各種空調・冷凍システムの中核機器であるチラーユニットは、主にコンプレッサー、コンデンサー、エバポレーター、絞り弁などで構成されています。コンプレッサーはチラーユニットの中核であり、「心臓部」とも言える存在です。コンプレッサーは冷凍システムに大きな影響を与え、冷却能力、エネルギー効率比、動作温度範囲、コスト、制御方式（騒音・振動、起動特性、システム安定性など）といった性能パラメータを決定します。そのため、本稿ではコンプレッサーの仕様、動作原理、種類について重点的に解説します。.
チラーユニットにおけるコンプレッサーの仕組み：その動作原理と種類を理解する
チラーユニットの冷凍プロセスにおけるコンプレッサーの動作原理は以下のとおりです。
コンプレッサーは蒸気圧縮サイクルで動作し、主に蒸発、圧縮、凝縮、絞りの4つのプロセスから構成されます。まず、低温・低圧の冷媒が蒸発器に入り、熱を吸収して低温・低圧のガスに蒸発し、冷却水の温度を下げて冷却の目的を達成します。次に、ガスはコンプレッサーに入り、圧縮されて高温・高圧のガスになります。続いて、高温・高圧の蒸気が凝縮器に入り、熱交換、放熱、冷却、凝縮を経て高圧の液体になります。その後、高圧の液体は絞り装置（膨張弁など）を通過して減圧され、低温・低圧の気液混合物となって蒸発器に入り、サイクルが完了します。このサイクルにおいて、コンプレッサーは圧縮プロセスで使用され、蒸発プロセスと凝縮プロセスを連結することで、チラーユニットの冷凍目的を達成します。.
コンプレッサーの基本的な動作原理は、機械エネルギーを用いて低圧ガスを高圧ガスに圧縮し（作動容積を減少させるか、ガスの運動エネルギーを増加させることによって）、チラー内の冷媒の循環とエネルギー変換を実現し、冷凍の目的を達成することです。コンプレッサーの動作プロセスは、吸入、圧縮、吐出の3つの段階に分けられます。.
- 吸入段階では、コンプレッサーは吸気弁を通して低温・低圧の冷媒ガスを圧縮室に吸い込みます。この段階ではガスの温度はわずかに上昇しますが、全体的にはまだ低温です。.
- 圧縮段階では、コンプレッサーが吸入された冷媒を圧縮し、体積を減少させるとともに、ガスの温度と圧力を上昇させる。.
- 吐出段階では、高温高圧の冷媒ガスが圧縮機から排気弁を通って凝縮器へと排出されます。冷媒ガスは外部の空気や水と接触することで大量の熱を放出し、温度が低下して高圧の液体へと変化します。.
- このようなプロセスはサイクルで実行され、ガスを連続的に圧縮・輸送することで冷媒の循環を促進し、チラーの冷却効果を発揮する。.
圧縮機が吸入、圧縮、吐出の各工程で効率的に動作するようにするためには、圧縮機の材料を適切に選択し、動作原理と構造特性に基づいて圧縮機を設計し、冷媒の特性、システム構成、運転条件を考慮する必要があります。圧縮機の動作原理と構造特性に基づいて、圧縮機はスクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ピストン圧縮機、遠心圧縮機、ロータリー圧縮機など、多くの種類に分類できます。圧縮機の種類によって、それぞれ利点と適用範囲があります。以下では、それらを詳しく説明し、他の圧縮機の長所と短所を分析します。.
コンプレッサーにはどのような種類があり、どのように区別されるのでしょうか？
各コンプレッサーにはそれぞれ長所と短所があります。大型冷凍システムには主にスクリュー式コンプレッサーと遠心式コンプレッサーが用いられますが、小型および中型冷凍システムでは一般的にスクロール式、ピストン式、ロータリー式コンプレッサーが使用されます。.
スクロールコンプレッサー
スクロールコンプレッサー（スパイラルコンプレッサーとも呼ばれる）は、固定スクロールと回転スクロールの相対的な軌道運動を利用して、密閉された空間内のガスを連続的に圧縮します。スクロールコンプレッサーはコンパクトな構造で、回転スクロールと固定スクロールの2つの部品だけでガス圧縮を実現します。ガスの吸入と圧縮を分離した設計により、熱伝達を低減し、圧縮効率を高めることで省エネルギーを実現しています。また、連続的でスムーズな圧縮プロセスに加え、振動が少なく、部品点数が少なく、摩擦が少なく、長寿命で、幅広い用途に対応できるなど、多くの利点があります。. これらは、チラー、業務用および家庭用空調設備に使用されます。.
