蒸発器と着霜・除霜｜乾式・満液式のちがいとデフロスト4方式【冷凍三種】

蒸発器は実際に「冷やす」仕事をしている場所です。冷蔵庫の中、ショーケースの中、エアコンの室内機——冷たくなっているところには、たいてい蒸発器があります。

蒸発器の役割

冷凍能力を決める3つ──温度差・熱通過率・伝熱面積

蒸発器の冷凍能力は、冷やされる空気や水と冷媒との平均温度差、熱通過率、伝熱面積の3つに比例します。第2回で学んだ「伝熱量＝熱通過率×伝熱面積×温度差」と同じ形です。

冷蔵用の空気冷却器では、庫内の温度と蒸発温度との平均温度差を、ふつう5〜10Kくらいにします。この差を大きくしすぎると、庫内温度は同じでも蒸発温度を低くしなければならず、圧力比が大きくなって装置の成績係数が下がります。「差が大きすぎると蒸発温度を高くする必要がある」は、向きが逆です。

3つの方式

満液式のほうが、熱がよく伝わる

熱の伝わりやすさ（熱通過率）で比べると、満液式の平均熱通過率は、乾式より大きくなります。満液式は、管のまわりがいつも沸騰している液で満たされています。乾式は、出口に近い部分で冷媒がすでに蒸発しきってガスだけになり、そのガスを温める部分（過熱させる部分）ができます。ガスは液より熱を受け取りにくいので、そのぶん乾式は平均すると不利になります。

シェルアンドチューブ乾式：冷媒は管の中

水やブライン（冷媒で冷やされ、品物を冷やしに行く凍りにくい液）を冷やす蒸発器にも、シェルアンドチューブ形（太い胴の中に細い管を束ねた形）があります。乾式は、管の中に冷媒を流し、胴の側（管の外）にブラインや水を流します。満液式はその逆で、胴の中を冷媒液で満たし、管の中にブラインや水を流します。「乾式＝冷媒は管の中」と覚えてください。

乾式は、管の中で圧力が下がる

乾式では、冷媒が細い管の中を長く流れるので、流れる抵抗で圧力が少しずつ下がります（圧力降下）。圧力が下がると、その場所の蒸発温度も下がります。

圧力降下が大きいほど、入口と出口の蒸発温度の差が大きくなります。すると、同じように冷やすには圧縮機の吸込み圧力をより低くしなければならず、圧力比が大きくなって冷却能力も効率も下がります（第8回）。圧力降下が大きいことに、よい点はありません。膨張弁の選び方（外部均圧形）にも関わってきます（第12回）。

空気を冷やす蒸発器：フィン・向流・ユニットクーラ

冷蔵庫の中の空気を冷やす蒸発器では、冷媒側より空気側の熱伝達率（空気と管の表面とのあいだの熱の受け渡しやすさ）がずっと小さく、これが全体の伝わりやすさを大きく左右します（第9回）。だから管の外に付けるフィンの工夫がとても大切です。

空気の流れる向きと、冷媒が管の列を進んでいく向きは、たがいに逆向き（向流）にします。暖かい空気が入ってくる側に冷媒の出口側を置くと、全体を通して温度差をうまく使えるからです。

冷凍・冷蔵の現場では、フィンコイル蒸発器にファン、ファン用のモーター、ドレンパン（霜や結露が溶けた水を受ける皿）などを一体にまとめたユニットクーラがよく使われます。

バッフルプレートとディストリビュータ

シェルアンドチューブ乾式蒸発器では、胴の側（管の外）を水が流れます。そのままでは水がまっすぐ抜けてしまうので、胴の中にバッフルプレート（じゃま板）を何枚も入れて、水を管に沿って曲がりくねらせます。水の流れが速く乱れるので、水側の熱伝達率が上がります。

大きな容量の乾式蒸発器では、たくさんの伝熱管に冷媒を均等に配るため、ディストリビュータ（分配器）を付けます。付ける場所は、膨張弁を出たあとの蒸発器の入口側です。出口側ではありません。

