冷凍システムでは作動流体として冷媒が使用され、冷媒には一般的に液体と気体の2種類があります。今回は、液体冷媒に関する知識について解説します。
1. 冷媒は液体ですか、それとも気体ですか？
冷媒は、単一冷媒、非共沸混合冷媒、共沸混合冷媒の3つのカテゴリーに分類できる。
単一の作動物質である冷媒の組成は、気体状態でも液体状態でも変化しないため、冷媒を充填する際には気体状態で充填することができる。
共沸冷媒の組成は異なるものの、沸点が同じであるため、気体と液体の組成も同じであり、したがって気体を充填することができる。
非共沸冷媒は沸点が異なるため、液体冷媒と気体冷媒は実際には組成が異なります。このときに気体冷媒を添加すると、添加される冷媒の組成が異なります。例えば、特定の気体冷媒のみを添加する場合、液体冷媒のみを添加できます。
つまり、非共沸冷媒には液体を添加する必要があり、非共沸冷媒はすべてR4で始まります。この種の液体が添加されます。一般的な非共沸冷媒は、R40、R401A、R403B、R404A、R406A、R407A、R407B、R407C、R408A、R409A、R410A、R41Aです。
R134a、R22、R23、R290、R32、R500、R600aなどの他の一般的な冷媒については、ガスや液体の添加によって冷媒の組成が影響を受けないため、便利です。
冷媒を補充する際には、以下の点に注意してください。
（１）サイトグラス内の気泡を観察する。
（２）高圧と低圧を測定する。
（３）コンプレッサの電流を測定する。
（４）注射液の重量を量る。
さらに、以下の点に留意し、強調しておくべきである。
非共沸冷媒は液体の状態で添加する必要があります。例えば、R410A冷媒の組成は以下のとおりです。
R32（ジフルオロメタン）：50％
R125（ペンタフルオロエタン）：50％
R32とR125の沸点が異なるため、R410A冷媒ボンベを放置すると、R32とR125の沸点が異なるため、冷媒ボンベの上部で気化したガス状冷媒が必然的に発生します。また、R32の沸点が低いため、組成は50% R32 + 50% R125ではなく、冷媒の上部はR32成分である可能性が非常に高いです。
したがって、気体冷媒を添加する場合、添加される冷媒はR410Aではなく、R32である。
第二に、液体冷媒の一般的な問題点
1. 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、特に寒い冬に発生しやすいです。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く離れていると、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後、数時間以内に電源が投入されない場合、圧力差がなくても、クランクケース内の冷媒が外部の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激しい液圧現象が発生し、バルブプレートの破裂、ピストンの損傷、ベアリングの破損、ベアリングの摩耗（冷媒がベアリングからオイルを洗い流す）など、さまざまなコンプレッサーの故障につながります。
2. 液状冷媒のオーバーフロー
膨張弁が故障した場合、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、蒸気ではなく液体の状態で吸入管を通って圧縮機に流入します。運転中に、溢れ出した液状冷媒によって冷凍機の油が希釈され、圧縮機の可動部品が摩耗し、油圧が低下します。これにより油圧安全装置が作動し、クランクケースから油が漏れ出します。この状態で機械を停止すると、冷媒の移動現象が急速に発生し、再起動時に液冷ハンマー現象を引き起こします。
3. 液体の衝撃
液体ハンマーが発生すると、コンプレッサー内部から金属が叩きつけられるような音が聞こえ、コンプレッサーの激しい振動を伴うことがあります。液体ハンマーは、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、クランクシャフトの破損、その他のタイプのコンプレッサーの損傷を引き起こす可能性があります。液体ハンマーは、液体冷媒がクランクケースに移動して再起動するときに発生します。一部のユニットでは、配管構造や部品の位置により、ユニットの停止中に液体冷媒が吸入パイプまたは蒸発器に蓄積され、ユニットの電源投入時に純粋な液体として非常に高速でコンプレッサーに流入します。液体ハンマーの速度と慣性は、液体ハンマーに対する内蔵のコンプレッサー保護機能を無効にするのに十分です。
4. 油圧安全制御装置の動作
低温ユニットでは、除霜期間後、液状冷媒のオーバーフローにより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ラインで凝縮し、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。
油圧安全制御装置が1、2回作動してもコンプレッサーに深刻な影響はない場合もありますが、潤滑状態が良好でない状態で何度も作動すると、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、オペレーターからは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、適切な対策を速やかに講じる必要があります。
