合理的伝熱面積・合理的蒸発温度・蒸発温度と冷凍能力 P210~P211

 『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:15章>の「15.3 低圧部の保守管理(P210~P215)」を、目次にそって過去問題を分類(サブメニュー参照)してあります。

 ここでは、「合理的伝熱面積・合理的蒸発温度・蒸発温度と冷凍能力 P210~P211」についての問題です。

 ここでは、蒸発温度の高低がどのように冷凍能力に影響していくか、そして蒸発温度の低下の原因など問われます。テキストは、1ページ半しかありませんが出題数は多いです。 しかも、基礎力も試されるような問題なので学習が足りないと難問になってくるでしょう。健闘をお祈りします。

合理的伝熱面積の蒸発器を使用 P210

・蒸発器冷却管の熱通過率は、一般に空気冷却器よりも水冷却器のほうが大きい。 H16ho/03 答え

【◯】 その通り。空気より水の方が熱伝達率が大きい。
 テキスト<8次:P210(表15.3 蒸発器の熱通過率の概略値)

・蒸発器の熱通過率の値は、ブライン、水、空気などの被冷却物の種類、蒸発器の乾式、満液式、冷媒液強制循環式などの形式によって異なる。 H26ho/03 答え

【◯】 テキスト的には<8次:P210右上>にズバリ的だね。(表15.3も参考にすると良いです。)ま、なんとなく【◯】にするよね。


(1)冷媒の蒸発温度と被冷却物との温度差 P210

・蒸発温度と被冷却物との設定温度差が小さ過ぎると、伝熱面積の大きな蒸発器を使用しなければならなくなり、また、設定温度差が大き過ぎると、蒸発温度を低くしなければならない。 H19ho/03 答え

【◯】 この一文は蒸発器の中でおこっている現象ををイメージするためには凄く重要。テキスト<8次:P210右側 (15.3.2 合理的蒸発温度の確保)>を熟読してほしい。

・設定温度を大きくし過ぎると蒸発温度が低くなり、冷凍能力が低下し、成績係数が低下するので、一般に蒸発器の冷却温度が高い場合には設定温度差を大きめにし、冷却温度が低い場合には設定温度差を小さくする。 H22ho/03 答え

【◯】 イメージは湧いているかな?
魚冷凍アニメ  図は、庫内に入れたサカナ君を冷凍(氷らせる)させるために、R22冷媒液が蒸発しサカナ君の温度を下げていくところである。
  ・設定温度:サカナ君を冷凍させるための温度
  ・蒸発温度:冷媒(R22)が蒸発する(している)温度
  ・蒸発器の冷却温度:サカナ君の周りの温度(庫内の温度)
 問題文を考えると、サカナ君がとても暖かい場合は設定温度差を大きめにする、サカナ君が冷たくなっている場合は設定温度差を小さくする。
 さぁ、イメージしよう。サカナ君の体温は5℃としよう。体長10センチで小さめだから、ま、設定温度は-2℃でいいかな。なのに、-10℃に設定する必要はないわけだ。ぅむ。


温度差の具体的な数値

   空調用 と  冷蔵用 の具体的な温度差の数値を問われます。

・蒸発温度と被冷却物との設定温度差が小さ過ぎると、伝熱面積の大きな蒸発器を使用しなければならなくなり、また、設定温度差が大き過ぎると、蒸発温度を低くしなければならない。 H19ho/03 答え

【◯】 この一文は、蒸発器の中でおこっている現象をイメージするためには凄く重要。
 テキスト<8次:P210右「(1) 冷媒の蒸発温度と被冷却物との温度差」>を、熟読してほしい。

 とりあえず、「冷蔵用は、5~10K。空調用は、15~20K。」と、覚えよう。

・空調用空気冷却器では、冷媒の蒸発温度と空気温度との温度差を15~20Kに設定している。 H14ho/03

・一般的な空調用空気冷却器では、蒸発温度と入口空気温度との温度差は通常15Kから20K程度に設定する。 H30ho/03 答え

【両方 ◯】 正しい。(冷蔵用の場合は5~10Kである。)
 空調用「15~20」、冷蔵用「5~10」と、覚えておこう。テキスト<8次:P210右真ん中辺り>に記されている。

