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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 回答 (1件)

>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。
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この回答へのお礼

doc_sunday様

勉強し直しました。
以下で問題ないかをご査証願います。


ファンの風速を増やす前、蒸発器出口まで液冷媒が蒸発している、ことを仮定します。

蒸発器に送風するファンの風速アップ→蒸発器の空気側熱伝達率アップ→冷媒が蒸発器周囲から奪う熱量増加→より多くの冷媒が蒸発しきる→蒸発器の中間の位置で液冷媒が蒸発しきる→圧縮機吸い込みまで冷媒蒸気が顕熱により温度が上がる→冷媒蒸気の密度が高くなる→圧縮機動力が増える→凝縮器入り口温度が高くなる→凝縮器での放熱量を同じとすると凝縮器出口での冷媒の温度と圧力が高くなる→キャピラリチューブの2次圧を同じとすると凝縮圧力が高いので、減圧後の圧力も風速を増やす前より高くなる→圧力が高くなれば沸点も高くなる→蒸発温度が高くなる。

以上でよろしいでしょうか。

お礼日時:2010/09/18 11:39

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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。
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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。

Aベストアンサー

 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。

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 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。
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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。
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  (℃)        (kg/cm2-絶対)
---------------------------------------------------------
  - 5         4.297
   0         5.074

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

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Qエアコンの膨張弁について

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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。
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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
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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
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>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蒸発温度はなぜ上昇する?

蒸発温度はなぜ上昇する?

蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、蒸発温度が上昇するメカニズムがわかりません。
実験では、凝縮温度が上がったとき、冷媒量を増やしたとき、蒸発器での熱交換量を増やしたときに、蒸発温度が上昇しています。

なぜでしょうか。

Aベストアンサー

pooh-haya 様の質問はある特別な分野でのもののようですね。
普通の化学、物理だけの知識しかないものには判断できない言葉が出てきます。

「蒸発温度」とは何でしょうか。
蒸発はどの温度の液体でも起こる現象です。
「蒸発の起こる温度」という特別な温度が存在するわけではありません。

「蒸発温度」とは何かを説明してもらわないと答えようがありません。

この後にある「加熱蒸気」についてのご質問にはその分野の方からと思われる回答が付いています。
でもこの質問には回答が付いていません。
ということはその分野の中でも使われていない言葉なのではないでしょうか。

Q冷凍機での圧縮機の吸入側の圧力変化について

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逆に
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とう意見があります。
ちなみにこの冷凍機は海上コンテナ(-30℃~+25℃)で440Vのものです。

Aベストアンサー

冷媒流量は庫内温度で制御するのではなく
蒸発器出口温度で制御します
熱交換が悪いとここがマイナス温度になろうとします ここままいくと蒸発器が凍結するので冷媒流量を絞ります よって圧力が下がるのです

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

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圧縮機の出力について

業務用エアコンで10馬力(28Kw冷房能力)の場合、圧縮機の出力は5.2Kwくらいなのですが、
冷房能力と圧縮機の出力とは、どういう関連があるのでしょうか?

Aベストアンサー

冷房能力は低温源から高温部に熱を移動する能力です
冷房能力28kWは 1時間に 28*3600kJの熱を移動できる能力 つまり28*3600kJ 冷却できる能力です

圧縮機の5.2kWは 1秒間に5.2kW分(効率の関係でその数割)気体を圧縮できることを示します

エアコンは、冷媒を圧縮し、高温部(「屋外)でそれを冷却液化し、それを低温部(室内)で蒸発させ、その気化熱で周囲を冷やします
圧縮機の出力は、圧縮できる冷媒の量に関係します(圧縮できる冷媒量が多いほど多くの熱を移動できる=冷房能力が大きい)

Q電源 200V単相と3相の違い

電源 200V単相と3相の違いについて教えてください。
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電気のことはぜんぜん分からないので詳しくお願いします。

あと、200V30A(単相)と書いてるサーバを、200V30A(3相)から電源をとるとどうなりますか?(家庭用電源ではなく、会社の電源です)

200V30A(単相)と書いてるサーバを、200V50A(3相)から電源をとるとどうなりますか?

Aベストアンサー

> 電源200V単相と3相の違い…

すでに三人の方から回答があるとおりですが、まだ出ていないことを補足します。
(なお、既出の一部に明らかな誤解もあるようですが、それを指摘することは、規約違反となり、削除対象とされるので控えます。)
電気の理論には、「対地電圧」という考え方があります。大地に対する電圧です。単相200Vの対地電圧は、100Vしかありません。それに対し、三相200Vの対地電圧は、173Vまたは200Vあります。この違いは、万が一感電した場合の人体に及ぼす危険性に影響します。このため、住宅の屋内では原則として、三相200Vを使用することができません。ご質問は、会社ということですから、この点はクリヤされますが、そのサーバーが、対地電圧150V以上に耐える設計がなされているかどうかを、確認する必要があります。

> あと、200V30A(単相)と書いてるサーバを、200V30A(3相)から電源をとると…

前項の問題がクリヤしたとして、次に、質問者さんの会社が、低圧受電か高圧受電かによって、この答えは変わってきます。
電力会社から200Vの低圧で受電し、単相と三相の二つのメーターが付いている場合、原則として単相負荷は単相契約で使用します。何らかの事情で単相負荷を三相契約で使用したい場合は、事前に電力会社と協議し、それなりに基本料金を支払うことが必要です。
6,000Vあるいはそれ以上の高圧で受電し、自社内で200Vに落として使っている場合のうち、電力会社との契約が「負荷契約」であったら、前述の低圧の場合と同じです。
高圧受電で、電力会社との契約が「変圧器契約」であれば、単相負荷を三相配線で使用しても、道義的には問題ありません、ただし、三相変圧器に単相負荷をかけると不平衡が生じ、電圧降下や変圧器の温度上昇を招く場合もあります。事前に十分な技術的検討が必要です。

> 200V30A(単相)と書いてるサーバを、200V50A(3相)から電源をとると…

200Vで30Aということは、6kVAの容量といいます。200V50A(三相)は、17.3kVAですが、そこに6kVAの余裕があるかどうかを検討しなければなりません。単相の電源盤からとるとしても、同じです。余裕がなければ、電線を太くして、ブレーカも大きなものに取り替えることなどが必要になります。
どのような業種の会社か存じませんが、「エアコンのスイッチを入れたら、サーバーまで落ちてしまった」ではしゃれにもなりません。
経験的に、単相にしろ三相にしろ、6kVAもの余裕がある電源盤は、比較的少ないように思います。事前に電気工事業者と十分な打ち合わせをされることをお薦めします。

> 電源200V単相と3相の違い…

すでに三人の方から回答があるとおりですが、まだ出ていないことを補足します。
(なお、既出の一部に明らかな誤解もあるようですが、それを指摘することは、規約違反となり、削除対象とされるので控えます。)
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