運転管理と保守｜圧力と温度から異常を読む【冷凍三種】

カリキュラムの保安管理技術・最後の回です。ここまで学んだことを「現場でどう使うか」という視点でまとめます。症状から原因を当てる問題は、たびたび出題されています。

日常点検で見るもの

運転を始める前に確かめること

運転を始める前には、次のようなことを確かめます。
・圧縮機のクランクケースの冷凍機油の油面と、油が汚れていないか
・凝縮器や油冷却器の冷却水の出入口弁が開いているか
・受液器の液面計や高圧圧力計で、冷媒が適正な量入っているか
・電磁弁が動くか、操作回路の絶縁、電動機の始動のようす など

ただし、毎日運転している装置では、電磁弁の作動や操作回路の絶縁、電動機の始動状態の確認など、一部を省略できる場合があります。前日まで正常に動いていたからです。

圧力から異常を読む

水冷凝縮器の「正常」の目安

シェルアンドチューブ凝縮器（太い筒の中に冷却水の管を何本も通した水冷の凝縮器、第9回）では、次のくらいが正常の目安です。
冷却水の出口と入口の温度差　…　おおむね4〜6K
凝縮温度　…　冷却水の出口温度より3〜5K高い
Kは温度の差を表す単位で、1K＝1℃の差と考えてかまいません。

たとえば、冷却水が5K温まり、凝縮温度が出口温度より4K高いなら、どちらも範囲内なので正常と判断できます。なお空冷式では、凝縮温度は外気の温度より12〜20Kほど高いのが目安です。

吸込み圧力・吐出し圧力が変わると、能力と動力はどうなるか

圧縮機を回すのに必要な動力を軸動力といいます。圧力の変化で、冷凍能力と軸動力がどう動くかを整理しておきましょう。

吸込み圧力が下がったとき（凝縮圧力は一定）
吸い込むガスが薄くなり（比体積が大きくなり）、同じ押しのけ量でも送れる冷媒の量が減ります。圧力比も大きくなるので、体積効率も下がります（第8回）。その結果、体積効率・冷凍能力・軸動力のどれもが下がります。1kgあたりの圧縮の仕事は増えますが、流れる冷媒の量の減り方のほうが大きいためです。

吐出し圧力が上がったとき（蒸発圧力は一定）
圧力比が大きくなり、体積効率と冷凍能力は下がり、軸動力は増えます。より高い圧力まで押し上げるぶん、力がよけいに要るからです。

「能力が下がる」ところは同じでも、軸動力の向きが逆になる点に注意してください。

負荷が変わると、温度と圧力はこう動く

冷蔵庫に温かい品物がたくさん入るなどして冷凍負荷が増えると、庫内の温度が上がり、冷媒の蒸発温度（蒸発圧力）も上がります。膨張弁を通る冷媒の量が増え、蒸発器を通る空気の入口と出口の温度差は大きくなります。捨てる熱も増えるので、凝縮圧力も上がります。

反対に負荷が減ると、空気の出入口の温度差は小さくなり、凝縮圧力は下がります。「負荷が変わっても空気の温度差は変わらない」は誤りです。

また、圧縮機が吸い込む蒸気の圧力は、蒸発器や吸込み管を流れるときの抵抗のぶん、蒸発器の中の蒸発圧力よりいくらか低くなります。

吐出しガス温度から読む

吐出しガス温度が高いと冷凍機油が劣化・炭化します。油が悪くなると潤滑できなくなり、最後は圧縮機が焼き付くおそれがあります。だから吐出しガス温度は、いちばん見るべき数字のひとつです。

アンモニアは、吐出しガス温度が高くなりやすい

蒸発温度と凝縮温度が同じ条件でくらべると、アンモニアの圧縮機の吐出しガス温度は、フルオロカーボン（フロン）の場合より高くなります。アンモニアの装置で液ガス熱交換器を使わない（第14回）のも、吐出しガス温度をこれ以上上げないためです。

冷媒が漏れているときのサイン

密閉圧縮機は、冷媒不足でモーターが焼けることがある

密閉形のフルオロカーボン往復圧縮機は、吸い込んだ冷媒ガスでモーター（電動機）を冷やしています。冷媒が足りないと、この冷却が不十分になり、モーターの巻線が焼ける（焼損）おそれがあります。冷媒の不足は、運転中に受液器の液面が下がることでも確かめられます。

効率よく運転するために

液戻り・油・水分のトラブル

液戻りが起きやすい場面

液戻りとは、蒸発しきれなかった冷媒液が、液のまま圧縮機に戻ってくることです（第8回）。多いと、液を圧縮しようとして圧縮機を傷める液圧縮になります。起きやすいのは、次のような場面です。
・冷凍負荷が急に増えたとき　…　蒸発器での沸騰が激しくなり、ガスと一緒に細かい液のつぶが吸い込まれます。
・吸込み管のUトラップに、液や油がたまっているとき　…　始動したときや、容量制御でアンロードからフルロードに切り替えたときに、一気に運ばれます（第15回）。

