7 月に外気温が 38 °C に上昇し、冷凍室は -25 °C に保たれる 3,000 平方メートルの冷蔵倉庫を想像してください。これは、通常、HFC プラントと CO2 遷臨界冷凍システムのどちらを選択するかが決定されるプロジェクトであり、予想外の予算がほとんど発生するプロジェクトです。
結論を先に言うと、遷臨界 CO2 システムがその役割を果たしますが、それは高圧側が最初のパイプ スプールからそのように設計されている場合に限られます。これらのシステムの吐出圧力は通常 80 ～ 120 bar に達します。これは、同等の R404A プラントの圧力の 3 ～ 4 倍です。 25 バールでは完全に機能するコンポーネント、配管、制御装置は、100 バールでは許容できなくなります。この 1 つの数字が、エンジニアリングの労力、コスト、そしてトランスクリティカル設備で報告されている現場での障害のほとんどを引き起こします。
超臨界運転は標準的な CO2 プラントとどう違うのか
CO2 の臨界点は 31.0 °C、73.8 bar です。その温度以下では、冷媒は他のガスと同様に凝縮し、システムはよく知られた未臨界の方法で動作します。つまり、熱の遮断は 25 ～ 40 bar で起こり、凝縮圧力は単に周囲温度に従います。
周囲温度 31 °C を超えると、実用的な圧力が CO2 を液体に戻すことはありません。凝縮器はガス冷却器となり、冷媒は単相の超臨界流体として凝縮器を離れ、排熱は凝縮ではなく冷却器全体の温度の推移に依存します。吐出圧力は周囲温度に依存しなくなりました。これは制御変数となり、最高の COP を実現する値に高圧膨張弁によって保持されます。実際には、周囲 35 °C で 85 ～ 95 bar であることがよくありますが、高圧側の設計圧力は通常 100 ～ 120 bar に指定されます。
他の 2 つのプロパティはレイアウトに影響します。 CO2 は非常に高い体積冷却能力を持っているため、コンプレッサーと吸引ラインは同じトン数の HFC 機器よりも著しく小さくなります。そして、ほとんどの産業プラントではブースター配置が使用されています。低温コンプレッサーはフラッシュタンクまたは高段コンプレッサーの吸入に排出され、フラッシュガスはバイパスされるか、部分負荷効率を向上させるために並列コンプレッサーによって処理されます。
超臨界 CO2 が効果をもたらす場所とそうでない場所
冷涼な気候や肩の季節では、遷臨界 CO2 はエネルギー面で競争力があり、多くの場合、HFC システムよりもランニングコストが安くなります。暑い気候では状況が変わります。周囲温度 35 ～ 40 °C では、断熱ガスクーラーの予冷、並列圧縮、またはエジェクターを使用しない限り、純粋な遷臨界プラントは、厳選された HFC 代替品に対して 10 ～ 20% の COP を失う可能性があります。
通常、勝つ議論は効率ではなく、熱回収です。遷臨界サイクルは、高い滑空温度で熱を排除するため、別個のヒートポンプを使用せずに 60 ～ 90 °C の衛生的な熱水を生成できます。これは、乳製品工場、食肉工場、食品加工現場で価値があります。これに 1 の GWP とはるかに少ない冷媒充填量を組み合わせると、温暖な地域でも経済性が高まることがよくあります。
| パラメータ | 亜臨界CO2 | 遷臨界CO2 |
|---|---|---|
| 高圧側圧力 | 25～40バール | 80～120バール |
| 熱遮断 | 一定温度での結露 | ガスクーラーでの体感冷却 |
| 圧力制御 | 周囲温度に従う | COP 向けに積極的に最適化 |
| ベストフィット | カスケードの低段階、寒冷地 | 熱回収、低GWP工業用地 |
| 周囲感度 | 中等度 | 高 |
信頼性を決定するコンポーネントの選択
コンプレッサー
100 °C を超える吐出温度と 3 ～ 4 の圧力比では、コンプレッサーに大きなストレスがかかります。スクリューコンプレッサーは部分負荷時の高い圧力比に耐えられるため、大規模な産業用途には通常選択されますが、レシプロ機械はより小さな容量とより厳しい予算に適合します。どのタイプであっても、高段冷却、オイル管理、および吸入過熱戦略は、現場ではなく選択段階で決定する必要があります。
高圧産業用冷凍業務用スクリューコンプレッサー 油膜または同期ドライブを備え、理論上金属接触のないツインロータースクリューコンプレッサー。要求の高い圧力比の産業用途に合わせて構造を見直してください。 製品を見る→ ガスクーラー
