第1問液体が蒸発するとき、周囲から熱を奪う。この原理を利用した冷凍において、熱媒体として用いられるものを何というか。
- A冷却水
- B潤滑油
- C冷却空気
- D冷媒
第三種冷凍機械責任者 ① 冷凍の原理と冷凍サイクル
蒸気圧縮式冷凍サイクルがどう成り立つかを学ぶ土台の分野。圧縮・凝縮・膨張・蒸発の4工程と、p-h線図（モリエル線図）上での状態変化の読み取り、冷凍能力・圧縮動力・成績係数（COP）の関係、冷媒循環量と比エンタルピー差を使った計算が中心になる。頻出は、p-h線図の各点から比エンタルピーを読み取って冷凍能力や理論断熱圧縮動力を求める問題と、体積効率・断熱効率・機械効率を加味した実際の成績係数の扱い。つまずきやすいのは理論値と実際値の使い分け、そしてkJ/kg・kW・冷凍トンといった単位の換算。状態点を図に書き込みながら追う習慣をつけると、以降の分野の理解も速くなる。
この分野の問題44問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。
クイズモードで挑戦 →第2問蒸気圧縮式冷凍装置を構成する4つの主要な機器の組み合わせとして、正しいものはどれか。
- A蒸発器・圧縮機・凝縮器・膨張弁
- B蒸発器・冷却器・凝縮器・膨張弁
- C圧縮機・凝縮器・受液器・膨張弁
- D蒸発器・圧縮機・四方弁・膨張弁
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第3問蒸気圧縮式冷凍装置の蒸発器において、冷媒はどのような状態変化をしているか。
- A冷媒蒸気が周囲に熱を与えて冷媒液になる。
- B冷媒液が周囲から顕熱を奪って過冷却液となる。
- C冷媒液が周囲から潜熱を奪って冷媒蒸気となる。
- D冷媒蒸気が周囲から熱を奪って高温・高圧のガスになる。
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第4問圧縮機の役割に関する記述として、最も適切なものはどれか。
- A高温・高圧の冷媒液を圧縮して低温・低圧の冷媒蒸気にする。
- B高温・高圧の冷媒蒸気を圧縮して低温・低圧の冷媒液にする。
- C低温・低圧の冷媒液を圧縮して高温・高圧の冷媒液にする。
- D低温・低圧の冷媒蒸気を圧縮して高温・高圧の冷媒蒸気にする。
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第5問凝縮器の役割として正しいものはどれか。
- A高温・高圧の冷媒蒸気を冷却して液化させる。
- B高温・高圧の冷媒液を減圧して蒸発させる。
- C低温・低圧の冷媒蒸気を圧縮して液化させる。
- D低温・低圧の冷媒液を加熱して蒸発させる。
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第6問膨張弁の役割に関する記述として、最も適切なものはどれか。
- A低温・低圧の冷媒蒸気の圧力を上げ、液化しやすい状態にする。
- B高温・高圧の冷媒液の圧力を下げ、蒸発しやすい状態にする。
- C高温・高圧の冷媒蒸気の圧力を下げ、液化しやすい状態にする。
- D低温・低圧の冷媒液の圧力を上げ、蒸発しやすい状態にする。
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第7問蒸発器において冷媒が蒸発するときに関する記述として、誤っているものを選べ。
- A周囲から潜熱を奪い取る。
- B蒸発器は冷却器と呼ばれることがある。
- C周囲に潜熱を与えて温める。
- D冷媒液は冷媒蒸気になる。
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第8問冷凍装置において、蒸発器の冷凍能力をΦo、圧縮機の軸動力をPとしたとき、凝縮器の凝縮負荷Φkを求める式として正しいものはどれか。
- AΦk ＝ Φo ＋ P
- BΦk ＝ Φo － P
- CΦk ＝ P － Φo
- DΦk ＝ Φo × P
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第9問蒸気圧縮式冷凍装置の熱収支において、凝縮負荷に関する記述として誤っているものはどれか。
- A凝縮負荷は蒸発器の冷凍能力と圧縮機の軸動力を加えたものである。
- B冷凍装置の冷凍能力は凝縮器の凝縮負荷よりも小さい。
- C凝縮負荷の単位にはキロワットが用いられる。
- D凝縮器内の冷媒液から冷却水や外気に放出される熱量のことである。
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第10問標準大気圧は約何メガパスカル(MPa)になるか。
- A約0.01MPa
- B約0.1MPa
- C約1.0MPa
- D約10MPa
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第11問絶対圧力とゲージ圧力の関係を表す式として正しいものはどれか。
- A絶対圧力 ＝ ゲージ圧力 － 大気圧
- B絶対圧力 ＝ ゲージ圧力 ＋ 大気圧
- C絶対圧力 ＝ 大気圧 － ゲージ圧力
- D絶対圧力 ＝ ゲージ圧力 × 大気圧
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第12問冷凍装置で一般に用いられるブルドン管圧力計が指示する圧力に関する記述として、誤っているものはどれか。
- A管内の圧力と大気圧との圧力差によって変形する。
- B断面が扁平な管を円弧状に曲げた構造を持つ。
- Cブルドン管圧力計の指示値は絶対圧力である。
- D指示値の単位としてMPagが用いられる。
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第13問液体を減圧した場合、飽和温度はどう変化するか。
- A上昇する
- B臨界温度になる
- C変化しない
- D下降する
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第14問飽和温度に達して蒸発を始める直前の液体を何というか。
