忙しくても安心！10分でサクッと学べる長文読解（テーマ：サイエンス）
以下に「冷蔵庫の仕組み」をテーマにした、英検準1級レベルの長文を作成しました。7〜8分かけてじっくり読む文量で、単語や文法のポイント、内容に関する5問の問題と模範解答、最後に日本語訳を追加しています。
※この長文の単語数は 927語 です。
How Refrigerators Work: Keeping Things Cool
Refrigerators are one of the most essential household appliances, playing a vital role in food preservation by keeping it cold and preventing spoilage. But how exactly does a refrigerator work? The basic principle behind refrigeration is simple: it removes heat from inside the fridge and releases it outside. This cooling process allows food to stay fresh for longer periods. In this article, we’ll dive into the mechanics of how refrigerators work and explore the technology that makes them so efficient.
The Basic Components of a Refrigerator
A refrigerator consists of several key components that work together to keep the interior cool. These components include the compressor, the evaporator coil, the condenser, the expansion valve, and the refrigerant. Each part plays a critical role in the cooling cycle.
Compressor: The compressor is the heart of the refrigeration system. It compresses the refrigerant, raising its pressure and temperature. This is the first step in moving the refrigerant through the system.
Evaporator Coil: Located inside the fridge, the evaporator coil absorbs heat from the air inside the refrigerator. As the refrigerant passes through the coil, it evaporates, turning from a liquid into a gas while absorbing heat in the process.
Condenser: The condenser is located at the back or bottom of the fridge, usually outside the main compartment. It releases the heat absorbed from inside the fridge into the surrounding environment. As the refrigerant cools down in the condenser, it turns back into a liquid.
Expansion Valve: The expansion valve controls the flow of refrigerant into the evaporator coil. It reduces the pressure of the liquid refrigerant, allowing it to evaporate quickly and absorb heat inside the refrigerator.
Refrigerant: The refrigerant is a special chemical that flows through the refrigerator system, absorbing and releasing heat as it changes between liquid and gas states. It is crucial for transferring heat from inside the fridge to the outside environment.
The Cooling Cycle
The process of cooling inside a refrigerator involves a continuous cycle. It starts with the refrigerant in its gaseous state being compressed by the compressor, which raises its temperature and pressure. The hot, high-pressure gas then flows into the condenser coils, where it releases heat to the outside air and cools down, turning into a liquid.
Next, the liquid refrigerant passes through the expansion valve, where its pressure is reduced, causing it to evaporate rapidly as it enters the evaporator coils. As the refrigerant evaporates, it absorbs heat from the air inside the refrigerator, cooling the interior. The now-gaseous refrigerant returns to the compressor, and the cycle repeats. This continuous process keeps the temperature inside the fridge at a cool, stable level.
Energy Efficiency in Refrigerators
Refrigerators can consume a lot of energy, especially if they are older models or not properly maintained. However, modern refrigerators are designed to be much more energy-efficient than those made a few decades ago. One of the key features that improves energy efficiency is the use of inverter compressors, which adjust their speed based on the cooling demand. This means that instead of running at full power all the time, the compressor only works as hard as necessary to maintain the set temperature.
Additionally, modern refrigerators are equipped with better insulation materials and more efficient refrigerants, both of which help reduce the amount of energy needed to keep the fridge cool. Energy-efficient refrigerators are not only better for the environment but also help reduce electricity bills.
Regular maintenance is also important for ensuring that refrigerators run efficiently. Cleaning the condenser coils, checking the door seals, and keeping the fridge at the optimal temperature (usually around 3–5°C for the fridge and -18°C for the freezer) can all help to save energy.
Environmental Concerns and Refrigerants
One of the major environmental concerns related to refrigeration is the type of refrigerant used. In the past, many refrigerators used chlorofluorocarbons (CFCs) as refrigerants. However, CFCs were found to contribute to the depletion of the ozone layer, which led to a global phase-out of these chemicals in the 1980s.
Today, refrigerators use more environmentally friendly refrigerants, such as hydrofluorocarbons (HFCs) or hydrocarbons (HCs), which have less of an impact on the ozone layer and global warming. However, even these newer refrigerants can contribute to climate change if they are released into the atmosphere, so it is essential to properly dispose of old refrigerators.
