【問題】R22コンパウンド圧縮機を用いた二段圧縮一段膨張冷凍装置を、下記の冷凍サイクルの条件で運転する。
ただし、圧縮機の機械的摩擦損失仕事は熱として冷媒に加わるものとする。また、配管での熱の出入りはないものとする。
| 【冷凍サイクルの運転条件】 | |
| 冷凍能力 | \(Φ_{o}\)=60kW |
| 低段側圧縮機吸込み蒸気の比エンタルピー | \(h_{1}\)＝397 kJ/㎏ |
| 低段側圧縮機吸込み蒸気の比体積 | \(v_{1}\)＝0.22 m3/㎏ |
| 理論断熱圧縮後の低段側圧縮機吐出しガスの比エンタルピー | \(h_{2}\)＝439 kJ/㎏ |
| 高段側圧縮機吸込み蒸気の比エンタルピー | \(h_{3}\)＝414 kJ/㎏ |
| 高段側圧縮機吸込み蒸気の比体積 | \(v_{3}\)＝0.05 m3/㎏ |
| 理論断熱圧縮後の高段側圧縮機吐出しガスの比エンタルピー | \(h_{4}\)＝439 kJ/㎏ |
| 中間冷却器用膨張弁直前の液の比エンタルピー | \(h_{5}\)＝246 kJ/㎏ |
| 【圧縮機の効率】 | |
| 低段側と高段側の気筒数比 | a=3 |
| 体積効率（低段側、高段側とも） | \(η_{v}\)＝075 |
| 断熱効率（低段側、高段側とも） | \(η_{c}\)＝0.70 |
| 機械効率（低段側、高段側とも） | \(η_{m}\)＝0.90 |
１．低段側冷媒循環量\(q_{mro}\)(kg/sec)と高段側冷媒循環量\(q_{mrk}\)(kg/sec)との比\(q_{mro}/q_{mrk}\)は ？
２．蒸発器入口の冷媒の比エンタルピー\(h_{8}\)(kJ/kg) は？
３．コンパウンド圧縮機の実際の駆動軸動力\(P\)（kW） は？
いつものように、p-h線図と冷媒の流れ概略図は次のようになる
１．低段側冷媒循環量\(q_{mro}\)(kg/sec)と高段側冷媒循環量\(q_{mrk}\)(kg/sec)との比\(q_{mro}/q_{mrk}\)は ？
一般的にピストン押しのけ量(\(V\))、冷媒循環量(\(q\))、体積効率( \(η_{v}\))、比体積(\(v\))の関係式は
\(V×η_{v}=q×v\) だから
さて、気筒数比（a）は３なので
変形すると\(q_{mro}/q_{mrk}\)は
２．蒸発器入口の冷媒の比エンタルピー\(h_{8}\)(kJ/kg) は？
中間冷却器の熱収支を見ると
ここで、\(\color{red}{h’_{2}}\)を使用していることに注意する。変形すると
さらに次のように変形する（値は前問の解答から0.682である）
さて、\(h_{7}\)と\(h_{8}\)は同じだから\(\color{red}{h’_{2}}\)を求めれば\(h_{8}\)が求められる
\(\color{red}{h’_{2}}\)は次の式から求められる
上のＡ式に代入して\(h_{7}\)は217.3 (kJ/kg)
この問題の解説は次の「上級冷凍受験テキスト」を参考にしました
３．コンパウンド圧縮機の実際の駆動軸動力\(P\)（kW） は？
\(P=P_{L}+P_{H}\)(低段側動力と高段側動力の合計)
\(P_{L}\)と\(P_{H}\)は次の通り
上のＢ式に数値を代入すると
お疲れ様でした
何はともあれ、やはり中間冷却器の熱収支が大事です
