プロが教えるわが家の防犯対策術!

冷凍機 「冷凍能力」と「熱交換器の温度差」の関係

現在冷凍機について勉強中で、文献を読む中で冷凍能力(Cooling Power)と、高温側の熱交換器と低温側の熱交換器との温度差(Temperature Span)との相関について述べられていました。
温度差が大きいとき冷凍能力は小さくなり、逆に温度差が小さいときには冷凍能力が大きくなるようです。
この部分がよく理解できません。どおなたか詳しい方がおられたらよろしくお願いします。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (2件)

 高温側の熱交換器の事を(冷媒を凝縮させる装置である事から)凝縮器、低温温側の熱交換器の事を(冷媒を蒸発させる装置である事から)蒸発器と呼びます。


 凝縮器の温度が高く、蒸発器の温度が低い程、温度差は大きくなります。
 そして、凝縮器の温度が高い程、冷媒の膨張前温度は高くなり、蒸発器の温度が低い程、冷媒の蒸発器出口温度は低くなります。
 モリエル線図(p-h線図)に冷凍サイクルを描く時の事を考えてみて下さい。
 膨張弁やキャピラリー(毛細管)による膨張は自由膨張に近いため、エンタルピー変化は無いものと見做しますから、冷凍サイクル中の膨張行程を表す線は、垂直の直線になります。
 膨張行程は極めて短時間の内に行われますから、膨張行程が行われている間に、冷媒と外部との間で熱が移動する時間が無いため、膨張行程中には熱の出入りは無いものと見做せますし、液体は、熱の出入りが無ければ、圧力が変化しても温度やエンタルピーは変わりませんから、冷凍サイクル中の膨張行程を表す線は、飽和液線上の膨張前温度を表す点(等温線と飽和液線の交点)を通ります。
 圧力が高い程、冷媒が蒸発する温度は高くなりますから、飽和液線上の温度は圧力が高い程高くなり、飽和液線は右上がりに傾いていますから、膨張前温度が高い程、膨張行程におけるエンタルピーは大きくなります。
 一方、蒸発器内の圧力は、蒸発器内の何処でも殆ど同じですから、冷凍サイクル中の蒸発行程を表す線は、水平の直線になります。
 冷凍機の圧縮機(コンプレッサー)が液体を吸い込むと、圧縮機が損傷してしまいますから、蒸発器出口において冷媒は完全に気化していなければなりません。
 そのため、蒸発行程のラインの右端は、必ず乾き飽和蒸気線よりも右側の、乾き蒸気の領域に突き出ていなければなりません。(乾き飽和蒸気線よりも左側の状態では液相が含まれている)
 気体は、臨界圧力よりも充分に低い圧力の下では、その振る舞いが理想気体に近くなり、理想気体のエンタルピーは圧力に関わらず、温度にのみに比例しますから、蒸発器出口温度が低い程、冷媒のエンタルピーも小さくなります。
 凝縮器出口における冷媒温度を高くすると、膨張前温度も高くなって、膨張行程におけるエンタルピーが大きくなり、その一方で蒸発器出口温度を低くすると、蒸発器出口におけるエンタルピーが小さくなるのですから、凝縮器と蒸発器の温度差を大きくする程、蒸発行程を表すラインの長さは短くなります。
 蒸発行程を表すラインの両端におけるエンタルピーの差は、即ち単位質量の冷媒が蒸発器内で吸収する熱エネルギーの量の事ですから、凝縮器と蒸発器の温度差を大きくする程、単位質量の冷媒が蒸発器内で吸収する熱量は少なくなります。
 単位質量の冷媒が吸収する熱量が少なくても、循環する冷媒の量が多ければ、冷凍能力を大きくする事は可能な様に思えるかも知れません。
 この場合は冷凍機が消費する電力が一定の場合を考えている訳ですから、圧縮機が単位質量の冷媒に対して行う仕事が少なくて済む程、より多くの冷媒を循環させる事が出来ます。
 圧縮行程は断熱過程であるため、等エントロピー曲線に沿って、左下から右上がりに進みます。
 圧縮機が単位質量の冷媒に対して行う仕事は、圧縮行程を表すラインの両端におけるエンタルピーの差になりますから、圧縮機が単位質量の冷媒に対して行う仕事を少なくするためには、凝縮器内の圧力を低くすると良い事になります。
 しかし、圧力を低くし過ぎて、凝縮器内の圧力に等しい圧力下における冷媒の蒸発温度が、凝縮器内の温度よりも低くなってしまいますと、冷媒は液化せず、蒸発潜熱を利用する事が出来なくなります。
 凝縮器の温度をあまり下げる事は出来ませんから、結局、冷媒の循環量をあまり増やす事は出来ません。
 結果、凝縮器と蒸発器の温度差を大きくすると、冷媒が吸収する熱量が少なくなる事による影響が上回り、冷凍能力が小さくなります。
 逆に、凝縮器と蒸発器の温度差を小さくすると、冷凍能力が大きくなります。
    • good
    • 11

