凝縮器の合理的熱通過率の確保 P202右~P205左

 『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:15章(P193~215)>の「15.2 高圧部の保守管理(P200~210)」を、目次にそって過去問題を分類してあります。

 ここでは、P200右~PP201右までの「凝縮器の合理的熱通過率の確保 P202右~P205左」についての問題です。

 凝縮器の熱通過率の問いです。水質、水あか、油膜、の影響(凝縮温度、圧力)を把握しましょう。ローフィンチューブや冷却水量についても出題されます。

 水冷横型シェルアンドチューブ凝縮器、蒸発式凝縮器、空冷凝縮器の比較を勉強しておきましょう。テキスト<8次:P204 (表15.1 凝縮器の種類、特徴、<略>)>この表は重要です。

(1)凝縮器の熱通過率

・水冷凝縮器の熱通過率は空冷凝縮器に比べて著しく大きいので、冷却管に水あかが付着しても、凝縮温度は変わらない。 H13ho/02 答え

【×】
 熱通過率の比較は、「上級 冷凍受験テキスト」<8次:P202右下>
 水冷凝縮器が0.17~1.16[kW/(m^2・k)]空冷式が0.023~0.035[kW/(m^2・k)]である。
 凝縮温度に関しては、<8次:P203左下~右上辺り> → 冷却管に水あかや油膜(アンモニア冷凍装置)が付着すると、熱通過率が小さくなって、凝縮温度と圧力が高くなる。なので、圧縮機の消費電力が増加し、冷凍能力が減少、成績係数も小さくなる。

・水冷凝縮器の冷却管に水あかが厚く付着すると、凝縮圧力は変わらないが、冷却水出口温度は高くなる。 H14ho/02 答え

【×】 ぅむ。凝縮圧力は高くなる。<8次:P203右一番上>

・水冷凝縮器の冷却管に水あかが付着すると、熱通過率が大きくなる。 H15ho/02 答え

【×】 ぅむ!熱通過率は小さくなる。<8次:P203左一番下>

・水冷凝縮器の伝熱管に水あかや油膜が厚く付着すると、凝縮圧力が高くなるが、成績係数は変わらない。 H16ho/02 答え

【×】 テキスト<8次:P203右上>凝縮圧力は高くなるは正解。そして消費電力が増加し、冷凍能力が減少する。とあるから成績係数は低下するよね。

・水冷凝縮器の冷却管に水あかが付くと、伝熱抵抗が増大して凝縮圧力が高くなり、圧縮機の消費電力は増加するが、冷凍能力は変化しない。 H23ho/02 答え

【×】 冷凍能力!?一瞬、固まるかもしれない。
冷凍能力の記述は、<8次:P203右上2行目>に記されている。

・アンモニアは鉱油をあまり溶解しないので、伝熱面に油膜を形成するが、その油膜の厚さはあまり厚くはならない。これに対して、水あかの厚さは掃除をしないとかなりの厚さになり、熱通過率は著しく低下する。 H24ho/02 答え

【◯】 その通り!
 テキスト<8次:P203左真中上辺り>を読んでいただきたい。ズバリ書いてある。


(2)水あか、油膜の熱通過率に及ぼす影響 P203

・R22は鉱油をかなりよく溶解するので凝縮器伝熱面に油膜を形成しないが、アンモニアは鉱油をあまり溶解しないので油膜を形成する。 H27ho/02 答え

【◯】 その通り! テキスト8次:P203(2)だね。
「R22」と記されているのは、7次改訂版までで8次からは「フルオロカーボン」と記されている。なので、今後は「R22」は問題文から消え去ることだろう。

・R22冷凍装置の水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、水を使用するので、水質を適切に保持しないと水あかが管内面に付着する。また、R22は油を溶解せず凝縮伝熱面に油膜が形成されやすい。したがって、水あかと油膜を除去しないと、水冷凝縮器の熱通過率に大きな影響が出る。 H28ho/02 答え

