1種冷凍学識計算11月試験攻略-問2:平成28年度

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液ガス熱交換器を攻略してください。

 液ガス熱交換器も、熱の出入りの熱収支がポイントです。特に問題ないが、使用目的の記述があるので戸惑う(ヤバイ)かも。

第一種冷凍 平成28年度 問2 液ガス熱交換器

問2 下図に示す液ガス熱交換器付きのR410A冷凍装置が次の条件で運転されている。次の(1)~(3)の問に、解答用紙の所定欄に計算式を示して答えよ。また(4)の問に答えよ。
 ただし、圧縮機の機械的摩擦損失仕事は吐出しガスに熱として加わるものとする。また、配管での熱の出入りおよび圧力損失はないものとする。 (20点)

液ガス熱交換器概略図

平成28年度問2液ガス熱交換器(条件)

(1) 冷凍能力Φo(kW)を求めよ。

(2) 液ガス熱交換器での熱交換熱量Φh(kW)を求めよ。

(3) この冷凍装置の実際の成績係数(COP)Rを求めよ。

(4) 液ガス熱交換器の使用目的を二つ記せ。

(1) 冷凍能力Φo(kW)を求めよ。

 (1)の冷凍能力を求める問題は、液ガス熱交換器の熱収支がカギです。

液ガス熱交換器p-h線図


 冷凍能力を求める式は、サクッと浮かびます。

  Φo = qmr(h6 - h5) …(1)

 この(1)式で、数値がわからないものは冷媒循環量qmrと、蒸発器出口の比エンタルピーh6です。

 qmrは、凝縮負荷Φkが180kWと指定されているので、下記の(2)式から簡単に求められます。

 Φk = qmr (h2´- h3) …(2)

 、ここで、ひっかからないように、h2´で計算しますよ、注意してください。

 h2の実際の比エンタルピーh2´と、(2)式からqmrを、一気に求めましょう。

h2´数値代入して計算式 qmr数値代入して計算式

 次はh6を求めます。さて、ここからがこの問題のポイントです!液ガス熱交換器の熱収支を考えます。

 流入するもの左辺に、流出するもの右辺に、まとめてみましょう。(下図をよく見てください、概略図を切り取ってあります。)

液ガス熱交換器p-h線図一部 液ガス熱交換器概略図一部

h3 + h6h4 + h1 …(3)

 この式は、

h3 - h4 = h1 - h6 …(4)

 と、なります。

 (4)式は、p-h線図を見てください。凝縮器の液側と圧縮機出口のガス側の交換熱量が等しいという式になります。 ま、このことを知っていて(4)式を丸暗記でもいいんですけどね。

 では、(3)式を使ってh6を求めます。

 ここに、h4 = h5

h6数値代入して計算式

 これで、冷凍能力Φoを(1)式を使って求めることができます。

Φo数値代入して計算式

  答え Φo = 117 (kW)

 めでたし、めでたし。

(2) 液ガス熱交換器での熱交換熱量Φh(kW)を求めよ。

 概略図とp-h線図を見て、サクッと解きましょう。

 液ガス熱交換器の交換熱量をΦhとすると、

Φh数値代入して計算式

 もう一方(の式)で計算してみると、

Φhも一方で数値代入して計算式

 交換をしているのですから、両方ともとうぜん同じ熱量になるのです。

  答え Φh = 19.7 (kW)

(3) この冷凍装置の実際の成績係数(COP)Rを求めよ。

 サクッと解きましょう。

 h6とh2´を全問で計算しているので、せっかくだから使いましょう。(h2で計算する場合は、ηc・ηmをお忘れなきよう。)

COP計算式

 もう一つ(の、Φo。)

もう一つのCOP計算式(Φo=Φk-P)

  答え (COP)R = 1.84


液ガス熱交換器p-h線図


 (5)式、(6)式の計算結果は同じになります。当然といえば当然なのだろうけど。線図を、もう一度置いておきます。

(4) 液ガス熱交換器の使用目的を二つ記せ。

 これは「保安管理技術」のような問題だけども…。テキスト『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<9次(8次):P20左 1)~2)>

  1. 蒸発器を出る冷媒蒸気を適度に過熱させた湿り蒸気を吸込み、圧縮機が湿り圧縮または液圧縮を防ぐ。
     (「過熱」を「加熱」と書かないこと。減点されると思う。)
  2. 凝縮器出口からの高圧液の過冷却度を大きくして、液管でのフラッシュガスの発生を防ぐ。

 「適度に過熱させ」「湿り圧縮」「液圧縮」「高圧液」「過冷却度を大きく」「フラッシュガス」、この辺りの語句が入っていれば点をくれるかと思う。

訂正箇所履歴

【2017(H29)/02/23 新設】

  • 全般的に解説文や図の位置など見直し。(2017(H29)/04/30)
  • 「蒸発器入口(膨張弁出口)の比エンタルピーh6です。」 → 「蒸発器出口の比エンタルピーh6です。」(2020(R02)/12/09)
  • 『上級 冷凍受験テキスト』9次改訂版に対応。(2023(R05)/06/01)

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