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水冷凝縮器1

 ここでは、「凝縮負荷」、「水冷凝縮器の構造(種類)」、「熱計算」などの問題を集めてあります。

 『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P65(6.1.1 凝縮器の種類) ~ P70(6.2.4 冷却水の適正な水速)>をとりあえず、ザッと読んで、過去問をやってみよう。「ローフィンチューブ」が、ポイントかも。


凝縮負荷

 3つの式を記憶する。(計算問題のためではなくて式の理屈を把握する。)

  • Φk = Φo + P [kW]
     テキスト<8次:P65 (6.1)式
  • P = Pth/ηc・ηm
     テキスト<8次:P33 (6.1)式
  • 1kW=1kJ/s=3600kJ/h
     テキスト<8次:P7 3行目>
  • Φk:凝縮負荷
  • Φo:冷凍能力
  • P:圧縮機駆動軸動力
  • Pth:理論断熱圧縮動力
  • ηc:断熱効率
  • ηm:機械効率

・凝縮負荷は冷凍能力に圧縮機駆動の軸動力を加えたものであるが、凝縮温度が高くなるほど凝縮負荷は大きくなる。 H23/06 答え

【◯】 前半は<8次:P65 (6.1)式>、Φk=Φo+Pだね。
 後半は、ぅ~ん、
 「凝縮温度大(凝縮圧力大)→圧縮圧力比大→軸動力(P)大→凝縮負荷(Φk)大」 と、いう感じだね。

・凝縮負荷は冷凍能力に圧縮機駆動の軸動力を加えて求めることができる。軸動力の毎時の熱量への換算は、1kW = 3600kJ/hである。 H26/06 答え

【◯】 前半はテキストP61、Φk=Φo+PでOKだね。
 さて、「1kW = 3600kJ/h」は、 テキスト<8次:P7 3行目>とか、「主な単位の換算表」←「目次」の前頁とか、常識?とか、で確信を得るしかないでしょう。 頑張ってください。


水冷凝縮器の構造

シェルアンドチューブ凝縮器概略図

 図は、シェルアンドチューブ凝縮器の概略図である。シェル(円筒胴)の中に、冷却水が通るチューブ(管)が配置されている。 テキストでは<8次:P66 (図6.2 シェルアンドチューブ凝縮器)>素晴らしい構造図が8次改訂版では掲載された。一度ジックリ見てイメージを膨らませてほしい。

  • 上部より圧縮機吐出しガスが入ると、冷却管で冷却され凝縮し、下部に液化した冷媒液が溜まる。
  • 最下部には数本の冷却管が液に浸され、過冷却を図るとともに、受液器の役目も持たせる。

 テキストでは、このシェルアンドチューブ凝縮器が水冷凝縮器の中心となって進んでいくので、過去問を解きながら前を見て歩んでほしい。

 

 年代順に置いておきます。

・受液器兼用の水冷凝縮器で凝縮器底部に溜められた冷媒液中に、一部の冷却管を配置するのは冷媒液を過冷却するためである。 H18/06 答え

【◯】 テキスト<8次:P67 下から10行目~  受液器兼用凝縮器では ~>ズバリ的。

・水冷式シェルアンドチューブ凝縮器は円筒胴、管板、冷却管および水室カバーから構成され、高温高圧の冷媒ガスは冷却管内を流れる冷却水により冷却され、凝縮液化する。 H23/06 答え

【◯】  に水、管にガス を覚えておこう。テキスト<8次:P66 一番下の行

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、冷却管内を冷媒が流れて冷媒が凝縮する。 H27/06 答え

【×】 逆ですね。(テキストP62下方)
 水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、冷却管内を冷却水が流れて冷却管外表面で冷媒が凝縮する。

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器は、円筒胴と管板に固定された冷却管で構成され、円筒胴の内側と冷却管の間に冷却水が流れ、冷却管内には冷媒が流れる。 R01/06 答え

【×】 正しい文章にしてみますかね。

  水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器は、円筒胴と管板に固定された冷却管で構成され、円筒胴の内側と冷却管の間に冷媒が流れ、冷却管内には冷却水が流れる。

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器は、円筒胴、管板、冷却管などによって構成され、高温高圧の冷媒ガスは冷却管内を流れる冷却水により冷却され、凝縮液化する。 R02/06 答え

【◯】 はい、わかりやすく綺麗で流れるような文章でツネ。


凝縮器の伝熱面積

 「水冷凝縮器の熱計算」に分類していたが、テキスト的に「構造」の頁(<8次:P67 16行目~18行目>)にあるので、ココに新たに分類した。(2019(R1)/07/15)

