第2章 熱の基礎
温度と圧力（ゲージ圧と絶対圧）、顕熱と潜熱、比エンタルピー、飽和・過熱・過冷却、熱の伝わり方と熱通過の計算。
1. 温度と熱量
・温度 … ふだんは℃（セルシウス温度）を使い、計算ではK（ケルビン、絶対温度）も使います。K＝℃＋273.15です。0Kは考えられる最も低い温度で、0℃とは別の温度です。温度の「差」は、℃でもKでも同じ数になります
・熱量 … 単位はJ（ジュール）。冷凍ではkJ（キロジュール）をよく使います
・熱の流れの速さ … 1秒あたりの熱量で、単位はkW。1kW＝1kJ/s。1時間に3,600kJ移るなら、3,600÷3,600＝1kWです
・比熱 … 物質1kgの温度を1K上げる（下げる）のに必要な熱量。単位はkJ/(kg·K)
温度を変えるための熱量は、
熱量 ＝ 質量 × 比熱 × 温度差
です。たとえば比熱4.2kJ/(kg·K)の水10kgを5K冷やすには、4.2×10×5＝210kJの熱を取り去ります。比熱が大きい物質ほど、同じだけ冷やすのに多くの熱を取り去る必要があります。
2. 圧力（ゲージ圧力と絶対圧力）
圧力は面を押す力の強さで、単位はPa（パスカル）です。冷凍ではMPa（メガパスカル）やkPaを使います。1MPa＝1,000kPaです。
・絶対圧力 … 完全な真空を0とした圧力
・ゲージ圧力 … 大気圧を0とした圧力。圧力計がふつう示すのはこちら。真空に近い状態はマイナスの値になる
絶対圧力 ＝ ゲージ圧力 ＋ 大気圧。大気圧を0.1MPaとすれば、ゲージ圧力1.2MPaは絶対圧力1.3MPaです。
法令（高圧ガス保安法、以下「法」）の「圧力」はゲージ圧力です（法 第2条第1号）。いっぽう、第3章のp-h線図や「圧力比」の計算は絶対圧力で行います。ここを取り違えるのが計算問題のよくある落とし穴です。
3. 顕熱と潜熱
・顕熱 … 温度を変えるのに使われる熱
・潜熱 … 温度を変えずに状態（液⇔気体など）を変えるのに使われる熱。液が蒸発するときにまわりからうばう熱を蒸発潜熱（蒸発熱）、蒸気が凝縮するときに出す熱を凝縮潜熱という
冷凍装置の蒸発器では、冷媒は蒸発しながら熱をうばうので、冷凍作用の主役は潜熱です。
また、液が沸騰する温度（飽和温度）は圧力で決まり、圧力が高いほど飽和温度は高くなります。反対に、まわりの圧力を下げると、より低い温度で沸騰します。圧力を上げていくと蒸発潜熱は小さくなり、ある点（臨界点）で0になって、液と蒸気の区別がなくなります。臨界温度より高い温度では、いくら圧力を加えても蒸気は液化しません。
4. 飽和・過熱・過冷却と比エンタルピー
圧力一定で液を加熱していくと、次のように状態が変わります。
・過冷却液 … その圧力の飽和温度より低い温度の液。飽和温度との差を過冷却度という
・飽和液 … 飽和温度に達した液
・湿り蒸気 … 液と蒸気がまじった状態。蒸気の質量の割合を乾き度という（飽和液は0、乾き飽和蒸気は1）
・乾き飽和蒸気 … 液をまったく含まない飽和蒸気
・過熱蒸気 … その圧力の飽和温度より温度が高い蒸気。飽和温度との差を過熱度という
比エンタルピーは、物質1kgがもっているエネルギー（熱）の量を表すもので、単位はkJ/kgです。冷凍の計算では、比エンタルピーの「差」を使います。
・蒸発器を通ると、冷媒は熱をもらうので比エンタルピーは大きくなる
・凝縮器を通ると、熱を出すので比エンタルピーは小さくなる
比エンタルピーの差(kJ/kg)に冷媒の質量流量(kg/s)を掛けると、kJ/s＝kWになります。これが第4章の計算の基本です。
5. 熱の伝わり方
熱の伝わり方には3つあります。
・熱伝導 … 固体の中を、温度の高い部分から低い部分へ熱が伝わる。伝わりやすさを熱伝導率といい、一般に金属は大きく、空気や霜は小さい
・熱伝達（対流熱伝達）… 流れている流体と固体の壁との間で熱が移る
・熱放射（ふく射）… 電磁波で熱が伝わる。間に物質がなくても伝わる（太陽の熱が宇宙を通って届くのと同じ）
凝縮器や蒸発器では、冷媒→管の壁→水や空気、と熱が伝わります。この全体の伝わりやすさを熱通過率Kといい、次の式で熱量を求めます。
熱量Φ(kW) ＝ 熱通過率K(kW/(m²·K)) × 伝熱面積A(m²) × 温度差Δt(K)
例：K＝0.5、A＝20、Δt＝6 のとき、Φ＝0.5×20×6＝60kW。
伝熱面に霜・水あか・油膜がつくと、熱が伝わりにくい層ができるので、熱通過率は小さくなり、能力が落ちます。
熱伝導抵抗
平らな板の中を熱が伝導で通るとき、その伝わりにくさを熱伝導抵抗といいます。面積1m²あたりでは
熱伝導抵抗 ＝ 板の厚さ(m) ÷ 熱伝導率(W/(m·K))
で表し、単位はm²·K/Wです。板が厚いほど、また熱伝導率が小さいほど、熱伝導抵抗は大きくなり、熱は伝わりにくくなります。何枚かの層が重なっているときは、それぞれの層の抵抗を足し合わせたものが全体の抵抗になります。
例（仮の数字）：厚さ2mm（＝0.002m）、熱伝導率0.5W/(m·K)の層なら、熱伝導抵抗＝0.002÷0.5＝0.004m²·K/W。厚さはmに直してから計算します。
熱伝導率は、一般に鉄鋼などの金属が大きく、水あか・油膜・霜は金属よりずっと小さく、木材は断熱に使われるほど小さく、空気はとても小さい物質です。伝熱面に水あかや油膜がうすくついただけでも、熱伝導抵抗が増えて熱通過率が下がるのはこのためです。
POINT
6. ここだけは覚える
・K＝℃＋273.15。温度差は℃でもKでも同じ数
・1kW＝1kJ/s、1MPa＝1,000kPa
・絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧。法令はゲージ圧力、p-h線図と圧力比は絶対圧力
・熱量＝質量×比熱×温度差
・顕熱＝温度を変える熱、潜熱＝状態を変える熱。冷凍の主役は潜熱
・圧力↑ → 飽和温度↑・蒸発潜熱↓。臨界温度より上では液化しない
・過熱度＝蒸気の温度−飽和温度、過冷却度＝飽和温度−液の温度
・熱量＝熱通過率×面積×温度差。霜・油膜・水あかで熱通過率は下がる