AC コンプレッサーには熱保護機能がありますか?

AC コンプレッサーの熱保護を理解する

はい、事実上すべての最新の AC コンプレッサーには、過熱による致命的な故障を防ぐように設計された熱保護装置が装備されています。これらの重要な安全コンポーネントはコンプレッサーの温度を監視し、危険な熱レベルが検出されると自動的に電源を遮断し、高価なコンプレッサーのモーターを永久的な損傷から保護します。サーマルプロテクターは住宅用、商業用、産業用の空調システムの標準装備となっており、機器の寿命を延ばし、高価な修理を防ぐ重要な安全装置となっています。これらのデバイスがどのように機能するか、利用可能なさまざまなタイプ、およびその動作特性を理解することで、HVAC 技術者や不動産所有者は、冷却システムを適切に保守し、問題が発生したときに診断できるようになります。

AC コンプレッサーに熱保護を実装することで、熱による損傷に対する電気モーターの根本的な脆弱性に対処します。コンプレッサーモーターは、通常の動作中に電気抵抗と機械的摩擦によって熱を発生しますが、同時に圧縮サイクル中に冷媒から熱を吸収します。通常の状態では、この熱はコンプレッサーのハウジングと冷媒循環を通じて適切に放散されます。ただし、冷媒充填量の低下、空気流の制限、電気的問題、機械的問題などの異常な動作条件により、温度が危険なレベルまで上昇する可能性があります。熱保護がなければ、これらの状況によりモーター巻線がすぐに破壊され、多額の費用をかけてコンプレッサーの完全な交換が必要になります。

ACコンプレッサーに使用されるサーマルプロテクターの種類

内部サーマルプロテクター

内部サーマルプロテクターはコンプレッサーのハウジング内に直接取り付けられており、通常はモーター巻線に埋め込まれるか取り付けられており、実際の巻線温度を正確に感知できます。これらのデバイスは、間接的な測定に依存するのではなく熱源で熱を測定するため、最も正確な温度監視を提供します。最も一般的なタイプはクリクソンまたはバイメタル ディスク プロテクターで、所定の温度に達するとパチンと開き、コンプレッサー モーターへの電流を遮断する温度に敏感なバイメタル ディスクで構成されています。内部プロテクターは通常、特定のコンプレッサーの設計とメーカーの仕様に応じて、115°C ～ 135°C (240°F ～ 275°F) の温度で作動します。

内部サーマ​​ルプロテクターは、周囲条件や二次的なインジケータではなくモーター温度に直接反応するため、優れた保護を提供します。プロテクターが作動すると、コンプレッサーが直ちに停止し、温度の上昇を防ぎます。モーターが冷えると、バイメタルディスクは元の形状に戻り、接点が閉じます。これにより、温度がリセットポイント (通常はトリップポイントより 20 ～ 30°C (35 ～ 55°F) 低い) を下回ると、コンプレッサーが再起動できるようになります。この自動リセット機能は、システムが冷却後に再起動を試みることを意味します。これは、過熱の根本的な原因が解決されたかどうかに応じて、有益な場合もあれば、問題となる場合もあります。

外部サーマルプロテクター

外部サーマルプロテクターはコンプレッサーハウジングの外側に取り付けられており、直接巻線温度を測定するのではなく、コンプレッサーシェルとの接触を通じて温度を感知します。これらのデバイスは交換やテストが容易ですが、内部プロテクターに比べて温度監視の精度は低くなります。外部プロテクターには通常、コンプレッサー回路全体への電力を遮断する断線プロテクターと、制御回路を開いてコンプレッサーの電源を切断するコンタクターまたはリレーを作動させるパイロットデューティプロテクターの 2 種類があります。外部サーマルプロテクターは通常、内部デバイスよりも低い温度、通常は 90°C ～ 120°C (195°F ～ 250°F) で作動し、内部デバイスがトリップする前に追加の保護層を提供します。

コンビネーションプロテクター

最新のコンプレッサーの多くは、温度と消費電流の両方に応答する熱過負荷保護装置を組み合わせて採用しています。これらの高度なデバイスは、温度に加えてモーターのアンペア数を監視し、ローターのロック状態、電圧の不均衡、およびすぐには温度上昇を引き起こさないものの時間の経過とともにモーターに損傷を与える可能性があるその他の電気的問題から保護します。コンビネーションプロテクターは通常、電流の流れに基づいてバイメタルディスクを温め、温度ベースの保護を補う、コンプレッサーと直列に接続された発熱体を備えています。このデュアルモード動作により、特定の故障状態へのより迅速な対応が可能になり、より包括的なモーター保護が提供されます。

