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沸点と臨界温度・混合冷媒・体積能力

8次改訂版について
『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』8次改訂版(2019(R01)年11月発行)での「冷媒・ブライン」の章は大幅に変更された。下記にテキスト冒頭に記されている変更箇所を簡単にまとめた。

  • 体系的技術を学べるように、各節および各項の内容を見直し、賞の構成を変更した。
  • 低GWP冷媒に関する説明を加えた。
  • 主な冷媒の理論冷凍サイクル特性表をまとめた。
  • 末巻の付録を見直しと追加した。

 令和2年度や令和3年度辺りから、出題傾向がなにかしら変わっていくかも。(2020(R02)/05/03記ス。)

 記した通り、見出し変更や削除された項や節があるので、テキストに沿って頁内容を見直す…(汗)、かも。2020/05/03記ス

 冷媒関係は、毎年問4で出題されている。過去問でガンガン勉強しよう

 このページでは「沸点」「臨界温度」「混合冷媒」「体積能力」についての問題をまとめてあります。(8次改訂版では「混合冷媒」「体積能力」の見出しが無くなっている。とりあえずこのまま。2020/05/03記ス

沸点

 一般性質の中では  沸点 が一番出題数が多いです。テキスト<8次:P46>です。

・沸点(標準沸点)は、冷媒の種類によって異なる。 H10/04 答え

【◯】 ぅむ。たいがい◯にするよね。
 テキスト<8次:P46>の10行目にズバリ。 <8次:P43 (表4.2)>→(アンモニア -33.3℃ R22 -40.8℃ R134a -26.2℃)

・0℃における飽和圧力を標準沸点といい、冷媒の種類によって異なっている。 H26/04 R01/04 答え

【×】 勉強していないと、なんとなく◯にするかも…。
 テキスト<8次:P46 (8~9行)>を引用:  圧力がちょうど標準大気圧(101.325kPa)であるときの飽和温度を標準沸点(単に沸点とよぶこともある)という. ← 0℃における云々とか、何処にも書いてない。

・沸点はR410Aよりもアンモニアのほうが低い。 H16/04 答え

【×】 ぅ~ん、<8次:P43 (表4.2)>を気合で覚えよう…、若しくは、沸点が低い順に並べてみると、

 R410A -51.9℃、R404A -46.1℃、R407C -43.6、R22 -40.8℃、アンモニア -33.4℃、R134a -26.0℃

 アンモニアとR134aは、わりと沸点が高い。と、覚えてればいいかも。(マイナスだから、低い高いを勘違いしないように…。)

・沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒より圧力が低い。 H14/04 答え

【×】 正しい文章は  沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒より圧力が高い
 沸点と圧力といったら、テキスト<8次:P46 (一番下2行 )> →  同じ温度で比べると,標準沸点の低い冷媒は,標準沸点の高い冷媒よりも高い飽和圧力をもつ

・沸点の低い冷媒と高い冷媒を同じ温度条件で比較すると、飽和圧力は一般に沸点の低い冷媒のほうが低い。 H17/04 答え

【×】 ぁ~、日本語困惑スパイラル~!正しい文章にしてみましょう。

  沸点の低い冷媒と高い冷媒を同じ温度条件で比較すると、飽和圧力は一般に沸点の低い冷媒のほうが高い 【沸点・低いものは高い】という感じに覚えていれば…、けっこうGETできる!!?

・単成分冷媒の沸点は種類によって異なるが、沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が低い。 H24/04 答え

【×】 単成分冷媒については<8次:P46 (1~10行目)>でよいだろう。正しい文章は、

  単成分冷媒の沸点は種類によって異なるが、沸点の低い冷媒は、同じ温度条件で比べると、一般に沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が高い

  もう、慣れてきたかな。

・フルオロカーボン冷媒の沸点は種類によって異なり、同じ温度条件で比べると、一般に、沸点の低い冷媒は、沸点の高い冷媒よりも飽和圧力が高い。 H30/04 答え

【◯】 全きそのとおり!素直な良い問題でつね。

・単一成分冷媒の飽和圧力が標準大気圧に等しいときの飽和温度を標準沸点といい、冷媒の種類によって異なる。 R02/04 答え

【◯】 なんとなく覚えておくしかないでしょう。イメージでも湧けばいいんですけどね。テキストは<8次:P46の8~10行目>に、ズバリ的に記されているから読んでちょうだい。


臨界温度

・一般に、冷凍・空調装置では、凝縮温度を冷媒の臨界温度よりも低い温度で使用している。 H22ga/9 答え

【◯】 これは、2種冷凍の平成22年度「学識」問題です。3冷の過去に見あたらないのでココに記す。(2013/06/01)3種冷凍にも、出るかも。『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P47 (4~5行目 )>に、ズバリ的。


