【第三種冷凍機械責任者・保安管理】冷媒配管の設計と圧力容器｜油戻し・フラッシュガス

結論：冷媒配管は「太いほどよい」でも「傾斜だけ守ればよい」でもない

冷媒配管では、許容できる圧力損失、圧縮機へ油を戻せる流速、液冷媒を膨張弁まで単相で届けることを同時に満たします。配管径を大きくすれば圧力損失は減りますが、ガス流速が下がって油が戻りにくくなる場合があります。逆に細すぎる管は圧力損失、騒音、能力低下を招きます。

勾配、トラップ、二重立上がり管の要否は、圧縮機と熱交換器の高低差、最低負荷時の流量、冷媒と油、メーカー基準で決めます。一本の暗記ルールをすべての設備へ当てはめないことが重要です。

冷凍サイクル上の3本の配管を整理する

膨張弁の下流では圧力が急低下し、液の一部が意図的にフラッシュして低温の気液二相になります。問題となる「液管のフラッシュガス」は、膨張弁へ着く前に液の一部が蒸発する現象です。両者を混同しないでください。

吸入ガス管は能力低下を抑えながら油を戻す

吸入管の圧力損失は、圧縮機が吸い込む圧力を下げ、圧縮比を増やして能力・効率を悪化させます。一方、管径を過大にしてガス速度が不足すると、油が蒸発器や立上がり管に滞留します。

• 水平管は一般に圧縮機方向へ緩い下り勾配を設け、油の流れを助ける
• 上向き立上がり管は、最低負荷でも油を持ち上げる速度を確保する
• 負荷変動が大きい長い立上がりでは、メーカー基準により二重立上がり管を検討する
• 吸入管は外部からの熱侵入と結露を抑えるため、通常は適切に断熱する

トラップを増やせば必ず安全になるわけではありません。余分なトラップは油や液の滞留、圧力損失の原因になります。停止時に液冷媒が圧縮機へ移動する問題は、配管だけでなくポンプダウン、クランクケースヒータ、電磁弁など「自動制御機器」と合わせて防ぎます。

吐出しガス管は高温・振動・油戻しを考える

吐出し管には高温高圧の冷媒ガスと油が流れます。立上がり管では最低負荷時の油戻しを確認し、圧縮機より上に凝縮器がある構成では停止時の液・油の逆流を防ぐ配置を検討します。

また、圧縮機振動を建物配管へ伝えない支持、熱伸縮を吸収する曲がりやループ、配管重量を圧縮機ノズルへ掛けない支持が必要です。可とう管だけに振動吸収を任せず、配管支持と共振防止を一体で設計します。圧縮機の液圧縮については「圧縮機の構造と特徴」も参照してください。

液管は膨張弁入口までサブクール液を保つ

液管の目標は、膨張弁入口で気泡を含まない液冷媒を確保することです。配管・ストレーナ・電磁弁の圧力損失、上向き配管の静水頭、周囲からの熱侵入が大きいほど、液の圧力またはサブクール度の余裕を消費します。

実際には、この静水頭に管・継手・弁の摩擦損失を加えます。その圧力低下に対応する飽和温度の変化と、外部からの熱侵入を上回るサブクール余裕が必要です。冷媒ごとに物性が違うため、0.078MPaを一律に「何K」と換算してはいけません。

フラッシュガスの原因と症状を切り分ける

フラッシュガスが発生すると膨張弁へ届く液量が減り、蒸発器が不足供給になって過熱度が増えることがあります。ただし、膨張弁のハンチングには弁容量過大、感温筒取付け、外部均圧など別の原因もあります。サイトグラスの気泡だけで冷媒不足と断定せず、圧力、温度、過冷却度、過熱度を同時に測ります。

液管の断熱は運転条件で判断する

吸入管は原則として断熱が重要ですが、液管を常に厚く断熱するという一律のルールはありません。高温場所や長距離配管で熱侵入を抑える場合、低温液管で結露を防ぐ場合などは断熱が有効です。一方、周囲へ放熱してサブクールが増える条件もあります。冷媒温度、周囲温湿度、日射、配管経路から判断します。

現場では管の太さや断熱材の厚さだけで「液管」と決めつけず、冷凍サイクル図と流れ方向を確認してください。

材料と継手は冷媒・圧力・温度に合わせる

「フルオロカーボンなら必ず銅管、アンモニアなら必ず鋼管」と材質名だけで暗記するのは危険です。CO₂のような高圧冷媒や微燃性冷媒では、圧力、接合方法、設置場所を含む専用基準を確認します。冷媒変更時は、材料適合性だけでなく設計圧力、逃し装置、潤滑油、電気防爆性、法令手続を再評価します。

圧力容器は設計圧力・許容圧力・実測肉厚を分ける

冷凍保安規則第64条は、設計圧力を「使用することができる最高の圧力として設計された適切な圧力」とし、材料、形状・寸法、設計圧力、設計温度、許容応力、溶接効率などに応じた強度・厚さを求めています。

腐れしろ（腐食代）は鋼製容器すべて一律1mmではありません。材料、冷媒、腐食環境、適用する技術基準により要否と値が決まります。腐食代が必要な設備は、検査時の残存厚さにも必要な最小腐食代を含めて評価します。銅だから腐食を考えなくてよい、とも限りません。

現場で異常を見つける確認順序

1. 運転条件：外気・負荷・冷媒流量が通常範囲か
2. 圧力と温度：飽和温度を求め、過熱度・過冷却度を算出
3. 配管状態：結露、霜、油染み、異常振動、支持、弁開度を確認
4. 系統要因：ストレーナ詰まり、電磁弁、膨張弁、冷媒量を切り分け
5. 機械的健全性：腐食、減肉、漏えい、逃し装置を手順どおり確認

配管の油染みは漏えいの手掛かりですが、手で増締めする前に設備を安全な状態へ移し、定められた漏えい検査と修理手順に従います。日常点検と記録は「定期自主検査・保安検査・完成検査」で解説しています。

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まとめ

吸入・吐出しガス管は、圧力損失を抑えながら最低負荷でも油を戻せる径と配置にします。液管は摩擦損失、立上がりの静水頭、熱侵入を見込み、膨張弁入口までサブクール液を保ちます。

材料・継手は冷媒名だけで決めず、設計圧力・温度と適合性を確認します。圧力容器では設計圧力、許容圧力、実測肉厚を分け、腐れしろを一律1mmと暗記しないことが大切です。

最終更新日：2026年7月28日