【×】 ぅ~ん、正しい文にするには…。

R22冷凍装置の水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、水を使用するので、水質を適切に保持しないと水あかが管内面に付着する。また、アンモニアは油(鉱油)をあまり溶解せず凝縮伝熱面に油膜が形成されやすい。したがって、水あかと油膜を除去しないと、水冷凝縮器の熱通過率に大きな影響が出る。

 下線部分だけでイイんじゃないだろか。テキスト<8次:P203 ((2) 水あか、油膜の熱通過率に及ぼす影響)

 まてまて、この方が良いかも。(長文になるけど)

  R22冷凍装置の水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、水を使用するので、水質を適切に保持しないと水あかが管内面に付着する。また、R22は油をよく溶解するので凝縮伝熱面に油膜が形成しないが、アンモニアは油(鉱油)をあまり溶解せず凝縮伝熱面に油膜が形成されやすい。したがって、水あかと油膜を除去しないと、水冷凝縮器の熱通過率に大きな影響が出る。

・水冷凝縮器において、アンモニアは冷凍機油(鉱油)をあまり溶解しないので、凝縮器の伝熱面に油膜を形成するが、その厚さはあまり厚くはならない。これに対して、水あかの厚さは掃除をしないとかなりの厚さになり、注意が必要である。 H29ho/02 答え

【◯】 H24年度と同等の問題です。

・アンモニアは鉱油をあまり溶解しないので、凝縮器伝熱面に油膜を形成する。この油膜は、それほど厚くならないものの、冷却能力の低下につながる。 R02ho/02 答え

【◯】 令和記念で新規に追加しておくy。テキスト<8次:P203左>では  あまり厚くならない と記されている。無勉だと戸惑うかな?


(3)ローフィンチューブ P203

  ローフィンチューブは冷媒に接する側にフィンが付いている。 ことを常に頭に入れてイメージして問題に向かえば、理屈もわかり解答を導き出せるでしょう。

 テキスト<8次:P203~>
ローフィンチューブの図

・水冷凝縮器の冷却管は、水に接する側にフィンがついている。 H15ho/02 答え

【×】 冷媒に接する側である。ローフィンチューブのことである。
 「上級 冷凍受験テキスト」<8次:P203右>

・シェルアンドチューブ凝縮器は、冷媒側に比べて水側の伝熱面積を大きくするため、ローフィンチューブが使用される。 H19ho/02 答え

【×】 「冷媒側と水側・・・・云々」この問題は、必ずゲットすべし!
「上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会」<8次:P203右>P89の図7.15も見てイメージしよう。
【◯】 冷媒側の伝熱面積を冷却水側よりも大きくしている。 ←テキストの文章
【×】 冷媒側に比べて水側の伝熱面積を大きくするため、 ←この問題
【◯】 水側に比べて冷媒側の伝熱面積を大きくするため、 ←こうすれば◯
協会の言葉遊びのようなチョットね問題(失礼)に翻弄されないように・・・。頑張れぇー。

・水冷凝縮器の冷却管では、冷媒側の伝熱面積を冷却水側より大きくするために、ローフィンチューブが使われる。 H14ho/02 答え

【◯】 ぅむ!

・水冷凝縮器では、水側伝熱面積を拡大したローフィンチューブが冷却管として使用されている。 H17ho/02 答え

【×】 ここまで同じようなunko問題を上から解いてきた貴方は、引っかからないですね。冷媒側にフィンを付けて拡大している。<8次:P203右>

・水冷凝縮器の冷却管に使用されるローフィンチューブの冷媒側伝熱面積は、冷却水側伝熱面積よりも大きい。 H18ho/02 答え

【◯】 水冷凝縮器と言ったら、ローフィン!と言ったら、伝熱面積!
 テキスト<8次:P203右、P88左> この手の問題は、絶対ゲットすること。さぁ、テキストを良く読んでおこう。

・水冷凝縮器でローフィンチューブのような高性能伝熱管を使用すると、裸管伝熱管に比べて水あかの汚れによる熱伝導抵抗の低下割合が大きくなり、熱通過率の値が小さくなるので、冷媒と冷却水との温度差が大きくなるが、凝縮圧力はほとんど上昇しない。 H20ho/02 答え

