第10章 蒸発器
蒸発器の役割と、乾式・満液式・冷媒液強制循環式のちがい、空気冷却器の着霜と霜取り、水やブラインの冷却器の凍結の注意、伝熱の計算を押さえる。
1. 蒸発器の役割
蒸発器は、膨張弁で圧力を下げられた低温の冷媒が、まわりの空気や水・ブラインから熱を吸って蒸発する熱交換器です。ここで「冷やす」仕事をしています。
伝える熱量は凝縮器と同じく Φ＝K×A×Δtm で表されます。被冷却物と冷媒（蒸発温度）の温度差を大きくとると、伝熱面積は小さくてすみますが、蒸発温度が低くなるので成績係数が小さくなります。反対に、伝熱面積を大きくすれば、同じ冷却能力で蒸発温度を高めに保てます。
例：空気が10℃で入って4℃で出る空気冷却器で、蒸発温度が−3℃なら、空気の平均温度7℃との差（算術平均温度差）は10Kです。熱通過率0.025kW/(m2・K)、伝熱面積80m2なら、冷却能力は0.025×80×10＝20kWです。
2. 乾式蒸発器
乾式蒸発器（直接膨張式）は、膨張弁で流量を調整しながら冷媒を送り込み、蒸発器の出口で冷媒が少し過熱された蒸気になるように使う蒸発器です。小形から中形の装置で広く使われます。
・冷媒の充てん量が少なくてすむ
・冷媒の流れにのって油も流れるので、油が圧縮機に戻りやすい
・出口付近は蒸気だけが流れる部分（過熱部）になるので、その部分の伝熱は液がある部分より悪い
冷却管が何本もの経路（パス）に分かれた蒸発器では、ディストリビュータ（分配器）で冷媒を各経路に均等に分けます。ディストリビュータや長い管では冷媒の圧力降下が大きくなるので、外部均圧形の温度自動膨張弁を組み合わせます（第11章）。
3. 満液式と冷媒液強制循環式
満液式蒸発器は、蒸発器の中を冷媒液で満たし、発生した蒸気だけを分離して圧縮機へ送る方式です。
・伝熱面が液でぬれているので熱通過率が大きい
・冷媒の充てん量が多くなる
・油が蒸発器にたまりやすいので、油を戻す工夫が必要
・液面を一定に保つため、フロートなどの液面制御を使う
冷媒液強制循環式は、低圧受液器にためた冷媒液を液ポンプで蒸発器へ送り、蒸発する量より多くの液を流す方式です。伝熱面が液で十分ぬれるので伝熱がよく、大形の冷蔵倉庫などで使われます。冷媒の充てん量は多くなります。
4. 空気冷却器と霜取り
空気を冷やす冷却器（フィンコイル）は、蒸発温度が0℃より低いと、空気中の水分が霜になってフィンに付きます。霜が厚くなると、伝熱が悪くなり、風量も減り、蒸発圧力が下がって冷凍能力が落ちます。そこで定期的に霜取り（デフロスト）をします。
・散水方式 … 冷却器に水をかけて霜を融かす
・ホットガス方式 … 圧縮機の吐出しガスを蒸発器に送り、その熱で霜を融かす
・電気ヒータ方式 … 冷却器に組み込んだヒータで融かす
・オフサイクル方式 … 冷凍機を止め、庫内の空気で融かす。庫内温度が0℃より十分高い場合に使える
霜取りで出た水が排水管の中で凍らないよう、排水管を保温・加熱することがあります。
空気冷却器では、一般に冷媒と空気の流れを互いに反対向き（向流）にします。向流にすると、過熱された蒸気が出る出口付近に最初の（いちばん暖かい）空気が当たるので、伝熱の悪い過熱部の管長を短くでき、伝熱に有利です。
冷蔵庫の庫内などには、冷却コイル（フィンコイル）と送風機、霜取りの水を受けるドレンパンなどを一つのケーシングにまとめたユニットクーラが使われます。
5. 水・ブラインの冷却器と、法令とのつながり
水やブラインを冷やす冷却器では、蒸発温度が下がりすぎると管の中の水が凍って、管が破れるおそれがあります。断水や水量の減少も凍結の原因になります。ブラインは濃度が低すぎる（共晶点より薄い）と凍る温度（凍結点）が高くなるので、濃度の管理が必要です（第6章）。
高圧ガス保安法の冷凍保安規則（冷凍則）は、自然環流式・自然循環式冷凍設備の1日の冷凍能力を、蒸発部又は蒸発器の冷媒ガスに接する側の表面積A（m2）を使ってR＝QAで求めると定めています。Qは冷媒の種類ごとに決められた数で、たとえばアンモニアは0.64です（冷凍則 第5条第3号）。アンモニアでA＝50m2なら、R＝0.64×50＝32トンです。
POINT
6. ここだけは覚える
・乾式：膨張弁で流量調整、出口で過熱。冷媒少ない・油が戻りやすい
・満液式：液で満たす。熱通過率大・冷媒多い・油を戻す工夫が必要
・冷媒液強制循環式：液ポンプで蒸発量より多くの液を送る
・多パスはディストリビュータ＋外部均圧形の温度自動膨張弁
・着霜で伝熱↓・風量↓・蒸発圧力↓。霜取りは散水・ホットガス（吐出しガス）・電気ヒータ・オフサイクル
・水・ブラインの冷却器は凍結による破損に注意
・温度差を大きくとる→伝熱面積は小さくてすむが成績係数↓
・自然循環式などの冷凍能力 R＝QA（冷凍則 第5条第3号）