- A飽和液
- B過冷却液
- C湿り飽和蒸気
- D飽和蒸気
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第15問物質が状態変化せずに、温度変化のみに使用される熱を何というか。
- A潜熱
- B顕熱
- C蒸発熱
- D凝縮熱
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第16問物質が液体から蒸気に状態変化する際に必要な熱量に関する記述として、誤っているものはどれか。
- Aこの熱量は蒸発熱と呼ばれることがある。
- Bこの熱量は潜熱である。
- Cこの熱量は顕熱である。
- Dこの熱量は物質の温度を上昇させない。
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第17問標準大気圧のもとで、1kgの水の温度が1℃上昇するのに約4.19kJが必要である。このとき、0℃の水を100℃にするのに必要な熱量（飽和水の比エンタルピー）として正しい値はどれか。
- A41.9 kJ/kg
- B419 kJ/kg
- C2257 kJ/kg
- D2676 kJ/kg
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第18問冷凍装置内で冷媒が循環する冷凍サイクルの正しい順序はどれか。
- A蒸発→膨張→凝縮→圧縮
- B凝縮→圧縮→蒸発→膨張
- C圧縮→蒸発→膨張→凝縮
- D蒸発→圧縮→凝縮→膨張
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第19問冷凍サイクルの圧縮機において、圧縮による動力を与えるために主として用いられるものは何か。
- A電動機
- B内燃機関
- C蒸気タービン
- D水車
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第20問凝縮器で冷媒から放出される凝縮熱の熱量は、どの熱量の合計になるか。
- A蒸発熱のみ
- B蒸発熱および圧縮による熱の合計量
- C蒸発熱および膨張による熱の合計量
- D圧縮による熱および膨張による熱の合計量
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第21問膨張弁を通過した後の冷媒の状態はどうなるか。
- A高温・高圧の冷媒液
- B低温・低圧の冷媒蒸気
- C低温・低圧の冷媒液
- D高温・高圧の冷媒蒸気
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第22問冷媒の蒸発温度が-30℃程度以下の場合に、冷凍装置の効率向上や圧縮機の吐出しガスの高温化を防ぐために使用される装置はどれか。
- A二段圧縮冷凍装置
- B吸収式冷凍装置
- C単段圧縮冷凍装置
- D遠心式冷凍装置
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第23問二段圧縮冷凍装置において、低段圧縮機から出た冷媒蒸気の過熱分を除去するために送られる機器は何か。
- A受液器
- B四方切換弁
- C蒸発器用膨張弁
- D中間冷却器
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第24問ヒートポンプ装置を暖房として利用する場合、室内に温風を出す役割を果たす機器はどれか。
- A蒸発器
- B凝縮器
- C圧縮機
- D膨張弁
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第25問ヒートポンプエアコンにおいて、冷媒の流れを逆転させて蒸発器と凝縮器の役割を交換するための機器は何か。
- A膨張弁
- B受液器
- C四方切換弁
- D中間冷却器
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第26問絶対0度（摂氏-273℃）を0度とする温度の表し方を絶対温度という。摂氏0℃のときの絶対温度はどれか。
- A0 K
- B100 K
- C273 K
- D419 K
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第27問物質1kgの温度を1K（1℃）上昇させるのに必要な熱量を何というか。
- A比エンタルピー
- B蒸発熱
- C顕熱
- D比熱
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第28問冷媒蒸気の比体積に関する記述として誤っているものはどれか。
- A比体積が大きくなると、その密度は大きくなる。
- B単位は[m3/kg]を用いる。
- C比体積は物質の単位質量当たりの体積のことである。
- D比体積は密度の逆数である。
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第29問1日本冷凍トン（1Rt）の定義として正しいものはどれか。
- A0℃の水1トンを1時間で0℃の氷にするために除去しなければならない熱量
- B0℃の水1トンを1日(24時間)で0℃の氷にするために除去しなければならない熱量
- C0℃の水1トンを1日(24時間)で100℃の蒸気にするために加える熱量
- D100℃の水1トンを1日(24時間)で0℃の氷にするために除去しなければならない熱量
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正解：B．0℃の水1トンを1日(24時間)で0℃の氷にするために除去しなければならない熱量
1冷凍トンは、0℃の水1トン(1000kg)を1日で0℃の氷にするために除去しなければならない熱量である。
この問題の解説ページを開く →第30問動力(仕事率)の単位として用いられるキロワット(kW)と等しいものはどれか。
- A1 J/s
- B1 kJ/kg
- C1 kJ/s
- D1000 J/kg
