工場の大型冷凍機(冷凍設備)の保守・メンテナンス

ひとくちに「冷凍機」と言っても、方式・冷媒・用途によって構造はまったく異なります。まずは代表的なタイプを整理しておきましょう。

ターボ冷凍機

ターボ冷凍機は、インペラと呼ばれる羽根車を高速回転させ気体を圧縮する、遠心式の圧縮機を用いる大容量機です。

主な用途

• 空調用
• 地域冷暖房
• 大規模工場の冷水供給

近年はR-134a、R-1234zeなどGWP（地球温暖化係数）が低い冷媒への移行が進んでいるとされています。

冷媒とは、冷凍機の中をぐるぐると循環しながら「熱を拾う→運ぶ→捨てる」を繰り返すことで冷却を実現する物質です。圧力を変えるだけで液体と気体を行き来しやすい性質を持っており、液体から気体に変わるときに周囲の熱を吸収し、気体から液体に戻るときに熱を放出するという性質が利用されています。

どの冷媒を使うかによって、冷凍機の性能・安全性・環境への影響が大きく変わります。

冷媒には「R-（番号）」という形で国際的に決まった型番がついており、R-134aはオゾン層を破壊しない冷媒として1990年代以降に普及しましたが、現在は温暖化効果が高いとされ規制強化の対象になりつつあります。

これに対してR-1234zeはGWPが極めて低く、大気中に放出されても短時間で分解される次世代冷媒です。近年、主要な冷凍機メーカーでも、R-1234zeを含む複数の低GWP冷媒への移行が進んでいます。

スクリュー冷凍機

雄雌2本のスクリューロータの噛み合いで気体を圧縮する、スクリュー圧縮機を用いるタイプです。

主な用途

• 生産プロセス冷却
• 冷蔵冷凍倉庫
• ブラインチラー

中〜大容量で、連続運転に向いているとされており、工場での採用が多いタイプです。

連続運転に向いている理由は、その動き方にあります。次に紹介するレシプロ式はピストンが「押す→戻る→押す→戻る」という往復運動で圧縮するため、動作のたびに力の方向が切り替わり、部品への衝撃と振動が繰り返し発生します。

一方スクリュー式は、2本のロータが同じ方向に回り続けるだけで連続的に圧縮が行われるため、往復運動による衝撃がなく、振動も少ない傾向にあります。回転が止まらない分、部品への負担が小さく、24時間365日稼働するような工場の冷凍設備に適しているといえます。

往復動（レシプロ）冷凍機

ピストンの「押す→戻る→押す→戻る」という往復運動で気体を圧縮するタイプです。構造が比較的シンプルで歴史が長く、小〜中型の冷凍機で広く使われており、信頼性が高いとされています。

またコストを抑えやすく、高い圧力までガスを圧縮できる点が特徴で、CO₂冷媒を使った高圧で駆動する冷凍システムでも採用されています。

一方で、ピストンの往復運動に起因する振動や騒音が起きやすいという特性もあります。

吸収式冷凍機

吸収式冷凍機は圧縮機を使わず、ガスや蒸気などの熱を動力源として冷水を作るタイプです。電力ピーク対策、コージェネレーション排熱利用などで採用されます。

臭化リチウム水溶液が水（冷媒）を吸収する性質と、水が蒸発するときに熱を奪う性質を組み合わせることで、電力の消費を最小限に抑えて冷却できます。

フロン類を使わない機器のため、フロン排出抑制法の対象外となります。

大型チラー（パッケージ型冷凍機）

射出成形機、レーザー加工機、半導体製造装置などの工程冷却に使われる据置型チラーです。空冷式と水冷式があり、この2つの違いは冷凍サイクルで発生した熱を「どうやって外部に捨てるか」という放熱方式です。

空冷式

チラー内蔵のファンで外気を取り込み、空気に熱を逃がす方式です。設置が比較的簡単・省スペースというメリットがありますが、外気温の影響を受けやすく、室内設置の場合は排熱によって室温が上がる可能性があります。

水冷式

クーリングタワーを介した冷却水で熱を逃がす方式です。空冷式より冷却効率が高く、さらに騒音や室内への排熱もないとされています。一方で冷却水の配管工事が必要になるため、設置スペースが広くなりやすいという特徴があります。

冷凍冷蔵倉庫の冷凍設備

アンモニア冷媒（NH₃）、CO₂冷媒など自然冷媒を使う大型冷凍設備も多く使われています。これらはフロン排出抑制法の対象外ですが、高圧ガス保安法の対象となり、保安管理体制も厳格に定められています。

