１．一般的にp-h線図は下のような線図であります。
この図を説明する前に冷媒では無く１kgの水を暖める場合を考えてみると下図のような温度上昇になる。
①時間とともに温度が上昇して行き、ちょうど100℃ に達したとき(点Ｂ)温度上昇が止まり、ここから水が水蒸気に変わっていく。
②沸騰している間(Ｂ～Ｄ)は熱を加えていても温度が100℃ のままで上がっていきません。このときの水や蒸気の状態を 湿り蒸気 といい、水の部分を飽和水(冷媒のときは飽和液)、蒸気の部分を乾き飽和蒸気といいます。
③そして、すべてが水蒸気になると(点Ｄ)、また温度が上昇して行きます。沸騰している間(Ｂ～Ｄ)は熱を加えていても温度が100℃ のままで上がっていきません。
この状態変化は下図のようにも表すことができます。
さて、これを縦軸を圧力P（単位MPa）、横軸を比エンタルピーh（単位kJ/㎏）としたp-h線図に書くと次のようになる。
※比エンタルピーとは１kgあたりのエンタルピー（熱含量とか含熱量）でこれはそのものが持っている熱エネルギーです
そして、点Ｂは湿り度１乾き度０ の飽和水、点Ｄは湿り度０乾き度１の乾き飽和蒸気、ＢＤ 間は湿り蒸気といい、ＢＤ 間を５等分したとき、点ア～エの湿り度と乾き度は次の表の通り。
| 湿り度 | 乾き度 | |
| ア | ０．８ | ０．２ |
| イ | ０．６ | ０．４ |
| ウ | ０．４ | ０．６ |
| エ | ０．２ | ０．８ |
以上、水の場合を考えました。次に冷凍サイクルで使用する冷媒の場合を考えてみます
２．冷凍サイクルの場合
まず冷凍サイクルとはどのような機器を使用して、どのようなサイクルになっているか？
基本的な冷凍サイクルのは次のようになります
また、構成機器を含めた冷凍サイクルは次のようになります
これを、簡略化したp-h線図上に書くと次のようになります。
３．実際に冷凍サイクルをp-h線図上に書くことにします
冷媒はＲ２２
| 蒸発温度 | 凝縮温度 | 膨張弁前 液温度 |
吸入ガス 温度 |
蒸発圧力 | 凝縮圧力 | 過冷却度 | 過熱度 |
| －15℃ | 30℃ | 25℃ | －10℃ | 0.296MPa abs | 1.192MPa abs | 5℃ | 5℃ |
※absはabsoluteの略で絶対真空を圧力ゼロとして絶対圧力を表す。
上の表の状態をp-h線図上に書いていきます。
3.1 凝縮器の線
飽和蒸気線、飽和液線の30℃目盛りを通る水平線①を引く（30℃の凝縮圧力1.192MPa absを通る水平線でも同じ）
3.2 蒸発器の線
飽和蒸気線、飽和液線の－15℃目盛りを通る水平線②を引く（－15℃の蒸発圧力0.296MPa absを 通る水平線でも同じ）
3.3 圧縮機の線
蒸発器の線②と-10℃等温線との交点（点１）は圧縮機吸込ガスの状態を示す。 点１から等エントロピー線と平行に曲線③を引く。等エントロピー線は曲線です。
3.4 膨張弁の線
膨張弁前は25℃の過冷却液だから、飽和液線の25℃（点Ｅ）を通る垂直線④を引く。 線④と線①の交点３は膨張弁前の状態を示す（25℃の飽和圧力1.045MPa absから 点Ｅを求めても同じ）
3.4 図を完成する
点１～４より外の余分な線を消して下図の様に仕上げる。
４．p-h線図上の冷凍サイクルからいろいろな状態変化を見る
①ガスの断熱圧縮（圧縮機）
