熱交換器の合理的使用-蒸発器の能力と蒸発温度

 「学識」の問7では、『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P222~P229 (17 熱交換器の合理的使用)>からの出題になります。

 この頁は、テキスト<8次:P222左~P223右上 (17.1.1 蒸発器の能力と蒸発温度)>からの出題になります。

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蒸発器の能力と蒸発温度

 テキストでは、計算式とグラフでダラダラと記述されている。とても分かり難い、が、そのうち(頑張っていると)サイクル的なイメージが湧いてくると思う…。


蒸発温度、比体積、体積効率、比エンタルピー差 の関係

・蒸発温度が低くなるほど、圧縮機の吸込み蒸気の比体積が小さくなり、体積効率と蒸発器出入口間の比エンタルピー差はともに少し大きくなる。 H20ga/07(熱交換の問題) 答え

【×】 "小さくなり"と"大きくなる"が間違い。
 「上級冷凍受験テキスト」<8次:P222左下>「17.1.1 蒸発器の能力と蒸発温度」を熟読すべし。
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 蒸発温度が低くなるほど、圧縮機の吸込み蒸気の比体積が大きくなり、体積効率と蒸発器出入口間の比エンタルピー差はともに少し小さくなる。

・乾式空気冷却用蒸発器の能力は、伝熱面積、熱通過率および算術平均温度差から求められる。ただし、熱通過率の値は、算術平均温度差が大きくなれば、空気側の熱伝達抵抗が大きいため、算術平均温度差に比例して大きくなる。 H22ga/07 答え

【×】 熱通過率の値は、算術平均温度差には関係なくほぼ一定値。というのが正解。
 テキスト<8次:P223左上> 式(17.2)より から数行を読む。

・蒸発器内の蒸発温度が低くなるほど、吸込み蒸気の比体積は小さくなり、体積効率と蒸発器出入口間の比エンタルピー差はともに少し小さくなる。このために、圧縮機能力は蒸発温度が低くなると小さくなる。 H23ga/07

・蒸発器内の蒸発温度が低くなるほど、吸込み蒸気の比体積は小さくなり、体積効率と蒸発器出入口間の比エンタルピー差はそれぞれ少し小さくなる。また、圧縮機の冷凍能力は蒸発温度が低くなると小さくなる。 H30ga/07 令02学/07 答え

【両方 ×】  比体積は大きくなり が正解。(余談:「令02学/07」は、令和2年度には珍しいコピペ問題でした。)
 テキスト保安編の<8次:P222左下>にズバリ的。

・運転中の冷凍装置において、蒸発温度が高くなると、圧縮機吸込み蒸気の比体積が小さくなり、蒸発器出入口間の比エンタルピー差と圧縮機の体積効率はともに大きくなる。 H24ga/07(熱交換の問題) 答え

【◯】 今度は、【◯】。 蒸発温度が高いか低い、惑わされないように....。

・運転中の冷凍装置において、蒸発温度が高くなると、圧縮機吸込み蒸気の比体積が小さくなり、蒸発器出入口間の比エンタルピー差と圧縮機の体積効率はともに少し小さくなる。 R01ga/07 答え

【×】 今度は、【×】。もう楽勝ですかね。

  運転中の冷凍装置において、蒸発温度が高くなると、圧縮機吸込み蒸気の比体積が小さくなり、蒸発器出入口間の比エンタルピー差と圧縮機の体積効率はともに大きくなる。


アンローダが作動して

・冷凍装置の蒸発器熱負荷が減少し、アンローダが作動して部分負荷になると、凝縮負荷は全負荷時よりも低下する。 H19ga/07  答え

【◯】 テキストの<8次:P223左下から6行目~(図17.2 部分負荷時の圧縮機能力と蒸発器能力との平衡)>読んで、ジッとグラフを見つめれば良い。 難しいかも…、イメージしてみて。

-- 追記 --
 冷凍装置の蒸発器熱負荷が減少し、アンローダが作動して部分負荷になると、冷凍能力Φoは小さくなる。したがって、凝縮負荷(Φk=Φo+P)は全負荷時より低下する。

・冷凍装置の熱負荷が減少し、可変容量圧縮機のアンローダが作用して圧縮機能力が小さくなると、フィンコイル蒸発器では、室温と蒸発温度の温度差は小さくなる。 H27ga/07 答え

【◯】 冷凍装置の熱負荷が減少し、可変容量圧縮機のアンローダが作用して圧縮機能力が小さくなると、蒸発温度は上がる。よって、 室温と蒸発温度の温度差は小さくなります。テキスト<8次:P223 (図17.2 部分負荷時の圧縮機能力と蒸発器能力の平衡)>と、その説明から読み解く。


伝熱量など

 ちょっとね、考え込むような問い。

・空気冷却器の熱通過率Kの値と伝熱面積Aが変わらなければ、空気と冷媒との算術平均温度差Δtmが大きくなると、伝熱量(冷凍能力Φo)は減少する。 H17ga/07 答え

【×】 2種冷凍では熱計算の問題は出題されなくなったが、公式を理解していれば(覚えていると)楽勝である。覚えていなくてもイメージが出来上がっていればいいんだけどネ。
 ΦE(Φo):空気冷却用の乾式の蒸発器能力 「kW」
 K:蒸発器の熱通過率 「kW/m^2・K」
 Δtm:冷媒と空気の算術平均温度差 「℃」
 A:蒸発器の伝熱面積 「m^2」

   ΦE=K・A・Δtm 「kW」

 テキスト<8次:P223左上>引用しておきます。
  式(17.2)より,算術平均温度差Δtmが大きくなれば伝熱量(冷却能力)ΦEが増大する.

 問題文を正しくしてみましょう。
  空気冷却器の熱通過率Kの値と伝熱面積Aが変わらなければ、空気と冷媒との算術平均温度差Δtmが大きくなると、伝熱量(冷凍能力Φo)は増大する。

・冷蔵室に設置されているユニットクーラの循環風量を小さくすれば、庫内温度と蒸発温度との温度差を小さくすることができる。 H19ga/07(熱交換の問題) 答え

【×】  この問題は(テキストの学識編も探しても)文章的にズバリ的が見当たらない。(汗
 <8次:P17 、P94 、P222>あたりで総合的に考えるしかないかも、循環風量を小さくすると庫内温度と蒸発温度の差は小さくならない。
 (つまり、熱伝達小さくなる、熱通過率が小さくなる、熱交換が悪くなる、温度差が大きくなる(アイスが溶けてくるとか想像する)、成績係数悪くなる、省エネにならない)みたいな。

 17/03/16 19/09/29 20/01/06 20/11/28

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修正・訂正箇所履歴

【2017/03/16 新設】(← 履歴をここに作った日

  • H17ga/07の解説文の記号(Φo、Δtm)修正、及び、文章を見直し。(2017/06/11)
  • 文章見直し。(2019(R01)/09/29)
  • 問題を3つに分類。(2020(R02)/01/06)

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【参考文献・リンク】

  • 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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