1種冷凍学識計算11月試験攻略-問1:平成28年度

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二段圧縮一段膨張冷凍装置 中間冷却器の熱収支を把握していないと解けないでしょう。

 昨年度(H27)と同等です。アンモニア冷凍装置なので比エンタルピー値が大きいですね。

第一種冷凍機械責任者試験 平成28年度(11月試験)

問1 アンモニアを冷媒とする二段圧縮一段膨張の冷凍装置を下記の冷凍サイクルの運転条件で運転するとき、次の(1)~(3)の間に、解答用紙の所定欄に計算式を示して答えよ。
  ただし、圧縮機の機械敵摩擦損失仕事は吐出しガスに熱として加わるものとする。また、配管での熱の出入りおよび圧力損失はないものとする。 (20点)

第一種冷凍機械責任者試験「学識」問1(運転条件)

(1)凝縮器の冷媒循環量qmrk(kg/s)を求めよ。

(2)実際の圧縮機駆動の総軸動力P(kW)を求めよ。

(3)実際の冷凍装置の成績係数(COP)Rを求めよ。

なにはともあれ、概略図と線図を描きましょう。

 線図が書かれているので数値など入れてみましょう。装置の概略図も書きましょう。本番では書かなくとも、頭の中のイメージで計算式が組み立てられれば最高ですね。

ηcL=0.70
ηcH=0.70

ηmL=0.85
ηmH=0.85

qmro = 0.125 kg/s

 サクっと描き上げられるように何度も練習しましょう。

(1)凝縮器の冷媒循環量qmrk(kg/s)を求めよ。

 なにわともあれ、熱収支です。

中間冷却器概略図1 中間冷却器概略図2

 ここで、注意) h2は、h2´とすること。

 左辺に入るもの、右辺に出るものでまとめます。

 q´mro・h6 + qmro・h5 + qmro・h2´ = qmrk・h3 + qmro・h7


 さて、熱収支式のqmrkを削除して、 q´mroとqmroでまとめることを考えます。

 qmrk = qmro + q´mro

 (『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P28(2.26)左式参照のこと>)

 q´mro・h6 + qmro・h5 + qmro・h2´ = h3(qmro + q´mro)+ qmro・h7

 qmroとq´mroだけの式ができあがりました。


 h3の部分を展開して

  q´mro・h6 + qmro・h5 + qmro・h2´ = h3・qmro + h3・q´mro + qmro・h7

 qmroを左、 q´mroを右に、整理整頓。

  qmro・h5 - qmro・h7 + qmro・h2´- qmro・h3 = q´mro・h3 - q´mro・h6

二段一段膨張p-h線図 ここで、まとめます。p-h線図をよ~く見てください。
 左辺はh2´とh3、h5とh7がペアになります。

  qmro{(h5 - h7)+(h2´- h3)} = q´mro(h3 - h6)

 この熱収支の式が、できるかできないかで合格の合否の分かれ道となるでしょう。


 q´mroは、

q´mroを求める式 と、なります。

 さて、h2´を単独で計算してもよいのですが、今回は模範解答集のように式の中にスマートに!?組み込みましょう。

 h2´を求める式は、

h2´を求める式 これを、組み込みましょう。

q´mroを求める式に、h2´を求める式を組み込む。

 と、いう具合です。では、数値代入して一気に。

q´mroを求める式、数値代入計算。

 よってqmrkは、

 qmrk = qmro + q´mro
  = 0.125 + 0.025 = 0.150

 やっと、答えが書けますです。

 答え  qmrk = 0.150 kg/s

:-D めでたしめでたし。 本番では適にまとめ短くしてください。

(2)実際の圧縮機駆動の総軸動力P(kW)を求めよ。

 P = PL + PH である。 (一気に行きましょう。)

P = PL + PH、一気に数値代入計算。

 答え  63.4 kW

:-D めでたしめでたし。

(3)実際の冷凍装置の成績係数(COP)Rを求めよ。

 一気で。

成績係数、一気に数値代入計算。

 答え 2.38 

 H27年度のR404A冷凍装置よりも、アンモニア冷凍装置のほうが成績係数が大きいですね。(1.30<2.38)


 この問題の要点は、

  •  中間冷却器 q´mroの熱収支式で計算できるか。
  •  qmrk = qmro + q´mro を、知っているか。
  •  h2´を把握しているか。

 ぐらいかな。健闘を祈る。

訂正箇所履歴

【2017/02/21 新設】

  • (COP)Rの計算途中。 15.1 → 151 へ、修正。(2017(H29)/02/23)
  • (1)の解答がq´mroの数値が答えになっていたのでqmrkを求める式を追加し、答えを「qmrk = 0.150 kg/s」に訂正した。(2018(H30)/02/16)

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