第三種冷凍機械責任者の勉強を開始してみる
私のことだからどうせ3日坊主とかで終わりそうなんですが、何でもいいんで前に進みたいんですよね。私は今現場系の資格としては5T未満クレーン特別教育、フォークリフト、玉掛技能者、有機溶剤、QC3級、危険物乙4、2級ボイラー技士、第二種電気工事士を持っています。仕事を変えていくなかで必要そうなもので主に簡単にとれそうなものを取得してきました。資格があるからといって実務で長年の経験があるわけでないので使える奴になるかは未知数なんですが、将来的に仕事を探す際に多少なりとも目にかけてもらえるんではなかろうかと思っています。
今は社内的な仕事である意味安定、ある意味不安定なのですが、もしかしたらクビになるかもしれないので、前に数年間やっていた設備管理の仕事について資格を補強していきたいなと思っています。そのなかで消防設備士4類と第三種冷凍機械責任者について興味をもったのでゆるーく勉強していって、まずは1回テストを受験してみようと思っています。ゆくゆくは電験三種や二種も取りたい気持ちではいるんですが何回も挫折してて夢のまた夢です。電験二種持ちの人ってマジで凄くて、試験か実務経験かで取得できるのですが、試験で取った人は相当頭が良いですね。私の以前働いていた職場では優秀な人が多くて、大学生時代に試験で電験二種取った人が何人もいたのですが20代後半にして余裕で1千万を超える給与で責任ある職務をこなしていました。そういう人をみていて、自分もちょっとずつでいいから成長したいんだよなあとしみじみ思ってちょっとずつ行動しています。
第二種電気工事士の資格を取るときに買った炎のシリーズがとても読み進めやすくて良かったので、消防設備士4類も冷凍機械責任者のテキストもこちらを購入しました。知識というのは一般的なことなので、私もこの本を読んで、それらを再度調べなおしてこちらの自分のブログに記載していこうかなと思います。
顕熱と潜熱（冷凍の基礎）
冷凍機械を理解するうえで、最初に押さえておく必要があるのが
顕熱（Sensible Heat） と 潜熱（Latent Heat） です。
顕熱（Sensible Heat）
定義
顕熱とは、物質の温度が変化するときに出入りする熱のことを指します。
特徴
顕熱は温度計で測定することができます。
物質の状態（固体・液体・気体）は変化せず、あくまで温度のみが変わります。
具体例
水を20℃から30℃に温める場合や、室内の空気を25℃から20℃に冷やす場合は顕熱の移動です。
このとき、水は水のまま、空気は空気のままで、状態変化は起きていません。
試験的な表現
“顕熱とは、物体の温度変化に伴って出入りする熱量である。”
潜熱（Latent Heat）
定義
潜熱とは、温度は変化しないが、物質の状態が変化するときに出入りする熱のことです。
特徴
潜熱は温度計では確認できません。
しかし、状態変化に伴って大量の熱が吸収または放出されます。
具体例
0℃の氷が0℃の水に変わるとき（融解）、
100℃の水が100℃の水蒸気に変わるとき（蒸発）は潜熱の移動です。
温度は同じですが、実際には大きな熱の出入りが起きています。
試験的な表現
“潜熱とは、物質の相変化に伴い、温度変化を伴わずに出入りする熱量である。”
冷凍サイクル（Refrigeration Cycle）
冷凍サイクル（Refrigeration Cycle）とは、冷媒（Refrigerant）を循環させ、蒸発と凝縮を繰り返すことで熱を移動させる仕組みのことです。
冷凍機は「冷やす装置」ではなく、「熱を別の場所へ運ぶ装置」と考えると理解しやすくなります。
冷凍サイクルを構成する装置
冷凍サイクルは、次の4つの主要な装置で構成されています。
圧縮機（Compressor）
冷媒ガスを圧縮し、圧力と温度を上昇させる装置です。
電動機によって駆動され、冷凍サイクルの動力源となります。
凝縮器（Condenser）
高温高圧の冷媒ガスを冷却し、液体に戻す装置です。
