熱膨張弁、毛細管、電子膨張弁、3つの重要な絞り装置
絞り機構は、冷凍装置の重要な構成要素の一つです。その機能は、凝縮器または液受器内の凝縮圧力下にある飽和液（または過冷却液）を、絞り弁を通して蒸発圧力および蒸発温度まで低下させることです。負荷の変化に応じて、蒸発器に入る冷媒の流量が調整されます。一般的に使用される絞り弁には、キャピラリーチューブ、熱膨張弁、フロート弁などがあります。
絞り機構によって蒸発器に供給される液量が蒸発器の負荷に比べて多すぎる場合、冷媒液の一部が気体冷媒とともに圧縮機に入り込み、湿式圧縮や液撃事故を引き起こす可能性があります。
逆に、蒸発器の熱負荷に比べて液体の供給量が少なすぎると、蒸発器の熱交換面積の一部が十分に機能せず、蒸発圧力が低下します。その結果、システムの冷却能力が低下し、冷却係数が低下し、圧縮機の吐出温度が上昇し、圧縮機の正常な潤滑に影響を及ぼします。
冷媒が小さな穴を通過する際、静圧の一部が動圧に変換され、流量が急激に増加して乱流となり、流体が乱されて摩擦抵抗が増加し、静圧が低下するため、流体は圧力を下げて流量を調整するという目的を達成できる。
スロットル制御は、圧縮冷凍サイクルに不可欠な4つの主要なプロセスの1つである。
スロットル機構には2つの機能があります。
一つは、凝縮器から出てくる高圧の液状冷媒を絞り、蒸発圧力まで減圧することである。
2つ目は、システム負荷の変化に応じて、蒸発器に入る冷媒液の量を調整することです。
1. 熱膨張弁
熱膨張弁は、フロン冷凍システムで広く使用されています。温度感知機構の機能により、蒸発器出口における冷媒の温度変化に応じて自動的に変化し、冷媒の供給量を調整する役割を果たします。
ほとんどの熱膨張弁は、工場出荷前に過熱度が5～6℃に設定されています。弁の構造上、過熱度がさらに2℃上昇すると弁は全開状態になり、過熱度が約2℃になると膨張弁は閉じます。過熱度を調整するための調整スプリングがあり、調整範囲は3～6℃です。
一般的に、熱膨張弁で設定される過熱度が高いほど、蒸発器の吸熱能力は低下します。これは、過熱度を上げると蒸発器後端の伝熱面のかなりの部分が飽和蒸気の過熱に使われるため、蒸発器の伝熱面積の一部が占有され、冷媒の蒸発と吸熱が行われる面積が相対的に減少し、つまり蒸発器の表面積が十分に活用されないためです。
しかし、過熱度が低すぎると、冷媒液が圧縮機に流入し、液撃現象という好ましくない現象を引き起こす可能性があります。したがって、十分な冷媒が蒸発器に流入すると同時に、液状冷媒が圧縮機に流入しないように、過熱度を適切に調整する必要があります。
熱膨張弁は、主に弁本体、温度感知パッケージ、および毛細管で構成されています。ダイヤフラムのバランス方式の違いにより、熱膨張弁には内部バランス型と外部バランス型の2種類があります。
内部バランス式熱膨張弁
内部バランス型熱膨張弁は、弁本体、プッシュロッド、弁座、弁針、スプリング、調整ロッド、温度感知バルブ、接続管、感知ダイヤフラムなどの部品で構成されています。
外部バランス式熱膨張弁
外部バランス型熱膨張弁と内部バランス型との構造および設置上の違いは、外部バランス型ではダイヤフラム下の空間が弁出口に接続されておらず、小径のバランスパイプが蒸発器出口に接続されている点です。このため、ダイヤフラム下面に作用する冷媒圧力は、絞り後の蒸発器入口における圧力Poではなく、蒸発器出口における圧力Pcとなります。ダイヤフラムの力が平衡状態にある場合、Pg=Pc+Pwとなります。弁の開度は蒸発器コイル内の流体抵抗の影響を受けないため、内部バランス型の欠点を克服しています。外部バランス型は、蒸発器コイルの抵抗が大きい場合によく使用されます。
通常、膨張弁が閉じているときの蒸気過熱度を閉過熱度と呼び、閉過熱度は弁が開き始めたときの開過熱度と等しくなります。閉過熱度はスプリングの予圧に関係しており、これは調整レバーで調整できます。
スプリングを最も緩めた状態での過熱度を最小閉時過熱度と呼び、逆に、スプリングを最も締めた状態での過熱度を最大閉時過熱度と呼びます。一般的に、膨張弁の最小閉時過熱度は2℃以下、最大閉時過熱度は8℃以上です。
内部バランス型熱膨張弁の場合、蒸発圧力はダイヤフラムの下に作用します。蒸発器の抵抗が比較的大きい場合、冷媒が蒸発器内を流れる際に大きな流れ抵抗損失が発生し、熱膨張弁に深刻な影響を与えます。蒸発器の動作性能が向上し、結果として蒸発器出口での過熱度が増加し、蒸発器の伝熱面積が不適切に利用されることになります。
外部平衡型熱膨張弁の場合、ダイヤフラムの下に作用する圧力は蒸発器の出口圧力であり、蒸発圧力ではないため、状況は改善される。
2. 毛細血管
毛細管は最も単純な絞り装置である。毛細管は、一定の長さを持つ非常に細い銅管で、内径は一般的に0.5～2mmである。
毛細管を絞り装置として用いる際の特徴
（１）毛細管は製造が容易で安価な赤銅管から引き出されます。
（２）可動部品がないため、故障や漏れが発生しにくい。
（３）自己補償特性を有し、
（４）冷凍コンプレッサーの運転が停止した後、冷凍システムの高圧側と低圧側の圧力は速やかにバランスが取れる。再び運転を開始すると、冷凍コンプレッサーのモーターが始動する。
3. 電子膨張弁
電子膨張弁は速度制御型で、インテリジェント制御インバーターエアコンに使用されます。電子膨張弁の利点は、流量調整範囲が広いこと、制御精度が高いこと、インテリジェント制御に適していること、高効率冷媒流量の急激な変化に対応できることです。
電子膨張弁の利点
流量調整範囲が広い。
高い制御精度。
インテリジェント制御に適しています。
冷媒流量の急激な変化にも高効率で適用可能です。
電子膨張弁の開度はコンプレッサーの回転速度に合わせて調整できるため、コンプレッサーから供給される冷媒の量と弁から供給される液量が一致し、蒸発器の容量を最大化して、空調・冷凍システムの最適な制御を実現できます。
電子膨張弁を使用することで、インバーターコンプレッサーのエネルギー効率を向上させ、迅速な温度調整を実現し、システムの季節エネルギー効率比を向上させることができます。高出力インバーターエアコンの場合、電子膨張弁は絞り弁として必ず使用する必要があります。
電子膨張弁の構造は、検出部、制御部、実行部の3つの部分から構成されます。駆動方式によって、電磁式と電気式に分類されます。電気式はさらに、直動式と減速式に分けられます。ステッピングモータと弁針を組み合わせたものは直動式であり、ステッピングモータと弁針を減速機を介して駆動するものは減速式です。
投稿日時：2022年11月25日