混合冷媒

 テキスト<8次:P42 (4.1 冷媒の種類)>下から7行目から混合冷媒のことが記されている。(7次改訂版にあった「4.1.2 混合冷媒」の項目が削除され、8次改訂版では「4.1 冷媒の種類」内に組み込まれた。)


成分について

・R407Cがボンベ内にある場合、冷媒液の成分割合と冷媒蒸気の成分割合は同じである。 H17/04 答え

【×】 沸点差の大きな冷媒(R22やR134a)を混ぜたものは、液と蒸気の状態の沸点が違う。なので、蒸発や凝縮が早かったり遅かったりする。んで、成分割合も違ってくる。
 こういう冷媒を「非共沸混合冷媒」(R410A、R404A等)というつまり、設問のR407Cの液と蒸気は成分割合が違います。と、いうこと。

 【8次改訂版での補足】

 設問の  R407C は、テキスト<8次P42 (第4章 冷媒およびブライン)>では、削除されてしまった。よって、今後、この問4では  R407C は登場しないであろう。 (ただし、 (第11章 材料の強さと圧力容器))と (第12章 保安)では記されている。(2020(R02)/05/04記ス)

・R134aとR410Aはともに単成分冷媒である。 H20/04 R01/04(  は、ともに 句読点がある、あと同じ) 答え

【×】 ちょっと意地悪な問題かな。勉強していないことがばれてしまう問題。テキスト<8次:P42 (4.1 冷媒の種類)>下から7行目~(表4.1も)を、一度でいいから熟読して欲しい。

 400番台の冷媒は単成分冷媒を混合した「非共沸混合冷媒」です。これ上級テキストに記されている。ここで覚えることができたあなたはラッキーですね。 初級テキスト8次改訂版では、P44の8行目~に記された。

 さぁ、テキストを読んで「単一成分冷媒」「混合冷媒」「非共沸混合冷媒」この3つの言葉と違い(性質)を頭の中でイメージしておこう。

・R410Aは共沸混合冷媒である。 R02/04 答え

【×】 なんと、短文直球問題。 400番台の冷媒は単成分冷媒を混合した「非共沸混合冷媒」です。← 令和の時代は必須かもしれません。


混合冷媒の蒸発

・非共沸混合冷媒液が蒸発するときは、沸点の高い冷媒が早く蒸発する。 H20/04 答え

【×】 テキスト<7次:P44 (4.1.2 混合冷媒)>の2行目~。
「沸点低い早く蒸発、沸点高い早く凝縮」とでも覚えればいいかな。(テキストでは、「多く」と記されているが「早い」と同等と思われる。)


【8次改訂版の補足】(2020/05/04記ス)  8次改訂版では、7次にあったようなズバリ的文章が消えてしまった。ので、この問題文は出題されないだろう。ちょっと、8次改訂版から引用しておく。
  ある圧力一定のもとで凝縮するとき,液相や気相の成分割合が変化し,凝縮始めの露点温度と凝縮終わりの沸点温度とに差(温度勾配ともいう)が生じる.なお,一定圧力下の蒸発過程においても同様の温度勾配を生じる.
 設問の蒸発の場合は、この引用全体の中の太字部分から読み解くしかないだろう。

・非共沸混合冷媒が蒸発するときは、沸点の低い冷媒のほうが先に蒸発する。 H26/04 答え

【◯】 ぅむ。 テキスト<7次:P44 (4.1.2 混合冷媒)>の2行目~。(テキストでは、「多く」と記されているが「先に」と同じ事と思われる。)

【8次改訂版の補足】(2020/05/04記ス) ← H20/04の解説と同じ


混合冷媒の凝縮

・圧力一定のもとで非共沸混合冷媒が凝縮器内で凝縮するとき、凝縮中の冷媒蒸気と冷媒液の成分割合は変化しない。 H25/04 答え

【×】 変化する。テキスト<8次:P42 (下から5行目)>  液相や気相の成分割合が変化し、

・非共沸混合冷媒は、圧力一定のもとで凝縮するとき、凝縮始めの冷媒温度(露点温度)と、凝縮終わりの冷媒温度(沸点温度)の間に差が生じる。 R01/04 答え

【◯】 ぅむ。テキスト<8次:P42 (下から5行目~4行目)>  凝縮始めの露点温度と凝縮終わりの沸点温度とに差(温度勾配ともいう)が生じる.
 ちなみに、温度勾配のない混合冷媒を共沸冷媒といいいます。

 【お知らせ】

------- 突然すみません。お知らせ -------
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混合冷媒の蒸発と凝縮のコラボ

・非共沸混合冷媒が蒸発する場合は、沸点の低い冷媒が早く蒸発し、凝縮する場合は沸点の高い冷媒が早く凝縮する。 H22/04 答え

【◯】 今度は、◯ですよ。「沸点低い早く蒸発、沸点高い早く凝縮」頑張れー!