この過程で、冷媒は周囲へ熱を放出します。
膨張弁（Expansion Valve）
液体冷媒の圧力を一気に下げる装置です。
冷媒の流量を調整し、蒸発しやすい状態を作ります。
蒸発器（Evaporator）
低圧の冷媒を蒸発させ、周囲から熱を吸収する装置です。
この部分で冷却が行われます。
冷凍サイクルと顕熱・潜熱の関係
冷凍機では、圧縮機付近では主に顕熱の変化が起こり、
蒸発器と凝縮器では潜熱の移動が中心となります。
冷凍機が効率よく熱を移動できる理由は、
潜熱を利用している点にあります。
設備系の管理をしていると、私が担当していた施設では主に熱を冷ますことが職務だったので、こういった冷凍サイクルの理解は必要だったんです。当時もそれとなく理解は進めていたんですが、資格をとることで後に役立てたいと思っています。
冷凍サイクルを学ぶ時に思い浮かべるのは自宅の部屋にもエアコンですね。
夏に室温を下げる時をイメージして、室内機の中にある銀色のやつが蒸発器で、冷たくなった冷媒が通っているのでこの部分はかなり冷えていて、部屋の暖かい空気がファンによって運ばれてここを通るから冷たい空気となって部屋に循環される。これが私達が一番普段感じている部分ですね。湿気を含んだ空気が冷やされることによって空気に溶け込める水分量が減るので、状況によってはそれが結露し、エアコンの室内側から外に流れる。これがベランダ等に見えている夏にエアコンつけたときの水ですね。そして結露して水分びちゃびちゃなので、そのまま停止して乾燥させずにいると当然カビが室内機に発生してしまいます。
エアコン室内機の蒸発器では熱を奪うとき、冷たい液体だった冷媒が蒸発することで周囲から熱を奪うので、冷媒は温度が上がった気体となります。
それはベランダに置いてあるエアコン室外機の中にある圧縮機で圧縮される。圧縮されると冷媒の温度は上がるため、高温高圧の気体になります。温度は高いところから低いところに移るため、これによって夏の暑い日で外は40度近くあったとしてもコンプレッサーによって高温高圧となって外気温よりも高いから熱が冷媒から外気に移動します。この移動を助けるのが室外機のファンですね。エアコンをつけたらいつも回っていると思います。このあたりが凝縮器でコンデンサーと英語では言います。
エアコン室外機のコンデンサーで高温高圧の気体が熱を放出し液体に戻ります。熱は少し下がっているイメージですね。
そしてこの低温高圧の液体の圧力を下げる膨張弁というところを通過することで低温低圧の液体となり、また室内機へ戻ってきます。
圧縮機のコンプレッサーとか、冷媒の液体・気体の変化による温度の移動が面白いですよね。凝縮器とか膨張弁とか普段の生活だと馴染みがないのでちょっと慣れるまでハードル高いですが、何度も普段の光景から思い出しながら自分の記憶と一致するところで覚えていきたいなと思います。
私は昔クーラーとかエアコンとか意識して呼んでなかったんですが、エアコンだと四方弁がついていてこの冷凍サイクルを逆向きに回すことができるから暖房にも使える。つまり空気を調整できるということでエアーコンディショナー略してエアコンですよね。
冷凍サイクルにおける冷媒の状態一覧
冷媒の状態変化（装置ごと）
| 装置名 | 冷媒の状態 | 圧力 | 温度 | 主な役割 |
|---|---|---|---|---|
| 圧縮機（Compressor） | 気体（ガス） | 低圧 → 高圧 | 低温 → 高温 | 冷媒を圧縮し循環させる |
| 凝縮器（Condenser） | 気体 → 液体 | 高圧 | 高温 → 中温 | 熱を放出して液化 |
| 膨張弁（Expansion Valve） | 液体 | 高圧 → 低圧 | 中温 → 低温 | 圧力を下げる |
| 蒸発器（Evaporator） | 液体 → 気体 | 低圧 | 低温 | 熱を吸収して蒸発 |
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