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】

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

低温で使えない材料

SGP（配管用炭素鋼鋼管）が使えない場面

配管用炭素鋼鋼管は、記号でSGPと書かれる、ごく一般的な鉄の管です。もともと圧力のあまり高くない水や空気などを通すための管で、安くて扱いやすい反面、冷凍装置では使えない場面があります。
・−25℃より低い温度　…　低温脆性でもろくなるため（上のとおり）
・毒性のある冷媒（アンモニアなど）の配管　…　漏れたときの危険が大きいため
・圧力や温度が高すぎる部分

アンモニアの装置で使う「鋼の管」は、SGPではなく、圧力配管用炭素鋼鋼管など、圧力に強い規格の鋼管です。「アンモニアには鋼」と覚えるときは、「ただしSGPはだめ」とセットにしておくと、引っかけに強くなります。

SGPは1MPaを超える所にも使えない／フロンはゴムを傷めることがある

SGPが使えない場面には、もうひとつ設計圧力が1MPaを超える部分があります。R410Aのように運転圧力が高い冷媒では、高圧側の配管がこれにあたるので、SGPは使えません。

材料は金属だけではありません。パッキンなどに使うゴムやプラスチックの中には、フルオロカーボン（フロン）冷媒に溶かされたり、冷媒がしみ込んでふくらんだりするものがあります。冷媒に合った材料を選ぶ必要があります。

3つの配管、それぞれの役割

吐出し管の注意

液管の注意

吸込み管の注意

液管は流速を小さめに──フラッシュガスは「圧力が下がる」と出る

液体は、温度ごとに決まったある圧力より下がると、沸騰し始めます。この境目の圧力を飽和圧力といいます。高い山の上では気圧が低いので、水が100℃より低い温度で沸騰する——それと同じ理屈です。

液管の中の圧力が、その液の温度に対応する飽和圧力より下がると、液の一部が気化してフラッシュガスになります（第14回）。圧力が「上がる」と出るのではありません。

流速が速いほど、管との摩擦で圧力が大きく下がります。そのため高圧の液管は、流速ができるだけ小さくなるような太さ（管径）にします。「フラッシュを防ぐために、速く流す」は逆です。

横に走る吸込み管に、よけいなUトラップを作らない

蒸発器の出口のトラップは、油を持ち上げるために「わざと」作るものでした。いっぽう、横に走る吸込み管の途中に、下へたわんだU字の部分（Uトラップ）があると、軽い負荷の運転や停止中に、そこへ油や冷媒液がたまります。

たまった液は、圧縮機を再び始動したときや、容量制御で能力を上げた（アンロードからフルロードに切り替えた）ときに、ガスの勢いで一気に圧縮機へ運ばれます。これが液戻りです。液はほとんど縮まないので、圧縮機が液を押しつぶそうとして傷むおそれがあります（液圧縮、第8回）。横に走る吸込み管は、Uトラップを作らず、圧縮機に向かって下り勾配をつけるのが基本です。

凝縮器と受液器をつなぐ均圧管

凝縮器でできた冷媒液は、液流下管という管を通って、下にある受液器へ重さで流れ落ちます。ところが、受液器が周りの熱で温められたときなどに、受液器の中の圧力が凝縮器より高くなると、下から押し返されて液が落ちにくくなります。

そこで、凝縮器と受液器の上部どうしを均圧管でつなぎ、両方の圧力をそろえます。圧力がそろえば、液は重さだけで素直に流れ落ちます。空気穴のある容器のほうが、中の水がスムーズに出るのと似ています。

吐出し管の圧力降下は20kPaまで・フラッシュガスは流れを乱す

吐出し管では、油を確実に運べるだけのガスの速さが必要です。そのうえで、管との摩擦による圧力降下は20kPaを超えないようにするのが望ましいとされます。圧力が下がるぶん、圧縮機がよけいに押し上げなければならないからです。

液管にフラッシュガスが出ると、液だけで流れるときより流れの抵抗が大きくなります。泡の混じった流れは乱れやすく、膨張弁を通る冷媒の量も変動して、安定した冷凍作用が得られなくなります。

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

細い銅管のつなぎ方──フレア管継手とろう付け

フルオロカーボン（フロン）の装置で使う細い銅管は、一般にフレア管継手かろう付けでつなぎます。
フレア管継手　…　管の先をラッパのように広げ（フレア加工）、ナットで締めつけてつなぐ方法。
ろう付け　…　管より低い温度で溶ける金属（ろう）を溶かし、すき間に流し込んでつなぐ方法。はんだ付けの仲間です。

アンモニアには銅が使えないので、これはフロンの装置の話です。

ろう付けのときは、管の中に窒素を流す

銅管をろう付けするときは、管の中に乾燥した窒素ガスを流しながら作業します。熱で管の内側に酸化皮膜（さびの膜）ができるのを防ぐためです。空気を流すと、空気中の酸素で酸化してしまうので意味がありません。はがれた皮膜は、ストレーナや膨張弁を詰まらせる原因になります。

試験ではこう出る

よくある質問

過去問で確かめる　3問

この回までの内容で解ける過去問を3つ選びました。問題文は、各年度の過去問ページで確認できます。冷凍三種は「正しい記述の組合せ」を選ぶ形なので、記述を1つずつ〇か×かで見ていきます。

令和7年度 保安管理技術 問10　冷媒配管

イ　×　SGPは−25℃まで。−30℃では低温脆性のおそれがあり、使えない。
ロ　〇　フロン装置の小口径の銅管は、フレア管継手かろう付けでつなぐ。
ハ　〇　高圧液管は、フラッシュガスを防ぐため、流速が小さくなる管径にする。
ニ　〇　横に走る吸込み管のUトラップには油や液がたまり、再始動のときに液圧縮の危険がある。
正しいのはロ・ハ・ニで、正解（5）です。　→ 令和7年度 保安管理技術の解説

令和6年度 保安管理技術 問10　冷媒配管

イ　〇　流れ抵抗を小さくするため、曲がりは少なく、曲がりの半径は大きくする。
ロ　×　高圧液管は流速を小さくする。速いと圧力が下がり、かえってフラッシュしやすい。
ハ　×　吸込み管の防熱は、吸込みガスの温度の上昇を防ぐため。熱が入ると比体積が大きくなり、冷凍能力が下がる。
ニ　〇　均圧管で凝縮器と受液器の圧力をそろえると、液が流れ落ちやすくなる。
正しいのはイ・ニで、正解（2）です。　→ 令和6年度 保安管理技術の解説

令和5年度 保安管理技術 問10　冷媒配管

イ　〇　二重立ち上がり管なら、負荷が小さいときも大きいときも、管内の蒸気の速さを適切に保てる。
ロ　×　フラッシュガスは、液管の圧力が飽和圧力より下がると出る。
ハ　〇　SGPは、毒性のある冷媒（アンモニアなど）の配管には使わない。
ニ　〇　曲がりは少なく、曲がりの半径は大きくする。
正しいのはイ・ハ・ニで、正解（5）です。　→ 令和5年度 保安管理技術の解説