冷凍空調機の保守管理

     

１．一般的な冷凍装置の点検箇所と主な不具合現象

1.1 運転点検箇所

 

1.2 不具合事象

 

1.3 運転点検箇所例

参考：冷凍空調装置のトラブル発生の要因と対策

オイルフォーミング

オイルフォーミングとは、油によく溶解するＲ２２等の冷媒を使用する圧縮機においてクランクケース内の油温が低いと多量の冷媒が油と溶解し、圧縮機の始動と同時に冷媒の急激な蒸発により油が泡立ち、油面が低下する現象のことである。

この結果、圧縮機への給油不足による潤滑不良が発生する。油圧保護圧力スイッチが付属した冷凍装置では、保護スイッチが作動して圧縮機が異常停止する。またオイルフォーミングが激しい時は、圧縮機の吐出弁、吸入弁割れが発生する。

下図は、「冷凍機油に対するＲ２２の溶解度曲線」である。この曲線をみると、油温が低いほど、圧力が低いほど、油への冷媒の溶解度は大きくなっている。そこで冷凍装置停止中に冷媒の溶解を少なくする為には、クランクケースヒータによりクランクケース内の油温を常時加温して高めの温度に保つことにより溶け込みを少なくし、オイルフォーミングの発生を抑えることが出来る。

 

２．高圧部の保守管理

2.1 不凝縮ガスの排除

不凝縮ガスとは：
いくら冷却しても凝縮できないで装置内に残留するガス。冷凍装置では空気であることが多い。又高温の吐出しガス、あるいは水分混入のまま運転することにより冷媒と潤滑油が分解して不凝縮ガスを生成することもある　　

なぜ侵入するか：
真空引き不十分（空気残留）。分解修理時のエアパージ不充分。冷媒、油充填時一緒に空気混入。装置が真空運転され、低圧部に漏れ箇所があると空気を吸い込む。　

どうなる：
主として凝縮器に溜まり、冷却管の熱通過率の低下による凝縮温度の上昇。不凝縮ガス相当分だけ凝縮器内圧力上昇。

不凝縮ガス存在有無の判断方法
通常凝縮器に存在するので、水冷の場合は、圧縮機を停止し、凝縮器の冷媒出入口配管の止め弁を閉じ十分凝縮させ、凝縮圧力が冷却水温度に相当する冷媒飽和圧力より高ければ不凝縮ガスが存在する。

排出方法
圧縮機を停止し、凝縮器出入口止め弁を閉じ、冷却水を十分流し冷媒ガスを出来るだけ凝縮させ凝縮器最上部から静かに空気を抜く。自動ガスパージャーは運転しながら不凝縮ガスの排出が出来る。

2.2 水垢、油膜の影響

水垢、油膜の付いた凝縮器の冷却管の熱通過率  Ｋ

$$k=\frac{1}{\frac{1}{α_{r}}+\frac{δ_{o}}{λ_{o}}+m(\frac{1}{α_{w}}+\frac{δ_{s}}{λ_{s}})}$$

Ｋ : 熱通過率 ［kW/(m²・K)］
m : 有効内外伝熱面積比
α_w : 水側の熱伝達率［kW/(m²・K)］
λ_s : 水垢の熱伝達率［kW/(m・K)］
δ_s :  水垢の厚さ　(m)
α_r :  冷媒側の熱伝達率［kW/(m²・K)］
λ_o : 油膜の熱伝達率［kW/(m・K)］
δ_o :  油膜の厚さ　(m)
水垢の汚れ係数［m²・K/kW］

$$f_{s}=\frac{δ_{s}}{λ_{s}}$$

油膜の汚れ係数［m²・K/kW］
$$f_{o}=\frac{δ_{o}}{λ_{o}}$$

水垢や油膜Kのよる冷却管汚れによって熱伝導抵抗が増大し、上式で算出される熱通過率が減少する。凝縮温度、凝縮圧力が上昇することにより冷却能力は低下し、消費電力が増大する。

2.3 凝縮器の形式と保守管理

2.4 季節による凝縮器能力への影響

凝縮器は水冷、空冷を問わず季節による影響を受け凝縮圧力が変動する。夏場は、冷却装置の凝縮圧力をできるだけ設計凝縮温度より低くすると、体積効率が向上して冷凍能力は増大し、冷凍能力当りの所要能力が小さくなり、また吐出しガス温度が低下するので、高圧側圧力が下がることは、圧縮機自体にとって好ましい現象である。しかし冬場、冷凍装置全体を考えると、高圧側圧力が極度に低下すると膨張弁オリフィス前後の圧力差が低下し、蒸発器への冷媒供給が不足し冷却能力が低下する。

対策・・・凝縮圧力制御を行う

＜水冷式の場合＞
①冷却水入口配管に節水弁の取り付け（温度式と圧力式がある）
②冷却塔のファン制御等による冷却水の水温コントロール

＜空冷式の場合＞
①複数台の送風機による、台数制御
②送風機用電動機のインバータ等による電気制御による送風機回転数制御
③凝縮圧力調整弁を凝縮器出口の冷媒配管に取り付け凝縮器内に冷媒を溜め込み伝熱面積を変化させる

2.5 液封防止

冷媒液が充満している状態で、何らかの原因により両端がとじられたまま温度上昇すると、液膨張によって弁，及び配管が破壊することがある。液封によって生ずる圧力はアンモニアの場合次図のようになる。

例えば液温度-２０℃、周囲温度２０℃とし、液が周囲温度まで上昇すると、温度上昇幅は４０Ｋであり、上図からすると発生する圧力は６０.８MＰaという高圧になり、止め弁や配管を破壊する。

この液封を防止するために、冷凍保安規則例示基準では次のように規定されている。『液封により著しい圧力上昇の恐れがある部分（銅管、及び外径２６mm未満の鋼管部分を除く）には、安全弁、破裂板または圧力逃がし装置を取り付けること』