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成績係数

 原理3です。

理論冷凍サイクル成績係数

冷凍サイクル図-Φo、P、Φ(成績係数用)

 3種冷凍の場合、計算式は覚えなくても良い。が、意味を把握しておきましょう。(過去問しながら覚えしならば、合格確実)

  • Φo:冷凍装置の冷凍能力
  • Pth:圧縮機断熱圧縮動力
  • Φk:凝縮器の凝縮負荷(Φk=Φo+Pth)
  • qmr:冷媒循環量
  • (COP)th-R:理論冷凍サイクル成績係数

冷凍の原理3のCOPの式

(参照:テキスト<8次:P18(2.8)式>とその周辺を熟読)

 わりと重要→ 実際の冷凍装置の成績係数は、理論冷凍サイクル成績係数よりも小さくなる。(効率が悪くなる)

 ※ 訂正)2014/10/22 qmr(h2-h4) → qmr(h1-h4) ::ナガオ様ご指摘ありがとうございました。::

理論と実際の成績係数

 『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P18~P19>です。

・実際の装置の成績係数の値は、理論冷凍サイクルの成績係数の値より大きくなる。 H12/02

・実際の装置の成績係数の値は、理論冷凍サイクルの成績係数の値より大きい。 H16/02

・実際の装置における冷凍サイクルの成績係数は、理論冷凍サイクルの成績係数よりも大きい。 H27/02 答え

【全部 ×】 小さくなる(小さい)。(年度により違う文章をお楽しみください。)
 実際の装置では機械的損失などで動力は大きくなる、よって成績係数は小さくなる。テキスト<8次:P19 3行目~>

・冷凍装置やヒートポンプ装置の成績係数は、装置全体の運転条件によって決まり、圧縮機の性能の影響を受けることはない。 H25/03 答え

【×】 この問題はココに置く。 そんなことはないでしょ。と、なんとなく【×】にする問題。テキスト<8次:P28 (3.2 圧縮機の性能)4行目辺りから>にズバリ的。

・冷凍能力を理論断熱圧縮動力で除した値を理論冷凍サイクルの成績係数と呼ぴ、この値が大きいほど、小さい動力で大きな冷凍能力が得られることになる。 H28/01 答え

【◯】 (COP)th・R = Φo / Pth ですから、COPがおおきいということは、Pthは小さい(動力でよい)です。テキスト<8次:P18 (2.8式)の下行>にズバリですね。

・必要な冷凍能力を得るための圧縮機動力が小さければ小さいほど冷凍装置の性能がよいことになる。その冷凍装置の性能を表す量が成績係数である。 H26/01

・必要な冷凍能力を得るための圧縮機駆動の軸動力が小さければ小さいほど冷凍装置の性能がよいことになる。その冷凍装置の性能を表す値が成績係数である。 H30/01答え

【両方◯】 良い問題ですね。 テキスト<8次:P18 (2.8式)の下行~>


運転条件と成績係数

 成績係数が「大きい」ほど冷凍サイクルの効率が良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。大きいほど良い。 テキストは<8次:P19~P20>

・蒸発圧力だけが低くなっても、あるいは凝縮圧力だけが高くなっても成績係数は小さくなる。H09/03 答え

【◯】 古~い問題ですが、この一文は永久に変わらないでしょう。テキスト<8次:P19 下から6行目~>

・成績係数は、冷凍サイクルの運転条件が変っても変化しない。 H10/01 答え

【×】 んなこたぁーない。と、なんとなく分かる問題。 テキスト<8次:P18の最下行~P19の1行目>にズバリ記述されている。

・冷凍サイクルの成績係数は、蒸発圧力が低くなっても、あるいは凝縮圧力が高くなっても大きくなる。 H12/02 答え

【×】 蒸発圧力はなるべく高く、凝縮圧力はなるべく低くするのが効率の良い運転(圧縮動力が少なくてすむ)で、成績係数を大きくできます。 テキスト<8次:P19 下から6行目~>これは、基本中の基本、重要なところです。

