【第三種冷凍機械責任者・保安管理】p-h線図の読み方と冷凍能力・成績係数（COP）の計算

結論：p-h線図は「横方向の差」を読むグラフ

p-h線図は、縦軸に圧力、横軸に比エンタルピーを取ったグラフです。冷凍サイクルでは、横軸の比エンタルピー差を読むことで、冷凍効果、圧縮機の仕事、凝縮器で捨てる熱量を計算できます。

第三種冷凍機械責任者の保安管理技術では、細かい作図よりも「どの工程が水平線・垂直線・右上がりになるか」「どの比エンタルピー差を使うか」が重要です。まずは次の3つだけ押さえましょう。

p-h線図の基本：3つの領域を先に覚える

p-h線図には、釣り鐘のような飽和曲線があります。この曲線の左・内側・右で、冷媒の状態が変わります。

図解：冷凍サイクルはA→B→C→D→Aで読む

冷凍サイクルの4工程をp-h線図に置くと、次のような形になります。実際の線図は冷媒ごとに細かく異なりますが、試験対策では「向き」と「比エンタルピー差」を優先して覚えます。

計算で使う4つの比エンタルピー

計算問題では、p-h線図から4点の比エンタルピーを読み取ります。記号は教材によって1〜4、A〜Dなど差がありますが、考え方は同じです。

膨張弁では等エンタルピー変化なので、h_C = h_D と見て計算します。問題文でD点の値が直接与えられていなくても、C点の値を使えることがあります。

公式まとめ：冷凍能力・凝縮負荷・COP

p-h線図の計算は、基本的に「冷媒循環量 × 比エンタルピー差」です。単位は、kg/s × kJ/kg = kJ/s = kW になります。

計算例：比エンタルピーからCOPまで求める

次の条件で、冷凍能力、圧縮機仕事、凝縮負荷、COPを計算してみます。

1. 冷凍効果 = h_A - h_D = 400 - 250 = 150 kJ/kg
2. 冷凍能力 Φ₀ = 0.06 × 150 = 9.0 kW
3. 圧縮機仕事 P = 0.06 × (440 - 400) = 2.4 kW
4. 凝縮負荷 Φ_k = 0.06 × (440 - 250) = 11.4 kW
5. COP = 9.0 ÷ 2.4 = 3.75

COPが変わる条件：蒸発温度と凝縮温度

COPは、冷凍能力が大きく、圧縮機仕事が小さいほど良くなります。試験では、蒸発温度・凝縮温度・過冷却・過熱がCOPにどう効くかを問われます。

試験で狙われやすいひっかけ

• 膨張弁で温度が下がるから、比エンタルピーも下がる：誤り。絞り膨張では比エンタルピーはほぼ一定です。
• 冷凍能力は凝縮器の入口と出口の差で求める：誤り。冷凍能力は蒸発器で奪う熱なので、蒸発器出口と入口の差を使います。
• COPは圧縮機仕事 ÷ 冷凍能力：誤り。冷凍サイクルのCOPは冷凍能力 ÷ 圧縮機仕事です。
• 凝縮温度を上げれば冷凍機は効率よくなる：誤り。一般に圧縮機仕事が増え、COPは低下しやすくなります。

理解度チェック

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まとめ

p-h線図は、冷媒の状態変化を圧力と比エンタルピーで整理するための図です。難しく見えますが、試験対策では「圧縮は右上がり」「凝縮と蒸発は水平」「膨張は垂直」「計算は横方向の比エンタルピー差」と覚えれば、冷凍能力やCOPの問題に対応できます。

計算問題では、まず4点の比エンタルピーを読み、冷凍効果、圧縮機仕事、凝縮負荷を順番に求めましょう。最後に、凝縮負荷 = 冷凍能力 + 圧縮機仕事で検算すると、計算ミスを見つけやすくなります。

最終更新日：2026年6月30日