温度差が大きいということは、圧力差が大きいということです。

その圧力差を作る圧縮機は当然ながら無理をします。また大きな温度差が発生する時の断熱効率も悪くなります(ロスが出ます)。したがって冷凍能力は相対的に小さくなります。
    • good
    • 6

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む

Q冷媒の蒸発温度が変わるメカニズム

冷媒の蒸発温度が変わるメカニズム

蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発器に送風する風量を上げれば蒸発温度が上昇するメカニズムを教えてください。

私は、蒸発器の空気側熱伝達率が上昇し、蒸発潜熱が増えるからと考えたのですが、潜熱の際、冷媒の圧力と温度は一定なので矛盾しているときずきました。

なぜでしょうか。

Aベストアンサー

>蒸発器に送風する風量を上げれば蒸発温度が上昇する
機械式冷凍機のメカニズムを間違って理解されているようはので、もう一度「教科書」をお読み下さい。

Qエアコンの膨張弁について

すいません、質問です。

エアコンにおいて、膨張弁で、凝縮器から出た高温・高圧の液冷媒を蒸発しやすい状態に減圧し、蒸発器内部への最適流量を制御する。

というのは分かるのですが...どのような原理で冷媒を膨張させているのでしょうか?

この、膨張させる仕組みが分かりません。

圧縮機を使うことで、気体を高圧にする仕組みは分かるのですが。

どなたか教えていただけないでしょうか?よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「どのような原理で冷媒を膨張させている」かといわれても、何と答えていいのか。

ただ単に小さい穴が開いているだけで、一端が圧縮機側で高圧、もう一端が蒸発器側で低圧になっているから、冷媒は穴を通って高圧側から低圧側へ移動して、低圧だから当然一部気化して霧状に膨張し、さらに蒸発器で気化して、気化熱を奪う。。膨張弁で低圧を作っているわけではありません。蒸発器は圧縮機への流入側だから、当然圧縮機の流出側(膨張弁側)より低圧になっている。というだけの話です。
「液冷媒を蒸発しやすい状態に減圧し」というような説明だけど、高圧・高温の「液」が低圧・低温の「液」に膨張するという話はありません。「液」は少しくらいの圧力の変化で膨張・収縮はしません。膨張弁を通った直後も気化熱を奪うから低温になり、液を全部蒸発させるだけの気化熱が間に合わないから、低温の液が残る。それを蒸発器で蒸発させて更に気化熱を奪って冷却させるのです。

ただ、これだけでは、エアコンのシステムとしては不備があるので、膨張弁出口の温度を検知するなどして、弁の開度(穴の大きさ)を調節できるようになっています。

「どのような原理で冷媒を膨張させている」かといわれても、何と答えていいのか。

ただ単に小さい穴が開いているだけで、一端が圧縮機側で高圧、もう一端が蒸発器側で低圧になっているから、冷媒は穴を通って高圧側から低圧側へ移動して、低圧だから当然一部気化して霧状に膨張し、さらに蒸発器で気化して、気化熱を奪う。。膨張弁で低圧を作っているわけではありません。蒸発器は圧縮機への流入側だから、当然圧縮機の流出側(膨張弁側)より低圧になっている。というだけの話です。
「液冷媒を蒸発しやすい状態に...続きを読む

Q冷凍機用圧縮機の液圧縮について

よく圧縮機が液圧縮するのを避けなければならないくそのために冷凍機の付属機器して液分離機などがあるらしいですが圧縮機が液圧縮をするとなぜいけないのでしょうか?具体的におしえてください。

Aベストアンサー

この様な時には、まず「液体は圧縮しない」と仮定してください。
そう考えますと、圧縮機の中に液体が入り込みますと、「圧縮しない」訳ですから、「コンプレッサーの破損」と言う事態になります。一般的には、吸入弁か吐出弁のどちらかが破損します。結果として圧縮不良に陥り機器が正常に動作しません。「液分離器」とは正式には「気液分離器」と言います。読んで字のごとく、気体と液体を分離するための物です。
冷凍機は、負荷状況により、冷媒が完全に蒸発せずにコンプレッサへ戻ってくることがあります。この様な時に、コンプレッサーの直前に気液分離器を取り着けておき、気体だけをコンプレッサーに送るようにします。
アンローダーとは、上記の状況「圧縮不良」の状況を人工的に作ってやることです。
強制的に吸入弁を開き、圧縮しないようにする物です。これにより、冷媒が圧縮しないので、能力を落とすことが出来ます。負荷に見合った能力にすることにより、電動機の消費量を下げることが出来ます。→省エネ

