2026年版・2-1

原理：冷凍の原理と熱の基礎の一問一答

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：冷凍の原理と熱の基礎に関する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12-1

冷凍サイクルの「冷凍効果」の説明として、正しいものはどれか。

①冷媒1kgが凝縮器で周囲へ放出する熱量
②冷媒1kgを圧縮するのに必要な仕事
③冷凍装置が1秒間に奪う熱量の合計
④冷媒1kgが蒸発器で周囲から奪う熱量

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正解 ④冷媒1kgが蒸発器で周囲から奪う熱量

解説
冷凍効果は、冷媒1kgが蒸発器で被冷却物から奪う熱量で、単位はkJ/kgです。p-h線図では、蒸発器出口と入口（膨張弁出口）の比エンタルピーの差で表されます。冷凍効果に冷媒循環量（kg/s）を掛けたものが冷凍能力（kW）です。

他の選択肢が不適切な理由
・凝縮器で放出する熱量：冷媒1kgあたりの凝縮負荷です。冷凍効果に圧縮仕事を加えた大きさになります。
・圧縮に必要な仕事：冷媒1kgあたりの圧縮仕事（理論断熱圧縮仕事）です。
・1秒間に奪う熱量の合計：これは冷凍能力で、冷凍効果に冷媒循環量を掛けたものです。

覚え方のポイント
「冷凍効果＝1kgあたり（kJ/kg）」「冷凍能力＝1秒あたり（kW）」。冷凍効果×冷媒循環量＝冷凍能力です。

問22-1

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍の原理について正しいものはどれか。
イ．冷凍装置は、冷媒が蒸発するときの蒸発潜熱を利用して、被冷却物から熱を奪っている。
ロ．凝縮器で捨てる熱量は、蒸発器で吸収した熱量と、圧縮機が冷媒にした仕事の和になる。
ハ．膨張弁で冷媒液が絞り膨張すると、冷媒の比エンタルピーは大きく減少する。
ニ．冷凍能力の単位には、kW（キロワット）が用いられる。

①ロ、ハ
②イ、ロ、ニ
③イ、ハ、ニ
④ロ、ハ、ニ

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正解 ②イ、ロ、ニ

解説
冷凍装置は、冷媒の状態変化（蒸発・凝縮）と圧縮・膨張を繰り返して、低温側から高温側へ熱を運んでいます。

各記述の正誤
・イ（正しい）：蒸発器では、冷媒液が蒸発するときの潜熱で周囲から熱を奪います。
・ロ（正しい）：エネルギーの保存により、凝縮負荷＝冷凍能力＋圧縮機の動力（理論上は理論断熱圧縮動力）です。
・ハ（誤り）：膨張弁での絞り膨張では、外部との熱や仕事のやりとりがないため、比エンタルピーは変わりません（等エンタルピー変化）。圧力と温度が下がります。
・ニ（正しい）：冷凍能力は単位時間あたりの熱量なので、kW（kJ/s）で表します。

覚え方のポイント
「膨張弁で変わるのは圧力と温度、比エンタルピーは変わらない」。p-h線図では膨張の過程が垂直な線になります。

問32-1

0℃の氷10kgを、すべて0℃の水にするために必要な熱量として、最も近いものはどれか。ただし、氷の融解潜熱は334kJ/kgとする。

①約334kJ
②約33400kJ
③約3340kJ
④約419kJ

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正解 ③約3340kJ

解説
0℃の氷が0℃の水になるときは、温度が変わらずに状態だけが変わるので、潜熱の計算です。

計算の手順
熱量＝質量×潜熱
＝10kg×334kJ/kg＝3340kJ

他の選択肢が不適切な理由
・約334kJ：1kg分の熱量です。
・約33400kJ：桁を誤った値です。
・約419kJ：水の比熱（約4.19kJ/(kg・K)）を使い、10kgの水を10K温める顕熱（4.19×10×10）として計算した値です。融解は温度が変わらない変化なので、比熱の式は使えません。

