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2026年版・2-4

原理：冷凍能力・動力・成績係数の計算の一問一答

第三種冷凍機械責任者試験「冷凍の原理と冷凍サイクル」から、原理：冷凍能力・動力・成績係数の計算に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。本試験は正誤の組合せを選ぶ択一式が中心ですが、ここでは4択で出題しています。

問12-4

冷媒循環量が0.1kg/s、蒸発器出口の比エンタルピーが400kJ/kg、蒸発器入口の比エンタルピーが250kJ/kgの冷凍装置の冷凍能力として、正しいものはどれか。

  • ①15kW
  • ②40kW
  • ③25kW
  • ④65kW
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正解 ①15kW
解説
冷凍能力は、冷媒循環量に冷凍効果（蒸発器出口と入口の比エンタルピー差）を掛けて求めます。

計算の手順
冷凍効果＝400－250＝150kJ/kg
冷凍能力＝0.1kg/s×150kJ/kg＝15kJ/s＝15kW

他の選択肢が不適切な理由
・40kW：蒸発器出口の比エンタルピーだけを使った値です。
・25kW：蒸発器入口の比エンタルピーだけを使った値です。
・65kW：比エンタルピーを足してしまった値です。

覚え方のポイント
「kg/s×kJ/kg＝kJ/s＝kW」。単位の掛け算で、答えの単位が冷凍能力のkWになることを確かめると、計算の間違いに気づきやすくなります。
問22-4

冷媒循環量が0.1kg/s、圧縮機の吸込み蒸気の比エンタルピーが400kJ/kg、理論断熱圧縮後の吐出しガスの比エンタルピーが440kJ/kgのとき、理論断熱圧縮動力として正しいものはどれか。

  • ①44kW
  • ②4kW
  • ③40kW
  • ④84kW
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正解 ②4kW
解説
理論断熱圧縮動力は、冷媒循環量に、1kgあたりの圧縮仕事（吐出しと吸込みの比エンタルピー差）を掛けて求めます。

計算の手順
圧縮仕事＝440－400＝40kJ/kg
理論断熱圧縮動力＝0.1kg/s×40kJ/kg＝4kW

他の選択肢が不適切な理由
・44kW：吐出しの比エンタルピーだけを使った値です。
・40kW：冷媒循環量を掛け忘れた値です（単位はkJ/kgのままです）。
・84kW：比エンタルピーを足してしまった値です。

覚え方のポイント
「動力＝循環量×（吐出し－吸込み）」。冷凍能力の計算と同じ形の掛け算です。
問32-4

蒸発器出口の比エンタルピーが400kJ/kg、蒸発器入口の比エンタルピーが250kJ/kg、理論断熱圧縮後の吐出しガスの比エンタルピーが440kJ/kgの理論冷凍サイクルの成績係数として、正しいものはどれか。

  • ①3.75
  • ②4.75
  • ③0.27
  • ④2.75
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正解 ①3.75
解説
理論冷凍サイクルの成績係数（COP）は、冷凍効果を理論断熱圧縮仕事で割って求めます。

計算の手順
冷凍効果＝400－250＝150kJ/kg
圧縮仕事＝440－400＝40kJ/kg
成績係数＝150÷40＝3.75

他の選択肢が不適切な理由
・4.75：ヒートポンプの成績係数（冷凍のCOP＋1）です。
・0.27：分子と分母を逆にした値です。
・2.75：冷凍の成績係数から1を引いてしまった値で、ヒートポンプとの関係（冷凍のCOP＋1）を逆にした誤りです。

覚え方のポイント
「COP＝冷凍効果÷圧縮仕事」。成績係数が大きいほど、少ない動力で大きな冷凍能力が得られる、効率のよい冷凍装置です。
問42-4

冷媒循環量が0.1kg/s、圧縮機の吐出しガスの比エンタルピーが440kJ/kg、凝縮器出口の冷媒液の比エンタルピーが250kJ/kgのとき、凝縮負荷として正しいものはどれか。

  • ①69kW
  • ②44kW
  • ③25kW
  • ④19kW
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正解 ④19kW
解説
凝縮負荷は、冷媒循環量に、凝縮器の入口（吐出しガス）と出口（冷媒液）の比エンタルピー差を掛けて求めます。

計算の手順
1kgあたりの放熱量＝440－250＝190kJ/kg
凝縮負荷＝0.1kg/s×190kJ/kg＝19kW

他の選択肢が不適切な理由
・69kW：比エンタルピーを足してしまった値です。
・44kW：吐出しガスの比エンタルピーだけを使った値です。
・25kW：冷媒液の比エンタルピーだけを使った値です。

覚え方のポイント
この冷凍装置の冷凍能力が15kW、理論動力が4kWなら、凝縮負荷は15＋4＝19kWとなり、エネルギー保存の関係からも確かめられます。
問52-4

理論断熱圧縮動力が4kW、断熱効率が0.8、機械効率が0.9の往復圧縮機の軸動力として、最も近いものはどれか。

  • ①約2.9kW
  • ②約3.6kW
  • ③約5.6kW
  • ④約4.4kW
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正解 ③約5.6kW
解説
実際の圧縮機は、ガスを圧縮するときの損失（断熱効率）と、摩擦などの機械的な損失（機械効率）があるため、理論断熱圧縮動力より大きな軸動力が必要です。軸動力＝理論断熱圧縮動力÷（断熱効率×機械効率）で求めます。

計算の手順
断熱効率×機械効率＝0.8×0.9＝0.72
軸動力＝4÷0.72＝約5.56kW

他の選択肢が不適切な理由
・約2.9kW：0.72を掛けてしまった値です。効率で割ると、理論値より大きくなります。
・約3.6kW：機械効率だけを掛けた値です。
・約4.4kW：機械効率だけで割った値です。