ディストリビュータの細い通路を通ると、冷媒の圧力が下がります。そのぶん膨張弁の入口と出口の圧力差が小さくなるので、同じ弁でも流せる量、つまり膨張弁の容量は小さくなります。ディストリビュータ付きの蒸発器に外部均圧形の膨張弁を使う話は、第12回で学びます。

液ポンプ方式では、蒸発器に油がたまらない

冷媒液強制循環式（液ポンプ方式）では、蒸発する量の3〜5倍もの液をポンプで送り込みます。流れが強いので、蒸発器の中に冷凍機油がとどまることはありません。

着霜──氷がつくとなぜ困るのか

除霜（デフロスト）の4つの方法

ホットガス除霜は、顕熱と潜熱の両方を使う

ホットガス除霜では、圧縮機から出た高温のガスを蒸発器に送ります。ガスはまず温度が下がりながら熱を出し（顕熱）、さらに霜に冷やされて液に戻るときにも大きな熱を出します（凝縮の潜熱）。顕熱だけでなく、潜熱も使って霜を溶かすので、速く除霜できます。

管の内側から温めるので霜をまんべんなく溶かせますが、霜が厚くなってからの除霜には向きません。霜は熱を伝えにくいので、厚くなるほど溶けるまでに時間がかかります。どの方法でも、霜が薄いうちに早めに除霜するのが基本です。

散水除霜は、送風機を止めてから

散水除霜では、まず送風機（ファン）を止めてから、冷却器に水をかけて霜を溶かします。ファンを回したままだと、水が庫内に飛び散ってしまうからです。

溶けた水は、排水管で庫外へ流します。庫外の排水管にはトラップ（U字に曲げて水をためる部分）を設けます。たまった水がふたの役目をして、排水管を通って外の空気が庫内に入り込むのを防ぎます。

蒸発温度が下がる／冷えない原因

試験ではこう出る

よくある質問

過去問で確かめる　3問

この回と、それより前の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7年度 保安管理技術 問7　蒸発器

イ　〇　空気の流れと、冷媒が管の列を進む向きは、逆向き（向流）にする。温度差を有効に使えるから。
ロ　×　満液式は管のまわりがいつも液なので、平均熱通過率は乾式より大きい。
ハ　×　霜は厚くなるほど溶けにくい。ホットガス除霜も、霜が厚くなる前に早めに行う。
ニ　〇　ユニットクーラは、フィンコイル蒸発器にファン・モーター・ドレンパンなどを一体にしたもの。
正しいのはイ・ニで、正解（1）です。　→ 令和7年度 保安管理技術の解説

令和6年度 保安管理技術 問7　蒸発器

イ　×　シェルアンドチューブ乾式では、冷媒は管の中、ブラインは胴の側（管の外）。逆になっている。
ロ　〇　満液式の平均熱通過率は、乾式より大きい。
ハ　〇　液ポンプ方式（冷媒液強制循環式）は、蒸発する量の3〜5倍の液を蒸発器に送る。
ニ　×　ホットガス除霜は、ガスの顕熱だけでなく、液に戻るときの潜熱も使う。
正しいのはロ・ハで、正解（3）です。　→ 令和6年度 保安管理技術の解説

令和5年度 保安管理技術 問7　蒸発器

イ　×　乾式で圧力降下が大きいと、入口と出口の蒸発温度の差は大きくなり、冷却能力は下がる。
ロ　〇　空気側の熱伝達率は冷媒側よりずっと小さく、全体への影響が大きい。だからフィンの工夫が重要（第9回）。
ハ　〇　満液式は油が冷媒液の中に残って戻りにくいので、油戻し装置が要る。
ニ　×　霜が厚く付くと、熱が伝わらず蒸発圧力は下がる。能力も成績係数も下がる。
正しいのはロ・ハで、正解（3）です。　→ 令和5年度 保安管理技術の解説