熱伝達・熱放射

 『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P75 (6.1.2 熱伝達)>です。計算式は無理して覚えなくてもよい。(イメージ的に意味を理解すればよい)

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熱伝達

 「熱伝達」は出題数が多い。冷凍機に関しては、大事な熱移動ですからね。

熱伝達説明図 by EchoLand+

・ポンプや送風機で流動させている流体と固体壁面との間に温度差があると、熱の移動が生じる。この熱の移動現象を自然対流熱伝達という。 H16ga/04 答え

【×】 ちゃうちやう!これは、ポンプや送風機で強制的に流動させているから強制対流熱伝達。  テキスト<8次:P75 (6.1.2 熱伝達)>の冒頭部分をよく読んでおくべし。
 自然対流熱伝達は自然にお任せ(ヤカンでお湯を沸かすとか、お風呂が沸いていくときとか…、流体内の温度差による密度の差で対流する)

・流動している流体と固体壁面との間の熱移動には、強制的な流れ場における強制対流熱伝達と、流体内の温度差による密度差から発生する流れ場における自然対流伝達とがある。 H18ga/04 答え

【◯】 強制対流熱伝達と自然対流熱伝達の違いを勉強しておこう。テキスト<8次:P75 (6.1.2 熱伝達)>の冒頭部分

・蒸発器内の冷媒液が蒸発管に触れて、沸騰して気化するとともに熱が蒸発管から冷媒に伝わる場合のように、液相から気相へと相変化かをともなう熱移動を沸騰熱伝達という。 H21ga/04 答え

【◯】 満液式蒸発器で「核沸騰熱伝達」勉強しました。冷媒液が蒸発する様子が浮かんでくれば合格です!!健闘を祈る!テキスト<8次:P75右真ん中あたり (6.1.2 熱伝達)

・蒸発器内の冷媒液が蒸発管に触れて、沸騰して気化するとともに、熱が蒸発管から冷媒に伝わる場合のように、液相から気相へと相変化をともなう熱移動を沸騰熱伝達といい、蒸発管内の冷媒流速は下流に向かって次第に小さくなる。 H22ga/04 答え

【×】 ぅ~ん、この年度も厳しい。沸騰熱伝達はこれでOKだよね。
 さて、冷媒流速って、嫌らしいじゃないの!テキスト<8次:P18右 ((蒸発、凝縮の際の圧力効果の影響) )>を読んでほしい。

 引用しておきます。(ここまで記さなくてもいいんだけどね。このサイトは補足的なものであって、テキスト片手に仕上げするって感じでスタートしたんだけどね。いつのまにやら 解説が…。疲れたな。)2016/12/31記ス
 ----------------- 8次改訂版 -------------
 管内を冷媒液が蒸発しながら流れる際には,管内を流れる質量流量はどこでも同じであるが下流ほど蒸気の割合が大きくなるので,下流ほど蒸気流速は大きくなり,流れの摩擦抵抗による圧力降下が増大する.
 -------------------------------------------
 下線部分、つまり蒸発管内の冷媒流速は下流に向かって次第に小さくなる。が間違いでした。

・流動している流体と固体壁面との間に温度差がある場合の熱移動現象は、凝縮熱伝達と沸騰熱伝達に分けられる。 H24ga/04 答え

【×】 違うよね。
 凝縮熱伝達と沸騰熱伝達は、液体と気体の変化に関係した熱伝達のことで、「流動している流体と固体壁面との間に温度差がある場合の熱移動現象は、」は、対流熱伝達のことだからテキスト読んでつらつら考えるならば、「強制対流熱伝達と自然対流熱伝達に分けられる。」が、正解であろう。健闘を祈る。

・相変化をともなう熱移動現象は、気相から液相に相変化する場合の凝縮熱伝達や、液相から気相に相変化する場合の沸騰熱伝達などがある。 H28ga/04 答え

【◯】 なんとなく◯にするよね。素直すぎて逆に怖いような問題。テキストは<8次:P75 (6.1.2 熱伝達)>右の真中チョト上辺り。


流体の種類とその状態による熱伝達率

・流体から固体壁への熱伝達率は流体の種類とその状態で異なるが、一般に気体より液体のほうが大きい。 H14ga/04 答え

【◯】 液体のほうが・・・そんな感じだよね。テキストでは<8次:P76左上 (表6.2 熱伝達率)>から読み取るぐらいかな。

・熱伝達率は流体の種類とその状態で異なるが、一般に気体より液体のほうが大きい。 H27ga/04 答え

【◯】 テキストには、気体と流体の種類によって伝達率が変わるぐらいで、ズバリ書かれていない。<8次:P76 (表6.2 熱伝達率)>を見よって感じ。 だから、この問題を解くには表6.2を見ておくか、一般常識的な感覚?で、◯か×かを選択せねばならないだらう。

・流体と固体壁面との間の熱移動現象が対流熱伝達であるが、その流体の種類により熱の伝わりやすきを示す熱伝達率の大きさが異なる。一般的な流動状態では、自然対流より強制対流のほうが、また液体よりも気体のほうが熱伝達率は大きい。 H28ga/04 答え

【×】 長い文だけども、ま、じっくり考えれば分かるかな。 また気体よりも液体のほうが熱伝達率は大きい。  ですね。 テキスト的には<8次:P76左上 (表6.2 熱伝達率)>から読み解くしかないと思われる。


