部分的に制限されているフィルタードライヤーを診断する方法

図1：液体ラインフィルタードライヤーの断面図。 (パーカー・ハネフィン社スポーラン部門提供)

フィルター ドライヤーは、冷凍または空調システムから異物を除去するように設計されています。 これらは、不適切なサービス慣行や極端な動作条件によってシステムに侵入した水分、スラッジ、汚れ、油によって制限がかかることで知られています。 これらすべての問題のうち、ほとんどのフィルター乾燥機が制限される原因となるのは過剰な湿気です。 冷凍および空調システム内の湿気の発生源には次のようなものがあります。

フィルター乾燥機の構築に使用される最も一般的な材料には、活性アルミナとモレキュラーシーブ乾燥剤があります。 活性アルミナは、冷凍システムから有機酸分子を除去するために使用されます。 フッ化水素酸や塩酸などの無機酸は、冷凍システム内で特定の冷媒と水が非常に高い動作温度で分解されるときに生成されます。 これは、システムのバーンアウトと呼ばれることがよくあります。 活性アルミナは、システムのバーンアウト後の酸浄化のために、液体フィルター乾燥機と吸引ラインフィルター乾燥機の両方でよく使用されます。

モレキュラーシーブ乾燥剤は、均一なサイズの空洞を持つハニカム構造を持っています。 極性 (電荷) またはサイズに基づいて分子を選択的に吸収できます。 フィルター ドライヤーを適切に選択すると、水を吸収できると同時に、冷媒や油などのより大きな分子が自由に通過できます。 乾燥剤の表面はカチオンと呼ばれる正電荷で覆われており、水などの分極した分子を引き付けます。 モレキュラーシーブを備えたフィルタードライヤーは、凍結、システムの腐食、酸の生成を最小限に抑えます。

以下のシナリオ例では、冷凍システムのフィルター ドライヤーが部分的に制限されています。 フィルター乾燥機は、レシーバーと計量装置の間にある冷凍システムの液体ラインに配置されています。 フィルター ドライヤーは液体ライン内に配置されるため、制限されたフィルター ドライヤーは液体ライン制限と呼ばれることがあります。 図 1 (上) は、液体ライン フィルター ドライヤーの断面図を示しています。 レシーバーの出口から計量装置の入口までの液体ラインに制限や損傷があると、制限されたフィルタードライヤーと同様の症状が発生することに注意することが重要です。 この例では、冷凍システムがフィルター ドライヤーと覗き窓を使用する TXV/受信機システムであると仮定します。 このシステムには作動冷媒として R-134a が使用されています。

上記のシステム チェックでは、ヘッド圧力が低く、コンデンサー スプリットが低いことに注目してください。 多くのサービス技術者は、システムのハイサイドの一部が制限されたり詰まったりすると、ヘッド圧力が上昇すると考えています。 これは、特に TXV/受信機システムでは当てはまりません。 液体ラインが制限されると、蒸発器から冷媒が不足し、蒸発器圧力が低下します。

蒸発器が枯渇すると、コンプレッサーにも冷媒が枯渇し、凝縮器が排除する熱がほとんどなくなります。 この少量の熱が拒否されると、凝縮圧力と温度が低くなります。 冷媒の大部分はレシーバーに保管され、ポンプダウンされた冷凍システムをシミュレートします。

フィルター ドライヤーが部分的に詰まっている場合、次のような症状が現れます。

通常の吐出温度より高い：吐出温度が高くなるのは、コンプレッサーの過熱度が高く、圧縮比が高いためです。 液体ライン (フィルター ドライヤー) の制限によりエバポレーターが枯渇すると、高い過熱が発生します。 低い蒸発器圧力による高い圧縮比は、高い圧縮熱と高い吐出温度を引き起こします。 これは、システムを通過する冷媒の質量流量がまだ存在すると仮定しています。 フィルタードライヤーの制限の厳しさによって、排出温度がどの程度高くなるかが決まります。 システムが完全に制限されると、コンプレッサーはシステムをポンプダウンし、低圧制御でオフのままになるか、場合によってはショートサイクルになります。

高い過熱度:エバポレーターとコンプレッサーの両方の過熱度が高くなります。 これは、液体ラインの制限によって TXV、エバポレーター、コンプレッサーに冷媒が不足することが原因で発生します。 冷媒の大部分はレシーバー内にあり、一部は凝縮器内にあります。

