問題
図は、蒸気圧縮冷凍サイクルにおける冷媒の標準的な状態変化をモリエル線図上に表したものである。蒸発器の出口直後に相当する図中の状態点として、最も適当なものは次のうちどれか。
(1) ア
(2) イ
(3) ウ
(4) エ
(5) オ
ビル管過去問｜蒸気圧縮冷凍サイクルを解説
この問題は、蒸気圧縮冷凍サイクルにおいて、各機器の前後で冷媒がどのような状態にあるかをモリエル線図上で読み取れるかを問う問題です。冷凍サイクルでは、オ→アが圧縮機、ア→イ→ウが凝縮器、ウ→エが膨張弁、エ→オが蒸発器に相当します。したがって、蒸発器の出口直後は「エ→オ」の終点であるオです。正しい選択肢は(5)です。
(1) ア
不適切です。その理由は、アは蒸発器出口ではなく、圧縮機を通過した後の高圧側の状態点に当たるためです。蒸発器を出た冷媒は低圧の気体として圧縮機に入り、そこで圧縮されて高温・高圧のガスになります。したがって、アは「蒸発器出口直後」ではなく、「圧縮機出口直後」と考えるべき位置です。
(2) イ
不適切です。その理由は、イは凝縮器の途中にある状態点と考えられるためです。圧縮機を出た高温・高圧の冷媒ガスは、凝縮器の中で熱を放出しながら冷えていきます。凝縮器内では、過熱蒸気の冷却、凝縮、場合によっては過冷却という流れをたどるため、イは蒸発器出口ではありません。蒸発器出口の冷媒は低圧側にある必要がありますが、イは高圧側の過程に属します。
(3) ウ
不適切です。その理由は、ウは凝縮器を出た後、あるいはその終端付近の液冷媒側の状態点だからです。凝縮器では冷媒が周囲へ熱を放出して液化します。そのため、ウは高圧液冷媒に近い状態を表しており、ここから膨張弁へ向かいます。蒸発器出口は、熱を吸収し終えて気化した後の状態なので、液冷媒側であるウとは一致しません。
(4) エ
不適切です。その理由は、エは膨張弁を通過した直後、蒸発器に入る前の状態点だからです。膨張弁では圧力が急激に下がり、冷媒は低温・低圧の湿り冷媒になります。この時点では、まだ蒸発器で十分に熱を吸収していないため、出口ではなく入口側の状態です。蒸発器出口であれば、蒸発を終えて気体側に移っている必要があります。
(5) オ
適切です。その理由は、オが蒸発器を通過した後の状態点だからです。蒸発器では低温・低圧の冷媒が周囲から熱を吸収して蒸発し、気体になります。したがって、蒸発器の出口直後は、蒸発を終えた低圧の蒸気状態に相当します。問題のサイクルの流れが「エ→オ」で蒸発器を表しているので、その終点であるオが正解です。
この問題で覚えるポイント
蒸気圧縮冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環します。圧縮機出口は高温・高圧のガス、凝縮器出口は高圧の液、膨張弁出口は低温・低圧の湿り冷媒、蒸発器出口は低圧の蒸気です。モリエル線図の細かな形を完璧に覚えていなくても、各機器の前後で冷媒が気体か液体か、高圧側か低圧側かを整理できれば正答しやすくなります。
ひっかけポイント
蒸発器出口と膨張弁出口を混同しやすい点に注意が必要です。どちらも低圧側ですが、膨張弁出口はまだ蒸発前の湿り冷媒であり、蒸発器出口は熱を吸収し終えた蒸気です。また、凝縮器出口の液冷媒と蒸発器出口の気体冷媒を取り違える受験者も多いです。図の形だけで判断せず、圧縮機で圧力が上がる、凝縮器で放熱する、膨張弁で圧力が下がる、蒸発器で吸熱する、という機器ごとの役割から逆算して判断することが大切です。
