【令和元年度】第三種冷凍機械責任者（冷凍三種）保安管理技術の過去問解説【問①〜⑮】

この記事でわかること

第三種冷凍機械責任者（冷凍三種）の令和元年度「保安管理技術」問1〜15を、知識ゼロからでもわかるようにやさしく解説します。冷凍の原理・伝熱・圧縮機・凝縮器・蒸発器・安全装置まで、イ・ロ・ハ・ニを1つずつ⭕❌で判定します。

この記事の問題はどこから？

問題文・図・解答は、試験を実施している高圧ガス保安協会が公表しているものです。本記事はそれを引用したうえで、解説・図解・覚え方を独自に加えています。
出典：令和元年度 第三種冷凍機械責任者試験（保安管理技術）

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍の原理、冷凍サイクルについて正しいものはどれか。

イ吸収冷凍機では、圧縮機を使用せずに、吸収器、発生器、溶液ポンプなどを用いて冷媒を循環させ、冷熱を得る。

ロ膨張弁における膨張過程では、冷媒液の一部が蒸発することにより、膨張後の蒸発圧力に対応した蒸発温度まで冷媒自身の温度が下がる。

ハ圧縮機駆動の軸動力を小さくし、大きな冷凍能力を得るためには、蒸発温度はできるだけ低くして、凝縮温度は必要以上に高くし過ぎないことが重要である。

ニ冷媒のp-h線図は、縦軸の絶対圧力、横軸の比エンタルピーのいずれも対数目盛でそれぞれ目盛られている。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍サイクル、熱の移動について正しいものはどれか。

イ常温、常圧において、水あか、グラスウール、鉄鋼、空気のなかで、熱伝導率の値が一番小さいのは空気である。

ロ固体壁を通過する伝熱量は、その壁で隔てられた両側の流体間の温度差、固体壁の伝熱面積及び熱通過率に比例する。

ハ水冷却器の交換熱量の計算において、入口側の温度差をΔt1、出口側の温度差をΔt2とすると、算術平均温度差Δtmは、Δtm＝（Δt1＋Δt2）／2である。

ニ冷凍サイクルの蒸発器で周囲が冷媒から奪う熱量のことを、冷凍効果という。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、成績係数及び冷媒循環量について正しいものはどれか。

イ圧縮機の全断熱効率が大きくなると、圧縮機駆動の軸動力は小さくなり、冷凍装置の実際の成績係数は大きくなる。

ロ蒸発温度と凝縮温度との温度差が大きくなると、断熱効率と機械効率が大きくなるとともに、冷凍装置の実際の成績係数は低下する。

ハ往復圧縮機の冷媒循環量は、ピストン押しのけ量、圧縮機の吸込み蒸気の比体積及び体積効率の大きさにより決まる。

ニ圧縮機の吸込み圧力が低いほど、また、吸込み蒸気の過熱度が大きいほど、冷媒循環量及び冷凍能力が大きくなる。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷媒について正しいものはどれか。

イアンモニアガスは空気より軽く、室内に漏えいした場合には、部屋の上方に滞留する。

ロR134aとR410Aは、ともに単一成分冷媒である。

ハ非共沸混合冷媒は、圧力一定のもとで凝縮するとき、凝縮始めの冷媒温度（露点温度）と、凝縮終わりの冷媒温度（沸点温度）の間に差が生じる。

ニ0℃における飽和圧力を標準沸点といい、冷媒の種類によって異なっている。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧縮機について正しいものはどれか。

イ圧縮機は、冷媒蒸気の圧縮の方法により、往復式、スクリュー式及びスクロール式に大別される。

ロ多気筒圧縮機のアンローダと呼ばれる容量制御装置は、圧縮機始動時の負荷軽減装置としても機能する。

ハスクリュー圧縮機の容量制御をスライド弁で行う場合、スクリューの溝の数に応じた段階的な容量制御となり、無段階制御はできない。

ニ停止中のフルオロカーボン用圧縮機クランクケース内の油温が低いと、冷凍機油に冷媒が溶け込む溶解量は大きくなり、圧縮機始動時にオイルフォーミングを起こしやすい。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、凝縮器及び冷却塔について正しいものはどれか。

イ水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器は、円筒胴の内側と冷却管の間に冷却水が流れ、冷却管内には冷媒が流れる。