・冷蔵庫用空気冷却器では、冷媒の蒸発温度と庫内空気温度との温度差は通常15~20K程度が普通である。 H15ho/03 答え

【×】 ぅむ。
冷蔵用は、5~10K。空調用は、15~20K。

・空調用空気冷却器では、蒸発温度と入口空気温度との温度差は通常5~10K程度に設定する。 H23ho/03 答え

【×】 5~10Kは、冷蔵用です。(「入り口」という語句を深く考えなくて良いと思う。)
正しい文章にしてみましょう。
  空調用空気冷却器では、蒸発温度と入口空気温度との温度差は通常15~20K程度に設定する。

・冷蔵用の空気冷却器においては、一般に蒸発温度と入口空気温度との温度差は、15Kから20K程度に設定する。 H29ho/03 答え

【×】 H23年度の改良版?こんがらかっちゃいました?そんなことないですよね!
正しい文章にしてみましょう。

  冷蔵用の空気冷却器においては、一般に蒸発温度と入口空気温度との温度差は、5Kから10K程度に設定する。

・空気冷却器における蒸発温度と空気温度との温度差は、使用目的によって設定されており、設定温度差に従って装置が運転される。冷房の場合には、空気を除湿する必要があるので、設定温度差は大きくとり、15Kから20K程度である。冷蔵の場合には、冷房の場合に比べて小さくとり、5Kから10K程度である。 R02保/03 答え

【◯】 令和2年度の問題は新規が多い。(コロナ禍の中での作成であったのだろうか、それとも…。)長文であるが良い問題と思います。 テキストは<8次:P210右「(1) 冷媒の蒸発温度と被冷却物との温度差」>の冒頭にズバリ的。


比較(大きい、小さい)

 xx(は、)のほうが、xxよりも(に比べて)、(大きい、小さい)など、という問題。

 惑わされないように、勘違いしてポンミスしないように…。数値が影を潜め、大小比較が毎年のように出題されるようになっている気がする。(2016(H28)/12/17記ス)

・蒸発温度と被冷却物との温度差は、空調用のほうが冷凍用よりも大きくとるのが一般的である。 H16ho/03 答え

【◯】 そうね。
 冷蔵用は、5~10K。空調用が15~20K。

・冷蔵・冷凍用の空気冷却器では、冷却器の伝熱面積を小さくするために、蒸発温度と空気との設定温度差は空調用の場合よりも大きく、通常15~20Kとしている。 H18ho/03 答え

【×】 勘違いしないように、問題はよく読みましょう。
 冷蔵用は、5~10K。空調用は、15~20K。

・空気冷却器における蒸発温度と空気温度との温度差は、冷房の場合には空気を除湿する必要もあるので大きくとり、冷蔵、冷凍の場合には、それに比べて小さくとる。 H20ho/03 答え

【◯】  テキスト<8次:P210右真ん中あたり>です。『空気を除湿する必要もあるので』という一文も書かれている。ごもっともなことを書いてあるはずであるが、数値が出てこないので勉強してないと逆に…、頑張ろう。いろいろと惑わされないように。

・空気冷却器においては、一般に冷却温度が高い場合には、蒸発温度と入口空気温度との設定温度差を小さくする。 H23ho/03 答え

【×】 ぅ~ん、高いんだから低いもの(低い設定)で冷やさないと冷えないというイメージかな。テキストでは<8次:P210右下3行>

「空気冷却器においては、一般に冷却温度が高い場合には、蒸発温度と入口空気温度との設定温度差を大きくする。」

・冷媒と被冷却物との設定温度差は、空調用と冷蔵用を比較した場合、冷却温度が低い冷蔵用では一般的に小さめにする。 H24ho/03 答え

【◯】 "冷媒"←蒸発温度と同じこと。空調用が通常5~10K程度、冷蔵用は、5~10K。なので、◯。<8次:P210の右側を読んでイメージをつかもう。

・冷凍装置の使用目的によって、蒸発温度と被冷却物との温度差が設定され、冷蔵用よりも空調用のほうが設定温度差は一般に小さい。 H26ho/03 答え

【×】 ま、<8次:P210右>を読んで過去問しておけば大丈夫。
 空調用では、15~20K、冷蔵用では、5~10Kとの記述がある。
 「…冷蔵用よりも空調用のほうが設定温度差は一般に大きい。」と、いうことだね。

・空気冷却器は、空調用では除湿する場合もあるので蒸発温度と空気温度との温度差を大きく取り、冷凍冷蔵用の場合は空調用よりその温度差を小さくする。 H27ho/03 答え

【◯】 H26と同等。<8次:P210右>から読む。
 「冷蔵用は、5~10K。空調用は、15~20K。」を数値なしで文章のみで問うている。近年はこの傾向が多いなぁ。(2016(H28)/12/17記ス)


