2026年版・2-3

原理:p-h線図と冷凍サイクルの一問一答

第三種冷凍機械責任者試験「冷凍の原理と冷凍サイクル」から、原理:p-h線図と冷凍サイクルに関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。本試験は正誤の組合せを選ぶ択一式が中心ですが、ここでは4択で出題しています。

問12-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
図の冷凍サイクルで、A→Bの過程が表しているものとして正しいものはどれか。

  • ①凝縮器での凝縮
  • ②圧縮機での断熱圧縮
  • ③膨張弁での絞り膨張
  • ④蒸発器での蒸発
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正解 ②圧縮機での断熱圧縮
解説
p-h線図の縦軸は絶対圧力、横軸は比エンタルピーです。Aは蒸発器出口(圧縮機の吸込み)の過熱蒸気、Bは圧縮機の吐出しガスの状態で、A→Bは圧縮機で冷媒蒸気を断熱圧縮する過程です。圧力が上がり、圧縮仕事の分だけ比エンタルピーが増えるので、右上に向かう線になります。

他の選択肢が不適切な理由
・凝縮器での凝縮:B→Cの過程で、圧力一定のまま比エンタルピーが減る水平な線です。
・膨張弁での絞り膨張:C→Dの過程で、比エンタルピー一定のまま圧力が下がる垂直な線です。
・蒸発器での蒸発:D→Aの過程で、圧力一定のまま比エンタルピーが増える水平な線です。

覚え方のポイント
p-h線図のサイクルは「右上へ=圧縮、左へ=凝縮、真下へ=膨張、右へ=蒸発」。形で覚えましょう。
問22-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、図の冷凍サイクルについて正しいものはどれか。
イ.A→Bは、圧縮機で冷媒蒸気を断熱圧縮する過程である。
ロ.C→Dは、膨張弁での絞り膨張の過程で、この間に比エンタルピーは大きく減少する。
ハ.D→Aは、蒸発器で冷媒が熱を吸収して蒸発する過程で、圧力は一定である。
ニ.B→Cは、凝縮器で冷媒が熱を放出して凝縮する過程である。

  • ①ロ、ニ
  • ②ハ、ニ
  • ③イ、ハ、ニ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ③イ、ハ、ニ
解説
p-h線図の冷凍サイクルは、圧縮(A→B)・凝縮(B→C)・膨張(C→D)・蒸発(D→A)の4つの過程でできています。

各記述の正誤
・イ(正しい):吸込み蒸気(A)を圧縮して吐出しガス(B)にする過程です。
・ロ(誤り):絞り膨張では比エンタルピーは変わらず、垂直な線になります。
・ハ(正しい):蒸発器の中では圧力(蒸発圧力)が一定で、比エンタルピーが増えます。
・ニ(正しい):凝縮器の中では圧力(凝縮圧力)が一定で、比エンタルピーが減ります。

覚え方のポイント
「右上へ=圧縮、左へ=凝縮、真下へ=膨張、右へ=蒸発」。膨張だけは比エンタルピーが変わりません。
問32-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
図の冷凍サイクルで、冷媒1kgあたりの冷凍効果を表すものとして正しいものはどれか。ただし、各点の比エンタルピーをhA、hB、hC、hDとする。

  • ①hA-hD
  • ②hB-hA
  • ③hB-hC
  • ④hB-hD
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正解 ①hA-hD
解説
冷凍効果は、冷媒1kgが蒸発器で奪う熱量です。蒸発器の入口はD、出口はAなので、冷凍効果=hA-hDです。hC=hDなので、hA-hCと書くこともできます。

他の選択肢が不適切な理由
・hB-hA:冷媒1kgあたりの理論断熱圧縮仕事です。
・hB-hC:冷媒1kgあたりの凝縮負荷(放熱量)です。
・hB-hD:hC=hDなので凝縮負荷と同じ値で、冷凍効果ではありません。

覚え方のポイント
「冷凍効果=hA-hD、圧縮仕事=hB-hA、凝縮負荷=hB-hC」。凝縮負荷=冷凍効果+圧縮仕事(hB-hC=(hA-hD)+(hB-hA))になることも確かめておきましょう。
問42-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
図の冷凍サイクルで、D→Aの過程に関する記述として正しいものはどれか。

