凝縮負荷,ヒートポンプ出力 P81~P82

 テキスト<8次:P81 (7.1 凝縮負荷、ヒートポンプ熱出力)>からの問題です。

 内容に沿って、順番に分類しました。過去問にないものは、予想問題 by echo を作成しました。


凝縮とは

 顕熱と潜熱がたくさん出てくるので(テキスト<8次:P81 左上冒頭>)復習しましょ。

  • 顕熱 : 物体の状態変化がなく温度のみが変化する
  • 潜熱 : 物体の状態が変化する場合に必要な熱量

・圧縮機から吐き出された高温・高圧の冷媒ガスを冷却し、気化させる熱交換器が凝縮器である。 by echo 答え

【×】 笑)簡単過ぎ。

圧縮機から吐き出された高温・高圧の冷媒ガスを冷却し、液化させる熱交換器が凝縮器である。

・凝縮器内では、圧縮機を出た過熱状態の冷媒ガスが飽和蒸気になるまで潜熱を放出して冷却される。 by echo 答え

【×】 潜熱 とは「物体の状態が変化する場合に必要な熱量」でした、「冷媒ガス」→「飽和蒸気」物体の状態変化はありません!なので、「顕熱 : 物体の状態変化がなく温度のみが変化する」です。

凝縮器内では、圧縮機を出た過熱状態の冷媒ガスが飽和蒸気になるまで顕熱を放出して冷却される。

・凝縮器内では、圧縮機を出た過熱状態の冷媒ガスが飽和蒸気になるまで顕熱を放出して冷却される。次いでこの飽和蒸気が潜熱を放出して飽和液となる。 by echo 答え

【◯】 今度は【◯】:) 「飽和蒸気」→「飽和液」 「潜熱 : 物体の状態が変化する場合に必要な熱量」ですね!

・凝縮器内では、圧縮機を出た過熱状態の冷媒ガスが飽和蒸気になるまで顕熱を放出して冷却される。次いでこの飽和蒸気が潜熱を放出して飽和液となる。さらに、この飽和液が顕熱を放出して過冷却される。 by echo 答え

【◯】 今度も【◯】:D
  顕熱(飽和蒸気) → 潜熱(飽和液) → 顕熱(過冷却液) ですね!!!

顕熱 : 物体の状態変化がなく温度のみが変化する
潜熱 : 物体の状態が変化する場合に必要な熱量


凝縮負荷

 Φk、Φo、P、の関係を把握しましょ。テキスト<8次:P81 9行目~>

・凝縮器の、冷却過程で冷媒から放出される単位時間あたりの熱量を凝縮負荷という。 by echo 答え

【◯】 まったくその通りです。 凝縮負荷は、Φk(kW)で表します。他に、冷凍能力Φo(kW)、圧縮機軸動力P(kW)←(開放圧縮機)。

・開放圧縮機において、圧縮途中で放熱や熱の侵入がない場合の凝縮負荷Φkは、冷凍能力Φoに圧縮機軸動力Pを加えたものである。 by echo 答え

【◯】  Φk = Φo + P この式は必須です!テキスト<8次:P81左 (7.1)式>


密閉式圧縮機の凝縮負荷

 テキスト<8次:P81左 18行目~>

・電動機が圧縮機容器内に収められた密閉圧縮機では、電動機巻線が冷媒蒸気によって冷却されるので、電動機への入力(消費電力)のすべてが熱として冷媒に加えられると考えられる。 by echo 答え

【◯】 「Φk = Φo + P」 このP(kW)が電動機への入力(消費電力)であって、
  P = (圧縮機の軸動力) + (電動機での発熱量) です。


スクリュー圧縮機の凝縮負荷

 テキスト<8次:P81左下 25行目~>

・スクリュー圧縮機の凝縮負荷は、蒸発器で取り入れた冷凍負荷の熱量に、圧縮機の入力に相当する熱量を加え、潤滑油の噴霧によって冷媒ガスから除去した放熱量を減じたものである。 H20ga/05 答え

【◯】 これは、よっぽどテキストを熟読しておかないと...。まぁ、あせらずジックリ考えてみればわかるかもしれないけれど。
 上級冷凍受験テキスト<8次:P81左下>を勉強しよう。
  Φk = Φo + P - Φm だね。
 Φo:冷凍負荷 P:軸動力(圧縮機の入力) Φm:油冷却器における放熱量 (でも、しかし、これは一冷レベルで覚えておくような知識だと思うんだけどなぁ。)

・凝縮負荷は凝縮器において冷媒から放出される熱量であり、冷凍負荷と圧縮機の入力に相当する熱量との和となる。圧縮室に油噴射を行うスクリュー圧縮機の場合には、この値から油冷却器における放熱量を引いたものが凝縮負荷となる。 H25ga/05 答え