【8次改訂版の補足】(2020(R02)/05/05記ス)

 8次改訂版では、7次にあったようなズバリ的文章が消えてしまった。ので、この問題文は出題されないだろう。ちょっと、8次改訂版から引用しておきましょう。
  ある圧力一定のもとで凝縮するとき,液相や気相の成分割合が変化し,凝縮始めの露点温度と凝縮終わりの沸点温度とに差(温度勾配ともいう)が生じる.なお,一定圧力下の蒸発過程においても同様の温度勾配を生じる.
 設問の蒸発の場合は、この引用全体の中の太字部分から読み解くしかないだろう。

・非共沸弗混合冷媒が蒸発するときは沸点の低い冷媒が多く蒸発し、凝縮するときも沸点の低い冷媒が多く凝縮する。 H28/04 答え

【×】 テキストにズバリです。<7次:P44 (4.1.2 混合冷媒)>冒頭部分。
非共沸弗混合冷媒が蒸発するときは沸点の低い冷媒が多く蒸発し、凝縮するとき沸点の高い冷媒が多く凝縮する。

【8次改訂版の補足】(2020(R02)/05/05記ス)

 8次改訂版では、7次にあったようなズバリ的文章が消えてしまった。ので、この問題文は出題されないだろう。ちょっと、8次改訂版から引用しておきましょう。
  ある圧力一定のもとで凝縮するとき,液相や気相の成分割合が変化し,凝縮始めの露点温度と凝縮終わりの沸点温度とに差(温度勾配ともいう)が生じる.なお,一定圧力下の蒸発過程においても同様の温度勾配を生じる.
 設問の蒸発の場合は、この引用全体の中の太字部分から読み解くしかないだろう


体積能力

 『SIによる 初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<7次:P44 (4.1.3 体積能力) とP45の表4.3>
 『初級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』8次改訂版では、  4.1.3 体積能力 の節は削除され、  4.3.3 サイクル特性 <8次:P48 (下から5行目~)>に組み込まれた。文章も大幅に変更されているので、今後の傾向に留意されたい。(2020/05/05記ス)

・R134aはR22に比べて、運転温度条件が同一ならば、冷凍トンあたりのピストン押しのけ量は小さくて良い。 H14/04 答え

【×】 大きなピストン押しのけ量が必要です。テキスト<7次:P45>の下から2行目~
【参考:冷凍保安規則第五条(冷凍能力の算定基準)】
 R=V/C V(:ピストン押しのけ量)C(:冷媒ごとに定めれられた定数)から、Cの値はR134a=14.4 R22=8.5であるから、同じ冷凍能力を得るためには、R134aはR22に比べてピストン押しのけ量は大きくなければならない。(アンモニアC=8.4)

【8次改訂版の補足】(2020(R02)/05/05記ス)

8次改訂版では、R32は他の冷媒に比べ体積能力が大きいぐらいしか記されておらず、設問のようなR134aやR22はピストン押しのけ量の比較は削除されている。ま、テキストを一読して時間に余裕があれば今後の問題を予想してみましょう。

・圧縮機の単位吸込み体積当たりの冷凍能力を体積能力といい、その単位はkJ/m^3である。 H20/04 答え

【◯】 そのとおりなんだね、体積能力は1立方メートル(m^3)当たりの冷凍能力(kJ)という感じで覚えておけばいい。
 テキスト8次改訂版では文章に記されていない。<8次:P49 (表4.4)>から読み解くしかないだろう。なお、この表で各冷媒の体積能力の比較を一通りしておきたい。

 03/03/20 05/03/13 05/06/06 07/03/24 08/04/14 09/05/23 10/09/04 11/06/18 12/05/29 13/06/01 14/06/22 15/06/15 17/02/04 19/11/18 20/05/05 21/01/14

 『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。(14/06/22)
 『初級 冷凍受験テキスト』8次改訂版への見直し、済。(20/05/05)

修正・訂正箇所履歴

【2016/05/09 新設】

  • 少々順番並び替え及び解説見直し。(2017(H29)/02/04)
  • テキストページ表記に<7次:>を追加。(2017(H29)/02/04)
  • 解説文見直し。(2019(R1)/07/11)
  • 「混合冷媒」を小分類し、解説文見直し。(2019(R1)/11/18)
  • 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)/05/05)

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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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