液ガス熱交換器付き冷凍装置
この問題は、1種冷凍学識計算攻略「さぁ、液ガス熱交換器を攻略しますよ！」で使用しています。コピペ多用していますので、本番の解答では適度に省略して簡潔に記述してください。
第一種冷凍機械責任者試験 平成20年度 問2 液ガス熱交換器
問2 下図に示す液ガス熱交換器付きのR404A冷凍装置を運転することにした。
この装置において、次の(1)および(2)の間に、解答用紙の所定欄に計算式を示して答えよ。また、(3)の問に答えよ。ただし、圧縮機の機械的摩擦損失仕事は熱となって冷媒に加えられるものとし、配管での熱の出入りはないものとする。 （20点）
(1) 冷凍能力Φoは何kWか。
(2) この冷凍装置の実際の成績係数(COP)Rはいくらか。
(3) 液ガス熱交換器の使用目的を二つ記せ。
(1) 冷凍能力は何kWか。
（1）の冷凍能力を求める問題は、液ガス熱交換器のヒートバランス（熱収支）がカギです。
冷凍能力を求める式は、サクッと浮かびます。
Φo ＝ qmr(h6 － h5) ------（1）
この（1）式で、数値がわからないものは冷媒循環量qmrと、蒸発器入口（膨張弁出口）の比エンタルピーh6です。
qmrは、凝縮負荷Φkが150kWと指定されているので、下記の（2）式から簡単に求められます。
Φk ＝ qmr (h2´－ h3) ------（2）
が、ここで、ひっかからないように、h2´で計算しますよ、注意してください。 h2の実際の比エンタルピーh2´を求めます
(2)式から、qmrを求めます。
次はh6を求めます。さて、ここからがこの問題のポイントです！液ガス熱交換器の熱収支を考えます。
流出するもの左辺に、流入するもの右辺に、まとめてみましょう。（下図をよく見てください、概略図を切り取ってあります。）
qmr・h4 ＋ qmr・h1 ＝ qmr・h3 ＋ qmr・h6
h4 ＋ h1 ＝ h3 ＋ h6 ------（3）
さてここで、h1とh3しか分かりません。h6が求められないじゃないの！
そこで、（3）式を変形して
h1 － h3 ＝ h6 － h4
ここに、h4 ＝ h5 なので、
h1 － h3 ＝ h6 － h5
（3）式に、数値を代入して、
370 － 250 ＝ h6 － h5
120 ＝ h6 － h5 （なんというか、パズルですよね。冷凍機械知識の試験ですかね…。）
というわけで、（1）式で一気に
答え Φo ＝ 93.75（kW）（93.8でもよいと思います。）
(2) この冷凍装置の実際の成績係数(COP)Rはいくらか。
では、一気に。
答え (COP)R ＝ 1.66
(3) 液ガス熱交換器の使用目的を二つ記せ。
『上級 冷凍受験テキスト：日本冷凍空調学会』＜9次(8次)：P20 (2.4.1 液ガス熱交換器付き冷凍サイクル)＞を参照しましょう。
- 蒸発器出口の冷媒蒸気を適度に過熱(誤字：加熱に注意)させ、圧縮機の湿り圧縮、液圧縮を防ぐ。
- 高圧液の過冷却度が大きくなり、フラッシュガス防止となる。
- 吸込み蒸気管の伝熱を向上させて管長を短くできる。
この内の2つを記す。
訂正箇所履歴
【2016/02/11 新設】
- スマホなどで崩れる計算式などを、自動で大きさが変化する画像にした。（2017(H29)/04/26）
- 『上級 冷凍受験テキスト：日本冷凍空調学会』8次改訂版対応。（2017(H29)/04/26）
- 『上級 冷凍受験テキスト』9次改訂版に対応。（2023(R05)/06/01）