液噴射弁使用の冷凍サイクル
液噴射弁は、一度勉強すればなんとなく楽勝モードに突入します。
参考：1種冷凍学識計算攻略問2 「液噴射弁を使用した、過熱度防止の冷凍サイクル」
第一種冷凍機械責任者試験 平成24年度（11月試験）
問2 下図に示すR22冷凍装置は、理論冷凍サイクルで運転され、過熱度が大きい圧縮機吸込み蒸気に凝縮器出口冷媒液の一部を噴射することで、圧縮機吸込み蒸気の過熱度を小さくして圧縮機吐出しガス温度を下げる方式によるものである。この冷凍装置で、凝縮器出口の冷媒循環量の15％を噴射した場合について、次の（1）の問は解答用紙のp-h線図上、（2）および（3）の問は解答用紙の所定欄に計算式を示して答えよ。
ただし、図中の点3は過冷却であり、各状態点の比エンタルピーび値は次のとおりである。
（1）この冷凍装置の理論冷凍サイクルを解答用紙のp-h線図上に描き、点1～点6の各状態点を図中に記入せよ。
（2）圧縮機吸込み蒸気の比エンタルピーh1（kJ/kg）を求めよ。
（3）この冷凍装置の理論成績係数(COP)th.Rを求めよ。
（1）この冷凍装置の理論冷凍サイクルを解答用紙のp-h線図上に描き、点1～点6の各状態点を図中に記入せよ。
テキストでは、『SIによる 上級 冷凍受験テキスト：日本冷凍空調学会』＜7次：P22＞です。（理屈を把握して）覚えておくしかありません。
解答図
参考図
＜＜液噴射弁使用サイクル＞＞（補足説明）
- 膨張弁手前の高圧液冷媒点3を液噴射弁で絞り膨張させて、その冷媒点6を蒸発器出口で混合させ、圧縮機へ吸い込まれていきます。点1
- 注意、蒸発器の手前の点4の比エンタルピーは、噴射弁出口の点6と同じです。点4と点6がいまいちわからない人は、p-h線図をよ～く見てください。液噴射弁と膨張弁の入口出口の比エンタルピーは変化しません。
- 点5の過熱度の大きなガスが吸い込まれて吐出しガス温度が高くなるのを防止するため、吸込み蒸気に液冷媒を噴射させています。
- なので、蒸気の過熱度は小さくなって、点1の状態で圧縮機に吸い込まれていきます。
（2）圧縮機吸込み蒸気の比エンタルピーh1（kJ/kg）を求めよ。
この問は、下図のa点の熱収支の式を組み立てられれば楽勝です。
点1（h1）の冷媒量を、qpとしましょう。
熱収支の式を組み立てます。
流入するものと流出するものを左辺右辺にまとめましょう。
qp・h1 ＝ 0.15・qp・h6 ＋ 0.85・qp・h5
と、なりますが qpを消すことができますので、
h1 ＝ 0.15 × h6 ＋ 0.85 × h5
この式が、混合点の熱収支の式といってもよいでしょう。採点者はこの式を見るはずです。
数値代入しましょう。
h1 ＝ 0.15 × 240 ＋ 0.1 × 430 ＝ 401.5 ≒ 402 (kJ/kg)
答え h1 ＝ 402 (kJ/kg)（401.5 (kJ/kg)でもよいと思います。）
（3） この冷凍装置の理論成績係数(COP)th.Rを求めよ。
楽勝のように思えますが、さて。
理論成績係数(COP)th.Rは、
ですが、ここで冷媒循環流量qpが指定されていません。
でも、どうってことないですね。 qp ＝ 1として、
と、なるので、楽勝ですね。数値を代入します。
答え (COP)th.R ＝ 4.2
注） （2）で求めたh1 ＝ 402 で、計算すると答えは、4.25 ≒ 4.3 と、なりますが…、満点くれると思います。
訂正箇所履歴
【2016/02/11 新設】
- 問題文の中 h5 ＝ 416 kJ/kg → h5 ＝ 430 kJ/kg （2016/05/28訂正）
- スマホなどで崩れる式などを、自動で大きさが変化する画像にした。（2017(H29)/04/29）