【◯】 ぅむ。H20年度と同様の問題。
 テキスト<8次:P81左下 (式 7.2) Φk = Φo + P - Φm を、理解していれば良いだろう。(スクリュー圧縮機関連の出題は増えていくかも…)


・凝縮負荷は、凝縮器において冷媒から放出される単位時間当たりの熱量であり、冷凍負荷と圧縮機駆動の軸動力との和となる。圧縮機内に冷凍機油の噴射を行うスクリュー圧縮機の場合には、この値から油冷却器における放熱量を引いたものが凝縮負荷となる。 R02ga/05 答え

【◯】H25年と違うところに下線を引いた。問題文を細かく見直しした感じ、分かりやすくなったと思う。

  Φk = Φo + P - Φm
 Φo:冷凍負荷 P:軸動力(圧縮機の入力) Φm:油冷却器における放熱量 ((2冷では必須になってしまいましたね)


ヒートポンプサイクルの凝縮負荷

 テキスト<8次:P81右 1行目~>

・冷房や冷凍・冷蔵装置のヒートポンプ装置の加熱能力とは、凝縮器の冷却媒体である水や空気によって捨てられる熱を利用し、暖房や温水加熱に使用するための水や空気を加熱するための出力のことである。 by echo 答え

【◯】 冷凍サイクルを利用した素晴らしいノーベル賞的な技術ですね。


凝縮負荷と冷凍負荷の比 Φko

 テキスト<8次:P81右 7行目~>

・凝縮負荷Φkと蒸発負荷Φoの比Φk/Φoの値は、凝縮温度を高く、また蒸発温度を低く設定するほど大きくなり、冷凍・冷蔵の運転条件の場合には1.00~1.15程度の値である。 H14ga/05 答え

【×】 冷凍装置の効率の良い運転は、できるだけ凝縮温度は低く、蒸発温度は高くすればよい。冷凍・冷蔵の場合は1.3~1.5、通常の空調の場合は1.15~1.3らしい・・・。圧縮機があるから、1.0ということはないよね。
 テキスト<8次:P81右 11行目~>

・凝縮負荷と冷凍負荷の比(Φk/Φo)の値は、凝縮温度が同じ場合、蒸発温度が低くなるほど大きくなる。 H15ga/05 答え

【◯】  蒸発温度が低くなると、冷凍負荷Φoは小さくなるから。
 なぜかって?...蒸発温度が低くなるほど蒸気の比体積vが大きくなる(薄い蒸気になる)ため、
Φo=V・ηv/vの式
 テキスト的には、<8次:P81右真中辺り>を読めば十分。

・凝縮負荷と冷凍負荷の比(=凝縮負荷/冷凍負荷)の値は、同じ蒸発温度の場合には凝縮温度が高くなるほど小さくなる。 H29ga/05 答え

【×】 H15年度の問題と文章の違いをお楽しみください。(蒸発温度と凝縮温度、高い低い大きい小さいが入れ替わっている。でも冷静に考えれば大丈夫かと…。)

  凝縮負荷と冷凍負荷の比(=凝縮負荷/冷凍負荷)の値は、同じ蒸発温度の場合には凝縮温度が高くなるほど大きくなる。


三形式の凝縮負荷

 テキスト<8次:P81右 15行目~>

・凝縮器の冷却には水または空気が利用されるが、その利用形態により空冷式、水冷式及び蒸発式の三形式に分類される。 by echo 答え

【◯】 こんなサービス問題は出ない確率95パーセントです。:]


空冷凝縮器

 テキスト<8次:P81右 19行目~P82左>

・空冷凝縮器は、大気の顕熱を利用して冷媒蒸気を冷却・液化している。このため夏は大気温度の影響を受けて、凝縮温度が高くなる。 H16ga/05 答え

【◯】 顕熱:物体の状態変化なしに温度のみを変化させる熱
 (潜熱:物体の状態が変化する場合に必要な熱量)
 テキスト<8次:P81>の右下図7.1の上6行目~、ズバリ。

・空冷凝縮器は大気の顕熱を利用して冷媒蒸気を冷却、液化しているため、夏は大気の影響を受けて凝縮温度が高くなり、圧縮機の軸動力が大きくなりやすい。 H28ga/05 答え

【◯】 ぅむ。「H16ga/05」と同等の問題。テキストは<8次:P81>の右下図7.1の上6行目~、ズバリ。

・空冷凝縮器は、空気の熱伝達率が大きいので、熱交換器は大きくなる。しかし、水をいっさい使わないので、他の方式に比べて構造が簡単で、据付も容易であり、欠点を十分に補う長所があるので中・小形のフルオロカーボン冷凍装置に広く使われている。 by echo 答え

【×】 これは、長文のサービス問題過ぎますかね。 :D

空冷凝縮器は、空気の熱伝達率が小さいので、熱交換器は大きくなる。しかし、水をいっさい使わないので、他の方式に比べて構造が簡単で、据付も容易であり、欠点を十分に補う長所があるので中・小形のフルオロカーボン冷凍装置に広く使われている。


