出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜空気環境の調整第66問
問題
蒸気圧縮冷凍サイクルに関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 凝縮器により冷媒が液化する。
(2) 圧縮機により冷媒の比エンタルピーが増加する。
(3) 膨張弁により冷媒の圧力が低下する。
(4) 蒸発器により冷媒がガス化する。
(5) 冷凍サイクルでは凝縮器、圧縮機、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。
ビル管過去問｜蒸気圧縮冷凍サイクル 冷凍機の基本原理を解説
この問題は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する主要機器の役割と、冷媒がどの順番で循環するかを正しく理解しているかを問う問題です。蒸気圧縮冷凍サイクルでは、圧縮機で冷媒を圧縮し、凝縮器で熱を放出して液化し、膨張弁で減圧し、蒸発器で熱を吸収して蒸発させる流れが基本です。したがって、不適当なのは、機器の並び順を誤っている(5)です。各機器の働きを一つずつ整理すると、同じテーマの問題にも対応しやすくなります。
(1) 凝縮器により冷媒が液化する。
適切です。凝縮器は、圧縮機から送られてきた高温高圧の冷媒ガスが、周囲へ熱を放出することで液体になる装置です。冷媒はここで凝縮し、気体から液体へ状態変化します。冷凍サイクルでは、冷媒が蒸発器で熱を奪い、凝縮器でその熱を外へ捨てることで冷却作用が成り立っています。そのため、凝縮器の役割を「冷媒を液化させる装置」と理解しておくことは基本です。
(2) 圧縮機により冷媒の比エンタルピーが増加する。
適切です。圧縮機は、蒸発器から戻ってきた低温低圧の冷媒ガスを圧縮して、高温高圧の状態にします。このとき、圧縮機は冷媒に仕事を与えるため、冷媒の持つエネルギー量である比エンタルピーは増加します。試験では、圧力や温度の上昇だけでなく、エネルギーの増加まで含めて理解しているかが問われることがあります。圧縮機は冷媒を次の凝縮器で放熱しやすい状態にする重要な機器です。
(3) 膨張弁により冷媒の圧力が低下する。
適切です。膨張弁は、凝縮器で液化した高圧の冷媒を絞ることで、低圧の状態へ変化させる装置です。圧力が低下することで、冷媒は蒸発器内で蒸発しやすくなります。膨張弁では圧力が下がることが最も重要なポイントであり、その結果として低温側の蒸発器で熱を吸収できる状態になります。膨張弁は仕事をする機械ではなく、流れを絞ることで状態を変える機器として覚えると整理しやすいです。
(4) 蒸発器により冷媒がガス化する。
適切です。蒸発器は、低圧の液冷媒が周囲から熱を吸収して蒸発し、液体から気体へ変化する装置です。冷凍機が「冷やす」働きをしているのは、この蒸発器で冷媒が熱を奪うからです。冷媒は蒸発する際に大きな熱を吸収できるため、空気や水などを効率よく冷却できます。蒸発器では冷媒がガス化する、という理解は蒸気圧縮冷凍サイクルの基本そのものです。
(5) 冷凍サイクルでは凝縮器、圧縮機、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。
不適切です。蒸気圧縮冷凍サイクルにおける正しい循環順序は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器です。蒸発器を出た低圧ガス冷媒がまず圧縮機に入り、高温高圧ガスとなってから凝縮器へ送られます。その後、液化した冷媒が膨張弁で減圧され、蒸発器で蒸発して再び圧縮機へ戻ります。したがって、この選択肢は凝縮器と圧縮機の順番が逆になっている点が誤りです。機器の働きだけでなく、流れの順番もセットで覚えることが重要です。
この問題で覚えるポイント
蒸気圧縮冷凍サイクルの基本構成は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器です。この順序は頻出であり、そのまま問われることもあります。圧縮機は低温低圧の冷媒ガスを高温高圧ガスにし、冷媒に仕事を与えるため比エンタルピーが増加します。凝縮器は高温高圧ガスが熱を放出して液化する部分です。膨張弁は高圧液冷媒を絞って低圧化する部分であり、蒸発器は低圧の冷媒が熱を吸収して蒸発する部分です。蒸発器は吸熱、凝縮器は放熱という対比で覚えると整理しやすいです。また、圧縮機は動力を与える機器であるのに対し、膨張弁は流れを絞るだけで仕事を与える機器ではない、という違いも重要です。機器の名称だけを暗記するのではなく、どこで圧力が上がり、どこで下がり、どこで液化し、どこで蒸発するかまで結び付けて理解することが正答への近道です。
ひっかけポイント
この問題では、各機器の役割そのものは理解していても、循環順序をあいまいに覚えていると誤答しやすくなります。特に、凝縮器と圧縮機はどちらも高温高圧側に関わるため、順番を逆にしても一見もっともらしく見えてしまいます。問題作成者は、この「機器の役割はわかるが流れはあいまい」という受験者の弱点を狙っています。また、蒸発器と凝縮器はどちらも状態変化が起こるため、液化とガス化を取り違えるミスも起こりやすいです。さらに、膨張弁については温度低下の印象が強く、圧力低下という本質を見落としやすい点も典型的な罠です。冷凍サイクルの問題では、機器ごとの単独知識ではなく、冷媒が一周する流れを頭の中でたどれるかどうかが重要です。