覚え方のポイント
顕熱は「質量×比熱×温度差」、潜熱は「質量×潜熱」。0℃の氷→0℃の水のように温度が変わらないときは潜熱の式を使います。

問42-1

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷媒の状態と熱について正しいものはどれか。
イ．液と蒸気が共存している飽和状態では、圧力が決まれば温度（飽和温度）も決まる。
ロ．冷媒の圧力が高いほど、その飽和温度は低くなる。
ハ．過熱蒸気とは、同じ圧力の飽和温度より高い温度の蒸気である。
ニ．物質が状態を変えずに温度だけを変えるときに出入りする熱を、潜熱という。

①イ、ハ
②ハ
③ロ、ハ
④イ、ロ、ハ

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正解 ①イ、ハ

解説
冷凍サイクルは、冷媒の飽和温度が圧力で変わる性質と、状態変化の潜熱を利用しています。

各記述の正誤
・イ（正しい）：飽和状態では、圧力と温度が一対一に対応します。
・ロ（誤り）：圧力が高いほど、飽和温度は高くなります。凝縮器を高圧にするのは、常温の水や空気でも凝縮できる温度にするためです。
・ハ（正しい）：過熱度は、この飽和温度との差で表します。
・ニ（誤り）：状態を変えずに温度を変える熱は顕熱です。潜熱は、状態が変わるときに出入りする熱です。

覚え方のポイント
「圧力↑→飽和温度↑」「顕熱＝温度変化、潜熱＝状態変化」。この2つの基本から多くの記述を判断できます。

問52-1

ある冷凍装置の蒸発温度が－10℃で、蒸発器出口の冷媒蒸気の温度が－4℃であった。このときの蒸発器出口の過熱度として、正しいものはどれか。

①6K
②14K
③4K
④10K

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正解 ①6K

解説
過熱度は、過熱蒸気の温度が、同じ圧力の飽和温度より何K高いかを表します。

計算の手順
過熱度＝過熱蒸気の温度－飽和温度（蒸発温度）
＝－4℃－（－10℃）＝6K

他の選択肢が不適切な理由
・14K：－4と－10を足してしまった値です。
・4K・10K：どちらかの温度の数値をそのまま答えた値です。

覚え方のポイント
温度自動膨張弁は、この蒸発器出口の過熱度が一定になるように冷媒の流量を調節しています。過熱度が大きすぎると冷凍能力が下がり、小さすぎると液戻りの危険があります。

問62-1

ある冷凍装置の凝縮温度が40℃で、凝縮器出口の冷媒液の温度が35℃であった。このときの過冷却度として、正しいものはどれか。

①75K
②35K
③40K
④5K

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正解 ④5K

解説
過冷却度は、過冷却液の温度が、同じ圧力の飽和温度（凝縮温度）より何K低いかを表します。

計算の手順
過冷却度＝凝縮温度－過冷却液の温度
＝40℃－35℃＝5K

他の選択肢が不適切な理由
・75K：2つの温度を足してしまった値です。
・35K・40K：温度の数値をそのまま答えた値です。

覚え方のポイント
過冷却度を大きくすると、膨張弁入口の比エンタルピーが小さくなり、冷凍効果が大きくなります。また、液管の中で冷媒がフラッシュ（気化）しにくくなります。

問72-1

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷媒の状態について正しいものはどれか。
イ．過熱蒸気の温度は、同じ圧力の飽和温度よりも低い。
ロ．乾き飽和蒸気とは、液を含まない飽和状態の蒸気である。
ハ．湿り蒸気とは、飽和液と乾き飽和蒸気が混ざり合った状態である。
ニ．乾き度が0の状態は、飽和液である。

①ロ、ハ
②ロ、ハ、ニ
③イ、ロ
④イ、ロ、ニ

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正解 ②ロ、ハ、ニ

解説
冷媒は、圧力と比エンタルピーによって、過冷却液・飽和液・湿り蒸気・乾き飽和蒸気・過熱蒸気の状態をとります。

各記述の正誤
・イ（誤り）：過熱蒸気は、同じ圧力の飽和温度より「高い」温度の蒸気です。
・ロ（正しい）：乾き飽和蒸気は、液をまったく含まない、ちょうど飽和状態の蒸気です（乾き度1）。
・ハ（正しい）：湿り蒸気は、液と蒸気が混じった状態で、p-h線図では飽和液線と乾き飽和蒸気線の間の領域です。
・ニ（正しい）：乾き度は湿り蒸気の中の蒸気の質量の割合で、0なら飽和液、1なら乾き飽和蒸気です。