家庭用エアコンや小型業務用機器とは違い、大型冷凍機の保守には独自の論点があります。

1. フロン排出抑制法による法定点検義務

まずフロンとは、フッ素と炭素などを含む化合物の総称です。化学的に非常に安定しており、燃えにくく、人体に対する毒性が小さいといった特性を持つため、エアコンや冷凍冷蔵機器の冷媒として長年広く使われてきました。

しかし、オゾン層を破壊すること、CO₂の数百倍から1万倍以上の温室効果があることが明らかになり、現在は排出を抑制する方向での対応が進められています。

フロン排出抑制法では、次の3種類を「フロン類」と呼んでいます。

• CFC（クロロフルオロカーボン）
• HCFC（ハイドロクロロフルオロカーボン）
• HFC（ハイドロフルオロカーボン）

業務用冷凍空調機器の管理者・所有者には、フロン排出抑制法によって以下の義務が課されています。

簡易点検

すべての第一種特定製品が対象です。3か月に1回以上、管理者自らが外観・異音・異臭などを確認します。実施者の資格は特に定められていませんが、点検記録の作成・保存が義務付けられています。

定期点検

圧縮機の電動機定格出力が7.5kW以上の機器が対象です。「十分な知見を有する者」が自ら行うか立ち会うことが必要で、冷媒フロン類取扱技術者（第一種・第二種）が代表的な例として挙げられています。

点検頻度は機器の種類と圧縮機の定格出力によって次のように定められています。

• 冷蔵機器・冷凍機器（7.5kW以上）：1年に1回以上
• エアコンディショナー（50kW以上）：1年に1回以上
• エアコンディショナー（7.5kW以上50kW未満）：3年に1回以上

工場で使われる大型冷凍機はほぼすべてこの定期点検の対象に該当するといえます。

その他の法令上の義務

• 点検・整備記録の作成・保存
• 算定漏えい量が年間CO₂換算1,000トンを超えた場合の国への報告
• 機器廃棄時の適正な冷媒回収

義務違反には罰則があり、廃棄時にフロン類を充填回収業者へ引き渡さずに機器を廃棄した場合は50万円以下の罰金、回収依頼書や委託確認書を交付しない・虚偽記載して交付した場合は30万円以下の罰金が科される規定があります。

2. 冷媒価格の高騰と環境規制

R-22のような旧冷媒は生産が終了しており、入手困難・高価格化が進んでいます。代替冷媒への移行や、低GWP冷媒対応機への更新を計画的に検討する必要があります。

なお、CO₂やアンモニアなどのフロン類以外の冷媒を使用している機器は、フロン排出抑制法の対象外となります。

3. 圧縮機オーバーホールの計画性

スクリュー、ターボ、レシプロいずれも、圧縮機は一定の運転時間ごとにオーバーホールが推奨されます。

これは数日〜数週間のダウンタイムを伴うため、生産計画と擦り合わせた長期保全計画が不可欠です。

4. 高圧ガス保安法対象機器

冷凍設備は、1日の冷凍能力に応じて高圧ガス保安法の適用区分が決まります。

第一種製造者

• 都道府県知事への許可申請が必要
• 1日の冷凍能力が20トン以上（フルオロカーボン・アンモニアの場合は50トン以上）
• 保安検査（3年に1回以上）の受検義務がある

第二種製造者

• 都道府県知事への届出が必要
• 1日の冷凍能力が3トン以上20トン未満（フルオロカーボン・アンモニアの場合は5トン以上50トン未満）
• 保安検査の受検義務はないが、定期自主検査が必要