3．液体冷媒の問題に対する解決策
冷凍、空調、ヒートポンプ用の適切に設計された高効率コンプレッサーは、基本的に一定量の液状冷媒と冷凍油しか処理できない蒸気ポンプです。より多くの液状冷媒と冷凍油を処理できるコンプレッサーを設計するには、サイズ、重量、冷却能力、効率、騒音、コストなど、さまざまな要素を考慮する必要があります。設計上の要素以外にも、コンプレッサーが処理できる液状冷媒の量は固定されており、その処理能力は、クランクケース容積、冷媒油充填量、システムの種類と制御、通常の運転条件などによって決まります。
冷媒充填量が増加すると、コンプレッサーの危険性が高まります。損傷の原因は、一般的に以下の点に起因します。
（１）冷媒の過剰充填。
（２）蒸発器に霜が付着している。
（３）蒸発器フィルターが汚れて詰まっている。
（４）蒸発器ファンまたはファンモーターが故障する。
（５）毛細管の選択が不適切。
（６）膨張弁の選定または調整が不適切である。
（７）冷媒の移動
1. 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、特に寒い冬に発生しやすいです。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く離れていると、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後、数時間以内に電源が投入されない場合、圧力差がなくても、クランクケース内の冷媒が外部の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激しい液圧現象が発生し、バルブプレートの破裂、ピストンの損傷、ベアリングの破損、ベアリングの摩耗（冷媒がベアリングからオイルを洗い流す）など、さまざまなコンプレッサーの故障につながります。
2. 液状冷媒のオーバーフロー
膨張弁が故障した場合、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、蒸気ではなく液体の状態で吸入管を通って圧縮機に流入します。運転中に、溢れ出した液状冷媒によって冷凍機の油が希釈され、圧縮機の可動部品が摩耗し、油圧が低下します。これにより油圧安全装置が作動し、クランクケースから油が漏れ出します。この状態で機械を停止すると、冷媒の移動現象が急速に発生し、再起動時に液冷ハンマー現象を引き起こします。
3. 液体の衝撃
液体ハンマーが発生すると、コンプレッサー内部から金属が叩きつけられるような音が聞こえ、コンプレッサーの激しい振動を伴うことがあります。液体ハンマーは、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、クランクシャフトの破損、その他のタイプのコンプレッサーの損傷を引き起こす可能性があります。液体ハンマーは、液体冷媒がクランクケースに移動して再起動するときに発生します。一部のユニットでは、配管構造や部品の位置により、ユニットの停止中に液体冷媒が吸入パイプまたは蒸発器に蓄積され、ユニットの電源投入時に純粋な液体として非常に高速でコンプレッサーに流入します。液体ハンマーの速度と慣性は、液体ハンマーに対する内蔵のコンプレッサー保護機能を無効にするのに十分です。
4. 油圧安全制御装置の動作
低温ユニットでは、除霜期間後、液状冷媒のオーバーフローにより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ラインで凝縮し、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。
油圧安全制御装置が1、2回作動してもコンプレッサーに深刻な影響はない場合もありますが、潤滑状態が良好でない状態で何度も作動すると、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、オペレーターからは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、適切な対策を速やかに講じる必要があります。
3．液体冷媒の問題に対する解決策
冷凍、空調、ヒートポンプ用の適切に設計された高効率コンプレッサーは、基本的に一定量の液状冷媒と冷凍油しか処理できない蒸気ポンプです。より多くの液状冷媒と冷凍油を処理できるコンプレッサーを設計するには、サイズ、重量、冷却能力、効率、騒音、コストなど、さまざまな要素を考慮する必要があります。設計上の要素以外にも、コンプレッサーが処理できる液状冷媒の量は固定されており、その処理能力は、クランクケース容積、冷媒油充填量、システムの種類と制御、通常の運転条件などによって決まります。
冷媒充填量が増加すると、コンプレッサーの危険性が高まります。損傷の原因は、一般的に以下の点に起因します。
（１）冷媒の過剰充填。
（２）蒸発器に霜が付着している。
（３）蒸発器フィルターが汚れて詰まっている。
（４）蒸発器ファンまたはファンモーターが故障する。
（５）毛細管の選択が不適切。
（６）膨張弁の選定または調整が不適切である。
（７）冷媒の移動
投稿日時：2022年5月31日