(2)蒸発温度と冷凍能力 P211

・蒸発温度を低くすると、蒸発器内の冷媒の圧力が低下し、比体積が大きくなり、圧縮機に吸い込まれる蒸気量が少なくなるので、冷凍能力が減少する。 H19ho/03 答え

【◯】 蒸発温度低い → 冷媒圧力低下 → 比体積大(密度が少) → 吸い込み蒸気量少 → 冷凍能力減少と、いう感じだけど。
 頭の中でイメージできるようにテキスト<8次:P211>をガンガン読んで過去問をガンガンやろう。

・液管のストレーナに目詰まりがあると、蒸発器への冷媒供給量が不足して蒸発圧力が低くなり、圧縮機吸込み蒸気の比体積が大きくなる。 H17ho/03 答え

【◯】 蒸発器への冷媒供給量が少なくなったときの、比体積、蒸発圧力、蒸発温度、冷凍能力、成績係数が、どうなるのか理解しよう。

・蒸発温度が低い場合には、圧縮機吸込み蒸気の比体積が大きくなり、装置の冷凍能力は減少する H23ho/03 答え

【◯】 イメージ。比体積大きい(蒸気が薄い、密度が小さい)。<8次:P211左~ (2) 蒸発温度と冷凍能力>よく読んでくだされ。

・蒸発温度が低く蒸気の比体積が大きくなると、圧縮機に吸い込まれる蒸気量が少なくなるので、冷凍能力が減少する。 H20ho/03 答え

【◯】 短い一文の問題だけど、これは単刀直入な素直な問題だと思うか、それとも、わけが分からない!!か。勉強している人としていない人の力量がわかる問題。
 テキスト<8次:P222~>を読んで蒸発温度と比体積と冷凍能力の関係をイメージできるようにしておこう。

・冷媒の蒸発温度が低下すると、蒸発器出口の蒸気の比体積が大きくなり、冷媒循環量が減少し、冷凍能力が低下する。 H24ho/03 答え

【◯】 ぅむ!! <8次:P211左上~>

・蒸発温度が低下し蒸気の比体積が大きくなると、圧縮機に吸い込まれる蒸気量が少なくなり、冷凍能力が減少する。 H26ho/03 答え

【◯】 なかなか、良い問題かも。

・蒸発温度が低くなり、冷媒蒸気の比体積が大きくなると、圧縮機に吸い込まれる冷媒蒸気の質量流量が少なくなり、冷媒循環量が少なくなるので、冷凍能力は減少する。 H28ho/03 答え

【◯】素直な良い問題ですね。テキスト<8次:P211左上 ((2) 蒸発温度と冷凍能力)> 

・蒸発温度が低い場合には、蒸発器内の冷媒圧力が低くなり、圧縮機吸込み蒸気の比体積が大きくなるので、装置の冷凍能力は減少する。 R01ho/o3 答え

【◯】 イメージ。比体積大きい(蒸気が薄い、密度が小さい)。


ちょっと厄介な問題

 ちょっとね、厄介な問題なのでココに置いておくよ。

・蒸発圧力が低くなると、蒸発する冷媒の温度が下がって被冷却物をより低温まで冷やすことができ、冷凍能力が増加するが、圧縮機における圧力比が大きくなって圧縮動力が増加し、成績係数は低下する。(低圧部保守管理について)
 H25ho/03 答え

【×】 これは難問かも…。
 テキストは<8次:P211左上>です。 健闘を祈る。終わり!

と、書いては見たもののそっけないので、
 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<6次改訂版(古いです):P150>からのコピペを掲載しておきます。
------ 以下引用 --------
 14.3.2 圧縮機の吸込み蒸気の圧力と温度
 圧縮機の吸込み蒸気の圧力は,蒸発器や吸込み配管の抵抗により,蒸発器内の冷媒の蒸発圧力よりもいくらか低い圧力になる.また,蒸発器の構造や膨張弁の調節によっても,蒸発圧力は変わる.
 圧縮機の吸込み蒸気圧力の低下により,一定の凝縮圧力のもとでは,圧力比が大きくなるので,圧縮機の体積効率が低下し,また,吸込み蒸気の比体積が大きくなる(蒸気が薄くなる)ので,冷媒循環量が減少し,冷凍能力と圧縮機駆動の軸動力も減少する.
 蒸発温度が低くなるほど,圧縮機の駆動軸動力の減少よりも,冷凍能力の減少割合のほうが大きいので,蒸発温度が低いほど冷凍装置の成績係数がより小<さくなる.