Smart Refrigerators: The Future of Cooling
The latest development in refrigeration technology is the rise of smart refrigerators. These high-tech appliances are equipped with sensors, cameras, and internet connectivity, allowing users to monitor and control the fridge remotely through smartphone apps. Some smart refrigerators even have screens on the door that let you check the contents without opening it, helping to reduce energy loss.
In addition to convenience, smart refrigerators can help improve energy efficiency by alerting users when the door is left open or when maintenance is needed. They can also keep track of expiration dates and suggest recipes based on the ingredients inside.
As technology continues to advance, refrigerators will likely become even more energy-efficient, environmentally friendly, and user-friendly, making them an even more essential part of our daily lives.
Vocabulary and Grammar Points:
Compressor (圧縮機) – The part of the refrigerator that compresses the refrigerant gas.
Example: "The compressor is crucial for starting the refrigeration cycle."
Refrigerant (冷媒) – A chemical that absorbs and releases heat to cool the inside of the refrigerator.
Example: "The refrigerant circulates through the system, changing from a gas to a liquid."
Expansion valve (膨張弁) – The component that reduces the pressure of the refrigerant before it enters the evaporator.
Example: "The expansion valve allows the refrigerant to evaporate and cool the air inside the fridge."
Energy efficiency (エネルギー効率) – The ability to use less energy to perform the same task.
Example: "Newer refrigerators are designed with energy efficiency in mind."
Insulation (断熱材) – Material used to prevent heat from entering or leaving the fridge.
Example: "Good insulation helps maintain a stable temperature inside the refrigerator."
Questions (問題):
What are the main components of a refrigerator, and what does the compressor do?
How does the refrigerant help cool the inside of the refrigerator?
What role does the expansion valve play in the cooling cycle?
How have modern refrigerators improved in terms of energy efficiency?
Why are older refrigerants like CFCs no longer used, and what are the alternatives?
Sample Answers (模範解答):
The main components of a refrigerator are the compressor, evaporator coil, condenser, expansion valve, and refrigerant. The compressor compresses the refrigerant, raising its pressure and temperature.
The refrigerant absorbs heat from inside the refrigerator and releases it outside, helping to cool the interior.
