TXV が冷媒を過剰に供給する理由

Aug 29, 2023

TXV は、蒸発器の過熱を設定量制御して、蒸発器の作動を維持します。 蒸発器の過熱を制御することにより、冷凍および空調システムはより安全かつ効率的に動作できます。 今月の記事では、TXV による冷媒の過剰供給の原因と影響について説明しますが、来月の記事では、TXV バルブが蒸発器への供給が不足した場合、つまり蒸発器が枯渇した場合に何が起こるかについて説明します。

TXV の主な機能は、あらゆる蒸発器熱負荷条件下で適切な量の冷媒を蒸発器コイルに計量供給し、設定された蒸発器過熱度を維持することです。 バルブの圧力と温度の範囲を超えない限り、TXV はこれを行うことができます (TXV の圧力と温度の動作範囲、および各バルブの動作能力の詳細については、必ずバルブのメーカーの資料を参照してください) ）。

TXV には 3 つの主な機能があります。

TXV では次のことが行われないことに注意することが重要です。

TXV の可動ダイヤフラムに作用する圧力は次のとおりです。

フラッディングとスラッギングは、技術者が理解しなければならない 2 つの重要な概念です。 フラッディングは、コンプレッサーの動作中に液体冷媒がコンプレッサーのクランクケースに入ると発生し、運転サイクル中にのみ発生します。 スラグとは、コンプレッサーの作動中に液体冷媒、または液体冷媒とオイルがコンプレッサーのシリンダー内に侵入することです。 フラッディングとスラッギングは両方とも、TXV がエバポレーターに過剰に供給することによって発生する可能性があります。

これが起こる理由はいくつかあります。 1 つ目は、TXV が大きすぎる場合で、TXV の開口ストローク中に蒸発器に冷媒が多量に流入し、蒸発器に液体冷媒が過剰に供給される可能性があります。 この現象により、大型の TXV が蒸発器の過熱制御を失い、コンプレッサーの設計によっては液体冷媒がコンプレッサーのクランクケースまたはシリンダーに侵入する可能性があります。

2 つ目は、間違った TXV 過熱設定で、蒸発器への冷媒の過剰供給を引き起こす可能性があります。 TXV 蒸発器の過熱度が低すぎると、運転サイクル中、特に蒸発器の熱負荷が低い場合に、TXV が液体冷媒を過剰に供給する可能性があり、圧縮機の設計によってはフラッディングやスラッギングが発生する可能性があります。

3 番目の理由は、TXV のリモートバルブがエバポレーター出口で緩すぎる場合です。 リモートバルブが吸引ラインと良好な熱接触をしていない場合、またはストラップの 1 つが緩んでいるか破損している場合、バルブは液体冷媒を過剰に供給します。 リモート電球は、蒸発器内に蒸発冷媒がどの程度充満しているか、または空になっているかを常にバルブに通知することを忘れないでください。

リモート バルブは、バルブに蒸発器の過熱度を示す TXV のフィードバック メカニズムであり、TXV の唯一の開く力です。 通常、強度を高めるため、真鍮のストラップとボルトとナットで吸引ラインに接続されており、水がバルブと吸引ラインの間に侵入して凍結した場合の浮きや破損を防ぎます。

吸引ラインとの熱接触が不十分なリモート電球は、吸引ラインの温度と周囲温度の組み合わせを感知します。 これは、平均すると、リモート電球が吸引ラインに固定され絶縁されている場合よりも、リモート電球によって感知される温度が高くなります。 このより高い温度により、TXV の柔軟なダイヤフラムの上にかかる開く力が大きくなり、バルブが開きすぎる原因となります。 これにより、蒸発器の過熱がすべて失われ、コンプレッサーが液体冷媒で溢れてしまう可能性もあります。 この明らかな兆候は、コンプレッサーのクランクケースが冷えて汗をかいていることです。 エバポレーター内の温度と圧力の測定値も、エバポレーターの過熱がなく、エバポレーター (吸引) 圧力が通常よりも高いことを示します。 リモート電球が冷蔵スペースの外にある場合は、適切なグレードの防水絶縁材で絶縁する必要があります。

