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飽和圧力・沸点・臨界温度(P45~P47)

R22の飽和圧力と飽和温度
「飽和圧力」「飽和温度」解説用

  • 「飽和圧力」は冷凍の原理で少々触れているが、ここでは冷媒視点での学習になる。8次改訂版に合う過去問が見当たらないため by echo 独自問題となっています。
  • 「沸点」は過去問題の出題が多い。こなしているうちに覚えられるでしょう。
  • 「臨界温度」は、この先ポツリポツリと出題されるかもしれない。

 解説などに、p-h線図を使った図を多数組み込んでみました。

飽和圧力P46,P47

 ここでは、「蒸発」「凝縮」「飽和液」「飽和蒸気」「飽和圧力」「飽和温度」をまとめて頭の中にイメージできるようになれば、合格!

p-h線図(蒸気線説明用)
解説では、p-h線図を多用してみましょう。


・単一成分冷媒は、温度と圧力が一定のもとで蒸発と凝縮をする。 by echo 答え

【◯】 テキスト<8次:P45 下から5行目>p-h線図では、蒸発工程と凝縮工程は、温度と圧力が一定であるのが一目瞭然!?
蒸発・凝縮は、圧力一定・温度一定
 線図の圧力と温度(等温線)の数値は、R22の飽和表(又は、テキスト<8次:P47 表4.2>)をもとにして作成した。-30℃、0.164Mpa一定のもとで蒸発する。また、45℃、1.730Mpa一定のもとで凝縮する事がわかる。

・飽和液から飽和蒸気への変化を「凝縮」、逆に飽和蒸気から飽和液への変化を「蒸発」という。 by echo 答え

【×】 うっかり間違えないように。「凝縮」と「蒸発」が逆です。テキスト<8次:P45 下から5~4行目>

p-h線図上の蒸発と凝縮
 飽和液(点4)から飽和蒸気(点1)への変化を「蒸発」、逆に飽和蒸気(点2)から飽和液(点3)への変化を「凝縮」、図を見れば大丈夫でしょう。

・温度が上昇すると蒸発・凝縮圧力も上昇し、同様に、圧力が上昇すると蒸発・凝縮温度も上昇する。 by echo 答え

【◯】 この原則は、保守関係でとても大事になってくる。しっかり覚えよう。テキスト<8次:P45 下から3行目>です。
p-h線図上の蒸発と凝縮の温度と圧力
 温度と圧力は一対一の対応関係(片方が上がればもう片方は上がる、片方が下がればもう片方は下がる。)です。図の等温線と圧力の関係を見ましょう。

・飽和圧力とは、ある温度で蒸発・凝縮する圧力をいう、また、飽和温度とは、ある圧力で蒸発・凝縮する温度である。 by echo 答え

【◯】 テキスト<8次:P45最下行~P461行目> 下図を作ってみました。

R22の飽和圧力と飽和温度
 R22の飽和圧力と飽和温度。ある圧力やある温度で、蒸発・凝縮する、それを「飽和圧力」「飽和温度」とよぶ。ぅ~ん、この図でわかるかな。

・冷媒の飽和圧力は、温度が上昇すれば上昇する。また、その飽和温度は、圧力が上昇すれば上昇する。 by echo 答え

【◯】 冷媒の温度と圧力は一対一の対応関係でしたね。テキスト<8次:P46 1行目から>

R22の飽和圧力と温度の関係
 R22の飽和圧力と温度との関係です。


沸点P46,P47表4.2

 一般性質の中では  沸点 が一番出題数が多いです。テキスト<8次:P46>です。

・沸点(標準沸点)は、冷媒の種類によって異なる。 H10/04 答え

【◯】 ぅむ。たいがい◯にするよね。
 テキスト<8次:P46>の10行目にズバリ。 <8次:P43 (表4.2)>→(アンモニア -33.3℃ R22 -40.8℃ R134a -26.2℃)

