【冷凍機械責任者】冷却の仕組み冷凍サイクルの原理

【わかりやすい】冷凍サイクルの原理を図解その他の資格
【わかりやすい】冷凍サイクルの原理を図解

「冷凍機械ってどうやって冷却しているの?」

「冷凍サイクルについて体系だった知識が欲しい」

こんな方に向けて記事を書きました。

どーも、つねです!

今回は、冷凍機械責任者の資格学習の中で

一番のキモとなる冷凍サイクルについて、まとめました。

冷凍サイクルに入る前に、基礎知識として、

顕熱と潜熱、飽和蒸気圧と温度について、説明します。

顕熱と潜熱について

冷凍サイクルの解説に入る前に、検閲と潜熱について解説します。

顕熱:物体の温度変化に費やされる熱

潜熱:物体の状態変化に費やされる熱

です。水を例に説明すると、

■水の顕熱(0℃→100℃)

4.19kJ/kg・℃×100℃×1kg=419kJ

■水の潜熱(100℃の液体→100℃の気体)

2258.5kJ/kg×1kg=2258.5kJ

ここでイメージしてほしいのは、潜熱が持つエネルギーの大きさです。

0℃→100℃に上げるエネルギーよりも、

液体→気体に状態変化させるエネルギーのほうが大きいのです。

冷凍サイクルではこの潜熱をうまく使って冷却しています。

飽和蒸気圧と温度

続いて、重要なのが圧力と沸点の関係です。

山の頂上に行くと、水が100℃以下で沸騰するという話を

聞いたことがありませんか?

これは山の頂上が気圧が低いため、沸点が低くなっているためです。

通常の気圧(大気圧1013hPa)では水は100℃で沸騰しますが、

気圧が低いところでは沸点が下がり、

気圧の高いところでは沸点は上がります。

イメージとしては、気圧が高いと、押さえつけられる力が働くため、

水分子が蒸気に状態変化しづらくなり、沸点が上がります。

冷凍サイクルでこのイメージは重要です。

冷凍サイクル

冷凍サイクルは4つの機械から構成されています。

・圧縮機(コンプレッサー)

・凝縮器(コンデンサー)

・膨張弁(エキスパンションバルブ)

・蒸発器(エバポレーター)

圧縮機(コンプレッサー)

冷媒ガスの圧力を上げ、

気体の沸点を上げます(液体になりやすくなる)

凝縮器(コンデンサー)

冷媒ガスを冷却し、気体→液体の状態変化を起こすのですが、

気体の圧力が高いため、沸点が高く、液体になりやすい状態、

つまり状態変化に必要なエネルギーが小さくなります。

膨張弁(エキスパンションバルブ)

熱負荷に応じて、冷却装置を効率よく安定運転させるため、

冷媒流量を調整しています。

蒸発器(エバポレーター)

液体になった冷媒を蒸発器で液体→気体に状態変化させる

潜熱で周囲を冷却します。

以上、【わかりやすい】冷凍サイクルの原理でした!

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