出典：建築物衛生管理技術者試験 令和6年度（2024年）｜空気環境の調整 第66問
問題
冷凍機に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 二重効用吸収冷凍機は、蒸発プロセスを増やすことにより単効用型吸収冷凍機の成績係数を高めたものである。
(2) スクリュー圧縮機を用いた冷凍機は、スクロール圧縮機を用いたものより、冷凍容量が大きな範囲に使用される。
(3) 遠心圧縮機は、容積式圧縮機と比較して、吸込み、圧縮できるガス量が大きくとれるという特徴がある。
(4) 往復動圧縮機は、シリンダ内のピストンが往復運動することで、冷媒ガスを圧縮する。
(5) 遠心圧縮機を用いた冷凍機は、羽根車の高速回転が可能であり、大容量になってもコンパクトにすることができる。
ビル管過去問｜冷凍機の種類と特徴を解説
この問題は、冷凍機の代表的な種類と、その構造や適用範囲の違いを理解しているかを問う問題です。正しい選択肢は、二重効用吸収冷凍機の説明に誤りがある(1)です。二重効用吸収冷凍機の成績係数が高くなる理由は、蒸発プロセスを増やすからではなく、発生器を高温側低温側の二段にして熱を有効利用するためです。他の選択肢は、スクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、往復動圧縮機、遠心圧縮機の特徴として適切な内容です。冷凍機の問題では、名称が似た機器の違いではなく、どの原理で圧縮するのか、どの容量帯に向くのか、なぜ効率が上がるのかを押さえることが大切です。
(1) 二重効用吸収冷凍機は、蒸発プロセスを増やすことにより単効用型吸収冷凍機の成績係数を高めたものである。
不適切です。二重効用吸収冷凍機の成績係数が高い理由は、蒸発プロセスを増やしたからではありません。吸収冷凍機では、冷媒を蒸発させて冷却効果を得ますが、二重効用型の特徴は、発生器を二段構成にして、熱源の熱をより有効に使う点にあります。具体的には、高温再生器で発生した熱を低温再生器でも活用することで、同じ熱源からより多くの冷凍効果を引き出します。つまり、効率向上の本質は熱の段階的利用にあり、蒸発器の数を増やすことではありません。このように、吸収冷凍機では蒸発器、吸収器、発生器、凝縮器の役割を整理して理解することが重要です。
(2) スクリュー圧縮機を用いた冷凍機は、スクロール圧縮機を用いたものより、冷凍容量が大きな範囲に使用される。
適切です。スクリュー圧縮機は、一般にスクロール圧縮機よりも大きな冷凍能力の領域で用いられます。スクロール圧縮機は構造が比較的簡単で、小中容量の空調機やパッケージエアコンなどで多く使われます。一方、スクリュー圧縮機は連続的にガスを圧縮でき、比較的大きな能力に対応しやすいため、中大容量の冷凍機に向いています。試験では、スクロールは小中容量、スクリューは中大容量、遠心は大容量という大まかな整理をしておくと判断しやすくなります。
(3) 遠心圧縮機は、容積式圧縮機と比較して、吸込み、圧縮できるガス量が大きくとれるという特徴がある。
適切です。遠心圧縮機は、羽根車の回転によって冷媒ガスに速度エネルギーを与え、それを圧力エネルギーに変換して圧縮する方式です。容積式圧縮機のように一定容積を閉じ込めて圧縮する方式ではないため、大量のガスを連続的に処理しやすいという特徴があります。このため、大容量の冷凍機や大規模空調設備で用いられます。容積式圧縮機は、往復動、スクロール、スクリューなどに代表され、一定量を閉じ込めて圧縮するのに対し、遠心圧縮機は流体機械として大量処理に向くという違いがあります。
(4) 往復動圧縮機は、シリンダ内のピストンが往復運動することで、冷媒ガスを圧縮する。
適切です。往復動圧縮機は、シリンダの中をピストンが往復することで、冷媒ガスを吸い込み、圧縮し、吐き出す仕組みです。構造としては内燃機関のピストン運動に近いイメージで理解するとわかりやすいです。歴史的に広く使われてきた代表的な容積式圧縮機であり、小容量から中容量の設備で用いられてきました。試験では、往復動圧縮機はピストン運動、スクリュー圧縮機はねじ状ロータ、スクロール圧縮機は渦巻き運動というように、圧縮の仕方を区別して覚えると得点しやすくなります。
(5) 遠心圧縮機を用いた冷凍機は、羽根車の高速回転が可能であり、大容量になってもコンパクトにすることができる。
適切です。遠心圧縮機は羽根車を高速回転させて冷媒を圧縮するため、大容量機に適しており、設備全体として比較的コンパクトにまとめやすい特徴があります。大規模建築物の中央熱源設備で遠心冷凍機が多く採用されるのは、この大容量性とコンパクト性が理由の一つです。ただし、負荷変動への対応や部分負荷時の特性など、運転面での注意点は別にあります。この選択肢は、遠心圧縮機の基本的な長所を述べたものとして適切です。
この問題で覚えるポイント
吸収冷凍機の単効用と二重効用の違いは、蒸発器の数ではなく、熱の再利用方法にあります。二重効用型は高温再生器と低温再生器を用いて熱を有効利用し、成績係数を高めます。 圧縮機は、容積式と遠心式に大きく分けて整理すると覚えやすいです。容積式は一定容積の冷媒ガスを閉じ込めて圧縮する方式で、往復動、スクロール、スクリューがこれに含まれます。遠心圧縮機は速度エネルギーを圧力エネルギーに変える方式です。 容量の目安としては、スクロールは小中容量、スクリューは中大容量、遠心は大容量で使われることが多いです。これは厳密な境界値を暗記するというより、設備の適用範囲として把握することが重要です。 往復動圧縮機はピストンの往復運動、スクリュー圧縮機は雄雌ロータの回転、スクロール圧縮機は渦巻き形状の圧縮要素、遠心圧縮機は羽根車の高速回転と、それぞれの圧縮原理を区別して覚えることが大切です。 遠心圧縮機は大量のガスを連続的に扱いやすく、大容量機に向きます。一方、容積式圧縮機は構造上の特徴から容量帯や用途が異なります。名称だけでなく、なぜその容量帯に向くのかまで理解すると応用問題にも対応しやすくなります。
ひっかけポイント
吸収冷凍機の効率向上について、蒸発器、発生器、吸収器、凝縮器の役割が曖昧なままだと、「効率が上がるなら蒸発が増えるのだろう」と連想して誤答しやすくなります。問題作成者は、この設備機器ごとの役割の混同を狙っています。 冷凍機の問題では、実務でよく聞く名称だけを覚えていると、「スクリューのほうがなんとなく小型そう」「遠心は複雑だから大きくなりそう」といった日常感覚で判断してしまいがちです。しかし、試験では構造と原理に基づいて判断する必要があります。 「一部は正しいが、肝心な理由だけが違う」選択肢が典型的なひっかけです。今回も、二重効用吸収冷凍機は確かに単効用より高効率ですが、その理由の説明が誤っています。このような問題では、結論だけでなく理由まで一致しているかを確認する習慣が重要です。 遠心圧縮機と容積式圧縮機の違いも狙われやすい部分です。大容量、連続処理、高速回転、コンパクトというキーワードが遠心式に結びつくかどうかが、正答率を分けます。今後も、機器の名称ではなく、圧縮原理と適用範囲を軸に整理しておくと引っかかりにくくなります。