・0℃における飽和圧力を標準沸点といい、冷媒の種類によって異なっている。 H26/04 R01/04 答え

【×】 勉強していないと、なんとなく◯にするかも…。
 テキスト<8次:P46 (8~9行)>を引用:  圧力がちょうど標準大気圧(101.325kPa)であるときの飽和温度を標準沸点(単に沸点とよぶこともある)という. ← 0℃における云々とか、何処にも書いてない。

・沸点はR410Aよりもアンモニアのほうが低い。 H16/04 答え

【×】 ぅ~ん、<8次:P47 (表4.2)>を気合で覚えよう…、若しくは、沸点が低い順に並べてみると、

 R744(二酸化炭素)-78.45、R32 -51.65、R410A-51.46、R290(プロパン) -42.13、R22 -40.8、R717(アンモニア) -33.33、R1234yf -29.39、R134a -26.07、R1234ze -18.96

 アンモニア(R717)とR134aは、わりと沸点が高い。と、覚えてればいいかも。(マイナスだから、低い高いを勘違いしないように…。)

・沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒より圧力が低い。 H14/04 答え

【×】 正しい文章は  沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒より圧力が高い
 沸点と圧力といったら、テキスト<8次:P46 (一番下2行 )> →  同じ温度で比べると,標準沸点の低い冷媒は,標準沸点の高い冷媒よりも高い飽和圧力をもつ

・沸点の低い冷媒と高い冷媒を同じ温度条件で比較すると、飽和圧力は一般に沸点の低い冷媒のほうが低い。 H17/04 答え

【×】 ぁ~、日本語困惑スパイラル~!正しい文章にしてみましょう。

  沸点の低い冷媒と高い冷媒を同じ温度条件で比較すると、飽和圧力は一般に沸点の低い冷媒のほうが高い 【沸点・低いものは高い】という感じに覚えていれば…、けっこうGETできる!!?

・単成分冷媒の沸点は種類によって異なるが、沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が低い。 H24/04 答え

【×】 単成分冷媒については<8次:P46 (1~10行目)>でよいだろう。正しい文章は、

  単成分冷媒の沸点は種類によって異なるが、沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が高い

  もう、慣れてきたかな。

・フルオロカーボン冷媒の沸点は種類によって異なり、同じ温度条件で比べると、一般に、沸点の低い冷媒は、沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が高い。 H30/04 答え

【◯】 全きそのとおり!素直な良い問題でつね。

・単一成分冷媒の飽和圧力が標準大気圧に等しいときの飽和温度を標準沸点といい、冷媒の種類によって異なる。 R02/04 答え

【◯】 なんとなく覚えておくしかないでしょう。イメージでも湧けばいいんですけどね。テキストは<8次:P46の8~10行目>に、ズバリ的に記されているから読んでちょうだい。


臨界温度P47

p-h線図(臨界点用)
臨界点は飽和圧力曲線の終点で、気体と液体の区別がなくなる状態点です。

・ 臨界点は、気体と液体の区別がなくなる状態点である。この臨界点は飽和圧力曲線の終点として表される。臨界点における温度および圧力を臨界温度および臨界圧力という。 R03/04 答え

【◯】 綺麗にまとまった良い文ですね。テキスト<8次:P47 1行目~>

・冷凍装置は、通常、凝縮温度を冷媒の臨界温度よりも低い温度で使用している。 by echo 答え

【◯】 はい、冷媒は臨界温度(圧力)以上では凝縮しないので、臨界温度よりも低い温度で使用している。テキスト<8次:P47 5行目辺り>

【補足】
 テキスト<8次:P47 表4.2>をみると、各冷媒の臨界温度は70℃以上である。しかし、R744(二酸化炭素)の臨界温度は30.97℃と非常に低い。R744冷凍装置では高圧の冷却を通常の冷却空気や冷却水を用いても臨界温度以上になり凝縮しない。これを「超臨界サイクル」というらしい。
 現状、CO2ヒートポンプサイクルなどをうまく組み合わせたりしてショーケース用冷凍装置など普及している。

 21/12/18

 『初級 冷凍受験テキスト』8次改訂版へ適応。(21(R03)/12/13)

修正・訂正箇所履歴

【2021(R03)/12/17 新設】

【参考文献】

  • 初級 受検テキスト(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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