実際の状況でサーマルプロテクターがどのように動作するか

サーマルプロテクターの動作サイクルを理解することは、技術者がシステムの問題を診断し、プロテクターの故障とコンプレッサーの停止を引き起こすその他の問題を区別するのに役立ちます。通常の動作中は、 サーマルプロテクター は閉じたままになり、コンプレッサーモーターに電流が流れるようになります。モーターが動作すると熱が発生しますが、プロテクターはそれを継続的に監視します。動作条件により温度が通常レベルを超えて上昇すると、プロテクタの感温素子がトリップ点に近づき始めます。温度上昇率は過熱を引き起こす問題の重大度によって異なり、冷媒充填量の完全な喪失やローターのロック状態などの深刻な問題は急激な温度上昇を引き起こします。

トリップ温度に達すると、プロテクターの接点が開き、コンプレッサー モーターへの電力の流れが遮断されます。突然の電源喪失によりコンプレッサーが停止し、モーターの動作や圧縮仕事による発熱がなくなります。その後、熱放散が始まり、コンプレッサーは周囲の空気や表面への伝導によって徐々に冷却されます。冷却速度は、周囲温度、コンプレッサーのサイズ、室外ファンが動作し続けるかどうかによって異なります。穏やかな周囲条件にある一般的な家庭用コンプレッサーの場合、リセット温度まで冷却するには通常 5 ～ 15 分かかりますが、周囲温度が高い場合や大型の業務用コンプレッサーでは、この時間がかなり長くなる場合があります。

サーマルプロテクターが作動する一般的な原因

サーマルプロテクターはコンプレッサー温度の上昇に反応して作動しますが、過熱の根本的な原因は多岐にわたり、特定して修正するには体系的な診断が必要です。冷媒充填量の低下は、サーマルプロテクターがトリップする最も一般的な原因の 1 つです。冷媒が不十分だとコンプレッサー モーターの冷却が低下し、吐出温度が上昇するためです。冷媒の漏れは、腐食、振動による亀裂、または取り付けの不具合によって時間の経過とともに発生し、冷却能力が低下してコンプレッサーの温度が上昇するまで、システムの充填量が徐々に減少します。技術者は過熱と過冷却を測定して適切な充電を確認し、システムを再充電する前に漏れ検出装置を使用して漏れを特定して修理する必要があります。

凝縮器コイルを横切る空気の流れが制限されると、吐出圧力が上昇し、圧縮仕事と発熱が増加する一方で、熱遮断能力が低下します。一般的なエアフローの制限には、ほこり、花粉、または破片で覆われた汚れたコイルが含まれます。モーターの故障またはベアリングの固着による凝縮器ファンの詰まり。室外機の周囲に十分な隙間がないため、適切な換気ができません。電圧の不均衡、三相システムの単相、配線接続の劣化などの電気的問題により、過剰な電流引き込みと発熱が発生します。ベアリングの故障、不適切な充填や取り付けによる冷媒の滞留、内部バルブの故障などの機械的問題により、モーターの負荷と温度が上昇し、熱保護が作動します。

• 冷媒充填量が少ないとモーターの冷却が低下し、吐出温度が安全な動作限界を超えて上昇します
• 凝縮器コイルが汚れていると熱の遮断が制限され、凝縮圧力と温度が上昇します。
• 凝縮器ファンモーターの故障により、動作中に凝縮器コイル全体に十分な空気の流れが妨げられます
• 低電圧、電圧の不均衡、または過剰な電流引き込みと発熱を引き起こす単相などの電圧の問題
• 計量装置またはフィルタードライヤーが制限されているため、冷媒流量が減少し、システムが適切に動作しません。
• 過充電状態により吐出圧力が増加し、コンプレッサーの動作が設計仕様を超えてしまう
• ベアリングの磨耗、バルブの破損、摩擦や熱の増加による内部損傷などの機械的故障
• 長期間にわたって機器の設計パラメータを超える極端な周囲温度

サーマルプロテクターの問題の診断

体系的な診断により、正当な過熱状態によるサーマルプロテクターの作動と迷惑なトリップを引き起こすプロテクターの故障を区別します。診断は、コンプレッサーが実際に過熱しているのか、それともプロテクターが故障しているのかを判断することから始めます。赤外線温度計または接触温度計を使用して、運転中および停止直後のコンプレッサーのシェル温度を測定します。ユニットがトリップしたときに測定温度が典型的なトリップポイント (プロテクターのタイプに応じて 90 ～ 135°C) に近づくかそれを超えている場合、プロテクターは正しく機能しているため、診断は過熱の原因の特定に重点を置く必要があります。逆に、通常の動作温度が 80°C 未満でコンプレッサーがトリップした場合は、サーマルプロテクター自体に欠陥がある可能性があります。

