往復動冷凍機とは？ピストンで冷媒を押しちぢめる仕組みを初心者にもやさしく図解
往復動（おうふくどう）冷凍機は、ピストンが筒の中を行ったり来たりして、冷媒ガスを押し縮める冷凍機です。自転車の空気入れとまったく同じ動きだと思ってください。この記事では、そもそも冷凍機とは何かというところから始めて、往復動冷凍機の仕組み・ほかの方式との違い・試験での問われ方までを図解でやさしく解説します。冷凍の知識がゼロでも、この記事だけで分かるように書いています。
その前に：冷凍機は何をしている機械？
往復動冷凍機の話に入る前に、冷凍機そのものを30秒だけおさらいします。ここが分かっていないと、あとの話がつかみにくくなります。
用語冷凍機とは？
熱を「冷やしたい場所」から「捨てていい場所」へ運ぶ機械のこと。例えばエアコンは、部屋の中の熱を奪って、屋外へ捨てています。
💡 なぜ？
冷たさそのものを作っているのではなく、熱を移動させているだけだから。そのため室外機は、運転中に熱い風を出しています。部屋から奪った熱を、そこで捨てているのです。
この「熱の運び役」をするのが冷媒（れいばい）という特殊な液体・気体です。冷媒は、蒸発するときに周りの熱を奪うという性質を持っています。夏に打ち水をすると涼しくなるのと同じ理屈です。
コツ冷凍機の中で冷媒がすること（4ステップ）
① 蒸発器で冷媒が蒸発 → 周りの熱を奪う（ここで冷える）
② 圧縮機で冷媒ガスを押し縮める → 冷媒が高温・高圧になる
③ 凝縮器で冷媒を冷やして液体に戻す → 奪った熱を外へ捨てる
④ 膨張弁で圧力を下げる → また蒸発しやすい状態に戻る（①へ）
この4つの繰り返しを冷凍サイクルといいます。そして往復動冷凍機の「往復動」は、②の圧縮機の動き方を指した言葉です。つまり往復動冷凍機とは、ピストン式の圧縮機を使った冷凍機のことなのです。
👉 くわしく知りたい方はこちら冷凍サイクルとは？熱を運んで冷やす仕組みを初心者にもやさしく図解
往復動冷凍機とは？ ピストンで押し縮める冷凍機
用語往復動冷凍機とは？
シリンダー（筒）の中をピストンが往復（行ったり来たり）して、冷媒ガスを押し縮めるタイプの冷凍機。レシプロ冷凍機とも呼ばれます。
💡 なぜ？
モーターの回転運動を、クランクという部品で「行って戻る」動きに変えているから。その動きがそのまま名前になりました。
動きは自転車の空気入れとそっくりです。取っ手を引くと空気が入り、押し込むと中の空気がぎゅっと縮まって、ホースから勢いよく出ていきます。往復動冷凍機がやっているのも、まったく同じことです。違うのは、入れているのが空気ではなく冷媒ガスだという点だけです。
例往復動冷凍機のうごき
① ピストンが戻る → 筒の中が広がり、すき間ができる
② すき間に低圧の冷媒ガスが吸込み弁から吸い込まれる
③ ピストンが押す → 筒の中が狭くなり、ガスがぎゅっと縮む
④ 縮んで圧力が上がったガスが吐出し弁から押し出される
⑤ ①へ戻る（これを毎秒何十回も繰り返す）
なぜ？なぜ冷媒を押し縮める必要があるのか？
熱を捨てるためです。冷媒が部屋から奪った熱は、そのままでは外に捨てられません。外の空気のほうが温度が高いと、熱は移動してくれないからです。そこでガスを押し縮めて無理やり高温にします。自転車の空気入れを何回も押すと筒が熱くなりますが、あれと同じ現象です。外気より熱くなれば、熱は自然に外へ逃げていきます。
覚える覚え方
「往復動＝自転車の空気入れ」とイメージすれば覚えやすくなります。取っ手を行ったり来たりさせて、中の気体をぎゅっとちぢめる。冷凍機がやっているのも、まったく同じ動きです。
ほかの冷凍機と何が違う？
冷媒ガスの押し縮め方は、大きく分けると2種類しかありません。この2つさえ分かれば、冷凍機の種類はすっきり整理できます。
用語容積式（ようせきしき）とは？
冷媒が入っている部屋の体積を小さくして押し縮める方式。往復動・スクリュー・スクロールがこの仲間。
💡 なぜ？
空気を閉じ込めた風船を手で握りつぶすと、中の圧力が上がります。体積を小さくすれば圧力が上がるという、この単純な原理をそのまま使っているから。
用語遠心式（えんしんしき）とは？
羽根車を高速で回し、遠心力で冷媒を外へ飛ばして圧力を上げる方式。遠心冷凍機（ターボ冷凍機）がこれ。
💡 なぜ？
バケツに水を入れてぐるぐる回すと、水が外側の壁に押しつけられます。同じことを冷媒ガスでやって、外周部の圧力を高めているから。
① 往復動（レシプロ）
⭕ 構造が単純で分かりやすい
⭕ 小さい能力から作れる
⭕ 部品が入手しやすく修理しやすい
❌ 往復運動なので振動と騒音が出やすい
❌ 部品点数が多く定期的な整備が要る
❌ 大容量には向かない
② スクリュー
⭕ ねじが回るだけなので振動が少ない
⭕ 中くらいの能力に向く
⭕ 連続運転に強い
❌ 加工精度が必要で高価
❌ 小容量には向かない
③ 遠心（ターボ）
⭕ 大容量が得意（大型ビル・工場）
⭕ 回転運動だけなので振動が少ない
⭕ 同じ能力なら機械が小さくまとまる
❌ 小さい能力は苦手
❌ サージングという不安定現象が起きることがある
なぜ？サージングとは何のことか？
遠心式の冷凍機で、流す量を絞りすぎたときに起きる不安定な状態のことです。羽根が押し出す力と、押し返される圧力のつり合いが崩れて、冷媒が行ったり戻ったりし、機械が大きく振動します。往復動やスクリューなどの容積式では起きません。
試験ではどう問われる？
第三種冷凍機械責任者や管工事施工管理技士では、「どの方式がどのグループか」と「向いている大きさ」が問われます。細かい構造よりも、まずこの分類を正確に覚えることが得点につながります。
| 方式 | グループ | 得意な大きさ | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 往復動（レシプロ） | 容積式 | 小〜中 | ピストンが往復。構造が単純／振動が出やすい |
| スクロール | 容積式 | 小 | うずまき板がかみ合う。静か |
| スクリュー | 容積式 | 中 | ねじが回る。連続運転に強い |
| 遠心（ターボ） | 遠心式 | 大 | 羽根車が高速回転。サージングに注意 |
注意注意
「往復動＝遠心式」ではありません。往復動は容積式の仲間です。遠心式にあたるのは遠心（ターボ）冷凍機だけで、ここが入れ替えて出題されやすい所です。
覚える覚え方
「遠心だけが仲間はずれ」と覚えてしまいましょう。往復動・スクロール・スクリューの3つは、やり方は違っても「部屋を狭くして押す」という同じ発想です。遠心だけが「回して飛ばす」というまったく別の発想です。
まとめまとめ
・往復動冷凍機＝ピストンが往復して冷媒を押し縮める冷凍機（レシプロ）
・動きは自転車の空気入れとまったく同じ
・押し縮めるのは、冷媒を高温にして外へ熱を捨てるため
・グループは容積式。遠心（ターボ）だけが別グループ
・得意な大きさは小〜中規模。大容量は遠心の担当
・弱点は振動と騒音。往復運動のため出やすい
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