【×】 これは、勉強していないと自信を持って×とできないかも。
テキスト<8次:P203右下~P204>あたりかな。ま、水垢がたまると凝縮圧力と温度は上昇する<8次:P205(2)>ということを覚えていれば…、平成20年度はちょと難しいかな。

・水冷凝縮器において、水あかが厚く付着した場合には、水あかの付着による熱通過率の低下の割合は、ローフィンチューブに比べて裸管のほうが大きい。 H24ho/02

・水冷横形シェルアンドチュープ凝縮器の冷却管に水あかが厚く付着した場合、水あかの付着による熱通過率の低下の割合は、ローフィンチュープに比べて裸管のほうが大きい。 H30ho/02 答え

【両方 ×】 低下の割合は、ローフィンのほうが裸管より大きいのです。テキスト<8次:P203右下~>にズバリ。

・水冷凝縮器において、冷却水側の熱伝達率は冷媒側の熱伝達率よりも小さいしたがって、水冷凝縮器の冷却管として冷却水側に高さの低いフィンを付けたローフィンチューブを用いて、冷却水側の伝熱面積を冷媒側よりも大きくしている。 H25ho/02 答え

【×】 H25年度はナニゲに疲れるわ…。
「水冷凝縮器において、冷却水側の熱伝達率は冷媒側の熱伝達率よりも大きいしたがって、水冷凝縮器の冷却管として冷媒側に高さの低いフィンを付けたローフィンチューブを用いて、冷媒側の伝熱面積を冷却水側よりも大きくしている。」←日本語的に変な感じだけども…、イメージが大切。

・水冷凝縮器で水あかが厚く付いた場合の熱通過率の低下割合が、裸管よりローフィンチューブのほうが大きくなるのは有効内外伝熱面積比が影響しているためである。 H26ho/02 答え

【◯】 これは、ヤバイです。短文だけど、1種レベルの問題でないの!?
ローフィンの有効内外伝熱面積比 ←テキスト<8次:P88左下>を勉強されたい。
熱通過率の低下割合 ←<P203右下~P204左上>を勉強。
そして、<8次:P224左下~(17.4式の解説を勉強)>を勉強した統合された知識が必要になる。

熱通過率K=1/1/αr+m(1/αw+f) m:有効内外伝熱面積比、f:汚れ係数
ローフィンチューブ水垢状態の概略図
Kの変化はは(m・fi)であり、mはローフィン3.5~4.2(8次:P88)、裸管は1、であるから「裸管よりローフィンチューブのほうが大きくなるのは有効内外伝熱面積比が影響している」ということになる。

この問題(問2)は逃してもしょうがないよ。こういう過去問にない難易な問題が毎年1,2問ある、でも、60点取れば合格だから勉強している方は安心してください。(もちろん、100点満点を目指すことが王道です!)

・フルオロカーボン冷媒の水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、凝縮する際の熱を冷却管に伝えやすくするために、冷却水側の伝熱面積を冷媒側よりも大きくしている。 H27ho/02 答え

【×】 勉強していれば簡単。
冷媒側の伝熱面積を冷却水側よりも大きくしている。」テキスト<8次:P203右>

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器で、冷却管にローフインチューブの冷却管を利用すると、冷媒側の伝熱量が増加するので、冷却管内に水あかが厚く付着しても、熱通過率にはあまり影響がない。 H28ho/02 答え