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第31問圧縮機の駆動軸動力を小さくし、大きな冷凍能力を得るための運転上の注意として最も適切なものはどれか。
- A蒸発温度を必要以上に低くしすぎないようにし、凝縮温度を必要以上に高くしすぎないようにする。
- B蒸発温度をできるだけ低くし、凝縮温度を必要以上に高くする。
- C蒸発温度と凝縮温度をできるだけ同じ温度にする。
- D配管内での冷媒の流れの抵抗をできるだけ大きくする。
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正解：A．蒸発温度を必要以上に低くしすぎないようにし、凝縮温度を必要以上に高くしすぎないようにする。
蒸発温度を低くしすぎず、凝縮温度を高くしすぎないことが動力節減と効率向上につながる。
この問題の解説ページを開く →第32問p-h線図（圧力・比エンタルピー線図）において、縦軸と横軸は何を表しているか。
- A縦軸は絶対圧力、横軸は温度
- B縦軸は比エンタルピー、横軸は絶対圧力
- C縦軸はゲージ圧力、横軸は比エンタルピー
- D縦軸は絶対圧力、横軸は比エンタルピー
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第33問p-h線図上において、飽和液線と乾き飽和蒸気線の交点を何というか。
- A飽和点
- B臨界点
- C沸点
- D限界点
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第34問p-h線図の等乾き度線について、誤っている記述はどれか。
- A飽和液線と乾き飽和蒸気線の間の領域を等分している。
- B乾き飽和蒸気が100%の場合は乾き度1と表す。
- C乾き度が0.3ならば、湿り飽和蒸気中の30%が液体である。
- D乾き度0.1は、蒸気が10%で残りの90%が液体であることを示す。
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第35問p-h線図上の等温線は、飽和液線より左側の過冷却液の領域において、どのような方向に引かれているか。
- A横軸と水平方向
- B右上へ向かうゆるやかな曲線
- C右下へ向かうゆるやかな曲線
- D横軸に垂直方向
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第36問圧縮機による断熱圧縮の過程をp-h線図上で表す線について、誤っているものはどれか。
- A等比エンタルピー線に沿って変化する。
- B右上方向に伸びる曲線である。
- C等比エントロピー線に沿って変化する。
- Dこの過程では冷媒の圧力と比エンタルピーがともに増大する。
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第37問理論冷凍サイクルにおける凝縮器での冷媒の状態変化について、正しいものはどれか。
- A圧力が徐々に低下しながら液化する。
- B凝縮圧力は一定のままで液化する。
- C圧力が上昇しながら液化する。
- D比エンタルピーが一定のままで液化する。
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第38問理論冷凍サイクルにおける膨張弁での冷媒の状態変化において、一定に保たれるものは何か。
- A圧力
- B温度
- C比エンタルピー
- D乾き度
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第39問蒸発器の入口の冷媒の比エンタルピーが256 kJ/kg、出口の冷媒の比エンタルピーが391 kJ/kgであるとき、冷媒1kg当たりの冷凍効果はいくらか。
- A135 kJ/kg
- B256 kJ/kg
- C391 kJ/kg
- D647 kJ/kg
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第40問冷凍装置の冷凍能力を求める式として正しいものはどれか。
- A冷凍能力 ＝ 冷凍効果 ÷ 冷媒循環量
- B冷凍能力 ＝ 冷凍効果 ＋ 冷媒循環量
- C冷凍能力 ＝ 冷媒循環量 － 冷凍効果
- D冷凍能力 ＝ 冷媒循環量 × 冷凍効果
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第41問理論断熱圧縮動力を求める式として正しいものはどれか。
- A冷媒循環量 × 断熱圧縮前後の比エンタルピー差
- B冷媒循環量 × (凝縮圧力 － 蒸発圧力)
- C冷媒循環量 ÷ 断熱圧縮前後の比エンタルピー差
- D冷媒循環量 × 冷凍効果
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第42問理論冷凍サイクルの成績係数を示す式として正しいものはどれか。
- A理論断熱圧縮動力 ÷ 冷凍能力
- B冷凍能力 ÷ 理論断熱圧縮動力
- C凝縮負荷 ÷ 冷凍能力
- D冷凍能力 × 理論断熱圧縮動力
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第43問冷凍サイクルの運転条件が成績係数に与える影響について、誤っているものはどれか。
- A凝縮温度が高くなると、成績係数は小さくなる。
- B蒸発温度が低くなると、成績係数は小さくなる。
- C膨張弁直前の冷媒液の過冷却度が大きくなると、成績係数は小さくなる。
- D成績係数は冷凍サイクルの運転条件によって変化する。
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第44問理論ヒートポンプサイクルの成績係数と、理論冷凍サイクルの成績係数の関係として正しいものはどれか。
- A理論ヒートポンプサイクルの成績係数のほうが1だけ大きい。
- B常に同じ値である。
- C理論冷凍サイクルの成績係数のほうが1だけ大きい。
- D理論ヒートポンプサイクルの成績係数は理論冷凍サイクルの2倍である。