蒸発器圧力が低い:エバポレーターの圧力が低いのは、TEV とコンプレッサーに冷媒が不足していることが原因です。 コンプレッサーは吸入ラインを通して蒸発器から冷媒を引き出そうとしていますが、液体ラインの制限により冷媒が蒸発器に入ることが妨げられています。 これにより、コンプレッサーがエバポレーターを低圧状態にします。

低い凝縮圧力:蒸発器と圧縮機の両方で冷媒が不足しているため、凝縮器も同様です。 蒸発器への冷媒が減少すると、凝縮器に供給される熱負荷が減少します。 そのため、凝縮器は熱を排除するために温度と圧力を上げる必要がありません。 冷媒の大部分はレシーバー内に存在します。

通常からやや高い凝縮器過冷却:凝縮器の熱除去負荷が低いため、蒸気を液体に凝縮させることはあまりありません。 フィルタードライヤーの制限により冷媒流量が低下するため、凝縮器内の液体はすべてしばらくそこに留まり、過冷却される可能性があります。 また、冷媒の大部分がレシーバー内にあり、一部が凝縮器内にあるため、レシーバーに出入りする流量も減少します。 レシーバーが高温の環境にある場合、冷媒がレシーバー内に滞留するため過冷却が失われる可能性があります。 これが、一部の商用システムが特定の状況に備えて受信機バイパスを備えている理由です。 レシーバーバイパスは、サーモスタットによって制御される液体ラインのソレノイドバルブにすぎず、レシーバーの周りの液体を液体ラインにバイパスします。

コンデンサースプリットが低い:凝縮器はある程度枯渇しているため、枯渇している蒸発器からの熱はそれほど多くは排出されません。 これにより、コンデンサーのスプリットが低下します。 スプリットは凝縮温度と周囲温度との温度差であることに注意してください。

制限後の局所的なコールド スポットまたは霜:制限が十分に厳しい場合、制限された乾燥機で液体冷媒の蒸気へのフラッシュが発生する可能性があります。 液体ラインに沿ってフィルタードライヤー上で手を動かすだけで、局所的なコールドスポットが見つかる可能性があります。 TXV の入口の約 12 インチ手前にある液体ライン上の温度測定装置は、周囲の環境よりも冷たくてはなりません。 そうである場合、上流のどこかに確実に制限があります。

フィルター ドライヤーが部分的に詰まっていて、技術者がフィルター ドライヤー全体の温度差を手で感じることができないシナリオは数多くあります。 真実は、人間が区別できるのは、物体間の温度差が 10°F 以上であることだけです。 凝縮温度が 110°F の R-134a システムのフィルター ドライヤーが 10°F の温度差を示すには、約 20 psi の圧力降下が必要です。 フィルター乾燥機の制限の多くは、触ったり感じたりすることが難しいため、技術者によってチェックされません。 このため、サイトグラスの使用は、この問題を診断するのに非常に役立ちます (これについては後で詳しく説明します)。

低アンプの消費電力:コンプレッサーは液体ラインの制限により冷媒が不足しているため、コンプレッサーを通過する蒸気を圧縮するのにそれほど苦労する必要はありません。 蒸発器の圧力が低いため蒸気の密度が低いため、コンプレッサーの仕事量が少なくなり、必要な電流は低くなります。

低圧制御の短サイクル: LPC は、低い蒸発器 (吸引) 圧力からコンプレッサーのオフとオンを繰り返します。 停止すると、冷媒はゆっくりと蒸発器に入り、コンプレッサーを再びオンにします。 このコンプレッサーのオンとオフは、問題が解決されるまで続きます。

フィルター ドライヤーの後にサイト グラスを使用すると技術者が役立ち、この同じサイト グラスがシステムの充電にも役立ちます。 システムが湿気で汚染されている場合、湿気を示すサイトグラスが色を変えて技術者に警告します。 サイトグラス前の液ラインに制限があるため、サイトグラス内に必ず気泡が発生します。 多くの技術者は、サイトグラスの泡立ちは冷媒の充填不足を意味すると信じていますが、これはまったく真実ではありません。 一部の冷凍システムの起動時に、システムに大きな負荷がかかると、レシーバーの下流のサイトグラスで泡立ちや点滅が発生する可能性があります。 この泡立ちは、レシーバーの出口チューブの入口での圧力低下によって発生します。

