冷媒配管と材料の選び方｜アンモニアに銅が使えない理由【冷凍三種】
この記事でわかること
- 冷媒配管に使える材料・使えない材料がわかります
- 低温で使えない金属がある理由がわかります
- 吸込み管・吐出し管・液管それぞれの注意点がわかります
- 油をどう戻すかという配管の考え方がわかります
配管はただの「管」ではありません。冷媒と油を、正しい向きに、正しい速さで運ぶための設計がされています。ここを押さえると、装置の不調の原因が読めるようになります。
材料の使い分け
なぜ？なぜアンモニアに銅を使えないのか？
アンモニアが銅を腐食させるからです（第3回）。特に水分があると激しく反応して、配管に穴があいたり、青い腐食生成物ができたりします。だからアンモニア装置では鋼（鉄）の配管を使います。
覚える覚え方
「アンモニアに銅は使えない、フロンには銅が一般的」。ここは確実に押さえておきましょう。繰り返し出題されている論点です。
低温で使えない材料
用語低温脆性（ぜいせい）とは？
低温脆性とは、温度が下がると、金属がもろくなって割れやすくなる性質のことです。一般的な炭素鋼は、低温でこれが起きます。
覚える低温での材料選び
- −25℃より低い温度では、一般的な配管用炭素鋼鋼管（SGP）は使えません。
- 低温では低温配管用鋼管・ステンレス鋼・銅などを使います。
- 銅とステンレスは低温でももろくなりません。
例簡単な例え
冷凍庫から出したチョコレートが、常温のときよりパキッと割れるのを思い浮かべてください。金属にも同じことが起きます。普段は粘り強く曲がる鉄が、低温では衝撃でパキッと割れる——これが低温脆性です。
3つの配管、それぞれの役割
吐出し管の注意
- 油が圧縮機に逆流して戻らないようにする … 立ち上がりの下にトラップ（配管をU字形に曲げて油をためる部分）を設ける
- 停止中に、凝縮した液が圧縮機に戻らないようにする
- 温度が高いので、火傷防止や断熱に注意
液管の注意
- フラッシュガス（液管の途中で液の一部が気化してできたガス）を防ぐ（第14回） … 大きな立ち上がり・長すぎる配管・断熱不足は避ける
- ストレーナ（ごみを取り除くこし器）と乾燥器（水分を取り除く機器）を入れる
- 流速が速すぎると、圧力降下が大きくなる
吸込み管の注意
- 油を圧縮機まで運び上げられる流速を確保する … 遅すぎると油が戻りません
- 立ち上がりが高いときは、二重立ち上がり管にする
- 断熱する … 冷たいので結露します。また吸込みガスが加熱されると、比体積（決まった重さあたりの体積）が大きくなって冷媒循環量が減り、冷凍能力が下がります
- 蒸発器より圧縮機が上にあるときは、蒸発器の出口にトラップを設けてから立ち上げる（逆に圧縮機が下にあるときは、停止中に液が圧縮機へ流れ込まないよう、蒸発器の出口で一度立ち上げてから下げる）
覚える覚え方
配管の設計は「油をどう戻すか」がすべてと言ってもよいくらいです。油は冷媒と一緒に出ていくのに、自分では戻ってこられない——だから流速を確保し、トラップを設け、勾配をつけるのです。
流速の考え方
速すぎても遅すぎてもいけない——特にガスの配管は、油を運ぶために最低限の流速が必要だ、という点が液管と違うところです。
配管の施工
- 曲げは、なるべく大きな半径で … 急な曲がりは圧力降下と乱れの原因
- 支持は適切な間隔で … 振動と自重によるたわみを防ぐ
- 伸縮を考える … 温度差が大きいので、配管は伸び縮みします
- 可とう管（フレキシブルチューブ） … 圧縮機の振動を配管に伝えないため
試験ではこう出る
- ①アンモニアと銅 … 「アンモニア冷媒の配管に銅管を使用する」→誤り。
- ②低温脆性 … 「−30℃で使用する配管に、配管用炭素鋼鋼管（SGP）を用いる」→誤り。
- ③吸込み管の流速 … 「吸込み管の流速が遅いと、油が圧縮機に戻りにくい」→正しい。
- ④液管 … 「液管の圧力降下が大きいと、フラッシュガスが発生しやすい」→正しい。
- ⑤断熱 … 「吸込み管を断熱すると、冷凍能力の低下を防げる」→正しい。
よくある質問
Q．「トラップ」とは、排水管のトラップと同じものですか？
A．形は似ていますが、目的が違います。排水管のトラップは水をためて臭いを止めるためのもの（管工事の封水深）。冷媒配管のトラップは油をためて、ガスの流れで一気に持ち上げるためのものです。「油だまり」と考えるとイメージしやすいと思います。
Q．二重立ち上がり管とは何ですか？
A．太い管と細い管を2本並べた立ち上がりです。負荷が大きいときは2本とも使い、負荷が小さいときは細いほうだけに流して流速を保ちます。「負荷が変わっても油が戻る」ようにする工夫です。容量制御（負荷に合わせて圧縮機の能力を増減すること）をする装置（第8回）で必要になります。
Q．配管が結露すると何がいけないのですか？
A．水滴が落ちて、まわりを濡らす・カビが生える・さびるという実害があります。それだけでなく、結露するということは、空気の熱を吸ってしまっているということでもあります。断熱すれば、その熱の侵入も防げて効率がよくなる——一石二鳥なのです。
まとめこのページのまとめ
- アンモニアに銅は使えない。フロンには銅・鋼・ステンレス
- −25℃より低い温度では、一般的な炭素鋼鋼管は使えない（低温脆性）
- 配管は吐出し管・液管・吸込み管の3つ
- ガスの配管は、油を戻すために最低限の流速が必要
- 液管は圧力降下でフラッシュガスが出る
- 吸込み管は断熱する（結露防止＋冷凍能力の低下防止）
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