・シェルアンドチューブ水冷凝縮器の伝熱面積は、冷媒に接する冷却管外表面の合計面積で表す。 H21/06 答え

【◯】 ぅ~ん、この問題は、勉強していないと分からないかも。でも、なんとなく素直に◯でもよい。テキスト<8次:P67 16行目~18行目>を熟読し、イメージする。

・シェルアンドチューブ凝縮器の伝熱面積は、冷媒に接する冷却管全体の内表面積の合計をいうのが一般的である。 H26/06 答え

【×】 今度は、バツ。 表面積でツね。

・一般的に、水冷横型シェルアンドチューブ凝縮器の伝熱面積は、冷媒に接する冷却管外表面の合計面積で表す。 H29/06 答え

【◯】 テキスト<8次:P67 16行目~18行目>ズバリ的な良い問題です。(勉強している方にとっては…。)健闘を祈る!

・水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器の伝熱面積は、冷却管内表面積の合計とするのが一般的である。 H30/06 答え

【×】 同等の問題が続きます。  冷却管表面積 ですね。


二重管凝縮器

 二重管凝縮器は、2冷ではポツリポツリと出題されるが、3冷はきっちり図があるのに意外に出題が少ない。 (2冷の「保安・学識攻略」頁で使用している画像をココにも掲載しておきましょう。)

二重管構造図概略図 二重管凝縮器凝縮器概略図

・二重管凝縮器は、内管に冷却水を通し、冷媒を内管と外管との間で凝縮させる。 H25/07 答え

【◯】 二重管の問題は初めて!?(H26/07/15記ス)
 テキスト<8次:P67 図6.3と下から4行目>を読めば、PERFECT。


立形凝縮器

 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』7次改訂版(H25('13)12月改訂)では、立形凝縮器はゴッソリ削除されている。なので、立形凝縮器の問題は出題されないと思われる。(2014(H26)/07/04記ス)

・アンモニア大形冷凍装置に用いられる立形凝縮器は1パス方式である。H17/06 答え

【◯】 お疲れ、立形凝縮器。
 【続き(参考にどうぞ)】

テキストP61(←6次改訂版)入口から出口までに器内を何往復するかということ。1往復なら2パス、2往復なら4パス、なんだけどね。
ボイラー試験にも出てくるよね。
で、この問題なんだけど、「大型のアンモニア立形凝縮器は1パス」と覚えよう。テキストには、さりげなくチョコっと書いてあるんだよね。P61下から8行目
じゃ、小型のアンモニア立形はどうなのかって?…そういう問題は絶対、出題されないから安心してね。(責任は取れないよ、テキスト良く読んでね)

・立形凝縮器において、冷却水は、上部の水受スロットを通り、重力でチューブ内を落下して、下部の水槽に落ちる。 H25/07 答え

【◯】 これも上の問題同様、もう出題されないと思う。(25年度が最後。ァ、間違っても責任取らないです。


水冷凝縮器の熱計算

 テキストは、<8次:P64~P65 (6.2.2 水冷凝縮器の熱計算)>であるが、問題がみつからない。

 (ここには、水冷凝縮器と空冷凝縮器の熱通過率比較の問題があったが、空冷凝縮器の構造ページへ引っ越しした。)


ローフィンチューブ

 テキストは、<8次:P69~P70 (6.2.3 ローフィンチューブ)

です。

ローフィンチューブ概略図

 図は、ローフィンチューブの概略図である。外側のフィンの作図はこれが限界である。イメージ的にとらえてほしい。

 問題を一問置いておきましょう。

・水冷凝縮器に使用するローフィンチューブのフィンは、冷媒側に設けられている。 H17/06 答え

【◯】 冷媒側の熱伝達率が冷却水側の2分の1以上と小さいので、冷媒側(チューブの外側)にフィンをつけて表面積を大きくしている。テキスト<8次:P69 (図6.6)>を見てイメージしましょう。

・アンモニア冷凍装置の水冷凝縮器では、伝熱促進のため、冷却管に銅製のローフィンチューブを使用することが多い。 H12/06 答え

【×】 水冷凝縮器の場合は、冷却水が冷却管内を流れ、管外で冷媒蒸気が凝縮する。 冷媒側の熱伝導率が冷却水側の2分の1以上と小さいので、冷媒側(管外面)にフィン加工をして伝熱面積を拡大する。
アンモニア冷凍装置の場合は、銅製材料は腐食するためフィンのない鋼管の裸管が使用される。
しかし、近年では小型化のために鋼管のローフィンチューブを使用するようになったとのことである。
なので、この手の問題は出題されないか、ひっかけ問題に変わるか…。銅製と鋼製の文字には注意する。(この問題集にも打ち間違いがあるかもしれません m(_ _)m)