水冷式凝縮器

 テキスト<8次:P82左 7行目~>

・水冷凝縮器は冷却水の蒸発潜熱を利用して冷媒蒸気を凝縮する。 H24ga/05 答え

【×】 冷却水の「顕熱」を利用している。テキスト<8次:P82左8行目>
 顕熱 : 物体(冷却水)の状態変化がなく温度のみが変化する。

 蒸発式凝縮器は蒸発潜熱を利用している。テキスト<8次:P82左下方> ← 蒸発式と 、混同しないように。

・水冷凝縮器は、一般に冷却塔と組み合わせて使用している。冷却塔で消費する冷却水の補給水が必要となる。そこで、冷却水の水質管理、腐食防止、水垢の除去などの保守作業が必要である。 by echo 答え

【◯】 この冷却水の管理や、冷却塔の保守管理維持作業がとても大変なんです。この保守作業が、このあと出題されますよ。


蒸発式凝縮器

 テキスト<8次:P82左 14行目~右>

・蒸発式凝縮器は、水冷凝縮器と同様に冷却水の顕熱によって冷却作用が行われている。 by echo 答え

【×】 冷却管表面に散布した冷却水の蒸発潜熱によって冷却作用が行われている。散布冷却水が蒸発しているイメージ。

  潜熱 : 物体の状態が変化する場合に必要な熱量

・蒸発式凝縮器は空冷凝縮器と比較して、凝縮温度を高く保つことができる凝縮器であり、主としてアンモニア冷凍装置に使われている。 by echo 答え

【×】 この問題は、3冷のH26年度に出題されたものです。

蒸発式凝縮器は空冷凝縮器と比較して、凝縮温度を低く保つことができる凝縮器であり、主としてアンモニア冷凍装置に使われている。


表7.1 凝縮器の種類と特徴

 テキスト<8次:P82上 表7.1>からの出題です。本来であれば「保安」で出題されるような問題であるが、学識の問5(凝縮器)でもこの表から出題される。(参考:テキスト<8次:P200右下 (1)各種凝縮器の伝熱面積>)

・凝縮器における冷却管の熱通過率の値は、一般に、水冷凝縮器の場合が最も大きく、次いで蒸発式凝縮器、空冷凝縮器の順に小さい。 H19ga/05

・縮器における熱通過率の値は、一般に、水冷凝縮器の場合が最も大きく、水冷凝縮器>蒸発式凝縮器>空冷凝縮器の順に小さくなり、空冷凝縮器の場合が最も小さくなる。 H30ga/05 答え

【両方 ◯】これは、覚えるかイメージで連想する。
 テキストで確信を得る場合は、<8次:P82 (表7.1 凝縮器の種類と特徴)>で読み取り比べるしかないだろう。保安編では<8次:P204 (表15.1凝縮器の種類、特徴、(略) )>を参照しよう。表15.1をコピーして目立つところに貼っておくとか、持ち歩くとか、損はないと思う。

 不等号による出題は、近年、時々使われるので戸惑わないように慣れましょう。

・凝縮器における冷却トンあたりの伝熱面積は、一般に、空冷凝縮器の場合が最も大きく、空冷凝縮器>水冷凝縮器>蒸発式凝縮器の順に小さくなり、蒸発式凝縮器の場合が最も小さくなる。 R03ga/05 答え

【×】 この問題は「熱通過率」ではなくて「伝熱面積」の比較です。注意してください。テキスト<8次:P82上 表7.1>の「伝熱面積(m2/Rt)」

凝縮器における冷却トンあたりの伝熱面積は、一般に、空冷凝縮器の場合が最も大きく、空冷凝縮器>蒸発式凝縮器>水冷凝縮器の順に小さくなり、水冷式凝縮器の場合が最も小さくなる。

 確かに、該当欄の数値を見ると「蒸発式凝縮器」が真ん中なんだよね。テキスト<8次:P200右下>を引用すると、 水冷式が0.6~1.2 m2、蒸発式が2.0~2.4 m2、空冷式が15 m2 と、記されている。

 19/12/31 20/11/26 22/04/03

修正・訂正箇所履歴

【2019(R1)/12/31 新設】(← 履歴をここに作った日

  • 画像、 by echo 予想問題追加、分類など、全体を見直し。(2022(R04)/04/03)

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【参考文献・リンク】

  • 初級 受検テキスト(SIによる初級受検テキスト):日本冷凍空調学会
  • 上級 受検テキスト(SIによる上級受検テキスト):日本冷凍空調学会
  • 冷凍機械責任者(1・2・3冷)試験問題と解答例(13):日本冷凍空調学会
  • 第3種冷凍機械責任者試験模範解答集 :電気書院
  • 第1・2種冷凍機械責任者試験模範解答集 :電気書院

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