熱保護を繰り返し実行するシステムの場合は、起動とシャットダウンの間の時間間隔を監視してください。 1 分未満の非常に短い運転時間は、通常、温度に関連したシャットダウンではなく、ローターのロック、単相、または深刻な電圧の問題などの電気的問題を示しています。シャットダウン前の稼働時間が 5 ～ 15 分ある場合は、冷媒、空気流、または機械的問題による実際の過熱を示唆しています。動作中のシステム圧力をチェックし、吸入圧力と吐出圧力を周囲条件のメーカー仕様と比較します。低い吸入圧力と高い吐出圧力の組み合わせは冷媒の制限を示し、高い吸入圧力と吐出圧力はシステム内の過充電または非凝縮性物質を示します。

サーマルプロテクターのテストと交換

サーマルプロテクターのテストには、内部デバイスと外部デバイスに対して異なるアプローチが必要です。外部サーマルプロテクターは、冷却時にプロテクター端子間の導通をチェックするために、抵抗計を使用して直接テストできます。適切に機能する外部プロテクタは、室温でゼロまたはゼロに近い抵抗を示し、接点が閉じていることを示します。プロテクターが冷えたときに無限の抵抗を示した場合、接点が開いたままになり、デバイスは故障しています。温度応答を検証するには、抵抗を監視しながらヒートガンを使用してプロテクタを慎重に加熱します。抵抗は定格トリップ温度で無限大 (開回路) に移行するはずです。このテストは、周囲のコンポーネントの損傷を避けるために、システムからプロテクターを取り外した状態で実行する必要があります。

内部サーマ​​ルプロテクターはコンプレッサーを開けずに直接テストすることはできませんが、これは密閉型ユニットでは現実的ではありません。代わりに、診断は端子間のコンプレッサー抵抗を測定し、動作動作を観察することに依存します。オープン内部プロテクターを備えたコンプレッサーは、回路内のプロテクターの位置に応じて、コモン端子と実行端子の間、またはコモン端子とスタート端子の間で無限の抵抗を示します。コンプレッサーが最近動作していた場合は、プロテクターが通常の開いた状態でリセットを待っているだけである可能性があるため、十分な冷却時間を確保してください。適度な周囲温度で 30 分間冷却した後も抵抗が無限大のままの場合は、プロテクターが開いたままになっているか、モーター巻線が損傷している可能性があり、コンプレッサーの交換が必要になります。

外部サーマルプロテクターの交換手順

外部サーマルプロテクターの交換は簡単ですが、効果的に動作させるには適切な取り付けに注意が必要です。交換を開始する前に、エアコンユニットの電源を切断し、マルチメーターを使用して電圧がないことを確認してください。絶縁されたドライバーで端子をショートさせて、コンデンサに蓄えられたエネルギーを放電します。ワイヤー端子を外し、コンプレッサーハウジングに固定している取り付け金具を取り外して、既存のサーマルプロテクターを取り外します。取り付け面を徹底的に清掃し、新しいプロテクターとコンプレッサーシェルの間の熱接触を妨げる可能性のある古いサーマルペースト、腐食、または破片を取り除きます。

トリップ温度、リセット温度、電流定格、取り付けスタイルに特に注意して、元のデバイスと一致する仕様の交換用サーマルプロテクターを選択してください。コンプレッサーシェルからの効率的な熱伝達を確保するために、新しいプロテクターの接触面に熱伝導性ペーストの薄い層を塗布します。プロテクターをコンプレッサーに対してしっかりと取り付け、元のデバイスと同じ位置に配置します。ほとんどのメーカーは、温度が最も高いコンプレッサー本体の上部に取り付けることを指定しています。回路図に従って電気配線を接続し、定格電流に対して適切なワイヤゲージを確保し、コンプレッサーの動作中に振動して緩まないように端子接続をしっかりと固定します。

