問題 5

次の各文章の【1】～【14】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。 また、【A】 \times 10^{【a】}～【D】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。（配点計50点） 蒸気圧縮冷凍機の冷凍サイクルについて考える。 図は、ある蒸気圧縮冷凍機の冷凍サイクルの各過程を、圧力Pと比エンタルピーhで示したP-h線図上に示したものである。ここで、図中の1～4は作動流体である冷媒の熱力学的状態点を示す番号であり、各状態点の比エンタルピーを表す記号にはその状態点の番号を添え字として用いる。 なお、計算には表1及び表2の数値を用いることとし、表中の符号’は飽和液状態、符号”は飽和蒸気状態を表す。 **図 P-h線図上の蒸気圧縮冷凍サイクル** (P-h線図上にサイクル1→2→3→4→1が描かれている) 線X：飽和液線 線Y：飽和蒸気線 1→2：圧縮 2→3：凝縮 3→4：膨張 4→1：蒸発 1) 図のP-h線図において、線Xは冷媒の【 1 】、線Yは冷媒の【 2 】を示している。

2) 図において、冷凍機内を流れる冷媒は、1では飽和状態の気体であり、1から2への過程で圧縮機の働きによって可逆断熱圧縮（等エントロピー変化）され、【 3 】蒸気となる。この気体の冷媒は、2から3への過程で凝縮して飽和液となり、熱を【 4 】する。そして、3から4への過程で、【 5 】の働きによって等エンタルピー変化し、【 6 】蒸気となる。4から1に移動する間に、【 7 】の働きによって熱を【 8 】し、冷媒は液体から気体へと状態変化する。

3) 図において、比エンタルピーhを用いて、吸収熱量は【 9 】、圧縮仕事は【 10 】、放出熱量は【 11 】で表される。ここで、冷凍機から見ると吸収熱量は冷却熱量、放出熱量は凝縮熱量である。

4) 冷凍サイクルの性能は、動作係数（成績係数）で評価することができ、これを$\varepsilon$で表す。冷凍機として用いる場合を$\varepsilon_R$とすると、$\varepsilon_R$は式$\varepsilon_R$=【 12 】と表すことができ、また、ヒートポンプとして用いる場合を$\varepsilon_H$とすると、$\varepsilon_H$は式$\varepsilon_H$=【 13 】と表すことができる。

5) 図において、1は線Y上で圧力が0.338 MPa、2は圧力が1 MPa、3は線X上で圧力が1 MPaであるとしたときの冷凍機の性能を、冷媒1kg当たりで求める。 まず、冷却熱量は次のように計算される。 冷却熱量 = × 10[kJ/kg] さらに、1から2への変化は等エントロピー変化であることから、2の比エンタルピー$h_2$は、表1及び表2の比エントロピーの値を用いて線形補間して、$h_2$=【 14 】[kJ/kg]と求められるので、圧縮仕事及び凝縮熱量はそれぞれ次のように計算される。 圧縮仕事 = × 10[kJ/kg] 凝縮熱量 = × 10[kJ/kg] また、$\varepsilon_R$の値はとなる。