・冷凍装置の成績係数は、蒸発温度が低いほど、また、凝縮温度が高いほど大きい。 H15/01 答え

【×】 圧縮機の仕事量は多くなり(圧縮動力が増加)成績係数は小さくなります。「蒸発温度はなるべく高く」「凝縮温度はなるべく低く」するのが省エネです。 テキスト<8次:P19 下から6行目~>

・凝縮圧力が低下すると、成績係数は大きくなる。 H15/03 答え

【◯】 圧力比が小さくなるので圧縮機の動力は少なくてよい、成績係数は大きくなります。ぅむ、<8次:P19 下から6行目~>

・蒸発圧力が低下すると、成績係数は大きくなる。 H15/03 答え

【×】 今度は【×】ですよ。ぇ?…「蒸発圧力」ですよ!問題文はよく読もう。テキスト<8次:P19 下から6行目~>
 圧力比が大きくなるので圧縮機の動力は大きくなり、成績係数は小さくなります。。

・冷凍サイクルにおいて、蒸発圧力だけが低くなっても、あるいは凝縮圧力だけが高くなっても、成績係数は大きくなる。 H21/02 答え

【×】 効率のよい運転、低い高い大きい小さい・・・、冷凍サイクルの冷媒の状態を頭の中にイメージできるようにしよう。<8次:P19 下から6行目~>

・冷凍サイクルの成績係数は、冷凍サイクルの運転条件によって変わる。蒸発圧力だけが低くなっても、あるいは凝縮圧力だけが高くなっても、成績係数が大きくなる。 H23/02答え

【×】 前半は正しい。テキスト<8次:P18の最下行~P19の1行目>  成績係数が小さくなる。 が、正解。<8次:P19 下から6行目~>

・冷凍サイクルの成績係数は、冷凍サイクルの運転条件によって変わる。蒸発圧力だけが低くなっても、あるいは凝縮圧力だけが高くなっても、成績係数が小さくなる。 H30/02 答え

【◯】 上記(H23/02)の問題の【◯】バージョンです。

・冷凍装置の運転条件が変化しても、成績係数の値は変化することはない。 H24/02 答え

【×】 んなこたぁあー、ない。テクスト<8次:P18の最下行~P19の1行目>

・凝縮温度を一定として蒸発温度を低くすると、冷凍装置の成績係数は大きくなる。 H28/03 答え

【×】 テキスト的には<8次:P19 真ん中あたり~>。

 引用しておきましょう。
また,蒸発圧力だけが低くなっても,あるいは凝縮圧力だけが高くなっても,成績係数が小さくなることも容易にわかる.

だけ というのがポイントですね。

・冷凍サイクルの成績係数は運転条件によって変化するが、蒸発圧力だけが低くなった場合や、あるいは凝縮圧力だけが高くなった場合には、成績係数の値は大きくなる。 H29/02 答え

【×】 H23年度と同等の問題。運転条件は、テキスト<8次:P18の最下行~P19の1行目>
  成績係数の値は小さく(効率が悪い運転に)なる  蒸発圧力はなるべく高く、凝縮圧力はなるべく低くするのが効率の良い運転(圧縮動力が少なくてすむ)で、成績係数を大きくできます。
これは、『初級 冷凍受験テキスト』<8次:P7  1.2.1 最小の動力で最大の冷凍能力>をよく読む。ここは、基本中の基本、重要なところです。


おまけ

 テキスト<8次:P20 上から9行目 なお、 )~>に、「おまけ」のように下記問題の文章が記述されているのでここに記しておく。

・圧縮機の吸込み蒸気の過熱度が小さくなると、圧縮機の吐出しガス温度が高くなり、冷凍機油が劣化しやすくなる。 H13/02 答え

【×】 冷凍機油が高温になると劣化しやすくなる。
 吐出しガス温度が高くなるのは過熱度が大きくなったときである。

 「蒸発器>【着霜と除霜と凍結防止】」の問題になると、下記のような問題が出題される。霜が着くと蒸発圧力はどうなるか、それに連れて成績係数はどうなるか。ここの知識が効いてくる。

