液体冷却システム配管の最適設計原則

液冷パイプラインは主に、フレキシブル（硬質）ホース接続を利用して、液冷源と機器間、機器と機器間、機器と他のパイプライン間の接続を確立する役割を果たします。これらのパイプラインには、フレキシブルホースと金属パイプの2種類がある。

インターフェース例

パイプラインの一端は内ネジで、もう一端は外ネジである。両端とも74°円錐シール方式を採用しています。

パイプラインの両端には内ねじがあり、60°の球面ジョイントシールを採用している。

外ねじ：メートルねじ、イギリスねじ、パイプねじ。シール方法には、74°、60°、24°コニカルシール、その他のシール技術がある。

内ねじ：メートルねじ、イギリスねじ、パイプねじ。シール方法には、74°、60°、24°コニカルシール、その他のシール技術がある。

有刺鉄線パゴダ継手：バーブの外円寸法は、ユーザーのパイプラインに応じて調整される。

フランジ角板構造；標準スリーブフランジ、標準フランジなど

液冷パイプラインの選び方

液体冷却パイプラインは主に、フレキシブル（硬質）ホース接続を利用して、液体冷却源と装置間、装置と装置間、装置と他のパイプライン間の接続を確立するために使用される。

パイプラインの選定は、その寿命、信頼性、保守性、その他の性能特性に影響する。選定にあたっては、以下の要素を考慮する必要がある：

1.最高使用圧力：

パイプラインの最高使用圧力は、特定のパイプライン仕様の最高使用圧力値を超えてはならない（一定のマージンを確保すべきである）。

2.動作温度：

実際の環境温度とパイプラインの使用温度に基づいて選択する。使用温度範囲は、特定のパイプライン仕様の適用温度範囲内とする。

3.パイプラインの直径：

システムに適合する流量と流速サイズに基づいて選択する。

4.パイプライン・ジョイント法：

ユーザーの実際の使用状況に応じて選択する。

5.流体媒体：

サンプルをご参照ください。

6.固定：

振動環境で使用されるフレキシブルホースの場合、パイプの直径サイズに応じて250mmから400mmの間隔で固定することをお勧めします。実際の状況に応じて、標準的なクランプやタイラップを使用して固定することができます。

I.パイプライン設計の基本原則

1) 蒸発器への必要な冷媒液の供給を確保し、冷却能力を保証する；

2) 冷媒が最小の圧力損失でシステム内を流れるようにし、さらなる電力損失を避ける；

3) 冷媒と冷却油がパイプラインに溜まることなく、できるだけコンプレッサーに戻るようにし、コンプレッサーの正常な運転を保証する；

4) 冷媒液と冷却油がコンプレッサーに衝撃的な損傷を与えるのを防ぐ；

5) パイプラインと冷媒の両方に適正なコストを確保する。

II.パイプ径の選択

配管径を選択する際、用途の異なる冷凍システムでは異なる考慮事項が適用される。一般的に1日8～18時間程度使用される快適空調の場合、初期投資が重要である。

配管径を過度に大きくして圧力損失を最小にしようとすると、配管と冷媒充填の両方のコストが上昇する。したがって、十分なオイルリターンと適度な圧力損失を確保できれば、より低コストのソリューションを選択することができる。

産業用空調、特に24時間稼動するサーバールームでは、運転コストがより懸念される。この場合、オイルリターン時の高い冷凍効率を確保するソリューションを検討することができる。

III.配管圧力損失

パイプ径の選択に影響を与える最も重要な要因は2つある：

01) 配管の圧力損失

02) 配管流速

ある冷凍システムにおいて、圧力損失の増加は冷媒流量の減少を意味し、冷凍能力を低下させる。冷凍能力を増加させるには、元の冷媒流量を維持するために冷媒充填量を増加させ、元の冷凍能力を維持しなければならない。