Q3相電動機の消費電力の求め方

3相電動機の消費電力の求め方について質問です。

定格電圧 200V
定格電流  15A
出力   3.7KW

上記の電動機ですが実際の電流計指示値は10Aです。
この場合の消費電力の求め方は
√3*200*15=5.1KW
3.7/5.1*=0.72
√3*200*10*0.72=2.4KW
消費電力 2.4KW

このような計算で大丈夫でしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

出力は軸動力を表しているので、消費電力はそれを効率で割る必要があるかと思います。
概算で出してみると、定格での効率が85%程度と仮定すると、定格時の消費電力は3.7/0.85=4.4kW程度になります。
この時の一次皮相電力は、5.1kVAで、無効電力Qnは√(5.1^2-4.4^2)=2.6kVar程度になります。

この無効電力は励磁電流が支配的でしょうから、負荷によらず変わらないとすると、軽負荷時に線電流が10Aになったときの皮相電力は√3*200*10 で3.5kVAで、このときの有効電力は√(3.5^2-2.6^2)=2.3 kW という具合になりそうに思います。

QR22の蒸発温度

パッケージ式空調機の蒸発温度を知りたいのですが。
冷媒はR-22、ゲージ圧 高圧15Kg/m2 低圧4Kg/m2
ですがおおよその蒸発温度はどれくらいになるのでしょうか?。

Aベストアンサー

R-22 冷媒で 高圧 15 kg/m2、低圧 4 kg/m2(いずれもゲージ圧) は無いです。

単位は " kg/cm2 " の間違いでしょうね。

R-22 の温度と飽和圧力の関係を 必要箇所のみですが以下に記す。

  温度        飽和圧力
  (℃)        (kg/cm2-絶対)
---------------------------------------------------------
  - 5         4.297
   0         5.074

   40         15.64
   45         17.63
---------------------------------------------------------

これより、蒸発温度(低圧側)は ー1 ℃ 前後、また 凝縮温度(高圧側)は 41℃ 程度 と推測出来る。   

Q冷媒の過冷却度をとる理由・・・

空調・冷凍機などで凝縮器をでて冷媒(フロン)が液状態になって後はそのままキャピ・膨張弁を通るだけなのに、さらに液冷媒を冷やして過冷却度をとるのがありますけど、過冷却度をとると能力が上がるのでしょうか?

Aベストアンサー

フラッシュガスの発生を抑止するためらしいですね。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%98%E6%AE%B5%E8%92%B8%E6%B0%97%E5%9C%A7%E7%B8%AE%E5%86%B7%E5%87%8D%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AB

Q空調機のガス冷媒が不足すると

冷凍機にどのような影響がでるんでしょうか?
圧縮するガスが少ないのでコンプレッサーに負担が
かかるのでしょうか?高圧カット、低圧カット
などが起こりやすくなるんでしょうか?また、高圧カット寸前で運転している空調機の冷房能力は通常の時と比べてどのくらいダウンするんでしょうか?

Aベストアンサー

コンプレッサーが加熱します。
理由ですが冷凍サイクルは戻ってきたガスでコンプレッサーを冷やす事を前提に作られている事が多く、その冷却用のガスが不足すれば過熱しコンプの頭にある加熱防止用のサーモが働き停止、となります。

Q冷凍機の低圧異常

冷凍機が低圧異常により停止した場合、なぜ低圧になりすぎたのか考えられることをいくつか教えてください。

Aベストアンサー

可能性が高い順に、
1.冷媒漏れ、冷媒不足
2.膨張弁の詰まり、故障による開度不足
3.蒸発器の目詰まり、フロスト(霜が付着して熱交換できない状態)

低圧異常は、冷媒の循環流量が極端に低下することで起
こるので、蒸発器から圧縮機の吸い込み口の間で何か流
れを遮る現象が発生したか、冷媒そのものが減少してい
るものと思われます。

Q凝縮器アプローチ温度

凝縮器冷媒戻り温度ー冷却水出口温度ですよね?

Aベストアンサー

厳密には「凝縮器露点-冷却水出口温度」ですが、おおよそそれでもいいでしょう。ただし、サブクーラ(過冷却器)を内蔵しているタイプの凝縮器ではだめです。(凝縮器冷媒戻り温度<凝縮器露点となるので、正しいアプローチ温度が計算できません。)冷媒が滞留勝手になっていてサブクーラ的な働きをしてる場合もだめです。また、機内に不純物(空気や水分)が入り込んでいたりしても、冷媒が過冷却することがあるのでおかしな値になります。できれば、圧力(できれば絶対圧力)などから露点を求めてアプローチ温度を計算した方がいいです。


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

人気Q&Aランキング