・蒸発器に厚く着霜しても、装置の成績係数は変わらない。 H11/07(蒸発器の問題) 答え

【×】 成績係数は小さくなる。
『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』P82読んで。
霜が厚く付く→蒸発(低圧)圧力が低くなる→圧縮機の圧力比が大きくなる。→比体積が大きくなる。
 成績係数COP=Φ/P 圧力比=Pd/Ps
 (Pd:吐出し側絶対圧力 Ps:吸込み側絶対圧力)


【その他】

 疲れたので、「成績係数」が入っている問題を【その他】にして並べておきます…。

・冷凍サイクルの成績係数は、運転条件が同じでも、冷媒の種類によって異なる。 H12/02 答え

【◯】 ぅむ。 COP =(h1-h4)/(h2-h1) 冷媒の種類によって比エンタルピーが変わる。テキスト<8次:P18 下2行目~)

 でも、  成績係数の値に大きさ差異はない。 と、記されているので大きくは変わらないだろう。

・膨張弁前の冷媒液の過冷却度が大きくなると、成績係数は大きくなる。 H15/03 答え

【◯】 ぅむ、3冷の場合は、こういうものだと思って覚えてしまっても良い。
 過冷却度については、『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P19>のp-h線図をジ~っと見て、よく読んで頂きたい。
 COP=h1-h4/h2-h1の式から、過冷却度が大きくなるとh4(h3)が小さくなってh1-h4(冷凍効果)が大きくなるので、成績係数(COP)は大きくなる。でも、過冷却度はあまり大きすぎてもいけない(5K程度まで)。

・蒸気圧縮式冷凍装置の圧縮機、膨張弁などの各機器の出入口の冷媒の圧力と温度を測定すると、p-h線図上に冷凍サイクルが描けるので、冷媒循環量がわかれば冷凍能力と成績係数の値が求められる。 H11/01 答え

【◯】この問題はココでいいかな。
 p-h線図上で、h1・h2・h4(h3)・が分かれば成績係数が求められる。(h1-h4)/(h2-h1)
冷媒循環量が分かれば冷凍能力Φo= qmr(h1-h4)である。
問題が古いのであるが、テキスト的には<8次:P18の2.7式、2.8式>辺りから読み取るしかないかな。

・水冷凝縮器の冷却管が汚れると、成績係数は大きくなる。 H15/03 答え

【×】 冷却管が汚れると凝縮温度と凝縮圧力がともに上昇し、圧力比は大きくなって圧縮機の動力も余分に必要になり成績係数は小さくなってしまいます。日頃の水質管理に気を配らないといけません。テキストは<8次:P70 (6.2.5 水あかの影響)

 03/03/14 05/03/11 07/03/16 08/04/13 09/05/18 10/08/31 11/06/18 12/05/27 13/05/04 14/06/21 15/06/09 16/08/13 17/11/20 19/11/17

 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト』7次改訂版への見直し、済。(14/05/31)
 『初級 冷凍受験テキスト』8次改訂版への見直し、済。(20/04/22)

修正・修正・訂正箇所履歴

【2016/05/05 新設】

  • 上の「冷凍の原理2」→「冷凍の原理3」に訂正。(2016/05/07)
  • 【理論と運転条件】【凝縮圧力と蒸発圧力】を「理論と実際の成績係数」「運転条件と成績係数」に変更並び替え。(2016/08/13)
  • 「運転条件と成績係数」の問題を年度順に並び替えた。 (2017(H29)/02/02)
  • 「実際の成績係数」を追加し、問題文並び替え及び解説見直し。 (2019(R1)/11/17)
  • テキスト8次改訂版(R01(2019)-11月改訂)へ対応、および、文章を見直し。(2020(R02)/04/22)

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【参考文献】

  • 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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