圧縮機でガスを圧縮すると｢等エントロピー線｣に沿って１→２へ変化する（｢断熱圧縮｣または｢等エントロピー圧縮｣と言う） 。圧縮するに従いガスの圧力と温度は上り､高温高圧の｢過熱蒸気｣になります。
②圧力一定の放熱（凝縮器）
２→Ｂは凝縮器入口近くの状態で、冷媒は｢過熱蒸気｣、つまり高温のガス。 Ｂ→Ｃで冷媒は次々に液化し「湿り蒸気」となる。液と蒸気は混在し、温度は｢凝縮温度｣で一定。 Ｃで全て液となる。Ｃ→３は｢過冷却液｣であり、飽和温度からの温度低下を｢過冷却度｣と言う。
過冷却度＝凝縮温度―膨張弁前冷媒温度
③冷媒液の膨張（膨張弁）
高圧の液を急に減圧すると｢等エンタルピー膨張｣する。 これは膨張弁やキャピラリを流れる冷媒の変化である。 ３→Ｅ（飽和液線上）間は液のままで、温度も一定。 Ｅ→４で冷媒は一部が蒸発して温度が下り、｢湿り蒸気｣となる。（液･ガス混在）
④圧力一定の吸熱（蒸発器）
４→Ａで冷媒液は熱を吸収して次々に蒸気になる。 この間、液と蒸気は混って流れ（液･ガス混在）、温度は「蒸発温度」で一定。 Aで液は全て蒸発して飽和蒸気になる。 その蒸気は温度上昇して、蒸発器出口１では｢過熱蒸気｣となるのが一般的。 飽和温度からの温度上昇を｢過熱度｣と言う。
過熱度＝圧縮機吸込ガス温度―蒸発温度
５．p-h線図例題１
下図の理論冷凍サイクルp-h線図がある。ただし、装置の冷媒循環量は540kg/hである。
(1)冷凍能力は？(冷凍トン)
冷凍能力を計算する公式は \(Φ_{o}\)=\(q_{mr}\)(\(h_{1}\)-\(h_{4}\))
\(Φ_{o}\) ： 冷凍能力(kW)
\(q_{mr}\) ： 冷媒循環量(１秒間当たり)
\(h_{1}\) ： １の比エンタルピー
\(h_{4}\) ： ２の比エンタルピー
これで計算すると \(Φ_{o}\)＝540÷3600×(410.0-256.0)＝23.1(kW)
1日本冷凍トン＝3.86kWだから 23.1÷3.86≒6冷凍トン
(2)凝縮器の放熱量は？
凝縮器の放熱量\(Φ_{k}\)を計算する公式は \(Φ_{k}=Φ_{o}+p\)
一方
\(Φ_{k}=q_{mr}(h_{2}－h_{3})\)
\(p＝q_{mr}(h_{2}－h_{1})\)
また\(Φ_{o}=q_{mr}(h_{1}-h_{4})\)だから \(Φ_{k}＝Φ_{o}＋p＝q_{mr}(h_{2}-h_{4})\) \( h_{3}\)と\(h_{4}\)は同値
計算すると \(Φ_{k}\)＝540÷3600×(441.8 － 256)＝27.87≒27.9(kW)
(3)冷凍サイクルの成績係数は？
成績係数COPを計算する公式は COP ＝\(Φ_{o}/p\)
\(Φ_{o}\)は(1)より23.1kW
\(p\)＝540÷3600×(441.8－410.0)＝4.77kW
計算するとCOP＝23.1/4.77＝4.8427 ≒ 4.84
(4)蒸発器入り口の冷媒の乾き度は？
上の問題p-h線図を次のように書き直し\(h_{5}\)と\(h_{6}\)とします
そうすると乾き度\(x_{4}\)は次の式で求められます
$$x_{4}=\frac{h_{4}-h_{5}}{h_{6}-h_{5}}$$
計算すると
$$x_{4}=\frac{256.0-206.3}{406.3-206.3}$$
乾き度は約0.25となる