しかし、圧力損失の増加を克服するためには、コンプレッサーの出力を上げなければなりません。当社では、排気管圧力損失よりも吸入管圧力損失の方がシステムに与える影響が大きいことを示す参考値をいくつか提示している。

IV.パイプラインの流量

流量は、圧力降下とオイルリターンの両方に関連している。冷凍システム内の冷凍機油は、以下の機能を果たす：

1.可動部の潤滑；

2.コンプレッサーを冷却する；

3.封印の役割を果たす；

4.アンローディング機構に動力を与える；

5.不純物を取り除き、部品を洗浄する。

また、熱交換器の熱交換チューブに冷媒油が溜まると、熱交換器の熱交換能力が低下する。したがって、冷媒とともに流出した冷凍機油は、できるだけコンプレッサーに戻すようにしないと、コンプレッサーの油切れの原因となる。

冷媒油と冷媒液は一定の溶解度を持つため、パイプライン内で容易に一緒に流れることができます。しかし、冷媒ガスとの溶解度は比較的低いため、冷媒オイルの流れを駆動するためには、冷媒ガスが一定の速度に達する必要があります。

冷媒の流量に影響を与える要因はパイプの直径である。直径が小さいほど冷媒の流速は速くなり、必然的に圧力損失が大きくなる。したがって、圧力損失とオイルリターンは矛盾する。

オイルをスムーズに戻すには、冷媒の回転数を速くする必要がある。冷媒速度が速いと圧力損失が大きくなる。そのため、バランスポイントを見つけ、適切な配管径を選択する必要がある。

まず、流量曲線から管径を選定する当社の方法をご紹介します。下記はパイプラインの各区間の流量の参考値です。

各パイプセグメントにおける流速の基準値。

様々な情報源があるため、いくつかの参考値は一貫していないかもしれません。ここでは、参考となるような考察と情報源を提供することに努める。

流量曲線による配管径の選定方法は、まず各配管部（排気管、吸込管、液管）の冷却能力と温度の知識が必要です。そして、上表の範囲と製品の用途特性から配管径を決定する。

V.各パイプラインの圧力降下要件：

01) 排気管：

排気管の圧力損失は、吸気管ほど冷却能力に大きな影響を与えないが、消費電力を増加させる可能性がある。したがって、R22の場合、最大値は6psi（0.4bar）を超えてはならない。

02) コンデンサーから液体貯蔵パイプへ：

凝縮後の液体を速やかに凝縮器から流出させ、凝縮器の熱交換面積を占有しないようにするため、この部分はパイプ径を大きくする必要があります。これにより、液冷媒の輻輳を防ぎ、液冷媒がコンデンサーから時間内に流出できるようにし、凝縮面積を小さくします。

03) 液体貯蔵部から膨張弁接続管へ：

このセクションで最も重要なことは、圧力損失によるフラッシュ蒸発を避けることです。例えば、R22の場合、1メートル上昇するごとに0.115barの圧力損失が生じます。0.38barの圧力損失ごとに、飽和温度は1℃下がります。

その結果、サブクール度も1℃低下し、パイプラインが10m上昇し、1.115barの圧力損失が発生すると、冷媒の飽和温度は約3℃低下します。他の圧力損失を無視すると、冷媒液のサブクール度も3℃下がります。このことから、冷媒液のフラッシュ蒸発を防ぐためには、最低サブクール度を3℃以上にする必要があります。

下の表は、凝縮温度が38℃（100°F）のとき、液体の飽和温度が約0.5℃（1°F）変化したときの圧力の変化を示しています（1 psi = 0.069 bar）。

4) インテークパイプ：

この導管はコンプレッサーの吸入空気を直接決めるため、システムに大きな影響を与える。大幅な圧力損失があれば、冷媒の比容積が増加し、同じ体積の質量が減少する。

これにより、コンプレッサーに吸入される冷媒の質量流量が減少し、最終的に冷却能力が低下する。情報源によると、圧力が1psi低下するごとに、R22の冷却能力は1%低下し、R410Aの場合は0.6%低下する。