メンテナンスによるサーマルプロテクターの作動防止

予防メンテナンスは、コンプレッサーの過熱を引き起こす根本的な状態に対処することで、サーマルプロテクターの作動を大幅に減らします。適切な熱遮断能力を維持するために、四半期ごとの凝縮器コイルの洗浄などの定期的なメンテナンス スケジュールを実施してください。特定のコイル設計に適した方法を使用してコイルを洗浄します。フィンタイプのコイルは水と承認されたコイル洗浄液による穏やかな洗浄によく反応しますが、マイクロチャネルコイルは損傷を避けるためにより慎重な洗浄が必要です。凝縮器ファンを検査して掃除し、適切な回転方向、適切な空気の流れ、室外機の周囲にゴミや障害物がないことを確認します。

コンプレッサーの動作中の切断時の電圧などの電気パラメータを監視し、測定値を銘板の仕様と比較します。電圧は定格電圧の ±10% 以内に維持する必要があり、三相システムでは全相の電圧バランスが 2% 以内になります。ネームプレートの定格と照らし合わせて消費電流を確認し、指定されたアンペア数を大幅に上回るコンプレッサーの消費電流を調べます。過熱度および過冷却度を測定して適切な冷媒充填量を毎年確認し、測定値がメーカーの仕様から外れた場合にのみ充填量を調整します。冷媒漏れが発生した場合は、単に充填量を追加するのではなく、ただちに対処してください。熱保護により即時の故障が防止されていても、充填量が低い状態で過熱が繰り返されるとコンプレッサーの寿命が大幅に短縮されるためです。

サーマルプロテクターの限界を理解する

サーマルプロテクターはコンプレッサーの致命的な故障に対する重要な保護を提供しますが、ユーザーと技術者が理解しておくべき制限があります。サーマルプロテクターは過熱の根本的な原因ではなく温度に反応するため、問題ではなく症状を治療します。熱保護を繰り返し作動させるシステムは、過熱を引き起こす状態に悩まされ続け、たとえ保護装置が即時の故障を防いでも、サイクルごとに損傷が蓄積します。この限界状態で長時間運転すると、モーターの絶縁、座面、冷凍機油の品質が低下し、熱保護が存在し機能しているにもかかわらず、最終的にはコンプレッサーの故障につながります。

また、サーマルプロテクターは、コンプレッサーに影響を与えるすべての故障モードから保護できるわけではありません。コネクティングロッドの破損、バルブプレートの粉砕、ベアリングの壊滅的な焼付きなどの突然の機械的故障は、熱保護では損傷を防ぐことができないほど急速に発生します。ゆっくりとした冷媒漏れなどの段階的な故障は、熱保護トリップポイントを下回って動作する可能性があり、依然として不十分な冷却性能と顧客の不満を引き起こす可能性があります。これらの制限を理解すると、サーマルプロテクターを進行中の動作上の問題に対する恒久的な解決策として捉えるのではなく、サーマルプロテクターの作動の根本原因に対処することの重要性が強調されます。サーマルプロテクターがトリップすると、単に一時的に許容される不都合ではなく、調査と修正が必要な問題が発生していることを示します。

高度な熱保護技術

最新の HVAC システムには、従来のバイメタル プロテクターよりも高度な監視と保護を提供する高度な熱保護技術がますます組み込まれています。電子熱保護モジュールは、サーミスター センサーとソリッドステート スイッチングを使用して、より正確な温度監視とより速い応答時間を提供します。これらのデバイスをシステム制御と統合して、診断情報を提供し、動作傾向を追跡し、通常の熱サイクルとサービスの注意が必要な問題の発生とを区別することができます。現在、一部の高級住宅用システムやほとんどの商用設備には、温度、電流、電圧、動作サイクルなどの複数のパラメータを監視して包括的なモーター保護を提供するコンプレッサー保護モジュールが組み込まれています。

可変速コンプレッサ システムは、インバータ ドライブに統合された高度なモータ保護アルゴリズムを採用しており、モータの温度、電流、速度を継続的に監視して、動作の柔軟性を最大化しながら保護を最適化します。これらのシステムは、熱限界に近づくとコンプレッサーの速度を完全に停止するのではなく低下させ、損傷を防ぎながらある程度の冷却能力を維持します。スマート サーモスタットやビル管理システムには熱保護モニタリングが組み込まれることが増えており、専門家の対応が必要な問題が発生していることを示す熱トリップが繰り返されることをユーザーまたはサービス プロバイダーに警告します。 HVAC テクノロジーが進歩し続けるにつれて、熱保護システムはより統合され、インテリジェントでプロアクティブになり、単純な事後対応型の保護から、サービス中断を引き起こす前に問題を防ぐ予知保全機能へと移行していきます。