出典：建築物衛生管理技術者試験令和6年度(2024年)｜空気環境の調整第67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) 圧縮機では、冷媒の比エンタルピーが上昇する。
(2) 凝縮器では、周囲へ熱を放出し冷媒が液化する。
(3) 蒸発器では、周囲から熱を奪い冷媒がガス化する。
(4) 膨張弁では、冷媒はガス化し圧力が上昇する。
(5) 冷凍サイクルでは、圧縮機、凝縮器、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（圧縮機凝縮器蒸発器の役割）を解説
この問題は、蒸気圧縮冷凍サイクルを構成する各機器の役割を正しく理解しているかを問う問題です。冷凍サイクルは、圧縮機で冷媒を圧縮し、凝縮器で放熱して液化させ、膨張弁で減圧し、蒸発器で吸熱して蒸発させる流れが基本です。したがって、正しい選択肢は(1)(2)(3)(5)であり、最も不適当なのは(4)です。(4)は膨張弁の働きを逆に覚えてしまっている内容で、圧力が上昇するとしている点が誤りです。
(1) 圧縮機では、冷媒の比エンタルピーが上昇する。
適切です。圧縮機は、蒸発器から戻ってきた低圧の冷媒蒸気を吸い込み、高圧の冷媒蒸気に圧縮する装置です。このとき圧縮仕事が冷媒に加えられるため、冷媒の温度が上がり、比エンタルピーも一般に上昇します。比エンタルピーは、冷媒が持つ熱エネルギーの大きさを表す指標の一つです。圧縮機では外部から仕事を与えるため、冷媒のエネルギー状態が高くなると理解すると覚えやすいです。
(2) 凝縮器では、周囲へ熱を放出し冷媒が液化する。
適切です。凝縮器では、圧縮機から送られてきた高温高圧の冷媒蒸気が、空気や水へ熱を放出します。その結果、冷媒は気体から液体へ状態変化し、凝縮します。冷凍機は、室内や冷やしたい場所から奪った熱だけでなく、圧縮機で加えた仕事の分もあわせて凝縮器側で放出します。そのため凝縮器は、熱を捨てる側の機器であると押さえることが重要です。
(3) 蒸発器では、周囲から熱を奪い冷媒がガス化する。
適切です。蒸発器は、冷やしたい空間や流体から熱を奪う装置です。膨張弁を通って低温低圧になった冷媒は、蒸発器内で周囲から熱を吸収しながら液体から気体へと変化します。これが冷却作用の本体です。つまり、蒸発器は吸熱する場所、凝縮器は放熱する場所という対比で覚えると整理しやすくなります。
(4) 膨張弁では、冷媒はガス化し圧力が上昇する。
不適切です。膨張弁の主な役割は、凝縮器を出た高圧液冷媒を絞り作用によって減圧し、蒸発器へ送ることです。したがって、膨張弁で起こる本質は圧力の上昇ではなく、圧力の低下です。また、膨張弁通過後の冷媒は、低圧になったことで一部がフラッシュガス化することはありますが、膨張弁の役割を「ガス化させる装置」と捉えるのは適切ではありません。冷媒を本格的に蒸発させて周囲から熱を奪うのは蒸発器です。この選択肢は、膨張弁と蒸発器の役割を混同させる典型的な誤りです。
(5) 冷凍サイクルでは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。
適切です。蒸気圧縮冷凍サイクルの基本的な流れは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順です。蒸発器を出た冷媒蒸気が再び圧縮機に戻り、同じ循環を繰り返します。この並び順は冷凍機の最重要基本事項の一つであり、機器の役割とセットで覚えておく必要があります。順番だけ暗記するのではなく、圧縮で高温高圧にする、凝縮で熱を捨てる、膨張で減圧する、蒸発で熱を奪う、という流れで理解すると忘れにくくなります。
この問題で覚えるポイント
蒸気圧縮冷凍サイクルでは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の4つの機器の役割を正確に区別することが重要です。圧縮機は低圧の冷媒蒸気を高圧に圧縮し、外部から仕事を与えるため、冷媒の温度や比エンタルピーは上昇します。凝縮器は高温高圧の冷媒から熱を放出させ、冷媒を液化させる機器です。膨張弁は高圧液冷媒を絞って低圧にする機器であり、ここでの本質は減圧です。蒸発器は低圧低温の冷媒が周囲から熱を吸収して蒸発する機器で、冷却作用を担います。試験では、吸熱と放熱の位置、液化と蒸発の位置、圧力が上がる場所と下がる場所の対応関係を問う問題がよく出ます。原則として、圧力が上がるのは圧縮機、圧力が下がるのは膨張弁、熱を捨てるのは凝縮器、熱を奪うのは蒸発器です。この対応が頭に入っていれば、同テーマの正誤問題に対応しやすくなります。
ひっかけポイント
このテーマのひっかけは、機器ごとの役割を一部だけ正しく書き、肝心な部分だけ逆にしてくる点にあります。特に多いのは、膨張弁と蒸発器の混同です。膨張弁の後で一部ガス化が起こることはありますが、だからといって膨張弁の役割を「ガス化させる装置」と理解すると誤答しやすくなります。また、圧力の上昇と低下を逆に入れ替える問題も典型的です。日常感覚では「弁を通ると勢いが増す」と感じてしまうことがありますが、冷凍サイクルでは膨張弁は絞りによって減圧する装置です。さらに、機器の並び順だけを丸暗記していると、状態変化や熱の出入りを問われたときに対応できません。今後も同じ罠に引っかからないためには、各機器を「何をする場所か」で機能的に理解することが大切です。