フラッディングは TXV の過剰供給によって引き起こされる可能性がありますが、フラッディングを引き起こす可能性のある他の要因も考えられます。

空冷式半密閉ピストン式コンプレッサーは、冷媒冷却式半密閉式コンプレッサーよりも液体の滞留が発生しやすくなります。 これは、冷媒がモーターバレルを通さずに空冷半密閉型コンプレッサーのシリンダーに直接吸入されることが多いためです。 スラッギングは、バルブの破損、ヘッドガスケットの破損、コネクティングロッドの破損、その他のコンプレッサーの重大な損傷を引き起こす可能性があります。

冷媒冷却式の半密閉ピストン型コンプレッサーは、多くの場合、吸入ラインからモーターバレル内の高温のモーター巻線を通って液体冷媒を吸引し、存在する液体の蒸発を促進します。 たとえ液体冷媒がモーター巻線を通過したとしても、クランクケースとモーターバレルの間の隔壁にある逆止弁が液体冷媒のクランクケースへの侵入を防ぎます。 ここでは、コンプレッサーのシリンダーに流入する高密度の冷媒蒸気による大電流の引き込みが見られます。

ほとんどの密閉型コンプレッサーの吸入ラインは、コンプレッサーのシェルで終わります。 液体冷媒がコンプレッサーに入ると、液体は直接クランクケースオイルに落ち、最終的にはフラッシュされます。 これをフラッディングと呼びます。 浸水はオイルの泡立ちやクランクケース圧力の過度の上昇を引き起こします。 その後、冷媒と油の液滴がコンプレッサーのシリンダーに到達し、すぐにスラッギングが発生します。

液体冷媒は冷凍機油より重いため、コンプレッサーに戻る液体冷媒は、コンプレッサーのクランクケースの底部にあるオイルの下に沈みます。 この液体冷媒は、クランクケース内の低圧により徐々に沸騰して除去されます。 しかし、この蒸発プロセスには非常に小さなオイル粒子が混入し、クランクケース内のオイルレベルの低下を引き起こし、機械部品の重要な潤滑を奪います。 空冷式の半密閉型コンプレッサーや密閉型コンプレッサーは、浸水しやすいことがよくあります。 サクションアキュムレータは浸水状態を緩和することができますが、状況が深刻な場合はアキュムレータも浸水する可能性があります。

クランクケース内で液体冷媒が沸騰すると、クランクケース圧力が過度に高くなり、ダウンストローク中に冷媒と同伴したオイル粒子がピストンのリングの周囲から逃げ出すことがあります。 コンプレッサーのシリンダーに入ると、コンプレッサーによって吐出ラインにポンプで送り込まれ、クランクケースの潤滑が奪われます。 クランクケース内ではなくシステム内にあるオイルは、チューブやバルブの内壁を覆い、望ましくない非効率を引​​き起こします。

高密度の冷媒とオイルの混合物がコンプレッサーのシリンダーに送り込まれることでクランクケース圧力が通常よりも高くなると、コンプレッサーの電流引き込みが大きくなります。 過熱してコンプレッサーがトリップする可能性があります。 この現象によりバルブの破損が発生することもあります。 コンプレッサーのクランクケースが冷媒で満たされていることを示す明らかな兆候は、クランクケースが冷たくなったり、曇ったり、汗をかいたりすることです。 オイルレベルが低いときにオイルサイトグラスが泡立っている場合も、浸水の兆候です。 洪水によって通常よりも高い電流が流れることもあります。

TXV が適切な量の冷媒を蒸発器に計量し、コイルに過剰に供給していないことを確認することは、技術者が顧客の冷凍および空調システムが安全かつ効率的に動作できるようにする 1 つの方法です。

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。