並列冷凍ユニットの配管方向と配管径の選定

1. 並列冷凍ユニットの導入

並列ユニットとは、2台以上のコンプレッサーを1つのラックに統合し、複数の蒸発器に供給する冷凍ユニットを指します。コンプレッサーは共通の蒸発圧力と凝縮圧力を持ち、並列ユニットはシステムの負荷に応じてエネルギーを自動的に調整できます。これにより、コンプレッサーの摩耗を均一化でき、冷凍ユニットの設置面積が小さく、集中制御や遠隔制御も容易に実現できます。

同じユニットセットは、同じタイプのコンプレッサーで構成されていても、異なるタイプのコンプレッサーで構成されていても構いません。同じタイプのコンプレッサー（ピストン式など）で構成されていても、異なるタイプのコンプレッサー（ピストン式＋スクリュー式など）で構成されていても構いません。単一の蒸発温度または複数の異なる蒸発温度に対応できます。単段システムまたは二段システム、単サイクルシステムまたはカスケードシステムなど、様々な形態が可能です。一般的なコンプレッサーのほとんどは、同じタイプの単サイクル並列システムです。

並列接続されたコンプレッサーユニットは、冷凍システムの動的な冷却負荷により適しています。システム全体のコンプレッサーの起動と停止を調整することで、「大馬小荷車」のような状況を回避できます。例えば、冬場の冷却能力需要が低いときはコンプレッサーの稼働頻度を減らし、夏場の冷却能力需要が高いときはコンプレッサーの稼働頻度を増やします。コンプレッサーユニットの吸入圧力を一定に保つことで、システムの効率が大幅に向上します。同一システムで単体ユニットと並列ユニットの比較実験を行った結果、並列ユニットシステムでは18%の省エネルギー効果が得られることが分かりました。

コンプレッサー、コンデンサー、エバポレーターのすべての制御をシステム電気制御ボックスに集約し、コンピュータコントローラを使用してシステムの効率を最大限に高めることができます。基本的に、完全な無人運転と遠隔操作が可能です。

2. 配管の方向と管径の選定
配管方向：フロン冷凍システムでは、コンプレッサー潤滑油が冷媒とともにシステム内を循環するため、システムのスムーズなオイル戻りを確保するために、戻り空気配管（低圧配管）はコンプレッサーに向かって一定の勾配を持つ必要があり、通常は0.5%の勾配です。

配管径の選定：銅管の直径が小さすぎると、液供給配管（高圧配管）と戻りガス配管（低圧配管）における冷媒の圧力損失が大きくなりすぎます。逆に、直径が大きすぎると、配管内の抵抗損失は低減できますが、初期投資コストが増加し、同時に戻り空気配管におけるオイルの戻り速度が不足する原因にもなります。

推奨される配管径の選定原則：液供給配管内の冷媒の流速は0.5～1.0m/s、1.5m/sを超えないこと。還気配管では、水平配管内の冷媒の流速は7～10m/s、上昇配管内の冷媒の流速は15～18m/sとする。

分岐型設計: 並列ユニットには液供給ヘッダーと還気ヘッダーがあり、液供給ヘッダーには複数の液供給分岐があり、各液供給分岐に対応する還気分岐が還気ヘッダーに集められています。このような並列ユニット冷凍システムの配管は分岐型と呼ばれます。分岐の各ペア、つまり液供給分岐とその対応する還気分岐には、1つの蒸発器（分岐1）または蒸発器のグループ（分岐n）があります。蒸発器のグループの場合、通常、蒸発器のグループは同時に起動および停止します。

蒸発器は圧縮機よりも高い位置にある。
蒸発器が圧縮機よりも高い位置にある場合、戻り配管に一定の勾配を設け、適切な配管径を選択すれば、システムはスムーズなオイル戻りを確保できます。しかし、蒸発器と圧縮機の高さの差が大きすぎると、液供給配管内の液冷媒が過冷却の絞り機構に到達する前にフラッシュ蒸気を発生させます。

蒸発器は圧縮機よりも低い位置にある。
蒸発器が圧縮機より低い位置にある場合、蒸発器と圧縮機の高さの違いにより、液供給配管内の冷媒はフラッシュ蒸気を発生させませんが、冷凍システムの配管を設計する際には、システムの戻り油の問題を十分に考慮する必要があります。この場合、各戻り空気分岐の上昇部にオイル戻りベンドを設計して設置する必要があります。

蒸発器は圧縮機よりも高い位置にある。
蒸発器が圧縮機よりも高い位置にある場合、戻り配管に一定の勾配を設け、適切な配管径を選択すれば、システムはスムーズなオイル戻りを確保できます。しかし、蒸発器と圧縮機の高さの差が大きすぎると、液供給配管内の液冷媒が過冷却の絞り機構に到達する前にフラッシュ蒸気を発生させます。

蒸発器は圧縮機よりも低い位置にある。
蒸発器が圧縮機より低い位置にある場合、蒸発器と圧縮機の高さの違いにより、液供給配管内の冷媒はフラッシュ蒸気を発生させませんが、冷凍システムの配管を設計する際には、システムの戻り油の問題を十分に考慮する必要があります。この場合、各戻り空気分岐の上昇部にオイル戻りベンドを設計して設置する必要があります。