The expansion valve reduces the pressure of the refrigerant, allowing it to evaporate and absorb heat inside the fridge.
Modern refrigerators have become more energy-efficient due to the use of inverter compressors, better insulation, and more efficient refrigerants.
Older refrigerants like CFCs were phased out because they harmed the ozone layer. Alternatives like HFCs and HCs are now used, as they are less harmful to the environment.
Japanese Translation (日本語訳):
冷蔵庫の仕組み: 物を冷たく保つ方法
冷蔵庫は、食品を冷やして腐敗を防ぐために、最も重要な家庭用電化製品の一つです。しかし、冷蔵庫はどのように機能しているのでしょうか？冷蔵の基本原理はシンプルです。冷蔵庫の内部から熱を取り除き、外部に放出することで冷却を行います。この冷却プロセスによって、食品を長期間新鮮に保つことができます。この記事では、冷蔵庫がどのように機能するのか、その仕組みについて詳しく解説し、冷蔵庫を効率的に動かす技術についても探ります。
冷蔵庫の基本構造
冷蔵庫は、内部を冷やすためにいくつかの主要な部品が連携して動作します。これらの部品には、コンプレッサー、蒸発器コイル、コンデンサー、膨張弁、冷媒が含まれます。それぞれが冷却サイクルにおいて重要な役割を果たしています。
コンプレッサー: コンプレッサーは冷却システムの心臓部です。冷媒を圧縮し、圧力と温度を上昇させます。これは冷媒をシステム全体に循環させるための最初のステップです。
蒸発器コイル: 冷蔵庫内部に位置する蒸発器コイルは、冷蔵庫内の空気から熱を吸収します。冷媒がコイルを通過すると液体から気体に変化し、その過程で熱を吸収します。
コンデンサー: コンデンサーは通常、冷蔵庫の背面や底部にあり、冷蔵庫内から吸収した熱を外部に放出します。冷媒がコンデンサーで冷却されると、再び液体に戻ります。
膨張弁: 膨張弁は、冷媒を蒸発器コイルに送り込む際の流れを制御します。冷媒の圧力を低下させ、冷蔵庫内部で素早く蒸発して熱を吸収できるようにします。
冷媒: 冷媒は、液体と気体の間を行き来しながら熱を吸収し、放出する特殊な化学物質です。冷蔵庫内の熱を外部に移動させるために欠かせません。
冷却サイクル
冷蔵庫内の冷却プロセスは、連続的なサイクルで行われます。まず、冷媒が気体の状態でコンプレッサーに送られ、圧縮されると温度と圧力が上昇します。この高温・高圧のガスは次にコンデンサーコイルに流れ込み、外部の空気に熱を放出して冷却され、液体に変わります。
次に、液体冷媒が膨張弁を通過すると、その圧力が低下し、蒸発器コイルに入ると急速に蒸発します。冷媒が蒸発する際、冷蔵庫内部の空気から熱を吸収し、内部を冷やします。気体になった冷媒は再びコンプレッサーに戻り、このサイクルが繰り返されます。この連続的なプロセスにより、冷蔵庫内部の温度が一定に保たれます。
冷蔵庫の省エネルギー性能
冷蔵庫は多くのエネルギーを消費しますが、特に古いモデルやメンテナンスが不十分なものではその傾向が顕著です。しかし、現代の冷蔵庫は、数十年前のモデルと比べてはるかに省エネ設計されています。省エネ性能を向上させるための重要な機能の一つが、インバータコンプレッサーの採用です。このコンプレッサーは、冷却の必要性に応じて速度を調整します。つまり、常に全力で稼働するのではなく、設定温度を維持するために必要な分だけ動作します。
さらに、現代の冷蔵庫は、より効率的な断熱材や冷媒を使用しており、冷蔵庫を冷やすために必要なエネルギーを削減しています。省エネルギー冷蔵庫は、環境に優しいだけでなく、電気代の節約にもつながります。
また、定期的なメンテナンスも冷蔵庫を効率的に動作させるためには重要です。コンデンサーコイルの掃除、ドアシールの確認、冷蔵庫を最適な温度（通常、冷蔵室は3～5°C、冷凍室は-18°C前後）に保つことが、省エネに役立ちます。
環境問題と冷媒
冷蔵技術に関する大きな環境問題の一つは、冷媒の種類です。かつて、多くの冷蔵庫では冷媒としてクロロフルオロカーボン（CFC）が使用されていました。しかし、CFCはオゾン層の破壊に寄与することが判明し、1980年代にはこれらの化学物質の世界的な使用廃止が進められました。
今日では、ハイドロフルオロカーボン（HFC）や炭化水素（HC）といった、環境に優しい冷媒が使用されています。これらはオゾン層や地球温暖化への影響が少ないとされています。しかし、これらの新しい冷媒であっても、大気中に放出されると気候変動に寄与する可能性があるため、古い冷蔵庫の適切な廃棄が重要です。
スマート冷蔵庫: 冷却技術の未来
最新の冷蔵技術の発展として、スマート冷蔵庫の登場が挙げられます。これらのハイテク家電には、センサーやカメラ、インターネット接続が搭載されており、スマートフォンのアプリを使ってリモートで冷蔵庫を監視・制御することが可能です。ドアを開けずに内容物を確認できるスクリーンをドアに備えたモデルもあり、エネルギーのロスを減らすのに役立ちます。
利便性だけでなく、スマート冷蔵庫はドアが開けっぱなしになっている時や、メンテナンスが必要な時にユーザーに通知するなど、エネルギー効率の向上にも役立ちます。また、食材の賞味期限を追跡し、冷蔵庫にある材料に基づいてレシピを提案することもできます。
技術がさらに進化するにつれて、冷蔵庫はますます省エネルギーで環境に優しく、使いやすくなり、私たちの生活に欠かせない存在として進化し続けるでしょう。