低温チラーとは何ですか？

---

A 低温チラー 通常-10℃以下で作動する。通常、製薬、化学、新エネルギー、半導体、航空宇宙などの産業で使用される。高性能ユニットの中には-150℃を下回るものもある。80℃を超えると超低温領域となり、特殊な冷凍機が必要となる。

低温冷凍機のキーテクノロジー

---

チラーの出力温度が-150℃にもなるものもあれば、-10℃にしかならないものもあることを不思議に思ったことはないだろうか。両者の決定的な違いは以下の点にある：

多段階圧縮技術

非常に低い温度では、蒸発圧力は急激に低下する。単段式システムを使用する場合、コンプレッサーはかなり働かなければならず、時には15:1以上の圧縮比に直面することもある。つまり、より多くの摩耗、より多くのエネルギー、冷却効率の悪さを意味し、-40℃、-80℃、あるいは-100℃に到達することさえ難しくなる。チラーメーカーは通常、多段圧縮技術を採用しています。
 
 システム内を流れる冷媒は同じだが、圧縮は1回の大きな押し出しではなく、2段階、3段階、あるいはそれ以上の段階に分けられる。圧縮の各段階の後、冷媒ガスの温度と体積を下げるためにインタークーラーが行われる。階段を上るようなものだと考えてほしい。一段圧縮は一度に10階を登るようなもので、多段圧縮は数階を登ったら休憩し、さらに数階を登るようなものだ。明らかに後者の方が簡単だ。
 
2段圧縮システムを例にとると、冷媒は2回の圧縮を受ける必要がある。1段目の圧縮機は、蒸発器から戻ってきた低温・低圧の冷媒ガスを中間圧まで圧縮します。その後、中圧の冷媒ガスがインタークーラーに入り、冷却される。2段目の圧縮機で中圧の冷媒ガスを高圧まで圧縮し、圧力条件を満たした冷媒ガスが凝縮器に入ることができます。
 
多段システムは、単純に限界に挑戦する。多段式システムは、単段式システムよりも低温でチラーを稼働させることができる。コンプレッサーには比較的高い性能が要求され、低温始動能力の高いコンプレッサーブランドを使用する必要があります。

カスケード冷凍技術

カスケード冷凍はカスケード冷却とも呼ばれる。複数の独立した冷凍回路を1つの冷凍システムにまとめたもの。各冷凍回路のコンプレッサー、オイルセパレーター、電子膨張弁、PID制御システムは互いに独立している。
 
2段カスケード冷凍システムを例にとろう。高温システムと低温システムがある。この2つのシステムでは、沸点の異なる冷媒を使用する。高温システムでは、低温ステージで使用される冷媒よりも沸点の高い冷媒が使用される。両者の間には熱を伝えるためのカスケード熱交換器があり、高温システムが低温システムの凝縮器に凝縮条件を提供し、低温システムが最終的な冷却を担う。
 
一般的なカスケード冷凍システムの組み合わせは以下の通り：

高温段冷媒	低温段冷媒	到達温度範囲 (°C)
R404A	R23	-40°C ~ -70°C
R507	R508B	-60°C ~ -90°C
R134a	R170 / R14	-70°C ~ -120°C

カスケード冷凍技術は、多段圧縮技術よりも低い冷却温度を達成できるが、制御が難しく、より高価である。

冷却液

クーラントは、チラーからの冷気を必要な場所に運びます。冷却損失を減らし、冷却効率を向上させるためには、冷却システムの作動温度に合ったクーラントを使用する必要があります。

温度範囲 (°C)	一般的なクーラント
+5 ~ +30	水
0 ~ -10	10-20% エチレングリコール溶液
-10 ~ -25	25-35% プロピレングリコール-水混合溶液
-25 ~ -40	40-50% エチレン/プロピレングリコール-水混合物、 塩化カルシウム塩水
-40 ~ -60	アルコール、ダイナレンHC-20/30
-60 ~ -90	ジメチルシリコーンオイル（-80℃グレード）、ダイナレンHC-40
< -90	特殊有機冷却剤、液体窒素（二次ループ用）

冷媒

冷媒の沸点と圧力限界は、システムが実際にどこまで冷却できるかを決定します。以下に、さまざまな種類の冷媒と、それに対応する動作温度範囲、および適切な冷凍システムを示します：

温度範囲 (°C)	推奨冷媒	システム・タイプ
+30 ~ -10	R134a、R410A、R407C	シングルステージ圧縮
-10 ~ -40	R404A、R507、R407F、R448A	シングルステージまたは強化システム
-40 ~ -60	R23、R508B、R170（エタン）、R1150（エチレン）	二段階またはカスケードシステム
-60 ~ -100	R469A/B、エタノール、シリコーンオイル、ダイナレンHC-20/40	カスケード＋二次ループ
100％以下	液体窒素（LN₂）、液体ヘリウム（He）、有機ブレンド	超低温/間接冷却