2012/08/19
第３種冷凍機械責任者、7900円
5.計画、8月9月は「初めての第３種冷凍機械責任者試験」の参考書を学習。
10月は「すぐわかる第３種冷凍機械責任者試験」の問題集を学習。
試験勉強にてわからないところ
p-h線図の見方がわからない。
日本冷凍空調学会にセミナー/継続学習/e-learningに冷凍サイクルの説明あり。
ここのp-h線図の冷凍サイクルの説明がわかりやすかった。
http://www.jsrae.or.jp/E-learning/saikuru/saikuru.html
(問題)
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使用冷媒
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蒸発温度
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凝縮温度
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膨張弁前液温度
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吸入ガス温度
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Ｒ２２
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－15℃
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30℃
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25℃
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－10℃
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使用冷媒
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蒸発圧力
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凝縮圧力
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過冷却度
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過熱度
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Ｒ２２
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0.296MPa abs
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1.192MPa abs
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5℃
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5℃
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| (１) 凝縮器の線を引く |
| 飽和蒸気線、飽和液線の30℃目盛りを通る水平線①を引きます。線の長さは後で直します。短かめの方が直すのに楽です。 |
| 30℃の凝縮圧力1.192MPa absを通る水平線でも同じです。 |
| (２) 蒸発器の線を引く |
| 飽和蒸気線、飽和液線の－15℃目盛りを通る水平線②を引きます。 同様に、線の長さは後で直します。 |
| －15℃の蒸発圧力0.296MPa absを 通る水平線でも同じです。 |
| (３) 圧縮機の線を引く |
| 蒸発器の線②と-10℃等温線との交点（点１）は圧縮機吸込ガスの状態を示します。 点１から等エントロピー線と平行に曲線③を引きます。等エントロピー線は曲線です。 |
| (４) 膨張弁の線を引く |
| 膨張弁前は25℃の過冷却液だから、ここでは、飽和液線の25℃（点Ｅ）を通る垂直線④を引きます。 線④と線①の交点３は膨張弁前の状態を示します。 |
| 25℃の飽和圧力1.045MPa absから 点Ｅを求めても同じです。 |
| (５) 図を仕上げる |
| 以上で冷凍サイクルをｐ－ｈ線図に書き込むことが出来たが、このままでは見にくいので、点１～４より外の余分な線を消して下図の様に仕上げます。 線図より色々な値を読取ることができます。 |
冷凍サイクルをうまくｐ-ｈ線図に書き込めましたか。
この図から比体積（v１）と比エンタルピー（ｈ１、ｈ２、ｈ４）が読み取れます。 |
(解答)
各点の比体積、比エンタルピ－等は、 |
| 比体積 | ｖ１＝0.08 m3/kg、 |
| 比エンタルピ－ | h１＝403 kJ/kg、 h２＝438 kJ/kg、 h４＝230 kJ/kg |
つまり冷凍サイクルを図示すると
p-h線図の逆台形の各頂点を1,2,3,4,とする。
p-h線図と飽和液線との交点をC,E, 飽和蒸気線との交点をA,Bとする。
またp-h線図の線分にある装置を（）書きで示すと、(冷凍装置)をCCWで冷媒が流れる。
3--C---(凝縮器)---B------2
| <- /
E /
(膨張弁) ↓ ↑ (圧縮機)
| /
| -> /
4-----(蒸発器)----A--1
わかりにくい用語の説明
（１）比エンタルピーと、エンタルピーの違い
１kgの冷媒（物質）が持っているエンタルピーを比エンタルピーと言います。
比エンタルピーの単位は（kJ/kg）で、エンタルピーの単位は（kJ）です。
比体積（m3/kg）と体積（m3）との関係を思いだせばすぐ解りますね。
比エントロピーも同様です。
分りきったこととして、「比」を取ってしまうことも多いので注意してください。
（２）熱量とエンタルピーの違い
熱量とはある物質から外部へ放出した（または外部から取込んだ）熱エネルギーのことです。
エンタルピーはある物質が持っているエネルギー（熱＋圧力Energy）です。
ある物質のエンタルピーが変化すると、その分だけ外部と熱や動力を出し入れします。
（これが熱力学の第1法則です。エネルギー保存の法則とも言います）
例えば、水１kgの温度が１℃下がるのは、4.186kJの熱量で冷却されたからです。
（4.186は水の比熱と言い、単位はkJ/(kg･K)です。昔の単位で1 kcal/kg℃）
（３）状態量とエネルギーの関係
圧力、温度、体積のようにある物質の状態を表すものを状態量と言います。
この他にエンタルピー、エントロピー、内部エネルギーなど色々な状態量があります。
状態変化によって発生するもの、例えば熱量、動力、仕事 等は状態量ではありません。
これらは物質が外部と出し入れするエネルギーです（外部エネルギーとも言います）。
（２）の例で、4.186kJの熱量は外部エネルギーです。
一方、１℃当り4.186kJ/kgだけ比エンタルピー（or内部エネルギー）が高いと言えば、
状態量としての記述です。
（４）エントロピー
熱は高温から低温の物質に流れ、逆には流れません。 （熱力学の第２法則）
（エントロピーは熱力学第２法則から導かれ、ds=dq/Tで示される状態量です。）
エントロピーとは、ある変化が可逆変化とどの程度違うかを示すものです。
可逆変化とは、外部とのエネルギーの出入りが逆転すると元に戻る変化です。
例えば、断熱圧縮のコンプレッサーを冷媒で駆動すると原理的には断熱膨張エンジンになります。
この様なものが可逆変化です。可逆変化ならばエントロピーは変化しません。
なお、断熱変化は必ずしも可逆変化ではありません。
冷凍サイクルでエントロピーを意識するのは圧縮工程です。
理想の圧縮工程では、冷媒とシリンダとの間に熱の出入りの無い断熱圧縮をし、
エントロピー変化もゼロです。だからＰ－ｈ線図ではエントロピー線に沿ってコンプレッサーを書きます。
（注意） 膨張弁は断熱変化ですが可逆変化ではありません。
物質は高圧から低圧に流れ、逆には流れない からです。･･･これも第２法則の別表現
膨張、蒸発の行程は全て不可逆変化で、エントロピーは増加します。
（例題２） 下記の条件で運転している実際の冷凍サイクルをp－h線図に書込みなさい。
冷媒はR22とする。
| 記号 | 場 所 | 圧 力 | 温 度 |
| ① | 圧縮機吸込み口 | 0.25 MPa | -4.5 ℃ |
| ② | 圧縮機吐出し口 | 1.90 MPa | 120 ℃ |
| ③ | 膨張弁前 | 1.80 MPa | 44 ℃ |
| ④ | 蒸発器入口 | 0.30 MPa | ― |
| ⑤ | 蒸発器出口 | 0.27 MPa | -10 ℃ |
（問題２ 解答例） 実線が実際の冷凍サイクル、破線は理論冷凍サイクルです。
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