電気冷蔵庫の動作原理

質問

１、電気冷蔵庫の動作原理を熱力学的に教えて下さい。
２、カルノーの冷凍機Fの動作係数はどの様に求めるのですか？

どちらの質問でも結構ですから、わかる方は教えて下さい。

回答No.1

siegmund · ベストアンサー

電気冷蔵庫に限らず，ヒートポンプ(熱を低温部から高温部へ汲み上げる装置)
の基本的概念は下図です．

　　　　　　S_H　Q_H　　

　　　　　　∧　　∧　　　高温部(T_H)
　　　　　　┃　　┃
　　　┌────────┐
　　　│　　┃　　┃　　│
　　　│　　┃　　┃　　│
　　　│　　┃　　┃　　│
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　　　│　　┃　　┃━━│＜━ エネルギー Ｗ
　　　│　　┃　　┃　　│
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　　　│　　┃　　┃　　│
　　　│　　┃　　┃　　│
　　　└────────┘
　　　　　　∧　　∧
　　　　　　┃　　┃　　　低温部(T_L)

　　　　　　S_Ｌ　Q_L　　

T_H (T_L) は高温部(低温部)の絶対温度．
Q は熱量，S はエントロピーです．
H と L は High temperature，Low temperature の意味．
熱は勝手に低温部から高温部へ流れることはありませんから，
外からエネルギーＷを投入して無理矢理熱を流すことになります．

エネルギーの収支を見れば
(1)　　Q_H = Q_L + W
エントロピーからは，理想的な逆カルノーサイクルの場合
(2)　　S_H = S_L
ですが，
(3)　　S_H = Q_H/T_H，　　　S_L = Q_L/T_L
と組み合わせせて，(1)(2)(3)から
(4)　　Q_H : Q_L : W = T_H : T_L : (T_H-T_L)
が得られます．

冷蔵庫の話なら，T_L のところが冷蔵庫内部，T_H のところが室内です．
この場合は，冷蔵庫から汲み出せる熱量 Q_L が大事ですから
Q_L/W を動作係数というのが普通ですが，これは(4)から直ちに求められますね．
単位エネルギーを投入して，どれくらい冷蔵庫内から外へ熱を汲み出せるか，
ということです．
冷房も同じですね．
冷房なら T_L のところが室内，T_H のところが室外です．

ヒートポンプ暖房なら，
T_L のところが室外，T_H のところが室内です．
この場合は，室内に放出される熱量が大事ですから，
Q_H/W を動作係数というのが普通です．

なお，エネルギーも熱量もどちらも推奨単位はジュールです．
熱量に関しては昔の単位のカロリーが使われることもありますが，
数値を使って計算するときには単位を統一することをお忘れなく．

お礼

詳しい説明、本当にありがとうございました。