建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第52回(令和4年度(2022年))
問66 (空気環境の調整 問66)
問題文
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問題
建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士)試験 第52回(令和4年度(2022年)) 問66(空気環境の調整 問66) (訂正依頼・報告はこちら)
- 凝縮器により冷媒が液化する。
- 圧縮機により冷媒の比エンタルピーが増加する。
- 膨張弁により冷媒の圧力が低下する。
- 蒸発器により冷媒がガス化する。
- 冷凍サイクルでは凝縮器、圧縮機、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。
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この過去問の解説 (2件)
01
「冷凍サイクルでは凝縮器、圧縮機、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。」が不適当です。
蒸気圧縮冷凍サイクルの基本の流れは、圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器→圧縮機です。提示の順番は最初と途中が入れ替わっており、サイクルの理解がずれています。
適当です。 圧縮機で高温高圧になった冷媒ガスは凝縮器で放熱し、液化します。
適当です。 圧縮機は外部から仕事を与えて冷媒を圧縮するため、比エンタルピーは増加します(温度・圧力も上がります)。
適当です。 膨張弁では絞り膨張が起こり、圧力が低下します(理想的には等エンタルピー変化に近い振る舞いです)。
適当です。 蒸発器では周囲から熱を奪って冷媒が蒸発(気化)し、低温の冷熱を作ります。
不適当です。 正しい順序は圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器です。提示の順番では圧縮機と凝縮器の位置関係が誤りで、サイクルの流れに合いません。
蒸気圧縮冷凍サイクルの要点は、
圧縮機(加圧・昇温)→凝縮器(放熱・液化)→膨張弁(減圧)→蒸発器(吸熱・気化)という一方向の循環です。
この流れを覚えておくと、各機器で温度・圧力・相状態・エンタルピーがどう変わるかを整理しやすくなります。
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02
正解は、「冷凍サイクルでは凝縮器、圧縮機、膨張弁、蒸発器の順に冷媒が循環する。」です。
この問題は、蒸気圧縮冷凍サイクルに関するものです。
蒸気圧縮冷凍サイクルは、冷凍機やエアコンなどで用いられる一般的な冷凍サイクルで、
「圧縮機 → 凝縮器 → 膨張弁 → 蒸発器」の順に冷媒が循環します。
圧縮機で冷媒ガスを高圧・高温にし、凝縮器で外気や冷却水に熱を放出して液化します。
その後、膨張弁で急激に減圧し、低温・低圧の液冷媒となって蒸発器へ送られます。
蒸発器では、冷やしたい空気や水から熱を奪いながら冷媒が蒸発し、
再びガスとなって圧縮機に戻ります。
この一連のサイクルにより、低温部から高温部へ熱を移動させることができます。
各機器の役割としては、凝縮器は「液化」、蒸発器は「ガス化」、
圧縮機は「比エンタルピーの増加(仕事の付与)」、膨張弁は「圧力低下(絞り膨張)」です。
正しいです。
凝縮器は、圧縮機から送られてきた高温・高圧の冷媒ガスを冷却し、
外気や冷却水に熱を放出させることで液化させる機器です。
冷媒は圧縮機で仕事を受けて比エンタルピーが増加し、
高温ガスの状態で凝縮器に入ります。
凝縮器では、冷媒の温度が飽和温度まで下がり、
その後、潜熱を放出しながらガスから液へと相変化します。
このとき、圧力はほぼ一定のまま、比エンタルピーが減少していきます。
最終的に、冷媒は高圧の液状態となり、次段の膨張弁へ送られます。
正しいです。
圧縮機は、蒸発器から戻ってきた低圧・低温の冷媒ガスを吸い込み、
高圧・高温のガスに圧縮します。
この過程では、圧縮機が外部から機械的な仕事を受け取り、
その仕事が冷媒にエネルギーとして与えられます。
その結果、冷媒の比エンタルピーは増加し、温度と圧力が上昇します。
正しいです。
膨張弁は、高圧の液冷媒を低圧側へ落とすための機器であり、
その主な役割は、圧力を低下させることです。
膨張弁を通過する際、冷媒は急激に減圧され、飽和温度も低下します。
この過程は断熱的な絞り膨張とみなされ、
比エンタルピーはほぼ一定のまま、圧力と温度が下がります。
正しいです。
蒸発器は、冷やしたい空気や水などから熱を奪い、
その熱によって冷媒を蒸発させる機器です。
膨張弁から供給される冷媒は低温・低圧の液状態であり、
蒸発器内で周囲から熱を受け取ることで、液からガスへと相変化します。
このとき、冷媒は蒸発潜熱を吸収し、比エンタルピーが増加しますが、
圧力はほぼ一定に保たれます。
蒸発器出口では、冷媒はほぼ飽和ガス、
あるいはわずかに過熱されたガスとなり、再び圧縮機へ戻ります。
不適当です。
蒸気圧縮冷凍サイクルにおける冷媒の循環順序は、
「圧縮機 → 凝縮器 → 膨張弁 → 蒸発器 → 圧縮機」という順番になります。
圧縮機がスタート地点であり、そこで高圧ガスとなった冷媒が凝縮器へ送られ、
液化した後に膨張弁で減圧され、蒸発器で蒸発して再び圧縮機に戻ります。
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