オイルフォーミングが起きると、油圧は下がる

オイルフォーミングは、油に溶け込んでいた冷媒が一気に蒸発して、油が泡立つことでした（第8回）。泡の混じった油は給油ポンプでうまく送り出せないので、油圧は下がります。上がるのではありません。その結果、潤滑不良になりやすくなります。

油は、熱くても、冷媒が溶けても「サラサラ」になる

冷凍機油の粘り（粘度）が下がると、部品のすき間の油の膜が切れて、金属どうしがこすれます。これを油膜切れといいます。粘度が下がる原因は、おもに2つです。
・圧縮機の過熱運転　…　油の温度が上がると、油はサラサラになります。天ぷら油が熱くなるとサラサラになるのと同じです。
・冷媒が油に溶け込む　…　冷媒で薄まって、粘度が下がります（第8回）。「冷媒が溶けると粘度が高くなる」は誤りです。

水分：フロンは少しでも困る、アンモニアは少しなら影響が小さい

フルオロカーボン（フロン）は、水をほとんど溶かしません（水分の溶解度がとても小さい）。溶けきれない水は、膨張弁の温度の低いところで凍り、冷媒の流れをふさぎます（第3回）。だからフロンの装置では、少しの水分でも問題になり、乾燥器で水を取り除きます。

アンモニアは反対に、水とよく溶け合います（アンモニア水ができるほどです）。入った水は冷媒に溶け込むので、少しの量なら、氷結などの大きな障害にはなりにくいのです。ただし、たくさん入ると蒸発圧力が下がるなど、悪い影響が出てきます。

フロンの装置では、油の水分と不凝縮ガスにも気を配る

フロンの装置では、冷媒を入れるときだけでなく、冷凍機油を入れるときも水分が入らないように注意します。油は空気中の水分を吸いやすく、その水分が装置の中に持ち込まれるからです。

装置の中に不凝縮ガスが混ざったときも、フロンを大気に逃がしてはいけません（第26回）。不凝縮ガスを含んだ冷媒をいったん全部回収して、不凝縮ガスを取り除く、といった方法をとります。

保守で交換・点検するもの

長期に運転を止めるとき

長く止めるとき：安全弁の元弁は閉じない

長く休止するときは、低圧側の冷媒を受液器に回収し、各部の止め弁を閉じます。グランド部（弁の軸のすき間をふさぐ部分）のある弁は、そこを締めて漏れを防ぎます。ただし、安全弁の元弁だけは閉じません。休止中に周りの温度が上がって圧力が上がったとき、安全弁が働けなくなるからです（第17回）。

もうひとつ、低圧側と圧縮機の中には大気圧より高い圧力のガスを残しておきます。大気圧より低くしておくと、すき間から空気や水分が吸い込まれてしまうからです。

液封が起きやすいのは、冷たい液の配管

上の液封は、運転中に周りの温度より低い液が流れている配管で起きやすくなります。閉じ込められたあと周りの熱で温まり、膨らむ量が大きいからです（第17回）。

止めるときの手順と、長く休む前の漏れ点検

運転を止めるときは、まず受液器の液出口弁を閉じ、しばらく圧縮機を運転して低圧側の冷媒を受液器に回収してから（ポンプダウン）、圧縮機を止めます。液管に液を残さないので、液封も防げます。「吸込み側の止め弁を閉じてから運転を続ける」のではありません。

長く休止させる前には、冷媒系統全体の漏れを点検し、見つかった漏れ箇所は完全に直しておきます。

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14　冷凍装置の運転

イ　〇　運転を始めたら、液配管のサイトグラスに気泡が出ていないことを確かめる。
ロ　〇　凝縮圧力が一定で吸込み圧力が下がると、体積効率・冷凍能力・軸動力はどれも下がる。
ハ　〇　冷却水の出入口の温度差5K、凝縮温度が出口より4K高いのは、目安の範囲内で正常。
ニ　×　長く休止するときも、安全弁の元弁は閉じない。
正しいのはイ・ロ・ハで、正解（4）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15　保守管理

イ　×　オイルフォーミングが起きると、油圧は下がる。
ロ　〇　液封は、周りより温度の低い液の配管で起きやすい。
ハ　×　フロンは水分の溶解度がとても小さい。だから少しの水分でも、膨張弁で凍るなどの障害になる。
ニ　〇　負荷が急に増えると沸騰が激しくなり、液のつぶを吸い込んで液戻り・液圧縮を起こすことがある。
正しいのはロ・ニで、正解（4）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15　保守管理

イ　×　アンモニアは水とよく溶け合うので、少しの水分なら重大な支障にはなりにくい。
ロ　〇　過熱運転で油の温度が上がると粘度が下がり、油膜切れのおそれがある。
ハ　×　冷媒が溶け込むと、油の粘度は下がる。
ニ　〇　Uトラップにたまった液や油は、始動時やアンロードからフルロードへの切替え時に液戻りを起こす。
正しいのはロ・ニで、正解（5）です。　→ 令和5年度 保安管理技術の解説