スクリューコンプレッサー
スクリューコンプレッサー 互いに噛み合う2つのスクリューローターの回転を利用して冷媒を圧縮する。. 冷媒ガスは、ねじ溝内で圧縮された後、吐出口から排出される。. スクリューコンプレッサーには、優れた冷凍能力、低振動・低騒音、高い信頼性などの利点があります。. これらは主に大規模な商業用および産業用冷凍設備で使用されます。設置場所や冷凍能力に応じて、単体で使用することも、単体または複数台を組み合わせて使用することも可能です。負荷変動に応じて運転状態を自動的に調整できるため、チラーユニットの寿命を効果的に延ばすことができます。.
ピストンコンプレッサー
ピストン式コンプレッサーは、ピストンの往復運動によってガスを圧縮します。主な構成要素は、シリンダー、ピストン、吸排気弁、クランクシャフト、コネクティングロッドです。往復動式コンプレッサーは幅広い圧力範囲に対応でき、熱効率も高いため、小規模から中規模の冷凍ニーズに適しており、最も一般的に使用されているコンプレッサーの一つです。.
遠心圧縮機
遠心式圧縮機は、高速回転するインペラを用いてガスを加速させ、ガスの流れの方向を変え、運動エネルギーを増加させる動的圧縮機です。その後、ガスはディフューザーに入り、流れを減速させ、運動エネルギーを圧力エネルギーに変換してガス圧を上昇させ、このサイクルを繰り返して設定圧力まで圧縮します。遠心式圧縮機は、大量のガスを処理でき、構造がシンプルで、オイルフリー潤滑方式を採用しています。そのため、大量のガス流量と高い圧縮効率が求められる大規模な産業用冷凍システムや中央空調システムなどで広く使用されています。.
ロータリーコンプレッサー
ロータリーコンプレッサーは、シリンダー内で偏心ローターを回転させることでガスを圧縮します。ローターのブレードはシリンダー壁と密閉された圧縮室（圧縮空洞）を形成します。回転に伴い圧縮室の容積が減少することで、ガスの圧縮が実現します。ロータリーコンプレッサーは、コンパクトな構造、軽量性、高効率、高信頼性といった利点を持ち、住宅用および小規模商業用冷凍システムに適しています。.
さらに、構造によって、コンプレッサーは開放型、半密閉型、完全密閉型に分類できます。産業用チラーの場合、冷却水温度が0℃以上のチラーには完全密閉型コンプレッサーが一般的に使用され、冷却水温度が0℃以下の低温チラーには半密閉型コンプレッサーが使用されます。当社は、空冷式、水冷式、スクリュー式の産業用チラーを製造しており、大型スクリュー式チラーには主に半密閉型コンプレッサーを採用しています。.
ニーズに合ったコンプレッサーの選び方
コンプレッサーの効率と排気量は、チラーユニットの効率と排気量に直接関係します。高いエネルギー効率比と大排気量のコンプレッサーは、チラーユニットのエネルギー効率と冷却能力の向上に役立ちます。コンプレッサーの運転パラメータを調整することで、冷却出力やその他の重要な機能を制御できます。さらに、コンプレッサーはチラーの信頼性、運転温度範囲、冷媒の適合性などにも影響を与えます。.
したがって、コンプレッサーを選ぶ際には、要求を満たし、長期にわたって信頼性と安定性を維持できるモデルを選ぶことが不可欠であり、できれば品質が保証された有名ブランドの製品を選ぶのが望ましい。コープランド、ビッツァー、ダンフォス、日立は、ハイエンドコンプレッサー市場において優れた信頼性の高いブランドである。近年、ハンベル、美的、格力などの中国ブランドは、技術と品質において著しい進歩を遂げ、比較的低価格で高効率かつ信頼性の高いコストパフォーマンスの高い選択肢となっている。中級セグメントでは、パナソニック、ダイキン、三洋電機などのブランドが、中小規模の業務用空調設備や産業用チラーなど、特定の分野で強みを発揮している。.
当社のチラー 当社の製品は、大型冷凍式チラーユニットには主にコープランドやパナソニックなどのスクロールコンプレッサー、ハンベルのスクリューコンプレッサーを採用しています。これらの有名ブランドにより、チラーの安定した性能が保証されています。チラー製品にご興味をお持ちでしたら、お気軽にお問い合わせください。
