することがあります。液圧衝撃は、バルブの破裂、コンプレッサーヘッドガスケットの損傷、コネクティングロッドの破損、シャフトの破損など、さまざまなコンプレッサーの損傷を引き起こす可能性があります。液状冷媒がクランクケースに移動すると、クランクケースがオンになったときに液圧衝撃が発生します。一部のユニットでは、配管の構造や部品の位置により、ユニットの停止中に液状冷媒が吸入管または蒸発器に蓄積され、オンになったときに純粋な液体の形で非常に高速でコンプレッサーに流入します。液圧ストロークの速度と慣性は、内蔵のコンプレッサーの液圧衝撃防止装置の保護を破壊するのに十分です。
油圧安全制御装置の動作
極低温装置では、除霜期間後、液状冷媒のオーバーフローによって油圧安全制御装置が作動することがよくあります。多くのシステムは、除霜中に冷媒が蒸発器と吸引管で凝縮し、起動時にコンプレッサのクランクケースに流れ込むことで油圧が低下し、油圧安全装置が作動するように設計されています。
油圧安全制御装置の作動は、1、2回程度であればコンプレッサーに深刻な影響を与えない場合もありますが、潤滑状態が良好でない状態で繰り返し作動すると、コンプレッサーの故障につながります。油圧安全制御装置の作動は、オペレーターにとって軽微な故障とみなされがちですが、実際にはコンプレッサーが2分以上潤滑なしで運転されていることを示す警告であり、速やかに是正措置を講じる必要があります。
推奨される治療法
冷凍システムに充填される冷媒の量が多いほど、故障の可能性が高くなります。コンプレッサーとシステムの他の主要コンポーネントを接続してシステムテストを行った場合にのみ、最大かつ安全な冷媒充填量を決定できます。コンプレッサーメーカーは、コンプレッサーの作動部品を損傷することなく充填できる液状冷媒の最大量を決定できますが、極端な場合には、冷凍システム全体の冷媒充填量のうち、実際にコンプレッサー内に充填されている量を決定することはできません。コンプレッサーが耐えられる液状冷媒の最大量は、その設計、内容量、および充填された冷媒油の量によって異なります。液状冷媒の移動、オーバーフロー、またはノッキングが発生した場合は、必要な是正措置を講じる必要があります。是正措置の種類は、システムの設計と故障の種類によって異なります。
冷媒の充填量を減らす
液状冷媒によるコンプレッサーの故障を防ぐ最善の方法は、冷媒充填量をコンプレッサーの許容範囲内に制限することです。これが不可能な場合は、充填量を可能な限り減らす必要があります。流量を満たす条件の下では、凝縮器、蒸発器、接続配管は可能な限り小型のものを使用し、液タンクも可能な限り小型のものを選択する必要があります。充填量を最小限に抑えるには、液管の直径が小さく、ヘッド圧力が低いために発生する気泡に注意を払うための適切な操作が必要です。気泡は深刻な過剰充填につながる可能性があります。
避難サイクル
液状冷媒を制御する最も効果的で信頼性の高い方法は、真空引きサイクルです。特にシステム充填量が多い場合、液管の電磁弁を閉じることで冷媒を凝縮器と液槽に送り込み、低圧安全制御装置の制御下でコンプレッサーを運転します。これにより、コンプレッサーが停止しているときに冷媒がコンプレッサーから隔離され、冷媒がコンプレッサーのクランクケースに漏れるのを防ぎます。停止中は電磁弁からの漏れを防ぐため、連続真空引きサイクルを使用することをお勧めします。単一真空引きサイクル、つまり非循環制御モードの場合、長時間停止すると冷媒漏れが多すぎてコンプレッサーに損傷を与える可能性があります。連続真空引きサイクルは冷媒漏れを防ぐ最良の方法ですが、冷媒のオーバーフローによるコンプレッサーへの悪影響を防ぐことはできません。
クランクケースヒーター
システムによっては、運転環境、コスト、または顧客の嗜好によって排気サイクルが不可能になる場合があり、そのような場合はクランクケースヒーターによって移行を遅らせることができる。
クランクケースヒーターの機能は、クランクケース内の冷却油の温度をシステムの最下部の温度よりも高く保つことです。ただし、過熱やオイルカーボンの凍結を防ぐため、クランクケースヒーターの加熱能力は制限する必要があります。周囲温度が-18℃に近い場合、° C、または吸引管が露出している場合、クランクケースヒーターの役割は部分的に相殺され、マイグレーション現象が依然として発生する可能性があります。
クランクケースヒーターは、冷媒がクランクケースに入り、冷却油中で凝縮すると、吸入管に戻るまでに数時間かかる場合があるため、一般的に使用中は連続的に加熱されます。状況がそれほど深刻でない場合、クランクケースヒーターは冷媒の移動を防ぐのに非常に効果的ですが、液の逆流によるコンプレッサーの損傷を防ぐことはできません。
吸引管式気液分離器
液漏れが発生しやすいシステムの場合、システムから漏れ出した液状冷媒を一時的に貯蔵し、コンプレッサーが耐えられる速度で液状冷媒をコンプレッサーに戻すために、吸引ラインに気液分離器を設置する必要があります。
冷媒のオーバーフローは、ヒートポンプが冷房状態から暖房状態に切り替わる際に最も発生しやすく、一般的に、吸込管の気液分離器はすべてのヒートポンプに必要な装置である。
高温ガスを用いて霜取りを行うシステムは、霜取りの開始時と終了時に液漏れを起こしやすい。低温ショーケース内の液体冷凍庫やコンプレッサーなど、過熱度の低い機器では、冷媒制御の不備により液漏れが発生することがある。車載機器の場合、長時間停止状態が続いた後、再起動時に深刻な液漏れが発生する傾向がある。
2段式コンプレッサーでは、吸入された空気は直接下側のシリンダーに戻され、モーター室を通過しないため、コンプレッサーバルブを液吹き込みによる損傷から保護するために、気液分離器を使用する必要があります。
冷凍システムの種類によって総冷媒充填量や冷媒制御方法が異なるため、気液分離器が必要かどうか、また必要な気液分離器のサイズは、個々のシステムの要件に大きく左右されます。液の逆流量を正確に測定できない場合は、システム全体の冷媒充填量の50%を気液分離器の容量として設定するのが、保守的な設計アプローチと言えます。
オイルセパレーター
オイルセパレーターは、システム設計に起因するオイル戻り不良や、液冷媒制御不良を解決することはできません。しかし、他の方法でシステム制御の不具合を解決できない場合、オイルセパレーターはシステム内を循環するオイル量を減らすのに役立ち、システム制御が正常に戻るまでの危機的な期間を乗り切るのに役立ちます。例えば、超低温ユニットや全液式蒸発器では、戻りオイルが除霜の影響を受けることがありますが、その場合、オイルセパレーターはシステムの除霜中にコンプレッサー内の冷却オイル量を維持するのに役立ちます。
投稿日時：2023年9月7日