【×】 サービス問題ですね。熱通過率は低下する。 テキスト<8次:P203 ((3) ローフィンチューブ)>右一番下~次ページ。


(4)水あかの除去 P204

 見当たらない。 by echo を追加。

・水冷凝縮器の水垢防止のための水質管理において、ph値を6.0~8.0に保持する。 by echo 答え

【◯】 実務でもこの数値は役立つでしょう。テキスト<8次:P204左 (4)水垢の除去>


(例題 15.2)P204

 3種類の凝縮器の比較です。

・蒸発式凝縮器は、アンモニア冷媒装置に多く使用されているが、フルオロカーボン冷凍装置にも使用されることがある。 H18ho/02 答え

【◯】 「なんとなく、絶対!?、◯だよね」という(嫌らしい)問題。
 上級テキストの<8次:P204 (表15.1 凝縮器の種類、特徴、<略>)>に、さりげなく?書いてある。この表は重要である、けっこうこの中から問題が出ています。(この表はコピーしていつも持ち歩けば完璧。<8次:P82表7.1>も。)

・凝縮器の冷却媒体側の熱伝達率の値は、空冷式が小さく、蒸発式はこれよりも大きく、水冷式はさらに大きい。 H19ho/02 答え

【◯】 水冷横型シェルアンドチューブ、蒸発式、空冷、3つの凝縮器の比較はしっかり頭に入れておこう。上級テキスト<8次:P204 (表15.1 凝縮器の種類、特徴、<略>)>この表は重要。

・蒸発式凝縮器は、アンモニア冷凍装置に使用され、フルオロカーボン冷凍装置に使用されることはない。 H27ho/02 答え

【×】 これは、×。フルオロカーボン冷凍装置にも若干使用される。
 上級テキストの<8次:P204 (表15.1 凝縮器の種類、特徴、<略>)>に、「若干」と記されている。


水冷凝縮器の適正冷却水量の確保 P204

 冷却水量に関しての問題は、いろいろな不具合にその要因が含まれ分散しているのだろう、テキストに沿ってここにズバリ当てはまる問題がなかなか見つからない。(2020(R02)/09/10記ス)  予想問題 by echo を追加。(2020(R04)/03/04記ス)

(1)水冷凝縮器の適正水量 P204

 見当たらない。予想問題 by echo を追加。

・水冷凝縮器の適正冷却水量は、凝縮負荷に応じて決める。 by echo 答え

【◯】 ぅむ、簡単すぎかしら! テキスト<8次:P205左 (1)>


(2)冷却水料減少の原因 P204

 見当たらない。予想問題 by echo を追加。

・水冷横型シェルアンドチューブ凝縮器の水量減少防止のための冷却水ポンプの点検は、ポンプ吸込み部ストレーナの詰まり、吸込み管の水垢、吐出し側弁の動作、および冷却塔の水位などが重要である。 by echo 答え

【◯】 はぃ。テキスト<8次:P205右 (2)>


(3)冷却水量減少の影響 P204

・水冷凝縮器では、冷却水量が減少すると、冷却管の熱通過率が小さくなり、冷却水の出入り口温度差が大きくなるので、凝縮圧力が上昇する。 H22ho/02 答え

【◯】 テキスト<8次:P204右 ((3)冷却水量減少の影響 )>です。

・水冷凝縮器では、冷却水量が減少すると冷却水出入口の温度差が大きくなるが、凝縮圧力は変化しない。 H21ho/02 答え

【×】 冷却水の出入口の温度差は増加するのです、そして、凝縮温度と圧力は上昇するのです。


(例題 15.3) P205

 水冷横型シェルアンドチューブの凝縮圧力異常上昇の原因を5つ問われます。テキストに沿って、問題を並べてあります。さぁ、できるかな?

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器を使用した冷凍装置の運転中に、凝縮圧力が異常に上昇した。その原因として、装置内への空気の侵入、冷却管の汚れ、冷却水量の不足、冷却水温の上昇などが挙げられる。 R03ho/02 答え

【◯】 これは、テキスト<8次:P205 (例題 15.3)>の解答(1)~(4)までを、まんま並べてある、分かりやすい?問題です。

 凝縮圧力が異常に上昇した考えれられる原因 → (1)空気の侵入、(2)冷却管の汚れ、(3)冷却水量の不足、(4)冷却水温の上昇

(1)装置内への空気の侵入 P205

 見当たらない。予想問題 by echo を追加。

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器を使用した冷凍装置の運転中に、凝縮圧力が異常に上昇した。その原因として、低圧部真空部分の気密不良箇所による空気の侵入、また補修時の開放による空気の残留、不凝縮ガスの発生が考えられる。 by echo 答え