これらすべてに対応するには、単なる「修理屋」ではなく、法令と機械の両面に通じた専門業者が必要となります。

冷凍機のトラブルは、突然停止する前に何らかの兆候を示すことが多いといわれています。

冷却能力が落ちた・冷水温度が下がりにくい

冷却機能や温度に問題が生じている場合は、次のような原因が疑われます。

• 冷媒漏えい
• 凝縮器の汚れ
• 蒸発器の目詰まり
• 膨張弁不良

消費電力が増えた

消費電力が増加している場合、次のような背景が考えられます。

• 凝縮圧力の上昇
• 能力低下を補うための過負荷運転
• 冷凍サイクル全体の効率低下

異音・振動が大きくなった

異音や振動の変化は、次のようなサインとして疑われます。

• 圧縮機ベアリングの摩耗
• ギアの摩耗
• ファンモーターの不具合

放置すると圧縮機焼損につながる恐れがあります。

油面異常・油温異常

冷凍機オイルは圧縮機の潤滑・冷却に欠かせません。油面低下、油温の異常、油圧異常はすべて要注意のサインです。

冷媒漏えい

継手部、シール部、配管腐食部からの漏えいです。フロン排出抑制法上の問題だけでなく、能力低下と圧縮機損傷の原因となります。

保護装置が頻繁に作動する

高圧カット、低圧カット、油圧保護、サーマルなどのトリップが頻発する場合は、機械内部の問題が進行している可能性が高いといえます。

運転データのドリフト

吸入圧力、吐出圧力、過熱度、過冷却度などの運転値が日常値からズレている場合は、冷媒漏えいや能力低下の予兆である可能性があります。

定期点検（フロン排出抑制法対応）

法定の定期点検では、直接法と間接法を組み合わせて漏えいの有無を確認します。

• 直接法：漏えい検知器による測定、発泡液による検査、蛍光剤法など
• 間接法：蒸発圧力など運転データの確認による検査

点検結果は記録簿に残し、必要に応じて修理計画を策定します。

点検と同時に確認したい項目

• 冷媒充填量
• 油の状態
• 運転データの傾向
• 各種保護装置の動作確認

日常・定期メンテナンス

日常的なメンテナンスとして主に挙げられるのは以下の内容です。

• 冷凍機オイルの分析・交換
• オイルフィルター・冷媒ドライヤーの交換
• 凝縮器・蒸発器（熱交換器）の洗浄
• 冷却塔系統の点検（水冷式の場合）
• 各種センサー・保護装置の校正・動作確認
• 電装品・制御盤の点検
• 計装類の校正
• Vベルト・カップリング・軸受の点検

圧縮機オーバーホール

一定の運転時間が経過した段階で、圧縮機を分解整備します。整備の内容は機種によって異なります。

機種別の主な整備内容

• スクリュー圧縮機：ローター、軸受、シール、バランスピストン、容量制御弁の点検整備
• ターボ圧縮機：インペラ、軸受（ジャーナル・スラスト）、シール、ガイドベーン機構の整備
• レシプロ圧縮機：ピストン、シリンダ、バルブ、軸受、シャフトシールの整備

メーカー指定の整備手順、専用治具、純正部品の使用が求められる作業であり、メーカーや認定整備工場との連携が必要となるケースもあります。

冷媒回収・充填・リプレース

• 冷媒漏えい修理に伴う回収・再充填
• 旧冷媒（R-22等）から代替冷媒へのリプレース
• 冷媒種類変更にともなう部品交換・油種変更・運転条件再調整

冷媒の充填回収には、第一種フロン類充填回収業者の登録が必要です。

突発修理・緊急対応

冷媒漏えい、圧縮機トラブル、制御系故障、電装品故障など、止められない設備の突発対応も保守業務の重要な一部です。東海3県エリア内で可能な限り迅速に駆けつける体制を整えています。

他の設備と同様、産業用の大型冷凍機には統一された「標準使用年数」の制度が必ずしも当てはまるわけではなく、使用状況・メンテナンスの状況・冷媒種類・設置環境によって実際の使用可能期間には差があります。

判断の考え方としては、以下のような観点があります。

• 設置から長期間経過している
• 修理より更新のほうがコストパフォーマンスが良い
• 現在の機種に課題がある・最新機種への変更を検討している

設置から長期間経過している

設置から長期間経過している場合は、修理しても他の部位が続けて不具合を引き起こす可能性があります。また機器の製造から時間が経つと部品の供給終了も進んでいくため、次回故障時のリスクも大きくなります。

複数の部位で同時に不具合が出始めているのであれば、修理ではなく更新を検討してみましょう。

修理より更新のほうがコストパフォーマンスが良い

修理にかかる費用と新品価格を比べ、中長期的な総コストを比較したうえで更新を検討することをおすすめします。

具体的な割合の判断は、残存使用年数・修理費の累積状況・電気代削減効果も含めた総合的な試算が必要です。

現在の機種に課題がある・最新機種への変更を検討している

次のようなケースは、更新のタイミングといえるでしょう。

• 脱炭素化やGWP規制対応の観点で、自然冷媒機や低GWP冷媒機への更新を視野に入れている
• 最新機種への更新で消費電力の削減につなげたい
• 生産設備の変更により、現状の冷凍能力・温度帯と運用条件が合わなくなっている
• 旧冷媒を使用しており、冷媒の入手や充填コストが継続的な課題になっている

得られる効果は機種・運転条件により差があるため、現状のエネルギー消費量をもとに事前試算することをおすすめします。