狂わば狂え

海と音楽と電気が好きな男の忘備録

冷凍機の冷凍能力（kW）について

Work

私はとある企業の電気保守担当としての職務を全うするために、電気主任技術者や技術士補（電気）の資格を取得したりしてきたのだが、機械設備のことも知らなければいけないということで、まずは冷凍機のことを勉強しようと考えた。

 

＜冷凍機とは＞

物体から熱を奪って周囲の温度以下に冷却し（冷凍）、大気に熱を捨てる装置。冷却到達温度、冷却方法によって、蒸気圧縮式冷凍機、吸収式冷凍機、空気断熱式冷凍機、ジュール‐トムソン効果式冷凍機、スターリングサイクル冷凍機がある。

 

＜冷凍機の容量換算＞

　　1000RT＝3516kW＝12.7GJ

        COPで割ると消費電力がわかる。

 

＜ターボ冷凍機の一例＞

冷水を発生する冷凍機は、冷却負荷に対して一定の冷水温度を供給するように、冷水出口温度制御が行われる。

 

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圧縮機１、蒸発器２、凝縮器３、減圧装置９を順次接続して構成される冷凍サイクルを備え、圧縮機１で遠心羽根車により冷媒ガスは圧縮されて高温、高圧の冷媒ガスとなって凝縮器３に送られる。高温、高圧の冷媒ガスは、凝縮器３内を流れる冷却水によって凝縮液化し、冷媒液となって減圧装置９を通過して減圧され、蒸発器２に送られる。蒸発器２に送られた冷媒液は蒸発器２内を流れる冷水に加熱されて蒸発器し、冷媒蒸気となって圧縮機１に送られる。冷水系統には、冷水出口温度センサー４、冷水入口温度センサー５を備え、所定の冷水温度となるように、容量制御弁７を制御部８により制御している。

          ※冷媒の流量(kg/s)×エンタルピー(kJ/kg)=kJ/s=kW

          なので、流量を制御することで、熱量を制御している。

 

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＜分類＞

・圧縮式(電気が主エネルギー)

・吸収式(熱が主エネルギー)

 

 

＜構造＞

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＜ターボ冷凍機の容量＞

 

冷凍機の能力を表す場合に、冷凍トンという単位を用いることがある。
１冷凍トンとは１日（２４時間）にい１トンの０℃の水を氷にするために除去すべき熱量のことである。
これには日本冷凍トンとアメリカ（米国）冷凍トンがある。


日本冷凍トン：
１JRT＝(1000ｋｇ×79.68kcal/kg)/24h=3320kcal/h=3.86kW

アメリカ(米国）冷凍トン：
１USRT=（2000lb×144ＢＴＵ/lb）/24ｈ＝12000ＢＴＵ/ｈ＝3024kcal/h=3.52kW

　0 ℃の氷の融解熱（固体が液体になるのに必要な熱量）は79.68kcal=144BTU

  1cal＝4.184J

 

　1馬力＝0.75kW?、2.5kW?

 

 

＜水の特性に関すること＞　

  • 1gの水を１℃上昇させるのに必要な熱量（カロリー）を比熱という．熱量1cal=4.18J．
  • 水の比熱はだいたい１．大抵の液体の比熱は0.5．だから，水は温めにくく冷めにくい性質を持つ．
  • 熱に関するいろんな数字　
    • 蒸発熱(100℃)・・539cal　
    • 融解熱(0℃)・・79.4cal　
    • 熱伝導度(２０℃)・・1.40×10^-8
    • 熱伝導率
      • ０℃・・0.561 W/(mK)
      • 20℃・・0.673 W/(mK)

 

＜例題＞        

ある冷凍機と冷水配管の図があり、

(1)冷凍機能力
　2286kW
(2-1)冷水入口温度
　17℃
(2-2)冷水出口温度
　7℃
(2-3)冷水量
　3275L/min（リットル/min）

です。(1)から(2)、または(2)から(1)に変換できると思うのですが、

3275L/min = 3275000cc/min = 54583cc/s

で、温度差が１０度なので54583cc/s * 10℃ = 545830cal/s (1ccの水の温度を1℃下げる=1cal)。
これをジュールに変換するには1cal=4.2Jから

545830*4.2=229250J/s = 229250W = 2290kW