  • ①凝縮器で冷媒が熱を放出し、圧力一定のまま凝縮する
  • ②圧縮機で冷媒が圧縮され、圧力と温度が上がる
  • ③膨張弁で冷媒が絞られ、圧力と温度が下がる
  • ④蒸発器で冷媒が熱を吸収し、圧力一定のまま蒸発する
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正解 ④蒸発器で冷媒が熱を吸収し、圧力一定のまま蒸発する
解説
D→Aは蒸発器での過程です。膨張弁を出た低圧の湿り蒸気(D)が、被冷却物から熱を吸収して蒸発し、乾き飽和蒸気を経て少し過熱された蒸気(A)になります。圧力(蒸発圧力)は一定なので、p-h線図では水平な線で、熱を吸収する分だけ比エンタルピーが増えて右へ進みます。

他の選択肢が不適切な理由
・凝縮器で凝縮:B→Cの過程です。
・圧縮機で圧縮:A→Bの過程です。
・膨張弁で絞り膨張:C→Dの過程です。

覚え方のポイント
湿り蒸気域の中では、圧力一定なら温度も一定です。蒸発器の中で冷媒の温度が一定のまま熱を吸収できるのは、この性質のおかげです。
問52-3

冷凍サイクルを表すp-h線図の縦軸と横軸の組合せとして、正しいものはどれか。

  • ①縦軸:ゲージ圧力(等間隔目盛)、横軸:比エンタルピー
  • ②縦軸:比エンタルピー、横軸:絶対圧力(対数目盛)
  • ③縦軸:絶対圧力(対数目盛)、横軸:比エンタルピー
  • ④縦軸:温度(等間隔目盛)、横軸:比エントロピー
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正解 ③縦軸:絶対圧力(対数目盛)、横軸:比エンタルピー
解説
p-h線図(モリエ線図)は、縦軸に絶対圧力p(対数目盛)、横軸に比エンタルピーh(kJ/kg)をとった線図です。冷凍サイクルの各過程が直線に近い形で表され、比エンタルピーの差を横方向の長さとして読み取れるので、冷凍効果や圧縮仕事の計算に便利です。

他の選択肢が不適切な理由
・ゲージ圧力:p-h線図の圧力は絶対圧力です。圧力計の値(ゲージ圧力)には大気圧を足して読みます。
・縦軸と横軸が逆:縦軸が圧力、横軸が比エンタルピーです。
・温度と比エントロピー:これはT-s線図で、p-h線図ではありません。

覚え方のポイント
「p-hはpが縦、hが横」。圧力は範囲が広いので、見やすくするため対数目盛になっています。
問62-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、p-h線図について正しいものはどれか。
イ.p-h線図の縦軸は絶対圧力を対数目盛で、横軸は比エンタルピーを表している。
ロ.湿り蒸気の領域では、等温線は等圧線と重なり、水平な線になる。
ハ.乾き飽和蒸気線より右側の領域は、過冷却液の状態を表す。
ニ.飽和液線と乾き飽和蒸気線が一致する点を、臨界点という。

  • ①イ、ハ
  • ②イ、ロ、ニ
  • ③イ、ニ
  • ④イ、ハ、ニ
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正解 ②イ、ロ、ニ
解説
p-h線図の軸と領域の区分を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):p-h線図の圧力は絶対圧力で、見やすくするため対数目盛になっています。
・ロ(正しい):湿り蒸気の中では、圧力が決まれば温度も決まるためです。
・ハ(誤り):乾き飽和蒸気線の右側は過熱蒸気の領域です。過冷却液は飽和液線の左側です。
・ニ(正しい):臨界点より高い温度では、冷媒は液化しません。

覚え方のポイント
「左=過冷却液、真ん中=湿り蒸気、右=過熱蒸気、頂点=臨界点」。
問72-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、p-h線図について正しいものはどれか。
イ.飽和液線より左側の領域は、過冷却液の状態を表す。
ロ.乾き飽和蒸気線より右側の領域は、過熱蒸気の状態を表す。
ハ.理論冷凍サイクルの断熱圧縮の過程は、等比エントロピー線に沿って変化する。
ニ.膨張弁での絞り膨張の過程では、比エンタルピーが減少するので右下がりの線になる。

  • ①ロ、ニ
  • ②イ、ハ
  • ③イ、ハ、ニ
  • ④イ、ロ、ハ
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正解 ④イ、ロ、ハ
解説
p-h線図は、飽和液線と乾き飽和蒸気線によって、過冷却液・湿り蒸気・過熱蒸気の3つの領域に分かれます。

各記述の正誤
・イ(正しい):飽和液線の左側は、飽和温度より温度の低い液(過冷却液)の領域です。
・ロ(正しい):乾き飽和蒸気線の右側は、飽和温度より温度の高い蒸気(過熱蒸気)の領域です。
・ハ(正しい):理論上の断熱圧縮は、外部と熱のやりとりのない可逆変化なので、比エントロピーが一定の線(等比エントロピー線)に沿います。
・ニ(誤り):絞り膨張では比エンタルピーは変わらないので、垂直な線になります。