覚え方のポイント
「実際の動力は、理論の動力を効率で割る（必ず大きくなる）」。効率は1より小さい値なので、割ると大きくなります。
問62-4

理論冷凍サイクルの成績係数が3.75の冷凍装置で、断熱効率が0.8、機械効率が0.9のとき、実際の冷凍装置の成績係数として最も近いものはどれか。

  • ①約5.2
  • ②約2.7
  • ③約3.0
  • ④約4.8
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正解 ②約2.7
解説
実際の軸動力は理論動力を（断熱効率×機械効率）で割ったものなので、実際の成績係数は、理論の成績係数に断熱効率と機械効率を掛けたものになります。

計算の手順
実際の成績係数＝3.75×0.8×0.9
＝3.75×0.72＝2.7

他の選択肢が不適切な理由
・約5.2：効率で割ってしまった値です。実際の成績係数は理論より小さくなります。
・約3.0：断熱効率だけを掛けた値です。
・約4.8：理論の成績係数に1を加えた値（3.75＋1）で、ヒートポンプの成績係数と混同しています。

覚え方のポイント
「実際のCOP＝理論のCOP×断熱効率×機械効率」。損失がある分、実際のCOPは理論より必ず小さくなります。
問72-4

圧縮機のピストン押しのけ量が0.02m³/s、体積効率が0.75、吸込み蒸気の比体積が0.1m³/kgのとき、冷媒循環量として正しいものはどれか。

  • ①0.2kg/s
  • ②0.015kg/s
  • ③0.15kg/s
  • ④1.5kg/s
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正解 ③0.15kg/s
解説
圧縮機が実際に吸い込む蒸気の体積は、ピストン押しのけ量に体積効率を掛けたものです。これを吸込み蒸気の比体積（1kgあたりの体積）で割ると、冷媒循環量（1秒あたりの質量）が求められます。

計算の手順
実際の吸込み体積＝0.02×0.75＝0.015m³/s
冷媒循環量＝0.015÷0.1＝0.15kg/s

他の選択肢が不適切な理由
・0.2kg/s：体積効率を掛け忘れた値です。
・0.015kg/s：比体積で割り忘れた値（体積のまま）です。
・1.5kg/s：桁を誤った値です。

覚え方のポイント
「冷媒循環量＝押しのけ量×体積効率÷比体積」。比体積が大きい（蒸発圧力が低い）ほど、冷媒循環量は小さくなります。
問82-4

圧縮機の吸込み蒸気の比エンタルピーが400kJ/kg、理論断熱圧縮後の吐出しガスの比エンタルピーが440kJ/kg、凝縮器出口の冷媒液の比エンタルピーが250kJ/kgの理論ヒートポンプサイクルの成績係数として、正しいものはどれか。

  • ①4.75
  • ②3.75
  • ③5.75
  • ④0.21
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正解 ①4.75
解説
理論ヒートポンプサイクルの成績係数は、凝縮器で放出する熱量（加熱量）を理論断熱圧縮仕事で割って求めます。

計算の手順
加熱量（1kgあたり）＝440－250＝190kJ/kg
圧縮仕事＝440－400＝40kJ/kg
成績係数＝190÷40＝4.75

他の選択肢が不適切な理由
・3.75：冷凍サイクルとしての成績係数（150÷40）です。
・5.75：ヒートポンプの成績係数（4.75）に、さらに1を足してしまった値です。
・0.21：分子と分母を逆にした値です。

覚え方のポイント
同じ条件なら「ヒートポンプのCOP＝冷凍のCOP＋1」（3.75＋1＝4.75）で求めることもできます。
問92-4

冷凍能力が30kW、冷凍効果が150kJ/kgの冷凍装置の冷媒循環量として、正しいものはどれか。

  • ①5kg/s
  • ②0.2kg/s
  • ③4500kg/s
  • ④0.02kg/s
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正解 ②0.2kg/s
解説
冷凍能力＝冷媒循環量×冷凍効果なので、冷媒循環量＝冷凍能力÷冷凍効果で求めます。

計算の手順
冷媒循環量＝30kW÷150kJ/kg
＝30kJ/s÷150kJ/kg＝0.2kg/s

他の選択肢が不適切な理由
・5kg/s：分子と分母を逆にした値です。
・4500kg/s：掛け算をしてしまった値です。
・0.02kg/s：桁を誤った値です。

覚え方のポイント
冷凍能力・冷媒循環量・冷凍効果の3つは、どれか2つが分かれば残り1つが求められます。式を1つ覚えて、割り算に変形できるようにしておきましょう。
問102-4

冷凍能力38.6kWを日本冷凍トンで表したものとして、最も近いものはどれか。ただし、1日本冷凍トンは3.86kWとする。

  • ①約149冷凍トン
  • ②約3.9冷凍トン
  • ③約1冷凍トン
  • ④約10冷凍トン
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正解 ④約10冷凍トン
解説
1日本冷凍トンは約3.86kWなので、kWで表した冷凍能力を3.86で割ると日本冷凍トンになります。

計算の手順
38.6÷3.86＝10（冷凍トン）

他の選択肢が不適切な理由
・約149冷凍トン：3.86を掛けてしまった値です。
・約3.9冷凍トン：1冷凍トンの値と混同した値です。
・約1冷凍トン：桁を誤った値です。

覚え方のポイント
日本冷凍トンは、実際の冷却能力を表す単位です。高圧ガス保安法の「1日の冷凍能力（トン）」は、冷凍保安規則の算定基準（R＝V/Cなど）で計算する法令上の値で、日本冷凍トンと同じ「トン」という言葉を使いますが、求め方が別です。

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※本ページの問題・解説は、生成AI（人工知能）を活用して作成しています。

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