【◯】 空気による凝縮圧力上昇の原因は、「侵入」、「残留」、「発生」、この3つを押さえればいいでしょう。テキスト<8次:P205左 ((1)装置内への空気の侵入

(2)冷却管の汚れ P205

 問題数が多いです。

・水冷凝縮器の冷却管に水あかが厚く付着すると、凝縮器内の圧力は上昇するが、冷却水の温度と水量が一定であれば、凝縮温度は変わらない。 H17ho/02 答え

【×】 ぅんなこたぁ~ない。
熱通過率小さくなる → 圧力上昇 ・ 凝縮温度上昇
冷却水の温度と水量が一定なんだから…もしかして、引っ掛け?テキストは<8次:P205 (例題15.3 (2)冷却管の汚れ)

・凝縮器の伝熱管に水あかや油膜が付着すると、凝縮圧力は上昇するが、熱通過率は変わらない。 H18ho/02 答え

【×】 素直に答える、ぅんなこたぁ~ない。
熱通過率小さくなる → 圧力上昇 ・ 凝縮温度上昇。平成17年に続いて同じような問題・・・・サービス?

・水冷凝縮器の熱通過率は、冷媒と冷却水との温度差に大きく影響され、冷却水の流速には影響されない。 H19ho/02 答え

【×】 流速は流量(水量)と考えればいいと思う。速いほうが熱交換量が多い。もちろん、冷媒と冷却水の温度差には大きく影響される。イメージ的に<テキスト8次:P205左(2)冷却管の汚れ(3)冷却水量の不足>を読めばいいかなぁ。

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器を使用した冷凍装置の運転中に、凝縮圧力が異常に上昇した。原因としては、装置内への空気の侵入、冷却管の汚れ、冷却水量の不足、冷却水温の上昇などが挙げられる。 H28ho/02 答え

【◯】 素直な良い問題ですね。<8次:P205 (例題15.3)>異常上昇の原因(1)~(4)だね。

(3)冷却水量の不足 P205

 

 見当たらない。予想問題 by echo を追加。

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器を使用した冷凍装置では、冷却水ポンプの故障やストレーナの目詰まりなどにより、冷却水が減少すると、凝縮圧力が異常に上昇する。 by echo 答え

【◯】 はい、凝縮器の熱交換がわるくなるので凝縮温度と圧力がともに上昇します。<8次:P205左 (3)冷却水量の不足>、および<8次:P204右 (3)冷却水量減少の影響

(4)冷却水温の上昇 P205

 見当たらない。予想問題 by echo を追加。

・冷却塔を使用した水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器で運転中の、冷却水温度の上昇にともなう凝縮圧力の異常上昇を防ぐため、冷却塔の日頃の不具合点検や水質の保持が大切である。 by echo 答え

【◯】 ぅむ。テキスト<8次:P205左 (3)冷却水温の上昇

(5)凝縮器内に凝縮液の滞留 P205

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器において、凝縮器から受液器への液の落ち込みが悪い場合、凝縮器内の冷媒液面が高くなって凝縮圧力が上昇する。 H24ho/02 答え

【◯】 その通り。勉強してなくてもなんとなく解る問題。
 テキスト<8次:P205 ((5) )凝縮器内に凝縮液の滞留)>が、ズバリ的。

 20/01/03 20/09/10 21/01/06 22/03/04

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修正・訂正箇所履歴

【2020(R02)/01/02 新設】(← 履歴をここに作った日

  • ページ分割、及び、文章見直し(2020(R02)/09/10)
  • 「テキスト<8次:P204左 ((3)冷却水量減少の影響 )>」→「テキスト<8次:P204 ((3)冷却水量減少の影響 )>」に修正。(2021(R02)/01/06)

【参考文献・リンク】

  • 初級受検テキスト:日本冷凍空調学会
  • 上級受検テキスト(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: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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