覚え方のポイント
「左は液、真ん中は液と蒸気、右は蒸気」。圧縮は等比エントロピー線に沿って右上へ、膨張は真下へ。
問82-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
図の冷凍サイクルで、冷媒1kgあたりの凝縮負荷(凝縮器での放熱量)を表すものとして正しいものはどれか。

  • ①hB-hC
  • ②hA-hD
  • ③hB-hA
  • ④hA-hC
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正解 ①hB-hC
解説
凝縮器の入口はB(圧縮機の吐出しガス)、出口はC(過冷却液)なので、冷媒1kgあたりの凝縮負荷はhB-hCです。これは、冷凍効果(hA-hD)と圧縮仕事(hB-hA)の和に等しくなります。

他の選択肢が不適切な理由
・hA-hD:冷凍効果です。
・hB-hA:理論断熱圧縮仕事です。
・hA-hC:hC=hDなので冷凍効果と同じ値です。

覚え方のポイント
「凝縮負荷=一番右(B)から一番左(C)までの幅」。p-h線図では、サイクルの横幅全体が凝縮負荷を表します。
問92-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍サイクルの状態の変化について正しいものはどれか。
イ.凝縮負荷(冷媒1kgあたり)は、冷凍効果(冷媒1kgあたり)より小さい。
ロ.凝縮圧力と蒸発圧力が同じとき、凝縮器出口の冷媒液の過冷却度を大きくすると、冷凍効果は大きくなる。
ハ.膨張弁の入口と出口では、冷媒の比エンタルピーは等しい。
ニ.蒸発圧力が低いほど、圧縮機の吸込み蒸気の比体積は大きくなる。

  • ①イ、ハ
  • ②ハ、ニ
  • ③イ、ロ、ハ、ニ
  • ④ロ、ハ、ニ
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正解 ④ロ、ハ、ニ
解説
p-h線図上の比エンタルピーの差と、運転条件による変化を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(誤り):凝縮負荷は、冷凍効果に圧縮仕事を加えたものなので、冷凍効果より大きくなります。
・ロ(正しい):過冷却で膨張弁入口の比エンタルピーが小さくなり、その分だけ冷凍効果が増えます。
・ハ(正しい):絞り膨張は比エンタルピー一定の変化です。
・ニ(正しい):圧力が低いほど、蒸気は膨らんで比体積が大きくなります。

覚え方のポイント
「過冷却は冷凍効果を増やす」「吸込み圧力が下がると比体積が大きくなる」。
問102-3

図は、蒸気圧縮冷凍サイクルをp-h線図に表したものである(点線は飽和液線と乾き飽和蒸気線)。
ABCD比エンタルピー h[kJ/kg]臨界点絶対圧力 p(対数目盛)
次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、図の冷凍サイクルについて正しいものはどれか。ただし、各点の比エンタルピーをhA、hB、hC、hDとする。
イ.冷媒1kgあたりの理論断熱圧縮仕事は、hB-hAで表される。
ロ.hCとhDは等しい。
ハ.冷凍効果(hA-hD)は、凝縮負荷(hB-hC)より大きい。
ニ.蒸発圧力が低いほど、点Aの冷媒蒸気の比体積は小さくなる。

  • ①イ、ニ
  • ②ロ、ハ
  • ③イ、ロ
  • ④ハ、ニ
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正解 ③イ、ロ
解説
p-h線図の比エンタルピーの差から、冷凍効果・圧縮仕事・凝縮負荷を読み取ります。

各記述の正誤
・イ(正しい):A(吸込み)からB(吐出し)への比エンタルピーの増加が、1kgあたりの圧縮仕事です。
・ロ(正しい):膨張弁での絞り膨張は比エンタルピー一定なので、hC=hDです。
・ハ(誤り):凝縮負荷=冷凍効果+圧縮仕事なので、凝縮負荷の方が大きくなります。
・ニ(誤り):蒸発圧力が低いほど、吸込み蒸気は膨らんで比体積が大きくなります。

覚え方のポイント
「吸込み圧力が下がる→比体積が大きくなる→同じ圧縮機でも吸い込める冷媒の質量が減る→冷凍能力が下がる」。この流れは性能の問題で繰り返し出ます。

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※本ページの問題・解説は、生成AI(人工知能)を活用して作成しています。

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