【第三種冷凍機械責任者・保安管理】蒸発器の種類と特徴（満液式・乾式・着霜と除霜）

結論：蒸発器は熱を受け取り、冷媒を蒸発させる

蒸発器（エバポレータ）は、冷やしたい空気・水・ブライン・製品から熱を受け取り、低圧の冷媒液を蒸発させる熱交換器です。「冷気を作る」のではなく、対象から熱を冷媒へ移す装置と考えると仕組みがつながります。

乾式（直膨式）は出口に適切な過熱度を持たせて圧縮機への液戻りを防ぎます。満液式・液ポンプ循環式は伝熱面を液でよく濡らして使い、気液分離器や液面制御で圧縮機を守ります。分類名だけで「冷媒が必ず管内・管外」と決めず、個々の構造と冷媒供給方式を分けて確認しましょう。

蒸発器では二相流から過熱蒸気へ変わる

冷媒は膨張弁を出ただけで全部が液になるのではありません。一部がフラッシュガスになった気液二相状態で蒸発器へ入り、残った液が対象から熱を受けて蒸発します。直膨式の出口では、飽和蒸気温度より実測温度が高い過熱蒸気にします。

過熱度は「出口温度－その位置の圧力に対応する飽和蒸気温度」です。高過熱度は冷媒不足・流量制限などで蒸発器が乾き過ぎている可能性、低過熱度は過供給や負荷低下による液戻りリスクを示します。ただし、冷媒種と圧力、測定位置をそろえて判断します。

乾式・満液式・液ポンプ循環式を比較

代表的な満液式シェルアンドチューブ蒸発器では、冷媒が胴側、冷水・ブラインが管内を流れます。一方、空気冷却コイルへ液を過剰供給する液ポンプ循環式では、冷媒が管内を流れる構成もあります。「満液式」という言葉は冷媒供給・濡れ状態を示すのであり、管の内外を一律に定義する言葉ではありません。

満液式で油がたまる位置や戻し方も、冷媒と油の相溶性、密度、温度、分離器構成で変わります。「底から抜けばよい」と決めつけず、設計された油回収系に従います。

乾式蒸発器は過熱度と有効面積の両方を守る

直膨式では温度自動膨張弁（TXV）や電子膨張弁（EEV）が冷媒供給量を調節します。供給が少な過ぎると蒸発が早く終わり、後半が蒸気の過熱だけに使われて蒸発面積を生かせません。多過ぎると未蒸発液が出口へ到達し、圧縮機の液圧縮・油希釈につながります。

過熱度だけで冷媒充填量を断定しません。風量・水量、負荷、フィルタドライヤや電磁弁の詰まり、膨張弁の選定・感温筒取付け、凝縮側の液状態も一緒に確認します。

冷凍能力は冷媒の比エンタルピー差で求める

蒸発器の冷凍能力 Φ₀ は、冷媒質量流量 q_mr と蒸発器出入口の比エンタルピー差から求められます。

空気やブライン側からも、流量と出入口状態が分かれば能力を確認できます。ただし空気冷却では、温度低下の顕熱だけでなく、水分が結露・凍結するときの潜熱もあるため、乾球温度差だけの計算では不足する場合があります。

ユニットクーラは空気を冷却・除湿する

冷蔵・冷凍庫のユニットクーラは、冷媒管とフィン、送風機、ドレンパンなどで構成されます。空気が露点以下まで冷えると水分が凝縮し、表面が0℃以下なら霜や氷になります。着霜量は表面温度だけでなく、庫内湿度、扉開放、外気侵入、製品からの水分、風量に左右されます。

霜は熱抵抗を増やし、フィン間の通風路を狭めます。低温・高湿度用途ではフィン間隔を広くする設計が使われますが、必要間隔は温度だけで一律に決まりません。着霜負荷、除霜周期、風量、製品条件で選びます。

除霜4方式は使える熱源と温度帯で選ぶ

方式の採用比率は設備用途で異なるため、「ホットガスが常に最も多い」とは断定できません。小型ショーケースでは電気式、0℃超の用途ではオフサイクル、大型産業設備ではホットガスや散水式など、条件に応じて使い分けます。

安全な除霜は開始から再冷却までを一つの手順にする

KHKの公表問題でも、満液式蒸発器の散水除霜では、散水前に冷媒液供給を止め、コイル内の液を回収または補助受液器へ移す考え方が確認できます。大量の低温液を残したまま急加熱すると、圧力上昇や液移動を制御しにくくなるためです。

ホットガス式では、加熱中に生じた凝縮液を安全に排出し、圧力差を急変させません。終了後は溶けた水を排出するドリップ時間を取り、必要に応じてコイルを再冷却してから送風機を起動します。温水・電気式でも、ファン停止、ドレンヒータ、終了温度、最大除霜時間は機器の設計シーケンスに従います。

除霜は回数固定ではなく着霜負荷で最適化する

除霜不足は霜を残し、過剰な除霜は庫温上昇、製品乾燥、電力増加を招きます。必要頻度は、扉の開閉、外気湿度、製品の水分、庫内温度、蒸発器の大きさで変わります。「1日2～4回」と固定せず、設備仕様と実測に合わせます。

理解度チェック

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まとめ

蒸発器では、膨張後の気液二相冷媒が対象から熱を受けて蒸発します。直膨式は過熱度、満液・液ポンプ循環式は液面と気液分離を中心に、伝熱面を使い切りながら圧縮機へ液を送らない設計です。

着霜は伝熱と通風を同時に悪化させます。除霜は加熱だけで終わらず、給液停止、終了判定、排水、再冷却、ファン遅延までを一つの安全シーケンスとして理解しましょう。

最終更新日：2026年7月28日