ガスクーラーとして使用される空冷コンデンサーは、凝縮温度ではなく接近温度に基づいて選択する必要があり、寄りかかる潜在的な義務がないため、kW あたりにより多くの表面積が必要です。 V タイプおよび H タイプの空冷コイルは、一般的な工業用形式です。暖かい現場では、スプレーまたは断熱予冷によって有効入口温度が 8 ～ 12 K 低下し、高圧側の大きな負荷が軽減されるため、フィンの間隔とコイルの洗浄性が公称容量と同じくらい重要になります。
産業用ガス冷却用V型空冷コンデンサー コーティングされたスチールシェルと誘導された空気流を備えた V 字型空冷コンデンサー。温度とコイルの洗浄性が選択の基準となる産業用ガスクーラーの用途に適しています。 製品を見る→ 蒸発器と膨張器
室内側の機器は通常、小さな温度差に対応できるサイズのポンプ循環式または DX 空気冷却器です。 -30 °C の低温冷凍庫では、霜の付着を抑えるために、広い表面と広いフィン間隔を備えた低温蒸発器が使用されています。膨張装置は、トランスクリティカルシステムが最も異なる部分です。圧力と温度のフィードバックを備えた電子高圧バルブは、フラッシュタンク、吸入ライン熱交換器、および 1 日を通して周囲の変化に応じて高圧側を最適に保つコントローラーによって支えられています。
急速冷凍保存用 DJ 低温エバポレーター -25℃以下の急速冷凍倉庫用の低温蒸発器。食品、医薬品、化学品の冷凍業務を目的とした、監視された動作と構造設計を備えています。 製品を見る→ 材料、配管、および購入者が過小評価しているリスク
100バールになると、通常の練習は機能しなくなります。ハイサイドの配管は、検証済みの壁厚、定格継手、および文書化されたサポートを備えたスチールまたはステンレススチールです。銅は、メーカーの圧力定格が許容する小さな直径に限定されており、真鍮は高圧側にまったく表示されるべきではありません。リリーフバルブ、バーストディスク、およびベントラインは、EN 378、ISO 5149、または該当する地域の規定に従って、全質量流量に対応したサイズにし、安全な排出場所に配線する必要があります。
2 番目のリスクは湿気です。 CO2 と水は炭酸を形成し、これが鋼鉄を内部から攻撃し、乾燥機やバルブを詰まらせるため、システムには適切なサイズの乾燥剤乾燥機、乾燥窒素パージ、充電前の規律ある排気手順が必要です。 3番目はオイルです。CO2はPOEオイルに溶けて粘度が変化し、コンプレッサーから移動する可能性があるため、オイルセパレーター、オイルレベルゲージ、サイトグラスは追加品ではなく標準品になります。ほとんどの現場の問題は、コンプレッサー自体ではなく、これら 3 つの領域に遡ります。 冷蔵冷凍システムの故障解析 圧力測定値、水分インジケーター、オイルレベルのチェックから始める必要があります。
実用的な仕様チェックリスト
見積もりを依頼する前に、これらの数字を 1 ページにまとめてください。どのブランドの選択よりもデザインを大きく変えるのです。
- 設計周囲の乾球温度と 25 °C を超える年間時間。
- 室温と同時冷却負荷 (プルダウン負荷を含む)。
- 必要な熱回収温度と毎日の給湯量 (ある場合)。
- 高圧側の設計圧力とプラントが満たさなければならない基準。
- 機械室容積、換気量、ガス検知配置。
- 電力供給、制御プラットフォーム、およびリモート監視の期待。
浙江ブローザー は、21 年以上にわたり半密閉型コンプレッサーと冷凍装置の組み立てを行っており、その生産品は 80 か国以上に輸出されており、私たちが参加するトランスクリティカルな議論のほとんどは、まさにこのリストから始まります。
よくある質問
食品工場内の CO2 は安全ですか?
CO2 は A1 に分類され、無毒かつ不燃性ですが、密閉空間では酸素と置き換わるため、漏れの検出、低レベルの換気、明確な標識が必須です。高圧はもう 1 つの危険であり、手順上の注意だけで対処するのではなく、安全装置と正しく定格されたコンポーネントを使用して対処します。
トランスクリティカルシステムは暑い気候でも機能しますか?
はい、断熱予冷、並列圧縮、またはエジェクターを使用します。穏やかな気候での設置と比較して、資本コストがわずかに高く、効率性も若干低下することが予想されます。
既存の R404A プラントを変換できますか?
めったに。コンプレッサー、配管、バルブ、制御装置はすべて 3 ～ 4 倍高い圧力定格を必要とするため、実際の変換は新たな高圧側を意味します。
ハイサイドにはどのようなメンテナンスが必要ですか?
圧力トランスミッターの校正、バルブの反応チェック、ガスクーラーの清掃、リリーフ装置とバーストディスクの年次検査。
トランスクリティカル CO2 はドロップイン技術ではありません。それは、独自の構成要素ルールを備えた異なる圧力体制です。設計圧力、ガスクーラーの選択、湿度制御を適切に行うと、プラントは段階的に削減されることのない冷媒で数十年間稼働します。間違えると、最初の暑い夏に貯金が消えてしまいます。