ロ水冷横形シェルアンドチューブ凝縮器では、冷却管表面に水あかが付着すると、水あかの熱伝導率が小さいので熱通過率が小さくなり、凝縮温度が低くなる。

ハ蒸発式凝縮器は、水の蒸発潜熱を利用して冷媒を凝縮させるので、一般に、空冷凝縮器よりも凝縮温度を低く保つことができる。

ニ冷却塔の出口水温と周囲空気の湿球温度との温度差をアプローチと呼び、その値は通常5K程度である。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、蒸発器について正しいものはどれか。

イ蒸発器における冷凍能力は、冷却される空気や水などと冷媒との間の平均温度差、熱通過率及び伝熱面積に正比例する。

ロシェル側に冷媒を供給し、冷却管内にブラインを流して冷却するシェルアンドチューブ蒸発器は乾式である。

ハシェルアンドチューブ乾式蒸発器では、水側の熱伝達率を向上させるために、バッフルプレートを設置する。

ニ散水方式でデフロストをする場合、冷蔵庫外の排水管にトラップを設けることで、冷蔵庫内への外気の侵入を防止できる。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、自動制御機器について正しいものはどれか。

イ温度自動膨張弁は、高圧の冷媒液を低圧部に絞り膨張させる機能と、過熱度により蒸発器への冷媒流量を調節して効率よく運転する機能の、二つの機能をもっている。

ロキャピラリチューブは、細い銅管を流れる冷媒の流れ抵抗による圧力降下を利用して、冷媒の絞り膨張を行う機器である。

ハ吸入圧力調整弁は、圧縮機吸込み配管に取り付けて、圧縮機吸込み圧力が設定値よりも高くならないように調整できる。圧縮機の始動時や除霜などのときに、電動機の過負荷も防止できる。

ニ内部均圧形温度自動膨張弁は、冷媒の流れの圧力降下の大きな蒸発器、ディストリビュータで冷媒を分配する蒸発器に使用される。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、附属機器について正しいものはどれか。

イ液分離器は、蒸発器と圧縮機との間の吸込み蒸気配管に取り付け、吸込み蒸気中に混在した液を分離して、冷凍装置外部に排出する。

ロフルオロカーボン冷凍装置では、凝縮器を出た冷媒液を過冷却させるとともに、圧縮機に戻る冷媒蒸気を適度に過熱させるために、液ガス熱交換器を設けることがある。

ハシリカゲルを乾燥剤に用いたドライヤは、フルオロカーボン冷凍装置の冷媒系統の水分を除去する。

ニ往復圧縮機を用いたアンモニア冷凍装置では、一般に、油分離器で分離された鉱油を圧縮機クランクケース内に自動返油する。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷媒配管について正しいものはどれか。

イ圧縮機吸込み蒸気配管の二重立ち上がり管は、冷媒液の戻り防止のために使用される。

ロ高圧冷媒液管内にフラッシュガスが発生すると、膨張弁の冷媒流量が減少して、冷凍能力が減少する。

ハ配管用炭素鋼鋼管（SGP）は、一般に、冷媒R410Aの高圧冷媒配管に使用される。

ニ圧縮機の停止中に、配管内で凝縮した冷媒液や油が逆流しないようにすることは、圧縮機吐出し管の施工上、重要なことである。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、安全装置などについて正しいものはどれか。

イ圧力容器に取り付ける安全弁の最小口径は、容器の外径と長さの積の平方根と、冷媒の種類ごとに高圧部・低圧部に分けて定められた定数の積で決まる。

ロ溶栓は、取り付けられる容器内の圧力を直接検知して破裂し、内部の冷媒を放出することにより、圧力の異常な上昇を防ぐ。

ハ高圧遮断装置は、高圧側の圧力の異常な上昇を検知して作動し、圧縮機を駆動している電動機の電源を切って圧縮機を停止させる。

ニガス漏えい検知警報設備は、冷媒の種類や機械換気装置の有無にかかわらず、酸欠事故を防止するために必ず設置しなければならない。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧力容器などについて正しいものはどれか。

イ圧力容器の鏡板の板厚は、同じ設計圧力で、同じ材質では、さら形よりも半球形を用いたほうが薄くできる。

ロ円筒胴の圧力容器の胴板に生じる応力は、接線方向の応力と長手方向の応力を考えればよく、接線方向の引張応力は長手方向の引張応力よりも大きい。

ハ圧力容器の腐れしろは、材料の種類により異なり、鋼、銅及び銅合金は1mmとする。また、ステンレス鋼には腐れしろを設ける必要がない。

ニ圧力容器の強度や保安に関する圧力は、設計圧力、許容圧力ともに絶対圧力を使用する。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍装置の据付け、圧力試験及び試運転について正しいものはどれか。

