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。::

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理論と実際の成績係数

 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』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 答え

【×】 小さくなる。
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P18下~P19

・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 答え

【×】 上記の問題と同じだが最後の「大きくなる」「大きい」の違いだけで別枠にした。

・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

【×】 ハイ、実際は理論より小さいです。テキストP18下~P19

・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P18の下4行目辺りから読み取るしかないかな。

・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 答え

【◯】 良い問題ですね。 テキストP18の下8行目辺り

・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

【◯】 この問題はココに置く。
 (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P18(2.8式)の下行にズバリですね。

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運転条件と成績係数

 成績係数は、「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

【◯】 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』P19の真中にズバリ。この一文は永久に変わらないでしょう。

・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。
『SIによる 初級 冷凍受験テキスト』P18(下から5行目)にズバリ記述されている。加えて、P37の上から5行目辺も読んでおきたい。

・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。
これは、『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』P7の「1.2.1 最小の動力で最大の冷凍能力を」をよく読む。ここは、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。
 成績係数COP=Φ/P(←P18、2.8式)
「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。(←P7 最小の動力で最大の冷凍能力を…云々)

・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、テキストP19。

・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。低く、高く、小さく、大きく、問題文は、よく読もう。テキストP19。
 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。

・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。成績係数が小さくなる。テキストP19

・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。

・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<7次:P19>真ん中辺り。

 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。
  成績係数の値は小さく(効率が悪い運転に)なる テキスト(『SIによる 初級 冷凍受験テキスト』)的にはP19です。

 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、『SIによる 初級 冷凍受験テキスト』P7の「1.2.1 最小の動力で最大の冷凍能力を」をよく読む。ここは、基本中の基本、重要なところです。

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おまけ

 テキストP20上から4行目~に、下記の問題文が「おまけ」のように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

【×】 この問題はココに置く。(テキストP20上から4行目~)
 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)

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【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…。

・圧縮機の断熱効率(圧縮効率)が大きくなると軸動力は大きくなり、冷凍装置の成績係数も大きくなる。 H11/05  答え

【×】 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』P32あたりから
冷凍の原理3のH11/05の説明式
 断熱効率ηcが大きくなると、軸動力Pは小さくてよいことになる。(小さくなり
.
 COP=Φo / P  (P33の3.13式) 「成績係数も大きくなる。」は、正しい。

・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P18下から6行目~)

・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、『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』P19の図をジ~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)。

・圧縮機の全断熱効率が大きくなると、圧縮機駆動の軸動力は小さくなり、冷凍装置の成績係数は大きくなる。 H23/03 答え

【◯】 全断熱効率ηtd=Pth/P=ηc・ηm(テキストP32下(3.10)式)なので、軸動力Pは小さくなる。
成績係数COPは、COP=Φo/P(テキスト(P33の3.13式))なので、大きくなる。
要するに、(全断熱)効率がいいと、冷凍に必要な動力は小さくて良いし、冷凍装置の効率も良くなって(成績係数が大きくなって)、eco(省エネ)ってことだね。
イメージが湧いてきたかな?

・蒸発温度を低くして運転すると、圧縮機の断熱効率が小さくなり、体積効率も小さくなるので冷凍装置の成績係数は小さくなる。 H20/03 答え

【◯】  「SIによる上級冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会」のP37の7行目~を、よく読んでね。蒸発温度はなるべく高くなるように運転する。そうしないと効率は小さくなり成績係数も小さくなる。

・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、現(7次改訂版)テキスト的には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P66の下辺りかなぁ。

・圧力比が大きくなると、機械効率は小さくなり、冷凍装置の成績係数は大きくなる。 H25/03 答え

【×】 この問題はココに置く。
 「圧力比が大きくなると、機械効率は小さくなり、」は、正しい。(テキストP32)
 圧力比が大きくなると、圧縮に必要な動力が大きくなって、機械効率は小さくなる、なので成績係数は小さく(冷凍装置の効率が悪く)なる。

 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

 『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)

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)

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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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