負荷が急激に増加すると、バブリングが発生することもあります。 負荷が増加すると TXV が大きく開く可能性があり、受信機に十分な液体がある場合でもフラッシングが発生する可能性があります。 また、ヘッド圧力制御システムの突然の変化により、高温のガスがレシーバー内に放出されてヘッド圧力が上昇し、レシーバー内にレシーバーのディップチューブ出口をシールするのに十分な液体があるにもかかわらず、サイトグラスが泡立つ可能性があります。 この場合、受信機にサイトグラスを設置すれば技術者による過充電を防ぐことができますが、メーカーにとっては初期費用がもう少し高くなります。 TXV の前の液体ラインにサイトグラスがあると、TXV の前で液体のフラッシングが発生しているかどうかを技術者に知らせるのに役立ちます。 このフラッシングは、過冷却の喪失、または液体ラインが TXV に到達する前に静圧および/または摩擦圧力降下が大きすぎることが原因である可能性があります。

泡立つサイトグラスと低流量サイトグラスの間には大きな違いがあります。 液体内に気泡が混入している場合、これは液体のフラッシュを引き起こす圧力降下、または過冷却がないために蒸気と液体がレシーバーから出る原因となる冷媒の充填不足の兆候です。 充電不足により覗き窓の泡立ちが発生している場合、コンデンサーの過冷却が低下することに注意してください。 それ以外の場合、サイトグラスの泡立ちは、液体ラインの制限、フィルター ドライヤーの制限、レシーバーの損失、または高温環境による液体ラインの過冷却、または液体ラインの静的損失と摩擦損失が大きすぎることを意味する可能性があります。

一方、冷媒流量が低いサイトグラスは、ボックス温度が十分に低い温度まで下がっているため、システムがほぼサイクルオフする準備ができていることを示します。 このようなときは、システムの熱負荷が最も低くなり、システムを通る冷媒流量が最も低くなります。 覗き窓は気泡が入っていない状態で 1/4 から 1/2 しか満たされていない可能性があります。 この状況は、特に水平の液体ラインに当てはまります。 システムが過充電されるため、この状況では冷媒を追加しないでください。 熱負荷が高くなると、過充電が顕著になります。 熱負荷が低いと、システムの吸入圧力が最も低くなり、コンプレッサーに入る冷媒蒸気の密度が最も低くなります。 蒸発器圧力が最も低いため、圧縮比が高くなり、体積効率が低下し、冷媒流量が低下します。 通常、凝縮器内には十分な過冷却が存在しますが、覗き窓は部分的にしか満たされません。 したがって、低冷媒流量のサイトグラスと、液体に気泡が混入した泡状のサイトグラスを混同しないでください。

フィルター ドライヤーの後のサイトグラスは、制限されたドライヤー内での追加の圧力降下による冷媒フラッシュが原因でドライヤーが詰まり始めているかどうかを知る良い方法です。 フィルター ドライヤーは、入口と出口にシュレーダー バルブ (圧力タップ) が付いているものを購入できます。

同じゲージで測定した圧力損失が 2 psi を超えている場合は、ドライヤーが制限され始めていることを意味します。 また、前述したように、TXV の直前にあるサイトグラスは、そこで液体のフラッシュが発生しているかどうかを技術者に確実に知らせます。 サイトグラスが泡立っているからといって、必ずしも充填不足を意味するわけではないため、冷媒を自動的に追加しないでください。 多くのシステムでは、サービス技術者が覗き窓を片付けようとして冷媒を充填し続けたため、レシーバーが完全に液体で満たされた状態で見つかります。 また、多くの冷媒ブレンドでは、同じブレンド内に 2 つ、3 つ、4 つ、さらには 5 つの異なる冷媒が含まれており、すべて異なる特性と特性を持っているため、サイトグラスにわずかな泡が発生することがあります。 冷媒ブレンドの挙動に関する詳細情報については、必ず冷媒ブレンドのメーカーにお問い合わせください。

サービス技術者は、体系的なトラブルシューティングがシステム問題の実際の原因を見つける唯一の確実な方法であることを常に覚えておく必要があります。

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。