1. 過冷却・過冷却度
過冷却とは、凝縮して飽和液体となった冷媒を、圧力下で飽和状態の温度よりもさらに冷却することをいう。このプロセスは、通常の凝縮温度を超えるさらなる冷却ステップとして見ることができます。
過冷却は過冷却度の尺度であり、特に過冷却後の液体の実際の温度と同じ圧力下での液体の飽和温度との差として定義されます。言い換えれば、液体が現在の圧力で理論的に凝固し始める（または飽和液体のまま）温度よりも低い場合、この追加の低い温度差は過冷却と呼ばれます。
過冷却が必要な理由
効率の向上: 過冷却により、(膨張バルブや毛細管などを介して) 冷媒が絞り込まれているときの突然の圧力低下によって生成されるフラッシュ ガス (つまり、液体の一部が蒸発してガスになる) を大幅に削減できます。これらのフラッシュガスはより多くの体積を占めますが、冷却能力に効果的に寄与することができないため、冷凍システムの効率が低下します。過冷却によりフラッシュガスの割合が減少し、冷媒の単位質量により多くの冷却能力が得られます。
システムの安定性の最適化: 過冷却度を制御することで、冷凍システムの動作を安定させ、温度変動を低減し、全体的な信頼性と制御精度を向上させることができます。
サブクールの意味
冷却効率の向上: 不必要な相変化損失を削減することで、システムはより少ないエネルギー消費で同じ冷却効果を達成できます。
機器の寿命を延ばす: 液体ハンマーによるコンプレッサーの損傷を回避し、メンテナンスの頻度を減らし、システム全体の耐用年数を延ばします。
システムの応答性の強化: 安定した過冷却により、特に急速な冷却が必要な状況において、システムが負荷の変化に迅速に対応できるようになります。
エネルギー節約と排出削減: 同じ冷凍ニーズを満たしながらエネルギー消費を削減し、現代のエネルギー節約と環境保護の要件に準拠します。
2.過熱・過熱度
過熱とは、特定の圧力条件下で、冷媒蒸気の温度がその圧力下での飽和蒸気の温度を超えることを意味します。このときの冷媒蒸気を過熱蒸気といい、冷凍装置では圧縮機の排気段で過熱が起こるのが一般的です。
過熱度は過熱度の尺度であり、具体的には過熱蒸気の温度と同じ圧力における飽和蒸気の温度との差として定義されます。つまり、過熱度は過熱蒸気の実際の温度が飽和温度よりも高い部分の温度値です。
なぜ過熱が必要なのでしょうか?
液体ハンマーの回避: 冷凍システムでは、適切な量の過熱により、コンプレッサーに吸い込まれる蒸気が乾燥していることが保証され、湿った蒸気や液体冷媒がコンプレッサーに入るのが防止され、液体ハンマーが防止されます。液体のスラッギングは、コンプレッサーの損傷を引き起こし、システム効率を低下させ、さらには機器に損傷を与える可能性があります。
調整制御: 膨張弁を使用する冷凍システムでは、過熱度が温度式膨張弁の開度を調整するための重要なフィードバック信号として使用されます。過熱度を制御することにより、冷媒の流れをより正確に調整できるため、蒸発器の冷却効果を制御し、システムの安定した動作を維持できます。
システム効率の向上: 適切な過熱により、冷媒が蒸発器の最後で完全に蒸発せずにコンプレッサーに吸い込まれる状況を減らすことができます。これにより、冷媒の単位質量あたりの冷却能力が向上し、システム全体の冷凍効率が向上します。
スーパーヒートの意味
コンプレッサーの安全性を確保: 液体のスラッギングを回避することで、過熱によりコンプレッサーが損傷から保護され、機器の寿命が延びます。
システムの安定性の向上: 過熱は正確な制御を通じてシステム動作の安定性と信頼性を維持し、冷却効果の継続性と一貫性を確保します。
エネルギー効率の最適化:過熱を合理的に制御することで、不必要なエネルギーの無駄を回避し、冷却効果を確保しながらシステムのエネルギー効率を向上させることができます。
便利な診断とメンテナンス: 過熱度の監視も、冷凍システムが正常に動作しているかどうかを判断するための重要なパラメータです。異常な過熱はシステム障害の兆候である可能性があり、問題を適時に検出してメンテナンスを実行するのに役立ちます。