熱放射

 「熱放射」は、冷凍・空調にはほとんど関係ないとテキストにある(下記へ引用)けども、ま、そういうことで。

 ちょと、引用しておきますかね。(<8次:P74左 (6.1 熱移動)>の最後の2行)
 ----------------- 8次改訂版 -------------
 冷凍・空調装置で取り扱う熱移動現象は,主として熱伝導と対流熱伝達である.
 -------------------------------------------

・放射エネルギーによる熱移動を放射伝熱という。 H19ga/04 答え

【◯】 3つのうちの1つです。サービス問題?テキスト<8次:P75右下~>

 冒頭の引用文からすると(echoの脳裏にはこの一文が焼き付いているんだ)熱放射は関係ないように思えるんだね。でも、テキストは半ページも文章があるんだよね。 そうだね、まったく関係ないとは書いてないね。と、なると、ま、このように、これからも出題されるかもしれないんだy。じゃ。健闘を祈る。

・一般に物体から電磁波の形で放射される熱エネルギーはその物体の絶対温度の2乗に正比例する。 H27ga/04 答え

【×】 2乗でなく、4乗。テキストは、<8次:P75右一番下~P76(6.1.3 放射伝熱)
 しかし、また、なにゆえに放射伝熱の問題なの協会さん!
 【雑言 お時間があればどうぞ】

 テキスト<8次:P74左真ん中辺り>から引用する。
冷凍・空調装置で取り扱う熱移動現象は,主として熱伝導と対流熱伝達である.
と、記されている。じゃないの!

さらに、「熱移動の基本」ページにある平成23年度の問題をココに記す。
・物体内部あるいは物体間に温度差があると、高温側から低温側へと熱エネルギーが移動する。この熱移動の一つに、物体間を電磁波の形で内部エネルギーを相互にやりとりする放射伝熱があるが、一般の冷凍装置における伝熱は、熱伝導や熱伝達による伝熱が支配的である。
赤字の部分。
熱伝導や熱伝達による伝熱が支配的である。
支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、支配的、(嫌な言葉だ)なんですよね!

だったら、
一般の冷凍機械責任者試験における伝熱問題は熱伝導や熱伝達による問題が支配的である。 と、いうことではないだろうか!

───── つまり、だから、 ─────
近年まで「熱放射」に関しては出題されていないし、そういうものと思っていた。だが、しかし、どういうことか。禁断の掟破りなのか!? これは、長年の受験者対協会さんの暗黙のルールによる信頼関係を断ち切るものでないのではないだろうか!
そんなものはない、ないのか、ルール無しの陰謀渦巻く弱肉強食の世界なのか!!
それとも、echoの勘違い甚だしいことなのか(汗。
  ぁー…、無情。

─────── ヽ(`Д´)ノ ───────
 ま、冷静に考えると、「主として」主として、主として、主として、主として、主として、主として、主として、主として、とあるから全く関係ないことはないことはないことはないということだし、  「一般の」一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、一般の、この試験は一般には当てはまらないことはないことはないことはないのかもしれない。さらに、 <8次:P75一番右下>には「あらゆる物体は、」、あらゆる、あらゆる、あらゆる、あらゆる、あらゆる、あらゆる、あらゆる、とあるから、冷凍にも関係していると言えないこともないこともないこともない。

 そんなわけで、健闘を祈っています。 ( ̄― ̄) (2016(H28)/09/12)

・一般に、物体から電磁波の形で放射される熱エネルギーは、その物体の摂氏温度の4乗に正比例する。 H29ga/04 答え

【×】 熱放射の勉強は、外せなくなりました…。(2017(H29)年12月30日記ス)

  一般に、物体から電磁波の形で放射される熱エネルギーは、その物体の絶対温度の4乗に正比例する。

・物体内部あるいは物体間に温度差があると、高温側から低温側へと熱エネルギーが移動する。この熱移動の一つに、物体間を電磁波の形で内部エネルギーを相互にやりとりする放射伝熱があるが、一般の冷凍装置においては、熱伝導や熱伝達による伝熱が支配的である。 H29ga/04 答え

【◯】 笑い(協会さんへ:受験者をナメてるでしょ。) テキスト<8次:P76左下~右上>

・黒体から放射されるエネルギーE(kW/m^2)は、黒体表面の絶対温度をT(K)とすると、E=σT^4(kW/m^2)と表される。ここで、σはステファン・ボルツマン定数と呼ばれる。 R01ga/04 答え

【◯】 いよいよ協会さんネタ切れですかね。

 「ステファン・ボルツマン定数」なんて、始めて聞いたように思える。ま、テキスト<8次:P76左>にズバリ的に記されているが、読み飛ばしていましたね。 「ステファン・ボルツマン定数」ねぇ、熱力学専攻の学生さんならいざ知らず、2冷に必要でしょうかね…。健闘を祈る。

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修正・訂正箇所履歴

【2016/07/18 新設】(← 履歴をここに作った日

  • テキスト8次改訂版へ対応済み。解説見直し。(2016(H28)/12/31)
  • 画像追加、文章見直し。(2019(R1)/09/20)
  • 「流体の種類とその状態による熱伝達率」を追加し分類。(2019(R1)/12/22)

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【参考文献・リンク】

  • 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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