・横型シェルアンドチューブ凝縮器の冷却管として、冷媒がアンモニアの場合には銅製のローフィンチューブを使うことが多い。H16/06 答え

【×】 ぅむ。テキスト<8次:P69 (6.2.3 ローフィンチューブの利用)>の冒頭3行。
 アンモニアは銅及び銅合金を腐食させる。(アンモニア漏えい事故の場合は、分電盤等の銅バーや端子等も点検し腐食に注意せねばならない。)

・横型シェルアンドチューブ凝縮器の冷却管としては、フルオロカーボン冷媒の場合には銅製のローフィンチューブを使うことが多い。 H20/06 答え

【◯】 ぅむ。

・横形シェルアンドチューブ凝縮器の冷却管としては、冷媒がアンモニアの場合には銅製の裸管を、また、フルオロカーポン冷媒の場合には銅製のローフインチューブを使うことが多い。 H25/07 答え

【×】 冷媒がアンモニアの場合には、製は、使用不可。

・シェルアンドチューブ水冷凝縮器は、鋼管製の円筒胴と伝熱管から構成されており、冷却水が円筒胴の内側と伝熱管の間の空間に送り込まれ、伝熱管の中を圧縮機吐出しガスが通るようになっている。 H22/06 答え

【×】 チョと嫌らしい問題だ。
 伝熱管とはテキストで云う冷却管のことで、問題文では冷却水とガスが逆になっている。
 この伝熱管(冷却管)はチューブともいって、テキスト<8次:P69 (図6.6)>のローフィンチューブのことだ。
 このローフィンチューブの内側に冷却水が通り、外側は冷媒で満たされている。

・銅製のローフィンチューブは、フルオロカーボン冷凍装置の空冷凝縮器の冷却管として多く用いられている。 H18/06 答え

【×】 なんと大胆な問題。水冷凝縮器ですヨ!
 これを間違えた場合は、勉強不足かな…。テキストの凝縮器を一度でいいから隅々までよく読んでみよう。そして、過去問をガンガンする。健闘を祈る。

・水冷凝縮器の伝熱管において、フルオロカーボン冷媒側の管表面における熱伝達率は水側の熱伝達率より大きく、水側の管表面に溝をつけて表面積を大きくしている。 H27/06 答え

【×】 2種冷凍でも良いような問題かな。
 テキストは<8次:P69 下から3行目~P70の2行>です。正解に直した文章を置いておきまする。
 水冷凝縮器の伝熱管において、フルオロカーボン冷媒側の管表面における熱伝達率は水側の熱伝達率より(かなり)小さく冷媒側の管表面に溝をつけて表面積を大きくしている。


冷却水の水速

 テキスト<8次:P70 (6.2.4 冷却水の適正な水速)>です。適正な水速1~3m/sは、覚えるべし。(この先の空冷凝縮器の前面風速1.5~2.5m/s(テキスト<8次:P76 4行目)と、混同しないように。)

・水冷凝縮器において、冷却水の冷却管内水速を大きくしても、冷却水ポンプの所要軸動力は変わらない。 H11/06 答え

【×】 冷却水量が増えるので、ポンプの所要軸動力は大きくなる。

・冷却水の管内流速は、大きいほど熱通過率が大きくなるが、過大な流速による管内腐食も考え、通常1~3 m/s が採用されている。 H13/06 答え

【◯】 腐食の他に冷却管の振動、ポンプ動力の増大がある。←いずれ出題されるかも。1~3 m/sは記憶すべし。

・水冷凝縮器の熱通過率の値は、冷却管内水速が大きいほど小さくなる。 H16/06 答え

【×】  テキスト<8次:P70 真ん中あたり>に、 水速が速いほど、熱通過率Kの値が大きくなり と、記されているので、【×】。

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 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト』7次改訂版への見直し、済。(14/07/05)
 『初級 冷凍受験テキスト』8次改訂版への見直し、済。(20/05/31)

修正・訂正箇所履歴

【2016/05/22 新設】

  • 「冷却塔」を「水冷凝縮器2 - Submenu」から「Submenu」へ移動した。(2017(H29)/02/04)
  • 「ローフィンチューブ」の一部問題を「熱計算」へ移動した。(2017/11/25)
  • 解説文見直し。挿絵挿入。(2019(R1)/07/15)
  • 「水冷凝縮器の構造」内に「凝縮器の伝熱面積」を新設し、「水冷凝縮器の熱計算」より移動した。(2019(R1)/07/15)
  • 「水冷凝縮器の熱計算」の問題を「空冷凝縮器の構造」ページへ引っ越しした。(2020(R02)/05/28)
  • テキスト8次改訂版(R01(2019)-11月改訂)へ対応、および、文章を見直し。(2020(R02)/05/31)

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【参考文献】

  • 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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