覚え方のポイント
「乾き度0＝飽和液、乾き度1＝乾き飽和蒸気、その間が湿り蒸気」。膨張弁を出た冷媒は湿り蒸気です。

問82-1

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍の原理について正しいものはどれか。
イ．臨界温度より高い温度では、冷媒蒸気をいくら圧縮しても液化しない。
ロ．湿り蒸気の乾き度が1のとき、その冷媒は飽和液である。
ハ．理論冷凍サイクルでは、凝縮器で放出される熱量は、冷凍能力と理論断熱圧縮動力の和に等しい。
ニ．冷凍効果とは、冷媒1kgが蒸発器で被冷却物から奪う熱量のことである。

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
冷凍サイクルの基本的な用語と、エネルギーの関係を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ（正しい）：臨界点の性質です。凝縮温度は臨界温度より低くなければなりません。
・ロ（誤り）：乾き度1は乾き飽和蒸気、乾き度0が飽和液です。
・ハ（正しい）：エネルギーの保存によるものです。
・ニ（正しい）：冷凍効果に冷媒循環量を掛けると冷凍能力になります。

覚え方のポイント
「乾き度0＝液、1＝蒸気」「凝縮負荷＝冷凍能力＋動力」「冷凍効果＝1kgあたり」。

問92-1

理論冷凍サイクルで、冷凍能力が50kW、理論断熱圧縮動力が15kWのとき、凝縮器で放出される熱量（凝縮負荷）として正しいものはどれか。

①35kW
②65kW
③50kW
④750kW

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正解 ②65kW

解説
理論冷凍サイクルでは、エネルギーの保存により、凝縮器で放出する熱量は、蒸発器で奪った熱量（冷凍能力）と圧縮機で加えた動力の和になります。

計算の手順
凝縮負荷＝冷凍能力＋理論断熱圧縮動力
＝50kW＋15kW＝65kW

他の選択肢が不適切な理由
・35kW：引き算をしてしまった値です。
・50kW：冷凍能力のままで、動力を加えていません。
・750kW：掛け算をしてしまった値です。

覚え方のポイント
「凝縮器は、冷凍能力＋動力を捨てる」。そのため凝縮器は、冷凍能力より大きな熱量を処理できる大きさにします。

問102-1

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、ヒートポンプについて正しいものはどれか。
イ．理論ヒートポンプサイクルの加熱能力は、冷凍能力に理論断熱圧縮動力を加えたものである。
ロ．同じ条件で考えると、暖房に使うときの理論上の成績係数は、冷凍に使うときの理論上の成績係数に1を加えた値になる。
ハ．ヒートポンプは、凝縮器で放出する熱を捨て、蒸発器で奪う熱を暖房に利用する装置である。
ニ．理論ヒートポンプサイクルの成績係数は、常に1より小さい。

①イ、ハ
②ロ、ニ
③ハ、ニ
④イ、ロ

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正解 ④イ、ロ

解説
ヒートポンプは、冷凍サイクルの凝縮器側の熱を暖房などに利用する装置です。

各記述の正誤
・イ（正しい）：加熱能力は凝縮器で放出する熱量で、冷凍能力＋動力です。
・ロ（正しい）：成績係数（COP）は、ヒートポンプでは（冷凍能力＋動力）÷動力＝冷凍のCOP＋1になります。
・ハ（誤り）：暖房に利用するのは凝縮器で放出する熱です。
・ニ（誤り）：イ・ロのとおり、ヒートポンプの成績係数は1より大きくなります。

覚え方のポイント
「ヒートポンプのCOP＝冷凍のCOP＋1」。電気ヒーター（COPは1）より少ない電力で多くの熱を得られるのが、ヒートポンプの利点です。

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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。