【第三種冷凍機械責任者・保安管理】ブラインの種類・凝固点と濃度管理

結論：最低液温を決め、必要濃度だけを使う

ブラインは、冷凍機で冷やされて負荷側へ熱を運ぶ二次冷媒（熱媒体）です。一般的な単相ブラインは、蒸発・凝縮する一次冷媒と違い、液体のまま循環して顕熱で熱を運びます。

選定の核心は「最も低くなる液温でもポンプ輸送できる濃度」と「材料・毒性・防食剤・粘度」の両立です。濃度は高いほどよいわけではありません。過濃度は粘度とポンプ動力を増やし、共晶点を越えれば凝固温度が逆に上がる系もあります。

間接冷却は「冷媒回路」と「ブライン回路」を分ける

一次冷媒を機械室側へまとめやすく、複数の負荷へ配管で冷熱を分配できるのが利点です。一方、熱交換器が一段増えるため温度差が必要となり、ブラインポンプの動力も加わります。間接冷却は「必ず高効率」でも「必ず安全」でもなく、漏えい時の影響を含めたシステム設計です。

ブライン4種類の違いを比較

「有機ブラインは腐食しない」も誤りです。水、酸素、異種金属、pH低下があれば腐食は進みます。EG・PGは、適切な防食剤を含む製品を規定濃度で使って初めて低腐食性を得られます。

塩化カルシウムは約29.6質量％付近が最低域

OxyChemのデータでは、CaCl₂水溶液は29.6質量％で凝固点約−51℃です。ところが30質量％では約−47℃、32質量％では約−27℃となります。つまり、共晶濃度付近を越えて塩を増やすと、氷ではなく塩の水和物が析出しやすくなり、凍結・結晶化温度が上がります。

塩化物系ブラインは熱物性と価格に利点がありますが、腐食が最大の課題です。密閉化、空気混入の低減、材料適合、防食剤濃度、pH、沈殿物をまとめて管理します。

EGとPGは「成分名」ではなく製品全体で選ぶ

エチレングリコールはプロピレングリコールより分子量が小さく、一般に低温での粘度や熱物性に有利です。しかし、体内で有害な代謝物を生じ、誤飲は中枢神経・心肺・腎臓へ重大な影響を与え得ます。食品や飲料へ混入するおそれがある系で、価格だけを理由に選びません。

プロピレングリコールはEGより低毒性ですが、「PGという成分だから食品設備で自由に使える」わけではありません。防食剤、染料、混入物も含め、偶発的食品接触に適合する表示・認証を持つ熱媒体を選びます。これは直接食品へ加えてよいという意味でもありません。

自動車用クーラントの流用や、異なる銘柄・EG系・PG系の混合は避けます。添加剤同士が反応して沈殿したり、防食性能や濃度測定値が崩れたりするためです。

凍結防止と破裂防止は同じではない

凍結防止は、最低温度でも氷結晶を生じず、運転中にポンプ輸送できる状態を保つ設計です。ASHRAEは一つの目安として、予想最低液温より凝固点を3K低くする考え方を示しています。

破裂防止は、停止中に一部がシャーベット状になっても膨張余地を確保し、配管破損を避ける考え方です。運転中のブライン回路に必要なのは通常、流動可能な凍結防止側です。設計余裕はメーカーの凍結曲線と最低局所温度で決めます。

濃くし過ぎると搬送効率が下がる

ブラインの顕熱搬送量は、Q＝ṁc_pΔTで表せます。Qは熱量kW、ṁは質量流量kg/s、c_pは比熱kJ/(kg・K)、ΔTは往還温度差Kです。

濃度を上げると比熱が下がり、低温では粘度も増えやすいため、同じ熱量を運ぶ流量やポンプ揚程に影響します。凝固点だけでなく、設計温度での密度・比熱・粘度・熱伝導率を製品表から使います。

現場管理は濃度・防食・汚れをセットで見る

代表性のある位置から十分に混合した液を採取し、測定温度を記録します。屈折率と濃度の対応は製品ごとに異なるため、汎用換算表だけで決めません。補給水の水質、pH、防食剤残量はメーカー基準で判定し、濃度だけ合っていても合格にしないことが重要です。

クロム酸塩は「昔の代表例」のまま補充しない

古い教材では塩化物ブラインの防食剤としてクロム酸塩が挙げられることがあります。しかしASHRAEは、六価クロムの環境・健康上の問題から、クロム酸塩を現在の防食剤として適切でないと整理しています。

現場では既存液へ自己判断で薬剤を足さず、液分析の結果とメーカー指定に基づいて、承認された防食剤パッケージを使用します。交換液はSDSと地域の廃棄規則に従って処理します。

試験で狙われる誤り

• ブラインは蒸発器内で蒸発する一次冷媒：通常の単相ブラインは液体のまま顕熱を運ぶ二次冷媒です。
• 濃いほど凝固点は必ず下がる：共晶点を越えると逆に上がる系があります。
• EG・PGは金属を腐食しない：防食剤、pH、水質、材料適合の管理が必要です。
• PGなら食品へ漏れても安全：採用製品全体の偶発的接触適合とSDSを確認します。
• 濃度だけ測ればよい：pH、防食剤、沈殿、流量、漏えいも一組で点検します。

理解度チェック

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まとめ

ブラインは間接冷却で冷熱を運ぶ二次冷媒です。塩化物系は低温性能と価格に利点がある一方で腐食管理が重要、EGは熱物性に優れる一方で誤飲毒性に注意、PGは低毒性の選択肢ですが製品全体の適合確認が必要です。

最低液温から必要な凍結余裕を決め、製品固有の濃度曲線で選定します。運転後は濃度だけでなく、pH、防食剤、外観、差圧、流量、漏えいまで継続して管理しましょう。

最終更新日：2026年7月28日