------ 引用ここまで --------

さて、正しい文章にしてみましょう。
  ・蒸発圧力が低くなると、蒸発する冷媒の温度が下がって比体積が増大し、蒸気が薄くなり圧縮機吸込み蒸気が減少し冷却能力は低下する。被冷却物をより低温まで冷やすことができない圧縮機動力の減少割合より、冷凍能力の減少割合のほうが大きいので、成績係数(COP=Φ/P)は低下する。

  圧縮動力の減少 は、冷媒循環量の減少割合と圧縮仕事の兼ね合いがある。蒸気が減るので圧縮機は一生懸命仕事をしようとするのだ。けれども、すぐに無理だ!とわかって動力を抑制するというわけだ。…疲れたのでこの辺にしときます。じゃ。

・冷媒の蒸発温度が低下すると冷媒循環量は低下し、蒸発器出口の冷媒蒸気の体積流量は、冷凍能力の低下割合と同じ割合で減少する。 H27ho/03 答え

【×】 これ、ヤバイわ。わからんよ。
 蒸発器出口の冷媒蒸気の体積流量は、あまり変わらないらしい。
 「蒸発器出口の冷媒蒸気の体積流量」というのがテキストで発見できない。「湿り蒸気の比体積」のことかな?
 であれば、テキストから引用文載せておきます。
 テキスト<8次:P211>の(2)蒸発温度と冷凍能力から
------ 以下引用 --------
 蒸発温度を低くすると,蒸発器内の冷媒圧力が低くなり,湿り蒸気の比体積(密度の逆数)が大きくなる(湿り蒸気の密度が小さくなる).
 冷凍能力は圧縮機に吸い込まれる蒸気量によって変わる.蒸発温度が低く,蒸気の比体積が大きくなると,圧縮機に吸い込まれる蒸気量が少なくなる(冷媒循環量が少なくなる)ので,冷凍能力が減少する.
 そこで,蒸発温度は,必要以上に低くしないように努めなければならない.一例として,アンモニアとR404Aの蒸発温度に対する圧縮機の蒸気吸込み量当たりの冷凍能力(体積能力)(kJ/m3)を,表15.4に示す.

------ 引用ここまで --------
表15.4<8次:P211>(蒸発圧力と体積能力(KJ/m^3)の比較)(7次改訂版は、表11.4)から読み取れというこなのか?
降参です。m(__)m。

 【雑言(お時間があればどうぞ)】 最近の問題について

 平成26年度、平成27年度と問題を追加してつらりつらりと思うのだけども、このような難問が混じっている。素直な問題もあるのだけど、それを勉強不足で落としてしまうと、このような難問で (過去問が役に立たない)ノックアウト。ギリギリの方は60点に微妙に届かなく撃沈。それゆえ、過去最低の合格率となっているのかもしれない。

 つらつら思うのですよ。以前はね、講習用テキスト『SIによる 上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』に記されているもののみで問題文が作られていたんだよね。(暗黙のルール!?)でも、最近はテキストにない 語句がけっこう含まれるんだね。ぉ、おい、掟破りかよ。

 さらに、その傾向は11月試験に多いという…、講習会誘導とか言われている…、マジか!?みたいな疑念が湧く。

 なにか、世の中変わったな。歴史は常に変化の中で創られ、それに順応するべきなのだろうけども、つまらない、つまらないんだよね!wkwkしない、試験合格に希望がわかないようなくだらない試験に成り下がってしまったかもしれないワ!

 どうもすみません。少々感情に支配されてしまったようです。この辺で終わりにしましょう。(2016/09/10 19:59記ス)


(3)蒸発温度低下の原因 (a)~(e) P211

・乾式の水冷却器への冷媒供給量が不足すると、蒸発温度は低下する。 H15ho/03 答え

【◯】 感覚的には温度が上昇する感じがするが、間違いである。

 冷媒量が少ないと被冷却物(冷凍魚とかアイスクリームとか)に、冷却器はどんどん熱を吸収し冷媒はどんどん蒸発して(冷媒の)蒸発温度は低下していく、しかし、冷媒量が不足しているため被冷却物が必要とされる温度まで下げることができない、結果、(冷媒の蒸発温度は低下しているが)アイスクリームはとけ始めてしまう。  冷却器の温度と蒸発温度の違いを理解しよう。

 「上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会」<8次:P207(例題15.5 解(1))>と、<8次:P211左 (3) 蒸発温度低下の原因(a)

