モリエル線図（モリエ線図・p-h線図）とは？冷凍サイクルの読み方を初心者にもやさしく図解

👉 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

モリエル線図（p-h線図）ってなに？

モリエル線図は、縦軸に圧力 p、横軸に比エンタルピー h（冷媒がもっている熱量）をとったグラフです。

冷媒がいま「どれくらいの圧力で、どれだけ熱をもっているか」を、1つの点で表せます。エアコンや冷凍機の中で冷媒の状態は刻々と変わりますが、その変化をこの1枚の地図の上でたどれるのが大きな利点です。

縦軸は「絶対圧力」で、目盛りは対数

p-h線図の縦軸の圧力は、真空を0とした絶対圧力です（圧力計が示すゲージ圧力に、大気圧を足したもの。第1回）。

縦軸の目盛りは、1目盛り進むごとに値が何倍かずつ増えていく対数目盛になっています。低い圧力から高い圧力までを1枚に収めるためです。一方、横軸の比エンタルピーは、ふつうの等間隔の目盛りです。「両方とも対数目盛」ではありません。

比体積も読み取れる

p-h線図には、温度や比体積を表す線も描かれています。比体積は、冷媒1kgが占める体積（単位m³/kg）のことです。比体積が大きいほど、同じ体積に入る冷媒が少ない、つまり密度が小さい（スカスカ）状態です。

圧縮機に吸い込まれる蒸気の圧力と温度を測れば、p-h線図や、冷媒の性質をまとめた表（熱力学性質表）から比体積を読み取れます。

図の上で冷凍サイクルをたどる

膨張弁で温度が下がるのはなぜ？

③→④の膨張では、冷媒はまわりと熱も仕事（力）もやりとりしません。そのため比エンタルピーは変わらず、線図の上ではまっすぐ下に進みます。

それでも温度が下がるのは、圧力が下がったとたんに冷媒液の一部が蒸発するからです。蒸発に必要な熱（蒸発潜熱）を、まわりからではなく冷媒自身から奪うので、冷媒は下がった圧力に見合う蒸発温度まで冷えます。

なぜ便利なの？　COPまで読み取れる

凝縮器の横はば＝蒸発器の横はば＋圧縮機の横はば

図をよく見ると、②→③（凝縮）の横はばは、④→①（蒸発）の横はばと①→②（圧縮）の横はばを足した長さになっています。つまり凝縮器で捨てる熱＝蒸発器で奪った熱＋圧縮機で加えた熱です（第1回）。

ヒートポンプで暖房に使うのは、この凝縮器の熱です。そのため、暖房のCOP＝凝縮の横はば÷圧縮の横はば＝冷凍のCOP＋1となります（第2回）。

圧力比が大きいほど、圧縮の横はばが増える

凝縮圧力（吐出し側）を蒸発圧力（吸込み側）で割った値を圧力比といいます。圧力比が大きいほど、①→②の圧縮の横はば（比エンタルピーの差）が大きくなり、冷媒1kgあたりに必要な理論断熱圧縮動力も大きくなります。理論断熱圧縮動力とは、熱の出入りのない理想的な圧縮に必要な動力のことです。

蒸発温度が下がったときも、COPは下がる

上の図は、凝縮温度が上がったときでした。逆に蒸発温度（蒸発圧力）が下がったときは、下の辺（④→①）が下へずれます。圧力比が大きくなるので圧縮の横はばが増え、冷やす横はばも少し縮むことが多く、やはりCOPは下がります。

だから省エネに運転するには、蒸発温度はできるだけ高め、凝縮温度は必要以上に高くしないことが大事です（第1回）。

蒸発潜熱は「比エンタルピーの差」、臨界点は曲線の終わり

冷媒の性質をまとめた飽和表には、温度ごとの飽和圧力のほか、飽和液と飽和蒸気それぞれの比体積・比エンタルピー・比エントロピーなどが並んでいます。比エントロピーは熱力学の計算で使う別の量で、冷凍三種では名前を知っていれば十分です。

蒸発潜熱（液1kgが同じ圧力のまま全部蒸発するのに要る熱。第1回）は、飽和蒸気の比エンタルピーから、飽和液の比エンタルピーを引いた値です。p-h線図では、同じ圧力の横線が、左の飽和液線から右の飽和蒸気線まで横切る長さにあたります。「比エントロピーの差が蒸発潜熱」と書かれていたら誤りです。

山形の線のてっぺんが臨界点です。飽和液線と飽和蒸気線がここで出会い、飽和圧力の曲線もここで終わります。これより上では液と気体の区別がなくなります。臨界点での温度と圧力を、臨界温度・臨界圧力といいます。

試験で問われるポイント

• モリエル線図（p-h線図）＝縦軸が圧力p、横軸が比エンタルピーhの状態図。
• 飽和液線・飽和蒸気線の内側は湿り（液＋気体）、左が液、右が過熱蒸気。
• 冷凍効果＝h①−h④、圧縮仕事＝h②−h①、COP＝冷凍効果÷圧縮仕事。
• 膨張（③→④）はエンタルピー一定（真下）に動く。

過去問で確かめる　3問

この回と、それまでの回（第1〜3回）の内容で解ける過去問を3つ選びました。問題文は、各年度の過去問ページで確認できます。冷凍三種は「正しい記述の組合せ」を選ぶ形なので、記述を1つずつ〇か×かで見ていきます。

令和4年度 保安管理技術 問1　冷凍サイクル・冷凍の原理

イ　〇　吸込み蒸気の圧力と温度から、p-h線図や表で比体積（m³/kg）が求まる。比体積が大きい＝密度が小さい。
ロ　〇　圧力比が大きいほど圧縮の比エンタルピー差が増え、冷媒1kgあたりの理論断熱圧縮動力も大きい。
ハ　×　膨張弁では、まわりと熱も仕事もやりとりしない。液の一部が蒸発して自分の熱を奪うので温度が下がる。
ニ　〇　ヒートポンプのCOPは冷凍のCOPより1大きい（第2回）。
正しいのはイ・ロ・ニで、正解（5）です。　→ 令和4年度 保安管理技術の解説

令和元年度 保安管理技術 問1　冷凍の原理・冷凍サイクル

イ　〇　吸収冷凍機は圧縮機を使わず、吸収器・発生器・溶液ポンプなどで冷媒を回す（第1回）。
ロ　〇　膨張弁で液の一部が蒸発し、蒸発温度まで冷媒自身の温度が下がる。
ハ　×　蒸発温度は「できるだけ低く」ではなく「できるだけ高く」。
ニ　×　対数目盛なのは縦軸（絶対圧力）だけ。横軸の比エンタルピーは等間隔。
正しいのはイ・ロで、正解（3）です。　→ 令和元年度 保安管理技術の解説

令和2年度 保安管理技術 問2　冷凍サイクル・熱の移動

イ　×　冷凍効果は、冷媒1kgがまわりから奪う熱。「冷媒から奪う」は向きが逆（第2回）。
ロ　〇　ヒートポンプのCOPは冷凍のCOPより1大きい。
ハ　×　熱通過率を計算するには、熱伝達率と熱伝導率のほかに壁の厚さも要る（第2回）。
ニ　〇　熱の伝わり方は熱伝導・熱放射・熱伝達の3つ。熱量はJ・kJ、伝熱量はW・kW（第2回）。
正しいのはロ・ニで、正解（4）です。　→ 令和2年度 保安管理技術の解説

よくある質問（FAQ）