イ多気筒圧縮機を支持するコンクリート基礎の質量は、圧縮機の質量と同程度にする。

ロアンモニア冷凍装置の気密試験には、乾燥空気、窒素ガス又は酸素を使用し、炭酸ガスを使用してはならない。

ハ受液器を設けた冷凍装置に冷媒を充塡するときは、受液器の冷媒出口弁を閉じ、圧縮機を運転しながら、その先の冷媒チャージ弁から液状の冷媒を充塡する。

ニ真空試験では、装置内に残留水分があると真空になりにくいので、乾燥のために水分の残留しやすい場所を、120℃を超えない範囲で加熱するとよい。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍装置の運転管理について正しいものはどれか。

イ毎日運転する冷凍装置の運転開始前の準備では、電磁弁の作動確認や操作回路の絶縁確認、電動機の始動状態の確認などを省略できる場合がある。

ロ蒸発圧力一定のもとで吐出しガス圧力が高くなると、圧力比が大きくなり、圧縮機の体積効率が増大し、駆動軸動力が増加する。

ハ長期間休止させる場合、低圧側の冷媒を受液器に回収し、空気侵入防止のため低圧側と圧縮機内に大気圧よりも高いガス圧力を残しておく。

ニ水冷凝縮器の冷却水量が減少すると、凝縮圧力の低下、吐出しガス温度の上昇、冷凍能力の低下が起こる。

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍装置の保守管理について正しいものはどれか。

イ横走り吸込み配管の途中の大きなUトラップに冷媒液や油がたまっていると、圧縮機の始動時やアンロードからロード運転に切り換わったときに、液戻りが生じる。圧縮機の近くでは、立ち上がり吸込み管以外にはUトラップを設けないようにする。

ロ強制給油式の往復圧縮機では、油圧が過大になると、シリンダ部への給油量が多くなり、凝縮器、蒸発器の熱交換部の汚れを引き起こす。

ハ密閉形フルオロカーボン往復圧縮機では、冷媒充塡量が不足していると、吸込み蒸気による電動機の冷却が不十分になり、電動機を焼損するおそれがある。冷媒充塡量の不足は、運転中の受液器の冷媒液面の低下によって確認できる。

ニアンモニア冷凍装置の冷媒系統に水分が浸入すると、アンモニアがアンモニア水になるので、少量の水分の浸入であっても、蒸発圧力の低下や冷凍機油の乳化による潤滑性能の低下などを引き起こし、運転に重大な支障をきたす。

まとめこの15問の要点（直前チェック用）

• 問1 動力を減らすには蒸発は高め・凝縮は低め／p-h線図の横軸は等間隔目盛
• 問2 空気が一番熱を伝えにくい／冷凍効果は冷媒が“周囲から奪う”熱量
• 問3 温度差が大きいと各効率は低下／吸込み圧力低下・過熱度大は能力を下げる
• 問4 R410Aは混合冷媒／標準沸点は大気圧での飽和温度
• 問5 圧縮機は容積式と遠心式／スライド弁は無段階制御が可能
• 問6 水あかは凝縮温度を上げる／蒸発式凝縮器は凝縮温度を低くできる
• 問7 シェル側に冷媒・管内にブラインは満液式／排水管のトラップで外気侵入防止
• 問8 圧力降下が大きいと“外部均圧形”膨張弁を使う
• 問9 液分離器は外部排出しない／アンモニアの油は自動返油せず抜き取る
• 問10 二重立ち上がり管は油戻し／SGPは1メガパスカル超に使えない（R410A高圧不可）
• 問11 溶栓は“温度”で作動／検知警報設備は可燃性・毒性・特定不活性ガスが対象
• 問12 半球形鏡板は板厚を薄くできる／設計・許容圧力はゲージ圧力
• 問13 アンモニアの気密試験に酸素・炭酸ガスは不可／水分は120℃以下で加熱乾燥
• 問14 吐出し圧力上昇で体積効率は低下／冷却水量減少で凝縮圧力は上昇
• 問15 油圧過大は熱交換器の汚れを招く／アンモニアは少量の水分なら影響限定的

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