・乾式蒸発器で各冷却管への液分配が均等でないと、温度自動膨張弁は絞り方向に作動し、その結果、冷媒供給量が不足して冷却能力が減少するが、蒸発温度は変わらない。 H17ho/03 答え

【×】 変わるだろう!…ふと、思うよね。
 この問題は、分配器(ディストリビュータ←3冷では問題によく出てくる)が何らかの原因で役目を果たさなくなったときの現象を問うている。
テキストを読んでいれば冷却能力が減少するまではなんとなくわかる・・・が、蒸発温度で少々考えちゃうかも。「蒸発器への冷媒供給量が減少すると蒸発温度は低下する」覚え(理解し)てね。<8次:P211左 (3) 蒸発温度低下の原因(a)

・蒸発器に厚く霜が付着すると、熱通過率が低下するので蒸発温度は上昇する。 H14ho/03 答え

【×】 蒸発温度は低下してしまう。
 この問題文は、1行しかないけど、けっこう奥深い問題、平成18年度にも、さりげなく出題されている。テキスト<8次:P211((3)-(b) 蒸発器への霜付き)>この例題は熟読要す。

・蒸発器に厚く着霜すると、伝熱性能が低下するので、蒸発温度は上昇する。 H18ho/03
 答え

【×】 つまり、冷媒はどんどん蒸発しているんだけど、熱交換がわるくなっているから、負荷(冷凍魚とか、アイスクリームとか)から温度を奪えない。
 なので、冷媒の蒸発温度は下がっていく。で、温度が上昇するのは、霜の向こう側にある冷凍魚とかアイスクリームとか氷とかで、溶けてしまう。
 なんとなく、分かってきたかな?冷媒の蒸発温度とアイスクリームに接触している蒸発器の温度との、違いを理解しよう。テキスト<8次:P211((3)-(b) 蒸発器への霜付き)

・蒸発温度低下の原因として、伝熱面積の過大、蒸発器への送風量の過大などがある。 H16ho/03 答え

【×】 面積の過小(蒸発伝熱面積の不足)、送風量の過小(冷媒が蒸発しても熱交換量が少ないため蒸発温度は下がる)などである。 テキスト<8次:P211左((3) 蒸発温度低下の原因 (c)(d))>正しい文章にしてみましょう。

  蒸発温度低下の原因として、伝熱面積の減少、蒸発器への送風量の減少などがある。 (テキストに合わせて?、  過少 →  減少 にしてみました。)

・空気冷却器の蒸発温度低下の原因としては、蒸発器への冷媒供給量の不足、送風量の増加、蒸発器内の冷媒に油が多量に溶解するなどがある。 H19ho/03 答え

【×】 この問題の誤りは、送風量の「増加」じゃなくて「減少」。 テキスト<8次:P212左((3) 蒸発温度低下の原因)> 蒸発温度低下の原因をよく覚えておこう。(イメージしよう)

・蒸発温度低下の原因として、蒸発器への冷媒供給量の不足、蒸発器への過大な着霜、蒸発器内冷媒への油の多量な溶解、圧縮機の弁割れなどが考えられる。 H20ho/03 答え

【×】 蒸発温度低下には、圧縮機の弁割れは関係ない。<8次:P212左((3) 蒸発温度低下の原因)>のa)~(e)をメモして覚えよう、損はないはずだ。
 弁割れについては、<8次:P197右下(15.1.5 往復圧縮機の吸込み弁、吐出し弁の漏れ及びピストンリングの摩耗の影響)>を読むこと。  平成20年度は、少々嫌らしい(素直じゃない)問題が多いですねぇ。

・蒸発温度が低下する原因として、蒸発器への冷媒供給量が増加したり、蒸発器に霜が厚く付着したり、蒸発器への送風量が増加したりすることが考えられる。 H26ho/03
 答え

【×】 勉強してないと、ぅーん、どれが正しくて、どれが誤りなんだ~、なんてね。

  蒸発温度が低下する原因として、蒸発器への冷媒供給量が不足したり、蒸発器に霜が厚く付着したり、蒸発器への送風量が減少したりすることが考えられる。

 テキスト<8次:P212左~(例題15.7)の(1)、(3)>

・フインコイル乾式蒸発器の蒸発温度が低下する原因としては、蒸発器への冷媒供給量が不足することや、蒸発器に霜が厚く付着すること、蒸発器への送風量が減少することなどが考えられる。 H29ho/03 答え

【◯】 素直で素敵な問題ですね。

 20/01/03 20/11/21

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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)/09/12)

【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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